腹部術(shù)中輸尿管實時識別研究進(jìn)展

黃陸茂，辛學(xué)剛

南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，廣東 廣州 510515

在腹部外科手術(shù)中，輸尿管的識別與保護(hù)是至關(guān)重要的。輸尿管位于腹壁后方，處于比較特殊的位置。臨床實踐中，醫(yī)生憑借實踐經(jīng)驗，通過觸摸及按壓，觀察管道內(nèi)液的流動情況，若是輸尿管,管道內(nèi)液呈不連續(xù)的蠕動，來判斷輸尿管的位置。然而在實踐過程中仍然存在偶發(fā)醫(yī)源性輸尿管的損傷。據(jù)研究報道在腹部手術(shù)特別是婦科外科手術(shù)中，醫(yī)源性輸尿管的損傷高達(dá)10%[1]。雖然醫(yī)源性輸尿管損傷很罕見，但是一旦發(fā)生輸尿管損傷，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的并發(fā)癥，例如腹腔感染、輸尿管瘺、腎衰竭等[1]。因此在手術(shù)過程中準(zhǔn)確無誤識別輸尿管并將其保護(hù)起來是極其重要的步驟。然而現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)如磁共振成像（MRI）、計算機(jī)斷層掃描（CT）、超聲、正電子發(fā)射斷層成像、單光子計算機(jī)斷層掃描、靜脈腎盂造影術(shù),逆行性腎盂造影術(shù)、泌尿道計算機(jī)斷層掃描、gamma探測技術(shù)、輸尿管插管術(shù)[2]。前幾種只能進(jìn)行術(shù)前成像定位，轉(zhuǎn)化到術(shù)中外科醫(yī)生根據(jù)術(shù)前影像相關(guān)信息及實踐經(jīng)驗大致判斷輸尿管的走向，缺乏實時性，而且有些成像技術(shù)會對患者產(chǎn)生電離輻射，并且費用較高。而gamma探測技術(shù)、輸尿管插管術(shù)雖然能實現(xiàn)實時術(shù)中成像。但gamma探測技術(shù)通過向患者靜脈注射放射性藥物（锝），再通過gamma探測儀探測來提供輸尿管的定位信息。進(jìn)行該項操作需要專門安排一個放射核醫(yī)師，而且會產(chǎn)生電離輻射，長久以往將損害醫(yī)護(hù)人員健康[3]。輸尿管插管術(shù)是通過事先放置輸尿管支架（或者發(fā)光的輸尿管支架），術(shù)中外科醫(yī)生通過手的觸摸或眼睛觀察對輸尿管進(jìn)行識別判斷，雖然達(dá)到術(shù)中實時定位輸尿管，但這種有創(chuàng)的方法不僅會額外增加病人疼痛，還延長手術(shù)時間，增加手術(shù)費用，而且術(shù)后會產(chǎn)生血尿、尿路感染等癥狀[4-5]。因此這兩種方法沒能得到廣泛的應(yīng)用。

光學(xué)成像技術(shù)憑借著無電離輻射、無創(chuàng)、非接觸、可實時在體成像等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于術(shù)中影像導(dǎo)航，如在腫瘤切除，淋巴結(jié)清除、血管定位等中扮演著重要的角色，而備受青睞。特別是近紅外熒光成像，相關(guān)研究表明影響組織穿透深度主要是組織對光的吸收與散射[6]。而在近紅外波段中活體組織（主要血紅蛋白、水、脂肪）對近紅外光呈現(xiàn)低吸收、低散射、低自體熒光的特點，即組織穿透深度較深[7]。近幾年來，學(xué)者逐漸將熒光成像技術(shù)結(jié)合熒光染料運用于術(shù)中輸尿管識別的研究中。本文將綜述近年來利用熒光成像技術(shù)結(jié)合特定熒光染料在動物或臨床的開放性腹部手術(shù)及腹腔鏡腹部手術(shù)術(shù)中輸尿管識別應(yīng)用的相關(guān)研究。

