我国科研团队突破微创手术导航技术 柔性磁定位系统实现"精准制导"

微创手术强调“小切口、快恢复”,但“看得见、定位准”始终是安全与效率的基础。

在血管介入、消化道内镜、机器人辅助手术等场景中,导丝、导管、内镜等器械需要在狭窄、弯曲、组织遮挡的环境内完成精细操作。

一旦定位信息不稳定或存在偏差,可能增加操作时间与并发风险,影响治疗效果。

因此,建立一种可实时、准确、便捷部署的三维导航能力,是提升微创诊疗水平的重要支撑。

从现有手段看,CT、MRI、数字减影血管造影等影像技术在术前规划与术中评估中发挥了关键作用,但其在“连续、实时、三维追踪”方面仍存在约束:设备体量较大、对手术环境依赖强,部分场景以二维信息为主,且可能带来辐射暴露或流程复杂等问题。

与此同时,传统磁定位方案虽然具备实时追踪的潜力,但往往依赖固定刚性传感器阵列或大型电磁装置,部署灵活性不足,难以适配不同体位、不同器械以及多变的临床操作空间。

这些因素叠加,使得“精准导航”在不少微创场景仍存在应用门槛。

针对上述痛点,中国科学院深圳先进技术研究院与浙江大学科研团队提出一种可贴附、可定制的柔性磁定位贴片系统。

贴片基于柔性印刷电路板构建,整体轻薄柔软,可按需求设计形状与尺寸,既可贴附于皮肤表面,也可集成到探头、内镜等器械外表面,实现快速部署与“即贴即用”。

在实际手术环境中,这种柔性化、可定制化的形态有望缓解空间受限、传感器布置困难等问题,为器械定位提供更贴近临床流程的工程基础。

在系统策略上,团队构建了“双阶段磁定位”方法:第一阶段通过外部磁场确定柔性贴片在全局坐标系中的位置,相当于先把“参考坐标”在真实手术环境中校准到位;第二阶段以贴片为局部参考,对体内小型磁性目标进行定位,实现从“全局定位”到“局部精确追踪”的衔接。

其核心思路是把复杂环境下的定位任务分解为可控的两步,降低对固定外部装置的依赖,提高系统在动态场景中的可用性与稳定性。

研究成果的价值不仅在于方法提出,更在于围绕临床需求进行的系统性验证。

团队在脑动脉血管介入与ERCP导丝置入模拟实验中,展示了该方法对特定部位的高精度定位能力;在巴马猪体内模拟介入实验中,实现对股动脉内导丝的连续跟踪,验证了在体内复杂环境下的连续可用性;在新西兰兔模型中,通过佩戴集成柔性磁传感贴片的腰带,对胃肠蠕动相关信号参数进行连续采集与分析,进一步拓展至体外生理监测场景。

多模型、多任务的验证路径表明,该策略具备一定通用性,有望在不同器械形态与不同应用环节中形成“可迁移”的技术框架。

从影响层面看,若该类技术在更多临床场景完成验证并实现规范化应用,可能带来几方面积极变化:其一,减少对大型影像设备持续占用,提高术中导航的连续性与可及性;其二,降低器械操作对经验的单一依赖,强化可量化、可追溯的定位信息支持;其三,为内镜、介入与机器人等平台提供“轻量级定位底座”,促进器械操作与智能辅助决策的协同发展。

当然,定位系统走向临床仍需系统工程支撑,包括与现有手术流程的融合、在不同体型与体位下的鲁棒性评估、对电磁干扰环境的适配、以及安全性与标准化验证等。

面向下一步,对策性工作应聚焦“可用、可靠、可推广”。

一是围绕关键指标建立统一评测体系,明确定位精度、延迟、漂移与稳定性等核心参数在不同术式下的需求边界;二是推动贴片材料与封装工艺的临床适配,兼顾舒适性、皮肤兼容性与消毒流程;三是加强与临床团队的协同设计,围绕医生操作习惯优化人机交互与显示方式,避免“增加负担”的技术堆叠;四是结合机器人平台与导航软件生态,探索定位信息与术中图像、力反馈等多源数据融合,提高整体决策质量。

前景判断上,随着微创诊疗向更精细、更个体化方向发展,“轻量化、可穿戴、可集成”的导航技术将成为重要趋势。

柔性磁定位贴片与“双阶段”策略为此提供了可落地的工程化思路:既强调临床空间中的部署灵活性,又通过算法设计提升定位可靠性。

若后续在真实临床试验、跨机构多中心验证以及标准体系建设上取得进展,其有望在介入导航、内镜操作、康复监测与术后随访等环节形成更广泛应用。

这项研究成果代表了我国在医疗器械创新领域的重要进展。

柔性磁定位贴片系统的开发,不仅解决了传统磁定位技术的部署局限问题,更为微创手术的精准化、智能化提供了新的技术路径。

随着该技术的进一步优化和临床转化,有望显著提升我国微创手术的整体水平,为广大患者带来更加安全、高效的医疗服务。

这也充分体现了基础研究与临床应用相结合的重要意义,为推动我国医疗技术创新和产业升级奠定了坚实基础。