本文提出研制一種在開放手術過程中無創、實時、定位的外科手術光學導航系統。系統設計依據近紅外熒光分子成像原理, 采用活體熒光激發技術以及多通道分光攝像技術和圖像融合軟件技術。研制過程中將可見光和近紅外光環形LED激發光源、多通道帶通濾光片、分光攝像2 CCD光電傳感器和計算機系統技術集成, 成功研制出一種新型外科手術光學導航系統。該系統在活體注射近紅外熒光顯影劑時, 能夠顯示同一部位、同一時刻手術野組織表面的解剖學圖像和近紅外熒光功能圖像。解決了醫生在術中肉眼難以識別淋巴管、淋巴結、腫瘤邊緣的技術問題, 實現實時、無創的外科手術導航, 有效引導外科醫生切除腫瘤組織, 顯著提高手術成功率。該項技術已獲得國家專利, 專利號為ZI.2011 1 0292374.1。
引用本文： 楊曉峰, 武未, 王國安. 可見光和近紅外熒光分光融合成像外科手術導航系統的研制. 生物醫學工程學雜志, 2015, 32(2): 455-459. doi: 10.7507/1001-5515.20150082 復制
引言
外科手術過程中，外科醫生主要依據肉眼觀察組織的色澤、形態、觸摸質地等臨床經驗判斷腫瘤切除的范圍和切緣。然而，一些腫瘤由于腫瘤浸潤和周圍結構異常，常常導致意外損傷或腫瘤殘余，甚至不能識別。目前，國內外還沒有一種操作簡便、實時、定性、定量的手術中識別腫瘤的技術手段。因此，如何準確地識別肉眼難以識別的腫瘤及其邊緣，精確手術切除腫瘤病灶，最大程度地保留正常組織，成為現代外科需要解決的重要技術問題。
吲哚菁綠(indocyanine green, ICG)又稱靛青綠或福氏綠, 1955年柯達公司首先發現它是一種近紅外成像的熒光染料, 直到20世紀80年代, 隨著成像技術和激光技術的提高，逐步形成了ICG血管造影技術(indocyanine green angiography，ICGA)[1]。2003年Frangioni[2]總結了ICG輔助體內熒光成像的進展；隨后，Alford等[3]將ICG應用于光學分子成像，Schaafsma等[4]介紹了ICG在腫瘤外科應用的狀況，Polom等[5]認為ICG在腫瘤前哨淋巴結活檢中具有一定的應用價值，Luo等[6]闡述了ICG在腫瘤靶向診治中的作用，Marshall等[7]認為ICGA在淋巴系統疾病的診斷和治療中具有重要的臨床意義。ICG在水溶液中的最大吸收波長是780 nm，血液中與高密度和低密度脂蛋白相結合后最大吸收波長變成是805 nm, 但最大熒光波長是835 nm, 均在近紅外光(near-infrared，NIR)范圍內，ICG由肝實質細胞從血漿中攝取后，以完整分子形式經膽囊膽汁排泄。同時，ICG是理想的血管造影劑、淋巴管顯影劑，在肝細胞癌或結腸癌肝轉移等部分腫瘤中濃聚[8]，因此近紅外熒光成像時能夠顯示比較淺表的活體血管、淋巴管和部分腫瘤的邊緣，ICG和ICGA在外科領域的應用將成為生物醫學工程的一個新的研究領域。
近年來研究發現，650～900 nm的近紅外光與可見光相比具有：①可穿透更深層的組織；②在此光譜范圍內近紅外光的自體熒光較小，信背比相對高[2-4]。因此，腫瘤組織被近紅外染料標記后，當近紅外激發光照射時，腫瘤組織就會發出近紅外熒光，從而有效地顯示腫瘤及其邊緣[6-7]。
然而，近紅外熒光信號一般是黑白圖像，不能顯示周圍的組織結構[9-11]。我們采用圖像融合技術將組織結構的解剖學彩色圖像和近紅外熒光功能圖像相融合，準確地顯示了腫瘤解剖學結構，協助外科醫生準確識別腫瘤及其相關組織，最大限度地切除腫瘤病灶并盡可能地減少對正常組織的損害。現將本文研制的可見光和近紅外光分光融合成像的外科手術導航系統報告如下。
1 材料與方法
1.1 機械部件
機械部分由腳輪、底座、機箱、懸臂支架、懸臂及光源像機的固定裝置構成。主要采用鋼材、鋁材和ABS塑膠加工而成, 共72個部件。
1.2 環形光源
