用于荧光源实时多通道成像的系统、方法和设备技术方案

本文中呈现一种能够同时检测并且区分多种荧光源的多通道成像系统。本文中还描述使用所述系统对疾病或细胞异常进行成像的方法，例如以达到诊断和/或手术中目的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及活体内成像系统和方法。更明确地说，在某些实施例中，本专利技术涉及能够同时检测并区分多个荧光源的多通道成像系统。
技术介绍
医药行业提供准确且有效的信息和疗法所面临的压力越来越大。新成像技术集中于对这一压力作出响应，且在例如开发可侦测部分以及对其进行成像的系统方面已取得显著进展。针对例如可支持抗癌疗法，以期改善手术边缘的标测、识别转移性淋巴结且避开正常的生命组织和神经血管结构的成像技术已作出特别的努力。还针对分层或监视患者群体、识别对给定治疗疗程的响应特别好或不良的患者进行了努力。随着包含新系统和探针的成像技术的发展，同时检测众多信号和输入以进行最为准确的结论性诊断的需要也不断增长。恶性黑色素瘤是美国增长最快的癌症之一，且据估计每年增长1％。在过去30年中，黑色素瘤的发病率在美国已增长3成，这与在欧洲报告的发病率类似。澳大利亚和新西兰报告的发病率最高(每100,000居民每年有40到60例)。据美国癌症协会估计，在2012年将有76250例新增黑色素瘤诊断病例，导致12190人死亡(美国化学学会癌症事实与图表(ACSCancerFacts&Figs.)，亚特兰大佐治亚州，2012年)；在美国，黑色素瘤现在在男性最常见癌症中排名第五，且在女性最常见癌症中排名第六。预后在很大程度上由原发肿瘤的厚度和溃烂程度确定。然而，淋巴结转移的存在是最重要的预后预测因子(贝尔克(Balch)，临床肿瘤学杂志(J.Clin.Oncol.)，(2001年))，且相当大的努力用在检查区域性淋巴结以确定淋巴转移的存在与否。早期诊断和治疗对于将致病率和死亡率减到最小是必不可少的。对原发性皮肤黑色素瘤的确定性治疗(definitivetreatment)是宽局部切除形式的手术切除。为获得特定指示而添加了辅助性放射，所述指示包含肿瘤侵入本地和/或到多个区域性淋巴结的扩散。当前尚不存在公认的护理标准全身性治疗选项可用。然而，对黑色素瘤的全身性治疗在临床试验设定下可用，且仅基于区域性淋巴结风险层别法(即，SLN标测)提供给患者。因此，通过小心地检查区域性淋巴结以确定转移性疾病扩散来准确对黑色素瘤在其较早阶段中进行分期是必不可少的。使用分子成像工具(韦斯勒德尔(Weissleder)，科学(Science)，(2006))可辅助这一过程，从而改善SLN活检程序期间的疾病可视化和分期，同时通过仅采集带病淋巴结而降低更广泛淋巴结解剖的淋巴水肿风险和其它副作用。淋巴结转移的存在是重要的预后预测因子，且通过成像进行准确识别对于疾病分期、预后和临床结果具有重要含义。前哨淋巴结(SLN)标测程序受到缺乏手术中可视化工具的限制，手术中可视化工具可辅助准确确定疾病扩散以及描绘来自邻近关键神经和血管结构的淋巴结。除了前哨淋巴结标测之外，其它疾病区域或生物异常也将极大地得益于改善的活体内成像技术。存在对于前列腺癌中的外周神经和结节疾病的更好的手术中可视化的迫切需要。在手术期间评估前列腺癌的残余疾病的能力也是将得益于新活体内成像技术的另一未满足的需要。本文中呈现通过使用与能够以改善的信噪比进行多通道成像的便携式装置耦合的基于生物兼容性粒子的平台而规避先前成像技术的限制的系统和方法。除了诊断性成像之外，所述技术可配合图像引导式手术和介入程序一起使用。
技术实现思路
本文中描述用于使用便携式多通道荧光相机对受试者体内的不同荧光源进行实时同时成像的系统、设备和方法。还描述能够以高信噪比同时检测来自多种探测物质的光的便携式成像系统。这些系统提供优于预先存在的系统的优势，预先存在的系统不可实时地同时检测和区分一个以上荧光探测物质。在一些实施例中，本专利技术的成像系统用以为疾病或细胞异常成像以用于诊断以及手术目的。示范性手术中成像装置ArteMISTM手持式荧光相机系统(药物成像探索，荷兰米登梅尔)(图5a)适于微创腹腔镜(图5b和c)和开刀外科手术(图5c)两者。所述系统是用于手术中成像导引的手持式多信道荧光成像相机，产生高分辨率可见(彩色)图像和精细调谐的近红外(NIR)荧光信号，所述信号是实时地同时获取。这一能力允许无运动重叠。此手持式装置对于SLN标测程序是有利的，例如，因为其可容易地经定位以检视原本难以检视的解剖学位置，例如头部和颈部。同时获取不同荧光波长的图像(即，多光谱成像)的能力允许使用荧光成像导引用于手术和介入程序。在某些实施例中，装置中的传感器物理上对准，使得单轴透镜将特定调谐波长的图像递送到适当传感器。