ES2406697T3

ES2406697T3 - Sistema de obtención de imágenes médicas

Info

Publication number: ES2406697T3
Application number: ES03714102T
Authority: ES
Inventors: John V. Frangioni
Original assignee: Beth Israel Deaconess Medical Center Inc; Beth Israel Hospital Association
Current assignee: Beth Israel Deaconess Medical Center Inc
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2013-06-07
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: EP1485011B1; US8229548B2; EP1485011A1; AU2003218116A1; WO2003077749A2; WO2003077749A3; US20050182321A1

Abstract

Un sistema que comprende: un recinto para un procedimiento quirúrgico adaptado para excluir fuentes (102, 104, 302, 304) de luz de banda ancha proporcionando por ello un área de operación cerrada a la luz ambiental, incluyendo el área de operación un campo quirúrgico en el que es ejecutable un procedimiento quirúrgico abierto en un sujeto; una fuente (102, 302) de luz visible capaz de iluminar el campo (106) quirúrgico, proporcionando la fuente de luz visible un intervalo de longitudes de onda que incluye una o más longitudes de onda de luz visible, y la fuente (102, 302) de luz visible adicionalmente capaz de proporcionar iluminación convencional para el campo (106) quirúrgico; una fuente (104, 304) de luz de excitación capaz de iluminar el campo quirúrgico, incluyendo la fuente de luz de excitación por lo menos una longitud de onda fuera del intervalo de la longitud de onda de la luz visible; una substancia (110, 310) fluorescente apropiada para uso in vivo, fluoresciendo la substancia fluorescente a una longitud de onda de emisión en respuesta a por lo menos una longitud de onda de la fuente (104, 304) de luz de excitación, siendo introducible la substancia (110, 310) fluorescente dentro del campo (106) quirúrgico; un dispositivo electrónico de obtención de imágenes colocado para captar una imagen de luz visible del 15 campo quirúrgico y una imagen de longitud de onda de emisión del campo quirúrgico, incluyendo el dispositivo electrónico de obtención de imágenes una lente (112, 312) para el control manual o automático de un foco de luz recibido del campo quirúrgico; y un monitor (126, 326) adaptado para representar la imagen de luz visible y la imagen de longitud de onda de emisión del campo quirúrgico, siendo visualizable la imagen de longitud de onda de emisión a una longitud de onda de luz visible.

Description

Sistemas de obtencion de imagenes medicas

Antecedentes de la invenci6n

Los colorantes de absorcion y fluorescentes, tales como verde de indocianina, han mostrador ser utiles para

5 aplicaciones de obtencion de imagenes medicas. Algunos de los colorantes mas comunmente usados comparten varias caracteristicas utiles. Primero, los colorantes son apropiados para marcar anticuerpos o ligandos de bajo peso molecular de significancia de diagnostico, o si no para adaptarse para la captura o captacion preferencial en un sitio de interes tal como una lesion. Los colorantes son seguros para inyeccion u otra introduccion en un sujeto vivo. Y finalmente, los colorantes emiten luz a una longitud de onda especifica cuando se excitan, de modo que se puede

10 monitorizar su localizacion y concentracion.

Se han ideado varios sistemas de obtencion de imagenes para detectar y mostrar estos colorantes dentro de tejido vivo. Por ejemplo, se han usado colorantes tales como verde de indocianina para visualizar el flujo de sangre en los ojos. En algunos casos, tales como en la patente de EE.UU. No. 6.293.911 de Imaizumi et al., se ha combinado un dispositivo de obtencion de imagenes de colorante con un sistema de obtencion de imagenes con luz visible. 15 Imaizumi describe herramientas endoscopicas que generan imagenes de anticuerpos marcados con colorante superpuestas sobre imagenes con luz visible captadas dentro del cuerpo. Como desventaja significativa, el sistema de Imaizumi emplea varias cavidades separadas dentro de una herramienta endoscopica para fuentes de luz y captura de imagenes, requiriendo de este modo una mayor area transversal para el endoscopio. Como desventaja adicional, la patente de Imaizumi solo describe aplicaciones endoscopicas, y puede no ser apropiada para uso en

20 aplicaciones quirurgicas abiertas en las que la luz ambiental se puede solapar con las longitudes de onda de excitacion y/o emision del colorante.

Sigue habiendo una necesidad de herramientas mejoradas de obtencion de imagenes quirurgicas y de diagnostico capaces de generar imagenes del flujo sanguineo circulatorio u otras imagenes funcionales junto con imagenes de luz visible de un sujeto.

25 Sumario de la invenci6n

La invencion se define por las caracteristicas de la reivindicacion 1 independiente. Se definen realizaciones preferidas adicionales de la invencion en las reivindicaciones dependientes. A continuacion, se discuten aspectos adicionales y realizaciones que son utiles para entender la presente invencion.

Un sistema de obtencion de imagenes medicas proporciona la representacion simultanea de imagenes fluorescentes

30 y de luz visible. El sistema puede emplear colorantes en forma de una pequefa molecula que permanece en la corriente sanguinea de un sujeto durante varios minutos, permitiendo la obtencion de imagenes en tiempo real del sistema circulatorio del sujeto superpuestas a una imagen convencional con luz visible del sujeto. El sistema puede emplear tambien colorantes u otras substancias fluorescentes asociadas a anticuerpos, fragmentos de anticuerpo, o ligandos que se acumulan en una region de significancia diagnostica. En una realizacion, el sistema proporciona una

35 fuente de luz de excitacion para excitar la substancia fluorescente y una fuente de luz visible para la iluminacion general dentro de la misma guia optica que se usa para captar las imagenes. En otra realizacion, el sistema se configura para uso en procedimientos de cirugia abierta proporcionando un area de operacion que esta cerrada a la luz ambiental. Mas ampliamente, los sistemas descritos aqui se pueden usar en aplicaciones de obtencion de imagenes en las que una imagen con luz visible se puede complementar utilmente con una imagen formada de

40 emisiones fluorescentes de una substancia fluorescente que marca areas de interes funcional.

El sistema de obtencion de imagenes medicas puede incluir una fuente de luz visible que proporciona luz en un intervalo de longitudes de onda que incluye una o mas longitudes de onda de luz visible, una fuente de luz de excitacion que proporciona luz en una o mas longitudes de onda fuera del intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible, la una o mas longitudes de onda seleccionadas para excitar una substancia fluorescente, que 45 emite uno o mas fotones a una longitud de onda de emision; un dispositivo electronico de obtencion de imagenes; una guia optica que tiene un primer extremo con una lente que capta una imagen de un sujeto y un segundo extremo que acopla la imagen al dispositivo electronico de obtencion de imagenes; y un filtro para acoplar la fuente de luz visible y la fuente de luz de excitacion en la guia optica, reflejando el filtro algo de la luz proporcionada por la fuente de luz visible y algo de la luz de la fuente de luz de excitacion hacia el sujeto, transmitiendo el filtro

50 adicionalmente algo de la luz visible del sujeto captada por la lente hacia el dispositivo electronico de obtencion de imagenes, y transmitiendo el filtro adicionalmente la longitud de onda de mision del sujeto captada por la lente hacia el dispositivo electronico de obtencion de imagenes.

En otra realizacion, el sistema puede incluir una fuente de luz visible que ilumina un sujeto, proporcionando la fuente de luz visible un intervalo de longitudes de onda que incluye una o mas longitudes de onda de luz visible; una fuente 55 de luz de excitacion que ilumina al sujeto, proporcionado la fuente de luz de excitacion una longitud de onda de excitacion que no es una de la una o mas longitudes de onda de luz visible; una substancia fluorescente introducida en el sistema circulatorio del sujeto, siendo la substancia fluorescente soluble en la sangre que lleva el sistema circulatorio y emitiendo la substancia fluorescente fotones a una longitud de onda de emision en respuesta a la

longitud de onda de excitacion; un dispositivo electronico de obtencion de imagenes que capta una imagen de un campo de vision que incluye alguna porcion del sujeto y del sistema circulatorio del sujeto, incluyendo la imagen una primera imagen obtenida de la una o mas longitudes de onda de luz visible y la segunda imagen obtenida de la longitud de onda de mision; y un monitor que representa la primera imagen y la segunda imagen, siendo mostrada la segunda imagen a una longitud de onda de luz visible.

En otra realizacion, el sistema puede incluir un area de operacion cerrada a la luz ambiental, incluyendo el area de operacion un campo quirurgico en el que se puede efectuar un procedimiento quirurgico en un sujeto; una fuente de luz visible que ilumina el campo quirurgico, proporcionando la luz visible un intervalo de longitudes de onda que incluye una o mas longitudes de onda de luz visible; una fuente de luz de excitacion que ilumina el campo quirurgico, incluyendo la fuente de luz de excitacion por lo menos una longitud de onda fuera del intervalo de las longitudes de onda de la luz visible; una substancia fluorescente apropiada para el uso in vivo, fluoresciendo la substancia fluorescente a una longitud de onda de emision en respuesta a la por lo menos una longitud de onda de la fuente de luz de excitacion, siendo introducida la substancia fluorescente en el campo quirurgico; un dispositivo electronico de obtencion de imagenes que capta una imagen de luz visible del campo quirurgico y una imagen de la longitud de onda de mision del campo quirurgico; y un monitor que representa la imagen de luz visible y la imagen de la longitud de onda de emision del campo quirurgico, siendo mostrada la imagen de la longitud de onda de emision a una longitud de onda visible.

En otra realizacion, el sistema puede incluir una fuente de luz visible que ilumina un sujeto, proporcionando la fuente de luz visible un intervalo de longitudes de onda que incluye una o mas longitudes de onda de luz visible; un fuente de luz de excitacion que ilumina al sujeto al mismo tiempo que la fuente de luz visible ilumina al sujeto, proporcionando la fuente de luz de excitacion una longitud de onda de excitacion que no es una de la una o mas longitudes de onda de luz visible; una substancia fluorescente introducida en el sistema circulatorio del sujeto, siendo la substancia fluorescente soluble en la sangre que lleva el sistema circulatorio y emitiendo la substancia fluorescente fotones a una longitud de onda de emision en respuesta a la longitud de onda de excitacion; un dispositivo electronico de obtencion de imagenes que capta una imagen de un campo de vision que incluye alguna porcion del sujeto y del sistema circulatorio del sujeto, incluyendo la imagen una primera imagen obtenida de la una

o mas longitudes de onda de luz visible y la segunda imagen obtenida concurrentemente de la longitud de onda de emision.

En las realizaciones anteriores, la una o mas longitudes de onda de luz visible de la fuente de luz visible puede excluir luz roja lejana, incluyendo por lo menos una de la fuente de luz de excitacion y la longitud de onda de emision una longitud de onda de rojo lejano. El filtro puede ser un espejo dicroico colocado en la guia optica con un angulo de cuarenta y cinco grados respecto al eje central de la guia optica.

