本文要點(diǎn)：手術(shù)導(dǎo)航是一門(mén)快速發(fā)展的多學(xué)科系統(tǒng)，在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)提高切除精度、減少創(chuàng)傷性并改善患者預(yù)后，極大地促進(jìn)了現(xiàn)代外科的發(fā)展。然而，臨床醫(yī)生、工程師以及其他領(lǐng)域的專業(yè)人員通常從各自的角度看待這一領(lǐng)域，這往往會(huì)導(dǎo)致片面的觀點(diǎn)。本文旨在全面綜述手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的最新進(jìn)展，并根據(jù)其獨(dú)特特性和應(yīng)用進(jìn)行分類。系統(tǒng)分析了成熟技術(shù)（如X線攝影、術(shù)中計(jì)算機(jī)斷層掃描[CT]、磁共振成像[MRI]和超聲）以及新興技術(shù)（如光聲成像和近紅外[NIR]-II成像），重點(diǎn)介紹了其基本機(jī)制、使用方法以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。盡管取得了重大進(jìn)展，但現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)，包括精度有限、成本高昂以及對(duì)外科醫(yī)生的大量培訓(xùn)要求。解決這些局限性對(duì)于這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用至關(guān)重要。本綜述強(qiáng)調(diào)了開(kāi)發(fā)更智能、微創(chuàng)、精準(zhǔn)、個(gè)性化和無(wú)輻射導(dǎo)航解決方案的必要性。通過(guò)整合先進(jìn)成像模態(tài)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法和實(shí)時(shí)反饋機(jī)制，下一代手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可進(jìn)一步提高手術(shù)精度和患者安全性。通過(guò)彌合臨床實(shí)踐與工程創(chuàng)新之間的知識(shí)鴻溝，本綜述不僅為尋求最佳導(dǎo)航策略的外科醫(yī)生提供了寶貴見(jiàn)解，也讓工程師對(duì)臨床應(yīng)用場(chǎng)景有了更深入的理解。

小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)

3.1 發(fā)色團(tuán)導(dǎo)航

部分含不飽和鍵基團(tuán)的有機(jī)化合物分子（稱為發(fā)色團(tuán)），可選擇性吸收紫外?可見(jiàn)光區(qū)（200–800 nm）特定波長(zhǎng)光線，使物質(zhì)呈現(xiàn)獨(dú)特顏色。這類化合物（包括亞甲藍(lán)、異硫藍(lán)、靛胭脂、龍膽紫）具有特定顏色，術(shù)中可輔助外科醫(yī)生肉眼識(shí)別病變位置，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)切除。

亞甲藍(lán)因價(jià)格低廉、擴(kuò)散迅速、分子量小、生物安全性高、術(shù)中操作簡(jiǎn)便、無(wú)需特殊設(shè)備等優(yōu)勢(shì)，廣泛用作手術(shù)發(fā)色團(tuán)染料。在原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)手術(shù)中，術(shù)中亞甲藍(lán)灌注（IMBI）可區(qū)分正常腺體與增生腺體、定位異位腺體，大幅縮短雙側(cè)頸部探查時(shí)間，提高手術(shù)精準(zhǔn)度。病例報(bào)告顯示，術(shù)中亞甲藍(lán)導(dǎo)航可成功診斷不明原因消化道出血并實(shí)施腸段切除術(shù)。此外，亞甲藍(lán)術(shù)中淋巴結(jié)示蹤，如乳腺癌、胃癌、結(jié)直腸癌、子宮內(nèi)膜癌的前哨淋巴結(jié)活檢（SLNB）與定位。

