[发明专利]用于从荧光团同时录制可见光图像和红外光图像的系统和方法

说明书

技术领域

本发明提供用于从荧光团同时录制可见光图像和红外(IR)光图像的系统和方法。

背景技术

本文中引用的所有公布均以引用方式全部并入本文，就如同每个单独的公布或专利申请被明确地并单独地指示为以引用方式并入本文一般。以下描述包括可用于理解本发明的信息。并不承认本文提供的任何信息都是现有技术，或与目前要求保护的本发明有关，或并不承认明确或含蓄引用的任何公布是现有技术。

近年来，在临床环境下手术移除肿瘤期间，使用红外(IR)染料检测标记组织诸如肿瘤和血管已被关注。红外染料被认为是优异的用于标志组织的标签染料，由于它们渗透深度较高，在可将噪音添加到成像的光谱区域中不含自体荧光，并且不吸收可减少荧光信号的光谱区域中的血红蛋白(即，血液)和水。将这些染料用于例如临床操作室环境中，需要IR敏感的成像系统，其在同时采集并且将红外信号叠加在正常可见光谱图像的顶部以在操作时为外科医生提供对比的同时，能够在正常白色光照可见的光谱中采集高分辨率的图像。

然而，由于外科肿瘤学中通常缺少荧光肿瘤配体的应用，目前不存在针对基于近红外(NIR)荧光的肿瘤的切除而优化的可商购获得的成像系统。存在的临床系统主要设计来检测未结合的血管内吲哚菁绿(ICG)，FDA批准的NIR荧光染料。通常以高剂量静脉内施用ICG，并且在注射后30-60分钟进行成像。使用这种方法实现的血管内荧光负载高，并且批准的临床成像装置对这些应用具有足够的敏感度。此类系统的示例包括荧光模块并入的操作显微镜(OPMIPenteroInfrared800,CarlZeiss)以及和系统(Novadaq)和800(Fluoptics)手持式单元。

这些系统对血管内成像具有足够的敏感度，但对用于例如靶向肿瘤特异性NIR荧光是不实际的。例如，Fluobeam是不具有白色光照图像的叠层的手持式装置，但它不是设计来实际用作在白色光照下需要HD品质图像、可操纵性、放大率、照明和NIR图像自动配准的外科工具。此类低敏感度的原因中一个是由于成像系统捕捉了较少的荧光光子，因为此类系统主要使用一个(仅NIR)或两个(NIR和可见)具有长通滤光器的相机。在同时可见和NIR捕捉成像系统中，一个相机捕捉可见光谱中的图像并且第二相机捕捉荧光图像。这可通过使用分束器将场中的入射光分为两个通道实现。一个光束将NIR荧光光照传送到相机中的一个，同时另一个可见光的光束穿过分束器进入第二相机。因为NIR染料诸如ICG的荧光激发和发射具有非常窄的斯托克斯频移，长通滤光器引起荧光光照(图1)和随后检测敏感度的显著损耗。肿瘤的荧光成像需要靶向部分以获得高特异性并且能够在癌组织和周围正常组织之间具有可靠的区别。为了实现这个，保持较低剂量并且药物施用和成像之间的时间非常长(在大多数情况下为12-48小时)以允许探头摄取肿瘤并且允许冲刷来自正常组织的未结合的材料。这导致显著较少的荧光信号，使得当前市售的系统不足以用于检测。另外，这些系统在临床环境中使用是笨重的，因为存在两个相机附件并且需要对现有的设置进行完全改变的事实。现有系统的这种不足驱动了利用新型成像剂的特异性进行装置革新的需求。

因此，存在对从荧光染料同时录制可见光图像和红外光图像的高度敏感系统和方法的需求。本文描述的发明通过提供用于从荧光团同时录制可见光图像和红外光图像的系统和方法满足了尚未满足的需求。

发明内容

本发明的各种实施方案提供一种成像系统，其用于使仅包含红外或近红外荧光团或连接到靶向部分诸如肽、蛋白质、纳米颗粒、纳米缀合物、抗体和核酸(例如，DNA和RNA链)或连接至任何其他此类生物特异性靶向实体的样品成像。所述成像系统包括：图像传感器、激光器、激光清理滤光器、陷波滤光器和白光源。图像传感器检测可见光和红外光并产生传感器信号。激光器针对红外荧光团发出激发光。激光清理滤光器放置于激光器到样品的光路中，并且将激发光的波长带变窄至红外或近红外荧光团的峰值吸收带。变窄的激发光激发样品中峰值吸收处的红外或近红外荧光团以发出发射光。将陷波滤光器放置于从样品到图像传感器的光路中并且阻挡激发光。白光源发出包含可见光的光。在各个实施方案中，图像传感器不具有NIR长通滤光器。在各个实施方案中，成像系统还包括快速触发单元。