El sistema puede incluir un segundo filtro. El segundo filtro puede separar la longitud de onda de emision del intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible, siendo dirigida la longitud de onda de emision hacia un primer transductor optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes y siendo dirigido el intervalo de longitudes de onda de la fuente hacia un segundo transductor optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes. El segundo filtro puede separar la longitud de onda de emision del intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible, siendo dirigida la longitud de onda de emision hacia un primer transductor optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes y siendo dirigido el intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible hacia un segundo transductor optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes en el que el segundo transductor optico separadamente detecta por lo menos cada una de las intensidades de la luz roja, verde y azul. El segundo filtro puede separar la longitud de onda de emision del intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible, siendo dirigida la longitud de onda de emision hacia un primer transductor optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes y siendo dirigido el intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible hacia un segundo transductor optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes en el que el segundo transductor optico separadamente detecta por lo menos cada una de las intensidades de la luz cian, magenta y amarilla. El segundo filtro puede separar la longitud de onda de emision del intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible, siendo dirigida la longitud de onda de emision hacia un primer transductor optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes y siendo dirigido el intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible hacia un segundo transductor optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes en el que el segundo filtro incluye un espejo dicroico que refleja la longitud de onda de emision y transmite la una o mas longitudes de onda de luz visible de la fuente de luz visible. El segundo filtro puede separar la longitud de onda de emision del intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible, siendo dirigida la longitud de onda de emision hacia un primer transductor optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes y siendo dirigido el intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible hacia un segundo transductor optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes en el que el segundo filtro incluye un espejo dicroico que refleja la una o mas longitudes de onda de luz visible de la fuente de luz visible y transmite la longitud de onda de emision. El segundo filtro puede delimitar las longitudes de onda de la fuente de luz visible.

El dispositivo electronico de obtencion de imagenes puede incluir por lo menos un dispositivo de carga acoplada. La fuente de luz de excitacion puede incluir un laser. El dispositivo electronico de obtencion de imagenes puede incluir una videocamara sensible a la luz visible, el dispositivo electronico de obtencion de imagenes puede incluir una camara de longitud de onda de emision. El dispositivo electronico de obtencion de imagenes puede captar una

imagen de luz visible y una imagen de la longitud de onda de emision, incluyendo el sistema adicionalmente un procesador que convierte la imagen de la longitud de onda de emision en una imagen convertida que tiene uno o mas componentes de luz visible, y combina la imagen convertida con la imagen de luz visible para su visualizacion. El dispositivo electronico de obtencion de imagenes puede captar una imagen de luz visible y una imagen de la longitud de onda de emision, incluyendo el sistema adicionalmente un procesador que convierte la imagen de la longitud de onda de emision en una imagen convertida que tiene uno o mas componentes de luz visible, y superpone la imagen convertida sobre la imagen de luz visible para su visualizacion.

El dispositivo electronico de obtencion de imagenes puede captar una imagen de luz visible y una imagen de la longitud de onda de emision, siendo captada la imagen de luz visible a treinta imagenes por segundo y siendo captada la longitud de onda de emision a quince imagenes por segundo, siendo convertida la longitud de onda de emision a treinta imagenes por segundo para su combinacion con la imagen de luz visible. El dispositivo electronico de obtencion de imagenes puede captar una imagen de luz visible y una imagen de longitud de onda de emision, en la que la imagen de luz visible es captada a treinta imagenes por segundo y la longitud de onda de emision es captada a quince imagenes por segundo, siendo convertida la imagen de luz visible a quince imagenes por segundo para su combinacion con la imagen de la longitud de onda de emision.

El sistema puede incluir un monitor que muestra las imagenes captadas por el dispositivo electronico de obtencion de imagenes. Se puede proporcionar el monitor a un medico para su uso durante un procedimiento, siendo el procedimiento por lo menos uno de un procedimiento de diagnostico o un procedimiento terapeutico. El monitor puede incluir un microscopio quirurgico.

La substancia fluorescente puede marcar por lo menos uno de un anticuerpo, un fragmento de anticuerpo, o un ligando de bajo peso molecular que se acumula en una lesion, siendo usado el sistema para visualizar la lesion. La substancia fluorescente puede ser soluble en sangre, siendo usado el sistema para visualizar un sistema sanguineo. El monitor puede representar la segunda imagen del sistema circulatorio superpuesta sobre la primera imagen del sujeto. La substancia fluorescente puede ser un colorante fluorescente inyectado en el sujeto por medio de una inyeccion intravenosa. La substancia fluorescente se puede pulverizar sobre el sujeto. La substancia fluorescente puede ser uno o mas puntos cuanticos. La substancia fluorescente puede incluir por lo menos una de verde de indocianina; fluoresceina; azul de metileno, y IRDye78-CA.

La substancia fluorescente puede ser un colorante que tiene una estructura de la formula:

en la que, cuando la valencia y la estabilidad lo permiten, X representa C(R)2, S, Se, 0, o NR5; R representa H o alquilo inferior, o dos apariciones de R, tomadas conjuntamente, forman un anillo junto con los

atomos de carbono con los que estan conectados;

R1 y R2 representan, independientemente, alquilo inferior, alquenilo inferior, cicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo o aralquilo substituido o sin substituir; R3 representa, independientemente para cada caso, uno o mas substituyentes del anillo al que esta unido; R4 representa H, halogeno, o un eter o tioeter substituido o sin substituir de fenol o tiofenol; y R5 representa, independientemente para cada caso, alquilo inferior, cicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo o aralquilo

substituido o sin substituir. Los metodos tal como se describen aqui se pueden efectuar con los sistemas segun la presente invencion y pueden incluir iluminar un sujeto con una o mas longitudes de onda de luz visible; iluminando concurrentemente el sujeto con

una longitud de onda de excitacion que no es una de la una o mas longitudes de onda de luz visible; introduciendo una substancia fluorescente en el sistema circulatorio del sujeto, siendo la substancia fluorescente soluble en la sangre que lleva el sistema circulatorio y emitiendo la substancia fluorescente fotones a una longitud de onda de emision en respuesta a la longitud de onda de excitacion; captando electronicamente una imagen de luz visible del sujeto; captando electronicamente una imagen de la longitud de onda de emision del sujeto que muestra el sistema circulatorio; y mostrando concurrentemente la imagen de luz visible del sujeto y la imagen de la longitud de onda de emision del sistema circulatorio.

En otra realizacion, un metodo como se describe aqui puede incluir: encerrar un sujeto en un area de operacion cerrada a la luz ambiental; iluminar el sujeto con una o mas longitudes de onda de luz visible; iluminar concurrentemente el sujeto con una longitud de onda de excitacion que no es una de la una o mas longitudes de onda de luz visible; introducir una substancia fluorescente en el sujeto, emitiendo la substancia fluorescente fotones a una longitud de onda en respuesta a la longitud de onda de excitacion; captar electronicamente una imagen de luz visible del sujeto, captar electronicamente una imagen de la longitud de onda de emision del sujeto, y mostrar concurrentemente la imagen de luz visible y la de la longitud de onda de emision.

En otra realizacion, un metodo descrito aqui puede incluir; proporcionar una o mas longitudes de onda de luz visible; proporcionar una longitud de onda de excitacion que no es una de la una o mas longitudes de onda de luz visible; introducir una substancia fluorescente en un sujeto, emitiendo la substancia fluorescente fotones a una longitud de onda de emision en respuesta a la longitud de onda de excitacion; proporcionar un laparoscopio que tiene un primer camino optico que dirige la una o mas longitudes de onda de luz visible hacia un sujeto, un segundo camino optico que dirige la longitud de onda de excitacion hacia el sujeto, y un tercer camino optico que dirige una longitud de onda de emision y la una o mas longitudes de onda de luz visible del sujeto a un dispositivo de obtencion de imagenes; hacer una incision en un cuerpo que incluye el sujeto; dirigir el laparoscopio dentro de la incision de modo que el sujeto esta dentro del campo de vision del laparoscopio; y mostrar concurrentemente una imagen de luz visible del sujeto y de la longitud de onda de emision del sujeto. Por lo menos dos del primer camino optico, el segundo camino optico, y el tercer camino optico pueden ser coaxiales.

En otra realizacion, un metodo descrito aqui puede incluir; proporcionar una o mas longitudes de onda de luz visible; proporcionar una longitud de onda de excitacion que no es una de la una o mas longitudes de onda de luz visible; introducir una substancia fluorescente en un sujeto, emitiendo la substancia fluorescente fotones a una longitud de onda de emision en respuesta a la longitud de onda de excitacion; proporcionar un endoscopio que tiene un camino optico para dirigir imagenes del sujeto hacia un dispositivo de obtencion de imagenes; acoplar la longitud de onda de excitacion y la una o mas longitudes de onda de luz visible en el camino optico; dirigir el endoscopio dentro de un cuerpo de modo que el sujeto esta dentro del campo de vision del endoscopio; captar una imagen de la longitud de onda de emision del sujeto y una imagen de luz visible del sujeto en el dispositivo de obtencion de imagenes; y mostrar concurrentemente la imagen de luz visible del sujeto y la imagen de longitud de onda de emision del sujeto.

atomos de carbono con los que estan conectados; R1 y R2 representan, independientemente, alquilo inferior, alquenilo inferior, cicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo o aralquilo substituido o sin substituir;

R3 representa, independientemente para cada caso, uno o mas substituyentes del anillo al que esta unido;

R4 representa H, halogeno, o un eter o tioeter substituido o sin substituir de fenol o tiofenol; y

R5 representa, independientemente para cada caso, alquilo inferior, cicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo o aralquilo substituido o sin substituir.

Breve descripci6n de los dibujos

La invencion se apreciara mas completamente de su siguiente descripcion adicional, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 muestra una realizacion de un sistema de obtencion de imagenes de la presente invencion para uso durante cirugia abierta;

La Fig. 2 muestra una ventana de infrarrojo cercano usada por el sistema de obtencion de imagenes;

La Fig. 3 muestra una realizacion de un sistema de obtencion de imagenes para su uso en una herramienta endoscopica que no es parte de la presente invencion; y

La Fig. 4 muestra una imagen que muestra tanto un sistema circulatorio como el tejido circundante.

Descripci6n detallada de ciertas realizaciones de la invenci6n

Para proporcionar un entendimiento general de la invencion, se describiran ahora ciertas realizaciones ilustrativas que son parte de la invencion o utiles para entender la presente invencion, incluyendo un sistema para generar imagenes circulatorias y de tejidos superpuestas en formato de video. Sin embargo, se entendera que los metodos y sistemas descritos aqui se pueden adaptar apropiadamente a otras aplicaciones medicas de obtencion de imagenes en las que las imagenes de tejidos con luz visible se pueden mostrar con utilidad con informacion de imagenes de diagnostico obtenida fuera del intervalo de la luz visible y superpuesta sobre la imagen de luz visible. Mas generalmente, los metodos y sistemas descritos aqui se pueden adaptar a cualquier aplicacion de obtencion de imagenes en la que una imagen de luz visible se puede mostrar utilmente con una imagen superpuesta captada de areas dentro de la imagen de luz visible que estan marcadas funcionalmente para emitir fotones fuera del intervalo de la luz visible por un colorante u otro material: Por ejemplo, los sistemas y metodos son aplicables a una amplia variedad de aplicaciones quirurgicas y de diagnostico en las que una patologia, tipo de tejido o celula diana puede estar marcada con un colorante fluorescente u otra substancia fluorescente. La invencion esta definida por las caracteristicas de las reivindicaciones.

