麻省理工团队巧用短波红外可视化定位淋巴结，助力精准肿瘤分期

动脉vcbeat

2024-09-01 08:00发布于重庆科技领域创作者

淋巴结，是机体免疫体统的一部分，其通过淋巴管道相连遍布全身，颈部、腹部、腋窝、腹股沟等可见淋巴群。然而，淋巴结也是癌症扩散的通道，确定癌细胞是否从原发肿瘤部位扩散到区域淋巴结，是决策后续治疗预测预后的重要因素，也是肿瘤TNM分期中最重要的任务之一。

数十年的临床出版物表明，取出的淋巴结数量与癌症患者的存活率息息相关。 ^[1]根据《美国联合癌症委员会 (AJCC) 癌症分期手册》第8版显示，“从手术标本中切除和取出的淋巴结数量与存活率提高相关，可能是因为分期准确性提高。”

由于淋巴结数量与患者存活率之间存在明显的相关性，所有检查方案都要求病理学家助理(PA)、住院医生和病理学家找到“所有淋巴结” 或“尽可能多的淋巴结”。淋巴结数量也被用作质量指标，“每个结直肠癌病例必须检查至少 12 个淋巴结”，这是包括 AJCC、CAP 和 NCCN等许多医疗机构规定的标准。^[1]

当地时间8月13日，白宫宣布了一项重大举措，拨款1.5亿美元给八家机构以推进肿瘤精准治疗。其中包括七所顶尖大学和一家总部位于硅谷的医学成像初创公司——Cision Vision，其利用短波红外线将手术活检样本中隐蔽的淋巴结可视化呈现，以提升癌症治疗的效率与精准度。

紧接着8月15日，Cision Vision获得美国卫生高级研究计划署 (ARPA-H) 精准外科手术 (PSI) 项目2200 万美元的资助。

“标本中淋巴结的

真实数量一直是个谜”

Cision Vision的官网上有这样一句话，“标本中淋巴结的真实数量一直是个谜（The true number of lymph nodes in specimens has been a mystery）”。

在美国，病理学家助理 (PA) 和病理学住院医师通常负责检查淋巴结，后者通常还要承担大量医院的学术工作。

影响淋巴结取样难度的两个最重要因素是组织的大小以及病例在手术前是否接受过治疗。前者之所以重要，是因为病理学只能对手术切除的组织量进行操作；后者是因为手术前进行化疗，会缩小肿瘤和淋巴结，淋巴结的大小通常在1毫米或更小，是不可见更摸不到的，即使是最熟练的PA，要悉数找到这些淋巴结也是极其困难的。

除上述提到的问题外，传统的诊断路径往往繁琐复杂，涉及穿刺取样、染色等多个步骤，再由病理学家在显微镜下仔细甄别。另外，不同大小的标本淋巴结数量不定，这无疑增加了漏诊风险。

麻省理工系团队巧用“短波红外线+AI”，以“颜色区分”呈现淋巴结

那，有没有一种方法可以帮助医生直观、快捷、精准地捕捉淋巴结呢？

Cision Vision正是为此而生。这家成立于2020年的公司，由麻省理工学院衍生而来，依托于麻省理工学院博士后Jeremy Li与麻省理工学院生物工程系主任Angela Belcher教授共同研发的突破性成像技术——利用短波红外线（SWIR）揭示淋巴结与脂肪之间的自然化学成分差异。

Cision Vision的两位创始人，图片来自企业官网

这个技术的原理并不复杂。短波红外线的波长范围大约在1000-2000纳米之间。由于人体主要组成成分如水、脂肪、胶原蛋白等在短波红外范围内具有天然吸收峰，这些成分能在短波红外线下呈现出不同的“颜色”，使得它们可以被区分开来。

而淋巴结、淋巴管和周围脂肪之间的水分对比，会产生不同“颜色”，Cision Vision正是利用这个原理，通过结构光进行高光谱成像，帮助病理学家在手术标本中找到淋巴结，进而提高寻找淋巴结的效率和准确性。

当然，技术的精进离不开实践的检验与临床的反馈，为此，Cision Vision团队访谈了超千名临床医生，经历了9次优化迭代，才最终开发出InVision。

美国现已有十余家医院在使用InVision，图片来自thepathologist

InVision是一款相差显微镜，其由显示屏和观察区两部分组成。按照创始人Jeremy Li的描述，该设备仅有“一个女士鞋盒的大小”，可轻松适应于任何有限空间。

InVision基于短波红外技术的成像系统，结合AI，通过提供淋巴结与周围脂肪组织的对比图像（淋巴结显示为暗色，周围脂肪组织显示为亮色），帮助病理学家更高效和准确地执行淋巴结检查，有助于癌症的发现和分期。并且，该系统可以无缝集成到现有的解剖病理工作流程中，无需改变既有的工作流程，更便捷易用易普及。