1 熒光成像原理

熒光成像是由激發(fā)光源發(fā)出一束特定波長的光，輻照靶區(qū)，靶區(qū)內(nèi)的熒光基團(tuán)分子吸收特定波長的光子，受激發(fā)后基態(tài)分子中的電子向高能級軌道躍遷變成激發(fā)態(tài)。當(dāng)激發(fā)態(tài)分子回到基態(tài)時，以光子輻射的形式釋放出能量，即產(chǎn)生熒光。整個過程是吸收光子與發(fā)射光子之間的能量轉(zhuǎn)換引起的波長的變化（波長短能量高的吸收光譜轉(zhuǎn)換成波長長能量低的熒光），即斯托克斯位移[8]。靶區(qū)發(fā)射回來的光（激發(fā)光、熒光等）經(jīng)特定的干涉濾光片進(jìn)入CDD相機(jī)進(jìn)行光信號與電信號的轉(zhuǎn)換，電信號在經(jīng)信號后處理工作站進(jìn)行增強(qiáng)、放大等處理，最后輸出顯示在熒屏上，即熒光成像。

2 熒光染料特性

最佳的熒光成像不僅與成像系統(tǒng)軟硬件有關(guān)，還與所選的熒光染料特性有關(guān)。尤其是在生物體的熒光成像中，熒光染料需滿足下列幾項特性指標(biāo)：波長、量子產(chǎn)率、溶解性、光漂白、非特異性結(jié)合、信背比、清除率和毒性，這些特性將直接或間接影響熒光成像的效果[9]。

2.1 波長

首先，熒光盡可能在組織中傳播最大的距離。限制組織穿透力的因素主要是組織對光的吸收與散射。據(jù)相關(guān)研究報道在光譜中活體組織（主要血紅蛋白質(zhì)、水、脂肪）對近紅外光（700～900 nm）呈低吸收、散射、自體熒光。低于700 nm的熒光染料由于波長太低而無法被探測，并且在組織中的吸收與散射系數(shù)大，即組織穿透深度只有幾百微米[10-11]。而700～900 nm波段之間由于組織吸收、散射率低的特點，相應(yīng)組織穿透深度可達(dá)幾厘米。大于900 nm波長的熒光染料，一般很少作為生物光學(xué)成像的熒光劑，組織中的水在該波段有強(qiáng)烈的吸收峰[12]。為了有較深的組織穿透深度，在生物光學(xué)成像中應(yīng)盡可能選用吸收與熒光光譜在700～900 nm范圍內(nèi)的熒光染料。

2.2 量子產(chǎn)率

量子產(chǎn)率是指發(fā)射光子數(shù)與吸收光子數(shù)的比值，最大的熒光量子產(chǎn)率是100%。它反應(yīng)熒光產(chǎn)生過程的效率。熒光染料量子產(chǎn)率一般在0.1～1，通常被認(rèn)為是有熒光，量子產(chǎn)率低于0.1的熒光染料，由于熒光輻射極低幾乎可以忽略不計。

2.3 溶解性

熒光染料運用于在體或者離體的生物成像時，首先必須保證熒光染料有較高的溶解性，使其經(jīng)皮下或者靜脈注射后能在體內(nèi)更好的循環(huán)和代謝到特定的組織、器官（血管、淋巴等）中。

2.4 光漂白

光漂白是熒光基團(tuán)的光化學(xué)的破壞，指在激發(fā)光源的照射下熒光基團(tuán)所激發(fā)出來的熒光強(qiáng)度隨著時間推移逐步減弱，甚至消失的現(xiàn)象。然而熒光成像質(zhì)量又與熒光信號強(qiáng)弱息息相關(guān)。雖然提高激發(fā)光強(qiáng)度可以提高信號強(qiáng)度，但是激發(fā)光強(qiáng)度不可無限提高，因為當(dāng)激發(fā)光的強(qiáng)度超過一定限度時，光吸收就趨于飽和，并不可逆地破壞激發(fā)態(tài)分子，即光漂白現(xiàn)象。在實際運用中，對于有機(jī)熒光染料，激發(fā)光積分通量一般應(yīng)低于50 mW/cm2[13]。即熒光染料光漂白越低，穩(wěn)定性越高，其潛在運用價值越高

2.5 非特異性結(jié)合

非特異性結(jié)合是指熒光染料在生物體內(nèi)與組織非特異性結(jié)合。非特異性結(jié)合越高其背景熒光越強(qiáng)，即信噪比越低，越不利于靶向組織或器官的觀察與探測。因此最佳的熒光染料應(yīng)當(dāng)是與組織非特異性結(jié)合越低越好。

2.6 信背比

信背比（Signal-to-background ratio，S/N）是衡量生物成像的一個重要標(biāo)準(zhǔn)[14]。信背比是靶組織熒光信號減去感興趣區(qū)背景熒光信號，再除以感興趣區(qū)的背景熒光信號[15]。即信背比越高則成像效果越好。計算公式：TBR=（FI of target - FI of background）/FI of background。