然而，發(fā)色團(tuán)染料導(dǎo)航存在局限性：異硫藍(lán)可引發(fā)人體過(guò)敏反應(yīng)，通常表現(xiàn)為頭暈，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致過(guò)敏性休克；相比之下，亞甲藍(lán)相對(duì)安全。此外，這類染料易在組織中擴(kuò)散，不利于病變精準(zhǔn)識(shí)別，易導(dǎo)致假陽(yáng)性結(jié)果。以亞甲藍(lán)為示蹤劑時(shí)，前哨淋巴結(jié)（SLNs）檢出率僅60%–70%，需進(jìn)一步優(yōu)化以提高精準(zhǔn)度。

3.2 磁導(dǎo)航

磁導(dǎo)航系統(tǒng)（MNS）神經(jīng)外科，被譽(yù)為“大腦GPS"，為外科醫(yī)生提供疾病治療的“捷徑"。MNS的基本工作流程與原理如下：首先，術(shù)前采集影像信息，通過(guò)三維重建擬合導(dǎo)航系統(tǒng)；術(shù)中利用磁導(dǎo)航探頭指向手術(shù)部位，導(dǎo)航屏幕實(shí)時(shí)顯示探頭與人體結(jié)構(gòu)的三維映射關(guān)系。該功能可幫助外科醫(yī)生清晰判斷病變與周圍重要結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系、規(guī)劃手術(shù)路徑。通過(guò)建立局部磁場(chǎng)并轉(zhuǎn)化為三維空間坐標(biāo)，MNS顯著提高手術(shù)精準(zhǔn)度與安全性。

隨著磁導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展，臨床應(yīng)用逐步擴(kuò)展至支氣管鏡、脊柱骨科、神經(jīng)外科等領(lǐng)域。多項(xiàng)臨床試驗(yàn)證實(shí)，MNS在神經(jīng)外科顱內(nèi)腫瘤（尤其邊界不清的大型膠質(zhì)瘤）切除、心律失常射頻消融、脊柱手術(shù)椎弓根螺釘置入、關(guān)節(jié)置換等復(fù)雜骨科手術(shù)、電磁支氣管鏡輔助下肺部腫瘤術(shù)等操作中具有重要價(jià)值。

電磁導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)顯著：無(wú)光學(xué)遮擋、術(shù)中使用便捷、體積小巧便攜，大幅緩解手術(shù)室空間不足壓力。此外，MNS可實(shí)時(shí)連續(xù)追蹤成像，無(wú)需反復(fù)調(diào)整位置。隨著磁場(chǎng)發(fā)射器小型化、精準(zhǔn)度提升，MNS有望成為新一代導(dǎo)航技術(shù)的重要組成部分。

3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)手術(shù)

圖4. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)的微創(chuàng)脊柱手術(shù)和肝切除術(shù)

與透明的器官三維虛擬模型不同，真實(shí)手術(shù)中，外科醫(yī)生無(wú)法直觀判斷手術(shù)區(qū)域與重要臟器、血管的毗鄰關(guān)系，增加了意外出血與器官損傷風(fēng)險(xiǎn)。VR/AR技術(shù)可賦予外科醫(yī)生一副“透視眼"，穿透器官組織。近期研究表明，AR技術(shù)可顯著縮短手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)中出血量，推動(dòng)精準(zhǔn)肝臟外科發(fā)展；脊柱手術(shù)中，椎弓根螺釘精準(zhǔn)置入難度大，常需術(shù)中透視校準(zhǔn)，AR可輔助外科醫(yī)生完成高精度骨科操作，同時(shí)減少手術(shù)人員輻射暴露；AR技術(shù)在神經(jīng)外科中作用關(guān)鍵，可術(shù)中明確顱內(nèi)腫瘤邊界、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)切除，同時(shí)保護(hù)鄰近神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)。

VR/AR技術(shù)在骨骼等硬組織手術(shù)中應(yīng)用成熟，但在肝臟、胃腸道等軟組織手術(shù)中面臨巨大挑戰(zhàn)——三維重建主要基于術(shù)前CT掃描，術(shù)中軟組織易發(fā)生大范圍形變，導(dǎo)致器官結(jié)構(gòu)定位不準(zhǔn)。

