Endoscopia in fluorescenza per la veterinaria

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Riproduzione di immagini in fluorescenza

Con il proficuo impiego della riproduzione di immagini in fluorescenza negli studi clinici i promettenti successi terapeutici della stessa si estendono dalla veterinaria alla chirurgia umana. KARL STORZ offre perciò le tecnologie OPAL1® sia per il vicino infrarosso (NIR/ICG) che per la diagnostica fotodinamica (PDD). Ognuna di queste tecnolgie dispone di un ampio potenziale anche per una migliore diagnosi e terapia in veterinaria.

Tecnologie OPAL1® NIR/ICGColangiografia in fluorescenza nel vicino infrarosso (NIR) con verde di indocianina (ICG)

Nel 1852 George Gabriel Stokes fornisce una descrizione minimale del minerale “fluorite”, che emette una luce blu se esposto a irradiazione luminosa; lo scienziato indica il fenomeno con il nome di “fluorescenza” e denomina “fluorofori” le sostanze dotate di questa proprietà.

L’emissione di fluorescenza si riscontra spesso in natura ed è dovuta alla capacità energetica degli elettroni delocalizzati nelle strutture molecolari composte da anelli aromatici. L’energia luminosa promuove gli elettroni delocalizzati a un livello energetico superiore. Quando gli elettroni decadono e tornano al livello di origine, liberano l’energia assorbita sotto forma di fluorescenza. L’energia della luce fluorescente emessa è inferiore all’energia luminosa che serve ad “eccitare” l’elettrone, poiché viene dispersa parte del calore.

Fig. 1: Principio della fluorescenza/rappresentazione semplificata del principio della fluorescenza

Stimolazione Emissione

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NE

RG

IA +

Perdita di energia / processo di passaggio non

radioattivo

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Le strutture ad anelli aromatici sono componenti essenziali di numerose sostanze biologiche, come ad es. il DNA, le proteine e gli zuccheri. Dagli anni ’60 la loro capacità di emettere fluorescenza viene sfruttata nelle scienze biologiche e in medicina per l’imaging in fluorescenza.

La sostanza colorante fluorescente nel vicino infrarosso (NIR) conosciuta da più tempo in medicina è il verde di indocianina (ICG) che viene utilizzato sia per la visualizzazione dell’anatomia del sistema linfatico che per il riconoscimento di tumori e per la valutazione della perfusione.

L’ICG è un farmaco approvato dalla FDA nel 1959 per esaminare la funzione cardiaca e la funzione epatica. La sostanza colorante al tricarbonio ha un massimo di eccitazione di λEm = 805 nm ed un massimo di emissione λEx = 835 nm. Ne risulta una profondità di detezione del tessuto per fluorescenza NIR fino a 1 cm.

L’ICG viene normalmente somministrato per via endovenosa. Nel sangue si lega alle proteine plasmatiche (albumina) e rimane in circolo grazie all’esclusione dimensionale. L’ICG viene trasportato con il sangue fino al fegato e viene poi smaltito nel duodeno attraverso la bile. Lo smaltimento esclusivo con la bile ne fa lo strumento ideale per l’identificazione delle vie biliari.

1 Somministrazione endovenosa di ICG

2 ICG si lega alle proteine plasmatiche

3 Visualizzazzione di ICG nel flusso sanguigno con il sistema KARL STORZ NIR

4 Lampada NIR

Fig. 2: Principio dell’ICG

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La tecnologia OPAL1® NIR/ICG, basata sulla piattaforma IMAGE1 S™, viene già impiegata in diversi settori di applicazione della medicina veterinaria. I quattro settori principali sono:

• Verifica della perfusione sanguigna

• Mapping linfatico

• Visualizzazione di strutture anatomiche (ad es. visualizzazione dei dotti biliari)

• Identificazione di tumori

Settori di applicazione in veterinaria

La seguente lista riassume i settori attuali di applicazione NIR/ICG in medicina veterinaria:

• Valutazione della struttura dei vasi

• Mapping linfatico in oncologia

• Valutazione delle malattie linfatiche (chilotorace, limfagiectasia, valutazione di linfoedemi)

• Anatomia e funzionalità delle vie biliari (strappi, perdite)

• Determinazione dei margini tumorali

• Riconoscimento di metastasi (soprattutto al fegato)

• Visualizzazione di segmenti polmonari

• Identificazione dell’uretere

• Valutazione della vitalità dei lembi cutanei/degli impianti

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I seguenti esempi dimostrano la versatilità di impiego della tecnologia OPAL1® per NIR/ICG:

Valutazione della perfusione sanguigna

Fig. 3: Verifica della perfusione di un’ostruzione di un dotto linfatico toracico con NIR/ICG

1 Messa gentilmente a disposizione da Michele A. Steffey, DVM, DACVS, University of California at Davis, School of Veterinary Medicine, USA

2 Messa gentilmente a disposizione da Jeffrey J. Runge, DVM, DACVS, University of Pennsylvania, School of Veterinary Medicine, USA

A) Luce bianca B) Verifica della perfusione con ICG 1

Rilevamento di tumori ipervascolari

Fig. 4: Verifica della perfusione di una massa epatica nel cane tramite NIR/ICG

A) Luce bianca B) La massa ipervascolarizzata si evidenzia per la sua fluorescenza con ICG 2

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2 Messa gentilmente a disposizione da Jeffrey J. Runge, DVM, DACVS, University of Pennsylvania, School of Veterinary Medicine, USA

Riconoscimento di metastasi con tecnologia OPAL1® per NIR/ICG

Fig. 5: Riconoscimento di metastasi di lembi polmonari craniali in un cane

A) Luce bianca B) Accumulo di ICG nelle metastasi 2

Visualizzazione del sistema linfatico

Fig. 6: Visualizzazione del sistema linfatico collegato alla cisterna nella zona dell’aorta addominale nel cane

A) Luce bianca B) Vasi linfatici visualizzati in fluorescenza con ICG2

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Tecnologia OPAL1® per NIR/ICG

1 Sistema telecamera IMAGE1 S™ Qualità brillante delle immagini in FULL HD Modalità NIR/ICG + SPECTRA A offre un’eccellente illluminazione di sfondo e

un’evidenziazione del contrasto in fluorescenza al blu di cianina

2 Sistema ottico di vicino infrarosso (NIR/ICG) Sistema ottico per una sollecitazione e detezione ottimale della fluorescenza;

impiegabile a luce bianca e in applicazioni di NIR/ICG Gli endoscopi standard possono essere utilizzati anche con filtro estraibile

3 Testina telecamera Testina telecamera a 3 chip FULL HD ad alta risoluzione e con sensibilità

ottimale della luce NIR

4 Sorgente luminosa D-LIGHT P (sorgente luminosa Xenon) Spettro della luce diurna ottimale Fluorescenza NIR con illuminazione dello sfondo Nessuna precauzione di sicurezza (in confronto al laser)

5 Cavo luce a fibre ottiche autoclavabile

Trasmissione ottimale della luce in modalità luce bianca e in spettro NIR

Interruttore a pedale Commutazione veloce tra modalità a luce bianca e a fluorescenza

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Letteratura vedi pagine 19 – 20

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La prospettiva di vita dei pazienti oncologici dipende essenzialmente dall’identificazione e dall’asportazione completa del tessuto tumorale maligno. Molti scienziati cercano di affrontare questo problema con specifici marcatori tumorali. Alcune delle promettenti sostanze sono sostanze che producono protoporfirna IX (PPIX). L’acido 5-aminolevulinico (5-ALA) e i suoi derivati Hexvix® di Photocure (Cysview® negli USA) e Gliolan® di Medac sono materiali di base della PPIX nella biosintesi dell’eme. Le sostanze vengono assorbite e metabolizzate da tutte le cellule del corpo. Le cellule tumorali hanno un difetto metabolico che produce una accumulazione di PPIX nelle cellule tumorali. Poiché la PPIX ha proprietà di fluorescenza (massimo di assorbimento PPIX λEm = 420 nm, massimo di emissione λEx = 630 nm), è possibile visualizzare il tessuto maligno tramite la fluorescenza della PPIX.