La Fig. 1 muestra una realizacion de un sistema de obtencion de imagenes para uso durante cirugia abierta. El sistema 100 de obtencion de imagenes puede incluir una fuente 102 de luz visible, un fuente 104 de luz de excitacion, un campo 106 quirurgico, una fuente 108 de colorante que contiene un colorante 110, una lente 112, un primer filtro 114, un segundo filtro 116, un tercer filtro 118, una camara 120 de infrarrojo cercano, una videocamara 122, una unidad 124 de procesado de imagenes, y un monitor 126. En general, la fuente 120 de luz visible y la fuente 104 de luz de excitacion iluminan el campo 106 quirurgico. El colorante 110 se puede introducir desde la fuente 108 de colorante, tal como por medio de inyeccion en la corriente sanguinea de un sujeto. Una imagen del campo 106 quirurgico se capta a continuacion por dos camaras, la videocamara 122 que capta una imagen de luz visible convencional del campo 106 quirurgico y la camara de infrarrojo cercano 102 que capta una imagen de diagnostico basada en la distribucion del colorante 110 en el campo 106 quirurgico. Estas imagenes se pueden combinar por la unidad 124 de procesado de imagenes y presentar en un monitor 126 en el que se pueden usar, por ejemplo, por un cirujano que efectua un procedimiento quirurgico. Cada aspecto del sistema 100 se describe ahora con mas detalle.

El sistema 100 de obtencion de imagenes puede estar rodeado por un area de operacion (no mostrada) cerrada a la luz ambiental. Como sera claro de lo siguiente, muchas fuentes de luz visible tales como lamparas incandescentes, lamparas halogenas, o luz solar pueden incluir un amplio espectro de radiacion electromagnetica que se extiende mas alla del intervalo de luz visible detectada por el ojo humano y dentro de longitudes de onda usadas en el presente sistema como canal optico separado para generar imagenes de diagnostico. Para detectar efectivamente la emision en estas longitudes de onda de luz super-visible, se prefiere encerrar el campo 106 optico quirurgico, las fuentes 102, 104 de luz, y las camaras 120, 122 en un area que no esta expuesta a fuentes de luz de banda ancha. Esto se puede conseguir usando una habitacion de operacion cerrada a fuentes de luz externas, o usando una campana u otro recinto cerrado o cubierta para el campo 106 quirurgico que previene la invasion por el espectro no deseado. La fuente 102 de luz visible puede servir entonces como fuente de luz para la camara 122 de luz visible, y tambien para proporcionar iluminacion convencional dentro del espectro de luz visible. Tal como se usa aqui, la expresion "area de operacion" se pretende especificamente que se refiera a un sitio quirurgico abierto que esta cerrado a la luz ambiental. Las aplicaciones endoscopicas o laparoscopicas, como se describe a continuacion, estan confinadas a procedimientos quirurgicos dentro de una cavidad corporal cerrada, y no incluyen un area de operacion como la que se pretende aqui para esa expresion.

La fuente 102 de luz visible puede ser, por ejemplo, una fuente de luz blanca sin infrarrojo cercano. Esta puede ser una lampara halogena de ciento cincuenta vatios con uno o mas filtros para eliminar las longitudes de onda mayores de 700 nanometros (nm). Generalmente, cualquier fuente de luz restringida a longitudes de onda entre 400 nm y 700 nm puede funcionar como fuente 102 de luz visible. En ciertas aplicaciones, la fuente 104 de luz de excitacion y la emision resultante del colorante 110 pueden tener longitudes de onda proximas o por debajo de 700 nm, como con el colorante Cy5, que emite luz cuando se excita a 650 nm. Estos colorantes del rojo cercano se pueden usar con el presente sistema, sin embargo, esto requiere una fuente 102 de luz visible que excluya una porcion del espectro de luz visible en la que opera el colorante, es decir, una fuente de luz blanca sin el rojo lejano. Similarmente, las aplicaciones que usan puntos cuanticos como substancia fluorescente pueden tener longitudes de onda de emision

o absorcion en cualquier parte del espectro de luz visible, y una fuente apropiada de luz visible debe estar desprovista de la(s) longitud(es) de onda de interes. Como tal, la fuente 102 de luz visible se debe entender mas generalmente que es una fuente de luz que incluye algunas, pero no necesariamente todas, las longitudes de onda de la luz visible.

Se debe entender tambien que, en el sistema de obtencion de imagenes de infrarrojo lejano o sistema de obtencion de imagenes de infrarrojo tal como los citados anteriormente, la camara 120 de infrarrojo cercano descrita en la realizacion del ejemplo sera en su lugar una camara sensible a la longitud de onda de emision del colorante 110 u otra substancia fluorescente, y que seran apropiadas otras modificaciones de las fuentes de luz, filtros y otros componentes opticos. Se pueden hacer modificaciones similares para aislar una banda de longitudes de onda para la excitacion y emision del colorante en cualquier lugar dentro o fuera del intervalo de la luz visible, con tal de que esten disponibles colorantes, camaras y componentes opticos apropiados. Se pueden usar tambien otras substancias fluorescentes. Por ejemplo, los puntos cuanticos pueden emitir tambien a longitudes de onda de luz visible, rojo lejano, infrarrojo proximo, y longitudes de onda de infrarrojo, y a otras longitudes de onda, tipicamente en respuesta a absorcion por debajo de su longitud de onda de emision. Se haran los ajustes apropiados de la fuente 104 de luz de excitacion y la camara de emision, la camara 120 de infrarrojo cercano en la realizacion del ejemplo, para tales aplicaciones. Estan comercialmente disponibles camaras sensibles a las longitudes de onda de rojo lejano, infrarrojo cercano e infrarrojo.

La fuente 104 de luz de excitacion proporciona luz a una longitud de onda que excita el colorante 110. Esta puede ser, por ejemplo, un laser de diodo tal como un sistema de laser de diodo de 250 mW a 771 nm, que se puede obtener de Laser Components de Santa Rosa, California. Se pueden usar otras fuentes de luz de una sola longitud de onda, de banda ancha o de banda estrecha, con tal de que no interfieran con la imagen de luz visible captada por la videocamara 122 o la longitud de onda de emision del colorante 110. Se entiende generalmente que la banda de infrarrojo cercano incluye longitudes de onda entre 700 nm y 1.000 nm, y es un intervalo de longitudes de onda util para varias fuentes 104 de luz de excitacion facilmente disponibles y colorantes 110 que se pueden usar con los sistemas descritos aqui. Se pueden proporcionar acoplamientos opticos y lentes apropiadas para dirigir cada una de la fuente 102 de luz visible y fuente 104 de luz de excitacion a un area de interes dentro del campo 106 quirurgico.

El campo quirurgico 106 puede ser cualquier area de un sujeto o paciente que esta abierta para un procedimiento quirurgico. Este puede ser, por ejemplo, un pecho abierto durante un procedimiento tal como una revascularizacion o terapia genica cardiaca, en la que la visualizacion del sistema circulatorio puede mejorar la identificacion de areas de riesgo de infarto de miocardio. La visualizacion del flujo sanguineo puede permitir una evaluacion de las arterias coronarias durante un injerto de bypass de la arteria coronaria, o una evaluacion del flujo sanguineo y viabilidad durante la introduccion de genes para el factor de crecimiento endotelial o factor de crecimiento fibroblastico para inducir neovascularizacion en regiones isquemicas del corazon. Mas generalmente, el campo 106 quirurgico puede incluir areas del cuerpo de un paciente, tales como una region del cuerpo que incluye un tumor que va a ser retirado quirurgicamente, y que es susceptible de visualizacion con colorantes fluorescentes, tal como por el uso de anticuerpos marcados.

La fuente 108 de colorante puede ser cualquier instrumento usado para inyeccion u otra introduccion del colorante 110 en un sujeto, tal como una aguja hipodermica o angiocath. Cuando, por ejemplo, el colorante 110 es muy soluble en la sangre, la fuente 108 de colorante se puede administrar en cualquier parte del sujeto, y no necesita estar cerca del campo 106 quirurgico. Por ejemplo, se ha encontrado que IRDye78-CA (la forma de acido carboxilico de IRDye78), cuando se inyecto intravenosamente en una rata de laboratorio viva, produjo una intensidad maxima de imagen de vascularizacion de un corazon abierto aproximadamente 5-10 segundos despues de la inyeccion, y permanecio adecuada para la visualizacion durante alrededor de un minuto. En ciertas realizaciones, la fuente 108 de colorante puede que no use inyeccion. Por ejemplo, la fuente 108 de colorante se puede pulverizar o aplicar de otro modo el colorante 110 a un area de interes. Dependiendo del tipo de colorante y de la tecnica de obtencion de imagenes, el colorante 110 se puede suministrar en una dosis discreta, o se puede aplicar continua o intermitentemente y volver a aplicar por medio de la fuente 108 de colorante.

El colorante 110 puede ser cualquier colorante apropiado para uso in vivo y que tiene longitudes de excitacion y emision apropiadas para otros componentes del sistema 100. Tipicamente, el colorante 110 se diluira a 25-50 !M para inyeccion intravenosa, tal como con disolucion salina tamponada con fosfato, que se puede suplementar con Cremophor EL (Sigma) y/o etanol absoluto. Se describen a continuacion varios colorantes de infrarrojo cercano apropiados.

"Acilo" se refiere a un grupo apropiado para acilar un atomo de nitrogeno para formar una amida o carbamato, un atomo de carbono para formar una cetona, un atomo de azufre para formar un tioester, o un atomo de oxigeno para formar un grupo ester, por ejemplo, un hidrocarburo unido a un resto -C(=0)-. Los grupos acilo preferidos incluyen benzoilo, acetilo, terc-butilo, pivaloilo, y trifluoroacetilo. Los grupos acilo mas preferidos incluyen acetilo y benzoilo. El grupo acilo mas preferido es acetilo.

Los terminos "amina" y "amino" son reconocidos en la tecnica y se refieren a aminas tanto substituidas como sin substituir asi como a sales de amonio, por ejemplo, como se puede representar por la formula general:

en la que R9, R'10 y R10 cada uno independientemente representa hidrogeno o un substituyente hidrocarbonado, o R9 y R10 tomados conjuntamente con el atomo de N al que estan unidos completan un heterociclo que tiene de 4 a 8 atomos en la estructura de anillo. En realizaciones preferidas, ninguno de R9, R'10 y R10 es acilo, por ejemplo, R9, R'10 y R10 se seleccionan de hidrogeno, alquilo, heteroalquilo, arilo, heteroarilo, carbociclo alifatico, y heterociclo alifatico. El termino "alquilamina" tal como se usa aqui quiere decir un grupo amina, como se define anteriormente, que tiene por lo menos un alquilo substituido o sin substituir unido a el. Los grupos amino que estan cargados positivamente (por ejemplo, R'10 esta presente) se denominan grupos "amonio". En los grupos amino distintos de los grupos amonio, la amina es preferentemente basica, por ejemplo, su acido conjugado tiene un pKa por encima de 7.

Los terminos "amido" y "amida", son conocidos en la tecnica tal como un carbonilo substituido con amino, tal como un resto que se puede representar por la formula general:

En la que R9 y R10 son como se define anteriormente. En ciertas realizaciones la amida incluira imidas.

