近红外二区荧光成像技术的临床研究进展

近红外荧光成像是外科手术中实现术中导航的关键技术之一。近些年随着近红外二区（NIR-II, 900~1 700 nm）光学生物成像理论的日趋成熟,NIR-II荧光成像技术成为临床手术导航领域的一大研究热点。本文基于NIR-II光学生物成像理论,简要介绍了NIR-II荧光探针及成像系统的发展现状,就NIR-II荧光成像技术在活体小动物手术与人体临床手术中的研究展开综述,讨论了该技术在未来临床手术中的发展潜力以及临床转化中需要面临的难点。     

可见-近红外二区双通道荧光成像系统

本文基于光学手段,开发出了一套能够兼顾可见光与近红外二区（NIR-II）窗口的双通道宏观成像系统,能够实时输出具有NIR-II荧光信息的高质量明场图像,解决了常规的NIR-II宏观成像系统提供的荧光图像与明场图像割裂较大的问题。实验中利用不同厚度的脂肪组织测试了吲哚菁绿的NIR-II窗口荧光信号分别在1 100~1 700 nm长通滤光片与1 300~1 700 nm长通滤光片下的抗散射能力与成像表现。接着利用所搭建的双通道宏观成像系统分别在小鼠以及大鼠模型上实现了淋巴结成像并模拟进行了淋巴结的切除手术,模拟了对腹腔淋巴结清扫的过程。最后,在大鼠模型上添加了不同厚度的生物脂肪组织,模拟实际手术中脂肪组织覆盖在淋巴结上的情况,观察双通道系统的穿透能力。可见近红外二区双通道荧光成像系统通过给操作者提供直观的影像信息,缩减手术时间、提高患者的预后,在临床手术导航中具有较大的应用潜力。     

近红外二区荧光宽场显微活体成像技术和应用

近红外二区(900～1880 nm,the Second Near-Infrared Region,NIR-II)荧光宽场显微成像技术是当前大深度活体成像的一大研究热点,在基础研究和临床应用方面都拥有巨大的潜力.对比可见光(360～760 nm)和近红外一区(760～900 nm,the First Near-Infr...     

近红外二区共聚焦显微技术的进展及应用（特邀）

共聚焦显微镜具有较高的空间分辨率和信号背景比,能对生物样品进行三维层析成像,在医学与生物学领域有着广泛的应用。近红外二区（NIR-II,900~1 880 nm）波段的光在生物组织中具有适中的吸收、较低的散射,以及非常弱的生物组织自发荧光,因此,NIR-II荧光活体成像具有大深度、高对比度等优势。点激发、点探测的NIR-II共聚焦显微技术结合了上述二者的优势,在大深度生物成像中具有高空间分辨率和高信号背景比等优点,因此在生物医学领域得到了广泛应用。此综述将从NIR-II共聚焦显微技术的原理出发,阐述其发展进程、以及基于此项技术开展的生物医学成像应用,探讨NIR-II共聚焦显微技术未来的改进和发展方向。     

近红外二区荧光手术导航探针研究进展

肿瘤是严重威胁人类健康和社会发展的重大公共卫生问题之一。针对肿瘤的治疗,外科手术切除仍是最普遍、最理想的策略。目前,外科医师在术中主要通过肉眼观察、超声等方法确定肿瘤边界、残余病灶以及微小转移病灶,然而,这些方式存在手术切缘肿瘤易残留、难以实时发现微小转移灶等问题,导致肿瘤术后复发、转移率高,严重影响病人的预后和远期生存。荧光手术导航的快速发展为解决这一问题提供了新的技术支撑。本文聚焦于荧光手术导航用荧光探针,重点对荧光手术导航系统和各类有机、无机近红外二区荧光分子探针进行系统阐述,分析其临床转化与应用面临的瓶颈问题,探讨可能的解决思路,以期为国内外相关领域的研究提供思路与参考。     

近红外二区花菁染料在疾病应用中的研究进展

由于具备组织散射少、穿透深度深、时空分辨率高等许多优势,近年来近红外二区（NIR-Ⅱ,1000～1700 nm）荧光成像在生物成像领域取得了显著的进展。基于花菁染料的有机荧光分子,具有荧光量子产率高、吸光系数高、合成过程相对简单、生物相容性好等优势,其在NIR-Ⅱ的荧光特性使其成为一类极具研究价值的分子探针,在医学应用方面展现出巨大的潜力。首先简要介绍了花菁染料的基本特性,其次对最近开发的近红外二区花菁染料在多种疾病（如肿瘤、炎症性疾病和损伤）应用中的最新研究进展进行总结,最后对其未来的发展方向与前景进行了展望。     

InGaAs近红外相机成像技术研究

论述了近红外成像原理及优点,探讨了InGaAs近红外相机组件的核心器件——近红外探测器及其探测器驱动电路、信号处理电路和接口电路等电路组成,阐述了通信流程和疵点补偿方法,通过成像效果对比,详细分析了红外相机、可见光相机和InGaAs近红外相机各自的成像特点,指出近红外相机作为可见光相机和红外相机的补充,在军事和民用上有着广泛的应用。     

激光辅助照明主动近红外成像系统

研制了一种激光辅助照明主动近红外成像组件。该组件使用半导体激光光纤耦合器件作为夜视光源,通过其在暗场自然环境下的成像验证了光源补光性能和选用的CCD芯片对特定波段光源具有较高的响应度。该组件可实现全天候成像,不受外界照度的制约,可广泛应用于科研、监控等领域。     

近红外有机小分子电致发光材料研究进展

近红外有机发光材料与器件在信息安全、光纤通信、生物成像、医学诊断等重要领域具有广阔的应用前景.近几年,基于热激发延迟荧光、局域电荷转移杂化态、发光自由基的双重态激子发光等机理,电致发光过程中激子的利用率已达到100％,大幅提高了近红外有机电致发光器件的性能.本文综述了近红外有机小分子电致发光材料的研究进展.根据不同的发...     

