用于在诊断或治疗程序中提供实时解剖学指导的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于在诊断或治疗程序中提供实时解剖学指导的系统和方法。根据一方面，披露了用于在诊断或治疗程序中术中提供解剖学指导的系统。在一个实施方案中，该系统包括：被配置为发射可见光光束的第一光源；被配置为发射近红外光光束的第二光源；光学耦合至第二光源的手持式探针；被配置为检测可见光的第二成像设备；被配置为检测具有第一预定波长的近红外光的第三成像设备；被配置为检测具有第二预定波长的近红外光的第四成像设备；用于显示数据的至少一种可视化表示的显示器；以及控制器，被编程为产生感兴趣区域的至少一种实时综合可视化表示以及将所述实时可视化表示显示在显示器上用于在诊断或治疗程序期间的指导。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】本申请是申请日为2010年12月15日，申请号为201080063264.1，专利技术名称为“”的申请的分案申请。本申请是以Emory University (美国国有公司，为除美国之外的所有国家的申请人)，和Shuming NiAaron Mohs及Michael Mancini (均为美国居民，为指定美国的申请人)的名义于2010年12月15日提交的PCT国际专利申请。联邦政府资助的研宄的申明本专利技术是在由Nat1nalInstitute of Health and Nat1nal Cancer Institute授予的批准号为NIH/NCI U54CA011933的政府支持下完成的。美国政府根据这项批准享有本专利技术的某些权利。相关专利申请的交叉引用根据美国法典第35篇第119条(e)款，本申请要求Shuming Nie、Aaron Mohs和 Michael Mancini 在 2009 年 12 月 15 日提交的题目为“SYSTEM AND METHODS FORINTRAOPERATIVELY PROVIDING ANATOMICAL ⑶IDANCE IN A SURICAL PROCEDURE，，的美国专利临时申请 N0.61/286，519，以及 Shuming Nie、Aaron Mohs 和 Michael Mancini 在2010 年 9 月 23 日提交的题目为 “A HANDHELD SPECTROSCOPIC DEVICE FOR IN VIVO ANDINTRA-OPERATIVE TUMOR DETECT1N:CONTRAST ENHANCEMENT, DETECT1N SENSITIVITY, ANDTISSUE PENETRAT1N”的美国专利临时申请N0.61/385，613的权益，这两个专利申请的全部披露内容都通过引用结合在此。在本专利技术的说明中引用和讨论了可能包括专利、专利申请和各种出版物的一些参考文献。对此类参考文献的引用和/或讨论仅为了阐明本专利技术的描述，而不是承认任何此种参考文献是在此描述的本专利技术的“现有技术”。本说明书中引用和讨论的所有参考文献都通过引用以其全部内容结合在此，如同每篇参考文献均单独地通过引用结合在此一样。就符号而言，在下文中“”代表参考文献列表中引用的第η篇参考文献。例如，代表参考文献列表中引用的第4篇参考文献，即，KarakiewiCZ，P.1.等人，Urology 2005,66,,1245-1250。专利
