外视镜与显微镜下5-氨基酮戊酸荧光引导脑胶质瘤手术可视化效果比较及自动检测系统开发

《Neuro-Oncology Advances》：10138-ST-7Intraoperative 5-ALA Fluorescence Visibility in Glioma Surgery Using Exoscope: Comparison with Microscope and Implications for Automated Detection

本研究针对5-ALA荧光在脑胶质瘤手术中的可视化受光学设备影响的问题，比较了外视镜、显微镜和内窥镜的荧光显示效果。结果显示，在WHO 4级胶质瘤中，外视镜能实现稳定荧光可视化，且开发的自动检测系统可实时勾勒荧光区域并叠加于白光图像，为荧光引导手术提供了新技术方案。

　　

在神经外科领域，脑胶质瘤的手术切除始终是一项严峻挑战。手术的目标是在最大程度切除肿瘤组织的同时，竭力保护健康的脑功能区域。为了实现这一精准平衡，5-氨基酮戊酸（5-ALA）诱导的荧光技术自问世以来，已成为外科医生手中的一把“利器”。5-ALA是一种天然氨基酸，能被高代谢的肿瘤细胞选择性摄取并转化为荧光物质原卟啉IX（PpIX），在特定波长的蓝光照射下，肿瘤组织会发出醒目的粉红色荧光，从而与正常脑组织形成鲜明对比，指导医生进行更彻底的切除。

然而，这把“利器”的锋利程度并非一成不变，其效能在很大程度上依赖于术中所用的“眼睛”——即光学成像设备。传统的手术显微镜是神经外科手术室的标配，但其在显示5-ALA荧光时存在局限性：荧光信号的可见度易受手术室环境光线、显微镜自身光学性能等因素干扰，在某些情况下，荧光可能非常微弱甚至难以辨认，这无疑增加了手术的难度和风险。自2021年起，一种新型的光学设备——外视镜（exoscope）开始应用于临床。它不同于显微镜的目镜观察模式，而是通过高清晰度摄像头将手术野图像实时传输到大型显示器上，为整个手术团队提供了更广阔、更符合人体工学的视野。那么，这种新型的“眼睛”观察5-ALA荧光的效果如何？它与传统的显微镜相比有何优劣？这正是本研究旨在解答的核心问题。

为了系统评估不同光学系统对5-ALA荧光可见度的影响，并探索提升荧光导航效能的新方法，来自东京科学大学神经外科和杏林大学的研究团队Kazuhide Shimizu、Yoji Tanaka等人开展了一项回顾性研究。他们的研究成果发表在《Neuro-Oncology Advances》杂志上。

研究者回顾性分析了2017年4月至2025年3月期间在其机构接受胶质瘤切除术的169例成年患者的临床资料。这些手术分别采用了三种不同的光学观察系统：传统手术显微镜（84例）、外视镜（64例）和内窥镜（7例）。研究人员根据术中记录的荧光强度，将其分为三类：强荧光、模糊荧光和无荧光。此外，针对2023年5月之后使用外视镜进行的手术，研究团队还开发并应用了一套自动检测系统。该系统能够实时处理外视镜拍摄的视频流，通过分析画面的亮度（luminance）和色度（chroma）信息，智能地识别并提取出荧光区域的轮廓。

主要研究结果

• •
  外视镜在高级别胶质瘤中提供更一致的荧光可视化： 研究结果显示出明显的差异。特别是在世界卫生组织（WHO）4级胶质瘤患者中，所有使用外视镜的病例均观察到了强荧光或模糊荧光，没有一例出现完全无荧光的情况。相比之下，在使用显微镜的同类病例中，存在一部分病例未能观察到任何可见的荧光。这一对比强烈提示，外视镜在显示5-ALA荧光方面可能具有内在优势，能够在即使是显微镜下难以识别的病例中，也能提供相对稳定和一致的荧光信号，确保了荧光导航技术的可靠性。
• •
  自动荧光检测系统实现实时精准轮廓勾勒： 本研究开发的自动化检测系统是另一大亮点。该系统成功地对实时视频中的荧光区域进行了准确勾勒。更重要的是，该系统能够将勾勒出的荧光轮廓实时叠加到常规白光（标准光）图像之上。这项技术创造了一种“增强现实”般的效果：外科医生可以在熟悉的正常解剖视野下，同时清晰地看到由计算机精确标注的肿瘤荧光边界。这种方法极大地提升了判读的直观性和准确性。
• •
  技术集成助力安全手术： 这种实时图像处理技术的集成，为手术安全带来了实质性益处。通过清晰地显示肿瘤边界，它直接辅助外科医生进行更彻底的肿瘤切除。同时，叠加显示功能有助于医生在切除过程中辨识并避开重要的正常结构，特别是大脑皮层动脉，从而在追求最大程度安全切除（Maximal Safe Resection）的目标上迈出了坚实的一步。

研究结论与意义

本研究通过严谨的回顾性数据分析，明确揭示了外视镜在5-ALA荧光引导的胶质瘤手术中相较于传统显微镜的潜在优势，尤其是在确保高级别胶质瘤荧光可视化的稳定性方面。更重要的是，研究团队开创性地将外视镜成像与实时图像处理技术相结合，开发出的自动荧光检测系统，实现了荧光区域的自动、实时、精准勾勒与可视化叠加。

这项研究的意义深远。首先，它为神经外科医生选择术中光学设备提供了重要的实证依据，凸显了外视镜在荧光导航手术中的应用价值。其次，也是更具革新性的的一点在于，它将人工智能辅助的图像分析技术无缝整合到了手术流程中，朝着手术智能化、精准化方向发展。这种技术融合不仅有望降低对术者主观经验判断的过度依赖，提高手术的一致性和安全性，还可能在未来通过量化荧光强度等方式，为肿瘤边界的界定提供更客观、更精细的指标。总而言之，外视镜与实时图像处理的结合，代表了一种有前景的技术进步，为荧光引导神经外科的未来开辟了新的可能性。