環形光源由5 mm封裝LED組合而成，型號780-01AU(日本，epitex)，其中峰值波長780 nm的LED燈珠288顆，400~700 nm白色LED燈珠36顆，環形光源盤直徑16 cm，電源控制器AC-0224。
1.3 光學信號采集
選用LM4NC3鏡頭(日本，Kowa)，鏡頭前配置多通道帶通濾光片，濾除近紅外780 nm激發光，透過400~700 nm可見光和810~835 nm ICG發射熒光。鏡頭C接口與多光譜2 CCD相機連接，光線進入相機后，通過棱鏡將入射光分為可見光和近紅外光，分別由2個通道投射到CCD，各通道CCD為1/3英寸圖像傳感器，有效像素為1024×768，可見光輸出24 bit，近紅外輸出12 bit。
1.4 光電信號采集與處理
采用Intel雙口千兆網卡，型號PCI-E9402PT。計算機硬件配置包括英特爾酷睿i3雙核3.3 GHz處理器、華碩P8H61-MLX主板、金士頓4 GB內存、集成顯卡、500 GB硬盤、WinXP操作系統、無線光電鍵盤、鼠標、TFT-LCD 17″觸摸屏。
1.5 圖像融合及其軟件處理
Visual C++6.0語言編寫軟件，界面分別顯示同一視野的可見光圖像，近紅外光圖像和兩者的融合圖像，具有參數設置、圖像采集、視頻拍攝、數據保存等功能。
1.6 技術性能檢測
國際標準ISO12233分辨率測試卡檢測系統的整體圖像分辨率；V-5800分光光度計測定多通道帶通濾光器；HAAS1200光譜儀測定環形LED光源的光輻射度。
2 結果
2.1 導航系統結構
整套系統采用環形LED光源、定焦鏡頭、多通道帶通濾光片、多光譜2通道CCD相機、千兆網雙口圖像采集卡、圖像融合控制軟件、計算機處理系統、可移動支架及機箱等部件構成(見圖 1)。
圖1
系統外觀結構圖
Figure1.
Exterior structure of the system
2.2 導航系統技術性能測試
2.2.1 系統光學成像分辨率
將ISO12233分辨率測試卡放置檢測臺的水平面上，將系統的鏡頭垂直于測試卡上方，調整鏡頭光圈與焦距，使測試卡四周邊緣與相機取景框貼近，測試卡線條清晰。此時，鏡頭到視野的距離為350 mm, 將清晰的圖像拍攝，目測分辨率數值。測定視野面積為150 mm×110 mm，水平黑白條紋對數為1198 LP，垂直黑白條紋對數為800 LP。即系統在工作距離350 mm時，系統分辨率是9.98×7.27 LP/mm。
2.2.2 LED環形光源輻射度
在自然光環境下，將系統光源和鏡頭垂直放置于檢測臺上，調整為工作距離時，利用HAAS1200光譜儀光纖探頭距離臺面1 cm, 分別在不同電流下，測試視野中心以及四周均勻分布4個點的光輻射度，取均數，測試結果為0.6 mW/cm2。
2.2.3 視野溫度
室溫25℃條件下，調整鏡頭到視野工作距離，將LED控制電流調整到最大時，采用兩支溫度計，一支在視野中心，一支在視野外，間隔5 min記錄一次溫度，連續觀察60 min，顯示兩支溫度計溫度無顯著差異，說明視野與環境溫度差異為0℃。
2.3 動物實驗
2.3.1 裸鼠局部注射ICG后系統光學成像特點
ICG用注射用蒸餾水稀釋，濃度0.02 mg/mL，劑量0.05 mL。實驗動物選用BALB/C裸鼠體重16~20 g，5~6周齡，SPF級(動物合格證號：0017324)，購自于常州卡文斯實驗動物有限公司[許可證號：SCXK(蘇)2011-0003]，飼養于山西醫科大學實驗動物中心，飼養籠、墊料、飼料及飲用水均經過嚴格滅菌處理。BIU-87膀胱腫瘤細胞株購自北京大學泌尿外科研究所，制備BIU-87移植瘤裸鼠模型。分別將ICG注射到裸鼠尾部皮下，前腿外側皮下和移植瘤中心，即刻成像。圖 2(左)為可見光成像，看不到任何熒光信號；圖 2(中)白色圖像為近紅外熒光影像；圖 2(右)為增加偽彩的融合圖像，能夠更加清晰顯示ICG注射的部位。
圖2
局部皮下注射ICG溶液系統成像特點
Figure2.