3.4 放射性核素引導(dǎo)手術(shù)

放射性核素成像基于示蹤技術(shù)，是臨床核醫(yī)學(xué)常用技術(shù)。利用放射性核素（99mTc、18F、125I等）或其標(biāo)記化合物為示蹤劑，通過(guò)射線探測(cè)監(jiān)測(cè)示蹤劑分布，揭示病變位置。隨著探測(cè)器技術(shù)發(fā)展，術(shù)中可利用微型γ相機(jī)實(shí)現(xiàn)放射性核素實(shí)時(shí)閃爍成像，輔助術(shù)中導(dǎo)航。

放射性核素引導(dǎo)手術(shù)（RGS）應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，主要用于前哨淋巴結(jié)定位、甲狀旁腺腫瘤、胃腸道神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤等病變檢測(cè)。在前哨淋巴結(jié)定位中，內(nèi)鏡下注射99mTc標(biāo)記錫膠體，術(shù)中伽馬照相機(jī)淋巴閃爍成像定位食管癌前哨淋巴結(jié)，準(zhǔn)確率達(dá)94%；該技術(shù)還廣泛用于前列腺癌、黑色素瘤、乳腺癌、胃癌前哨淋巴結(jié)檢測(cè)。然而，RGS存在局限性：患者與外科醫(yī)生均會(huì)受到額外輻射暴露、需多次掃描、放射性藥物給藥時(shí)間與手術(shù)安排復(fù)雜等，需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

3.5 熒光引導(dǎo)手術(shù)

熒光引導(dǎo)手術(shù)（FGS）利用外源性熒光分子探針標(biāo)記腫瘤與重要解剖結(jié)構(gòu)，通過(guò)熒光成像系統(tǒng)術(shù)中精準(zhǔn)定位病變、實(shí)時(shí)引導(dǎo)手術(shù)操作，是精準(zhǔn)外科的核心技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)腫瘤精準(zhǔn)成像、前哨淋巴結(jié)定位、重要結(jié)構(gòu)可視化、血管灌注成像。目前，多種近紅外（NIR）熒光成像劑已獲臨床批準(zhǔn)，包括熒光素、亞甲藍(lán)、5?氨基乙酰丙酸（5?ALA）、吲哚菁綠（ICG）。近幾十年，這類熒光劑在手術(shù)中的應(yīng)用大幅增加。例如，5?ALA可誘導(dǎo)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤內(nèi)熒光卟啉聚集，用于引導(dǎo)腫瘤完整切除、延長(zhǎng)無(wú)進(jìn)展生存期；葉酸?異硫氰酸熒光素（葉酸?FITC）偶聯(lián)物可靶向卵巢癌細(xì)胞高表達(dá)的葉酸受體α（FR?α），術(shù)中實(shí)時(shí)熒光成像引導(dǎo)卵巢癌手術(shù)。

3.5.1 近紅外一區(qū)（NIR-I）熒光引導(dǎo)手術(shù)

圖5. 通過(guò)腫瘤特異性葉酸受體α靶向?qū)崿F(xiàn)卵巢癌術(shù)中人工成像

3.5.2 近紅外二區(qū)熒光引導(dǎo)手術(shù)

前述近紅外一區(qū)（700–900 nm）熒光引導(dǎo)手術(shù)應(yīng)用廣泛，多款近紅外一區(qū)熒光手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)（便攜式手持、開(kāi)放手術(shù)、腹腔鏡系統(tǒng)）已獲批。隨著光學(xué)技術(shù)發(fā)展，近紅外二區(qū)（900–1880 nm）熒光應(yīng)運(yùn)而生。相較于近紅外一區(qū)，近紅外二區(qū)熒光波長(zhǎng)更長(zhǎng)，生物組織對(duì)光的吸收更強(qiáng)、散射更少，可克服自體熒光干擾，具備組織穿透更深、背景信號(hào)更低、分辨率更高等優(yōu)勢(shì)?；谏鲜鰞?yōu)勢(shì)，自2009年概念提出以來(lái)，NIR-II FGS逐漸成為手術(shù)導(dǎo)航研究熱點(diǎn)。