滤出所关注的所需波长以及能够个别地控制经触发以开始在完全相同的时间和相同的检视位置获取光子的这些传感器中的每一个极为重要。可从相机系统控制的光引擎的严格集成允许基于成像反馈进行优化。因此，本文中呈现一种活体内(或离体)成像系统，其包括用以将多个激发波长递送到一或多个含染料纳米粒子(例如C点)的光引擎，所述含染料纳米粒子可通过能够实时地在离体和/或活体内(例如，手术期间)同时测量不同放射信号的装置按多个波长激发，且进一步依据其不同放射信号加以区分。本文中呈现的实施例包含例如使用活体内成像系统来通过在局部注射探测物质之后显现不同肿瘤淋巴引流路径和结节分布而评估转移性黑色素瘤。可使用靶向双模态探测物质来执行前列腺癌和其它癌症中的外周神经和结节疾病的实时手术中可视化。还可针对腮腺肿瘤和喉肿瘤进行神经的手术中可视化的实时可视化以标测喉部神经。在一些实施例中，所述系统用以使用表面以多个癌症导向配位体改制的双模态探测物质来执行前列腺癌中的残余疾病的实时手术中评估。所述设备和系统在其实时地进行不同波长的光信号的同时检测的能力方面不同于先前成像系统。在一些实施例中，所述成像设备包括多通道荧光相机系统，所述多通道荧光相机系统实时地同时检测来自多种染料的多个波长。在一些实施例中，所述成像设备包括手持式荧光成像系统，所述手持式荧光成像系统使用可以较高信噪比从多个类型的探测物质收集可区分信号的多个检测器和相关联电路。在一些实施例中，所述系统并不像其它先前成像系统那样区分以光学时分复用在单个检测器处接收的多个信号类型。此外，在某些实施例中，本文中呈现一种用于与PET和光学成像两者一起使用的临床转译整合素靶向平台，所述平台满足数个关键设计准则用于改善SLN组织定位和保持、目标与背景比率以及注射部位与主体的间隙。使用此类试剂用于选择性地探测关键癌症靶点可深入探索对控管转移性疾病扩散的细胞和分子过程。与便携式实时光学相机系统耦合，可展示，用于标测临床相关较大动物模型中的转移性疾病的手术前PET成像发现可容易地转化为用于引导肿瘤淋巴管引流和组织学相关荧光SLN的可视化的手术中设定。本文中还论述此平台对于护理标准放射性示踪剂18F-FDG的特异性，所述放射性示踪剂用于潜在地区分手术或介入疗法设定中的转移性疾病与发炎过程。在一个方面中，本专利技术提供一种用于对受试者体内的区域进行光学成像的方法，所述方法包括：(a)向所述受试者施予各自包括荧光报道体的两种或两种以上不同探测物质；(b)将激发光引导到所述受试者体内，由此激发所述荧光报道体；(c)同时检测不同波长的荧光，所检测荧光已由于所述受试者体内的所述探测物质的所述荧光报道体被所述激发光激发而发射，以便区分从每一探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对受试者体内的区域进行光学成像的方法，所述方法包括：(a)向所述受试者施予各自包括荧光报道体的两种或两种以上不同探测物质；(b)将激发光引导到所述受试者体内，由此激发所述荧光报道体；(c)同时检测不同波长的荧光，所述所检测荧光已由于所述受试者体内的所述探测物质的所述荧光报道体被所述激发光激发而发射，以便区分从每一探测物质接收的信号；以及(d)处理对应于所述所检测荧光的信号以提供所述受试者体内的所述区域的一或多个图像(例如，实时视频流)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.31 US 61/922,619;2014.05.01 US 61/987,4261.一种对受试者体内的区域进行光学成像的方法，所述方法包括：(a)向所述受试者施予各自包括荧光报道体的两种或两种以上不同探测物质；(b)将激发光引导到所述受试者体内，由此激发所述荧光报道体；(c)同时检测不同波长的荧光，所述所检测荧光已由于所述受试者体内的所述探测物质的所述荧光报道体被所述激发光激发而发射，以便区分从每一探测物质接收的信号；以及(d)处理对应于所述所检测荧光的信号以提供所述受试者体内的所述区域的一或多个图像(例如，实时视频流)。2.根据权利要求1所述的方法，其中在不进行光学时分复用的情况下执行步骤(c)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述探测物质中的至少一者包括纳米粒子。4.根据权利要求3所述的探针，其中所述纳米粒子包括二氧化硅(例如，和其它物质)(例如，其中所述纳米粒子具有二氧化硅架构和富染料核心)。5.根据权利要求4所述的探针，其中所述富染料核心包括荧光报道体。6.根据权利要求5所述的探针，其中所述荧光报道体为近红外或远红染料。7.