多模態(tài)神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合顯微鏡下顯影技術(shù)在大腦運動功能區(qū)腫瘤精準切除手術(shù)中的應(yīng)用

李亞東 劉金昊 線春明 賀喜武 盧忠勝 楊 鵬 張 強

最大范圍切除腫瘤組織的同時，最大限度保護大腦功能是神經(jīng)外科手術(shù)主要目的，也是神經(jīng)外科手術(shù)的難點。由于涉及運動、感覺、語言功能相關(guān)的皮質(zhì)及纖維束的腦功能區(qū)損傷不可逆，因此術(shù)前及術(shù)中精確定位病變與腦功能區(qū)組織尤為重要[1]。隨著神經(jīng)外科及計算機技術(shù)的發(fā)展，利用神經(jīng)導(dǎo)航進行解剖像（T1、T2 等）與功能像（DTI、BOLD 等）、血管影像（CTA、MRA、MRV 等）、代謝像（PET 等）等多種模式融合的技術(shù)，可在術(shù)中精確顯示病變與周圍腦組織中白質(zhì)纖維束、功能區(qū)皮質(zhì)和血管等的三維立體毗鄰關(guān)系[2]，多模態(tài)神經(jīng)導(dǎo)航使得顱內(nèi)病變精準定位成為可能，實現(xiàn)顱腦手術(shù)腦保護最大化。術(shù)中將多模態(tài)融合數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)導(dǎo)航儀中，神經(jīng)導(dǎo)航連接顯微鏡，將瘤周血管、難以分辨的功能區(qū)皮質(zhì)和傳導(dǎo)束，在鏡下實現(xiàn)可視化，從而達到最大程度切除腫瘤，并且極大保護了神經(jīng)功能[3]。本文回顧性分析青海省人民醫(yī)院神經(jīng)外科2016 年3 月至2018 年3 月收治的19例病變位于大腦功能區(qū)及鄰近的患者，探討神經(jīng)導(dǎo)航多模態(tài)圖像融合技術(shù)結(jié)合顯微鏡下顯影技術(shù)在切除大腦功能區(qū)腫瘤手術(shù)治療中的應(yīng)用。

方 法

1.臨床資料

納入2016 年3 月至2018 年3 月在青海省人民醫(yī)院神經(jīng)外科借助多模態(tài)神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合顯微下顯影技術(shù)，完成手術(shù)切除功能區(qū)占位患者19例（隨訪期至2018 年8 月），其中男11例，女8例，年齡24 ～64歲，平均43歲。腫瘤直徑約3.6 ～6.7cm。腫瘤位置：術(shù)前MRI顯示10例位于中央溝前方，3例位于中央溝，6例位于中央溝后方。納入標準：①頭顱增強MRI 提示顱內(nèi)占位性病變位于大腦運動功能區(qū)或鄰近區(qū)域，神經(jīng)系統(tǒng)體格檢查與相對應(yīng)功能區(qū)占位臨床體征一致；②無顱腦手術(shù)及放化療病史，無顱腦及全身嚴重外傷史，無手術(shù)禁忌；③查體合作，分別于出院1個月、3個月、6個月完成隨訪；④術(shù)后病理結(jié)果符合膠質(zhì)細胞瘤、腦膜瘤等。排除標準：①年齡≤15歲或≥70歲；②意識障礙、合并神經(jīng)及精神類疾病等，無法配合的患者；③合并其他機體系統(tǒng)疾病，有明確手術(shù)禁忌或相對禁忌；④不能完成回訪。

2. 影像學(xué)方法

2.1 磁共振導(dǎo)航序列：采用德國西門子Skyra 3.0T 超 導(dǎo)MR 設(shè) 備， 運 用T1-3D-MPRAGE序列，重復(fù)時間（TR）=1 900 ms，回波時間（TE）=2.43ms， 層 厚1mm， 層 間 距0.5mm，F(xiàn)OV=256mm×256mm， 矩 陣256×256，BW=180Hz/PX，用時266 秒，掃描范圍從下頜至顱頂?shù)娜拷M織。增強掃描：使用對比劑為釓噴酸葡胺（Gd-DTPA），用量為0.1mmol/kg，從肘靜脈注入，再次采用上述參數(shù)得到增強導(dǎo)航序列。

2.2 DTI 掃描參數(shù)：TR=8 200ms，TE=92ms，層厚2mm，層數(shù)63 層，F(xiàn)OV=256mm×256mm，矩陣128×128，BW=1 562Hz/PX，采集20個方向，擴散系數(shù)b 值為1 ～100，用時371 秒，掃描范圍覆蓋全部腦組織及腦干。