"Alquilo se refiere a una cadena hidrocarbonada saturada o insaturada que tiene de 1 a 18 atomos de carbono, preferentemente de 1 a 12, mas preferentemente de 1 a 6, mas preferentemente aun de 1 a 4 atomos de carbono. Las cadenas de alquilo pueden ser lineales (por ejemplo, n-butilo) o ramificadas (por ejemplo, sec-butilo, isobutilo, o t-butilo). Los alquilos ramificados preferidos tienen una o dos ramas, preferentemente una rama. Los alquilos preferidos son saturados. Los alquilos insaturados tienen uno o mas dobles enlaces y/o uno o mas triples enlaces. Los alquilos insaturados preferidos tienen uno o dos dobles enlaces o un triple enlace, mas preferentemente un doble enlace. Las cadenas de alquilo pueden ser substituidas o sin substituir con 1 a 4 substituyentes. Los alquilos preferidos son sin substituir. Los alquilos substituidos preferidos son mono-, di- o tri-substituidos. Los substituyentes del alquilo preferidos incluyen halo, haloalquilo, hidroxi, arilo (por ejemplo, fenilo, tolilo, alcoxifenilo, alquiloxicarbonilfenilo, halofenilo), heterociclilo, y heteroarilo.

Los terminos "alquenilo" y "alquinilo" se refieren a grupos alifaticos insaturados analogos en longitud y posible substitucion de los alquilos descritos anteriormente, pero que contienen por lo menos un doble o triple enlace, respectivamente. Cuando no se indica lo contrario, los terminos alquenilo y alquinilo se refieren preferentemente a grupos alquenilo inferior y alquinilo inferior, respectivamente. Cuando el termino alquilo esta presente en una lista con los terminos alquenilo y alquinilo, el termino alquilo se refiere a alquilos saturados, con la exclusion de alquenilos y alquinilos.

Los terminos "alcoxilo" y "alcoxi" tal como se usan aqui se refieren a un grupo -0-alquilo. Los grupos alcoxilo representativos incluyen metoxi, etoxi, propiloxi, terc-butoxi, y similares. Un "eter" es dos hidrocarburos covalentemente unidos por un oxigeno. Por consiguiente, el substituyente de un hidrocarburo que convierte el hidrocarburo en eter puede ser un alcoxilo, u otro resto tal como -0-arilo, -0-heteroarilo, -0-heteroalquilo, -0aralquilo, -0-heteroaralquilo, -0-carbociclo alifatico, o -0-heterociclo alifatico.

El termino "aralquilo", tal como se usa aqui, se refiere a un grupo alquilo substituido con un grupo arilo.

"Anillo de arilo" se refiere a un sistema de anillo hidrocarbonado aromatico. Los anillos aromaticos son monociclicos

o sistemas de anillo biciclico condensado, tal como fenilo, naftilo, etc. Los anillos aromaticos monociclicos contienen de alrededor de 5 a alrededor de 10 atomos de carbono, preferentemente de 5 a 7 atomos de carbono, y lo mas preferentemente de 5 a 6 atomos de carbono en el anillo. Los anillos aromaticos biciclicos contienen de 8 a 12 atomos de carbono, preferentemente 9 o 10 atomos de carbono en el anillo. El termino "arilo" incluye tambien sistemas de anillo biciclico en los que solo uno de los anillos es aromatico, por ejemplo, el otro anillo es cicloalquilo, cicloalquenilo, o heterociclilo. Los anillos aromaticos pueden ser sin substituir o substituidos con de 1 a 5 substituyentes en el anillo. Los substituyentes preferidos de anillo aromatico incluyen: halo, ciano, alquilo inferior, heteroalquilo, haloalquilo, fenilo, fenoxi, o cualquiera de sus combinaciones. Los substituyentes mas preferidos incluyen alquilo inferior, ciano, halo, y haloalquilo.

"Anillo de cicloalquilo" se refiere a un anillo hidrocarbonado saturado o insaturado. Los anillos de cicloalquilo no son aromaticos. Los anillos de cicloalquilo son monociclicos, o son sistemas condensados, espiro, o de anillo biciclico enlazados por puentes. Los anillos de cicloalquilo monociclico contienen de alrededor de 4 a alrededor de 10 atomos de carbono, preferentemente de 4 a 7 atomos de carbono, y lo mas preferentemente de 5 a 6 atomos de carbono en el anillo. Los anillos de cicloalquilo biciclico contienen de 8 a 12 atomos de carbono, preferentemente de 9 a 10 atomos de carbono en el anillo. Los anillos de cicloalquilo pueden estar sin substituir o substituidos con de 1 a 4 substituyentes en el anillo. Los substituyentes preferidos del anillo de cicloalquilo incluyen halo, ciano, alquilo, heteroalquilo, haloalquilo, fenilo, fenoxi o cualquiera de sus combinaciones. Los substituyentes mas preferidos incluyen halo y haloalquilo. Los anillos de cicloalquilo preferidos incluyen ciclopentilo, ciclohexilo, ciclohexenilo, cicloheptilo, y ciclooctilo. Los anillos de cicloalquilo mas preferidos incluyen ciclohexilo, cicloheptilo, y ciclooctilo.

El termino "carbonilo" es conocido en la tecnica e incluye tales restos como se pueden representar por la formula general:

en la que X es un enlace o representa un oxigeno o un azufre, y R11 representa un hidrogeno, substituyente hidrocarbonado, o una sal farmaceuticamente aceptable, R11, representa un hidrogeno o substituyente hidrocarbonado. Cuando X es un oxigeno y R11 o R'11 no es hidrogeno, la formula representa un "ester". Cuando X es un oxigeno, y R11 es como se define anteriormente, el resto se denomina aqui grupo carboxilo, y particularmente cuando R11 es un hidrogeno, la formula representa un "acido carboxilico". Cuando X es un oxigeno, y R'11 es hidrogeno, la formula representa un "formiato". En general, cuando el atomo de oxigeno de la formula anterior esta remplazado por azufre, la formula representa un grupo "tiocarbonilo". Cuando X es un azufre y R11 o R'11 no es hidrogeno, la formula representa un "tioester". Cuando X es un azufre y R11 es hidrogeno, la formula representa un "acido tiocarboxilico". Cuando X es un azufre y R11 es hidrogeno, la formula representa un "tioformiato". Por otra parte, cuando X es un enlace, R11 no es hidrogeno, y el carbonilo esta unido a un hidrocarburo, la formula anterior representa un grupo "cetona". Cuando X es un enlace, R11 es hidrogeno, y el carbonilo esta unido a un hidrocarburo, la formula anterior representa un grupo "aldehido" o "formilo".

"Alquilo de Ci" es una cadena de alquilo que tiene i atomos miembros. Por ejemplo, los alquilos de C4 contienen cuatro atomos de carbono. Los alquilos que contienen C4 pueden ser saturados o sin saturar con uno o dos dobles enlaces (cis o trans) o un triple enlace. Los alquilos de C4 preferidos son saturados. El alquilo de C4 insaturado preferido tiene un doble enlace. El alquilo de C4 puede estar sin substituir o substituido con uno o dos substituyentes. Los substituyentes preferidos incluyen alquilo inferior, heteroalquilo inferior, ciano, halo, y haloalquilo.

"Halogeno" se refiere a substituyentes fluoro, cloro, bromo o yodo. Los halo preferidos son fluoro, cloro y bromo; mas preferidos son cloro y fluoro.

"Heteroalquilo" es una cadena saturada o sin saturar de atomos de carbono y por lo menos un heteroatomo, en el que dos heteroatomos no son adyacentes. Las cadenas de heteroalquilo contienen de 1 a 8 atomos (carbono y heteroatomos) en la cadena, preferentemente de 1 a 12, mas preferentemente de 1 a 6, mas preferentemente aun de 1 a 4. Las cadenas de heteroarilo pueden ser lineales o ramificadas. Los heteroalquilos ramificados preferidos tienen uno o dos ramas, preferentemente una rama. Los heteroalquilos preferidos son saturados. Los heteroalquilos insaturados tienen uno o mas dobles enlaces y/o uno o mas triples enlaces. Los heteroarilos insaturados preferidos tienen uno o dos dobles enlaces o un triple enlace, mas preferentemente un doble enlace. Las cadenas de heteroalquilo pueden ser sin substituir o substituidas con de 1 a 4 substituyentes a menos que se especifique lo contrario. Los heteroalquilos preferidos son sin substituir. Los substituyentes de heteroalquilo preferidos incluyen halo, arilo (por ejemplo, fenilo, tolilo, alcoxifenilo, alcoxicarbonilfenilo, halofenilo), heterociclilo, heteroarilo. Por ejemplo, las cadenas de alquilo substituidas con los siguientes substituyentes son heteroalquilo: alcoxi (por ejemplo, metoxi, etoxi, propoxi, butoxi, pentoxi), ariloxi (por ejemplo, fenoxi, clorofenoxi, toliloxi, metoxifenoxi, benciloxi,

alcoxicarbonilfenoxi, aciloxifenoxi), aciloxi (por ejemplo, propioniloxi, benzoiloxi, acetoxi), carbamoiloxi, carboxi, mercapto, alquiltio, aciltio, ariltio (por ejemplo, feniltio, clorofeniltio, alquilfeniltio, alcoxifeniltio, benciltio, alcoxicarbonilfeniltio), amino (por ejemplo, amino, mono- y di-alquilamino de C1-C3, metilfenilamino, metilbencilamino, alquilamido de C1-C3, carbamamido, ureido, guanidino).

"Heteroatomo se refiere a un atomo no-carbono multivalente, tal como atomo de boro, fosforo, silicio, nitrogeno, azufre u oxigeno, preferentemente un atomo de nitrogeno, azufre u oxigeno. Los grupos que contienen mas de un heteroatomo pueden contener diferentes heteroatomos.

"Anillo de heteroarilo" se refiere a un sistema de anillo aromatico que contiene carbono y de 1 a alrededor de 4 heteroatomos en el anillo. Los anillos heteroaromaticos son sistemas de anillo monociclicos o biciclicos condensados. Los anillos heteroaromaticos monociclicos contienen de alrededor de 5 a alrededor de 10 atomos (carbono y heteroatomos), preferentemente de 5 a 7, y lo mas preferentemente de 5 a 6 en el anillo. Los anillos heteroaromaticos biciclicos contienen de 8 a 12 atomos miembros, preferentemente 9 o 10 atomos miembros en el anillo. El termino "heteroarilo" incluye tambien sistemas de anillo biciclico en los que solo uno de los anillos es aromatico, por ejemplo, el otro anillo es cicloalquilo, cicloalquenilo, o heterociclilo. Los anillos heteroaromaticos pueden ser sin substituir o substituidos con de 1 a alrededor de 4 substituyentes en el anillo. Los substituyentes preferidos en el anillo heteroaromatico incluyen halo, ciano, alquilo inferior, heteroalquilo, haloalquilo, fenilo, fenoxi o cualquiera de sus combinaciones. Los anillos heteroaromaticos preferidos incluyen tienilo, tiazolilo, oxazolilo, pirrolilo, purinilo, pirimidilo, piridilo, y furanilo. Los anillos heteroaromaticos mas preferidos incluyen tienilo, furanilo y piridilo.