本专利技术总体上涉及用于在诊断或治疗程序中术中提供指导的系统和方法。专利技术背景许多种形式的人癌症可通过手术切除、化疗和/或放射而治疗。手术为广泛范围的肿瘤类型提供了显著的存活优势，并且治愈了患有实体瘤的所有病人的大约45% 。为了用手术成功地治疗病人，外科医生必须在手术时去除整个肿瘤，包括原发肿瘤、可能含有肿瘤细胞的引流淋巴结以及小的邻近卫星结节。统计数据表明对于几乎所有实体瘤而言完全切除是病人存活的单个最重要预测指标。在肺癌、乳腺癌、前列腺癌、结肠癌和胰腺癌中，完全切除与部分切除相比使存活期提高了 3-5倍。计算机断层摄影术(CT)、正电子发射断层摄影术(PET)和混合技术(例如CT/PET)的最新进展已经大大改进了肿瘤检测和手术计划，但这些形式没有提供实时术中辅助。术中磁共振成像(MRI)可以辅助肿瘤的手术切除，但是它费时并且明显增加手术时长、麻醉时间和财务成本。术中超声检查也显示出检测乳腺癌的潜力，但是它对于小于5_的肿块的检测具有有限的敏感度。面临这些困难，基于细胞成像、天然荧光和拉曼散射的光学技术已经因肿瘤检测和诊断而受到关注。具体来说，胶原蛋白、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、以及黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的自体荧光水平与头颈部癌症相关。已经通过激光拉曼光谱测量化学和生物化学变化用于乳腺癌的边缘评估和常规骨盆检查期间宫颈非典型增生的非侵入性检测。在细胞生物化学方面小的变化可以转化为可用荧光或拉曼散射测量的光谱差异。然而，肿瘤在它们的分子和细胞组成上是高度异质的，并且恶性和良性组织的在生物化学方面的差异易受病人生理和病理的天然变异的影响。因此，自体荧光和本征拉曼测量常常导致对于良性组织的不可接受的假阳性率、以及对于恶性组织的不可接受的假阴性率。由于组织散射和血液吸收，光学方法具有相对有限的穿透深度。然而，对于术中应用，通过手术暴露病变并且可以使它们与成像设备靠得很近，这样它们变成光学照射和检测可接近的。使用外源性造影剂的问题在于它们经常不能深入地穿透到实体瘤中，尤其当使用大分子如单克隆抗体或纳米粒子时更是如此。另一方面，对于手术期间的肿瘤边缘检测，在肿瘤周边检测造影剂而不需要深入穿透。同样地，对于小的和残余的肿瘤的检测而言不需要深入穿透，因为小的肿瘤不具有高瘤内压或坏死/低氧核(necrotic/hypoxic core)，即，限制成像和治疗剂的肿瘤穿透的两个因素。对于诊断或治疗程序期间提供解剖学指导和迅速的病理存在着需要，以例如通过验证所切除肿瘤组织的边缘是否清晰来确定肿瘤是否已经完全切除，而不需要等待病理来处理所切除组织以验证所述边缘中是否没有残余的癌症生长迹象。因此，本领域中仍然存在尚未解决的需要来解决前述缺陷和不足。专利技术概述在一方面，本专利技术涉及用于在诊断或治疗程序中术中提供解剖学指导的系统。在一个实施方案中，该系统包括被配置为向活受试者的感兴趣区域发射可见光光束的第一光源以及被配置为向感兴趣区域发射近红外光光束的第二光源。所述系统还包括光学耦合至第二光源的手持式探针，该手持式探针包括被配置为递送所发射的近红外光光束以照射感兴趣区域的光纤。光纤还被配置为收集响应于第二光源的照射而从引入到感兴趣区域中的靶组织中的造影剂散射的光或发射的光。在所述系统中还包括第一成像设备。第一成像设备光学耦合至手持式探针，并且被配置为检测所收集的光和产生包括所收集的光数据的相应信号。手持式探针进一步配置为通过光纤向第一成像设备传输所收集的光。所述系统进一步包括第二成像设备，所述第二成像设备被配置为检测响应于第一光源的照射而从感兴趣区域发射的可见光和产生包括可见光数据的相应信号。在所述系统中还包括第三成像设备，其被配置为检测响应于第二光源的照射而从感兴趣区域发射的具有第一预定波长的近红外光，并且还被配置为产生包括第一近红外光数据集的相应信号。另外，该系统包括第四成像设备，其被配置为检测响应于第二光源的照射而从感兴趣区域发射的具有不同于第一预定波长的第二预定波长的近红外光，并且还被配置为产生包括第二近红外光数据集的相应信号。在所述系统中进一步包括用于显示数据的至少一种可视化表示的显示器。