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在生物医学成像领域，近红外荧光成像意义重大。为优化成像窗口选择，浙江大学等机构研究人员探索 1880 - 2080nm 及脂肪组织中成像窗口。发现 1880 - 2080nm 窗口成像优势显著，1700 - 2080nm 窗口在脂肪组织中效果最佳，为临床应用提供参考。
在生物医学领域，荧光成像凭借高时空分辨率和无辐射特性，广泛应用于疾病诊断、手术导航等方面。近红外荧光成像中，第二近红外窗口（NIR - II，900 - 1880nm）因低光子散射和弱生物自发荧光备受关注，被进一步细分为多个子窗口。传统观念认为，光在生物组织传播时的吸收衰减和散射扰动会降低成像质量，所以常通过增加波长减少散射、避开强吸收峰区域来提升成像效果。然而，近年来研究发现吸收对增强成像对比度有积极作用，这促使人们重新审视 NIR - II 窗口。此前，1880nm 被视为 NIR - II 区域边界，1930nm 附近因水吸收峰大被忽视，但随着近红外敏感探测器和长波长高亮度荧光探针发展，这些曾被放弃的区域有望用于成像。同时，多数研究聚焦水吸收，对脂肪组织等其他生物成分研究较少，而脂肪组织在人体占比高，探究其对成像影响及最佳成像窗口具有重要临床价值。
为解决这些问题，浙江大学的研究人员开展了深入研究。他们整合光吸收和光子散射对成像质量的影响，寻找更适合复杂生物环境的成像窗口，研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟，通过设定荧光信号源、组织参数等，模拟光子在生物组织中的传播，分析不同波长窗口成像效果。其次是构建近红外二区（NIR - II）荧光宏观成像系统，利用 793nm 和 1064nm 连续波（CW）激光作为激发源，搭配特定的滤光片和探测器进行成像。还合成并修饰了硫化铅 / 硫化镉（PbS/CdS）量子点（QDs）作为荧光探针，用于标记生物组织。实验动物选用了 ICR 小鼠和兔子，分别进行体内荧光成像和胆管造影实验。
下面来看具体的研究结果：
- 基于组织光吸收和光子散射的近红外荧光生物成像模拟与探索：研究人员利用蒙特卡罗方法模拟光子在不同波长窗口（1200 - 1300nm、1300 - 1400nm（NIR - IIa）、1400 - 1500nm（NIR - IIx）、1500 - 1700nm（NIR - IIb）、1700 - 1880nm（NIR - IIc）和 1880 - 2080nm）生物组织中的传播。结果显示，NIR - IIx 和 1880 - 2080nm 窗口成像的信噪比（SBR）和结构相似性指数（SSIM）较高，表明增强吸收和减少散射有助于更精确成像，1880 - 2080nm 窗口成像潜力大。
- ~1930nm 高吸收峰附近的高对比度体内成像：实验使用一系列 PbS/CdS 核壳量子点作为荧光探针，对小鼠进行 1880 - 2080nm 波段体内荧光成像。结果表明，1400 - 1500nm 和 1880 - 2080nm 窗口成像背景显著降低，SBR 更高，1880 - 2080nm 窗口成像对比度优势明显。在强背景干扰情况下，如肝脏上方皮肤血管成像，1880 - 2080nm 和 NIR - IIx 窗口因吸收增强，能有效抑制背景，区分目标信号和背景噪声，成像质量优于其他 NIR - II 子窗口。研究人员还利用 1400 - 1500nm 和 1880 - 2080nm 波段实现了高质量双通道成像，信号串扰可忽略，为多通道成像提供了新选择。
- 脂肪组织中近红外荧光生物成像窗口的模拟与探索：研究人员测试了猪脂肪组织的吸收和减少散射的光学参数，发现 1700 - 1880nm 和 1880 - 2080nm 窗口具有低光子散射和适当增加的光吸收，对脂肪组织成像潜力良好。通过蒙特卡罗模拟不同厚度脂肪组织在各波段的荧光成像，结果显示 1700 - 2080nm 窗口成像对比度明显高于其他窗口，SBR 和 SSIM 分析也证实了该窗口在脂肪组织中成像性能最佳。体外实验中，将填充混合量子点荧光探针的毛细管插入猪脂肪组织进行成像，1700 - 2080nm 窗口成像精确清晰，背景最低，SBR 和半高宽（FWHM）最佳，与理论和模拟结果相符。体内实验以兔子胆管为模型，用猪脂肪覆盖模拟脂肪堆积，在 1700 - 2080nm 窗口进行胆管荧光成像，结果显示即使有脂肪覆盖，仍能准确可视化胆管结构，而 900 - 1700nm 窗口难以区分胆管分支结构，表明 1700 - 2080nm 窗口在穿透深度和空间分辨率上具有优势，对识别脂肪组织掩盖的深部胆管结构意义重大。
研究结论表明，突破传统认知，1880 - 2080nm 区域在克服吸收衰减后，是高质量荧光成像的理想选择。该窗口在强背景干扰下能高对比度显示浅层目标，还为多通道荧光成像提供了新途径。此外，研究拓展到脂肪组织，发现 1700 - 2080nm 区域在脂肪组织中成像质量最优，为临床荧光成像窗口选择提供了更精准、更具组织特异性的依据。不过，研究也指出，在大吸收窗口成像时，信号强度会因吸收衰减，虽可通过选择更亮荧光探针等策略缓解，但仍需进一步研究。同时，不同组织的吸收和散射参数不同，未来需更细致地探索基于散射和吸收原理的最佳成像窗口选择。该研究成果有望推动 NIR - II 荧光成像技术在临床的进一步发展和应用，也为其他先进成像技术中光与生物组织相互作用的研究提供了参考，促进技术融合和应用拓展。