根据权利要求5所述的探针，其中所述荧光报道体选自由以下各者组成的群组：荧光团、荧光染料、染料、颜料、荧光过渡金属，和荧光蛋白。8.根据权利要求5所述的探针，其中所述荧光报道体选自由以下各者组成的群组：Cy5、Cy5.5、Cy2、FITC、TRITC、Cy7、FAM、Cy3、Cy3.5、德克萨斯红、ROX、HEX、JA133、AlexaFluor488、AlexaFluor546、AlexaFluor633、AlexaFluor555、AlexaFluor647、DAPI、TMR、R6G、GFP、增强型GFP、CFP、ECFP、YFP、西特林、Venus、YPet、CyPet、AMCA、光谱绿、光谱橙、光谱浅绿、丽丝胺、铕、Dy800染料以及LiCor800染料。9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中，在步骤(c)之后，荧光报道体还在受试者体内存在于不与另一荧光报道体大体上共置的一或多个位置处。10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述对象是动物(例如，人类、哺乳动物，或其它动物)。11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括以下任一者或两者：(i)使用来自所述受试者的所述一或多个图像检测或监视细胞异常或疾病；以及(ii)检测或监视正常组织结构(例如，标记和区分正常组织结构，例如存在于手术床内或邻近于所述手术床(例如，在疾病或肿瘤组织附近或与疾病或肿瘤组织混合)的腺性组织(例如，副甲状腺)、神经组织和/或血管结构))。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述细胞异常或疾病包括选自由以下各者组成的群组的至少一个成员：发炎、癌症、心血管疾病、呼吸道疾病、皮肤病、眼科疾病、传染病、免疫疾病、中枢神经系统疾病、遗传性疾病、代谢疾病、环境性疾病、骨骼相关疾病、神经退化性疾病，和手术相关并发症。13.根据权利要求11所述的方法，其中所述细胞异常或疾病是转移性黑色素瘤中的前哨淋巴结。14.根据权利要求11所述的方法，其中所述细胞异常或疾病是外周神经异常或结节疾病(例如，在前列腺癌中或在其它癌症中，如腮腺癌、甲状腺癌以及喉癌)。15.根据权利要求11所述的方法，其中所述细胞异常或疾病是前列腺癌中的残余疾病。16.一种便携式成像设备，其包括：光源，其经配置以递送多个激发波长的光以激发在两个或两个以上可区分波长下产生荧光的多个不同荧光报道体；棱镜，其经配置以将经由透镜接收的光引导到多个在空间上分离的检测器上，使得所述检测器可实时地同时测量不同发射信号；以及处理器，其经配置以处理对应于所述两个或两个以上可区分波长的所述所检测荧光的信号以提供受试者体内的所述两个或两个以上不同荧光报道体的荧光的图像。17.根据权利要求16所述的成像设备，其中所述光源包括两个或两个以上激光器和/或一光引擎。18.根据权利要求16或17所述的成像设备，其中所述透镜是单轴光学透镜。19.根据权利要求16到18中任一权利要求所述的成像设备，其中所述设备进一步包括定位于所述透镜前方的多频段滤波器，其中所述多频段滤波器经配置以阻挡来自所述光源的任何高功率激发光(且因此，所述滤波器调谐到所述光引擎激光)，但将对于所有其它光(即，可见光和所关注的所有发射波长)透明。20.根据权利要求16到19中任一权利要求所述的成像设备，其中所述设备包括各自定位于所述棱镜与相应检测器之间的若干窄带滤波器。21.根据权利要求16到20中任一权利要求所述的成像设备，其中所述棱镜是二色性棱镜。22.根据权利要求16到21中任一权利要求所述的成像设备，其中所述棱镜包括各自包括不同涂层的至少两个表面。23.根据权利要求1到15中任一权利要求所述的方法，其中在步骤(d)中处理信号包括通过计算装置的处理器对所述信号执行一或多个操作，所述一或多个操作选自由以下各者组成的群组：缩放、交错、色度重取样、阿尔法掺合混合、色彩平面定序、帧缓冲、测试模式产生、2D媒体滤波、色彩空间转换、控制同步，和帧读取。24.根据权利要求1到15或23中任一权利要求所述的方法，其进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔·S·布拉德伯里，乌尔里克·威斯纳，理查德·J·C·梅斯特，斯尼哈尔·G·帕特尔，纳迪姆·R·阿布拉斯特姆，莫汉·保利安，
申请(专利权)人：纪念斯隆凯特琳癌症中心，康奈尔大学，探索工程有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US