InVision成像系统操作页面显示

其可调节的倾斜屏幕能够确保最佳视角位置，能够提供实时（滞后时间＜0.01秒）的高分辨率成像（70μm）。触摸屏表面即使在用户戴手套或手湿的情况下也能灵敏响应。在显示屏下方，有一块宽大的观察区域，一次可直接透视2～3毫米厚度、最大尺寸为8厘米x6厘米的组织样本。并且该系统还拥有标本快照，可随时一键快照保存。此外，InVision不仅可以即插即用，也可使用电池，续航时间约3小时。使用完毕后，只需用酒精湿巾擦拭干净观察区域即可。

与前哨淋巴结活检等方法相比，InVision系统不需要对组织进行穿刺取样、染色等复杂预处理步骤，无辐射、无需注射，减少了患者的不适和诊断流程的繁琐性，更重要的是能帮助医生在“化繁为简”操作的同时，避免遗漏，实现更准确的癌症分期。

从上至下依次为：肠系膜淋巴结，亚毫米头颈淋巴结，图左为InVision成像

值得一提的是，InVision成像系统是第一台使用短波红外技术来区分淋巴结和周围脂肪组织的系统，其不仅获得了FDA I类医疗器械认证，还荣膺了《时代》杂志2023年度最佳发明奖及红点设计奖。

目前，InVision已在美国十余家医院“服役”。在ARPA-H的支持下，其普及度将进一步提升。

国内更侧重于

造影剂与手术导航系统

回看国内，也有不少基于红外技术的肿瘤相关产品，但更侧重于造影剂与手术导航系统，目前尚无类似InVision的设备。在此，动脉网根据近两年的公开资料略作盘点，以下排序不分先后，如有遗漏，还希望您添加文末作者联系。

浙江海擘生物科技有限公司自主研发的近红外低氧靶向造影剂NC527-X，将肿瘤靶向技术与近红外荧光成像技术结合为一体，其独特的肿瘤靶向性能够精准识别并附着于肿瘤组织，而近红外荧光成像技术能在不损伤正常组织的前提下，实现对肿瘤病灶的高清晰度、高灵敏度成像。其于2024年7月获美国FDA临床试验默示许可，是全球首款First-in-Class近红外荧光肿瘤精准成像药物，也是中国首个近红外荧光肿瘤精准成像药获得美国FDA的IND默示许可。（推荐阅读：【首发】海擘生物完成数千万元Pre A轮融资，普华资本独家投资）

新斗生物科技（苏州）有限公司自主研发的近红外肿瘤靶向荧光造影剂产品DGPR1008注射液，可用于前列腺癌手术患者，作为术中识别恶性病变的辅助手段，是国内该领域首款获批临床的产品。DGPR1008注射液具有高敏感性、强特异性和良好的肿瘤背景比（TBR），可协助术者清晰定位肿瘤位置和边界，减少对正常组织的损伤，并识别微小肿瘤病灶及转移淋巴结。2024年5月，其宣布临床试验申请获得中国国家药品监督管理局药品审评中心（CDE）的默示许可（受理号：CXHL2400243）。（推荐阅读：首个近红外肿瘤靶向荧光造影剂临床试验获批，填补国内该领域空白！）

此外，北京航空航天大学与中国科学院自动化研究所等单位合作，研发了肿瘤近红外荧光手术导航系统。该系统能够在术中无创、实时地可视化肿瘤分子细胞水平的生物化学事件，为外科医生在术中决策提供实时分子病理水平的客观依据。相关产品已在国内1000余家三甲医院进行了应用推广，并累计销售额突破1.3亿元，打破了国外同类产品的长期垄断。^[2]

唐本忠院士团队深圳大学AIE研究中心的王东教授和吉林大学朱守俊教授，于2022年7月在Matter期刊上发表了题为"Molecular engineering of AIE luminogens for NIR-II/IIb bioimaging and surgical navigation of lymph nodes"的研究成果。该项成果通过分子工程策略构筑了目前具有最长吸收波长的近红外二区AIE分子，与FDA批准和临床应用的造影剂吲哚菁绿（ICG）相比，该材料可以实现长保留、深穿透和高信噪比前哨淋巴成像及手术导航。

南开大学药学院郗日沫教授，孟萌副教授课题组，2021年12月在国际著名学术期刊《J. Am. Chem. Soc.》发表题为“A Tumor-Targeting Near-Infrared Heptamethine Cyanine Photosensitizer with Twisted Molecular Structure for Enhanced Imaging-Guided Cancer Phototherapy”的研究论文。研究团队设计合成了一种肿瘤靶向型近红外光敏剂T780T：在两分子花菁光敏剂IR780之间引入四苯基乙烯（TPE）的扭曲结构，以提高其光热转换效率和光热稳定性。所构建分子T780T在水相中可自组装成均匀的纳米聚集体，荷瘤小鼠尾静脉注射给药后，T780T聚集体展现出明显的肿瘤蓄积效果，经一次给药两次激光照射的治疗方式，实现了更显著的肿瘤抑制效果。

[1] <What is the Most Common Lymph Node Yield for Colorectal Cancer Cases? The results may scare you.>,Cision Vision;

[3] <MIT’s tiny technologies go to Washington>

[4] <CisionVision Receives Prestigious ARPA-H Funding>

[5] <Invision: A Clear View>

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