Fluorescence imaging of subcutaneous injected ICG
2.3.2 小鼠尾靜脈注射ICG系統光學成像特征
本組選用兩只昆明種小鼠，58日齡，體重31 g，一只為對照鼠，另一只經尾靜脈注射濃度為0.1 mg/mL的ICG溶液0.4 mL，即刻成像。圖 3(左)為可見光圖像，對照鼠和實驗鼠都看不到熒光信號；圖 3(中)對照鼠無任何熒光信號，實驗鼠白色圖像為ICG近紅外熒光影像，說明780 nm近紅外光可以穿過小鼠皮膚，激發體內ICG產生熒光，被系統攝取；圖 3(右)為增加偽彩的融合圖像，能夠更加清晰顯示ICG在體內代謝聚集的部位。圖 3中還有EP管內裝有ICG溶液為陽性對照。
圖3
尾靜脈注射ICG溶液小鼠整體成像特點
Figure3.
Fluorescence imaging of ICG rats injected through tail vein
2.3.3 ICG體內代謝器官分布熒光影像
將2.3.2實驗中尾部靜脈注射ICG的昆明種小鼠，在注射后1 h處死，除去腹壁組織，整體成像。圖 4(左)為可見光圖像，看不到任何熒光信號；圖 4(中)有三個白色影像，上部小圓點為小鼠完整的膽囊，下部兩個白色影像為十二指腸；圖 4(右)為增加偽彩的融合圖像，能夠更加清晰地顯示ICG在體內代謝聚集的真實部位。
圖4
靜脈注射ICG 1 h后ICG體內器官分布熒光圖像
Figure4.
Fluorescence imaging of ICG rats organs
2.4 醫用電氣設備安全檢測
電源電壓220 V±10%, 50 Hz±2%，接地阻抗0Ω、絕緣阻抗0Ω、接地漏電流＜5 mA、機殼漏電流＜100 mA。符合GB9706.1-2007《醫用電氣設備第一部分:安全通用要求》和GB/T14710-1993《醫用電氣設備環境要求和試驗方法》的標準。
3 討論
外科手術過程中醫生主要依據組織的色澤、質地、形態進行腫瘤的切除，所以判斷切除的范圍與醫生的臨床經驗有關。進一步研究認為，如果醫生在術中能夠得到腫瘤的解剖和功能圖像，將顯著提高手術成功率，避免手術意外發生，促進患者康復。然而放射性核素成像、正電子發射斷層掃描、單光子發射計算機斷層和磁共振成像等成像設備不可能搬到外科手術室，而且這些成像設備在操作過程中對醫生和患者有一定的損害[12]。因此，無輻射、無創的ICG近紅外熒光成像倍受關注，目前各種近紅外熒光成像診療技術都是基于ICG近紅外熒光成像原理[11]發展起來的。
本系統使用的近紅外顯影劑是ICG，ICG在水溶液中最大吸收波長是780 nm，血液中吸收值是805 nm，最大發射波長835 nm，所以本系統配置激發光源峰值波長是780 nm，可激發直接注射在組織間隙、淋巴液中和肝膽代謝后與血漿蛋白未結合的ICG。圖 2顯示，直接注射在組織中的ICG熒光清晰可見；圖 4則是ICG靜脈注射通過肝膽代謝，排泄在膽囊和十二指腸中ICG的近紅外熒光影像。
