放射性核素和荧光素钠介导的术中导航成像技术应用基础研究

发布时间：2020-07-19 23:19

【摘要】：目的根治性手术切除是治疗恶性肿瘤最有效的方法,但是目前常规成像技术无法满足临床术中导航的需求。契伦科夫光学成像(Cerenkov luminescence imaging,CLI)作为一种新型光学成像方法,具有很好的临床术中导航应用前景。但契伦科夫光(Cerenkov luminescence,CL)信号强度弱、曝光时间长等问题限制了临床转化应用研究。现有增强CL信号强度的方法如契伦科夫能量转移(cerenkov radiation energy transfer,CRET)成像和放射激发荧光成像(radiopharmaceuticals excited fluorescence imaging,REFI)由于荧光介质具有潜在毒性而无法临床应用。故本研究拟选用医用造影剂荧光素钠作为荧光介质通过CRET成像方法增强CL信号强度,并在离体及在体实验中对其CRET特性进行观察。在此基础上,提出正电子发射型计算机断层显像(Positron Emission Computed Tomography,PET)、CRET成像联合共聚焦显微内镜(confocal laser endomicroscopy,CLE)成像的多模成像术中导航新思路,并通过建立裸鼠肝原位肿瘤模型验证其可行性,旨在探索一种具有临床应用前景的肿瘤术中导航新方法。方法1、将不同浓度的荧光素钠溶液分别与三组活度为10μCi、50μCi、100μCi的~(18)F-FDG混合后进行CRET成像,分析信号强度与荧光素钠浓度的关系。2、固定荧光素钠浓度与不同活度的~(18)F-FDG混合后进行CRET成像,分析信号强度与~(18)F-FDG活度的关系。3、将最适浓度的荧光素钠溶液与~(18)F-FGD混合后进行光谱分析成像,研究最适浓度下的CRET的发射光谱;将不同浓度的荧光素钠与~(18)F-FDG混合后进行光谱分析成像,研究不同浓度荧光素钠的CRET成像发射光谱。4、将黑纸板放置在荧光素钠与~(18)F-FDG之间,研究~(18)F-FDG激发荧光素钠的机制;将荧光素钠与~(18)F-FDG在不同的间隔距离下进行成像,研究间隔距离对CRET效应的影响。5、在2mm深仿体中加入荧光素钠与~(18)F-FDG的混合物或相同活度的单纯的~(18)F-FDG,在全波段及540nm滤光片模式下进行CLI和CRET成像,研究信号强度及信噪比区别;在不同深度仿体中加入荧光素钠与~(18)F-FDG的混合物或相同活度的单纯的~(18)F-FDG,分别进行CLI及CRET成像,比较穿透深度的差异。6、将~(18)F-FDG与基质胶混合后在裸鼠左侧背部构建假性肿瘤,将相同活度~(18)F-FDG加上荧光素钠与基质胶混合后在裸鼠右侧背部构建假性肿瘤,在全波段及540nm滤光片模式下进行对两侧假瘤进行成像CLI和CRET成像,比较信号强度差异。7、对三组4T1皮下肿瘤模型荷瘤鼠注射相同活度的~(18)F-FDG后进行CLI及PET成像,再注射不同剂量(0.1ml/kg、0.5ml/kg和1.0ml/kg)的10%荧光素钠后进行CRET成像和荧光成像,确定荧光素钠进行在体CRET成像的最佳剂量;对三组4T1皮下肿瘤模型荷瘤鼠注射相同活度的~(18)F-FDG后进行持续观察成像,在这个过程中对组1及组2的荷瘤鼠分别在65min和115min时注射最佳剂量的荧光素钠,组3作为对照,不注射荧光素钠。确定荧光素钠进行在体CRET成像时的持续时间。8、对建模成功的裸鼠肝原位肿瘤模型注射~(11)C-CHO后进行PET成像和开腹后的CLI成像,注射最佳剂量的荧光素钠后在进行CRET成像和荧光成像。根据CRET成像对肿瘤的定位结果,使用CLE成像来对肿瘤边界进行精准检测后再对肝脏肿瘤进行指导切除。然后将切除的肿瘤及术后的荷瘤鼠进行CRET成像,最后将荷瘤鼠所有器官进行解剖分离并进行CRET成像。结果1、当荧光素钠浓度为0.05%时,CRET成像信号强度最强,是相同活度~(18)F-FDG产生的CL信号强度的5倍。2、CRET成像信号强度与~(18)F-FDG的活度呈线性关系。3、0.05%浓度的荧光素钠能使CL的发射峰红移至540nm附近,并显著增强信号强度。荧光素钠浓度越高,进行CRET成像时CL的发射峰红移越明显,当荧光素钠浓度为1%时其发射峰在580nm附近,但是其光学信号强度明显低于0.05%荧光素钠在540nm发射峰时的能量强度。4、黑纸片阻隔契伦科夫光后能显著影响荧光素钠的信号强度;荧光素钠的信号强度与放射性核素的激发距离呈反比下降。5、仿体实验研究发现,CRET成像在全波段及540nm滤光片模式下信号强度明显高于CLI,信噪比明显高于荧光成像。CRET成像能使CLI的穿透深度提高7mm。6、裸鼠两侧假瘤PET成像的信号强度基本相同,加入荧光素钠的右侧假瘤的光学信号明显高于左侧,是左侧假瘤的3.8倍。7、在体实验研究发现,当注射剂量为0.5ml/kg的10%荧光素钠时,对肿瘤部位的CL信号增强最强,使信号强度增强4.7倍。最佳剂量的荧光素钠在体应用后可以立刻使肿瘤部位的CL信号提高3-5倍,并持续30-50min。8、裸鼠肝原位肿瘤模型手术导航实验中,术前PET能发现肝右叶的肿瘤,开腹后的CLI及CRET成像能清楚的识别肿瘤大小和具体位置,且CRET成像时肿瘤部位的信号强度及信噪比均高于CLI。在CRET定位肿瘤的基础上,CLE精准的对肿瘤边界进行了检测,并指导了肝癌手术切除。术后的CRET成像证明实现了肝癌的根治性切除。结论1、采用最佳浓度实验、发射光谱实验、仿体实验等多种实验证明,荧光素钠是无毒有效的CRET荧光介质,可使放射性核素的CL信号增强5倍、发射峰波段红移至540nm附近、穿透深度提高7mm。2、首次验证了放射性核素与荧光素钠CRET成像的可行性,该成像方法能使肿瘤部位的CL信号强度提高4.7倍,并持续30-50min,较CLI具有更好的肿瘤检测效果。3、放射性核素及荧光素钠介导的PET/CRET/CLE多模成像能够实现肿瘤的精准检测和边界识别,有望成为一种肿瘤检测和术中导航的新方法,具有很好的临床转化应用前景。
【学位授予单位】：安徽医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R817.4

【参考文献】