2.3 術(shù)前行MRV、CTA 檢查。

3.多模態(tài)影像融合

術(shù)前將采集的MRI、DTI、MRV、CTA 影像學(xué)數(shù)據(jù)以DICOM 格式導(dǎo)入神經(jīng)導(dǎo)航工作站，采用Brainlab 公司 iPLAN 3.0 手術(shù)計劃系統(tǒng)通過影像自動融合（auto fusion）、血管三維重建及白質(zhì)纖維束追蹤（fiber tracking）等多種影像數(shù)據(jù)處理軟件，其中DTI 采用偏轉(zhuǎn)張量算法，各向異性分數(shù)閾值選取0.20，最小纖維束長度50mm。在T1 解剖像上用3D 矩形框選取腫瘤周圍感興趣區(qū)域，再用一個3D 矩形框選取腦干，追蹤后再利用exclude 模式剔除不符合錐體束解剖走行的纖維束，可見病變與錐體束的三維關(guān)系[4]（圖1C）。根據(jù)多模態(tài)三維影像，術(shù)者在術(shù)前可設(shè)計出最佳手術(shù)路徑及手術(shù)安全范圍[5]）。

圖1 A、B.為術(shù)前MRI 影像，顱內(nèi)占位性病變位于右側(cè)中央前回前，周圍水腫帶波及至中央前回；C.為術(shù)前多模態(tài)影像融合（紅色為腦動脈血管，藍色為靜脈及上矢狀竇，綠色為錐體纖維束，黃色為顱內(nèi)占位性病變）。

4. 手術(shù)方法

術(shù)中將多模態(tài)融合圖像數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)導(dǎo)航（Brainlab），頭架固定顱骨及導(dǎo)航參考架，完成面部皮膚表面注冊，測試精準度滿意。先借助導(dǎo)航探針定出病灶體表投影，設(shè)計出個性化的手術(shù)入路方向、頭皮切口、骨瓣大小等。術(shù)中神經(jīng)導(dǎo)航與顯微鏡連接，并將多模態(tài)融合圖像投射入顯微鏡(pentero，carl zeiss)下，在手術(shù)進入皮質(zhì)前再次使用探針確定腫瘤邊界、中央溝、中央前回、中央后回，熟悉病變與周邊功能區(qū)腦組織的血管、傳導(dǎo)束等之間的關(guān)系，開始腫瘤切除手術(shù)操作。術(shù)中根據(jù)顯微鏡下多模態(tài)影像投影定位指引，最大限度地切除病灶的同時，不破壞皮質(zhì)功能區(qū)、正常血供及傳導(dǎo)束，保存鄰近重要結(jié)構(gòu)完整。

結(jié) 果

1.多模態(tài)影像結(jié)果

1.1 DTI：病變均使功能區(qū)錐體束發(fā)生移位和分散，其中2例膠質(zhì)瘤使纖維束部分破壞、中斷。

1.2 腫瘤定位：術(shù)中證實腫瘤邊界和術(shù)前所重建的邊界均相吻合。

1.3 血管三維重建：15例患者根據(jù)動靜脈三維影像判斷，其中11例可辨別出可能的載瘤血管位置。

2.手術(shù)及術(shù)后病理

19例患者中，神經(jīng)膠質(zhì)瘤7例（I ～II 級5例，III ～IV 級2例），腦膜瘤12例。術(shù)后復(fù)查增強MRI，19例功能區(qū)腫瘤中，16例病變?nèi)谐?例次全切除，無死亡和其他嚴重并發(fā)癥。

圖2 A.根據(jù)神經(jīng)導(dǎo)航體表定位確定手術(shù)切口及骨窗大小；B.術(shù)中多模態(tài)影像投射顯微鏡下，顯示腫瘤位置及周圍動脈、靜脈及神經(jīng)纖維束（黃線輪廓代表皮質(zhì)下腫瘤邊界，藍線代表瘤周靜脈，紅線代表瘤周動脈），確定皮質(zhì)入路腦溝；C.術(shù)中實時導(dǎo)航下完整切除腫瘤。

3.術(shù)后3 月復(fù)查

術(shù)區(qū)側(cè)DTI 與術(shù)前DTI 對比，錐體束FA 值無明顯減低；19例患者術(shù)后肢體肌力及感覺無變化或有改善，其中10例（52.63%）患者肢體運動及感覺較術(shù)前有明顯改善；出現(xiàn)短暫性偏癱2例，術(shù)后3個月時已恢復(fù)至術(shù)前肌力水平。