2.7 清除率與毒性

熒光染料除了物理特性外，在實際運用中毒性與清除率也是重要考慮的參數(shù)之一。游離的熒光染料的清除率是衡量染料毒性的重要參數(shù)之一，也是影響背景光的重要參數(shù)之一。因為游離的熒光染料若不能迅速清除，會積累在非靶向組織中。即理想的熒光染料應(yīng)當(dāng)能迅速的從生物體內(nèi)清除。

到目前為止，很多熒光染料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于組織熒光成像中，例如熒光素鈉、亞甲基藍(lán)、CY5.5、吲哚菁綠、IRDye800-CA、ZW800-1等.其中熒光素鈉、亞甲基藍(lán)、吲哚菁綠是已經(jīng)獲得FDA批準(zhǔn)可應(yīng)用于臨床的熒光染料。然而，目前已經(jīng)應(yīng)用于在體腹部開放性或腹腔鏡術(shù)中輸尿管識別的熒光染料只有熒光素鈉、亞甲基藍(lán)、吲哚菁綠、IRDye800-CA、ZW800-1.除熒光素鈉，其他4種是屬于近紅外光熒光染料。下面將從熒光染料的性質(zhì)及其與熒光成像技術(shù)結(jié)合應(yīng)用在輸尿管識別中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

3 在體輸尿管識別研究現(xiàn)狀

3.1 熒光素鈉

熒光素鈉是一種呈黃色的水合有機(jī)染料于1905年 由 Professor Johann Friedrich Wilhelm Adolf Baeyer發(fā)現(xiàn)。其吸收峰為488 nm,發(fā)射峰515 nm。熒光素鈉是已獲FDA和歐盟藥品管理局批準(zhǔn)可用于臨床的熒光染料，廣泛應(yīng)用于黃斑變性相關(guān)的脈絡(luò)膜新生血管化探測[16-17]、術(shù)中冠狀動脈造影[18-19]等。由于其經(jīng)靜脈注射后大部分是經(jīng)過腎臟代謝，最終以尿液的形式排出體外。因此研究人員開始著手利用熒光素鈉輔助腹部術(shù)中輸尿管的識別。如1988年Udshmadshuridze等[20]利用熒光素鈉在12名患者身上實現(xiàn)術(shù)中輸尿管的可視化識別研究。2014年Dip等[21]利用熒光素鈉在體內(nèi)代謝途徑的特點進(jìn)行老鼠腹部術(shù)中輔助輸尿管識別的實驗。20只wistar鼠（平均體質(zhì)量250 mg）分別靜脈注射劑量為7 mg/kg的熒光素鈉，并進(jìn)行中線處剖腹手術(shù)，同時用Storz xenon light source and laparoscope進(jìn)行激發(fā)成像。實驗發(fā)現(xiàn)用氙燈對感興趣區(qū)進(jìn)行激發(fā)可以識別腎臟和膀胱，無法可視輸尿管。當(dāng)轉(zhuǎn)用530 nm的激發(fā)光源，不僅能看到輸尿管的位置信息和輸尿管里尿液的蠕動方向，而且還能清楚可視輸尿管旁的血管結(jié)構(gòu)信息。此研究說明熒光素鈉在530 nm的激發(fā)光照射下可用于輔助腹部解剖術(shù)中輸尿管的實時識別。由此可見，熒光素鈉在在體腹部術(shù)中輸尿管識別的研究還處于初級階段，實驗數(shù)據(jù)較少，有待進(jìn)一步研究。

3.2 亞甲基藍(lán)（MB）

MB是一種親水性混合吩噻嗪化合物。已獲FDA和歐盟藥品管理局的批準(zhǔn)可用于臨床的染料。通常在高溶度下作為一種顯色染料，但是當(dāng)它稀釋到一定溶度時（解除濃度淬滅），在特定的近紅外激發(fā)光的照射下，可以發(fā)出熒光。其吸收峰約670 nm,發(fā)射峰約700 nm，剛好落在近紅外光波段中，有較深的組織穿透深度。另外MB的一個主要優(yōu)勢是產(chǎn)生副作用的劑量閾值高，最高劑量可達(dá)5 mg/kg。因此近幾年MB廣泛應(yīng)用于臨床的各個領(lǐng)域，例如冠狀血管造影術(shù)、心肌灌注評估[12]、淋巴結(jié)、膽囊[22]、腫瘤[15]等熒光成像。由于其經(jīng)靜脈注射大部分是經(jīng)腎代謝，最終以尿液的形式排出體外，故近幾年諸多學(xué)者將MB結(jié)合熒光成像技術(shù)應(yīng)用于在體輸尿管識別的研究。

