宋姿偉，吳薇薇，吳水才*

（1.北京工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，北京 100124；2.首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京 100069）

0 引言

原發(fā)性肝癌是全球第七大常見的癌癥，嚴(yán)重危害人類的生命和健康。最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，肝癌已經(jīng)成為我國(guó)死亡率第二、發(fā)病率第四的癌癥[1]。肝切除、肝移植和局部消融術(shù)是目前臨床中最有效的肝癌根治性方法[2-3]。手術(shù)切除是治療肝癌的首選方法，但由于肝癌病癥隱蔽、早期發(fā)現(xiàn)困難、極易發(fā)生轉(zhuǎn)移，會(huì)導(dǎo)致手術(shù)切除困難或無(wú)手術(shù)適應(yīng)證；肝移植是治療晚期肝癌的唯一有效手段，但臨床肝源缺乏、配型困難，術(shù)后也可能出現(xiàn)排斥反應(yīng)[4-5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，只有約20%的肝癌患者可以通過肝切除、肝移植進(jìn)行治療[6]。

隨著醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的進(jìn)步，早期肝癌的可檢測(cè)性得到提高，局部熱消融技術(shù)用于治療肝癌的方法也得到大力發(fā)展[7]。目前熱消融技術(shù)主要包括微波消融[8]、射頻消融[9]和激光消融[10]，治療過程可分為術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中實(shí)施（穿刺）和術(shù)后評(píng)估3 個(gè)階段。圖像引導(dǎo)肝腫瘤（微波/射頻）熱消融治療已廣泛應(yīng)用于臨床，在醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)（CT、MRI 等）的引導(dǎo)下將熱消融針經(jīng)皮穿刺介入到腫瘤中心作為熱源，在一定時(shí)間內(nèi)將腫瘤組織加熱到較高溫度達(dá)到腫瘤的完全性凝固壞死，從而在原位直接殺滅腫瘤。確保消融針精確介入腫瘤內(nèi)部中心靶點(diǎn)是圖像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融治療的關(guān)鍵，它直接影響到治療效果，但目前路徑規(guī)劃（消融針以何種最優(yōu)路徑介入）和穿刺引導(dǎo)（實(shí)時(shí)掌握消融針在體內(nèi)的位置）都依賴于臨床醫(yī)生的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，不僅規(guī)劃過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且往往難以兼顧多項(xiàng)臨床準(zhǔn)則。另外，術(shù)中由醫(yī)生手持消融針直接穿刺，這對(duì)醫(yī)生專業(yè)技能也有較高要求。因此，減少在術(shù)前規(guī)劃中對(duì)醫(yī)生的過度依賴、提高在術(shù)中穿刺中的定位精度，是肝腫瘤熱消融治療中需要解決的問題。

近幾十年來(lái)，針對(duì)臨床治療中存在的問題，研究人員開發(fā)出影像引導(dǎo)手術(shù)、穿刺路徑規(guī)劃、立體定向?qū)Ш?、機(jī)器人輔助穿刺等諸多熱消融輔助技術(shù)和方法。這些輔助技術(shù)和方法一定程度上降低了消融手術(shù)對(duì)醫(yī)生穿刺經(jīng)驗(yàn)的依賴，避免了反復(fù)進(jìn)針，從而減少了手術(shù)時(shí)間和輻射暴露，提高了熱消融的治療效果，有助于消融技術(shù)的推廣和發(fā)展。整合這些關(guān)鍵技術(shù)和方法構(gòu)建熱消融穿刺治療介入導(dǎo)航系統(tǒng)，是該領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)[11]。

為此，本文綜述國(guó)內(nèi)外圖像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融治療介入導(dǎo)航系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及亟須解決的問題，并對(duì)近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，為相關(guān)研究提供新思路。