圖 2、4的中間圖均能看到白色的近紅外熒光影像，但解剖結構卻不清楚；圖 2、4的左圖能看到基本的解剖結構，但又看不到近紅外熒光影像。對于外科手術醫生來說，清晰的解剖是手術成功的基本條件。因此，如果在常規解剖學結構的基礎上，再看到深部目標組織的近紅外熒光功能成像，或者二者結合，呈現如圖 2、4的右圖的融合圖像，既有解剖學圖像又有近紅外熒光影像，為實現靶向診斷和靶向治療提供了影像基礎，將有效提高外科醫生手術切除的準確性。
可見光和近紅外光融合成像技術在氣象研究和軍事方面已經廣泛應用。研究表明，生物機體內近紅外熒光團標記活體細胞、組織和器官后，照射手術野的近紅外激發光將激發靶目標發射熒光，顯示組織結構和病變部位。本文報告的導航系統最主要的技術特點就是將手術野同一部位、同一時刻組織表面的解剖學圖像和組織內的近紅外熒光圖像信號分別捕獲成像，再將這兩幅圖像進行融合，這種圖像融合技術將使解剖定位更加準確，有助于提升術中熒光導航設備的技術性能。
目前近紅外熒光成像輔助手術導航已經應用到如下領域：①前哨淋巴結定位[13-14]；②輸尿管示蹤[15]；③術中近紅外熒光膽道造影[16]；④輔助肝葉切除[17]；⑤評估冠狀動脈搭橋術效果[18-19]；⑥腦血管外科[20]；⑦術中識別腫瘤[21]，因此研究和開發近紅外光學成像輔助手術導航具有廣泛的應用前景。
本文報道的可見光和近紅外光分光融合成像外科手術導航系統，采用了多通道帶通濾光技術、棱鏡分光技術和圖像融合技術，在成像原理和結構設計方面具有一定創新，顯著降低了技術難度和加工成本；支架部分采用可旋轉懸臂結構，使系統的操作更加簡捷，方便臨床外科醫生術中操作，將進一步推動本領域的技術進步。當然，雖然本項目研制的導航系統實現了熒光導航功能，但圖像的清晰度和分辨率還需要進一步提高。
引言
外科手術過程中，外科醫生主要依據肉眼觀察組織的色澤、形態、觸摸質地等臨床經驗判斷腫瘤切除的范圍和切緣。然而，一些腫瘤由于腫瘤浸潤和周圍結構異常，常常導致意外損傷或腫瘤殘余，甚至不能識別。目前，國內外還沒有一種操作簡便、實時、定性、定量的手術中識別腫瘤的技術手段。因此，如何準確地識別肉眼難以識別的腫瘤及其邊緣，精確手術切除腫瘤病灶，最大程度地保留正常組織，成為現代外科需要解決的重要技術問題。
吲哚菁綠(indocyanine green, ICG)又稱靛青綠或福氏綠, 1955年柯達公司首先發現它是一種近紅外成像的熒光染料, 直到20世紀80年代, 隨著成像技術和激光技術的提高，逐步形成了ICG血管造影技術(indocyanine green angiography，ICGA)[1]。2003年Frangioni[2]總結了ICG輔助體內熒光成像的進展；隨后，Alford等[3]將ICG應用于光學分子成像，Schaafsma等[4]介紹了ICG在腫瘤外科應用的狀況，Polom等[5]認為ICG在腫瘤前哨淋巴結活檢中具有一定的應用價值，Luo等[6]闡述了ICG在腫瘤靶向診治中的作用，Marshall等[7]認為ICGA在淋巴系統疾病的診斷和治療中具有重要的臨床意義。ICG在水溶液中的最大吸收波長是780 nm，血液中與高密度和低密度脂蛋白相結合后最大吸收波長變成是805 nm, 但最大熒光波長是835 nm, 均在近紅外光(near-infrared，NIR)范圍內，ICG由肝實質細胞從血漿中攝取后，以完整分子形式經膽囊膽汁排泄。同時，ICG是理想的血管造影劑、淋巴管顯影劑，在肝細胞癌或結腸癌肝轉移等部分腫瘤中濃聚[8]，因此近紅外熒光成像時能夠顯示比較淺表的活體血管、淋巴管和部分腫瘤的邊緣，ICG和ICGA在外科領域的應用將成為生物醫學工程的一個新的研究領域。