"Anillo alifatico heterociclico" es un anillo saturado o insaturado no aromatico que contiene carbono y de 1 a alrededor de 4 heteroatomos en el anillo, en el que dos heteroatomos no estan adyacentes en el anillo y preferentemente ningun carbono en el anillo unido a un heteroatomo tampoco tiene un grupo hidroxilo, amino o tiol unido a el. Los anillos alifaticos heterociclicos son monociclicos o son sistemas de anillo biciclico condensados o enlazados por puentes. Los anillos alifaticos heterociclicos monociclicos contienen de alrededor de 4 a alrededor de 10 atomos (carbono y heteroatomos), preferentemente de 4 a 7, y lo mas preferentemente de 5 a 6 atomos miembros en el anillo. Los anillos alifaticos heterociclicos biciclicos contienen de 8 a 12 atomos miembros, preferentemente 9 o 10 atomos miembros en el anillo. Los anillos alifaticos heterociclicos pueden ser sin substituir o substituidos con de 1 a 4 substituyentes en el anillo. Los substituyentes preferidos del anillo alifatico heterociclico incluyen, halo, ciano, alquilo inferior, heteroalquilo, haloalquilo, fenilo, fenoxi o cualquiera de sus combinaciones. Los substituyentes mas preferidos incluyen halo y haloalquilo. Los grupos heterociclilo incluyen, por ejemplo, tiofeno, tiantreno, furano, pirano, isobenzofurano, cromeno, xanteno, fenoxatina, pirrol, imidazol, pirazol, isotiazol, isoxazol, piridina, pirazina, pirimidina, piridazina, indolizina, isoindol, indol, indazol, purina, quinolicina, isoquinolina, hidantoina, oxazolina, imidazolinotriona, triazolinona, quinolina, ftalazina, naftiridina, quinoxalina, quinazolina, quinolina, pteridina, carbazol, carbolina, fenantridina, acridina, fenantrolina, fenazina, fenarsazina, fenotiazina, furazano, fenoxazina, pirrolidina, oxolano, tiolano, oxazol, piperidina, piperazina, morfolina, lactonas, lactamas tales como azetidinonas y pirrolidinonas, sultamas, sultonas, y similares. Los anillos alifaticos heterociclicos preferidos incluyen piperazilo, morfolinilo, tetrahidrofuranilo, tetrahidropiranilo y piperidilo. Los heterociclos pueden ser tambien policiclos.

El termino "hidroxilo" quiere decir -0H.

"Alquilo inferior" se refiere a una cadena de alquilo que comprende de 1 a 4, preferentemente de 1 a 3 atomos miembros de carbono, mas preferentemente 1 o 2 atomos miembros de carbono. Los alquilos inferiores pueden ser saturados o sin saturar. Los alquilos inferiores preferidos son saturados. Los alquilos inferiores pueden estar sin substituir o substituidos con uno o alrededor de dos substituyentes. Los substituyentes preferidos en el alquilo inferior incluyen ciano, halo, trifluorometilo, amino e hidroxilo. En toda la solicitud, los grupos alquilo preferidos son alquilos inferiores. En las realizaciones preferidas, un substituyente designado aqui como alquilo es un alquilo inferior. Similarmente, "alquenilo inferior" y "alquinilo inferior" tienen longitudes de cadena similares.

"Heteroalquilo inferior" se refiere a una cadena de heteroalquilo que comprende de 1 a 4, preferentemente de 1 a 3 atomos miembros, mas preferentemente de 1 a 2 atomos miembros. El heteroalquilo inferior contiene uno o dos atomos miembros heteroatomos no adyacentes. El heteroalquilo inferior preferido contiene un atomo miembro heteroatomo. El heteroalquilo inferior puede ser saturado o sin saturar. Los heteroalquilos inferiores preferidos son saturados. Los heteroalquilos inferiores pueden ser sin substituir o substituidos con uno o alrededor de dos substituyentes. Los substituyentes preferidos en el heteroalquilo inferior incluyen ciano, halo, trifluorometilo e hidroxilo.

"Heteroalquilo de Mi" es una cadena de heteroalquilo que tiene i atomos miembros. Por ejemplo, los heteroalquilos de M4 contienen uno o dos atomos miembros heteroatomos no adyacentes. Los heteroalquilos de M4 que contienen 1 atomo miembro heteroatomo pueden ser saturados o sin saturar con un doble enlace (cis o trans) o un triple enlace. Los heteroarilos de M4 preferidos que contienen dos atomos miembros heteroatomos son saturados. Los heteroarilos de M4 insaturados preferidos tienen un doble enlace. El heteroarilo de M4 puede ser sin substituir o substituido con uno o dos substituyentes. Los substituyentes preferidos incluyen alquilo inferior, heteroalquilo inferior, ciano, halo y haloalquilo.

"Atomo miembro" se refiere a un atomo polivalente (por ejemplo, un atomo de C, 0, N o S) en una cadena o sistema de anillo que constituye una parte de la cadena o anillo. Por ejemplo, en el cresol, seis atomos de carbono son atomos miembros del anillo y el atomo de oxigeno y el atomo de carbono del metilo substituyente no son atomos miembros del anillo.

Tal como se usa aqui, el termino "nitro" quiere decir -N02.

"Sal farmaceuticamente aceptable" se refiere a una sal cationica formada con cualquier grupo acido (por ejemplo, acido hidroxamico o carboxilico), o una sal anionica formada con cualquier grupo basico (por ejemplo, amino o guanidino). Tales sales son bien conocidas en la tecnica. Vease, por ejemplo, la Publicacion de patente mundial 87/05297, Johnston et al., publicada el 11 de septiembre de 1987, incorporada aqui como referencia. Tales sales se preparan por metodos conocidos por uno de experiencia media en la tecnica. Se reconoce que el profesional experto puede preferir una sal a otra por solubilidad mejorada, estabilidad, facilidad de formulacion, precio y similares. La determinacion y optimizacion de tales sales esta dentro del alcance de la practica del profesional experto. Los cationes preferidos incluyen los metales alcalinos (tales como sodio y potasio), y metales alcalinoterreos (tales como magnesio y calcio) y cationes organicos, tales como trimetilamonio, tetrabutiloamonio, etc. Los aniones preferidos incluyen haluros (tales como cloruro), sulfonatos, carboxilatos, fosfatos, y similares. Estan claramente contempladas en tales sales las sales de adicion que pueden proporcionar un centro optico donde una vez no habia ninguno. Por ejemplo, se puede preparar una sal de tartrato quiral a partir de los compuestos de la invencion. Esta definicion incluye tales sales quirales.

"Fenilo" es un anillo aromatico monociclico de seis miembros que puede estar substituido o sin substituir con de 1 a 5 substituyentes. Los substituyentes pueden estar localizados en la posicion orto, meta o para en el anillo de fenilo, o cualquiera de sus combinaciones. Los substituyentes preferidos del fenilo incluyen: halo, ciano, alquilo inferior, heteroalquilo, haloalquilo, fenilo, fenoxi o cualquiera de sus combinaciones. Los substituyentes mas preferidos en el anillo de fenilo incluyen halo y haloalquilo. El substituyente mas preferido es halo.

Los terminos "policiclilo" y "grupo policiclico" se refieren a dos o mas anillos (por ejemplo, cicloalquilos, cicloalquenilos, heteroarilos, arilos y/o heterociclilos) en el que dos o mas atomos miembros de un anillo son atomos miembros de un segundo anillo. Los anillos que estan unidos por medio de atomos no adyacentes se denominan anillos "enlazados por puentes", y los anillos que estan unidos por medio de atomos adyacentes son "anillos condensados.

El termino "sulfato" es conocido en la tecnica e incluye un miembro que se puede representar por la formula general:

en la que R10 es como se define anteriormente.

Una "substitucion" o "substituyente" en una molecula organica pequefa generalmente se refiere a una posicion en un atomo multivalente unido a un resto distinto de hidrogeno, por ejemplo, una posicion en una cadena o anillo con la exclusion de los atomos miembros de la cadena o anillo. Tales restos incluyen aquellos definidos aqui y otros como los conocidos en la tecnica, por ejemplo, halogeno, alquilo, alquenilo, alquinilo, azida, haloalquilo, hidroxilo, carbonilo (tal como carboxilo, alcoxicarbonilo, formilo, cetona, o acilo), tiocarbonilo (tal como tioester, tioacetato, o tioformiato), alcoxilo, fosforilo, fosfonato, fosfinato, amina, amida, amidina, imina, ciano, nitro, azido, sulfhidrilo, alquiltio, sulfato, sulfonato, sulfamoilo, sulfonamido, sulfonilo, sililo, eter, cicloalquilo, heterociclilo, heteroalquilo, heteroalquenilo, y heteroalquinilo, heteroaralquilo, aralquilo, arilo o heteroarilo. Se entendera por los expertos en la tecnica que ciertos substituyentes tales como arilo, heteroarilo, policiclilo, alcoxi, alquilamino, alquilo, cicloalquilo, heterociclilo, alquenilo, alquinilo, heteroalquilo, heteroalquenilo y heteroalquinilo, pueden ellos mismos estar substituidos, si es apropiado. Esta invencion no se desea que este limitada de ninguna manera por los substituyentes permisibles de compuestos organicos. Se entendera que "substitucion" o "substituido con" incluye la condicion implicita de que tal substitucion esta de acuerdo con la valencia permitida del atomo substituido y del substituyente, y que la substitucion da como resultado un compuesto estable, por ejemplo, que no sufre una transformacion espontanea tal como por transposicion, ciclacion, eliminacion, hidrolisis, etc.

Tal como se usa aqui, la definicion de cada expresion, por ejemplo, alquilo, m, n, etc., cuando ocurre mas de una vez en cualquier estructura, se desea que sea independiente de su definicion en otra parte en la misma estructura.

Las abreviaturas Me, Et, Ph, Tf, Nf, Ts y Ms representan metilo, etilo, fenilo, trifluorometanosulfonilo, nonafluorobutanosulfonilo, p-toluenosulfonilo, y metanosulfonilo, respectivamente. Una lista mas completa de las abreviaturas utilizadas por los quimicos organicos de experiencia media en la tecnica aparece en la primera edicion de cada volumen del Journal of 0rganic Chemistry; esta lista esta tipicamente representada en la tabla titulada

Standard List of Abbreviations. Las abreviaturas contenidas en dicha lista, y todas las abreviaturas utilizadas por los quimicos organicos de experiencia media en la tecnica se incorporan por ello como referencia.

Para los propositos de esta invencion, los elementos quimicos se identifican segun la Tabla Periodica de los Elementos, version CAS, Handbook of Chemistry and Physics, 67th Ed.. 1986-87, cubierta interior. Tambien para los propositos de esta invencion, el termino "hidrocarburo" se contempla que incluya todos los compuestos o restos permisibles que tienen por lo menos un enlace carbono-hidrogeno. En un amplio aspecto, los hidrocarburos permisibles incluyen compuestos organicos aciclicos y ciclicos, ramificados y sin ramificar, carbociclicos y heterociclicos, aromaticos y no aromaticos que pueden estar substituidos o sin substituir.

Los equivalentes contemplados de los compuestos descritos anteriormente incluyen compuestos que de otro modo corresponden a los mismos, y que tienen sus mismas propiedades utiles, en los que se hacen una o mas variaciones simples de substituyentes que no afectan adversamente a la eficacia del compuesto. En general, los compuestos de la presente invencion se pueden preparar por los metodos ilustrados en los esquemas generales de reaccion como, por ejemplo, los descritos a continuacion, o por sus modificaciones, usando materiales de partida facilmente disponibles, reactivos y procedimientos de sintesis convencionales. En estas reacciones, tambien es posible hacer uso de variaciones que se conocen por si mismas, pero no se mencionan aqui.