1 介入導(dǎo)航系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

介入導(dǎo)航系統(tǒng)是醫(yī)生在術(shù)前利用醫(yī)學(xué)影像設(shè)備獲取患者的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)（CT、MRI 等），再對(duì)患者的多模態(tài)圖像進(jìn)行處理獲得三維模型，從而制訂合理的手術(shù)計(jì)劃。在術(shù)中通過配準(zhǔn)操作，將三維模型與患者的實(shí)際體位、手術(shù)器械的實(shí)時(shí)位置統(tǒng)一在一個(gè)坐標(biāo)系下，再利用光學(xué)或電磁等定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集手術(shù)器械在空間中的位置并顯示在計(jì)算機(jī)設(shè)備上，醫(yī)生通過觀察三維模型中手術(shù)器械與病變部位的相對(duì)位置，對(duì)患者進(jìn)行手術(shù)治療（如圖1 所示）。

圖1 CT 引導(dǎo)的電磁定位導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖

在對(duì)肝腫瘤穿刺的過程中，穿刺位置的選取以及穿刺的深度等都會(huì)影響消融結(jié)果和腫瘤邊緣復(fù)發(fā)率，因此，需要保證精準(zhǔn)的術(shù)中定位來(lái)實(shí)現(xiàn)熱消融凝固區(qū)適形覆蓋腫瘤。而且醫(yī)生通過術(shù)中定位技術(shù)來(lái)追蹤患者的手術(shù)部位、手術(shù)器械的物理坐標(biāo)空間位置與姿態(tài)，提高了導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。術(shù)中定位不僅為構(gòu)建患者物理坐標(biāo)打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)，也為實(shí)現(xiàn)術(shù)中配準(zhǔn)和術(shù)中器械追蹤定位創(chuàng)造了條件。

根據(jù)定位方式的不同，介入導(dǎo)航系統(tǒng)主要分為光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)、電磁導(dǎo)航系統(tǒng)、超聲導(dǎo)航系統(tǒng)和基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，AR）的導(dǎo)航系統(tǒng)。

1.1 光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)

光學(xué)導(dǎo)航是基于單目或多目視覺的原理，通過二維圖像信息計(jì)算物體空間的三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)對(duì)物體的空間位置進(jìn)行定位，并對(duì)定位后的物體進(jìn)行實(shí)時(shí)建模并在三維空間顯示。如今光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)成熟且精度高，但需要確保光線傳播路徑順暢，操作者的活動(dòng)范圍可能有限。加拿大NDI 公司在1996 年推出了Polaris 光學(xué)定位和跟蹤導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用先進(jìn)的光學(xué)測(cè)量技術(shù)來(lái)跟蹤附在手術(shù)工具上的標(biāo)記，從而確定三維方向和位置，為手術(shù)工具定位提供了準(zhǔn)確性和可靠性。Polaris 光學(xué)定位和跟蹤導(dǎo)航系統(tǒng)被超過90%的光學(xué)導(dǎo)航儀使用，該系統(tǒng)的平均誤差為0.35 mm，已經(jīng)被認(rèn)定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[12]。另外，該系統(tǒng)可以有效集成到肝腫瘤熱消融治療介入導(dǎo)航系統(tǒng)中，或者用于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)。以NDI 公司制造的最先進(jìn)的Polaris Vega 系統(tǒng)為例[13]，該系統(tǒng)的有效視場(chǎng)范圍覆蓋了整個(gè)人體，在定位裝置位置不變的情況下，能夠跟蹤有效視場(chǎng)內(nèi)所有的標(biāo)記點(diǎn)，并通過分析和計(jì)算識(shí)別出每個(gè)儀器的位置，如圖2所示。

圖2 NDI 公司的Polaris Vega 系統(tǒng)的有效視場(chǎng)[13]

2015 年，趙鵬[12]為解決光束遮擋期間的定位問題，設(shè)計(jì)了一種結(jié)合光學(xué)定位和慣性定位的系統(tǒng)，在光學(xué)定位系統(tǒng)的定位信息受到短時(shí)遮擋而無(wú)法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位時(shí)，利用慣性定位系統(tǒng)的定位信息進(jìn)行定位補(bǔ)償，使定位信息不間斷，可以用于肝腫瘤熱消融治療中，保證介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)定位的連續(xù)性。