近年來研究發現，650～900 nm的近紅外光與可見光相比具有：①可穿透更深層的組織；②在此光譜范圍內近紅外光的自體熒光較小，信背比相對高[2-4]。因此，腫瘤組織被近紅外染料標記后，當近紅外激發光照射時，腫瘤組織就會發出近紅外熒光，從而有效地顯示腫瘤及其邊緣[6-7]。
然而，近紅外熒光信號一般是黑白圖像，不能顯示周圍的組織結構[9-11]。我們采用圖像融合技術將組織結構的解剖學彩色圖像和近紅外熒光功能圖像相融合，準確地顯示了腫瘤解剖學結構，協助外科醫生準確識別腫瘤及其相關組織，最大限度地切除腫瘤病灶并盡可能地減少對正常組織的損害。現將本文研制的可見光和近紅外光分光融合成像的外科手術導航系統報告如下。
1 材料與方法
1.1 機械部件
機械部分由腳輪、底座、機箱、懸臂支架、懸臂及光源像機的固定裝置構成。主要采用鋼材、鋁材和ABS塑膠加工而成, 共72個部件。
1.2 環形光源
環形光源由5 mm封裝LED組合而成，型號780-01AU(日本，epitex)，其中峰值波長780 nm的LED燈珠288顆，400~700 nm白色LED燈珠36顆，環形光源盤直徑16 cm，電源控制器AC-0224。
1.3 光學信號采集
選用LM4NC3鏡頭(日本，Kowa)，鏡頭前配置多通道帶通濾光片，濾除近紅外780 nm激發光，透過400~700 nm可見光和810~835 nm ICG發射熒光。鏡頭C接口與多光譜2 CCD相機連接，光線進入相機后，通過棱鏡將入射光分為可見光和近紅外光，分別由2個通道投射到CCD，各通道CCD為1/3英寸圖像傳感器，有效像素為1024×768，可見光輸出24 bit，近紅外輸出12 bit。
1.4 光電信號采集與處理
采用Intel雙口千兆網卡，型號PCI-E9402PT。計算機硬件配置包括英特爾酷睿i3雙核3.3 GHz處理器、華碩P8H61-MLX主板、金士頓4 GB內存、集成顯卡、500 GB硬盤、WinXP操作系統、無線光電鍵盤、鼠標、TFT-LCD 17″觸摸屏。
1.5 圖像融合及其軟件處理
Visual C++6.0語言編寫軟件，界面分別顯示同一視野的可見光圖像，近紅外光圖像和兩者的融合圖像，具有參數設置、圖像采集、視頻拍攝、數據保存等功能。
1.6 技術性能檢測
國際標準ISO12233分辨率測試卡檢測系統的整體圖像分辨率；V-5800分光光度計測定多通道帶通濾光器；HAAS1200光譜儀測定環形LED光源的光輻射度。
2 結果
2.1 導航系統結構
整套系統采用環形LED光源、定焦鏡頭、多通道帶通濾光片、多光譜2通道CCD相機、千兆網雙口圖像采集卡、圖像融合控制軟件、計算機處理系統、可移動支架及機箱等部件構成(見圖 1)。
圖1
系統外觀結構圖
Figure1.