Tecnologia OPAL1® per la diagnostica fotodinamica (PDD)

Riproduzione di immagini in fluorescenza con acido 5-aminolevulinico (5-ALA)

Fig. 7: 5-ALA, Hexvix® o Gliolan® vengono trasformati in PPIX nella biosintesi dell’eme

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Le due principali indicazioni per la diagnosi fotodinamica (PDD) con protoporfirina sono note: l’5-ALA oppure il Gliolan® viene impiegato in neurochirurgia per l’identificazione del glioma. Lo Hexvix® (Cysview® negli USA) viene introdotto nella vescica per il riconoscimento di tumori della vescica. (Fig. 8).

Indicazioni

3 Messa gentilmente a disposizione dal PD Dr. med. Carsten Kempkensteffen, Charité, Universitätsmedizin Berlino, Germania

Demarcazione di tumori della vescica tramite diagnostica fotodinamica

Fig. 8: Diagnosi in fluorescenza di un tumore della vescica con Hexvix®

A) Luce bianca B) Modalità PDD con tecnologia OPAL1® basata su IMAGE1 STM 3

Fig. 9: Diagnosi in fluorescenza di un glioblastoma con Gliolan®

A) Luce bianca B) Glioblastoma arricchito della PPIX, glioblastoma (viola) 4

4 Messa gentilmente a disposizione dal Prof. Potapov, Burdenkow Neurosurgical Institute Moscow, Russia

Visualizzazione di glioblastoma tramite fluorescenza

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Tecnologia OPAL1® per PDD

1 Sistema telecamera IMAGE1 S™ Modalità PDD + SPECTRA A e SPECTRA B consentono un’ottimale illuminazione e miglioramento del contrasto con visualizzazione nella zona dello spettro del ciano

2 Sistema ottico PDD Sistema ottico per la stimolazione ottimale e il riconoscimento della fluorescenza,

adatto sia per applicazioni in luce bianca che in PDD

3 Testina telecamera Testina HX FULL HD ad un chip con alta risoluzione e sensibilità luminosa PDD

ottimale Gli endoscopi standard si possono utilizzare con filtro PDD estraibile (snap on)

4 Sorgente di luce D-LIGHT C (sorgente di luce Xenon) Spettro della luce diurna ottimale Fluorescenza PDD con retroilluminazione Nessuna precauzione di sicurezza (in confronto al laser)

5 Cavo luce a fluidi Trasmissione ottimale della luce in modalità luce bianca e in fluorescenza

Interruttore a pedale Commutazione veloce tra modalità a luce bianca e a fluorescenza

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Letteratura vedi pagina 21

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Un altro impiego della fluorescenza nella diagnostica è l’autofluorescenza intrinseca (AF) di componenti del tessuto. La tecnologia OPAL1® AF è specializzata nella distinzione del tessuto benigno e di quello maligno nella broncoscopia e nella laringoscopia. Il principio fondamentale è semplice: La tecnologia OPAL1® AF rileva la fluorescenza verde di flavine nella mucosa benigna. Il tessuto maligno in caso di carcinoma bronchiale o laringeo viene identificato per la mancanza di fluorescenza, poiché la sua struttura compatta scherma l’autofluorescenza della mucosa sana sottostante.

Principio di autofluorescenza

Per la distinzione tra tessuto benigno e maligno

Fig. 10: Principio dell’autofluorescenza

Mucosa

Sottomucosa

Luce

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Autofluorescenza

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Il procedimento dell’autofluorescenza (AF) rende riconoscibili già precocemente mutazioni maligne del tessuto rispetto al tessuto benigno. Tale procedimento si basa sul fatto che nella sottomucosa si trovano sostanze che vengono stimolate alle fluorescenza sotto la luce di una determinata lunghezza d’onda. Reperti patologici vengono visualizzati sottoforma di zone scure su sfondo verde (tessuto normale).

