Nature BME: 这种发光成像，走进临床试验！
奇物论
2022-04-26
据世界核协会称，每年进行的核医学程序超过4000万次，发展中国家每年约有五分之一的人使用诊断性核医学。全世界大约 70% 的癌症死亡发生在中低收入国家，但只有 30% 的低收入国家能够提供治疗服务。在目前可用的核医学模式中，正电子发射断层扫描(PET) 是一种被广泛接受的诊断工具。然而，低成本同位素源和扫描仪的缺乏，导致了发展中国家癌症死亡率居高不下。许多用于治疗、PET 和单光子发射计算机断层扫描 (SPECT) 的放射性核素具有足够的能量用于切伦科夫发光成像 (Cerenkovluminescence imaging，CLI)。CL 是由带电亚原子粒子在电介质（如组织）中以超过光速的速度行进产生的。CL 相机的便携性与一系列可用的治疗诊断放射性示踪剂相结合，为基本疾病监测和治疗监测提供了一种经济实惠的新型核成像模式。鉴于此，在之前的 CLI 临床试验经验的基础上，美国威尔·康奈尔医学院Jan Grimm等人开发了基于体外 CLI 系统的临床级配备纤维镜的相机，用于发现癌性肿瘤。这项工作检验了这种独特系统直接从临床患者身上捕获 CL 的可行性。成发表在Nature Biomedical Engineering上。
以前的报告显示离体成像系统可以成功地对正电子发射同位素进行成像，以便在暗盒配置中进行切除后边缘确认。添加纤维镜增强了相机的可操作性，但代价是通过光纤捕获的信号减少、光纤内闪烁的伪影以及视场减小，因此需要 5-15 分钟数量级的依赖于分箱的采集时间。为了限制闪烁，在纤维镜前部创建并安装了金属（铅）cerrobend挡板。在图像后期处理过程中，通过 ImageJ 中的异常值去除（中值滤波）进一步去除了剩余的闪烁和伽马冲击。为了通过排除环境光来提高 CL 信噪比，研究人员实施了临床防光外壳。外壳将成像过程与外部光源隔离，降低了图像噪声，并为患有幽闭恐惧症、极度肥胖或行动不便的患者提供了更大的成像空间。在临床前测试中，开发的 CLI 系统的空间分辨率与临床 PET 系统的分辨率相当。然而，与光学成像系统一样，这种分辨率会随着组织深度的增加而显着降低。在确定纤维镜系统是不透光的并且可以在组织中的一系列强度范围内捕获 CLI 后，该系统已准备好与患者进行临床测试。
图|临床切伦科夫纤维镜装置，带防光外壳，用于患者成像
在最初的临床试验中(ClinicalTrials.gov NCT03484884)，使用传统设备（如断层扫描和 PET）以及新设备对 96 名患有各种类型肿瘤的志愿者患者进行了扫描。该试验是迄今为止最大的临床CLI研究，涉及96名患者，涵盖 5 种放射性示踪剂，其中 3 种以前从未通过 CLI 对患者进行过成像。研究人员发现，新设备检测到了所有患者的肿瘤。CLI 的多功能性允许在短时间内（5-15 分钟）对患者进行分类，以确定粗略的放射性示踪剂分布，如果分布异常，则将其送去进行详细但昂贵的 PET（或 SPECT）研究，尤其是在服务不足的地区。同样，缓解期的患者也可以从这种简便筛查方式中受益。
研究人员指出，来自 CLI 设备的图像不如其他设备精确，但成本要低得多。CL 代表了一种经济实惠的替代方案（约 125,000 美元，而 PET/CT 系统为 1,500,000 美元），用于使用批准的放射性药物进行低成本分子成像的成像方式。一个便宜得多的成像系统将允许所有医院和诊所提高分子成像能力，并引入一个简单的核医学计划，以前，安装传统的 PET 和 SPECT 系统可能成本过高，以导致一些地区根本没法接触到这种设备。这项工作强调 CLI 是一种核成像方法，可与各种示踪剂和在多个肿瘤位置一起使用，其金钱和时间成本只是其他方式的一小部分。CLI 可以为 SPECT 或 PET 实施成本过高的低收入国家提供半移动成像模式。这项工作还强调了CLI作为一种光学成像模式的局限性，它高度受光散射和组织吸收的影响，与黄金标准PET/CT和SPECT/CT系统相比，大大降低了图像保真度。从这项研究中收集到的知识可能会对未来基于光学的癌症筛查方法产生影响。Pratt, E.C., Skubal, M.,Mc Larney, B. et al. Prospective testing of clinical Cerenkov luminescenceimaging against standard-of-care nuclear imaging for tumour location. Nat.Biomed. Eng (2022).https://doi.org/10.1038/s41551-022-00876-4
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