Matsui等[23]報道了使用MB結(jié)合近紅外熒光成像技術(shù)進(jìn)行對豬的開放性手術(shù)和腹腔鏡手術(shù)術(shù)中成功進(jìn)行了輸尿管識別實驗。MB注射液經(jīng)靜脈注射后，大約10～30 min之后，輸尿管成功的被識別，其中當(dāng)注射劑量為0.5 mg/kg時SBR值顯著的較其他注射劑量高。另外Matsui團(tuán)隊還對MB的熒光強(qiáng)度及清除率進(jìn)行了評估，顯示MB是較好的靜脈注射染料。同時也進(jìn)行向動物注射MB注射液的同時注射速尿靈，判斷是否注射了速尿靈增加尿液的同時增加輸尿管熒光信號。實驗結(jié)果顯示注射速尿靈并不能增加輸尿管的熒光信號。

Verbeek等[24]首次使用MB結(jié)合近紅外熒光成像技術(shù)進(jìn)行人體腹部術(shù)中輸尿管的識別的試驗。共12名患者分別進(jìn)行低腹部手術(shù)，并用Mini-FLARETM進(jìn)行感興趣區(qū)成像，成像之前分別向患者靜脈注射不同劑量的MB溶液（劑量分別為0.25,0.5,1 mg/kg）。注射10 min后所有受試者輸尿管均能清楚可視，即便在低劑量組中在感興趣區(qū)中熒光信號持續(xù)時間也可高達(dá)60 min。同時作者也分析了這3種不同劑量的輸尿管的信背比大?。醋罴褎┝浚┖妥罴殉上駮r間點，分析結(jié)果顯示不同成像時間點之間有顯著的意義，在注射后45 min時SBR達(dá)到最高（4.59±1.68）；而不同劑量之間不具有統(tǒng)計學(xué)意義，不同劑量與不同時間點沒有顯著相關(guān)性。該實驗證實了MB結(jié)合近紅外熒光成像技術(shù)可用于腹部外科手術(shù)中輸尿管的識別。

Yeung等[25]報道了在人體腹腔鏡及開放性結(jié)直腸手術(shù)中利用熒光成像技術(shù)結(jié)合MB的使用進(jìn)行術(shù)中輸尿管的可視化識別的研究。共8名結(jié)直腸癌患者參與此項研究，其中6名進(jìn)行腹腔鏡手術(shù)，2名接受開放性手術(shù)，每個患者手術(shù)過程中給予不同劑量的MB注射液（溶度10 mg/mL,劑量范圍0.25～1 mg/kg），注射之后平均14.4 min后即可探測到輸尿管中的熒光，持續(xù)時間可達(dá)75 min。該實驗首次證實可向腹腔鏡結(jié)直腸手術(shù)注射低劑量的MB注射液，在結(jié)合腹腔鏡近紅外熒光成像技術(shù)實現(xiàn)實時在體輸尿管的識別定位。

Al等[26]開展了在人體腹腔鏡結(jié)直腸手術(shù)中使用MB輔助識別輸尿管的研究結(jié)果的報道。共10名患者分別接受腹腔鏡結(jié)直腸切除手術(shù)，成像前分別通過靜脈注射相應(yīng)劑量的MB注射液（0.125～1.0 mg/kg），利用現(xiàn)有可靠的腹腔鏡近紅外熒光成像系統(tǒng)對感興趣區(qū)進(jìn)行激發(fā)成像，并與傳統(tǒng)腹腔鏡可視技術(shù)作對比，而且在手術(shù)結(jié)束后收集其中4名患者尿液進(jìn)行熒光成像分析。同時作者進(jìn)行離體分析實驗，即分別收集2名健康志愿者的尿液，作為MB的溶劑，將MB配置成不同溶度梯度的溶液，并進(jìn)行成像分析。在體實驗結(jié)果顯示10名患者中有5名均成功探測到輸尿管的 輪 廓 信 息 ， 其 注 射 劑 量 為0.75～1 mg/kg。在低劑量情況下，輸尿管在傳統(tǒng)的白光模式可以看到的情況下才探測到微弱的熒光信號。離體尿液成像分析中，在體不能探測到熒光的四個患者尿液均能清晰的探測到熒光信號；而健康志愿者尿液中，在一定的稀釋范圍內(nèi)，可以探測到強(qiáng)烈的熒光信號，但是稀釋過高或者過低均呈現(xiàn)微弱的熒光信號，這與熒光染料濃度猝滅現(xiàn)象相一致。該實驗證實了MB結(jié)合近紅外熒光成像技術(shù)在腹腔鏡結(jié)直腸手術(shù)中可視輸尿管是可行且安全的。但是目前的技術(shù)相對于傳統(tǒng)腹腔鏡成像技術(shù)并沒有明顯的實踐優(yōu)勢。未來的研究需要探索更廣的劑量范圍，探索更多可供選擇的熒光染料及進(jìn)一步提高成像技術(shù)水平。