2016 年，林欽永[14]設(shè)計(jì)了基于近紅外光學(xué)導(dǎo)航設(shè)備的肝腫瘤消融光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)（如圖3 所示），利用醫(yī)學(xué)圖像可視化技術(shù)和雙目視覺定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)了手術(shù)導(dǎo)航中的自動(dòng)配準(zhǔn)和精確定位。在體模、體外和體內(nèi)動(dòng)物上的實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確性和臨床可行性。

圖3 肝腫瘤消融光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)[14]

2018 年，侯姣蛟等[15]研制了一種應(yīng)用于肝腫瘤消融的光學(xué)定位導(dǎo)航系統(tǒng)（如圖4 所示），該系統(tǒng)使用自行開發(fā)的近紅外光學(xué)導(dǎo)航器進(jìn)行術(shù)前模擬，在手術(shù)過程中，近紅外相機(jī)動(dòng)態(tài)跟蹤穿刺針相對(duì)于患者解剖結(jié)構(gòu)的位置，引導(dǎo)機(jī)器人在三維空間中精準(zhǔn)定位并執(zhí)行手術(shù)。定位定點(diǎn)和軌跡驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值，但是在腫瘤熱消融的手術(shù)過程中，呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)穿刺有一定影響，導(dǎo)致穿刺率低、療效差等。

圖4 光學(xué)定位導(dǎo)航系統(tǒng)[15]

2017 年，新博醫(yī)療技術(shù)有限公司（北京）研制了磁共振導(dǎo)航微創(chuàng)介入治療系統(tǒng)（如圖5 所示）[16]，采用磁共振獲取患者術(shù)中的解剖和功能圖像，同時(shí)采用一套光學(xué)定位設(shè)備探測(cè)肝腫瘤熱消融針的精確三維坐標(biāo)。該系統(tǒng)可將消融針的方位信息與來(lái)自磁共振的患者圖像依照其空間相對(duì)位置共同顯示在手術(shù)室內(nèi)的屏幕上，為醫(yī)生進(jìn)行熱消融手術(shù)治療的術(shù)前規(guī)劃和術(shù)中精確導(dǎo)航提供所需信息。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了<2.5 mm的手術(shù)導(dǎo)航精度。另外，該公司研制的Alkaid 手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備[17]開發(fā)并集成了實(shí)時(shí)三維成像、實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航及實(shí)時(shí)控制技術(shù)，可在臨床應(yīng)用于肝腫瘤熱消融治療。手術(shù)過程中該導(dǎo)航設(shè)備接收CT 圖像，并實(shí)時(shí)跟蹤消融針的位置，將消融針和病灶的方位以一定的精度在同一個(gè)坐標(biāo)系中顯示。在治療過程中，該導(dǎo)航設(shè)備能夠接收醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的圖像，幫助醫(yī)生掌握重要的治療信息（例如熱消融區(qū)域的覆蓋情況、病灶及其周圍組織的信息等），從而可控制、調(diào)整治療設(shè)備的參數(shù)。該導(dǎo)航設(shè)備具有精度高（最高可達(dá)到0.5 mm 的到位精度）、手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)引導(dǎo)、可融合多種醫(yī)學(xué)影像、可監(jiān)控患者呼吸狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，保證了微創(chuàng)手術(shù)的安全性和有效性。

圖5 磁共振導(dǎo)航微創(chuàng)介入治療系統(tǒng)[16]

1.2 電磁導(dǎo)航系統(tǒng)

電磁導(dǎo)航是利用磁場(chǎng)、電場(chǎng)或者電磁場(chǎng)的方式對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行跟蹤定位和導(dǎo)航，是圖像引導(dǎo)程序?qū)Ш胶涂梢暬暮诵钠脚_(tái)技術(shù)。該技術(shù)在非視線環(huán)境中提供了高跟蹤精度，允許在光學(xué)跟蹤不可行的位置進(jìn)行儀器導(dǎo)航。電磁跟蹤（electromagnetic tracking，EMT）在應(yīng)用中有許多優(yōu)點(diǎn)，例如用于治療肝臟病變的經(jīng)皮射頻消融，其中針尖可能由于困難的肝臟環(huán)境（例如皮下脂肪或消融偽影）而被遮擋，使用EMT技術(shù)可以準(zhǔn)確獲取針尖位置。