激光扫描共聚焦技术在近红外荧光成像中的应用

为实现高信噪比(SNR)的深层生物组织成像,结合了激光扫描共聚焦成像技术和近红外(NIR)荧光成像技术,根据近红外荧光成像要求设计了一套激光扫描共聚焦近红外荧光成像实验系统,对注入近红外荧光染料LDS925小鼠的尾部成像后获得了小鼠尾部近红外荧光图像和近红外共聚焦荧光图像。实验结果表明小鼠尾部近红外共聚焦荧光图像信噪比显著优于小鼠尾部近红外荧光图像,采用均方差和峰谷(PV)值进行评估时,近红外荧光成像荧光信号强度分布的均方差值和PV值分别为864和102;共聚焦荧光成像的荧光信号强度分布的均方差值和PV值分别为1459和255;进一步表明激光扫描共聚焦成像技术在近红外荧光成像中应用是可行的,可以实现深层组织的高信噪比共聚焦成像。     

近红外固体成像夜视技术发展的潜力

介绍了一种介于微光像增强器和热成像之间的近红外固体成像技术.采用罗斯探测方程等,对该技术的技术优势和发展趋势进行了分析,认为非制冷的近红外成像技术可能在不久的将来取代真空管的微光像增强技术.     

高分辨率近红外成像光谱仪光学系统

研究了一种在近红外波段具备良好成像能力的双凹面光栅成像光谱仪系统。对这种串联光栅系统中存在的主要像差像散和彗差进行了分析,并计算获得了该系统的最优成像条件:两个光栅和柱面透镜的最优摆放位置。这种改进型的Wadsworth系统可以在全波段近似消除彗差和像散,具备良好的光学成像质量,并仅通过刻线密度较低的光栅即可实现高光谱分辨率。设计了一个工作于780~1 100 nm波段的成像光谱仪系统,其光谱采样达到0.92 nm/pixel,全视场调制传递函数在17 lp/mm的奈奎斯特频率下高于0.45,系统像差得到充分校正,且加工和装调公差比较宽松。研究结果分析证明了设计理论的正确性。     

非接触式近红外荧光断层成像中光在自由空间中的传播模型及验证

阐述了非接触式近红外荧光断层成像中光从介质表面出射后的传播.在Jorge Ripoll等人工作的基础上,考虑了镜头的空间透视效应,简化了光在自由空间中的能量传播模型,建立了介质表面光强与CCD探测强度的联系.仿体实验结果表明该模型能够有效应用于非接触式近红外荧光断层成像.     

量子点标记荧光分析技术在痕量小分子有机污染物检测中的应用

量子点是一种半导体纳米粒子,具有荧光量子产率高、激发光谱宽、发射光谱窄而可调、耐光漂白等独特的光学特性,在健康、食品安全、医药卫生、环境分析等诸多领域得到了广泛应用。简述了量子点的基本特性,针对近年来量子点荧光分析在痕量小分子有机污染物检测中的应用技术研究,从量子点标记荧光免疫吸附分析（QDs-FLISA）技术、荧光共振能量转移（FRET）技术、免疫传感器技术三个方面进行了综述。最后,就该研究领域存在的问题和发展方向提出了看法。     

功能近红外光谱在大脑成像中的研究及应用

近红外光谱的650～1000 nm是大脑成像的“光学窗口”,功能近红外光谱技术对大脑成像具有非侵入、无需注射造影剂、成本低和方便等优点,被应用于脑成像。概述了近红外光谱在大脑成像中的原理、方法及发展,总结分析了功能近红外光谱技术对大脑探测在提高系统分辨率方法的3个主要阶段,提出了存在的问题和发展前景。     

基于AOTF的近红外成像系统研究

以声光可调谐滤光器(AOTF)作为分光器件,采用FPA-640×512InGaAs焦平面阵列探测器作为光学敏感接收器件,设计了近红外成像系统。该系统由AOTF光路模块、射频驱动源模块及阵列探测器成像模块3大部分组成。首先介绍了AOTF的工作原理,并根据该原理设计了高频信号发生电路和功率放大电路,用来驱动AOTF衍射出不同波长的光波;以现场可编程门阵列(FPGA)作为核心处理单元的探测器成像模块,在接收到来自射频驱动同步接口电路的上升沿信号后,产生探测器正常工作所需时序,最终通过数据采集存储实现图像复原。搭建了近红外成像系统,实验表明,在0.9~1.7μm近红外波段范围内系统成像质量清晰,具有较高的应用价值。     

单光源、单探测器的近红外光学乳腺成像系统

阐述了一套基于频域技术的新型近红外光学乳腺成像系统.与本实验室曾经研制过的多光源、多探测器样机相比,此系统采用单光源、单探测器,因而从根本上避免了多通道成像系统中各路之间不匹配的现象,并简化了结构,同时降低了成本.仿体实验和临床实验结果证明,本系统具有较高的灵敏度和分辨率,可能成为一种行之有效的乳腺癌检测方法.     

二次谐波在生物医学成像中的应用

二次谐波成像是近年来发展的一种新的光学成像技术,作为生物结构检测和耐久追踪标记的新工具已经受到广泛的关注。二次谐波成像技术避免了经典荧光探针会遇到的许多固有缺点,是一种理想的活体成像方法,具有很好的生物医学应用前景。本文系统介绍了二次谐波原理及其成像装置,二次谐波介质分类及特点,二次谐波在生物医学成像中的应用,最后对二次谐波成像未来的机遇和将要面对的挑战进行了展望。