2009年后的十年間，大量臨床前研究推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展，包括近紅外二區(qū)熒光探針、成像系統(tǒng)、多元化應(yīng)用等。2020年，田捷團(tuán)隊(duì)將近紅外二區(qū)熒光成像技術(shù)應(yīng)用于肝臟切除術(shù)，采用FDA批準(zhǔn)的ICG熒光染料，證實(shí)術(shù)中近紅外二區(qū)成像導(dǎo)航可提高腫瘤檢出率與靈敏度；此外，多項(xiàng)臨床前研究探索近紅外二區(qū)熒光成像新型導(dǎo)航模式，為未來(lái)臨床應(yīng)用提供新方向。例如，林輝團(tuán)隊(duì)利用多通道近紅外二區(qū)成像引導(dǎo)淋巴結(jié)清掃，憑借近紅外二區(qū)高分辨率、高穿透性，精準(zhǔn)追蹤切除淋巴結(jié)，清晰顯示周圍血管、輸尿管等重要解剖結(jié)構(gòu)，確保淋巴結(jié)清掃同時(shí)，避免損傷鄰近重要組織器官。

3.6 光聲成像

光聲成像（PAI）因光學(xué)分子特異性優(yōu)異、組織深部成像能力突出，成為備受關(guān)注的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。PAI基于光聲效應(yīng)：吸收光能轉(zhuǎn)化為聲能，脈沖激光照射目標(biāo)組織，組織內(nèi)發(fā)色團(tuán)吸收脈沖光能，發(fā)生非輻射躍遷，產(chǎn)生熱彈性膨脹，以超聲波形式向外傳播，通過(guò)檢測(cè)體內(nèi)聲信號(hào)分布，反演目標(biāo)組織空間分布與功能特征。該技術(shù)融合光學(xué)成像高對(duì)比度與超聲成像深穿透性，采用非電離激發(fā)，實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)成像；更重要的是，生物體內(nèi)源性對(duì)比劑（血紅蛋白、黑色素、脂質(zhì)、膠原蛋白）可用于多功能成像。

1990年代以來(lái)，隨著激光、超聲探測(cè)、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，PAI應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。例如，PAI因乳腺組織超聲散射低，特別適用于乳腺疾病成像診斷；已研發(fā)的PAI設(shè)備可清晰顯示全乳腺血管系統(tǒng)，檢測(cè)微小乳腺癌病灶，得益于腫瘤部位異常血管系統(tǒng)與血紅蛋白升高形成的強(qiáng)固有光聲對(duì)比；利用碳納米顆粒，PAI可定位前哨淋巴結(jié)（圖7）；此外，PAI可定性診斷皮膚病變、皮膚癌、炎癥性皮炎，部分替代皮膚活檢、組織病理等有創(chuàng)檢查；PAI還用于肢體血管造影、腦部結(jié)構(gòu)功能成像、肌肉骨骼組織成像等，應(yīng)用前景廣闊。

圖7. 乳腺癌患者使用光聲學(xué)/超聲雙模態(tài)成像系統(tǒng)進(jìn)行哨兵淋巴結(jié)定位

PAI優(yōu)勢(shì)在于穿透深度適中、空間分辨率高、可實(shí)時(shí)成像，術(shù)中可清晰顯示腫瘤邊界、腫瘤侵犯范圍，確定切除邊界，評(píng)估術(shù)后殘留腫瘤；此外，PAI可清晰顯示神經(jīng)、輸尿管、血管，減少術(shù)中醫(yī)源性損傷。多項(xiàng)臨床前研究證實(shí)PAI在術(shù)中導(dǎo)航中精準(zhǔn)引導(dǎo)手術(shù)與活檢的能力，未來(lái)手術(shù)導(dǎo)航有望成為PAI最重要的應(yīng)用場(chǎng)景。