2003 年，NDI 公司生產(chǎn)了Aurora 電磁定位系統(tǒng)[18]。該定位系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像引導(dǎo)的肝腫瘤熱消融介入導(dǎo)航系統(tǒng)中，可以在手術(shù)過程中跟蹤消融針，使其以虛擬探針的形式實(shí)時(shí)顯示在患者影像上，具有定位精度高、使用靈活方便等特點(diǎn)。如圖6 所示，該定位系統(tǒng)由針形或圓形等多種定位器、有多個(gè)定位器插口的接口單元、磁場(chǎng)發(fā)生器以及控制單元組成，其中定位器可以嵌入到消融針等手術(shù)器械中，控制單元從定位器接口單元收集信息，計(jì)算每個(gè)定位器的位置和方向，保持定位器與患者坐標(biāo)系之間的配準(zhǔn)。

圖6 Aurora 電磁定位系統(tǒng)[18]

2015 年，Mauri 等[19]構(gòu)建了具有US-CT/MRI 融合成像的實(shí)時(shí)虛擬電磁導(dǎo)航系統(tǒng)，并評(píng)估了該系統(tǒng)對(duì)超聲無(wú)法檢測(cè)到的肝腫瘤熱消融治療的可行性，結(jié)果顯示295 個(gè)腫瘤中，共有282 個(gè)（95.6%）被正確靶向，其中266 個(gè)（90.2%）成功消融。如圖7 所示，該系統(tǒng)由超聲掃描儀、專用的內(nèi)置硬件和軟件組成，而集成在工作站中的電磁跟蹤系統(tǒng)由一個(gè)磁場(chǎng)發(fā)射器（如圖A 中黑色箭頭所示）和2 個(gè)電磁傳感器組成，其中1 個(gè)電磁傳感器應(yīng)用于凸性超聲探頭（如圖B中白色箭頭所示），另1 個(gè)電磁傳感器安裝在消融針上（如圖C 中箭頭所示）。

2017 年，Jaeger 等[20]設(shè)計(jì)了第一個(gè)用于圖像引導(dǎo)穿刺（介入）導(dǎo)航系統(tǒng)的電磁定位開源平臺(tái)Anser EMT，并將該平臺(tái)的性能與使用Hummel 評(píng)估協(xié)議的其他商業(yè)定位平臺(tái)進(jìn)行客觀比較，結(jié)果顯示該平臺(tái)具有1.14 mm 的定位精度和角旋轉(zhuǎn)精度。但與其他EMT 平臺(tái)一樣，該平臺(tái)也容易受到渦流和鐵磁失真引起的跟蹤誤差的影響。Anser EMT 平臺(tái)證明了使用開源技術(shù)在臨床環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確和低成本跟蹤的可行性，可以用于圖像引導(dǎo)的肝腫瘤熱消融介入導(dǎo)航系統(tǒng)。

2018 年，Paolucci 等[21]設(shè)計(jì)了一種基于電磁腹腔鏡超聲（electromagnetic laparoscopic ultrasonography，ELUS）的肝腫瘤熱消融動(dòng)態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)擴(kuò)展了用于儀器跟蹤的電磁技術(shù)，使用桌面場(chǎng)發(fā)生器（field generator，F(xiàn)G）生成磁性工作空間，將帶有柔性尖端的腹腔鏡超聲（laparoscopic ultrasonography，LUS）用于術(shù)中成像，并通過開發(fā)由不銹鋼組成的腹腔鏡超聲跟蹤器（laparoscopic ultrasonography tracker，LUT）來(lái)提供電磁技術(shù)，如圖8 所示。除了在腹腔鏡模型中準(zhǔn)確有效地定位消融探針外，這是首次在導(dǎo)航系統(tǒng)中引入基于三維超聲的術(shù)中靶向精度驗(yàn)證，而且不依賴于術(shù)前成像的配準(zhǔn)，減少了由于器官變形而導(dǎo)致的潛在不準(zhǔn)確性。但是該系統(tǒng)也存在一定的局限性，對(duì)沿消融針路徑的潛在相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)的了解有限，因此不適用于腫瘤能見度改變或既往化療后病變消失的治療。