由此可見，亞甲基藍(lán)是目前臨床上用來識別輸尿管比較可靠的近紅外熒光染料。雖然已證實可用于臨床術(shù)中輸尿管識別。但是仍存在不足，臨床試驗數(shù)據(jù)還不夠多，有待進(jìn)一步增加臨床試驗數(shù)據(jù)，探索最佳成像劑量及最佳成像時間點。

3.3 吲哚菁綠（ICG）

ICG是一種二磺酸七甲花青染料。非靶向近紅外熒光染料。1958年獲得FDA批準(zhǔn)可用于臨床的染料[27]。到目前為止，同熒光素鈉、亞甲基藍(lán)唯一3種獲FDA批準(zhǔn)可用于臨床的熒光染料。ICG的吸收峰是779 nm，發(fā)射峰806 nm。剛好落在近紅外光譜范圍內(nèi)，有較強(qiáng)的組織穿透深度。因此廣泛應(yīng)用于血管造影術(shù)[12,28]、淋巴[29-39]、腫瘤（肝轉(zhuǎn)移癌）[40]、膽管[22]等的識別定位。由于其經(jīng)靜脈注射后，主要是經(jīng)過肝代謝[41]，故很少用于泌尿系統(tǒng)（如輸尿管）識別定位。然而仍然有學(xué)者使用ICG實現(xiàn)術(shù)中輸尿管的識別研究。如Tanaka等[42]報道了分別向豬逆行性注射10 μM的ICG，并進(jìn)行近紅外熒光成像，結(jié)果顯示注射后輸尿管立即可視。該方法不僅可以判斷輸尿管位置信息還可以判斷是否有輸尿管損傷，若有輸尿管損傷，ICG會泄漏到腹腔中，可通過實時成像進(jìn)行判斷。

Portnoy等[43]在鼠模型中證實了脂質(zhì)體的ICG可用于術(shù)中實時在體輸尿管熒光成像。眾所周知，ICG在體內(nèi)主要是經(jīng)過肝代謝，在泌尿系統(tǒng)中是微乎其微，幾乎可以忽略不計，作者為了增加其在泌尿系統(tǒng)中的含量，使其可以在術(shù)中對泌尿系統(tǒng)成像（尤其是輸尿管），作者就將脂質(zhì)體吸附在ICG上。實驗發(fā)現(xiàn)附有脂質(zhì)體的ICG在泌尿系統(tǒng)中的含量增加了，與傳統(tǒng)的ICG相比增加了1.9倍。而且在腎臟及輸尿管的發(fā)射光強(qiáng)度是傳統(tǒng)ICG的0.5倍。在動物模型中成功的使用脂質(zhì)體ICG結(jié)合近紅外熒光成像技術(shù)實現(xiàn)了術(shù)中輸尿管的在體成像。關(guān)于ICG結(jié)合近紅外熒光成像技術(shù)在腹部術(shù)中輸尿管識別的研究還較少，有待進(jìn)一步探索研究。

