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《近红外荧光成像在癌症手术中的应用》

第一部分：近红外荧光成像导论

医学成像技术的历史演进彻底改变了现代医学。从1895年威廉·康拉德·伦琴发现X射线奠定医学成像基础，到CT和MRI的出现解构人体复杂的空间结构，再到揭示组织内部功能变化的光学分子成像，每一项创新都无疑拓宽了疾病诊断的范围并提高了治疗的精准度。本章追溯医学成像的历史发展，介绍具有代表性的里程碑事件，并详细阐述从二维（2D）到三维（3D）成像，直至光学分子成像的演进历程。此外，本章还将重点强调近红外光学分子成像在肿瘤手术应用中的独特价值，并分析与包括但不限于X射线、超声、CT、MRI等多种医学成像技术相比的优势与局限。

第一章 历史演进

邱斯奇，汕头市中心医院

何晓锋，汕头大学医学院附属肿瘤医院

第二章 与其他医学成像技术相比的优势与局限

张永渠，汕头大学医学院附属肿瘤医院

吴曌，厦门大学医学院

第二部分：近红外荧光成像原理

近红外荧光（NIRF）成像已成为生物医学和临床研究中不可或缺的工具。它利用先进的、高灵敏度、高分辨率的成像系统，结合特异性高亲和力的分子成像荧光探针，能够在组织、细胞和亚细胞水平上无创地可视化特定分子。该技术尤为显著的特点在于能够提供实时、动态的活体（in vivo）成像，兼具高安全性、高分辨率和无放射性。鉴于这些优势，NIRF成像发展迅速，并在手术导航领域得到日益广泛的应用。在过去的二十年中，大量NIRF荧光探针及相应的成像系统已引入临床应用。这些技术为包括肝癌、肺癌、胶质瘤、乳腺癌和头颈癌在内的恶性肿瘤切除术提供了关键的术中引导。通过最大程度地降低手术中残留肿瘤病灶的风险，NIRF成像显著改善了患者的预后及术后生活质量。本部分将全面概述NIRF成像的基本原理，并重点强调已开发用于临床的主要荧光探针和成像系统。

第三章 NIRF成像中使用的荧光探针

楼康良，厦门大学医学院

白静雯，云南省肿瘤医院

第四章 NIRF成像设备

张泽宇，北京航空航天大学医工交叉工程学院

迟崇巍，中国科学院分子影像重点实验室

第三部分：NIRF在癌症中的功能成像

近红外荧光（NIRF）成像技术可通过靶向特定癌症抗原的荧光探针产生的荧光信号，以高对比度区分癌灶与健康组织。本部分探讨其在癌症领域的应用方法，聚焦细胞膜、细胞质和细胞外空间中的特异性标记物（受体、抗原、酶），并详细阐述相关探针的原理和用途。这些探针能够检测pH值变化（基于光诱导电子转移PeT、分子内电荷转移ICT等原理）、细胞凋亡（靶向磷脂酰丝氨酸外翻或半胱天冬酶caspases）、代谢活动（葡萄糖类似物）和细胞周期（G0/G1等阶段）。它们有助于癌症的早期发现和影像引导手术，提高患者的生存率和生活质量。

第五章 特异性靶标

陈洪宇，厦门大学医学院

白静雯，云南省肿瘤医院

第六章 pH值变化的传感

王忠良，西安电子科技大学生命科学技术学院

夏玉琼，西安电子科技大学生命科学技术学院

第七章 细胞凋亡

刘莉，王田园，德克萨斯大学西南医学中心放射系

第八章 细胞代谢

郭瑢，云南省肿瘤医院

刘莉，德克萨斯大学西南医学中心放射科

第九章 细胞周期成像

刘静，汕头大学医学院

第四部分：NIRF成像引导外科手术导航的临床应用

手术是许多癌症的主要治疗手段，旨在完全切除肿瘤并获得安全切缘以提高康复机会。当外科医生能够更快、更好和/或更低成本地进行手术时，会引发外科模式的转变。NIRF引导的手术技术为实现这一目标提供了重要支持而备受关注。利用不可见近红外荧光的光学成像技术，既能优化肿瘤手术疗效，又可最大限度地缩短麻醉时间并降低医疗成本。因此，该领域近年间涌现了大量概念验证性临床试验。本章系统阐述NIRF成像在乳腺、妇科、颅内、肝胆胰腺、胃肠道肿、泌尿生殖系统和肺等恶性肿瘤手术中的应用，重点探讨肿瘤定位、手术切缘评估、淋巴结示踪和解剖结构成像。通过回顾当前关于NIRF引导癌症手术的临床试验文献，剖析关键技术问题，并客观评价其局限性和优势。NIRF成像技术的进步可能为恶性肿瘤诊疗带来革命性变革，为外科医生提供新的治疗选择。