圖8 基于ELUS 的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)[21]

2019 年，Hinds 等[22]提出了一個(gè)用于EMT 的開源框架，并在Anser EMT 平臺(tái)上進(jìn)行了測(cè)試。該研究使用CustusX 導(dǎo)航平臺(tái)（一個(gè)圖像引導(dǎo)治療的開源研究平臺(tái)，致力于術(shù)中導(dǎo)航和超聲成像）的跟蹤框架和市售的電磁跟蹤針頭進(jìn)行肝腫瘤靶向，腫瘤的消融是用市售的消融系統(tǒng)進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明對(duì)5 mm以內(nèi)的腫瘤都可完全消融。

2020 年，醫(yī)達(dá)極星醫(yī)療科技（蘇州）有限公司研制了一種實(shí)時(shí)交互型計(jì)算機(jī)輔助精準(zhǔn)腫瘤治療術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)（IQQA-Guide 導(dǎo)航）[23]，該產(chǎn)品為國(guó)內(nèi)首個(gè)用于成人肺及腹部軟組織實(shí)體器官的穿刺手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備。與常規(guī)CT 引導(dǎo)方式相比，可提高穿刺準(zhǔn)確率，減少進(jìn)針次數(shù)和CT 掃描次數(shù)，具有顯著的臨床應(yīng)用價(jià)值。該產(chǎn)品術(shù)前基于患者CT 數(shù)據(jù)制訂導(dǎo)航計(jì)劃（手動(dòng)規(guī)劃），術(shù)中利用電磁定位原理進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)航，但不具備肝腫瘤熱消融治療手術(shù)路徑的自動(dòng)規(guī)劃和導(dǎo)航功能。

2023 年，姚潔等[24]針對(duì)肝腫瘤熱消融治療過程中消融針的實(shí)時(shí)引導(dǎo)問題，開發(fā)了一套基于電磁定位裝置（NDI 公司的Aurora）的熱消融穿刺電磁導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)電磁導(dǎo)航坐標(biāo)系與三維影像坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)信息，使用奇異值分解完成空間配準(zhǔn)并實(shí)時(shí)跟蹤消融針的空間位置和姿態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該系統(tǒng)平均目標(biāo)位置誤差為3.10 mm，能夠有效輔助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)操作。但是該系統(tǒng)對(duì)穿刺路徑的規(guī)劃是手動(dòng)的，而且只使用了體模進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，存在一定的局限性，還需要進(jìn)一步研究改進(jìn)。

1.3 超聲導(dǎo)航系統(tǒng)

超聲波在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，例如醫(yī)療診斷、醫(yī)療成像等。超聲導(dǎo)航技術(shù)是基于超聲波測(cè)距原理，將超聲波發(fā)射傳輸和接收的裝置固定，通過記錄時(shí)間來(lái)計(jì)算距離，達(dá)到實(shí)時(shí)定位的目的[25]。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、簡(jiǎn)單方便，但是由于超聲波的傳輸距離短，在不同介質(zhì)中衰減速度也不同，定位導(dǎo)航的范圍有限，而且定位精度很容易受到環(huán)境溫度、濕度、氣流等的影響。

在神經(jīng)外科手術(shù)中，最早使用術(shù)中超聲定位技術(shù)要追溯到1965 年[26-28]，當(dāng)時(shí)研究人員設(shè)計(jì)使用A型超聲，用以定位和描述腦內(nèi)腫塊病變。隨著超聲技術(shù)和設(shè)備的不斷發(fā)展，超聲分辨力、成像質(zhì)量等都得到了提升，而且術(shù)中多是超聲定位導(dǎo)航與其他導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合使用。