Con la luce blu ed un equipaggiamento specifico è possibile visualizzare in fase diagnostica quel che non è visibile sotto luce bianca tradizionale. Inoltre nel corpo viene convogliata luce di spettro particolare tramite un sistema di conduzione pressoché privo di dispersioni. Il grande vantaggio di questa tecnologia consiste nel fatto che non sono necessari marcatori.

AF in medicina veterinaria

A) Luce bianca B) Modalità AF

5 Messa gentilmente a disposizione dal Dr. Stanzel, LUngenklinik Hemer, Germania

Visualizzazione in fluorescenza tramite endoscopi

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Autofluorescenza

1 Sistema telecamera IMAGE1 S™ Qualità brillante delle immagini in FULL HD

2 Testina telecamera Testina HX FULL HD ad un chip con alta risoluzione e sensibilità luminosa AF

ottiminale

3 Endoscopi o fibroscopi Tutti i sistemi ottici sono molto adatti con filtro AF estraibile sia per le applicazioni

a luce bianca che per la stimolazione ed il riconoscimento della fluorescenza

4 D-LIGHT C/AF Spettro della luce diurna ottimale Impiego versatile dei filtri Nessuna precauzione di sicurezza (in confronto al laser)

5 Cavo luce a fluidi Trasmissione ottimale della luce in modalità luce bianca e in fluorescenza Interruttore a pedale Commutazione veloce tra modalità a luce bianca e a fluorescenza

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Letteratura attuale, vedi pagina 22

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D-LIGHT P

modificabile per fluorofori di diverso tipo

Sono attualmente disponibili filtri per i seguenti fluorofori:

GFP, tdTomato / DsRed, CY5, Methylene blue, 5-ALA / PDD, ICG / NIR, AF, RFP / mCherry, CY7, Fluorescein blue

66100 M1 Unità D-LIGHT P VET M1 modificata, con un filtro speciale incorporato, unità luminosa ad alta potenza per il controllo della perfusione, dell’autofluorescenza e per la diagnosi endoscopica standard, con una lampadina Xenon da 300 Watt e un attacco per cavo luce KARL STORZ, tensione d’esercizio 100 – 125/220 – 240 VAC, 50/60 Hz, per impiego con filtri ed endoscopi speciali per l’autofluorescenza in medicina veterinaria incluso: Fonte di luce fredda D-LIGHT P Cavo di rete Interruttore ad un pedale, digitale, un livello Scheda dimostrativa Imaging in fluorescenza

66100 M2 Idem, con due filtri speciali incorporati

66100 M3 Idem, con tre filtri speciali incorporati

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Compendio: fluorofori e combinazioni di sistema adatti(Data: 01.02.2020, salvo cambiamenti.)

Sostanze disponibili

Sistemi telecamera compatibili

(utilizzare le versioni software più attuali)Sorgenti luminose

TRICAM®

20 2230 11-1

20 2210 37

IMAGE1 S™

TH 102

H3-Z FI

TC 201

TC 300

IMAGE1 S™

TH 112

HX FI

TC 201

TC 301

(sulla base di

20 1337 01-1)

D-LIGHT P VET

66100Mx

D-LIGHT C/AF

20 1336 01-133

D-LIGHT C

20 1336 01-1

CY7 • • •

GFP • • •

tdTomato / DsRed / tRFP

• • •

RFP / mCherry • • •

Cy5 • • •

methylene blue • • •

ICG • • •

AF • • • •

fluorescein blue • • • • •

ALA /PDD • • • •

Nota bene:

Per ulteriori domande o per ulteriori informazioni riguardo alla fluorescenza in medicina veterinaria contattare via mail: VET@KARLSTORZ.com.