3.7 光譜成像導(dǎo)航技術(shù)

傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像雖能清晰顯示解剖結(jié)構(gòu)，但術(shù)中難以實(shí)時(shí)提供組織生化與功能狀態(tài)信息。光譜成像技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，突破人眼與傳統(tǒng)成像局限，捕捉分析光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的獨(dú)特“光譜指紋"，無(wú)創(chuàng)實(shí)時(shí)表征組織深部分子組成、化學(xué)成分、生理變化，基于光譜特征的固有對(duì)比機(jī)制，精準(zhǔn)區(qū)分病變與正常組織邊界、識(shí)別術(shù)中特異性生物標(biāo)志物，為精準(zhǔn)手術(shù)導(dǎo)航提供技術(shù)基礎(chǔ)。本節(jié)重點(diǎn)闡述兩種術(shù)中應(yīng)用潛力巨大的先進(jìn)光譜成像技術(shù)：拉曼光譜（RS）與高光譜成像（HSI），分析其基本原理、獨(dú)特優(yōu)勢(shì)、臨床進(jìn)展及應(yīng)用挑戰(zhàn)。

3.7.1 拉曼光譜

自1928年拉曼效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以來(lái)，RS成為材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)分析的重要工具。通過(guò)檢測(cè)分子振動(dòng)推測(cè)物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)，可識(shí)別復(fù)雜樣本中不同化學(xué)結(jié)構(gòu)，提供特定分子材料的獨(dú)特化學(xué)指紋。RS因無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)、特異性高，成為生物醫(yī)學(xué)分析的多功能工具。生物樣本中，RS可呈現(xiàn)數(shù)千條拉曼光譜帶，提供核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物分子的豐富信息，反映組織基因型、表型、生理狀態(tài)。臨床疾病常伴隨細(xì)胞組織惡性轉(zhuǎn)化及顯著生化改變，因此RS可檢測(cè)量化分子特征變化，是疾病診斷的理想工具。

圖8. 用于腦癌檢測(cè)拉曼光譜的手持接觸光纖探頭

然而，RS臨床應(yīng)用仍存在局限性：需進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)（改進(jìn)激發(fā)光源、開(kāi)發(fā)新型高靈敏度探針、縮短成像時(shí)間）；應(yīng)用層面需開(kāi)發(fā)臨床適用設(shè)備、探索多模態(tài)成像融合、建立基于拉曼數(shù)據(jù)的組織診斷標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)合人工智能提升診斷準(zhǔn)確性。隨著技術(shù)發(fā)展，RS未來(lái)將廣泛應(yīng)用于各科研領(lǐng)域。

3.7.2 高光譜成像

高光譜成像（HSI）是同步獲取圖像空間信息與光譜信息的先進(jìn)技術(shù)，具備高光譜分辨率與相對(duì)空間分辨率，可同時(shí)呈現(xiàn)目標(biāo)二維空間數(shù)據(jù)與一維光譜數(shù)據(jù)，揭示其化學(xué)成分與物理形態(tài)。近幾十年，HSI廣泛應(yīng)用于采礦、地質(zhì)勘探、農(nóng)業(yè)、礦物學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)成像、環(huán)境研究等領(lǐng)域。人工智能與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展，進(jìn)一步凸顯HSI在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛力。HSI作為無(wú)創(chuàng)診斷工具，通過(guò)測(cè)量不同波長(zhǎng)光的反射與吸收，評(píng)估治療效果，從高光譜圖像每個(gè)像素的光譜特征中提取組織成分及空間分布信息，識(shí)別病變與正常組織。

