9月26日，《生物活性材料》（Bioactive Materials）正式刊发了题为“Enhancing remanent magnetization of injectable hydrogels improves realtime transluminal localization of tumor in hollow soft viscera”的论文。该成果依托国家脉冲强磁场科学中心与华中科技大学同济医学院附属协和医院共建的电磁医学临床应用研究联合实验室开展，由中心李亮教授团队、协和医院蔡开琳教授团队、集成电路学院欧阳君教授团队以及海军工程大学等单位研究人员合作完成。协和医院博士后古俊楠、博士生蒋振兴，中心博士生孙宇轩，集成电路学院硕士生张天奕为论文共同第一作者。蔡开琳教授、李亮教授、欧阳君教授和曹英豪博士后等为共同通讯作者。

在胃肠道手术中，实现腔内肿瘤的精准定位对手术质量和预后至关重要。例如，直肠癌的术中定位精度直接决定了能否保肛。传统临床手段存在定位精度不足、持续时间有限或医疗耗费较高等问题。具有强组织穿透能力的电磁定位展现了巨大的应用潜力。然而，目前用于定位的磁标记物存在持续示踪效能不足、固态材料组织相容性差等问题。此外，电磁定位应用于胃肠道等软组织器官时，亟需克服动态配准的挑战。

针对上述问题，团队报道了一种基于多源磁标记的电磁定位技术（SEML），用于胃肠道微创手术中的腔内定位。团队设计了具有持续磁化特性的可注射磁性水凝胶（MagLabel-IH）用于在体精准、稳定磁示踪，并提出了磁坐标位点映射真实解剖位置的术中动态配准模型，无需依赖术前影像进行配准。该技术能够便捷地实现胃肠道内的毫米级定位，并可应用于多目标共定位、消化道组织重建的规划和引导等多样化手术场景。

图1 基于MagLabel-IH的术中电磁定位技术概览图

团队研制了一种具有磁粒子层状排列的互穿网络磁性水凝胶（MagLabel-IH），用于解决可注射流体难以维持剩磁的难题。在体外实验中，通过弱磁场（～150mT）的原位重取向，可迅速恢复因组织注射导致的剩磁减弱，且剩磁可维持达5天，有助于实现持续的在体磁示踪效果。MagLabel-IH同样具备良好的流变性能和可注射性，在剪切测试中展现了典型的剪切变稀特性；并且在内窥镜针注射测试中，其注射压力与医用透明质酸钠注射液（0.4%）相比未显著增加。此外，在针对离子释放（人工胃液、肠液等）、细胞毒性、全身急性毒性以及组织内长期安全性等一系列生物安全性评价中，MagLabel-IH均表现出良好的生物相容性。

图2 MagLabel-IH的磁学性能

同时，团队搭建了用于外科术中定位和引导的电磁定位系统（SEML）。系统由磁传感阵列、信号处理单元、电磁探测引导杆以及可视化定位程序等组成。通过开发的EPSO-LM定位算法和交-直流混合信号检测模型，该系统能够实现人体腹腔区域内目标的全局搜索和局部快速跟踪，并用于交流（电磁引导杆）、直流（MagLabel-IH）等多磁源信号的共定位。系统在标准化测量平台、人工消化液环境、模拟手术场景、仿体及离体组织等一系列实验中，均展现了毫米级定位精度及良好的稳定性。

图3 电磁定位系统（SEML）的制造和技术特征

在进一步的活体动物手术实验中，基于MagLabel-IH的电磁定位技术展现了显著优于传统生物染料标记的定位能力（P＜0.05）。通过自研的电磁系统（适用于人体及大动物）对实验兔体内的MagLabel-IH进行原位重取向磁化，可实现持续在体磁示踪效果（～5天）。在腹腔镜手术中，MagLabel-IH标记的定位精度显著优于印度墨水（3.8±0.8mm vs16.8±8.6 mm, P＜0.05），同时定位耗时占比（占总手术时长比例）低于0.01%。

图4 胃肠道腔内定位的活体动物手术评价

此外，该技术还在手术切缘测量、多点共定位以及消化道重建的规划中展现了广阔的应用潜力，未来有望为精准化、个体化外科手术操作提供多功能电磁定位引导平台。

图5 在规划消化道重建中的应用

该项研究得到了国家自然科学基金、国家脉冲强磁场科学中心学科交叉基金和华中科技大学交叉研究支持计划的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2025.08.025