2020 年，Amalanesan 等[29]將超聲圖像引導(dǎo)和機(jī)電支持臂系統(tǒng)結(jié)合，醫(yī)生使用由機(jī)電支持臂引導(dǎo)的超聲波捕捉設(shè)備對(duì)人體腹部進(jìn)行成像和檢查，從而實(shí)現(xiàn)軌跡的預(yù)規(guī)劃和半自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，具有足夠的精度。經(jīng)過臨床醫(yī)生檢查和評(píng)估，證明了超聲引導(dǎo)機(jī)電支持臂輔助治療肝腫瘤熱消融是高效可行的。但超聲定位成像質(zhì)量差、成像視野窄，在肝腫瘤熱消融治療中容易受到氣體等遮擋，致使醫(yī)生通過觀察超聲圖像難以對(duì)腫瘤區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)定位。為了解決傳統(tǒng)超聲圖像對(duì)手術(shù)針跟蹤困難的問題，畢津滔等[30]構(gòu)建了一個(gè)基于電磁定位技術(shù)的超聲引導(dǎo)穿刺系統(tǒng)，采用超聲圖像確定病變位置，采用電磁定位系統(tǒng)（NDI公司的Aurora）進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和跟蹤手術(shù)針。為驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性及可行性，搭建了介入導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了多種角度下的靶向穿刺定位實(shí)驗(yàn)，如圖9 所示。結(jié)果顯示假體穿刺實(shí)驗(yàn)中的平均準(zhǔn)確度為1.62 mm，可滿足肝腫瘤熱消融介入導(dǎo)航手術(shù)的臨床精度要求。

圖9 介入導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[30]

1.4 基于AR 的導(dǎo)航系統(tǒng)

近年來(lái)，基于AR 和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的醫(yī)療導(dǎo)航已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。AR 導(dǎo)航技術(shù)先進(jìn)行圖像三維建模，然后將三維模型與真實(shí)環(huán)境精確匹配，使真實(shí)手術(shù)場(chǎng)景與具有三維信息的虛擬場(chǎng)景相互關(guān)聯(lián)，可以直觀地幫助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)。

2018 年，Paolis 等[31]設(shè)計(jì)了一種用于肝腫瘤射頻消融的AR 手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于光學(xué)跟蹤實(shí)現(xiàn)病患三維模型與病灶區(qū)完成三維配準(zhǔn)，可用于支持更精準(zhǔn)的術(shù)前規(guī)劃與術(shù)中射頻消融針引導(dǎo)。為評(píng)估該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，研究人員在試驗(yàn)臺(tái)和假人上進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明使用該系統(tǒng)的準(zhǔn)確率略低于有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生，而且該系統(tǒng)中的三維模型未考慮由于患者呼吸而產(chǎn)生的形變。

2019 年，郭堅(jiān)溪[32]研發(fā)了一款可用于肝臟腫瘤消融治療的AR 手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，并通過腹部體模實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的導(dǎo)航精度和可視化效果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能達(dá)到理想的導(dǎo)航精度要求，有效提高穿刺效率，減少穿刺次數(shù)和CT 掃描次數(shù)；同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)穿刺操作過程“可視化”和實(shí)時(shí)跟蹤導(dǎo)航，是CT 引導(dǎo)肝臟腫瘤穿刺消融的有效輔助手段。

2022 年，Solbiati 等[33]首次使用一種基于AR 的經(jīng)皮介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)Endosight（如圖10 所示）進(jìn)行肝腫瘤熱消融治療，該系統(tǒng)通過被動(dòng)標(biāo)記將CT 掃描重建的三維圖像自動(dòng)疊加在患者身上，也就是在醫(yī)生的真實(shí)視線上實(shí)時(shí)疊加虛擬圖像，同時(shí)以三維形式可視化患者的表面和內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)、目標(biāo)病變和到目標(biāo)的軌跡路徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)具有高靶向精度（平均3.4 mm），15 個(gè)病變治療成功（即肝腫瘤完全消融）。