2013年，清木團(tuán)隊(duì)報(bào)道將HSI系統(tǒng)用于胃癌檢測(cè)：16例胃十二指腸腫瘤患者接受內(nèi)鏡或手術(shù)切除，14例采用可見(jiàn)光（400–800 nm）高光譜成像，結(jié)果顯示，腫瘤樣本與正常黏膜可清晰區(qū)分，靈敏度78.8%、特異性92.5%。這些表明，HSI作為手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)，在區(qū)分正常與病變組織、確定手術(shù)邊界、提高手術(shù)成功率方面發(fā)揮重要作用；此外，HSI廣泛用于評(píng)估糖尿病足潰瘍微循環(huán)變化、預(yù)測(cè)臨床結(jié)局，以及視網(wǎng)膜成像等領(lǐng)域，生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用潛力巨大。

然而，作為新興技術(shù)，HSI臨床應(yīng)用仍局限于臨床試驗(yàn)階段，主要原因是單張醫(yī)學(xué)高光譜圖像數(shù)據(jù)量龐大，需進(jìn)行大量光譜降維、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、校正、壓縮與分析，耗時(shí)較長(zhǎng)；此外，開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)快速成像方法、有效融合光譜儀器與算法、快速輸出診斷結(jié)果，仍是工程師與科學(xué)家面臨的挑戰(zhàn)。HSI將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得更廣泛應(yīng)用，臨床實(shí)踐中作用日益凸顯。

3.8 切倫科夫發(fā)光成像

切倫科夫發(fā)光成像（CLI）是基于切倫科夫輻射（CR）的新興光學(xué)成像方法：放射性核素衰變釋放的高速帶電粒子在非真空介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)光速時(shí)，會(huì)產(chǎn)生切倫科夫光（CL）形式的短波長(zhǎng)電磁輻射。CLI具備光學(xué)成像分辨率高、操作簡(jiǎn)便、可重復(fù)性好等優(yōu)勢(shì)，臨床探針?lè)N類豐富，臨床轉(zhuǎn)化潛力獨(dú)特，應(yīng)用前景備受關(guān)注。

圖9. 基于光點(diǎn)纖維鏡設(shè)計(jì)的臨床切倫科夫成像系統(tǒng)及其在131I檢測(cè)中的應(yīng)用

3.9 激光散斑對(duì)比成像

激光照射光學(xué)粗糙表面時(shí)，反射/后向散射光因光程差發(fā)生干涉，形成明暗相間的顆粒狀圖案（散斑）；若照射樣本內(nèi)存在運(yùn)動(dòng)散射體（如紅細(xì)胞），圖像各像素光強(qiáng)隨時(shí)間變化，形成動(dòng)態(tài)散斑圖案。激光散斑對(duì)比成像（LSCI）通過(guò)分析散射與隨機(jī)干涉后的光信號(hào)，獲取紅細(xì)胞等散射粒子的速度信息。LSCI具備分辨率高、實(shí)時(shí)成像、非接觸、設(shè)備簡(jiǎn)易等優(yōu)勢(shì)，備受科研人員與臨床醫(yī)生關(guān)注。利用LSCI可實(shí)時(shí)獲取微循環(huán)血流參數(shù)，評(píng)估血管結(jié)構(gòu)、微循環(huán)功能、代謝活性，對(duì)術(shù)中引導(dǎo)、科研、疾病診斷、療效分析意義重大。LSCI廣泛用于小動(dòng)物腦、皮膚、內(nèi)臟、視網(wǎng)膜血流高分辨率成像；多項(xiàng)小鼠模型研究證實(shí)，LSCI可檢測(cè)傷口愈合血管生成過(guò)程中的微血管重塑與血流動(dòng)力學(xué)變化。

臨床醫(yī)生開(kāi)展臨床前與臨床試驗(yàn)，探索LSCI在手術(shù)引導(dǎo)、精準(zhǔn)診療中的性能。例如，安東內(nèi)拉團(tuán)隊(duì)將術(shù)中LSCI用于腦血管手術(shù)腦血流實(shí)時(shí)可視化，輔助術(shù)中引導(dǎo)與精準(zhǔn)操作；埃馬紐埃爾團(tuán)隊(duì)在甲狀腺切除術(shù)中，利用LSCI檢測(cè)甲狀旁腺血管信號(hào)差異，降低術(shù)后低鈣血癥發(fā)生率。