En ciertas realizaciones, el metodo objetivo emplea un colorante fluorescente que tiene una estructura de la formula:

en la que, cuando la valencia y la estabilidad lo permiten,

X representa C(R)2, S, Se, 0, o NR5;

R representa H o alquilo inferior, o dos apariciones de R, tomadas conjuntamente, forman un anillo junto con los atomos de carbono con los que estan conectados;

R1 y R2 representan, independientemente, alquilo inferior, alquenilo inferior, cicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo o aralquilo substituido o sin substituir, por ejemplo, opcionalmente substituido con sulfato, fosfato, sulfonato, fosfonato, halogeno, hidroxilo, amino, ciano, nitro, acido carbociclico, amida, o una de sus sales farmaceuticamente aceptable;

R3 representa, independientemente para cada caso, uno o mas substituyentes del anillo al que esta unido, tal como un anillo condensado (por ejemplo, un anillo benzo), sulfato, fosfato, sulfonato, fosfonato, halogeno, alquilo inferior, hidroxilo, amino, ciano, nitro, acido carboxilico, amida, etc., o una de sus sales farmaceuticamente aceptable;

R4 representa H, halogeno, o un eter o tioeter substituido o sin substituir de fenol o tiofenol ; y

R5 representa, independientemente para cada caso, alquilo inferior, cicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo o aralquilo substituido o sin substituir, opcionalmente substituido con sulfato, fosfato, sulfonato, fosfonato, halogeno, hidroxilo, amino, ciano, nitro, acido carboxilico, amida, etc., o una de sus sales farmaceuticamente aceptable.

Los colorantes representativos de esta formula incluyen verde de indocianina, asi como: En ciertas realizaciones en las que dos apariciones de R tomadas conjuntamente forman un anillo, el anillo es de seis miembros, por ejemplo, el colorante fluorescente tiene una estructura de formula:

5 en la X, R1, R2, R3, R4, y R5 representan substituyentes como los que se describen anteriormente.

Los colorantes representativos de esta formula incluyen IRDye78, IRDye80, IRDye38, IRDye40, IRDye41, IRDye700, IRDye800, Cy7 (AP Biotech), y compuestos formulados conjugando una segunda molecula con cualquiera de tales colorantes, por ejemplo, una proteina o acido nucleico conjugado con IRDye800, IRDye40 o Cy7, etc. Los IRDyes estan comercialmente disponibles de Li-Cor Biosciences de Lincoln, Nebraska, y cada colorante 10 tiene una longitud de onda de absorcion maxima especifica (tambien denominada aqui longitud de onda de excitacion) y longitud de onda de emision maxima que se puede usar para seleccionar hardware optico apropiado para uso con ellos. Se apreciara que se pueden usar tambien otros colorantes, incluyendo los colorante de rojo lejano citados anteriormente, con tal de que se efectuen ajustes apropiados a los componentes de obtencion de imagenes de luz visible del sistema 100, y otros colorantes de infrarrojo cercano o substancias infrarrojas tales como

15 los previamente mencionados puntos cuanticos. Se describiran ahora varios colorantes especificos apropiados para tecnicas de obtencion de imagenes especificas.

El IRDye78-CA es util para obtener imagenes de la vascularizacion de los tejidos y organos. El colorante en su forma de molecula pequefa es soluble en la sangre, y tiene una semivida inicial in vivo de varios minutos. Esto permite inyecciones multiples durante un solo procedimiento. El verde de indocianina tiene similares caracteristicas,

20 pero es algo menos soluble en sangre y tiene una semivida mas corta. El IRDye78 se puede usar tambien en otras aplicaciones de obtencion de imagenes, dado que se puede conjugar con ligandos especificos de tumores para la visualizacion de tumores. Mas generalmente, el IRDye778 se puede unir a un anticuerpo, fragmento de anticuerpo, o ligando asociado a un tumor. La presencia de un tumor o lesion se puede visualizar entonces usando las tecnicas descritas anteriormente.

25 Como otro ejemplo, el IR-786 se reparte eficientemente dentro de la mitocondria y/o reticulo endoplasmico de una manera dependiente de la concentracion, permitiendo de este modo la visualizacion del flujo sanguineo y la isquemia en un corazon vivo. El colorante se ha aplicado con exito, por ejemplo, para obtener imagenes del flujo sanguineo en el corazon de una rata de laboratorio viva despues de toracotomia. Mas generalmente, el IR-786 se puede usar para obtener imagenes no radiactivas de areas de isquemia en el corazon vivo, u otra visualizacion de la

30 viabilidad de otros tejidos.

Aunque se han descrito varios colorantes apropiados, se debe apreciar que tales colorantes fluorescentes son solo ejemplos, y que mas generalmente, se puede usar cualquier substancia fluorescente con los sistemas de obtencion de imagenes descritos aqui, con tal de que la substancia tenga una longitud de onda de emision que no interfiera con la obtencion de imagenes de luz visible. Esto incluye los colorantes fluorescentes descritos anteriormente, asi como substancias tales como puntos cuanticos que pueden tener longitudes de onda de emision por encima de 1000 nm, y se pueden asociar con un anticuerpo, fragmento de anticuerpo, o ligando y obtener imagenes in vivo. Todas de tales substancias se denominan aqui substancias fluorescentes, y se entendera que se pueden hacer modificaciones apropiadas de los componentes del sistema de obtencion de imagenes para su uso con cualquiera de tales substancias fluorescentes.

La lente 112 puede ser cualquier lente apropiada para recibir luz del campo 106 quirurgico y enfocar la luz para captar imagenes con la camara 120 de infrarrojo cercano y la videocamara 122. La lente 112 puede incluir uno o mas revestimientos opticos apropiados para las longitudes de onda de las que se van a obtener imagenes, y puede proporcionar control manual, manual asistido electronicamente, o automatico del zoom y enfoque.

El primer filtro 114 se puede colocar en el camino de la imagen desde la lente 112 de tal modo que la imagen de luz visible que tiene una o mas longitudes de onda de luz visible se dirige hacia la videocamara 122, por reflexion o transmision. Una imagen de emision del colorante 110 excitado pasa a traves de la lente 112 y se dirige hacia la camara 120 de infrarrojo cercano, de nuevo por reflexion o transmision. Son posibles varias disposiciones de las camaras 120, 122 y del primer filtro 114, y pueden implicar reflejar o transmitir la imagen de luz visible o la imagen de la longitud de onda de emision.

En una realizacion, se usa con el sistema 100 el IRDye78-CA (acido carboxilico) que tiene un maximo de absorcion cerca de 771 nm y un maximo de emision cerca de 806 nm. En esta realizacion, el primer filtro 114 puede ser un espejo dicroico de 785 nm que transmite luz infrarroja cercana y refleja luz visible. El primer filtro 114 puede estar situado dentro del camino de la imagen desde la lente 112 tal que una imagen de luz visible del campo 106 quirurgico se refleja hacia la videocamara 122 a traves del tercer filtro 118. El tercer filtro 118 puede ser, por ejemplo, un filtro de luz visible de 400 nm-700 nm. Al mismo tiempo, el primer filtro 114 esta situado dentro del camino de la imagen de la lente 112 tal que una imagen de infrarrojo cercano (es decir, la imagen de la longitud de onda de excitacion) se transmite hacia la camara 120 de infrarrojo cercano a traves de filtro 116. El segundo filtro 116 puede ser un filtro de emision de infrarrojo cercano de 810 nm ± 20 nm. Los filtros pueden ser componentes opticos estandar o fabricados a medida del cliente, que estan comercialmente disponibles de los suministradores de componentes opticos. Se pueden usar otras disposiciones de filtros y otros componentes opticos con el sistema 100 descrito aqui.

La camara 120 de infrarrojo cercano puede ser cualquier camara de imagen fija o movil apropiada para captar imagenes a la longitud de onda de emision del colorante 110 excitado. La camara de infrarrojo cercano puede ser, por ejemplo, una camara de infrarrojo cercano 0rca-ER con 7 niveles de ganancia, binning 2x2, campo de vision de 640x480 pixeles, y un tiempo de exposicion de 20 ms y una frecuencia de imagenes efectiva de quince imagenes por segundo. La 0rca-ER esta disponible comercialmente de Hamamatsu Photonic Systems de Bridgewater, New Jersey. Se entendera que la camara 120 de infrarrojo cercano de la Fig. 1 es solo un ejemplo. Se puede usar una camara de infrarrojos, una camara de infrarrojos lejanos, o alguna otra camara o dispositivo de video para captar una imagen de la longitud de onda de emision, siendo seleccionados la camara y cualquier filtro asociado segun la longitud de onda de la correspondiente substancia fluorescente usada con el sistema de obtencion de imagenes. Tal como se usa aqui, la expresion "camara de longitud de onda de emision" se desea que se refiera a cualquiera de tales camaras que se pueden usar con los sistemas descritos aqui.

La videocamara 122 puede ser cualquier videocamara apropiada para captar imagenes del campo 106 quirurgico en el espectro de luz visible. En una realizacion, la videocamara 122 es una videocamara a color modelo HV-D27, comercialmente disponible de Hitachi de Tarrytown, New York. La videocamara 122 puede captar imagenes rojoverde-azul (RGB) de treinta imagenes por segundo con una resolucion de 640x480 pixel. Mas generalmente, la camara 120 de infrarrojo cercano y la videocamara 122 puede ser cualquier dispositivo capaz de deteccion fotonica y conversion en imagenes electronicas, que incluye conjuntos lineales de fotodiodos, conjuntos de dispositivos de carga acoplada, tubos fotomultiplicadores de barrido, etc.

El monitor 126 puede ser una television, television de alta definicion, monitor de ordenador, u otro monitor configurado para recibir y representar sefales de la unidad 124 de procesado de imagenes. El campo 106 quirurgico puede ser tambien un sitio neuroquirurgico, con un microscopio quirurgico usado para ver el campo 106 quirurgico. En esta realizacion, el monitor 126 puede ser un ocular monocular o binocular del microscopio quirurgico, con la imagen de infrarrojo cercano superpuesta sobre la imagen de luz visible en el ocular. En otra realizacion, el ocular puede usar acoplamiento optico directo del campo 106 quirurgico al ocular para la vision microscopica convencional, con la imagen de infrarrojo cercano proyectada sobre el ocular usando, por ejemplo, tecnologia de visualizacion de avisos (heads-up display).

La unidad 124 de procesado de imagenes puede incluir cualquier software y/o hardware apropiado para recibir imagenes de las camaras 120, 122, procesar las imagenes como se desee, y transmitir las imagenes al monitor 126. En una realizacion, el procesado de imagenes en la unidad 124 se realiza con software en un ordenador Macintosh

equipado con una tarjeta de captura de imagenes Digi-16 Snapper para la 0rca-ER, comercialmente disponible de DataCell de North Billerica, Massachussets, y equipado con una tarjeta de captura de imagenes CG-7 para la HV-D27, comercialmente disponible de Scion de Frederick, Maryland, y que usa software IPLab, comercialmente disponible de Sanalytics de Fairfax, Virginia. Aunque se puede usar un Macintosh en una realizacion, cualquier ordenador de uso general se puede programar para realizar las funciones de procesado de imagenes describas aqui, incluyendo un ordenador basado en un procesador Intel, o un ordenador que usa hardware de Sun Microsystems, Silicon Graphics, o cualquier otro fabricante de microprocesadores.

