用于评估近红外荧光成像在乳腺癌手术中潜在应用的组织模拟体模

本实验的总体目标是利用类似乳腺组织的仿体模型，模拟近红外荧光成像在乳腺保乳手术中的应用。首先，制备具有不同大小和形状的、类似肿瘤的荧光包埋物；其次，将这些荧光包埋物整合到具有类似人体乳腺组织光学特性的乳腺形状仿体模型中。

接下来，应用近红外荧光成像系统在术中引导外科医生定位并切除具有荧光特征的肿瘤样包涵物。最后一步是在切除荧光肿瘤样包涵物后，扫描手术腔隙边缘，以检测是否存在残留病灶。如适用，外科医生可进一步在近红外荧光成像系统的引导下切除残留的肿瘤组织。

与现有的床旁 CT 或 MRI 等方法相比，该技术的主要优势在于近红外荧光光学成像能够提供实时的高分辨率图像，且可轻松应用于术中环境。此外，该技术成本低廉，并采用非电离辐射。

演示该操作的是我们研究团队的一名研究生。首先，收集所需形状和大小的固体物品，作为模拟肿瘤包埋物的模型，例如小珠或弹珠。彻底清洁肿瘤模型，并去除任何不规则部分。

将每个模型放入一个独立的薄壁方形塑料盒中，盒子表面应光滑。如有必要，将模型固定在盒子底部以保持其位置。然后将所需量的硅胶组分A倒入混合碗中，并按10:1的重量比加入硅胶组分B。

将两种组分充分混合。轻轻将硅胶混合物倒入塑料盒中，以防止混入气泡。待硅胶混合物固化至少六小时后，再切割模具并取出肿瘤模型。

可选地，可将硅胶模具切成锯齿状，以便其能够整齐地重新贴合。为制备荧光包埋物，将两克 aros 加入 50 毫升已添加叠氮化钠的三羟甲基氨基甲烷缓冲盐水（TBS）中，TBS 的配制方法如文本方案所述。使用微波炉加热 aros 悬浊液，直至达到沸点。

充分搅拌，直至aros完全溶解。向其中加入1.1克血红蛋白和5毫升20%的脂肪乳剂至50毫升TBS中，并在持续搅拌下将此溶液加入aros混合物中，以模拟周围乳腺组织的光学特性。将20.0毫克荧光染料incy和绿色染料加入83.8毫升去离子水中，制成仿体组织。

从该溶液中移取五毫升，加入到H aros混合物中，以获得14微摩尔的终浓度。使用注射器将H aros混合物轻轻注入硅胶模具中。

将荧光包埋物在室温下静置约一小时，使其完全凝固。用铝箔包裹整个模具，避免包埋物暴露于光线下。待其凝固后，轻轻打开模具，将包埋物压出。

用铝箔包裹Aros包埋物，避免光照和脱水，并将其置于湿度控制的储存容器中，在4摄氏度下保存。获取一个杯状模具，用于制作所需大小和体积的乳腺仿体。在500毫升体积中，加入50克凝胶（250 bloom）至500毫升TBS中。

在持续搅拌下将明胶悬浮液加热至 50 摄氏度。待明胶完全溶解后，使明胶混合物逐渐冷却，并维持在 35 摄氏度的恒定温度。在持续搅拌下，使用热水浴加入 5.5 克牛血红蛋白以模拟光子吸收，以及 25 毫升脂肪乳剂。

20%以模拟光子在组织中的散射。将杯状模具在4°C预冷至少一小时。冷却后。

将明胶混合物倒入模具中，液面高度应与预设的 aros 肿瘤深度一致，以模拟包含物。将明胶混合物置于 4 摄氏度条件下静置 30 分钟至 1 小时，使其凝固。

凝固后，将模拟肿瘤的荧光含物置于模体表面，并用细针暂时固定该含物。将剩余的温热明胶混合物倒入模具剩余空间，使两层充分粘连，避免产生折射伪影。在模体于4°C下过夜固化前，标记荧光肿瘤模拟含物在模具中的位置。

凝固后，移除用于暂时固定包埋物的针头，并小心地将乳腺模型从模具中取出。用铝箔包裹乳腺模型，以避光并防止脱水，并将其置于4摄氏度的加湿储存容器中保存。为模拟乳腺癌手术中的靶向荧光成像，需要使用一套适用于术中应用的近红外荧光相机系统。

有关荧光相机系统的设置，请参见文字方案。将模拟乳腺组织的仿体从容器中取出，放置在平坦且无荧光的表面上。随后将荧光成像设备置于乳腺仿体上方，留出足够的操作距离，以便切除肿瘤。

模拟病灶：若无法检测到荧光信号，可通过触诊和/或对乳腺模型进行荧光成像来定位模拟肿瘤的荧光病灶。如果病灶在模型中位置过深而无法检测，或在确定病灶大小后，应增加图像采集时间。随后，从乳腺模型中切除模拟肿瘤病灶。在使用常规手术器械进行实时荧光引导下模拟病灶切除后，立即对切除后的手术腔体进行成像，检查是否存在残留荧光信号，以判断切除是否不充分。若发现任何残留荧光活性，则提示切除不完全。

在直接荧光引导下切除包含残留物，直至无荧光信号残留。切除的模拟组织碎片用于模拟荧光引导下的宏观切缘状态。此处展示了荧光引导术中肿瘤定位的代表性结果。

荧光肿瘤样包埋物被检测到的深度约为两厘米。在切开覆盖的模体组织后，可检测到更深位置的包埋物。外科医生持续根据来自荧光肿瘤样包埋物的荧光信号进行引导。

在仿体上进行保乳手术并切除类似肿瘤的包块后，外科医生通过扫描手术腔来评估手术范围。任何残留的荧光信号均提示肿瘤切除不完全，需在同一次手术过程中进一步切除残留的肿瘤组织。在切除类似肿瘤的包块后，对切除的肿块进行成像，以评估大体手术切缘状态。

荧光成像技术可通过精确定位疑似切缘接近或阳性的区域，辅助病理学家评估显微镜下的切缘状态。该技术通过将近红外荧光与靶向性迈尔斯（Myers）的光学成像剂（如单克隆抗体）结合，有望改善保乳手术的治疗效果。荧光探针的靶向递送可用于术中成像应用。