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目的:乳腺癌、宫颈癌以及子宫内膜癌是女性常见的三大恶性肿瘤,严重威胁女性的生命健康。外科手术是以上三种肿瘤的主要治疗手段,但是在这些手术中仍存在着一些挑战性难题,如保乳术后有高达20%的患者由于初次手术后肿瘤残余需要进行二次手术切除;根治性子宫切除术中由于盆腔自主神经的医源性损伤导致5-76%宫颈癌患者术后发生排尿功能障碍;子宫内膜癌根治术中肿瘤肌层浸润深度的判断准确性有待提高等。想要改善以上肿瘤手术现状需要开发新型的肿瘤以及神经的术中可视化技术。光学分子影像技术的出现为解决以上困境带来了新的机遇,尤其是近红外二区（the second near-infrared window,NIR-Ⅱ）荧光成像技术已经凭借其独特优势成为目前手术导航的重要研究方向。因此,本论文拟围绕以上女性常见肿瘤手术的关键挑战性问题,研发新型术中NIR-Ⅱ荧光成像技术,开展从临床前研究到临床应用研究的系列工作,探索该技术在以上肿瘤手术中的应用价值。本研究计划分三部分进行:第一部分开展临床前研究,通过设计合成一种新型多功能NIR-Ⅱ荧光探针,验证基于该探针的NIR-Ⅱ荧光成像技术在保乳术中检测和消除残余肿瘤的性能并提出新型保乳手术策略;第二部分开展临床试验,评估基于吲哚菁绿（indocyanine green,ICG）的NIR-Ⅱ荧光成像技术在宫颈癌根治术中实时显示盆腔自主神经的安全性及可行性,并探索NIR-Ⅱ荧光成像相较传统近红外一区（the first near-infrared window,NIR-I）荧光成像在显示细小神经中的优势;第三部分开展临床试验评估基于ICG的NIR-Ⅱ荧光成像技术在子宫内膜癌根治术中显影子宫内膜癌病变的安全性及可行性,以及利用其判断肌层浸润深度的准确性。方法:第一部分首先采用D1-π-A-D2-R结构设计合成NIR-Ⅱ有机荧光分子A1,为利于生物应用进一步制备了聚醚包裹的纳米颗粒A1 NPs,并对其进行了表征以及开展了体外细胞实验;随后通过构建小鼠原位乳腺癌模型,在体验证了基于A1 NPs的NIR-Ⅱ荧光成像在术中引导残余肿瘤以及转移淋巴结识别并切除的效果,最后评估了基于A1 NPs的新型整合策略改善保乳手术的效果。第二部分开展一项前瞻性开放标签的临床研究。纳入了10名术前诊断为IB1-ⅡA1期的宫颈癌患者。对纳入的第1-9名患者行常规的根治性子宫切除术,对第10名患者行开腹的保留神经的根治性子宫切除术（nerve-sparing radical hysterectomy,NSRH）。在术前24 h给患者静脉注射了5 mg/kg ICG。在手术过程中医生使用开放式NIR-Ⅱ荧光成像设备以及NIR-I荧光成像设备对手术视野进行成像,观察神经显影的效果。切除子宫后,在离体子宫断端分离神经组织,然后冰冻切片后观察ICG在神经组织中的分布。此外,观察并记录患者在注射ICG后两周内的不良反应。第三部分开展一项前瞻性开放标签的临床研究。入组8例FIGO分期为I期的子宫内膜癌患者。术前24 h按5 mg/kg的剂量给患者静脉滴注ICG。术中医生在完整切除子宫以及双侧附件后,对子宫进行剖视,观察病变的范围和肌层浸润深度,确定淋巴清扫的范围。随后对离体子宫进行NIR-Ⅱ荧光成像,观察病变的显影效果,并且对组织取样,冰冻切片,在镜下观察组织病理类型、ICG分布情况以及病变的荧光边界与病理边界的关系。最后以术后病理确定的肌层浸润深度为金标准,比较术前磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）、术中医生肉眼以及NIR-Ⅱ荧光成像判断肌层浸润深度的准确性。结果:第一部分成功构建了一种基于聚集诱导发光（aggregation-induced emission,AIE）的多功能NIR-Ⅱ荧光纳米颗粒A1 NPs。在体实验结果表明,基于A1 NPs的NIR-Ⅱ荧光成像能够精确检测微小残余肿瘤（直径2 mm）以及转移性淋巴结。此外,经过荧光引导肿瘤切除以及术中辅助光疗的整合策略治疗后的乳腺癌小鼠,在术后40天内无局部复发和转移,初步证明了该策略改善保乳手术的效果。第二部分结果显示除1名患者的神经显影效果欠佳外,其余9名（90.0%）患者的上腹下丛（superior hypogastric plexus,SHP）、腹下神经（hypogastric nerves,HN）、盆腔内脏神经（superior hypogastric plexus,PSN）、下腹下丛及膀胱支神经（inferior hypogastric plexus-vesical fibres,IHP-VF）均可通过基于ICG的NIR-Ⅱ荧光成像进行显影,经统计它们的平均信号背景比（signal-to-background ratio,SBR）分别为2.0±0.6,2.0±0.4,1.7±0.2,1.6±0.2。另外,在其中3名患者中对比了NIR-Ⅱ和NIR-I荧光显影闭孔神经（obturator nerve,ON）、生殖股神经（genitocrural nerve,GN）和SHP神经的效果,统计分析表明对于显示小于3mm以下的细小神经,NIR-Ⅱ成像有优势,差异具有统计学意义。从神经组织切片来看,ICG主要是聚集在神经轴突的位置。随访中发现有1例患者发生了一过性肝损伤,其余患者未见ICG相关不良反应。第三部分结果显示基于ICG的NIR-Ⅱ荧光成像可以对子宫内膜癌病灶进行显影,平均SBR为4.0±2.4,对于良性子宫肌瘤病变无法显影。在显微层面观察到ICG荧光与肿瘤组织有明显的共定位效果,而在周围正常的子宫肌层内仅有较弱的ICG荧光信号。以术后病理确定的肌层浸润深度为金标准,NIR-Ⅱ荧光成像判定的肌层浸润深度的准确率达到了100%,高于术前MRI和术中医生肉眼的判断准确性。结论:本研究初步证明了:1、基于A1 NPs的NIR-Ⅱ荧光成像可用来精准检测和消除残余肿瘤,并且新型整合策略为降低保乳患者的肿瘤不完全切除率提供了新思路;2、基于ICG的NIR-Ⅱ荧光成像技术可在术中显示细小盆腔自主神经,并展现出了NIR-Ⅱ荧光成像在显示细小神经中的优势地位;3、基于ICG的NIR-Ⅱ荧光成像技术可在术中显影子宫内膜癌病灶以及边界,为该技术准确判定肌层浸润深度提供了理论基础。综上所述,基于A1 NPs或者ICG的NIR-Ⅱ荧光成像技术可以在术中识别残余肿瘤、细小神经以及肿瘤边界,有望改善女性常见肿瘤的手术效果。