3.4 IRDye800-CW（CW800-CA）

CW800-CA是一種四磺酸鹽吲哚七甲川菁染料，凈電荷為-4，呈負(fù)電性的親水性熒光染料，其吸收峰為774 nm,發(fā)射峰796 nm，在血清中量子產(chǎn)率為12%。在生物體內(nèi)代謝特點：其經(jīng)靜脈注射后，大部分經(jīng)腎代謝，最終以尿液的形式排出體外[44]。因此近幾年逐漸將其應(yīng)用于在體輸尿管實時識別的動物實驗研究中。如2007年Tanaka等[42]在老鼠和豬模型上進(jìn)行相關(guān)的研究報道，分別給予12只雄性SD大鼠（平均體質(zhì)量350 g）靜脈注射不同劑量CW800-CA（1.5、3.0、7.5、15 μg/kg），每個劑量3只，另外給予6只成年Yorkshire母豬（平均體質(zhì)量35 kg）靜脈注射不同劑量的CW800-CA（7.5、15 μg/kg），每種劑量對應(yīng)3只大鼠。成像結(jié)果顯示在這幾種劑量中在注射后前10 min劑量為7.5 μg/kg的SBR值高達(dá)4.0。在豬模型中輸尿管SBR值在2或者大于2可持續(xù)探測至少30 min。由于CW800-CA目前還不能用到臨床，故作者進(jìn)行了逆行性注射吲哚菁綠探測輸尿管及查找因損傷引起的尿漏的實驗，即通過向豬輸尿管逆行注射10 μM ICG，發(fā)現(xiàn)注射后即刻可視輸尿管，即便是嵌入周圍組織的輸尿管同時如若有輸尿管損傷也能夠?qū)崟r準(zhǔn)確定位損傷的位置。同時對收集的尿液進(jìn)行光學(xué)特性及近紅外熒光基團(tuán)在尿液中的化學(xué)形態(tài)進(jìn)行分析。

Schols等[45]報道關(guān)于在豬腹腔術(shù)中使用CW800-CA結(jié)合腹腔熒光成像技術(shù)可輔助實時識別輸尿管。兩荷蘭長白母豬（體質(zhì)量約335 kg）在成像之前10 min分別給予注射劑量不同劑量的CW800-CA（0.25 mg/mL注射1 mL，1.0 mg/mL注射3 mL），并由市場上可靠的腹腔熒光成像系統(tǒng)進(jìn)行激發(fā)成像。結(jié)果發(fā)現(xiàn)1.0 mg/mL注射3 mL的在注射10 min后即可可視輸尿管，另外一個劑量組始終未發(fā)現(xiàn)輸尿管。當(dāng)然該研究樣本數(shù)量少，還有待進(jìn)一步研究不同劑量梯度的CW800-CA在輔助腹腔鏡手術(shù)中輸尿管的識別。另外在該實驗中所選的豬相對比較瘦小，需要進(jìn)一步驗證肥胖的個體在該劑量下是否也能清晰的可是輸尿管。為下一步臨床試驗做好前期的實驗研究工作。

Korb等[46]首次證實IRDye800-CW結(jié)合商業(yè)可靠的腹腔近紅外成像系統(tǒng)可在豬模型腹腔術(shù)中實時可視輸尿管。6只混合品種的成年母豬（體質(zhì)量24～41 kg之間）分成3組，每組分別給予靜脈注射不同劑量的IRDye800CW-CA（30、60、120 μg/kg），并且使由用FDA認(rèn)證許可的FDA-cleared laparoscopic NIR system（PINPOINT）對感興趣區(qū)激發(fā)成像之前，先行注射IRDye800-CW，并每間隔10 min成像1次，一共6次。作者為了測定染料在體內(nèi)的分布情況，成像結(jié)束之后收集組織（腎、輸尿管、膀胱、腹壁）進(jìn)行離體分析。在體成像結(jié)果顯示3組均成功探測到輸尿管，從絕對熒光值與SBR值來看，60 μg/kg的劑量組在研究區(qū)間內(nèi)SBR比較穩(wěn)定（2.5-3.1），峰值出現(xiàn)在注射后30 minSBR高達(dá)3.1。即在這3種不同劑量中，最佳劑量為60 μg/kg。離體的組織成像顯示熒光亮度很低。另外作者在特定時間點收集血液與尿液，分析其在各個時間點熒光信號強(qiáng)度的實驗。發(fā)現(xiàn)血液中的熒光信號強(qiáng)度與尿液中的熒光信號強(qiáng)度成反比關(guān)系。相對比與先前的研究，本研究針對非開放性手術(shù)，成像時輸尿管周圍組織較厚亦無需先暴露部分輸尿管，并且還分析IRDye800-CW在其他組織中的生物分布情況（除了分析其代謝到尿液外），另外本研究雖然與Schols等[45]的研究相似，但其研究所使用的設(shè)備還未獲得FDA批準(zhǔn)，而且只做兩個不同劑量的實驗，并且沒有對其他組織IRDye800-CA含量進(jìn)行分析。

