Хирургия под контролем флуоресценции (FGS) (также называемая хирургией под контролем флуоресценции или, в конкретном случае резекции опухоли, резекцией под контролем флуоресценции) - это метод медицинской визуализации , используемый для обнаружения структур с флуоресцентной меткой во время операции. Подобно стандартной хирургии под визуальным контролем, FGS имеет цель направлять хирургическую процедуру и предоставлять хирургу визуализацию операционного поля в реальном времени. По сравнению с другими методами медицинской визуализации FGS дешевле и превосходит по разрешающей способности и количеству обнаруживаемых молекул. [1] Недостатком является то, что глубина проникновения обычно очень мала (100 мкм) в видимом диапазоне длин волн., но он может достигать 1–2 см при использовании длин волн возбуждения в ближнем инфракрасном диапазоне . [2]
Хирургия под контролем флуоресценции | |
---|---|
Специальность | онкология (хирургия) |
Устройства обработки изображений
FGS выполняется с использованием устройств визуализации с целью предоставления в реальном времени одновременной информации из цветных изображений отражательной способности (яркое поле) и флуоресцентного излучения. Один или несколько источников света используются для возбуждения и освещения образца. Свет собирается с помощью оптических фильтров, которые соответствуют спектру излучения флуорофора . Объективы формирования изображений и цифровые камеры ( CCD или CMOS ) используются для получения окончательного изображения. Обработка видео в реальном времени также может выполняться для повышения контрастности во время обнаружения флуоресценции и улучшения отношения сигнал / фон . В последние годы появился ряд коммерческих компаний, предлагающих устройства, специализирующиеся на флуоресценции в ближнем ИК-диапазоне, с целью извлечения выгоды из роста использования индоцианинового зеленого (ICG) не по назначению. Однако коммерческие системы с несколькими каналами флуоресценции также существуют на рынке для использования с флуоресцеином и протопорфирином IX (PpIX).
Источники возбуждения
Возбуждение флуоресценции осуществляется с помощью различных источников света. [3] Галогенные лампы обладают тем преимуществом, что обеспечивают высокую мощность при относительно низкой стоимости. Используя разные полосовые фильтры , один и тот же источник можно использовать для создания нескольких каналов возбуждения от УФ до ближнего инфракрасного. Светодиоды (LED) стали очень популярными для недорогого широкополосного освещения и узкополосного возбуждения в FGS. [4] Из-за их характерного спектра излучения света узкий диапазон длин волн, который соответствует спектру поглощения данного флуорофора, может быть выбран без использования фильтра, что еще больше снижает сложность оптической системы. Для освещения образца белым светом подходят как галогенные лампы, так и светодиоды. Возбуждение также может выполняться с использованием лазерных диодов , особенно когда требуется высокая мощность в коротковолновом диапазоне (обычно 5-10 нм). [5] В этом случае система должна учитывать пределы воздействия лазерного излучения. [6]
Методы обнаружения
Прямые изображения флуоресцентного красителя и операционного поля получают с помощью комбинации фильтров, линз и камер. Во время открытой операции обычно предпочитают ручные устройства из-за простоты использования и мобильности. [7] Подставка или кронштейн могут использоваться для поддержания системы наверху операционного поля, особенно когда вес и сложность устройства высоки (например, когда используется несколько камер). Основным недостатком таких устройств является то, что освещение операционной может мешать каналу излучения флуоресценции, что приводит к снижению отношения сигнал / фон. Эта проблема обычно решается приглушением или выключением освещения в кинотеатре во время обнаружения флуоресценции. [8]
FGS также может выполняться с использованием минимально инвазивных устройств, таких как лапароскопы или эндоскопы . В этом случае к концу зонда прикрепляется система фильтров, линз и камер. [9] В отличие от открытой хирургии, фон от внешних источников света уменьшается. Тем не менее плотность мощности возбуждения в образце ограничена низким светопропусканием волоконной оптики в эндоскопах и лапароскопах, особенно в ближнем инфракрасном диапазоне. Более того, способность собирать свет значительно снижена по сравнению со стандартными линзами для визуализации, используемыми для устройств открытой хирургии. Устройства FGS также могут быть реализованы для роботизированной хирургии (например, в хирургической системе da Vinci ). [10]
Клинические приложения
Основным ограничением FGS является наличие клинически одобренных флуоресцентных красителей, которые имеют новое биологическое показание. Индоцианин зеленый (ICG) широко используется в качестве неспецифического агента для обнаружения сигнальных лимфатических узлов во время операции. [11] ICG имеет основное преимущество поглощения и излучения света в ближнем инфракрасном диапазоне, [2] позволяя обнаруживать узлы под несколькими сантиметрами ткани. Метиленовый синий также может использоваться для той же цели с пиком возбуждения в красной части спектра. [12] Были проведены первые клинические испытания с использованием опухолеспецифических агентов, которые обнаруживают отложения рака яичников во время операции. [13]
История
Первое использование FGS относится к 1940-м годам, когда флуоресцеин впервые был использован на людях для улучшения визуализации опухолей головного мозга, кист, отеков и кровотока in vivo. [14] В наше время использование этого препарата сократилось, пока в многоцентровом исследовании в Германии не было сделано заключение, что FGS, помогающий направлять удаление глиомы на основе флуоресценции PpIX, дает значительный краткосрочный эффект. [15]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Frangioni СП (август 2008). «Новые технологии визуализации рака человека» . J. Clin. Онкол . 26 (24): 4012–21. DOI : 10.1200 / JCO.2007.14.3065 . PMC 2654310 . PMID 18711192 .