圖10 經(jīng)皮介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)Endosight[33]

雖然AR 技術(shù)對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的研究和應(yīng)用具有重要價(jià)值，但尚未建立完善的評(píng)估體系，因此大多數(shù)研究仍處于實(shí)驗(yàn)室探索階段[34-35]。

2 結(jié)語(yǔ)與展望

肝腫瘤在我國(guó)發(fā)病率很高，嚴(yán)重影響我國(guó)民眾的身體健康。微波（射頻）熱消融術(shù)具有微創(chuàng)性和廣泛的適用性，近年來(lái)已成為肝腫瘤的根治性手段之一。因此，研究人員開始開發(fā)熱消融穿刺治療介入導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)指導(dǎo)或輔助臨床醫(yī)生執(zhí)行消融針穿刺手術(shù)，提高肝腫瘤熱消融治療的有效性與安全性。目前臨床中的介入導(dǎo)航系統(tǒng)多采用電磁或光學(xué)定位導(dǎo)航，但基于圖像引導(dǎo)、具有穿刺路徑全自動(dòng)規(guī)劃和療效評(píng)估功能的肝腫瘤熱消融治療介入導(dǎo)航系統(tǒng)還比較少。

目前，肝腫瘤經(jīng)皮（微波/射頻）熱消融治療介入導(dǎo)航系統(tǒng)還存在如下問題：（1）消融針穿刺路徑規(guī)劃集中在術(shù)前的手術(shù)規(guī)劃，且普遍采用手動(dòng)規(guī)劃。而從臨床實(shí)際需求來(lái)看，熱消融要求術(shù)中實(shí)時(shí)的穿刺路徑自動(dòng)規(guī)劃。（2）穿刺路徑規(guī)劃與手術(shù)導(dǎo)航未形成有效的統(tǒng)一，導(dǎo)航系統(tǒng)中各坐標(biāo)空間應(yīng)準(zhǔn)確配準(zhǔn)，確保導(dǎo)航精度。（3）目前的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)沒有基于醫(yī)學(xué)影像的療效評(píng)估功能。（4）關(guān)于肝腫瘤消融術(shù)的各類導(dǎo)航系統(tǒng)大多處于實(shí)驗(yàn)研究階段。

未來(lái)肝腫瘤經(jīng)皮介入（微波/射頻）熱消融治療介入導(dǎo)航系統(tǒng)可從以下幾個(gè)方向進(jìn)行改進(jìn)：（1）設(shè)計(jì)基于臨床多約束條件的熱消融針穿刺路徑自動(dòng)規(guī)劃新方法。（2）穿刺路徑規(guī)劃與手術(shù)導(dǎo)航形成有效的統(tǒng)一，導(dǎo)航系統(tǒng)中各坐標(biāo)空間準(zhǔn)確配準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤定位，確保導(dǎo)航精度。（3）在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中加入療效評(píng)估模塊，后續(xù)研究應(yīng)與臨床緊密結(jié)合，建立消融介入導(dǎo)航系統(tǒng)的完整評(píng)價(jià)體系和應(yīng)用規(guī)范。（4）為了成功地實(shí)現(xiàn)各類導(dǎo)航系統(tǒng)的臨床應(yīng)用，還需進(jìn)一步解決人體呼吸運(yùn)動(dòng)等因素對(duì)精準(zhǔn)定位的干擾。

目前腫瘤經(jīng)皮（微波/射頻）熱消融治療介入導(dǎo)航系統(tǒng)的研究還處于初級(jí)階段，距離廣泛的臨床應(yīng)用還有一定的距離。如果介入導(dǎo)航系統(tǒng)能有更先進(jìn)的技術(shù)、更高的精確度和更完善的體系，可有效推動(dòng)肝腫瘤（微波/射頻）熱消融治療技術(shù)的發(fā)展，給全國(guó)更多肝腫瘤患者帶來(lái)福音，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。