研究表明IRDye800CW副作用小，毒性極低，是市場上可靠的近紅外熒光染料，目前已經(jīng)進(jìn)行臨床前期試驗。相對比于ICG，IRDye800CW溶解度更高，熒光強(qiáng)度更強(qiáng)[47]，有待進(jìn)一步開展其在臨床腹部外科術(shù)中輸尿管實時識別的試驗研究。

3.5 ZW800-1

ZW800-1是到目前為止少有一種兩性離子近紅外熒光染料，具有幾何平衡的外殼，凈電荷為0，呈中性的親水的多離子性。其吸收峰為772 nm，發(fā)射峰788 nm。由于ZW800-1獨特的化學(xué)物理特性，ZW800-1具有高的消光系數(shù)和量子產(chǎn)率，是已獲FDA批準(zhǔn)的ICG的3倍多。并且在體或者離體組織中具有極低的非特異性結(jié)合和吸收。即其經(jīng)靜脈注射后幾乎100%經(jīng)腎臟代謝，最終以尿液的形式排出體外。該近紅外熒光染料是由Choi、Hak等[49]自主研發(fā)而成，已廣泛投入到在體及離體的實驗研究[48-51]。重要的是為了單步結(jié)合配體以能使病變組織與配體的靶向結(jié)合，ZW800-1設(shè)計成只帶有一個羧酸基。因此可以通過一個穩(wěn)定的酰胺鍵與靶向配體共價結(jié)合，以更好的用于后續(xù)的人類臨床試驗。由于其諸多的優(yōu)越性，為了加快向臨床的轉(zhuǎn)化，目前ZW800-1已被美國國家癌癥研究所的實驗療法項目入選作為新的藥物分子。而關(guān)于其在輔助術(shù)中實時識別輸尿管的近紅外成像相關(guān)研究報道如下所述。

Choi等[49]首次合成兩性離子近紅外熒光基團(tuán)（ZW800-1）[49]，在該項研究中作者詳細(xì)描述ZW800-1與ZW800-3a的合成過程，并分析對比其與其他近紅外基團(tuán)（CW800-CA、RS800、ICG、ZW800-3a）的物理化學(xué)性質(zhì)、光學(xué)特性及這些近紅外熒光基團(tuán)在體內(nèi)循環(huán)及代謝的特點，包括在體內(nèi)的分布、清除及在組織中的殘留情況。實驗通過在指定時間點收集血液、尿液、特定組織，并分析各近紅外熒光劑在血液、尿液、組織中的含量。結(jié)果表明ZW800-1具有較高的消光系數(shù)，高的量子產(chǎn)率，在體內(nèi)具有極低的特異性結(jié)合和組織吸收，經(jīng)靜脈注射之后幾乎100%經(jīng)過腎代謝，最終以尿液的形式排出體外。同時作者也進(jìn)行在體動物近紅外熒光成像，實驗發(fā)現(xiàn)ZW800-1只在泌尿系統(tǒng)（腎、輸尿管、膀胱）可以探測到熒光，即可清楚的獲取輸尿管的位置信息。而其他近紅外熒光劑可在肝、膽囊或腸道等組織探測到熒光。該研究表明ZW800-1是目前在體輸尿管識別較好的近紅外熒光染料。

為了驗證ZW800-1的特性不單單只是在齒類動物獨有的，2012年有學(xué)者重復(fù)進(jìn)行大型動物實驗[50]，即分別給予豬靜脈注射不同劑量的ZW800-1（1.2-12 μmol）和ICG（1.5～15 μmol），觀察分析其各自在豬體內(nèi)的分布情況，清除率及在體近紅外成像效果。實驗發(fā)現(xiàn)血液中ZW800-1與ICG的半衰期與其在老鼠體內(nèi)的血液半衰期是相似的。ZW800-1與ICG在血液中半衰期分別是3.7、17.9 min。發(fā)現(xiàn)在血液中ZW800-1絕大部分代謝到豬或者老鼠的尿液中，而且代謝到尿液中的ZW800-1結(jié)構(gòu)均未發(fā)生改變。同樣在豬體內(nèi)ZW800-1均未看到任何其他組織器官的非特異性攝取。

