医学交流课件：影像导航微创介入技术进展

1、影像导航微创介入 技术进展 CT-based navigation technology and its clinical application on interventional oncology,现代医学 精准医学 1、生物芯片、蛋白质技术发展带来的人类基因 组测序技术的革新。 2、分子影像、手术导航和微创技术等生物医学 分析技术的进步。 3、大数据分析工具的出现,手术导航系统是计算机技术、立体定向技术和图像处理技术结合发展的产物,手术导航系统已成为当前最前沿的研究领域之一,引导与导航,1、 guide带领、使跟随 引导我们通过城市。 2、 lead领导、启发 党引导他前进。 3、pil

2、ot：驾驶 、试验、 试点、 为（船舶）引航（或操舵） Navigate：是引导某一设备，从指定航线的一点运动到另一点的方法,影像导航技术的基本概念,影像手术导航系统（imagimg operation navigation system）是利用专业的计算机软件，将病人术前影像图像进行三维重建（3Dreconstruction），并通过术中定位系统，对手术器械在术野中的位置进行精确定位，术者参照显示在计算机监视器上的三维影像（水平位、矢状位、冠状位）观察到手术器械的实际位置进行诊疗操作。 使手术操作可视化、精确化，达到安全、彻底、减少手术并发症发生的目的,人体内部2D/3D图像,医学成像设备,

3、辅助定位技术,诊断和治疗,影像导航技术应用广泛,影像导航介入手术种类,穿刺活检 穿刺引流 穿刺定位 各种消融 放射性粒子植入,影像导航设备,CT PET-CT Ultrasound X-ray MRI,Cone-Beam CT (CBCT): Innova-CT (GE) Dyna-CT (Siemens) Xper-CT (Philips,影像导航,CT导航,空间定位技术,数据处理,图像处理,机械定位,光学定位,电磁定位,B超导航,影像导航,1986年世界上首台手术导航系统问世并应用于临床， 并取得满意的临床效果,CBCT,CT-based,硬件支持,MRI导航,CT导航主要技术,空间定位技

4、术,数据处理,图像处理,机械定位,光学定位,电磁定位,CT导航,硬件支持,经皮穿刺活检技术历史,1882年Dr Leyden 首次报道经皮穿刺徒手针取肺组织标本，证实肺部细菌感染性疾病,划时代的创举,Hattori 等（1964）通过X线胸部透视和器官刷获取活体标本在荧光显微镜下的检查微生物病原菌。 瑞典的卡罗林斯医院几乎同时也公布了他们的发明：细针经皮胸穿刺取标本技术,开始了经皮细针穿刺年代（近10年） 一直延续到计算机断层扫面（CT）技术的问世,1975年Hagga 和Alfidi等报道了CT导向下经皮腹腔实施活检技术，奠定了CT在放射介入领域的作用和地位,Westcott等（1996）评

5、价CT导向穿刺技术克服了常规X线定位的不准确性和超声检查受肺部气体的干扰，可以方便地用于受呼吸运动影响的胸部和腹部疾病的介入性操作粗略定位。 胸部活检使近半数患者避免了手术、胸腔镜检查和改变原定的治疗方案,常规的徒手（穿刺）技术”Conventional Freehand Technique,体表粘贴定位栅 扫描后选取合适的穿刺层面 根据栅上的定位点确定穿刺点 根据图像，凭经验穿刺病灶,盲穿：在实施经皮穿刺术中，凭借穿刺医生对肿块在扫面中所在位置的记忆，大概确定出穿刺目标和进针路径,缺点：对于小病灶，穿刺准确性差。 反复调整，穿刺风险大,这种 “徒手穿刺”的技术，无论是操作医生还是患者，受到的

6、医疗风险的负面影响和承受的压力都是很大的，并且前者是责任事故的压力，后者是治疗痛苦的增加。 由于没有精确的立体定位系统等工具的出现，这种CT导向-徒手穿刺技术在特定的条件下是可以接受的，也是其成为“常规的”穿刺方法的主要原因,CT透视机,框架机械立体定向设备,CT导航及其技术原理 CT-based navigation technology,是利用CT影像和空间定位技术，引导手术器械，对病人病变部位进行操作的医疗技术。 应用于微创介入手术， 能够使医生了解手术器械与病人解剖结构之间的相对位置关系，使手术操作可视化、精确化,CT导航主要技术,空间定位技术,数据处理,图像处理,机械定位,光学定位,

7、电磁定位,CT导航,硬件支持,CT导航系统有三大类型： (1)无框架机械臂导航系统 (2)光学导航系统 (3) 电磁导航系统,无框架机械臂导航系统,印度Perfint导航系统（ROBIO、MAXIO,机械臂导航系统,机械定位,PIGA-CT,used in 2013,using now,电磁导航导航系统,美国 Veran 公司电磁导航设备（IG4）用于CT引导下的介入手术 国产化,机械臂辅助导航步骤,将DICOM CT 图像导入工作站,规划进针路径和设置基本参数,患者位置确认,通过机械臂的导引实施进针,确认并调整进针位置,5 steps,路径规划,选择皮肤穿刺点（白箭,选择病灶靶点（白箭,针的

