近红外自发荧光成像检测甲状腺手术中的甲状旁腺

概要
目的
通过显示其自发荧光在甲状腺切除术中识别和保存甲状旁腺。

方法
在有或没有中央淋巴结清扫的甲状腺切除术中进行自发荧光成像。在外科医生视觉识别之后，使用改进的Karl Storz近红外/吲哚菁绿内窥镜系统将甲状旁腺和周围组织暴露于波长为690-770nm的近红外光。预计甲状旁腺组织在820nm处显示近红外自发荧光，在相机的蓝色通道中捕获。

结果
作者调查了来自20名患者的41个甲状旁腺;基于近红外自发荧光正确识别37个腺体。淋巴结和甲状腺都没有显示出明显的自发荧光，脂肪组织也没有。

结论
甲状旁腺组织的特征在于在近红外光谱中显示自发荧光。这种效应可用于在甲状腺切除术中识别和保存甲状旁腺。

关键词：甲状旁腺，自发荧光，近红外光，甲状腺切除术

介绍
由于血管形成或意外切除甲状旁腺引起的甲状旁腺功能减退仍然是甲状腺全切除术的主要并发症.1-3 由此产生的低钙血症可能会在受影响的患者中引起严重的症状和焦虑。虽然短暂性低钙血症通常对钙和维生素D的替代疗法反应良好，但永久性低钙血症代表了终生发病的灾难性情况.2,4 潜在的问题是难以在手术的早期准确定位甲状旁腺。它们体积小，位置差异很大，往往很难与周围的淋巴结或脂肪组织区分开来.5,6 它们的血管形成很脆弱，在手术过程中很容易受到损害.7,8 因此需要拥有一个简单可靠的术中识别甲状旁腺的技术。最初，测试亚甲蓝或5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）以改善甲状旁腺组织的可视化.9-13 尽管这些方法在初始试验中已经成功，但它们在临床实践中尚未被普遍接受。最近的另一个概念涉及吲哚青绿血管造影，以定位甲状旁腺并评估其灌注情况.14-17 2011年，田纳西州纳什维尔范德比尔特大学的生物医学工程师首次描述了近红外光谱中甲状旁腺组织的自发荧光特性.18 一些研究研究表明，自体荧光光谱是一种有效的技术，可在术中观察甲状旁腺.19-21 在初步研究中，作者使用略微改进的市售吲哚青绿成像系统研究了主要为甲状旁腺腺瘤的自发荧光.22 在本研究中，作者有重点是甲状腺全切除术中正常甲状旁腺组织的鉴定。

患者和方法
患者
招募患有原发性甲状腺疾病并接受甲状腺切除术的患者进行本研究。所有参与者都获得了知情同意。该研究得到了慕尼黑大学医学院伦理审查委员会的批准。

成像系统
使用市售的近红外/吲哚菁绿内窥镜系统（Karl Storz，Tuttlingen，Germany）检测甲状旁腺自发荧光。 该系统包括连接到10mm 0度吲哚青绿腹腔镜（Hopkins TM II，Karl Storz）的高端全高清摄像系统（H3-Z 3-Chip Full HD摄像机，Karl Storz;图1）。 腹腔镜配备了特定的过滤器，可以最佳地检测白光和近红外荧光。 系统氙光源（D-Light P，Karl Storz）提供可见光和近红外激发光。 外科医生可以使用脚踏开关从白光变为近红外线。 与标准腹腔镜塔相比，近红外/吲哚菁绿系统所需的额外成本约为4,000欧元（约3,390英镑）。


图1
甲状旁腺的自发荧光。暴露于正常白光（a，c，e）和近红外光（b，d，f）的甲状旁腺。甲状旁腺组织显示出明显的蓝紫色，代表自发荧光;周围的结构仍然是非荧光的。图像（e）和（f）显示两个甲状旁腺。

在先前的研究显示相当数量的光被反向散射并记录在蓝色通道中之后，通过插入另外的长通滤波器来修改光源。此外，添加带通滤波器以减少绿色和红色光谱区域中的光。

术中荧光成像
在甲状腺手术期间进行荧光成像以治疗良性和恶性疾病。特别注意观察甲状旁腺并保持其血管形成。然而，当作者在最初的甲状腺解剖期间不明显时，作者没有寻找它们。仅在确定甲状旁腺的确定后才收集图像。在大多数情况下，甲状腺已经横向操作但仍然存在。腹腔镜的尖端在组织上方约5cm处保持静止。首先，收集白光图像。其次，关闭所有手术室灯后，甲状旁腺和周围组织暴露在近红外线下。由于近红外光被相机系统检测并显示为蓝色信号，因此预期甲状旁腺显示在蓝色通道中。

在近红外模式中，光源发出很少的绿光和红光，以提供周围组织的可视化。因此，可以在其精确的解剖位置看到蓝紫色的甲状旁腺（图1）。为了能够将甲状旁腺自发荧光与其他组织实体进行比较，作者还研究了甲状腺组织，脂肪组织和淋巴结。

