用于荧光源实时多通道成像的系统、方法和设备技术方案

本申请涉及用于荧光源实时多通道成像的系统、方法和设备。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。例如以达到诊断和/或手术中目的。例如以达到诊断和/或手术中目的。

【技术实现步骤摘要】
结。
[0006]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。
[0007]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

[0008]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。
[0009]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ArteMIS
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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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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
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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。
[0015]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)。 在一些实施例中，在不进行光学时分复用的情况下执行步骤(c)。
[0016]在一些实施例中，所述探测物质中的至少一者包括纳米粒子。在一些实施例中，所 述纳米粒子的平均直径小于约20nm，且更优选小于15nm，且更优选小于10nm，例如， 平均直径是在离体或活体内(例如，在生理盐水溶液中，或在使用中)测量而得。此外， 在某些实施例中，纳米粒子的大小有利地不小于3nm，如下文更详细论述。在某些实施 例中，纳米粒子大体上为单分散(例如，所有粒子的直径小于约20nm，小于约15nm， 或小于约10nm，和/或所有粒子的直径在彼此的+/
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5nm、+/
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4nm或+/
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3nm的范围内。 在一些实施例中，纳米粒子具有二氧化硅架构和富染料核心。在一些实施例中，所述富 染料核心包括荧光报道体。在一些实施例中，所述荧光报道体是近红外或远红染料。在 一些实施例中，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，和荧光蛋白质。在一些实施例中，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、AlexaFluor 488、AlexaFluor 546、AlexaFluor 633、AlexaFluor555、AlexaFluor 647、DAPI、TMR、R6G、GFP、增强型GFP、CFP、ECFP、YFP、西 特林(Citrine)、Venus、YPet、CyPet、AMCA、光谱绿(Spectrum Green)、光谱橙(SpectrumOrange)、光谱浅绿(Spectrum Aqua)、丽丝胺(Lissamine)和铕(Europium)。
[0017]在一些实施例中，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。
[0018]在一些实施例中，所述受试者是人类。
[0019]在一些实施例中，所述方法进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于对受试者体内的区域进行光学成像的系统，所述系统包括：(a)可向所述受试者施予的各自包括荧光报道体的两种或两种以上不同探测物质；(b)用于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的装置；(c)用于通过棱镜将已由在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的不同波长的荧光同时引导到多个在空间上分离的检测器上的装置，其中所有发射的所述不同波长的荧光经由单轴光学透镜透射，并且其中所述棱镜通过至少三个离散的光学路径将经由所述单轴光学透镜接收的所述不同波长的荧光引导到所述多个在空间上分离的检测器上；(d)用于同时检测所述不同波长的荧光以便区分从每一探测物质接收的对应于所检测荧光的信号的装置；和(e)用于处理对应于所述所检测荧光的所述信号以提供所述受试者体内的所述区域的至少一个图像的装置。2.根据权利要求1所述的系统，其中同于同时检测不同波长的荧光的所述装置不进行光学时分复用。3.根据权利要求1或2所述的系统，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所述的系统，其中所述纳米粒子包括二氧化硅。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述富染料核心包括荧光报道体。6.根据权利要求5所述的系统，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所述的系统，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所述的系统，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、AlexaFluor 488、AlexaFluor 546、AlexaFluor 633、AlexaFluor 555、AlexaFluor 647、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LiCor 800染料。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的系统，其中在所述荧光被检测后，荧光报道体还在所述受试者体内存在于不与另一荧光报道体大体上共置的至少一个位置处。10.根据权利要求1
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9中任一项所述的系统，其中所述对象是动物。11.根据前述权利要求1
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10中任一项所述的系统，其进一步包括以下中的至少一者：(i)用于使用来自所述受试者的所述至少一个图像检测或监视细胞异常或疾病的装置；和(ii)用于检测或监视正常组织结构的装置。12.根据权利要求11所述的系统，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所述的系统，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所述的系统，其中所述细胞异常或疾病是外周神经异常或结节疾
病。15.根据权利要求11所述的系统，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，其中所有在所述两个或两个以上可区分波长下产生的所述荧光经由单轴光学透镜透射；棱镜，其经配置以通过至少三个离散的光学路径将经由所述单轴光学透镜接收的在所述两个或两个以上可区分波长下的所述荧光引导到多个在空间上分离的检测器上，使得所述多个在空间上分离的检测器可实时地同时测量在所述两个或两个以上可区分波长下的不同发射信号；以及处理器，其经配置以处理对应于在所述两个或两个以上可区分波长下的所检测荧光的信号以提供受试者体内的所述多个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
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18中任一项所述的成像设备，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，但将对于所有其它光透明。20.根据权利要求16
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19中任一项所述的成像设备，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
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20中任一项所述的成像设备，其中所述棱镜是二色性棱镜。22.根据权利要求16
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21中任一项所述的成像设备，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
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15中任一项所述的系统，其中用于处理信号的所述装置包括用于对所述信号执行至少一个操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔，
申请(专利权)人：康奈尔大学探索医学影像有限公司，
类型：发明
国别省市：