关于术中实时胆道导航的视角：从放射成像到荧光成像

《Chemical & Biomedical Imaging》：Perspective on Intraoperative Real-Time Biliary Tract Navigation: From Radiological to Fluorescent Imaging

精准肝胆外科手术中，术中胆管造影（IOC）存在辐射暴露和操作复杂等局限。近红外荧光成像（NIFC）以吲哚菁绿（ICG）为核心，实现无辐射、实时解剖导航，可识别变异胆管并预防胆管损伤。新一代荧光探针通过脂质富集、酶激活及前药策略增强靶向性，纳米材料进一步改善深层组织成像。未来需优化荧光染料波长穿透力及AI辅助信号处理，以提升手术安全性和精准度。

　　
在肝胆外科手术中，精准识别胆道解剖结构是降低胆管损伤（BDI）的关键。传统方法依赖术中胆道造影（IOC）和触觉判断，但存在辐射暴露、操作复杂及解剖变异识别困难等局限。近年来，近红外荧光成像（NIRF）技术以ICG为示踪剂，在提升术中导航精准度方面展现出显著优势，同时为新型荧光探针的研发开辟了新方向。

### 一、术中胆道造影（IOC）的临床价值与局限性
IOC通过X线透视和造影剂注射，可清晰显示胆道分支结构。研究显示，97%的胆管损伤源于解剖误判，而IOC可将CBD损伤率降低至0.5%以下。其优势在于能直观呈现Calot三角、变异胆管及远端胆管结石，尤其在处理肝移植或复杂肝胆肿瘤手术时，IOC可提前发现胆管狭窄或梗阻。例如，在胰十二指肠切除术中发现，IOC能精准识别被胰腺组织包裹的胆总管（CBD），避免误伤。

但IOC的辐射风险（单次手术平均接受2.5-3.0 Gy）和操作复杂性（平均延长手术时间15-20分钟）限制了其常规应用。此外，当患者存在胆囊萎缩或胆道狭窄时，造影剂注射易引发胆漏或脓肿，需谨慎操作。

### 二、近红外荧光成像（NIRF）的技术突破
ICG作为首个临床批准的近红外荧光示踪剂，通过特定波长（750-810 nm）激发后发射830 nm荧光，具有肝靶向排泄特性。相比IOC，NIRF实现了三大革新：
1. **无辐射可视化**：通过荧光成像系统实时捕捉胆道荧光信号，消除电离辐射风险。研究证实，常规使用NIRF可将术中辐射暴露降低98%。
2. **深层组织穿透**：虽然现有系统穿透深度仅5-10 mm，但已足够显示Calot三角、右肝管等关键结构。在处理肥胖患者（BMI＞30）或严重肝纤维化病例时，仍需结合超声多模态成像。
3. **动态实时导航**：手术全程可连续观察荧光信号变化，尤其适用于术中胆漏检测。日本学者Kaibori团队在肝叶切除术中发现，NIRF使胆漏检出率从常规的30%提升至100%，术后并发症发生率下降至0%。

### 三、新型荧光探针的定向研究
针对传统ICG的局限性（如肝组织背景荧光干扰），科研团队开发了多类靶向探针：
- **脂质敏感型探针**（如LR-NH、DCQ）：利用胆囊及胆管上皮富含脂质的特性，通过氧化反应激活荧光。实验显示，DCQ在脂质环境下的荧光强度较背景提高8倍，特别适用于区分胆管与血管结构。
- **酶响应型探针**（如HHC）：靶向UDP-葡萄糖醛酸转移酶1A1（UGT1A1），该酶在胆囊上皮中高表达。动物实验表明，HHC-G在胆囊区域的荧光强度是肝脏组织的3.2倍。
- **前药策略探针**（如Indo-Gem）：通过二硫键连接使荧光基团暂时淬灭，仅在特定环境（如胆汁酸环境）中释放活性荧光。最新研究显示，其特异性靶向胆囊的效率可达92%。

### 四、技术融合与临床应用前景
当前NIRF系统存在三大瓶颈：①荧光穿透深度不足（＞5 mm组织层）；②肝组织背景荧光干扰；③复杂解剖结构（如肝内胆管分叉）的信号融合困难。对此，研究者提出以下解决方案：
1. **多模态成像整合**：将荧光成像与术中超声、3D重建结合。韩国团队在处理双管型胆囊患者时，采用NIRF+超声双模态导航，使解剖变异识别准确率提升至98%。
2. **纳米材料增强**：开发金纳米颗粒-ICG复合物，其量子产率达75%，且荧光波长可扩展至650 nm，穿透深度提升至15 mm。动物实验显示，此类纳米材料在胆管损伤处的识别灵敏度比传统ICG提高40倍。
3. **人工智能辅助分析**：基于深度学习的图像处理算法可自动识别荧光边界（如肝动脉与胆管），减少术者主观判断误差。美国梅奥诊所的临床测试表明，AI辅助系统将胆管损伤风险降低至0.2%。

### 五、未来发展方向
1. **长波长荧光探针开发**：研究波长＞1700 nm的近红外IIb荧光探针，其组织穿透深度可达50 mm以上，可满足肝内深部胆管成像需求。
2. **磁导航荧光探针**：结合磁共振引导聚焦超声技术，实现靶向激活释放荧光，提升复杂病例的成像特异性。
3. **可降解荧光支架**：在胆管狭窄处植入荧光标记的支架，术后通过荧光追踪评估支架位置及胆道通畅度。

### 六、临床转化路径
当前NIRF在三级医院普及率已达67%，但在基层医疗机构仍存在设备成本（约$50万/套）和技术培训门槛。建议采取以下推进策略：
- **制定标准化操作流程**：建立NIRF适应证分级（如常规用于＞2级变异胆管病例）
- **开发便携式荧光成像系统**：降低设备成本至$15万以下
- **构建荧光数据库**：收录10万例以上不同解剖变异的荧光图像特征

该技术已成功应用于两种高难度手术场景：
1. **肝移植术中胆管重建**：通过荧光标记的供肝胆管与受体胆管进行实时对接，使血管闭合器精准度提升至0.1 mm级。
2. **机器人辅助胆管切开术**：在达芬奇机器人第四代系统上集成荧光成像模块，实现0.3 mm级器械操作精度。

随着柔性内窥镜（直径＜3 mm）与微型荧光成像芯片的结合，未来可能实现单孔微创胆管手术的全程荧光导航。这种技术革新不仅将降低胆管损伤率（目标＜0.1%），更可能将术后住院时间从5-7天缩短至24-48小时。当前研究重点应放在开发长效靶向探针（半衰期＞6小时）和构建术中实时三维荧光模型，这将为智能手术机器人提供精准导航基础。