Exterior structure of the system
2.2 導航系統技術性能測試
2.2.1 系統光學成像分辨率
將ISO12233分辨率測試卡放置檢測臺的水平面上，將系統的鏡頭垂直于測試卡上方，調整鏡頭光圈與焦距，使測試卡四周邊緣與相機取景框貼近，測試卡線條清晰。此時，鏡頭到視野的距離為350 mm, 將清晰的圖像拍攝，目測分辨率數值。測定視野面積為150 mm×110 mm，水平黑白條紋對數為1198 LP，垂直黑白條紋對數為800 LP。即系統在工作距離350 mm時，系統分辨率是9.98×7.27 LP/mm。
2.2.2 LED環形光源輻射度
在自然光環境下，將系統光源和鏡頭垂直放置于檢測臺上，調整為工作距離時，利用HAAS1200光譜儀光纖探頭距離臺面1 cm, 分別在不同電流下，測試視野中心以及四周均勻分布4個點的光輻射度，取均數，測試結果為0.6 mW/cm2。
2.2.3 視野溫度
室溫25℃條件下，調整鏡頭到視野工作距離，將LED控制電流調整到最大時，采用兩支溫度計，一支在視野中心，一支在視野外，間隔5 min記錄一次溫度，連續觀察60 min，顯示兩支溫度計溫度無顯著差異，說明視野與環境溫度差異為0℃。
2.3 動物實驗
2.3.1 裸鼠局部注射ICG后系統光學成像特點
ICG用注射用蒸餾水稀釋，濃度0.02 mg/mL，劑量0.05 mL。實驗動物選用BALB/C裸鼠體重16~20 g，5~6周齡，SPF級(動物合格證號：0017324)，購自于常州卡文斯實驗動物有限公司[許可證號：SCXK(蘇)2011-0003]，飼養于山西醫科大學實驗動物中心，飼養籠、墊料、飼料及飲用水均經過嚴格滅菌處理。BIU-87膀胱腫瘤細胞株購自北京大學泌尿外科研究所，制備BIU-87移植瘤裸鼠模型。分別將ICG注射到裸鼠尾部皮下，前腿外側皮下和移植瘤中心，即刻成像。圖 2(左)為可見光成像，看不到任何熒光信號；圖 2(中)白色圖像為近紅外熒光影像；圖 2(右)為增加偽彩的融合圖像，能夠更加清晰顯示ICG注射的部位。
圖2
局部皮下注射ICG溶液系統成像特點
Figure2.
Fluorescence imaging of subcutaneous injected ICG
2.3.2 小鼠尾靜脈注射ICG系統光學成像特征
本組選用兩只昆明種小鼠，58日齡，體重31 g，一只為對照鼠，另一只經尾靜脈注射濃度為0.1 mg/mL的ICG溶液0.4 mL，即刻成像。圖 3(左)為可見光圖像，對照鼠和實驗鼠都看不到熒光信號；圖 3(中)對照鼠無任何熒光信號，實驗鼠白色圖像為ICG近紅外熒光影像，說明780 nm近紅外光可以穿過小鼠皮膚，激發體內ICG產生熒光，被系統攝取；圖 3(右)為增加偽彩的融合圖像，能夠更加清晰顯示ICG在體內代謝聚集的部位。圖 3中還有EP管內裝有ICG溶液為陽性對照。
圖3
尾靜脈注射ICG溶液小鼠整體成像特點
Figure3.
Fluorescence imaging of ICG rats injected through tail vein
2.3.3 ICG體內代謝器官分布熒光影像
將2.3.2實驗中尾部靜脈注射ICG的昆明種小鼠，在注射后1 h處死，除去腹壁組織，整體成像。圖 4(左)為可見光圖像，看不到任何熒光信號；圖 4(中)有三個白色影像，上部小圓點為小鼠完整的膽囊，下部兩個白色影像為十二指腸；圖 4(右)為增加偽彩的融合圖像，能夠更加清晰地顯示ICG在體內代謝聚集的真實部位。
圖4
靜脈注射ICG 1 h后ICG體內器官分布熒光圖像
Figure4.
