Nature BME: 這種發光成像，走進臨床試驗！
奇物論
2022-04-26
據世界核協會稱，每年進行的核醫學程序超過4000萬次，發展中國家每年約有五分之一的人使用診斷性核醫學。全世界大約 70% 的癌癥死亡發生在中低收入國家，但只有 30% 的低收入國家能夠提供治療服務。在目前可用的核醫學模式中，正電子發射斷層掃描(PET) 是一種被廣泛接受的診斷工具。然而，低成本同位素源和掃描儀的缺乏，導致了發展中國家癌癥死亡率居高不下。許多用于治療、PET 和單光子發射計算機斷層掃描 (SPECT) 的放射性核素具有足夠的能量用于切倫科夫發光成像 (Cerenkovluminescence imaging，CLI)。CL 是由帶電亞原子粒子在電介質（如組織）中以超過光速的速度行進產生的。CL 相機的便攜性與一系列可用的治療診斷放射性示蹤劑相結合，為基本疾病監測和治療監測提供了一種經濟實惠的新型核成像模式。鑒于此，在之前的 CLI 臨床試驗經驗的基礎上，美國威爾·康奈爾醫學院Jan Grimm等人開發了基于體外 CLI 系統的臨床級配備纖維鏡的相機，用于發現癌性腫瘤。這項工作檢驗了這種獨特系統直接從臨床患者身上捕獲 CL 的可行性。成發表在Nature Biomedical Engineering上。
以前的報告顯示離體成像系統可以成功地對正電子發射同位素進行成像，以便在暗盒配置中進行切除后邊緣確認。添加纖維鏡增強了相機的可操作性，但代價是通過光纖捕獲的信號減少、光纖內閃爍的偽影以及視場減小，因此需要 5-15 分鐘數量級的依賴于分箱的采集時間。為了限制閃爍，在纖維鏡前部創建并安裝了金屬（鉛）cerrobend擋板。在圖像后期處理過程中，通過 ImageJ 中的異常值去除（中值濾波）進一步去除了剩余的閃爍和伽馬沖擊。為了通過排除環境光來提高 CL 信噪比，研究人員實施了臨床防光外殼。外殼將成像過程與外部光源隔離，降低了圖像噪聲，并為患有幽閉恐懼癥、極度肥胖或行動不便的患者提供了更大的成像空間。在臨床前測試中，開發的 CLI 系統的空間分辨率與臨床 PET 系統的分辨率相當。然而，與光學成像系統一樣，這種分辨率會隨著組織深度的增加而顯著降低。在確定纖維鏡系統是不透光的并且可以在組織中的一系列強度范圍內捕獲 CLI 后，該系統已準備好與患者進行臨床測試。
圖|臨床切倫科夫纖維鏡裝置，帶防光外殼，用于患者成像
在最初的臨床試驗中(ClinicalTrials.gov NCT03484884)，使用傳統設備（如斷層掃描和 PET）以及新設備對 96 名患有各種類型腫瘤的志愿者患者進行了掃描。該試驗是迄今為止最大的臨床CLI研究，涉及96名患者，涵蓋 5 種放射性示蹤劑，其中 3 種以前從未通過 CLI 對患者進行過成像。研究人員發現，新設備檢測到了所有患者的腫瘤。CLI 的多功能性允許在短時間內（5-15 分鐘）對患者進行分類，以確定粗略的放射性示蹤劑分布，如果分布異常，則將其送去進行詳細但昂貴的 PET（或 SPECT）研究，尤其是在服務不足的地區。同樣，緩解期的患者也可以從這種簡便篩查方式中受益。
研究人員指出，來自 CLI 設備的圖像不如其他設備精確，但成本要低得多。CL 代表了一種經濟實惠的替代方案（約 125,000 美元，而 PET/CT 系統為 1,500,000 美元），用于使用批準的放射性藥物進行低成本分子成像的成像方式。一個便宜得多的成像系統將允許所有醫院和診所提高分子成像能力，并引入一個簡單的核醫學計劃，以前，安裝傳統的 PET 和 SPECT 系統可能成本過高，以導致一些地區根本沒法接觸到這種設備。這項工作強調 CLI 是一種核成像方法，可與各種示蹤劑和在多個腫瘤位置一起使用，其金錢和時間成本只是其他方式的一小部分。CLI 可以為 SPECT 或 PET 實施成本過高的低收入國家提供半移動成像模式。這項工作還強調了CLI作為一種光學成像模式的局限性，它高度受光散射和組織吸收的影響，與黃金標準PET/CT和SPECT/CT系統相比，大大降低了圖像保真度。從這項研究中收集到的知識可能會對未來基于光學的癌癥篩查方法產生影響。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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