圖10. 神經(jīng)血管手術(shù)期間通過(guò)激光斑點(diǎn)對(duì)比成像實(shí)現(xiàn)持續(xù)血流可視化

3.10 共聚焦激光顯微內(nèi)鏡

共聚焦激光顯微內(nèi)鏡（CLE）是可提供在體細(xì)胞級(jí)高分辨率成像的新興顯微技術(shù)，被譽(yù)為真正的“光學(xué)活檢"。CLE基于激光掃描共聚焦顯微鏡（LSCM）成像原理，常集成于內(nèi)鏡、熒光顯微鏡、計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)；利用紫外/可見(jiàn)光激發(fā)特定熒光探針（如熒光素），可實(shí)時(shí)原位觀察檢測(cè)活細(xì)胞結(jié)構(gòu)、分子、離子。CLE憑借高分辨率、實(shí)時(shí)成像、無(wú)創(chuàng)等優(yōu)勢(shì)，逐步成為癌癥等疾病實(shí)時(shí)診斷、引導(dǎo)活檢、動(dòng)態(tài)評(píng)估、隨訪的重要工具。

富克斯團(tuán)隊(duì)利用吖啶黃素輔助CLE成像，精準(zhǔn)評(píng)估肺組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)，肺癌診斷準(zhǔn)確率達(dá)91%，精準(zhǔn)定位腫瘤；朱利葉斯團(tuán)隊(duì)對(duì)12例不同腦部腫瘤患者行術(shù)中CLE成像，證實(shí)CLE可清晰顯示細(xì)微組織、揭示隱匿解剖細(xì)節(jié)；中村團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)總結(jié)CLE在腹部手術(shù)（尤其胃腸道疾病）中的應(yīng)用：胃部腫瘤、炎癥性腸病、結(jié)腸息肉，引導(dǎo)膽道狹窄或胰腺囊腫穿刺診斷；CLE集成于腹腔鏡系統(tǒng)，可在腹腔鏡手術(shù)中識(shí)別細(xì)胞級(jí)微小病變特征，顯著增強(qiáng)外科醫(yī)生視覺(jué)感知。

圖11. 術(shù)中共聚焦激光內(nèi)窺鏡用于手術(shù)過(guò)程中的實(shí)時(shí)組織特征分析

4. 結(jié)論與展望

盡管手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但仍存在諸多亟待解決的局限性，攻克這些難題對(duì)技術(shù)持續(xù)優(yōu)化與臨床普及至關(guān)重要。手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)面臨的核心挑戰(zhàn)之一是精準(zhǔn)度不足，尤其在復(fù)雜解剖區(qū)域或動(dòng)態(tài)手術(shù)環(huán)境中，絕對(duì)精準(zhǔn)難以保障，需持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新；潛在解決方案是開(kāi)發(fā)多模態(tài)探測(cè)器，大幅提升導(dǎo)航系統(tǒng)精準(zhǔn)度。其次是成本高昂，設(shè)備購(gòu)置、維護(hù)、培訓(xùn)費(fèi)用高，制約廣泛普及。與此同時(shí)，外科醫(yī)生需大量培訓(xùn)才能熟練應(yīng)用，影響臨床效率；簡(jiǎn)化培訓(xùn)流程、提升醫(yī)生接受度，是推廣關(guān)鍵。此外，神經(jīng)檢測(cè)方法有限、術(shù)中系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)、導(dǎo)航工具與手術(shù)流程整合困難、延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間等問(wèn)題，均需重點(diǎn)關(guān)注并優(yōu)化。

