1883 年，Leyden 首次对 1 例肺炎患者行肺穿刺针吸活检做细菌学检查，3 年后 Menetrier 首次应用肺穿刺针吸活检诊断肺癌。在 1930～1940 年间， 很多学者对穿刺术进行研究，他们通常使用组织切割针，因未能借助 X 线定位引导穿刺，并发症多， 死亡率高和肿瘤种植等原因，使这项技术未能广泛开展。1966 年 Dahlgren 和 Nordenstrom 介绍了 X 线透视引导下肺穿刺活检技术。1976 年 Haaga 等首次报道 CT 引导下肺穿刺活检技术。
2006 年加利福尼亚、佛罗里达、密歇根及纽约的医保项目门诊手术数据库及住院患者数据库中有 15 865 例患者接受了 CT 引导下肺穿刺活检技术，气胸发生率 15%［95%CI（14，16）］，其中 7%［95%CI（6，7.2）］需要放胸腔闭式引流， 1%［95%CI（0.9，1.2）］出血，出血患者中 17.8%［95%CI（12， 24）］需要输血；发生这两种并发症需要放置引流管者住院时间明显延长（P<0.001），并且容易发展成需要机械通气的呼吸衰竭（P=0.02）；高龄、吸烟、有慢性阻塞性肺疾病（COPD）者容易出现并发症[1]。在一篇 Meta 分析中，粗针活检（32 篇文章， 8 133 次操作）和细针活检（17 篇文章，4 620 次操作）的汇总并发症总发生率分别为 38.8%［95%CI（34.3， 43.5）］和 24.0%［95%CI（18.2，30.8）］，前者显著高于后者（P<0.01）；严重并发症发生率分别为 5.7%［95%CI（4.4，7.4）］和 4.4%［95%CI（2.7，7.0）］[2]。
CT 引导下肺穿刺的准确性取决于三个因素： 进针点、进针深度和进针角度。进针点可用自制格栅定位标记；进针深度由 CT 机携带的软件进行准确测量；而进针角度，则由穿刺医生的经验决定（矢状面和横断面两个角度）。经验丰富的 CT 介入医生都有自己的感觉，比如通过在三维重建 CT 影像上的划线确定穿刺的角度，进行穿刺；或者利用几个指头，测量角度，比照 CT 划线，进行穿刺； 或者术者把握矢状面穿刺角度，助手站在足侧掌控横断面穿刺角度。但是对较小或较深的病灶进行穿刺时，需要反复调整进针角度，可造成正常组织 的创伤，导致各种并发症。为此，一些辅助导航技 术应运而生。早期的辅助技术是利用机械框架或机械臂，通过看刻度来确定手术器械的位置，称之 为机械式定位器。随着传感器和计算机技术的发展，机械定位器逐渐被电子传感器所代替，通过计 算机处理、显示空间定位数据和医学影像，逐渐形成了目前的影像导航系统。

1.1 机械定位支架
1906 年英国 Horsley 和 Clarke 研制出立体定向仪，但它仅用于动物实验研究。41 年后 Spiegel 和Wycis 发明人类的立体定位仪，并利用脑室造影定位技术，毁损脑深部结构以治疗精神病。以后，相继出现 Leksell、Reichert、Gillingham 和 Mccaul-Fairman 等定位仪。20 世纪 60～70 年代后，由于CT 和磁共振成像（MRI） 的广泛应用，大大提高了立体定位支架的准确性和安全性。近年来研制出适合肺部穿刺用立体定位支架，具有多方位、多角度定位作用。

1.2 跟踪定位系统
跟踪定位系统的设计原理源自全球定位系统（global positioning system，GPS）。它的设计原理是现代影像技术、立体定向技术与计算机技术（包括无线电和信号学等相关领域）有机结合的成果。但是，如何将计算机引导与医生的经验相结合，是一个值得探讨的问题。

1.2.1 机械定位系统
机械定位系统是最早应用于临床的测量手术器械空间位置的方法，从早期的框 架式，到现在的机械臂式。框架式需要占用较大的 空间，妨碍医生操作，现在已基本不用。机械臂式定位器可以在手术室内移动，比较灵活。机械臂一 般具有 3 个以上自由度，由电脑控制其末端的空间位置和形态。手术器械固定在机械臂的末端，根据 机械臂的数学模型，即能够推算出手术器械的空间 位置和形态。目前研发的机械定位系统有印度Perfint 公司的 ROBIO EX 系统。

1.2.2 光学跟踪定位系统
光学跟踪定位系统常用红外光跟踪定位系统。
 
1.2.2.1 红外线照相机 
红外光探测光学反射球被固定在穿刺针尖端上，使红外线照相机易于识别。实际应用中至少用 3 个以上光学反射球，以便进行6 个自由度空间定位。

1.2.2.2 光学反射球
 将采集靶点的位置信息并传给计算机，计算靶点的空间位置，与先前的 CT 图像叠加。
光学跟踪定位系统不受电磁干扰，精度能够达到 1 mm，但是医生在操作过程中不能阻挡光线传播的途径，因此活动空间受到限制。目前研发的光 学跟踪定位系统有奥地利 Interventional System 公司的 iSYS 荧光导航系统、挪威 NeoRad 公司的SimpliCT 激光导航系统。

1.2.3 电磁跟踪定位系统

1.2.3.1 磁场发生器
由一个三维线圈构成，在三维空间产生交变振荡的低频磁场。磁场发生器大小约为20 cm×20 cm×20 cm，其可检测范围约为0.5 cm×
0.5 cm×0.5 cm，靠近治疗部位，由可调节承重臂支撑。

1.2.3.2 定位传感器 
一般非常小，直径<0.3 cm， 长度<10 cm，固定于穿刺针尖端，通过一根导线将信号传输到控制系统，位于电磁场中的 X、Y、Z 轴以及运动时方位信息被磁场探测器捕获，与先前的CT 图像叠加。定位传感器可以检测到 5 个或 6 个自由度（degree of freedom，DOF）。
电磁跟踪定位系统主要有两点优势，一是没有视线遮挡问题，包括人体、医生和铺巾等不会影响信号的传输；二是传感器非常小，易于固定在穿刺 针上。主要缺点是可能受到周围磁场的干扰，包括 操作器械、成像系统检查床等，严重影响定位的精度和可靠性；其次是需要反复调整场发生器的位置，确保定位传感器可以被检测到；再次是定位传 感器需要有线连接；最后，比光学定位略低，一般在 3 mm 左右。目前研发的电磁跟踪定位系统有美国 GE 公司的 VTI InstaTrak3500 系统、加拿大 NDI Aurora 系统，美国 Veran Medical 的 IG4 系统。

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