第十章 乳腺癌

张国君，云南省肿瘤医院

陈伟玲，朱媛媛，厦门大学医学院

范雪琪，比利时鲁汶大学医学院

吴俊东，汕头大学医学院附属肿瘤医院

黄胜，李臻，云南省肿瘤医院

第十一章 妇科癌症

陈俊宏，厦门大学医学院

李政，云南省肿瘤医院

第十二章 颅内癌症

李丞熙，厦门大学医学院

范耀东，李政，云南省肿瘤医院

第十三章 肝胆胰癌

杨璐琳，厦门大学医学院

董家鸿，清华大学临床医学院

查勇，李政，云南省肿瘤医院

第十四章 头颈癌

陈怡欣，厦门大学医学院

张世文，云南省肿瘤医院

第十五章 胃肠道癌

张莉欣，张旋，云南省肿瘤医院

第十六章 泌尿生殖系统癌

林盛杰，厦门大学医学院

白宇，云南省肿瘤医院

第十七章 肺癌

裴一飞，厦门大学医学院

叶联华，云南省肿瘤医院

第五部分：NIRF成像引导手术的前景

在成功探索NIRF介导的外科手术导航的基础上，本部分探讨了NIRF成像引导手术的未来潜力，重点关注其在内窥镜手术、机器人辅助手术、荧光引导活检以及离体（ex vivo）标本分析中的应用。同时深入探讨了NIRF成像与虚拟现实（VR）和人工智能（AI）的创新性结合，以提升手术精度和效果。此外，本部分还讨论了NIRF成像临床应用中的挑战，如组织穿透深度、自体荧光干扰、低信噪比（SNR）以及已开发探针的生物安全性问题。也对成像设备的发展进行了探讨，包括高分辨率、高速、多通道和便携式NIRF系统。强调了NIRF成像的未来趋势，例如开发生物相容性探针、优异的光学特性、易于功能化修饰以及实时多通道多模态层析成像系统。这些领域的持续创新有望彻底变革肿瘤外科学，提高诊断准确性、治疗效果和患者护理水平。

第十八章 NIRF成像引导手术的潜在应用前景

张国君，云南省肿瘤医院

高艺洋，厦门大学医学院

第十九章 NIRF成像临床应用面临的挑战

白静雯，张国君，云南省肿瘤医院

高艺洋，厦门大学医学院

第二十章 NIRF成像的未来发展

董家鸿，清华大学临床医学院

白静雯，张国君，云南省肿瘤医院

关于作者

张国君 (Guo-Jun Zhang)

在日本获得博士学位后，于1999年作为博士后在美国丹娜-哈弗癌症研究所工作并开始分子影像研究，师从2009年诺贝尔生理学与医学奖得主William G. Kaelin教授。2008年回国，其研究主要集中在抗癌药物疗效的实时评估和影像引导手术。尤为突出的是，他开发了具有先进特性和多功能的新型成像探针，包括深穿透性、生物可降解性、放射增敏性和免疫增强性，并成功应用于癌症精准手术。已发表论文超过170篇，获得10项发明专利。近30年的杰出专业造诣使其成为该领域公认的国际领军人物之一。

董家鸿 (Jia-Hong Dong)

医学博士、博士，美国外科学院荣誉院士、欧洲外科学会荣誉院士，中国工程院院士，清华大学临床医学院院长，北京清华长庚医院院长。他在肝胆外科领域取得了诸多卓越成就，特别是在复杂胆道疾病的长期管理方面。他于全球首次提出“精准外科”（Precision Surgery）理念，并致力于建立相关的外科范式和技术体系。作为第一作者或通讯作者发表SCI论文170余篇，主持制定行业标准指南15部。

刘莉 (Li Liu)

刘莉博士在中国南开大学获得微生物学博士学位。她于2004年加入德克萨斯大学西南医学中心放射科，现任该中心放射科和生物医学工程系副教授。她的研究专注于癌症的临床前分子影像应用，尤其在新治疗药物（包括血管破坏剂和血红素靶向药物）的开发和评估方面具有专长。她利用先进的成像模态，如动态生物发光成像、荧光成像和多光谱光声断层成像，研究药物疗效和肿瘤生物学。

白静雯 (Jing-Wen Bai)

在其博士研究生期间，曾作为访问学者在洛杉矶西达赛奈医学中心工作，随后加入厦门大学附属翔安医院，近期调入云南省肿瘤医院任副主任医师。在超过15年的乳腺癌研究和临床实践中，她开发了一些可生物降解、多功能和/或肿瘤靶向的探针，用于实时手术切缘引导、联合放疗以及前哨淋巴结转移检测。此外，她紧跟当前人工智能浪潮，构建了基于MRI的AI模型用于多癌种治疗优化。已发表13篇SCI论文，获得1项发明专利和3项科学奖励等。

全文链接：https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-96-6875-5

文\陈洪宇

图\李可欣