科普|会“发光”的胃癌细胞:荧光成像技术与AI如何携手点亮胃癌
创始人
2026-08-31 21:21:26
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引言

根据世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)最新统计,2022年全球约有96.9万人新发胃癌,约66.0万人因胃癌死亡,胃癌已成为全球癌症相关死亡的第五大原因。手术治疗仍是胃癌治疗最重要的手段。然而,在传统胃癌手术中,外科医生常常面临着一个关键难题——手术不够精准。

传统胃癌手术,在很大程度上是依赖经验的判断。胃的肿瘤与正常组织间往往缺乏清晰的界限。因此医生很难在术中“直接看见”肿瘤的真实边界,更多时候需要结合肉眼观察、手术经验以及触觉反馈来综合判断切除范围。而这种“看不清”,会带来非常现实的临床挑战:如果切除不足,可能导致肿瘤细胞残留,增加术后复发风险;如果切除过多,则可能损伤正常组织,影响术后的消化功能和生活质量。

如果有一种方法,能让胃癌组织在术中“亮起来”,把原本模糊的边界清楚地呈现在医生面前,手术会不会变得更精准、更安全?

在手术中“让肿瘤发光”,这并非科幻场景,而是走进临床的现实技术——荧光成像。随着人工智能(artificial intelligence,AI)的加入,这种“光”也变得更加“聪明”,不仅能被看见,还能被分析和解读。

“光”点亮胃癌,“智”指引刀锋——一个更加精准、更加可视化的胃癌手术时代,正在悄然到来。

荧光造影剂:胃癌手术中的“隐形向导”

如果把胃癌手术比作一次复杂的“迷宫穿梭”,那么荧光造影剂就像一位能够发出信号的“隐形向导”。它不能替代医生做决定,却能帮助医生在术中看到原本不容易分辨的信息,这正是荧光引导手术(fluorescence-guided surgery, FGS)的基本思路。

目前临床最常用的荧光造影剂是吲哚菁绿(Indocyanine Green, ICG),它早在1956年就已被美国食品药品监督管理局(FDA)批准用于临床,也是我国目前唯一获批应用的近红外荧光造影剂,其在血液中的半衰期约为 4 min,通过肝脏代谢排泄至胆管,无肾毒性,具有良好的安全性。

在特定波长(约750–810 nm)的近红外光照射下,吲哚菁绿会发出波长约840 nm的荧光信号。这种近红外光具有较强的组织穿透能力(约5–10 mm),使得原本“隐藏”在组织中的肿瘤,在成像系统中能够被清晰地“点亮”。

那么“向导”是如何精准导航的呢?

吲哚菁绿并不能主动靶向识别肿瘤,而是依赖肿瘤的特殊结构,被动地滞留在肿瘤组织中。这种现象称为增强渗透与滞留效应(enhanced permeability and retention,EPR)。通俗地说,就是“进得多、出得慢”。

“进得多”是指:正常组织的血管结构完整、致密,更像“管理严格的管道”,吲哚菁绿不易渗出;而肿瘤组织中的血管结构往往异常、通透性高,更像“年久失修的漏水管”,吲哚菁绿更容易从中渗出并进入肿瘤组织。

“出得慢”是指:肿瘤会挤压周围的淋巴管,导致吲哚菁绿通过淋巴回流排走变得十分缓慢。

这样一来,吲哚菁绿便在肿瘤组织中逐渐积累。而在正常组织中,它不会滞留,会随血液循环经肝脏迅速代谢。

仅仅定位胃癌组织还不够,因为肿瘤可能依赖淋巴系统转移。吲哚菁绿的另一大功能就是进行淋巴结示踪——进入淋巴管的部分吲哚菁绿,随淋巴液引流至淋巴结,由于淋巴液流速缓慢,可在淋巴结内滞留较长时间。因此吲哚菁绿能由近及远逐级“点亮”可能的转移途中的淋巴结,为医生精准清扫提供可视化导航。

近红外成像:外科医生的“透视眼”

不过,仅有“向导”还不够。要想让荧光造影剂真正服务于手术,我们还需要一套系统来完成激发-捕捉-转化-呈现的过程,这就是近红外荧光成像系统。

这套系统大致由三个部分组成:首先,近红外激发光源负责“激活”吲哚菁绿,向其发出特定波长的光;随后,高灵敏度的荧光摄像设备负责捕捉吲哚菁绿发出的荧光信号,就像雷达接收回波一样;最后,计算机图像处理系统对信号进行分析和重建,将其转化为可视化图像,实时呈现在医生眼前。荧光越强代表进入肿瘤的吲哚菁绿更多,肿瘤组织血管多,血供好;越弱代表进入肿瘤的吲哚菁绿较少,肿瘤组织血管少,血供差,甚至可能存在坏死;无荧光部分则是正常组织。

