手术导航系统.pdf

手术导航系统简介手术导航系统简介 -Fluobeam 系统在外科手术中的应用 近红外激光器产生的激发光比白光具有更深的组织穿透性，即使更深层、更小的目标也能够检测到，而且细胞和组织的自发荧光在近红外波段最小，因此在检测复杂生物系统时，近红外染料能提供更高的特异性和灵敏度。近红外染料以及近红外成像成为了这一近几年迅速发展的新兴领域。而放射性核素成像、正电子发射断层扫描、单光子发射计算机断层和磁共振成像等成像设备不可能搬到外科手术室，而且这些成像设备在操作过程中对医生和病人有一定的损害，近红外手术实时成像系统由其操作简单，无毒无害，移动灵活，经济等特点越来越得到外科医生的青睐。1.肿瘤切除实时引导肿瘤切除实时引导：每年全球范围内都会有超过 5 百万的肿瘤患者进行了肿瘤外科切除手术，这也是目前最有效的肿瘤治疗方案。可靠精确地手术切除可以挽救数以万计的患者生命。在肿瘤外科手术中，肿瘤识别、肿瘤切除边缘的确定和转移淋巴结的鉴别等是影响肿瘤预后的重要因素。1)肿瘤微小病灶的清除：我们知道，对于恶性肿瘤，最彻底的治疗就是手术切除，术后辅以放疗或化疗。但肿瘤摘除后极易发生术后转移，肿瘤细胞没有彻底摘除难辞其咎。特别是对于肿瘤大面积转移的病人，传统手术切除面积过大无法实施，以及肿瘤淋巴转移发生后，如何彻底清除微小的病灶。应用特异性结合肿瘤的荧光探针，可以清楚的区分正常组织和病变部位，为精准的肿瘤切除提供提供科学依据；荧光成像为肿瘤治疗带来了新的希望。2)肿瘤切除边缘的确定：肿瘤切缘：原发灶切除后标本的边缘与癌组织间的镜下最短距离，它是评价肿瘤手术的一个重要指标，也是影响肿瘤预后的重要因素。使用近红外荧光染料特异性标记肿瘤部位后，可看出荧光信号在肿瘤边缘位较肿瘤中心有着更强的信号，可以清晰的指示肿瘤边界，和周边健康组织区分开来，之后的病理切片染色也正式了荧光指示部分的精确性，而在切缘部分并没有检测到肿瘤分子标记物，说明肿瘤也彻底清除。近红外荧光引导的肿瘤切除可以精准的确定肿瘤切缘，减小对健康组织的侵害，将患者的痛苦降至最低。3)前哨淋巴结定位（Sentinel Lymph Node Mapping）恶性肿瘤由于原发病灶很小，不易发现，但很早出现淋巴结转移。前哨淋巴结（SLN）的概念最早是由 Cabanas 于 1977 年提出来的。他在阴茎淋巴管造影时发现有一个（或几个）最先接受肿瘤区域淋巴引流，并最早发生肿瘤转移的特异淋巴结，将其命名为 SLN。20 世纪 90 年代，大量的临床研究发现，乳腺组织具有类似的淋巴引流的解剖学特征。乳腺的淋巴液的引流具有特定的规律性，某区域的淋巴液首先引流到 个或少数特定区域的淋巴结，即 SLN。在理论上 SLN 是暂时阻止癌细胞经淋巴转移的第一道屏障，也是乳腺癌淋巴引流区域发生转移的第一站。如果乳腺癌 无癌转移，在原发肿瘤引流区域中的其他淋巴结也不会发生转移。临床研究显示，对无明显腋窝淋巴结肿大的乳腺癌患者，检测乳腺 SLN 预测腋窝淋巴结有无转移的准确性95%，SLN 有无转移可以准确反映腋窝其他淋巴结有无受侵状况。在临床上对乳腺癌患者进行 SLN 定位、活检，并根据 SLN 有无转移来决定是否行腋窝解剖，可使 SLN 阴性的患者免予盲目腋窝清除术。通常在癌症手术中确认淋巴结等组织的位置非常困难。如果使用近红外手术“导航”系统，就能解决上述问题，通过最小限度的切除对患者进行治疗。肉眼并不能看到近红外光，但通过超高灵敏度摄像机可以捕捉近红外的微弱光线。利用监控器观察摄像机拍下的彩色图像，可以清楚地看到发光的血管、淋巴结和周围脏器，从而准确掌握相关组织和器官的位置并进行手术。虽然利用放射线也能确认淋巴结和血管位置，但这种方法会让患者受到微弱辐射，治疗场所也因此受到限制。而近红外线和近红外染料对人体无害，可以多次使用，患者负担也大为减小。2.淋巴管及淋巴引流成像淋巴管及淋巴引流成像：淋巴系统和许多疾病都息息相关，比如肿瘤转移，炎症反应，糖尿病，肥胖症以及哮喘等，尤其在肿瘤转移过程中，淋巴系统可以将组织液以及细胞运输至循环系统，而且已经发现越来越多的肿瘤都利用淋巴导管来完成转移，比如乳腺癌，黑色素瘤，头颈部肿瘤等。所以对淋巴系统的研究和认识有利于推动肿瘤转移的机制的研究。ICG已经成功的应用于乳腺癌，黑色素瘤等前哨淋巴结的活组织检查中。其他的近红外染料如：Alexa 705,IRDye780,Cy7,and Cy5.5等都可用于淋巴引流的成像。在关节炎活跃期许多免疫因子被激活，炎症因子，细胞因子，白介素和一些其他的因子被分泌出来，促进炎症反应，并导致相邻关节结构的破坏，而且在滑液膜区域会激发新生血管的出现，以及微循环的加剧。用近红外染料对炎症周围的淋巴进行造影，就会发现大量的荧光信号堆积，这也可以作为早期诊断关节炎的一种直观的检测方法。