- ^ а б Прахл С. "Оптическое поглощение зеленого индоцианина (ICG)" . Omic.org . OMLC.
- ^ Аландер Дж. Т., Каартинен И., Лааксо А., Пятила Т., Спиллманн Т., Тучин В. В., Венермо М., Валисуо П. (2012). «Обзор флуоресцентной визуализации индоцианинового зеленого в хирургии» . Int J Biomed Imaging . 2012 : 940585. дои : 10,1155 / 2012/940585 . PMC 3346977 . PMID 22577366 .
- ^ Gioux, S; Кианзад, V; Ciocan, R; Гупта, S; Окетокоун, Р; Frangioni, СП (май – июнь 2009 г.). «Мощные светодиодные источники света с компьютерным управлением для флюоресцентной визуализации и хирургии под визуальным контролем» . Молекулярная визуализация . 8 (3): 156–65. PMC 2766513 . PMID 19723473 .
- ^ Жу, Сильвен; Кутар, Жан-Гийом; Жоссеран, Вероника; Ригини, Кристиан; Динтен, Жан-Марк; Колл, Жан-Люк (2012). «Расширяя границы хирургии под контролем флуоресцентного изображения». Отдел новостей SPIE . DOI : 10.1117 / 2.1201212.004621 . ISSN 1818-2259 .
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 27 сентября 2007 года . Проверено 28 декабря 2009 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ «Обновление физики» . Physicstoday . Американский институт физики. 31 октября 2011 года Архивировано из оригинального 27 -го октября 2012 года . Проверено 18 сентября 2018 года .
- ^ ван дер Ворст Дж. Р., Шаафсма Б. Э., Вербеек Ф. П., Хаттеман М., Миог Дж. С., Ловик К. В., Лиферс Г. Дж., СП Франджони, ван де Вельде С. Дж., Вармейер А. Л. (декабрь 2012 г.) «Рандомизированное сравнение визуализации флуоресценции в ближнем инфракрасном диапазоне с использованием индоцианинового зеленого и 99 (m) технеция с патентованным синим или без него для процедуры дозорных лимфатических узлов у пациентов с раком груди» . Аня. Surg. Онкол . 19 (13): 4104–11. DOI : 10,1245 / s10434-012-2466-4 . PMC 3465510 . PMID 22752379 .
- ^ Серый округ Колумбия, Ким Э.М., Котеро В. Е., Баджадж А., Штаудингер В. П., Хехир Калифорния, Язданфар С. (август 2012 г.). «Двухрежимная лапароскопическая хирургия под контролем флуоресценции с использованием одной камеры» . Биомед Опт Экспресс . 3 (8): 1880–90. DOI : 10,1364 / BOE.3.001880 . PMC 3409706 . PMID 22876351 .
- ^ Росси Е.К., Иванова А., Боггесс Дж. Ф. (январь 2012 г.). «Роботизированное флюоресцентное картирование лимфатических узлов с помощью ICG для гинекологических злокачественных новообразований: технико-экономическое обоснование». Гинеколь. Онкол . 124 (1): 78–82. DOI : 10.1016 / j.ygyno.2011.09.025 . PMID 21996262 .
- ^ Alander, Jarmo T .; Каартинен, Илкка; Лааксо, Аки; Пэтиля, Томми; Спиллманн, Томас; Тучин, Валерий В .; Венермо, Маарит; Вялисуо, Петри (1 января 2012 г.). «Обзор флуоресцентной визуализации с зеленым индоцианином в хирургии» . Международный журнал биомедицинской визуализации . 2012 : 1-26. DOI : 10.1155 / 2012/940585 . PMC 3346977 . PMID 22577366 .
- ^ Мацуи, Айя; Танака, Эйити; Чой, Хак Су; Кианзад, Вида; Жу, Сильвен; Ломнес, Стивен Дж .; Франджони, Джон В. (2010). «Идентификация мочеточников в режиме реального времени в ближнем инфракрасном диапазоне с использованием флуоресцентного контроля с использованием метиленового синего» . Хирургия . 148 (1): 78–86. DOI : 10.1016 / j.surg.2009.12.003 . PMC 2886170 . PMID 20117811 .
- ^ Фанг Дж (19 сентября 2011 г.). «Светящиеся раковые клетки помогают хирургам удалять опухоли из яичников» . ZDNet . CBS Interactive.
- ^ Мур, Джордж; Пейтон, Уильям Т .; Френч, Лайл А .; Уолтер, Уолтер В. (1948). «Клиническое использование флуоресцеина в нейрохирургии: локализация опухолей головного мозга». Журнал нейрохирургии . 5 (4): 392–398. DOI : 10,3171 / jns.1948.5.4.0392 . PMID 18872412 .
- ^ Штумер, Вт; pichlmeier U; Meinel T; Wiestler OD; Zanella F; Реулен HJ (2006). «Хирургия под контролем флуоресценции с применением 5-аминолевулиновой кислоты для резекции злокачественной глиомы: рандомизированное контролируемое многоцентровое исследование III фазы». Ланцет Онкология . 7 (5): 392–401. DOI : 10.1016 / s1470-2045 (06) 70665-9 . PMID 16648043 .