8、固定与穿刺,Needle Bush（针套）可以安装于 Bush Adapter,Bush Adapter 固定于尾端夹子,穿刺针通过 Needle Bush,CT扫描确认穿刺针位置,机械臂导航介入手术临床应用,射频消融治疗,女性，72岁，结肠癌肝转移患者 病灶位于肝左叶,机械臂导航介入手术临床应用,穿刺引流,男性，57岁，肝囊肿，病灶直径大约10cm,机械臂导航介入手术临床应用,放射性粒子植入,女性，58岁，肝癌术后复发患者,机械臂导航使用经验,优点： 准确地引导进针方向 缩短定位和扫描时间 降低辐射剂量 减少并发症发生 辅助介入手术的规划,机械臂导航使用经验,局限性： 斜行方向引导的精确性低

9、于垂直方向 机械臂的灵活性较差，活动范围有限 持针套管的松动对结果影响较大 无实时,光学导航,光学定位,光学定位通过“光学跟踪器”（主要是红外线）采集“目标点”的位置信息，通过计算机软件分析出空间位置，然后反馈给手术者,目标点,光学跟踪器,采集位置信息,传送,反馈,光学导航示意图,光学导航优缺点,优点： 不受电磁干扰，可融合MRI介入手术 精度较高，能达到1mm 设备成本较低，经济便宜 缺点： 术中光线不能被遮挡，影响医生操作 光信号的空间定位及配准复杂，软件开发难度大 光信号识别依赖导航标志物，影响手术器械的操作性,光学分子影像手术导航系统,先在患者体内注射分子荧光染料吲哚菁绿(ICG)，然

10、后用700纳米的近红外镜头照射检测区域，ICG在近红外光的激发下发射出约800纳米的近红外光，“导航”系统将根据这种近红外光和白外光的叠加，计算获得实时影像，从而让医生通过显示屏“一下子”就能精确定位肿瘤，整个过程仅用短短的5分钟,应 用,乳腺癌： 来精确定位和切除前哨淋巴结 在术中对肿瘤及微小转移灶进行应用，同时可以实现对乳腺癌不同亚型进行术中分子分型，达到术中实时病理的目的。 肝癌、肺癌、胃癌等,由移动主机、支架、超高灵敏光学相机、滤光镜头、液晶显示屏构成,电磁导航,电磁定位,电磁导航工作原理,通过发射和接收电磁信号来确定靶设备的空间位置，经计算机软件分析后得出靶设备与人体的相对位置，并且

11、通过显示器实时显示，从而实现辅助引导的技术,电磁导航主要流程,Step 1,图像（CT或MRI）导入,电磁导航主要流程,Step 2,手术路径的规划,电磁导航主要流程,Step 3,空间坐标的配准,y,y,z,z,x,x,这一步骤将人体每一个点的空间坐标和CT图像建立“一一对应”的关系,电磁导航主要流程,Step 4,电磁信号的实时追踪和引导穿刺,电磁导航介入手术临床应用,射频消融治疗,男性，58岁，肝恶性肿瘤 位于肝脏近膈顶部的小病灶,直径约36mm,电磁导航介入手术临床应用,肺部穿刺活检,女性，45岁，左肺占位，病灶直径21mm,电磁导航介入手术临床应用,胆道穿刺引流,男性，47岁，胆道梗

12、阻,优点： 1、实时反馈穿刺针位置，精确引导 2、多层面重建，三维解剖分割，帮助路径规划 3、缩短手术时间，减少穿刺次数，降低并发症发生率 4、减少扫描次数，降低辐射剂量,电磁导航系统使用经验,局限： 不能实时监测人体位移，呼吸等运动仍会导致一定误差 机器的设置和配准时间较长，需要进一步优化 电磁导航需要穿刺针封装专门的传感器，适配性较差,电磁导航系统使用经验,CT导航遇到的挑战,患者身体的移动和呼吸运动 呼吸门控可提高准确性，但需患者配合 呼吸模拟，虚拟的“实时,CT影像和其它实时影像融合,影像融合是导航技术发展趋势,基于CT或MRI的手术导航系统分辨率高，不受气体和骨骼的干扰，具备超声难以

13、企及的优势，但是单一的影像导航无法实时监测组织运动。 超声没有射线，不仅可以实时显示组织运动，还能显示血流情况，与CT或MRI结合可以实现更完美的实时导航。 多模影像融合将是未来导航系统的主流发展方向,影像导航技术的多模态融合,没有克服不了的困难 创新=希望 影像导航技术融合,如将电磁导航技术和传统超声结合，可实现更全面的实时引导监测，克服了单独应用某一方法的局限，彼此互补，极大地提高动态病灶穿刺的精准性和安全性,影像融合导航技术的结构,影像融合导航系统设计框架,基于电磁定位的软组织术中实时跟踪系统的开发,PET-CT引导,PET-CT操作病例1,46岁，女性，卵巢癌复发，肝转移,PET-CT操作病例2,62岁，女性，肾上腺皮质癌，肝转移（FDG不摄取,CT导航的临床应用，使微创介入手术可视化、精确化，将极大地促进肿瘤诊疗技术水平的提高。 但C