Generalmente, la unidad 124 de procesado de imagenes debe ser capaz de filtrado digital, ajuste de ganancia, equilibrado del color y cualquier otra funcion convencional del procesado de imagenes. La imagen de la camara 120 de infrarrojo cercano se desplaza tambien tipicamente hacia el intervalo de luz visible para su visualizacion a alguna longitud de onda prominente, por ejemplo, a un color distinto de los colores de la luz visible del campo 106 quirurgico, de modo que la imagen superpuesta represente claramente el colorante. La unidad 124 de procesado de imagenes puede efectuar tambien procesado de imagenes para combinar la imagen de la camara 120 de infrarrojo cercano y la videocamara 122. Cuando las imagenes se muestran una al lado de la otra, esto puede simplemente implicar representar las imagenes en localizaciones apropiadas sobre una pantalla de ordenador. Cuando las imagenes estan superpuestas, se puede requerir un ajuste de la frecuencia de imagenes. Esto es, si la videocamara 122 esta captando imagenes a la velocidad convencional de treinta imagenes por segundo y la camara 120 de infrarrojo cercano esta tomando imagenes fijas con una frecuencia efectiva de quince imagenes por segundo, se puede requerir algo de procesado adicional para representar las imagenes superpuestas concurrentemente. Esto puede implicar reducir la frecuencia de imagenes de la videocamara 122 a la frecuencia de imagenes de la camara 120 de infrarrojo cercano, usando una de cada dos imagenes de datos de video o promediando o si no interpolando datos de video para una frecuencia de imagenes mas lenta. Esto puede implicar en su lugar incrementar la frecuencia de imagenes de los datos de las imagenes de infrarrojo cercano, manteniendo cada imagen de datos de infrarrojo cercano en imagenes sucesivas de datos de video o extrapolando datos de infrarrojo cercano, tal como deformando la imagen de infrarrojo cercano segun cambios en la imagen de video o empleando otras tecnicas conocidas de procesado de imagenes.

Generalmente, se puede usar cualquier combinacion de software o hardware en la unidad 124 de procesado de imagenes. Las funciones de la unidad 124 de procesado de imagenes se pueden realizar, por ejemplo, en uno o mas microprocesadores, microcontroladores, microcontroladores embebidos, programadores de sefal digital programables u otro dispositivo programable, junto con memoria interna y/o externa, memoria programable solo de lectura, memoria programable solo de lectura electronicamente borrable, memoria de acceso aleatorio, memoria de acceso aleatorio dinamica, memoria de acceso aleatorio de doble velocidad de datos, memoria de acceso aleatorio Rambus direct, memoria flash, o cualquier otra memoria volatil o no volatil para almacenar instrucciones de programas, datos de programas, y resultados de programas u otros resultados intermedios o finales. Las funciones pueden tambien, o en lugar de, incluir uno o mas circuitos integrados de aplicacion especifica, matrices de puertas programables, dispositivos de matriz logica programable, o cualquier otro dispositivo o dispositivos que se pueden configurar para procesar sefales electronicas. Cualquier combinacion de los anteriores circuitos y componentes, empaquetados discretamente, en forma de chip, en forma de chipset, o en forma de pastilla, se pueden adaptar apropiadamente para usar con los sistemas descritos aqui.

Se apreciara adicionalmente que cada funcion de la unidad 124 de procesado de imagenes se puede realizar como codigo ejecutable de ordenador creado usando un lenguaje de programacion estructurado tal como C, un lenguaje de programacion orientado al objeto tal como C++ o Java, o cualquier otro lenguaje de programacion de nivel bajo o nivel alto que se puede compilar o interpretar para que funcione en uno de los anteriores dispositivos, asi como combinaciones heterogeneas de procesadores, arquitecturas de procesadores, o combinaciones de diferente software y hardware. La unidad 124 de procesado de imagenes se puede implementar usando tecnologias de software o medios de desarrollo que incluyen una mezcla de lenguajes de software, tales como Java, C++, bases de datos de 0racle, SOL, etc.. Se apreciara adicionalmente que las funciones de la unidad 124 de procesado de imagenes se pueden realizar en hardware, software, o alguna combinacion de estos.

En una realizacion, la fuente 102 de luz visible es una fuente de luz visible sin el infrarrojo cercano, la fuente de luz de excitacion es un laser de diodo de 250 mW de 771 nm, el colorante es verde de indocianina o IRDye78-CA, el primer filtro 114 es un espejo dicroico de 785 nm configurado para transmitir luz de infrarrojo cercano y reflejar luz visible, el segundo filtro 116 es un filtro de emision de infrarrojo cercano de 810 nm ± 20 nm, y el tercer filtro 118 es un filtro de 400 nm a 700 nm. La unidad 124 de procesado de imagenes es un ordenador con software para captar imagenes de la camara 120 de infrarrojo cercano y la videocamara 122, para hacer ajustes de color apropiados de las imagenes de la camara 120 de infrarrojo cercano, para hacer ajustes de la frecuencia de imagenes de la imagen de la videocamara 122, y para combinar las dos imagenes para la visualizacion superpuesta en el monitor 126.

Los sistemas descritos anteriormente tienen numerosas aplicaciones quirurgicas. Por ejemplo, los sistemas se pueden implementar como ayuda en cirugia cardiaca, donde se pueden usar intraoperativamente para la visualizacion directa del flujo sanguineo cardiaco, para la visualizacion directa del miocardio con riesgo de infarto, y para la colocacion guiada con imagenes de terapia genica y otros productos medicinales en areas de interes. El sistema se puede implementar como ayuda en cirugia general para la visualizacion directa de cualquier funcion susceptible de obtencion de imagenes con colorantes fluorescentes, que incluye flujo sanguineo y viabilidad tisular.

En dermatologia, el sistema se puede usar para la deteccion sensible de celulas malignas u otros estados de la piel, y para diagnostico no quirurgico de enfermedades dermatologicas usando ligandos de infrarrojo cercano y/o anticuerpos.

La Fig. 2 muestra una ventana de infrarrojo cercano usada por el sistema de obtencion de imagenes. La ventana 200 de infrarrojo cercano esta caracterizada por longitudes de onda en la que la absorbancia esta en un minimo. Los componentes del tejido vivo con absorbancia significativa en infrarrojo cercano incluyen agua 204, lipido 208, hemoglobina 210 oxigenada, y hemoglobina 212 desoxigenada. Como se muestra en la Fig. 2, la hemoglobina 210 oxigenada y la hemoglobina desoxigenada tienen una absorbancia significativa por debajo de 700 nm. En contraste, los lipidos 208 y el agua 204 tienen absorbancia significativa por encima de 900 nm. Entre 700 nm y 900 nm, estas absorbancias alcanzan un minimo acumulativo denominado ventana 200 de infrarrojo cercano. Aunque es posible el uso de longitudes de onda de excitacion y emision fuera de la ventana 200 de infrarrojo cercano, como se describe en algunos de los ejemplos anteriormente, la obtencion de imagenes de fluorescencia dentro de la ventana 200 de infrarrojo cercano ofrece varias ventajas que incluyen baja autofluorescencia tisular, dispersion tisular minimizada, y profundidades de penetracion relativamente profundas. Aunque la ventana 200 de infrarrojo cercano es un intervalo de longitudes de onda util para la obtencion de imagenes, los sistemas descritos aqui no estan limitados a las longitudes de onda de excitacion o emision en esta ventana, y se puede emplear, por ejemplo, longitudes de onda de luz roja lejana por debajo de la ventana 200 de infrarrojo cercano, o longitudes de luz infrarroja por encima de la ventana 200 de infrarrojo cercano, ambas se pueden captar usando equipo de obtencion de imagenes comercialmente disponible.

La Fig. 3 muestra una realizacion de un sistema de obtencion de imagenes para uso en una herramienta endoscopica. El sistema 300 de obtencion de imagenes puede incluir una fuente 302 de luz visible, una fuente 304 de luz de excitacion, un campo 306 quirurgico, una fuente 308 de colorante que contiene un colorante 310, una lente 312, un primer filtro 314, un segundo filtro 316, un tercer filtro 318, una camara 320 de infrarrojo cercano, una videocamara 322, una unidad 324 de procesado de imagenes, y un monitor 326. En general, la fuente 302 de luz visible y la fuente 304 de luz de excitacion iluminan el campo 306 quirurgico. El colorante 310 se puede introducir desde la fuente 308 de colorante, tal como por medio de inyeccion en la corriente sanguinea de un sujeto. Se capta a continuacion una imagen del campo 306 quirurgico por dos camaras, captando la videocamara 322 una imagen de luz visible convencional del campo 306 quirurgico y captando la camara 320 de infrarrojo cercano una imagen de diagnostico basada en la distribucion del colorante 310 en el campo 306 quirurgico. Estas imagenes se pueden combinar por la unidad 324 de procesado de imagenes y presentar en un monitor 326 en el que se pueden usar, por ejemplo, por un cirujano que efectua un procedimiento quirurgico. En general, cada uno de estos componentes puede ser cualquiera de los componentes similarmente descritos con referencia a la Fig. 1 anterior. Se describen ahora las diferencias para una herramienta endoscopica.

El sistema 300 de obtencion de imagenes para su uso como herramienta endoscopica puede incluir adicionalmente una primera lente/colimador 303 para la fuente de luz visible, una segunda lente/colimador 305 para la fuente 304 de luz de excitacion, un acoplador 307 optico que combina la luz de excitacion y la luz visible, un espejo 309 dicroico, y un endoscopio 311 que tiene una primera cavidad 313 y una segunda cavidad 315.

La primera lente/colimador 303, la segunda lente/colimador 305, y el acoplador 307 optico sirven para combinar la luz de excitacion y la luz visible en una sola fuente de luz. Esta fuente de luz se acopla dentro de la primera cavidad 313 a traves del espejo 309 dicroico. En una realizacion, el espejo 309 dicroico proporciona preferentemente el cincuenta por ciento de reflexion de la luz que tiene longitudes de onda de 400 nm a 700 nm, para optimizar una intensidad de luz visible que llega a la videocamara 322 despues de iluminar el campo 306 quirurgico y pasar por el espejo dicroico 309 en su camino de retorno a la videocamara 322. El espejo 309 dicroico tambien preferentemente tiene mas del noventa por ciento de reflexion de la longitud de onda de la fuente 304 de luz de excitacion, tal como entre 700 nm y 785 nm, de modo que estas longitudes de onda no se transmiten a las camaras 320, 322 despues de reflejarse en el campo quirurgico. Usando esta disposicion, las fuentes 302 y 304 de luz visible y de excitacion comparten la primera cavidad 313 del endoscopio con el camino de retorno de la luz para la imagen de luz visible y la imagen de longitud de onda de emision.

Se puede proporcionar la segunda cavidad 315 del endoscopio 311 para la insercion de una herramienta, tal como una herramienta optica como un laser para irradiacion de un sitio en el campo 306 quirurgico, o una herramienta fisica como un instrumento para tomar una biopsia de tejido dentro del campo quirurgico. Combinando los caminos opticos del sistema 300 de obtencion de imagenes dentro de una sola cavidad del endoscopio 311, se puede reducir ventajosamente el calibre combinado de la primera cavidad 313 para obtencion de imagenes y la segunda cavidad

315.

