熒光分子調(diào)色板提升手術(shù)精準(zhǔn)度
記者王春
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精準(zhǔn)識(shí)別人體器官結(jié)構(gòu)、避免術(shù)中損傷,是降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。9月9日,記者從復(fù)旦大學(xué)獲悉,該?;瘜W(xué)系教授張凡、研究員王尚風(fēng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合該校計(jì)算與智能創(chuàng)新學(xué)院教授顏波、研究員譚偉敏團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開(kāi)發(fā)出一種名為“鑭系彩虹”的新型熒光分子調(diào)色板,讓復(fù)雜手術(shù)操作更安全、更精準(zhǔn)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》。
據(jù)介紹,這種分子調(diào)色板,能克服光與組織相互作用,在深層組織中實(shí)現(xiàn)高分辨率高容量九色成像。憑借其高質(zhì)量、高可重復(fù)性的成像數(shù)據(jù),研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步引入人工智能算法,成功在活體中對(duì)多個(gè)臟器進(jìn)行不同顏色的標(biāo)記,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)熒光手術(shù)導(dǎo)航,這為精準(zhǔn)醫(yī)療和復(fù)雜生命機(jī)制研究提供了全新的工具。
傳統(tǒng)熒光成像通過(guò)給不同分子打上“彩色標(biāo)簽”,讓科學(xué)家可以同時(shí)追蹤多個(gè)目標(biāo)。然而在哺乳動(dòng)物體內(nèi),光線會(huì)被強(qiáng)烈散射,還會(huì)受到人體內(nèi)內(nèi)源性熒光團(tuán)自發(fā)熒光的干擾,導(dǎo)致圖像模糊。
研究團(tuán)隊(duì)利用稀土元素鉺的獨(dú)特光學(xué)特性,通過(guò)分子工程技術(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種分子調(diào)色板,并創(chuàng)新性地引入了“激發(fā)編碼、單一發(fā)射”的多光譜成像策略,解決了基于多發(fā)射的多光譜成像技術(shù)光子利用效率低、不同波長(zhǎng)下圖像保真性會(huì)受到影響兩大問(wèn)題。新方法可以確保所有成像通道都呈現(xiàn)出一致的高對(duì)比度,即便在深層組織中,也能精準(zhǔn)區(qū)分出高保真的9種信號(hào)。
利用AI輔助的“鑭系彩虹”分子調(diào)色板,研究團(tuán)隊(duì)成功在結(jié)直腸癌小鼠模型中實(shí)現(xiàn)了五色熒光指導(dǎo)手術(shù)導(dǎo)航。該系統(tǒng)能夠同步可視化腫瘤原發(fā)灶、轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)、血管與腸道運(yùn)動(dòng),并通過(guò)新型AI模型,自動(dòng)完成光譜特征提取與分解,在術(shù)中實(shí)時(shí)輸出手術(shù)部位清晰的解剖結(jié)構(gòu)與功能信息。未來(lái),外科醫(yī)生有望利用相關(guān)成果,實(shí)時(shí)看到腫瘤、血管、淋巴結(jié)及腸道等多部位的動(dòng)態(tài)畫(huà)面,從而大幅提升精準(zhǔn)切除和術(shù)中判斷的能力。
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