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60 1000 36 Filtro estraibile per RFP/mCherry

60 1000 38 Filtro estraibile per tdTomato

60 1000 37 Filtro estraibile per GFP

60 1000 39 Filtro estraibile per CY7

60 1000 41 Filtro estraibile per CY5/methylene blue

60 1000 40 Filtro estraibile per ICG

20 1000 33 Filtro di sbarramento per fluoresceina

20 1000 34 Filtro estraibile per 5-ALA/PDD

20 1000 35 Filtro estraibile per AF

Filtriper impiego con oculare e fonte di luce D-LIGHT P

Per le date degli workshop consultare la pagina web: http://go.karlstorz.com/eventsVET

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D-LIGHT C / AF 20 1336 01-1/ 20 1336 01-133

D-LIGHT P 20 1337 01-1

IMAGE1 S™ H3-Z FI TH 102

Sistema IMAGE1 S™

IMAGE1 S CONNECT® TC 200/201

IMAGE1 S™ H3-LINK TC 300

VITOM® II PDD 20 9160 25 AIA

28272 UGN / CN28272 HC

28172 HR / HM

VITOM® II ICG 20 9160 25 AGA28272 UGN / CN

28272 HC28172 HR / HM

Disponibile a breve: IMAGE1 S™ HX FI / HX-P FI

TH 112 / TH 113

AF

D-LIGHT C / AF 20 1336 01-133

IMAGE1 S™ HX FI / HX-P FI TH 112 / TH 113

NIR / ICG*

Sistema ottico HOPKINS® 27005 AIA / FIA / BIA / CIA

8710 AP, 8711 AP, 8712 AP / BP / CP 7230 AP / BP / FP

Sistema ottico HOPKINS® 8710 AP / 8711 AP / 8712 AP /BP / CP

7230 AP / BP / FP10320 AP / BP / DP

26003 AIA / BIA26003 AGA / BGA

8710 AGA / 8711 AGA

Cavo luce a fluidi 495 FS / FO / FP / FR

Cavo luce a fluidi 495 FS / FO /FP /FR

Cavo luce a fibre ottiche 495 NAC /NCSC /TIP /NCS / VIT

Sistema ottico HOPKINS® 26003 ACA / BCA / AGA / BGA8710 AGA / 26046 ACA / BCA

8711 AGA

Fibroscopio

IMAGE1 S™ X-LINK TC 301

IMAGE1 S™ X-LINK TC 301

Font

e di

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* Tabella dimostrativa NIR / ICG 96240726