El sistema 300 de obtencion de imagenes se puede usar en su lugar con un laparoscopio. Tipicamente, se inserta un laparoscopio dentro de una cavidad corporal por medio de una incision, a diferencia de un endoscopio que se inserta a traves de aberturas corporales existentes tales como la garganta o el recto. Un laparoscopio tiene un factor de forma diferente que un endoscopio, incluyendo diferentes requerimientos dimensionales. Ademas, el uso de un laparoscopio implica por lo menos una etapa adicional de hacer una incision en del cuerpo de modo que se pueda insertar el laparoscopio dentro de una cavidad corporal. El laparoscopio se puede usar con cualquiera de los sistemas de obtencion de imagenes descritos anteriormente, y el sistema 300 de obtencion de imagenes de la Fig. 3

en particular proporcionaria el beneficio de un orificio mas estrecho para la iluminacion y la optica de obtencion de imagenes.

Se apreciara adicionalmente que el sistema 300 de obtencion de imagenes se puede usar para simplificar los dispositivos de obtencion de imagenes distintos de endoscopios y laparoscopios, tal como proporcionando una iluminacion coaxial integrada y dispositivo de captacion de imagenes que usa las tecnicas descritas anteriormente.

Ademas de las aplicaciones quirurgicas citadas anteriormente en referencia a la Fig. 1, la herramienta endoscopica de la Fig. 3 se puede usar para la visualizacion directa de areas malignas o premalignas dentro de una cavidad corporal, o para la colocacion guiada con imagenes de terapia genica y otros productos medicinales a un area de interes dentro de la cavidad corporal.

La Fig. 4 muestra una imagen que muestra tanto un sistema circulatorio como el tejido circundante. Como se describe anteriormente, se capta una imagen 402 de tejido con luz visible dentro de un campo quirurgico. Como se cita anteriormente, la imagen 402 de tejido con luz visible puede incluir un subconjunto de longitudes de onda de luz visible cuando el canal optico para la obtencion de imagenes de colorante incluye una longitud de onda dentro del intervalo de luz visible. Tambien se capta una imagen 404 de infrarrojo cercano del mismo campo (o uno solapado) de vision del campo quirurgico. Aunque denominada aqui por conveniencia imagen de infrarrojo cercano, debe estar claro que la imagen 404 basada en colorante puede tambien, o en su lugar, emplear otras longitudes de onda, tales como longitudes de onda de infrarrojo o rojo lejano. La imagen 404 de infrarrojo cercano se puede desplazar hacia una longitud de onda visible para su visualizacion, preferentemente usando un color que sea prominente cuando se superpone sobre la imagen 402 del tejido con luz visible. Las imagenes 402, 404 se pueden ajustar en frecuencia de imagenes segun sea apropiado para la visualizacion en video del campo quirurgico.

Las imagenes se pueden mostrar separadamente como imagen 402 del tejido con luz visible e imagen 404 de infrarrojo cercano. 0 las imagenes 402, 404 se pueden combinar en una imagen 406 combinada por medio de la unidad de procesado de imagenes descrita anteriormente. La imagen 406 combinada se puede usar a continuacion como ayuda para el procedimiento descrito anteriormente, o para cualquier otro procedimiento quirurgico o de diagnostico que se puede beneficiar de las tecnicas de obtencion de imagenes basadas en colorante descritas aqui.

Se apreciara que la funcionalidad anterior es meramente ilustrativa, y que se pueden implementar con utilidad otros colorantes, hardware de obtencion de imagenes, y optica con los sistemas de obtencion de imagenes descritos aqui. Por ejemplo, se puede emplear una herramienta endoscopica y un sistema de obtencion de imagenes fijas para fotografia de diagnostico dentro de una cavidad corporal. 0 cualquiera de los sistemas de obtencion de imagenes se puede usar como se describe anteriormente con longitudes de onda de excitacion y/o emision en el espectro del rojo lejano. Por medio de adaptaciones minimas que serian claras para uno de experiencia media en la tecnica, el sistema se podria configurar para obtener imagenes de dos funciones (por ejemplo, tumor y flujo sanguineo) al mismo tiempo que se capta una imagen de luz visible asociando cada funcion con un colorante diferente que tiene una longitud de onda de emision diferente. Existen aplicaciones no medicas para el sistema de obtencion de imagenes. Por ejemplo, se pueden pulverizar colorantes en forma de disolucion sobre un componente mecanico para identificar oxidacion, defectos superficiales, o similares. Tambien se podrian usar colorantes para monitorizar gas, vapor de agua, o flujo de aire a traves de un sistema presurizado, y en particular para identificar fugas alrededor de conexiones y valvulas.

De este modo, aunque la invencion se ha descrito con relacion a las realizaciones preferidas mostradas y descritas con detalle, varias modificaciones y mejoras al respecto seran facilmente evidentes para los expertos en la tecnica. Se debe entender que toda la materia contenida en la descripcion anterior o mostrada en los dibujos adjuntos se interpretara como ilustrativa, y no en un sentido limitante.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema que comprende:

un recinto para un procedimiento quirurgico adaptado para excluir fuentes (102, 104, 302, 304) de luz de banda ancha proporcionando por ello un area de operacion cerrada a la luz ambiental, incluyendo el area de operacion un campo quirurgico en el que es ejecutable un procedimiento quirurgico abierto en un sujeto;

una fuente (102, 302) de luz visible capaz de iluminar el campo (106) quirurgico, proporcionando la fuente de luz visible un intervalo de longitudes de onda que incluye una o mas longitudes de onda de luz visible, y la fuente (102, 302) de luz visible adicionalmente capaz de proporcionar iluminacion convencional para el campo (106) quirurgico;

una fuente (104, 304) de luz de excitacion capaz de iluminar el campo quirurgico, incluyendo la fuente de luz de excitacion por lo menos una longitud de onda fuera del intervalo de la longitud de onda de la luz visible;

una substancia (110, 310) fluorescente apropiada para uso in vivo, fluoresciendo la substancia fluorescente a una longitud de onda de emision en respuesta a por lo menos una longitud de onda de la fuente (104, 304) de luz de excitacion, siendo introducible la substancia (110, 310) fluorescente dentro del campo (106) quirurgico;

un dispositivo electronico de obtencion de imagenes colocado para captar una imagen de luz visible del campo quirurgico y una imagen de longitud de onda de emision del campo quirurgico, incluyendo el dispositivo electronico de obtencion de imagenes una lente (112, 312) para el control manual o automatico de un foco de luz recibido del campo quirurgico; y

un monitor (126, 326) adaptado para representar la imagen de luz visible y la imagen de longitud de onda de emision del campo quirurgico, siendo visualizable la imagen de longitud de onda de emision a una longitud de onda de luz visible.
2. El sistema de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente:

una guia optica que tiene un primer extremo con una lente que capta una imagen del sujeto y un segundo extremo adaptado para acoplar la imagen al dispositivo electronico de obtencion de imagenes; y

un primer filtro para acoplar la fuente (102, 302) de luz visible y la fuente (104, 304) de luz de excitacion dentro de la guia optica, el primer filtro adaptado para reflejar algo de la luz proporcionada por la fuente de luz visible y algo de la luz de la fuente de luz de excitacion hacia el sujeto,

estando adaptado el primer filtro adicionalmente para transmitir una porcion de la luz visible y de la longitud de onda de emision del sujeto captada por la lente (112, 312) hacia el dispositivo electronico de obtencion de imagenes.
3.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente (104, 304) de luz de excitacion esta adaptada para iluminar al sujeto al mismo tiempo que la fuente (102, 302) de luz visible ilumina al sujeto.
4.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la una o mas longitudes de onda de luz visible de la fuente (102, 302) de luz visible no incluyen luz infrarroja, y en el que por lo menos una de la fuente (104, 304) de luz de excitacion y la longitud de onda de emision incluye una longitud de onda de luz de rojo lejano.
5.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el primer filtro es un espejo dicroico (114, 309) colocado en la guia optica a un angulo de 45° respecto a un eje central de la guia optica.
6.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente un segundo filtro adaptado para separar la longitud de onda de emision del intervalo de longitudes de onda de luz visible, en el que la longitud de onda de emision se dirige hacia un primer transductor optico del dispositivo (120, 320) electronico de obtencion de imagenes y el intervalo de longitudes de onda de luz visible se dirige hacia un segundo transductor (122, 322) optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes.
7.

El sistema de la reivindicacion 6, en el que el segundo transductor (122, 322) optico es sensible a luz roja, verde y azul.
8.

El sistema de la reivindicacion 6, en el que el segundo transductor (122, 322) optico es sensible a luz cian, magenta y amarilla.
9.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el segundo filtro incluye un espejo dicroico (114, 309) adaptado para reflejar la longitud de onda de emision y transmitir la una o mas longitudes de onda de luz visible.
10.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el segundo filtro incluye un espejo

dicroico adaptado para reflejar la una o mas longitudes de onda de luz visible y transmitir la longitud de onda de emision.
11.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el segundo filtro esta adaptado para delimitar las longitudes de onda de luz visible.
12.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo electronico de obtencion de imagenes incluye un dispositivo de carga acoplada y/o una videocamara y/o una camara de longitud de onda de emision.
13.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente un procesador adaptado para convertir la imagen de longitud de onda de emision en una imagen convertida que tiene uno o mas componentes de luz visible, y para combinar la imagen convertida con o superponer la imagen convertida sobre la imagen de luz visible para su visualizacion.
14.

El sistema segun la reivindicacion 13, adaptado para captar la imagen de luz visible a treinta imagenes por segundo y de la longitud de onda de emision a quince imagenes por segundo, y en el que o la longitud de onda de emision es convertible a treinta imagenes por segundo o la imagen de luz visible es convertible a quince imagenes por segundo para su combinacion o superposicion sobre la imagen de luz visible.
15.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente (104, 304) de luz de excitacion comprende un laser.
16.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la substancia (110, 310) fluorescente incluye un ligando de bajo peso molecular que se acumula en una lesion, estando el sistema adaptado para visualizar la lesion.
17.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la substancia (110, 310) fluorescente incluye un colorante fluorescente inyectable en el sujeto por medio de una inyeccion intravenosa y/o una substancia pulverizable sobre el sujeto.
18.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la substancia (110, 310) fluorescente incluye por lo menos una de verde de indocianina; fluoresceina; azul de metileno, y IRDye78-CA.
19.

El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la substancia (110, 310) fluorescente es un colorante que tiene una estructura de la formula:

en la que, cuando la valencia y la estabilidad lo permiten, X representa C(R)2, S, Se, 0, o NR5; R representa H o alquilo inferior, o dos apariciones de R, tomadas conjuntamente, forman un anillo junto con los

atomos de carbono con los que estan conectados;

R1 y R2 representan, independientemente, alquilo inferior, alquenilo inferior, cicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo o aralquilo substituido o sin substituir; R3 representa, independientemente para cada caso, uno o mas substituyentes del anillo al que esta unido; R4 representa H, halogeno, o un eter o tioeter substituido o sin substituir de fenol o tiofenol; y

R5 representa, independientemente para cada caso, alquilo inferior, cicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo o aralquilo substituido o sin substituir.
20. El sistema segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente (102, 302) de luz visible que ilumina un sujeto se propaga a lo largo de un primer camino optico, la fuente (104, 304) de luz de excitacion que

5 ilumina al sujeto se propaga a lo largo de un segundo camino optico, y la imagen de la porcion del sujeto se propaga hacia el dispositivo de obtencion de imagenes a lo largo de un tercer camino optico, en el que por lo menos dos del primer camino optico, el segundo camino optico y el tercer camino optico son coaxiales.
21. El sistema segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que el monitor (126, 326) incluye un microscopio quirurgico.