4.術(shù)后隨訪

19例患者隨訪3 ～6個月，生活自理能力與術(shù)前相比9例患者無減退，10例患者有明顯改善，應(yīng)用改良Rankin 量表(mRS)評價，19例患者均達到Rankin 評分≤2。

5.典型病例

男，42歲。因“左側(cè)肢體無力伴頭痛3個月”入院，診斷為右額頂竇鐮旁腦膜瘤（圖1A、B）。入院查體見左側(cè)肢體肌力IV 級。術(shù)前行T1 加權(quán)像導(dǎo)航序列和DTI 掃描。神經(jīng)導(dǎo)航多模態(tài)融合三維重建后可見腫瘤后外側(cè)有錐體束，腫瘤位于中央前回前方皮質(zhì)下，錐體束明顯受壓，向后外側(cè)移位（圖1C）。術(shù)中應(yīng)用神經(jīng)導(dǎo)航針，可顯示腫瘤位于中央前回前方，根據(jù)神經(jīng)導(dǎo)航體表定位設(shè)計手術(shù)切口及骨窗大?。▓D2A）。術(shù)中導(dǎo)航多模態(tài)影像投射在顯微鏡下定位皮質(zhì)入路腦溝（圖2B），保護功能區(qū)，行瘤內(nèi)切除，切斷載瘤血管，最后仔細分離腫瘤包膜，對瘤周正常組織進行重點保護（圖2C）。術(shù)后6個月復(fù)查MRI、DTI，結(jié)果顯示腫瘤全切除，無復(fù)發(fā)，腦水腫消失，術(shù)后右側(cè)錐體束FA 值無明顯減低（圖3D），患者左側(cè)肢體運動功能完全恢復(fù)。術(shù)后病理結(jié)果：腦膜瘤（右額葉，WHO I 級）。

圖3 A、B.為術(shù)后6個月復(fù)查頭顱MRI 及DTI：腫瘤全切，未見復(fù)發(fā)，術(shù)區(qū)無腦水腫；C.術(shù)前DTI 影像；D.術(shù)后DTI 影像，取腫瘤周圍錐體束為感興趣區(qū)，測FA 值提示術(shù)后較術(shù)前值偏高，右側(cè)錐體束壓迫性損害恢復(fù)。

討 論

手術(shù)切除是目前神經(jīng)外科治療顱內(nèi)腫瘤的主要手段，由于大腦功能區(qū)腫瘤致殘率高，術(shù)中腦保護決定著患者術(shù)后的生活質(zhì)量，因此徹底切除病變與最大限度保留腦功能，成為神經(jīng)外科手術(shù)所追求的境界。隨著神經(jīng)外科計算機輔助工具的發(fā)展，多模態(tài)神經(jīng)導(dǎo)航成為一種可以整合術(shù)前神經(jīng)影像學(xué)研究的數(shù)據(jù)和優(yōu)化手術(shù)治療的術(shù)中信息[6]，實時對術(shù)者提供了對腫瘤切除和周圍相關(guān)重要結(jié)構(gòu)保護的掌控能力，神經(jīng)導(dǎo)航可以提高腫瘤切除率，避免重要功能腦區(qū)的損傷，可降低術(shù)后神經(jīng)功能缺損的風(fēng)險，提高患者術(shù)后的生存質(zhì)量[7]。