此外，淋巴引流在很多生理功能也发挥着总要的作用，动物实验和临床研究发现颈部淋巴回流障碍可导致脑组织形态学、生理功能及行为异常；中央神经系统（CNS）的淋巴引流参与了大分子物质回收，颅内压的调节，CNS 免疫等生理过程，也开始被人们关注。3.输尿管示踪输尿管示踪（Intraoperative Ureteral Guidance）：在输尿管损伤或某些外科手术时，输尿管寻找十分困难，Tanaka 等使用 0.5 mW/cm2 400700 nm 的白光，和 5mW/cm2725775 nm 的近红外光，光斑直径是 15 厘米的近红外成像系统。研究发现在猪模型中注射 7.5 g/kg CW800-CA 能够在不可见光下看到输尿管，看到输尿管内直径小于 2.5 mm 的异物，逆行注射 10 M ICG 能够精确定位输尿管的损伤漏尿点。4.术中近红外荧光胆道造影术中近红外荧光胆道造影Intraoperative Near-infrared Fluorescent Cholangiography）胆石症术后残余结石的发生是胆道再次手术的主要原因，而术中胆道造影的优点正是可以弥补上述不足，起到术中的把关作用。当造影发现残石，可立即取出残石，还可根据取石干净与否，随时造影复查，直至干净为止。另外，由于胆道造影可以清楚显示胆树的全貌，为正确处理病变提供较可靠的依据。术中胆道造影在降低胆道残石率，避免胆总管阴性探查，指导制定合理的术式，以及避免胆管损伤等方面具有较大临床价值。Tanaka 等使用 NIR 光和静脉注射 CW800-CA 能够实时显示肝外胆管,而不影响外科手术。5.辅助肝叶切除以及肝病治疗中的应用辅助肝叶切除以及肝病治疗中的应用 Aoki 等在门静脉注射 ICG 后 1 分钟就可以明确区分肝脏的分段和亚分段，并可以保持10 分钟。35 例肝脏恶性肿瘤的病人在行肝脏部分切除时使用的该检查手段，其中 33 例病人肝叶区分明显，该方法有效可靠安全。6.评估冠状动脉搭桥术效果评估冠状动脉搭桥术效果 冠状动脉造影又称冠脉造影这种方法能清楚地显示冠状动脉粥样硬化引起的血管狭窄或阻塞的位置是诊断冠心病的金标准 但在冠状动脉搭桥术中很少使用，目前常用的方法有术中荧光成像（intraoperative fluorescence imaging，IFI）和时差血流（transit-time flowmetry，TTFM）。Balacumaraswami 等认为 Novadaq 探测成像系统进行冠状动脉搭桥手术效果的评估，IFI 要比 TTFM 更加灵敏，假阳性率低18。7.脑血管外科的应用脑血管外科的应用 中枢神经系统手术保持脑组织灌注是最重要的基本原则之一，如果术中破坏血供，术后可出现明显的神经功能障碍，尤其是在脑血管病变的手术中，因此发展实时术中血流评估技术对神经外科医生非常重要。作为术中脑血流评价的新方法，近红外吲哚菁绿血管造影简便、快速、实时，非常有应用前景。1)颅内动静脉畸形(AVM)是胚胎时期脑血管发育异常所致的先天性疾患，也是神经外科常见的血管畸形之一。目前，手术治疗是脑AVM最有效的治疗手段之一。然而，术中病灶边界以及血管性质的正确判断是手术成功的关键。除了术者娴熟的操作技术和丰富的手术经验以外，随着科技的发展而涌现的一些术中辅助技术也在其中起到越来越重要的作用。ICG造影，可以清晰地显示动静脉分流及辨别AVM动脉、引流静脉和过路的正常皮层动脉，而这种差别在手术显微镜下是难以区分的。不过在AVM手术中DSA（数字减影血管造影digital subtraction angiography，DSA）仍是“金标准”，ICGA可作为一种有效的辅助手段而非取代术中DSA。2)在动脉瘤手术中，造影剂随血流运行时可动态地勾划出血管的形态，使载瘤动脉血管远端、分支、穿通支是否通畅，动脉瘤夹闭是否确切等都能得到术中确认，从而为预后评价、治疗等提供有价值的依据。ICG术中造影是一种简便、实用的造影技术，能够提供血管通畅程度和动脉瘤的实时信息，使用方法简单，影像清晰，无放射性，因而被广泛应用于动脉瘤手术中。3)ICGA在颅内外旁路血管搭桥术中的应用 Wo i t z i k 等在4 5 例颅内外旁路血管搭桥术中应用I C G A，术中共进行了51次ICGA，均经修正吻合后充盈良好，并为术后DSA或CT血管造影（CT angiography，CTA）所证实。总之，利用近红外荧光的实时成像而实现的手术“导航”，已经开始被越来越多的外科手术医生所重视，它所变现出的更高穿透性，灵敏度，以及经济实惠，操作简单，移动方便等特性也在外科手术中崭露头角，随着技术的不断成熟和发展，它将会是一种新型的外科诊断和手术辅助手段。