在这样的“光+设备”的配合下,原本难以分辨的肿瘤组织,被清晰地勾勒出来,就像医生拥有了一双“可以看见隐藏目标”的眼睛,从而为手术提供更加精准的指引。

AI赋能:从“看见”到“看懂”的飞跃

吲哚菁绿的荧光穿透能力有限,当肿瘤位置较深或组织较厚时,信号会明显减弱;其次,周围正常组织也可能产生一定的背景荧光,再加上肿瘤内部常常存在坏死、出血等复杂情况,都会让荧光边界变得不够清晰。

换句话说,在“向导”的帮助下,肿瘤虽然能被看见,但却是模糊的。而在这种情况下,医生对图像的解读,在很大程度上依赖个人经验。因此,我们迫切需要一位小助手来处理模糊的荧光图像——既让医生看得清,也让医生看得懂。这样医生才能做出更精准的判断,手术才更安全。

这位“小助手”,正是人工智能。

目前AI的图像增强功能在临床已经普及:它能够对原始荧光图像实时降噪和增强,减少背景信号的干扰,使原本模糊的肿瘤边界变得清晰。

更进一步,AI能够直接从图像中提取荧光强度,将抽象的图像转化为客观的数据,甚至还可以进行智能化分析,判断某一区域是否存在肿瘤,但这种辅助判断功能仍处于临床试验阶段,需要经过大规模的数据训练来验证。

最后,让我们回顾手术全流程。

术前或术中,医生将吲哚菁绿注入体内,让它渗透进入肿瘤组织,在近红外光照射下发出荧光。近红外荧光成像系统接受荧光信号并将图像呈现给医生,肿瘤位置、边界以及淋巴引流路径就清晰可见了。AI在此过程中可增强和处理图像,使肿瘤边界更加清晰。在荧光造影剂、近红外荧光成像系统以及AI的配合下,医生便能更精准地切除胃癌,降低复发风险。

现实之问:患者最关心的那些事

技术的进化,让胃癌手术从“看见”迈向“看懂”。但真正走进手术室前,患者和家属往往更关心一些更具体的问题:这项技术安全吗?费用高不高?是不是所有人都能用?目前还有什么不足?这些疑问,关乎技术能否真正惠及患者,也是我们接下来要一一解答的。

Q1:这项技术有辐射吗?是否安全?

A1:吲哚菁绿本身不含放射性物质,没有辐射。而且它在血液中的半衰期较短,主要通过肝脏代谢,经胆汁排泄,无肾毒性,在临床已使用数十年,安全性较高。

Q2:哪些人能用,哪些人不能用?

A2:吲哚菁绿荧光成像适用于大多数接受胃癌手术的患者,尤其是需要明确肿瘤边界、判断淋巴结引流范围者。

但以下人群需谨慎使用或避免使用:

① 对碘或吲哚菁绿过敏者;

② 尚无孕妇用药经验,哺乳期妇女需要使用时应停止哺乳;

③ 尚无儿童用药经验;

④ 一般老年人生理功能状态低下,应谨慎给药。

Q3:它对患者的预后到底有多大帮助?

A3:现有研究表明,该技术应用于胃肠肿瘤手术,不仅能够精准定位肿瘤和切缘,还能有效缩短手术时间约12%。研究显示,在吲哚菁绿引导下,淋巴结清扫数量增加了19%,淋巴结不合格率降低了25.6%,总体复发率降低了13.2%。

Q4:吲哚菁绿近红外成像引导下的腹腔镜胃癌根治手术费用如何?是否纳入医保?

A4:与普通胃癌根治术相比,只是多了一个胃肠镜的费用和一个药费。具体收费标准以医院实际说明为准。

Q5:该技术普及度、成熟度如何?

A5:临床开展广度上,国内许多市级中心医院已具备条件;技术成熟度方面,相关应用已被写入《吲哚菁绿近红外光成像在腹腔镜胃癌根治术中应用中国专家共识(2025版)》,标志着该技术进入规范化应用阶段。

Q6: 目前AI辅助荧光成像技术有什么不足?面临哪些挑战?

A6: 荧光信号易受环境和设备等因素的干扰,成像不够稳定;另外,AI需要大规模的标准数据进行训练,但目前缺乏标准化数据;同时,AI深度分析需要一定时间,而手术需要实时数据,缩短AI分析时间这一问题亟待解决。随着技术的进步,我们有理由相信这些问题都能解决,荧光成像与AI融合的稳定性与精准度不断提升,推动胃癌手术走向精准化,为精准外科的发展奠定基础。

结语

从依赖肉眼与经验的“摸索”,到借助荧光成像实现“看见”,再到人工智能辅助下真正“看懂”,胃癌手术正在经历一场悄然发生的变革。在这场变革中,光让肿瘤无所遁形,AI让信息变得可解读——手术不再只是经验的较量,而逐渐成为数据与判断的协同过程。医生的每一次决策,也从“尽可能正确”,走向“更加确定”。

当胃癌细胞学会“发光”,人类也正在学会如何更精准地应对它。

而这束光,照亮的不只是手术视野,更是患者通向康复的道路。

作者:

董峰,张婉欣,李智慧,邵岩飞,孙晶

上海交通大学医学院附属瑞金医院普外科

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