Verbeek等[52]報道了首次使用靶向近紅外熒光劑（cRGD-ZW800-1）成功實現(xiàn)下腹部術(shù)中腫瘤的識別與輸尿管的可視。作者分別將腫瘤特異性肽cRGD和特異性肽cRAD與ZW800-1共軛結(jié)合。在分別給予攜帶有皮下ht-29型人結(jié)直腸腫瘤的小鼠靜脈注射1 nmol/L的cRGD-ZW800-1，cRAD-ZW800-1，和ZW800-1，每組3只，并使用the FLARE成像系統(tǒng)進(jìn)行在體的多個時間點（0.3、0.5、1、2、4、8、24、48 h）的實時成像。觀察其在老鼠體內(nèi)的分布情況及輸尿管的可視情況。實驗發(fā)現(xiàn)注射有cRGD-ZW800-1的老鼠皮下原位結(jié)直腸腫瘤可以清晰的識別，而且SBR信背比顯著性高于單獨注射cRAD-ZW800-1 或ZW800-1。另外，作者還進(jìn)行分別給予攜帶有原位轉(zhuǎn)移盲腸腫瘤的小鼠注射0.25 nmol/L和1 nmol/L的cRGDZW800-1，將小鼠分成2組，每種劑量3只，實驗發(fā)現(xiàn)注射有cRGD-ZW800-1的小鼠均能清晰的從周圍健康的腸組織中識別出病變的腫瘤組織，并且胃腸道背景熒光極低，注射0.25 nmol/L與1 nmol/L的cRGDZW800-1相 應(yīng) 的SBR平 均 值 分 別 為1.75±0.36和2.62±0.17。為了能識別腫瘤的同時能可視輸尿管，分別給予3只雄性Wag/Rij rats大鼠注射30 nmol/L的cRGD-ZW800-1，實驗發(fā)現(xiàn)能清晰的識別腫瘤和可視輸尿管（注射30 min之后）。表明ZW800-1與探針結(jié)合是很好的靶向近紅外熒光染料。

總之，不管是光學(xué)特性，物理化學(xué)特性等，ZW800-1在泌尿系統(tǒng)成像方面或腫瘤的靶向成像均可作為優(yōu)良的近紅外熒光染料。而且ZW800-1合成符合現(xiàn)行藥品生產(chǎn)管理規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（cGMP），目前處于臨床試驗的第一階段，有待進(jìn)一步轉(zhuǎn)化應(yīng)用到臨床腹部術(shù)中輸尿管識別的研究。

4 結(jié)論與展望

本文綜述了近年來熒光成像技術(shù)結(jié)合特定的熒光染料在腹部術(shù)中在體輸尿管識別上的應(yīng)用和未來潛在的應(yīng)用前景。研究表明熒光成像技術(shù)結(jié)合外源熒光染料可以實現(xiàn)了術(shù)中無電離輻射、無創(chuàng)、實時可視輸尿管的輪廓信息，輔助外科醫(yī)生在腹部開放性或者腹腔鏡手術(shù)中進(jìn)行實時的精準(zhǔn)導(dǎo)航。這不僅可以減少手術(shù)時間，還可大大減少醫(yī)源性輸尿管的損傷。雖然熒光成像技術(shù)在腹部術(shù)中在體輸尿管識別上取得重要進(jìn)展，但熒光成像技術(shù)局限性依然存在，如熒光染料的種類相對匱乏，到目前為止只有熒光素鈉、亞甲基藍(lán)、吲哚菁綠獲得FDA和藥品管理局的批準(zhǔn)可用于臨床。熒光素鈉作為非近紅外熒光染料，組織穿透深度淺，而且是非靶向性熒光染料，背景熒光強(qiáng)。而亞甲基藍(lán)和脂質(zhì)的吲哚菁綠雖然均是近紅外熒光染料，有較深的組織穿透深度，但是其經(jīng)靜脈注射后除了腎代謝，部分經(jīng)肝代謝，仍然存在較強(qiáng)的背景熒光。為了將近紅外熒光成像技術(shù)很好用于臨床實踐，輔助外科醫(yī)生術(shù)中實現(xiàn)在體精準(zhǔn)的實時輸尿管識別，首先應(yīng)該加快像ZW800-1這類靶向性熒光染料向臨床的轉(zhuǎn)化，或針對不同應(yīng)用領(lǐng)域而研制特定的熒光染料。再次，應(yīng)進(jìn)一步提高近紅外熒光成像系統(tǒng)的性能和不斷擴(kuò)充腹部術(shù)中輸尿管可視化研究的臨床數(shù)據(jù)。

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