Fibroscopio Fibroscopio

VITOM® II PDD 20 9160 25 AA

28272 UGN/CN28272 HC

28172 HR/HM

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Sistema TRICAM®

PDD ICG

D-LIGHT C/ 20 1336 01-1 D-LIGHT P/ 20 1337 01-1

Sistema TELECAM per videoendoscopi PDD & AF

TELECAM SL II FI CCU 20 2130 11-1

Fibr

osco

pi

Fibroscopio FibroscopioFibroscopio

VITOM® II PDD 20 9160 25 AIA28272 UGN/CN

28272 HC28172 HR/HM

VITOM® II ICG 20 9160 25 AGA28272 UGN/CN

28272 HC28172 HR/HM

AF

D-LIGHT C/AF /20 1336 01-133

TRICAM® SL II CCU 20 2230 11-1

Testina pendulum a tre chip testina a tre chip TRICAM® PDD

20 2210 39/20 221037

Testina a tre chip TRICAM® PDD

20 2210 37

Testina a tre chip TRICAM® PDD 20 2210 37

Cavo luce a fluidi 495 FS/FO/FP/FR

Sistema ottico HOPKINS® 27005 AIA/FIA/BIA/CIA

8710 AP, 8711AP, 8712 AP/BP/CP 7230 AP/BP/FP, 26003 AIA/BIA

Sistema ottico HOPKINS® 8710 AP/8711 AP/ 8712 AP/BP/CP

7230 AP/BP/FP 10320 AP/BP/DP

26003 AIA/BIA26003 AGA/BGA

8710 AGA/8711 AGA

Cavo luce a fluidi 495 FS/FO/FP/FR

Cavo luce a fibre ottiche 495 NAC/NCSC/TIP

Sistema ottico HOPKINS® 26003 ACA/BCA/AGA/BGA

8710 AGA/8711 AGA

VITOM® II PDD 20 9160 25 AA

28272 UGN/CN28272 HC

28172 HR/HM

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Letteratura – NIR/ICG

[1] Cost analysis and effectiveness comparing the routine use of intraoperative fluorescent cholangiography with fluoroscopic cholangiogram in patients undergoing laparoscopic cholecystectomy.Dip FD, Asbun D, Rosales-Velderrain A, Menzo EL, Simpfendorfer CH, Szomstein S, Rosenthal RJ.SurgEndosc. 2014 Jan 11http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24414461

[2] Combined vascular and biliary fluorescence imaging in laparoscopic cholecystectomy.Rutger M. Schols, Nicole D. Bouvy, Ronald M. van Dam, Ad A. M. Masclee, Cornelis H. C. Dejong, Laurents P. S. StassenSpringer Science+Business Media New York 2013http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23877766

[3] Fluorescence guidance during radical prostatectomy.W. B. van Leeuwen, Stephan Hruby2013 Published by Elsevier B.V. on behalf of European Association of Urologyhttp://www.europeanurology.com/article/S0302-2838(13)01460-7/abstract

[4] Indocyanine green angiography in endoscopic third ventriculostomy.Wachter D, Behm T, von Eckardstein K, Rohde V.Neurosurgery. 2013 Sep;73(1 Suppl Operative):ons67-72; ons72-3. doi: 10.1227/NEU.0b013e318285b846.http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23313981

[5] Sentinel lymph node biopsy for prostate cancer:A hybrid approach.Nynke S. van den Berg, Renato A. Valde´s-Olmos, Henk G. van der Poel and Fijs W.B. van LeeuwenJournal of Nuclear Medicine, published on March 14, 2013http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23492883

[6] Endoscopic assessment of free flap perfusion in the upper aerodigestive tract using indocyanine green: a pilot study.Betz CS, Zhorzel S, Schachenmayr H, Stepp H, Matthias C, Hopper C, Harréus UJ PlastReconstrAesthet Surg. 2013 Ma http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23391541

[7] Visualisation of the lymph node pathway in real time by laparoscopic radioisotope- and fluorescence-guided sentinel lymph node dissection in prostate cancer staging.Jeschke S, Lusuardi L, Myatt A, Hruby S, Pirich C, Janetschek G.Urology. 2012 Nov;80(5):1080-6. doi: 10.1016/j.urology.2012.05.050. Epub 2012 Sep 15.http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22990053

[8] Laparoscopic fluorescence angiography with indocyaninegreen to control the perfusion of gastrointestinal anastomoses intraoperatively.Carus T, Dammer R.SurgTechnol Int.2012 Dec 30;XXII. pii: sti22/44. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23315721

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[9] Indocyanine green fluorescence endoscopy for visual differentiation of pituitary tumor from surrounding structures.Zachary N. Litvack, Gabriel Zada, and Edward R. Laws Jr.J Neurosurg / February 24, 2012http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22360574

[10] Clinical applications of indocyanine green (ICG) enhanced fluorescence in laparoscopic surgery.Boni L, David G, Mangano A, Dionigi G, Rausei S, Spampatti S, Cassinotti E, Fingerhut A.http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25303914

[11] First Experience on Laparoscopic Near-Infrared Fluorescence Imaging of Hepatic Uveal Melanoma Metastases Using Indocyanine Green.Tummers QR, Verbeek FP, Prevoo HA, Braat AE, Baeten CI, Frangioni JV, van de Velde CJ, Vahrmeijer AL.SURG INNOV 1553350614535857, first published on June 5, 2014http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24902685

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