Near-infrared optical imaging for intraoperative identification and assessment of parathyroid glands

近红外光学成像：甲状腺手术中甲状旁腺识别与评估的新利器

Jie Kang, Ziyang Ye, Chao Yan, and Bobo Gu

https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545825300095

导语

在甲状腺和甲状旁腺手术中，准确识别和评估甲状旁腺的功能至关重要。甲状旁腺虽小，却在调节人体钙代谢中发挥着关键作用。然而，由于其体积微小且与周围组织形态相似，手术中极易被误切或损伤。传统依靠肉眼识别的方法不仅主观性强，还存在较大不确定性。如今，近红外光学成像技术的出现为这一难题带来了新的解决方案。今天，我们将为您解读一篇来自上海交通大学顾波波副教授发表在《Journal of Innovative Optical Health Sciences》上的综述论文，带您了解近红外光学成像技术在甲状旁腺识别与评估中的应用。

正文

甲状旁腺是人体最小的器官之一，位于甲状腺附近，主要负责调节钙代谢。手术中，甲状旁腺的误切或损伤会导致术后低钙血症等一系列严重后果，给患者带来长期的健康隐患。因此，如何在手术中准确识别和评估甲状旁腺，一直是医学界研究的重点。

近红外光学成像技术，包括近红外自发荧光（NIRAF）成像和吲哚菁绿荧光成像（ICGFI），因其高特异性、高灵敏度以及良好的组织穿透性，逐渐成为甲状旁腺识别与评估的有力工具。与传统的光学成像技术相比，近红外成像在减少组织散射和降低背景荧光干扰方面具有显著优势，能够提供更清晰、更准确的成像效果。

近红外自发荧光（NIRAF）成像

NIRAF成像利用甲状旁腺组织自身的荧光特性，无需外源荧光剂即可实现对甲状旁腺的识别。研究表明，甲状旁腺在近红外波段（700-1000nm）具有独特的自发荧光信号，其荧光强度显著高于周围组织。这种自发荧光的发现为甲状旁腺的术中识别提供了新的思路。在实际应用中，NIRAF成像系统通过发射特定波长的近红外光激发甲状旁腺组织，然后检测其发出的荧光信号，从而实现对甲状旁腺的实时定位和识别。

Fig. 1. Principle of NIR imaging and intraoperative guidance systems.

NIRAF成像的优势在于其高特异性和实时性，能够在手术过程中快速、准确地识别甲状旁腺，降低误切风险。然而，NIRAF成像也存在一定的局限性。例如，当甲状旁腺被较厚的组织覆盖时，荧光信号的传播会受到限制，导致识别效果下降。此外，NIRAF成像无法提供甲状旁腺的血流灌注信息，无法直接评估其功能状态。

Fig. 2. (a) Typical commercial NIR imaging systems for clinical use. (b) Working principle and structure of clinical NIR imaging systems. Reproduced with permission from Ref. 15.

吲哚菁绿荧光成像（ICGFI）

ICGFI则通过注射一种名为吲哚菁绿的荧光染料来实现对甲状旁腺的成像。吲哚菁绿是一种近红外荧光染料，能够被甲状旁腺组织快速吸收并发出特定波长的荧光信号。与NIRAF成像相比，ICGFI不仅能够提供甲状旁腺的解剖结构信息，还能通过动态监测血流灌注来评估其功能状态。

ICGFI在甲状旁腺识别和功能评估中的应用已经得到了广泛的研究和验证。临床研究表明，ICGFI能够显著提高甲状旁腺的识别率，降低术后低钙血症的发生率。此外，ICGFI还能够在手术过程中实时监测甲状旁腺的血流灌注情况，为手术决策提供重要依据。然而，ICGFI也存在一些不足之处。例如，ICGFI的荧光信号相对较弱，容易受到周围组织的干扰，导致成像效果不稳定。此外，ICGFI需要注射外源荧光染料，可能存在一定的毒副作用和过敏反应。

近红外成像技术的综合应用

尽管NIRAF成像和ICGFI在甲状旁腺识别与评估中各有优势，但它们也存在一定的局限性。为了克服这些局限性，研究者们开始探索将这两种成像技术结合起来的综合应用方案。综合应用方案能够充分发挥NIRAF成像的高特异性和ICGFI的血流灌注评估优势，实现对甲状旁腺的全面、准确识别与评估。

综合应用方案的实施需要解决的关键问题是两种成像技术之间的信号干扰和图像融合问题。研究者们通过优化成像设备和算法，成功实现了NIRAF成像和ICGFI的信号分离和图像融合。这种综合应用方案不仅能够提高甲状旁腺的识别率，还能够降低术后并发症的发生率，为甲状腺手术的安全性和有效性提供了有力保障。

结语

近红外光学成像技术的发展为甲状旁腺的术中识别与评估带来了新的希望。NIRAF成像和ICGFI各具优势，而它们的综合应用更是为甲状旁腺的全面评估提供了可能。随着技术的不断进步和临床应用的逐步推广，相信近红外光学成像技术将在甲状腺手术中发挥越来越重要的作用，为患者的健康保驾护航。

通讯作者简介

顾波波（Bobo Gu）上海交通大学长聘副教授，博士生导师。曾于浙江大学、丹麦科技大学、新加坡南洋理工大学、法国XLIM研究所、美国纽约州立大学布法罗分校学习和工作。2017年加入上海交通大学生物医学工程学院，获上海市浦江人才计划资助。研究工作集中于生物医学光学影像技术及临床转化应用。近年来在Light: Science & Applications, Laser & Photonics Reviews, Advanced Science等学术期刊发表论文60余篇，著有专著《Optical Imaging in Human Disease and Biological Research》(ISBN:978-981-15-7626-3)。

课题组主页：gulab.sjtu.edu.cn。