Fluorescence imaging of ICG rats organs
2.4 醫用電氣設備安全檢測
電源電壓220 V±10%, 50 Hz±2%，接地阻抗0Ω、絕緣阻抗0Ω、接地漏電流＜5 mA、機殼漏電流＜100 mA。符合GB9706.1-2007《醫用電氣設備第一部分:安全通用要求》和GB/T14710-1993《醫用電氣設備環境要求和試驗方法》的標準。
3 討論
外科手術過程中醫生主要依據組織的色澤、質地、形態進行腫瘤的切除，所以判斷切除的范圍與醫生的臨床經驗有關。進一步研究認為，如果醫生在術中能夠得到腫瘤的解剖和功能圖像，將顯著提高手術成功率，避免手術意外發生，促進患者康復。然而放射性核素成像、正電子發射斷層掃描、單光子發射計算機斷層和磁共振成像等成像設備不可能搬到外科手術室，而且這些成像設備在操作過程中對醫生和患者有一定的損害[12]。因此，無輻射、無創的ICG近紅外熒光成像倍受關注，目前各種近紅外熒光成像診療技術都是基于ICG近紅外熒光成像原理[11]發展起來的。
本系統使用的近紅外顯影劑是ICG，ICG在水溶液中最大吸收波長是780 nm，血液中吸收值是805 nm，最大發射波長835 nm，所以本系統配置激發光源峰值波長是780 nm，可激發直接注射在組織間隙、淋巴液中和肝膽代謝后與血漿蛋白未結合的ICG。圖 2顯示，直接注射在組織中的ICG熒光清晰可見；圖 4則是ICG靜脈注射通過肝膽代謝，排泄在膽囊和十二指腸中ICG的近紅外熒光影像。
圖 2、4的中間圖均能看到白色的近紅外熒光影像，但解剖結構卻不清楚；圖 2、4的左圖能看到基本的解剖結構，但又看不到近紅外熒光影像。對于外科手術醫生來說，清晰的解剖是手術成功的基本條件。因此，如果在常規解剖學結構的基礎上，再看到深部目標組織的近紅外熒光功能成像，或者二者結合，呈現如圖 2、4的右圖的融合圖像，既有解剖學圖像又有近紅外熒光影像，為實現靶向診斷和靶向治療提供了影像基礎，將有效提高外科醫生手術切除的準確性。
可見光和近紅外光融合成像技術在氣象研究和軍事方面已經廣泛應用。研究表明，生物機體內近紅外熒光團標記活體細胞、組織和器官后，照射手術野的近紅外激發光將激發靶目標發射熒光，顯示組織結構和病變部位。本文報告的導航系統最主要的技術特點就是將手術野同一部位、同一時刻組織表面的解剖學圖像和組織內的近紅外熒光圖像信號分別捕獲成像，再將這兩幅圖像進行融合，這種圖像融合技術將使解剖定位更加準確，有助于提升術中熒光導航設備的技術性能。
目前近紅外熒光成像輔助手術導航已經應用到如下領域：①前哨淋巴結定位[13-14]；②輸尿管示蹤[15]；③術中近紅外熒光膽道造影[16]；④輔助肝葉切除[17]；⑤評估冠狀動脈搭橋術效果[18-19]；⑥腦血管外科[20]；⑦術中識別腫瘤[21]，因此研究和開發近紅外光學成像輔助手術導航具有廣泛的應用前景。
本文報道的可見光和近紅外光分光融合成像外科手術導航系統，采用了多通道帶通濾光技術、棱鏡分光技術和圖像融合技術，在成像原理和結構設計方面具有一定創新，顯著降低了技術難度和加工成本；支架部分采用可旋轉懸臂結構，使系統的操作更加簡捷，方便臨床外科醫生術中操作，將進一步推動本領域的技術進步。當然，雖然本項目研制的導航系統實現了熒光導航功能，但圖像的清晰度和分辨率還需要進一步提高。