结果
该初步研究纳入了20名患者。作者检查了41个甲状旁腺，17个淋巴结和每个患者的脂肪和甲状腺组织; 37个甲状旁腺显示出近红外自发荧光的典型蓝紫色，显示在相机的蓝色通道中。很容易将它们与周围组织区分开来。检查的其他组织实体均未显示自发荧光。在两名患者（四个甲状旁腺）中，作者无法看到甲状旁腺自发荧光，作者无法确定原因。在两个案例中，自体荧光成像有助于在中央淋巴结清扫期间识别下甲状旁腺并保留其用于自体移植（图2）。通过自发荧光鉴定甲状旁腺的敏感性为90％。作者需要大约3分钟来准备使用成像系统，并且需要3分钟来观察一侧的甲状旁腺，包括光致文档。总而言之，作者计算了该程序额外10分钟的操作时间。


图2
在中央淋巴结清扫期间发现下甲状旁腺并粘附在淋巴结上。在近红外模式（b）中，甲状旁腺组织显示出明显的蓝紫色; （a）显示暴露于白光的相同甲状旁腺。

讨论
甲状旁腺的特征在于当暴露于近红外光时具有独特的自发荧光。这种效果可以在术中使用，以区别于甲状腺组织，淋巴结和脂肪组织。 Paras等人首次描述了激发波长为785nm和峰值发射为822nm的荧光标记。随后的临床研究证实了自体荧光光谱法在术中甲状旁腺检测中的应用。所应用的系统由785nm二极管激光器，光纤探针和光谱仪组成。麦克瓦德等人。调查了近150名接受宫颈手术的患者，报告敏感性为97％.19-21 De Leeuw等。 2016年通过使用商业上可获得的吲哚菁绿荧光成像装置（Fluobeam 800，Fluoptics）验证自发荧光成像，该装置激发波长为750nm的组织并收集波长超过800nm的近红外光。该系统提供荧光结构的实时图像。作者报告的敏感性为94％，特异性为80％.23

与De Leeuw等人类似，作者打算通过使用市售的近红外内窥镜系统来检测甲状旁腺自发荧光。然而，与应用二极管激光器产生近红外光的另外两个研究小组相反，作者的系统包括能够在白光和近红外光之间切换的氙光源。使用的电荷耦合器件相机对蓝色通道中的近红外光敏感。在近红外模式中，光源不发射蓝光，并且发出非常少的绿光和红光，以提供周围组织的可视化。与McWade等人生成的术中图像相比，这是一个主要优点。和De Leeuw等人.19-22 McWade等人。旨在表征这种独特的甲状旁腺荧光团的分布和生化特性.24生化和结构分析表明，它主要存在于细胞质细胞器中，但不存在于细胞核，细胞膜或细胞外结缔组织中。荧光团的分子量约为15kDa，对热和蛋白酶活性具有相对抗性。

甲状旁腺腺瘤的鉴定通常不是主要问题。在大多数情况下，扩大的甲状旁腺可以在术前定位，并使用微创方法切除。甲状旁腺检测在广泛的甲状腺手术中变得更为重要，例如甲状腺全切除术或中央淋巴结清扫术。根据Edafe等人2014年的一项荟萃​​分析，1甲状腺手术后术后短暂和永久性甲状旁腺功能减退症的估计患病率分别为19％至38％和0％至3％。为了防止这种并发症，最重要的是进行仔细的囊膜剥离并评估血管蒂到甲状旁腺。应尽一切努力在手术的早期阶段定位甲状旁腺。自发荧光成像可能有助于实现这一目标。如果需要进行中央淋巴结清扫，位于甲状腺韧带内的下甲状旁腺特别容易被意外切除。在这里，作者看到了使用术中定位技术的另一个有力论据。在本系列中，作者通过自发荧光鉴定了几个下甲状旁腺，否则自体移植就会丢失。

尽管吲哚菁绿和甲状旁腺荧光染料的光谱特征大致相似，但本研究中使用的近红外/吲哚菁绿系统尚未完全优化用于检测相当弱的甲状旁腺自发荧光。因此，所描述的技术不能用作真正的筛选工具，并且不能由经验丰富的内分泌外科医生取代细致的解剖。甲状旁腺通常被脂肪组织鞘覆盖，其吸收近红外光并需要被部分去除以显示甲状旁腺囊。然而，该技术是验证甲状旁腺组织存在的理想选择。

总体而言，这项初步研究给出了自体荧光成像在甲状腺切除术中识别甲状旁腺的效用的第一印象。现在认为这个新概念将在未来得到肯定，但到目前为止它已被证明是可靠的，这为时过早。它将不得不与其他技术竞争，如吲哚菁绿增强荧光成像，目前有几个支持者。作者认为，直接比较这两种不同的方法是值得的。

参考：
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