该系统还包括与第一光源、第二光源、第一成像设备、第二成像设备、第三成像设备、第四成像设备和显示器中的每一者通信的控制器。该控制器可以包括有效地引起计算机执行特殊功能的一个或多个可编程处理器。在这个实施方案中，控制器被编程为用于由所收集的光数据、可见光数据、第一近红外光数据集和第二近红外光数据集中的每一者产生感兴趣区域的至少一种实时综合可视化表示，以及将实时综合可视化表示显示在显示器上用于在诊断或治疗程序期间的指导。在一个实施方案中，造影剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在诊断或治疗程序中术中提供解剖学指导的系统，包括：(a)一个第一光源，所述第一光源被配置为向活受试者的一个感兴趣区域发射可见光光束；(b)一个第二光源，所述第二光源被配置为向所述感兴趣区域发射近红外光光束；(c)一种手持式探针，所述手持式探针光学耦合至所述第二光源，所述手持式探针包括一种光纤，所述光纤被配置为递送所发射的近红外光光束从而照射所述感兴趣区域，并且被配置为收集响应于所述第二光源的照射而从引入到所述感兴趣区域中的靶组织中的造影剂散射或发射的光，其中所述造影剂包括拉曼探针和荧光探针中的至少之一；(d)一个第一成像设备，所述第一成像设备光学耦合至所述手持式探针，并且被配置为检测所收集的光和产生包括所收集的光数据的相应信号，并且其中所述手持式探针进一步被配置为通过所述光纤向所述第一成像设备传输所收集的光，其中所述收集的光数据包括拉曼数据和荧光数据中的至少之一；(e)一个第二成像设备，所述第二成像设备被配置为检测响应于所述第一光源的照射而从所述感兴趣区域发射的可见光和产生包括可见光数据的相应信号；(f)一个第三成像设备，所述第三成像设备被配置为检测响应于所述第二光源的照射而从所述感兴趣区域发射的具有第一预定波长的近红外光，以及产生包括第一近红外光数据集的相应信号；(g)一个第四成像设备，所述第四成像设备被配置为检测响应于所述第二光源的照射而从所述感兴趣区域发射的且具有不同于所述第一预定波长的第二预定波长的近红外光，以及产生包括第二近红外光数据集的相应信号；(h)一个显示器，所述显示器用于显示数据的至少一种可视化表示；和(i)一个控制器，所述控制器与所述第一光源、所述第二光源、所述第一成像设备、所述第二成像设备、所述第三成像设备、所述第四成像设备、和所述显示器中的每一者通信，且所述控制器被编程为用于由所收集的光数据、可见光数据、第一近红外光数据集和第二近红外光数据集中的每一者产生感兴趣区域的至少一种实时综合可视化表示，以及将所述至少一种实时可视化表示显示在显示器上用于在诊断或治疗程序期间的指导，其中所述感兴趣区域的所述至少一种实时综合可视化表示包括由所述可见光数据产生的感兴趣区域的宽场图像、限定在所述宽场图像之内的并且由所述第一近红外光数据和所述第二近红外光数据中至少之一产生的预定区域的近红外光图像，以及由所述拉曼数据和所述荧光数据中的相应的至少之一产生的拉曼图像和荧光图像中的至少之一，其中：所述近红外光图像是所述宽场图像上的覆盖图像，且代表所递送的近红外光光束在感兴趣区域之内的位置；所述拉曼数据和所述荧光数据中的所述至少之一由当超出预定义阈值水平时预示靶组织的疾病的信号表示；所述拉曼图像和荧光图像的所述至少之一是在所述近红外光图像上的彩色覆盖图像，所述彩色覆盖图像具有代表超出所述预定义阈值水平的所述信号的水平的不透明度；以及在所述造影剂被引入所述感兴趣区域中的靶组织之后，所述彩色覆盖图像的不透明度随着时间的过去衰减，且所述彩色覆盖图像相对于所述近红外光图像是逐渐更加半透明的。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：书明·聂，亚伦·莫斯，迈克尔·曼奇尼，
申请(专利权)人：爱默蕾大学，
类型：发明
国别省市：美国;US