此外，對(duì)技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的依賴引發(fā)了關(guān)于手術(shù)期間可能出現(xiàn)系統(tǒng)故障、失靈或中斷的擔(dān)憂。這些問(wèn)題至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兛赡芪＜盎颊甙踩⒂绊懯中g(shù)結(jié)果。因此，開(kāi)發(fā)穩(wěn)健的故障安全保護(hù)措施和應(yīng)急計(jì)劃至關(guān)重要。將導(dǎo)航工具整合到手術(shù)工作流程中可能會(huì)導(dǎo)致中斷并延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間，可能對(duì)整體效率產(chǎn)生連鎖效應(yīng)并增加并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。在這方面，在導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)與無(wú)縫工作流程整合之間保持平衡至關(guān)重要?？傊m然手術(shù)導(dǎo)航無(wú)疑可以提高各種醫(yī)療程序的精確度和結(jié)果，但認(rèn)識(shí)到并積極應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)是必要的。通過(guò)解決精度限制、管理成本、簡(jiǎn)化培訓(xùn)、確保技術(shù)可靠性、優(yōu)化工作流程整合以及適應(yīng)特定患者的細(xì)微差別，該領(lǐng)域可以繼續(xù)發(fā)展，為外科醫(yī)生提供增強(qiáng)的導(dǎo)航解決方案，并改善患者護(hù)理。

手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)的臨床應(yīng)用也面臨諸多挑戰(zhàn)，包括技術(shù)整合、API 封閉性，以及使用基于機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）和人工智能（AI）等工具開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)圖像分析軟件。將新型術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)有醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）整合，由于許多醫(yī)院的基礎(chǔ)設(shè)施多樣且往往陳舊，帶來(lái)了顯著挑戰(zhàn)。封閉的 API 是采用術(shù)中技術(shù)的主要障礙，因?yàn)樗鼈兿拗屏诵孪到y(tǒng)與現(xiàn)有工具之間的交互。這一限制導(dǎo)致工作流程碎片化并降低手術(shù)效率。推廣開(kāi)放 API 的使用對(duì)于增強(qiáng)互操作性和促進(jìn)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的創(chuàng)新至關(guān)重要。利用 ML 和 AI 的實(shí)時(shí)圖像分析軟件對(duì)于手術(shù)導(dǎo)航已變得日益關(guān)鍵。這些技術(shù)可用于快速準(zhǔn)確地分析圖像，為外科醫(yī)生提供關(guān)鍵的術(shù)中見(jiàn)解。例如，ML 算法可以高精度地識(shí)別腫瘤邊緣，有助于更精確的切除。然而，為了成功實(shí)現(xiàn)臨床整合，必須解決諸如需要大型訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和確保算法可靠性等挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有的導(dǎo)航技術(shù)既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。該領(lǐng)域的未來(lái)研究應(yīng)集中于更智能、更微創(chuàng)、更個(gè)性化、多模態(tài)及無(wú)輻射導(dǎo)航技術(shù)的進(jìn)步。這一演進(jìn)將建立在經(jīng)典光學(xué)跟蹤系統(tǒng)（例如基于紅外立體攝像頭的導(dǎo)航）所奠定的基礎(chǔ)之上，這些系統(tǒng)開(kāi)創(chuàng)了器械定位的先河，并成為現(xiàn)代實(shí)時(shí)光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的先驅(qū)。這需要利用智能控制、自動(dòng)化、光學(xué)、電磁和超聲技術(shù)，并整合多種定位方法，以實(shí)現(xiàn)定位信息的最大精度和術(shù)中實(shí)時(shí)多目標(biāo)監(jiān)控，從而為手術(shù)導(dǎo)航開(kāi)辟新的方向。

參考文獻(xiàn)

Fan, Xiaoxiao, et al. "Advanced Image‐Guidance and Surgical‐Navigation Techniques for Real‐Time Visualized Surgery." Advanced Science 12.41 (2025): e09294.