本組19例運動功能區(qū)腫瘤的患者，經(jīng)神經(jīng)導(dǎo)航多模態(tài)融合結(jié)合術(shù)中顯微鏡顯影技術(shù)進行手術(shù)切除，術(shù)后復(fù)查頭顱MRI 證實，16例達到全切，3例達到次全切，術(shù)后肢體肌力及感覺無進行性減退，其中10例（53%）患者肢體運動感覺較術(shù)前有明顯改善，筆者體會多模態(tài)神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)較傳統(tǒng)手術(shù)相比，有以下技術(shù)優(yōu)勢：①可以制訂個性化的手術(shù)方式。通過多模態(tài)三維影像可進行術(shù)前手術(shù)方案設(shè)計，采用合適的頭皮切口及骨窗，選擇腫瘤無傳導(dǎo)束區(qū)域的腦溝為皮層入路點，術(shù)中對病變和傳導(dǎo)束之間的界面進行邊界區(qū)分，達到腫瘤的最大切除。②提高手術(shù)的安全性。傳統(tǒng)手術(shù)中不可見到的神經(jīng)纖維傳導(dǎo)束[8]及深部血管，多模態(tài)神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)在術(shù)中操作時動態(tài)顯示，術(shù)者在術(shù)中可掌握病變與周邊纖維束、載瘤血管、正常動靜脈及功能區(qū)的關(guān)系，采取安全區(qū)域手術(shù)操作，最大限度保護錐體束及腫瘤周圍正常組織。③可縮短手術(shù)時間及術(shù)中出血。術(shù)中因多模態(tài)影像的實時投射在顯微鏡中，術(shù)者可在短時間內(nèi)判斷出瘤周復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征，在切除病變早期就可離斷供瘤血管，減少術(shù)中出血及手術(shù)操作時間。④對于膠質(zhì)瘤等邊界不清的病變切除更具有手術(shù)優(yōu)勢，多模態(tài)DTI 纖維示蹤圖，可以直觀地顯示腫瘤與其周圍的大腦白質(zhì)纖維之間的關(guān)系[9]，同時神經(jīng)導(dǎo)航將術(shù)前所勾勒腫瘤邊界可投射在顯微鏡下，術(shù)中切除病變前可確定切除范圍，以達到精準切除病變和功能區(qū)的最大化保護。⑤有利于患者的早期康復(fù)。使用多模態(tài)導(dǎo)航技術(shù)后，手術(shù)時間縮短、術(shù)中出血明顯減少、瘤周正常結(jié)構(gòu)最大限度的保護，導(dǎo)致術(shù)后腦水腫、顱內(nèi)感染等手術(shù)并發(fā)癥明顯降低，住院時間及住院費用減少，使患者在術(shù)后早期就達到身心康復(fù)。⑥術(shù)前多模態(tài)影像對DTI 分析不但有助于指導(dǎo)術(shù)前臨床治療方案的制定，而且對術(shù)后放化療療效觀察，以及判斷預(yù)后提供幫助[10]。

文獻報道[11]，在術(shù)中由于腦組織的牽拉、較大實質(zhì)腫瘤切除后的腦組織塌陷或囊性腫瘤囊液放出、腦腫脹及腦脊液流失等都會引起術(shù)中定位的腦漂移現(xiàn)象，影響神經(jīng)導(dǎo)航的精確性[12]。通過本組19例運動功能區(qū)腫瘤切除的術(shù)中體會，為了防止和減小手術(shù)操作中腦漂移所導(dǎo)致的導(dǎo)航誤差，首先術(shù)中盡量減少腦脊液的過度流失，本組患者未做腦室外引流和腰大池引流，因功能區(qū)腫瘤多鄰近腦皮質(zhì)區(qū)，術(shù)中翻開硬膜后可見腦溝腦回甚至是露出皮質(zhì)外的病變組織，在蛛網(wǎng)膜完整的情況下，鏡下根據(jù)多模態(tài)投影再次確定病變的范圍、入路皮質(zhì)的腦溝、病變與錐體束的毗鄰關(guān)系，因腦脊液未釋放，術(shù)中多模態(tài)影像在腦皮質(zhì)上的顯影完全吻合；根據(jù)術(shù)區(qū)腦血管的鏡下投影，在手術(shù)早期就可判斷出正常血管與載瘤血管，保護正常腦組織供血，避免了手術(shù)時間長、腦血管損害引發(fā)的急性腦水腫，使得較長時間保持導(dǎo)航的精確性；其次，在手術(shù)操作中可先分離出鄰近神經(jīng)纖維束一側(cè)的腫瘤邊界，避免發(fā)生腦漂移后對錐體束的損害，最大限度發(fā)揮導(dǎo)航的精準優(yōu)勢。

綜上所述，多模態(tài)神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合顯微鏡下顯影技術(shù)可精確定位腦運動功能區(qū)腫瘤，選擇最佳手術(shù)入路，實現(xiàn)個性化的最小皮膚切口及骨窗、優(yōu)化出微創(chuàng)的皮層切口，避免損傷傳導(dǎo)束，減少術(shù)中出血及手術(shù)時間，提高大腦功能區(qū)腫瘤全切率，最大限度保護腦功能區(qū)，改善患者術(shù)后機體功能狀態(tài)。同時，在導(dǎo)航引導(dǎo)手術(shù)中，要求對患者術(shù)前的認真評估，熟練掌握導(dǎo)航及各項輔助技術(shù)，準確地判斷術(shù)中情況，盡可能減少和糾正漂移誤差，才能最大程度地發(fā)揮神經(jīng)導(dǎo)航在全切腫瘤和保護功能區(qū)腦組織中的作用。