膠質(zhì)瘤術(shù)中腫瘤邊界確認(rèn)技術(shù)的研究進(jìn)展*

王 維 陳 聰 王 亮

天津市第五中心醫(yī)院神經(jīng)外科 300450

膠質(zhì)瘤是顱內(nèi)最常見的惡性腫瘤，目前膠質(zhì)瘤的治療方案為最大安全限度地切除腫瘤后再接受同步放化療，最大限度地切除腫瘤可以減少腫瘤殘留，降低復(fù)發(fā)率以延長患者的生存期[1]。由于膠質(zhì)瘤侵襲性強(qiáng)，其生長過程中經(jīng)常向周圍腦組織侵襲，常規(guī)手段難以檢測(cè)腫瘤的邊界。隨著影像技術(shù)的快速發(fā)展，膠質(zhì)瘤的術(shù)中檢測(cè)技術(shù)也不斷更新，以幫助術(shù)者在膠質(zhì)瘤手術(shù)時(shí)更好地做出決策。近年來，由于生物信息學(xué)的發(fā)展，膠質(zhì)瘤的特異分子標(biāo)志物不斷被挖掘出來，與此同時(shí)，傳統(tǒng)影像學(xué)結(jié)合這些特異分子標(biāo)志物來更為精準(zhǔn)地檢測(cè)腫瘤邊界，一些新的技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。本文將對(duì)傳統(tǒng)影像學(xué)及一些新興輔助檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜述。

1 術(shù)中導(dǎo)航

現(xiàn)階段的手術(shù)輔助技術(shù)多依賴影像導(dǎo)航，多模態(tài)影像融合可以將腦組織、血管、功能、代謝影像進(jìn)行融合及三維重建，引導(dǎo)術(shù)中腫瘤切除，為術(shù)中及術(shù)后腫瘤切除程度做對(duì)比。一般來說，低級(jí)別彌漫性膠質(zhì)瘤的影像范圍由T2/FLAIR界定，高級(jí)別膠質(zhì)瘤由T1對(duì)比增強(qiáng)界定，而代謝影像MRS 及PET將腫瘤邊界從“影像學(xué)邊界”擴(kuò)大到“代謝邊界”，進(jìn)一步提高了腫瘤切除率[1]。收集患者的影像數(shù)據(jù)，整合注冊(cè)到導(dǎo)航設(shè)備，術(shù)前在手術(shù)室再將整合的影像數(shù)據(jù)與患者進(jìn)行匹配，術(shù)中向術(shù)者提供跟蹤和定位功能[2]。盡管這一系列的影像融合能在術(shù)前幫助術(shù)者完成定位，確定手術(shù)切除范圍，制定手術(shù)計(jì)劃，但其在術(shù)中卻因不可避免的腦移位而受到限制。Ian J Gerard等對(duì)術(shù)中腦移位做了綜述[3]，他將引起的原因分為物理、手術(shù)及生理因素，隨著手術(shù)的進(jìn)行，可能發(fā)生導(dǎo)航設(shè)備的偏移，腦脊液、腦組織的丟失等都可能引起術(shù)中的定位與術(shù)前的影像數(shù)據(jù)發(fā)生偏移，不同腦部位出現(xiàn)的平均偏移量為1.2～20mm，顯然導(dǎo)航技術(shù)在術(shù)中無法為術(shù)者提供準(zhǔn)確的信息。

2 術(shù)中核磁

術(shù)中導(dǎo)航對(duì)腫瘤手術(shù)邊界的確定有著難以替代的作用，但不可避免的腦偏移使其在術(shù)中的應(yīng)用受到限制。術(shù)中核磁能為術(shù)者提供實(shí)時(shí)的影像與三維重建，指導(dǎo)調(diào)整手術(shù)方案，而惡性腫瘤需要術(shù)后72h內(nèi)復(fù)查MRI評(píng)價(jià)手術(shù)切除程度。術(shù)中核磁為術(shù)者提供腫瘤切除程度的客觀影像證據(jù)，早期發(fā)現(xiàn)術(shù)中并發(fā)癥，如腦出血、腦梗死等。Christian Senft等[4]以常規(guī)顯微手術(shù)為對(duì)照，進(jìn)行iMRI的RCT研究，結(jié)果iMRI組 VS Control組GTR：96%VS 68%，P=0.023，相對(duì)于單用導(dǎo)航技術(shù)，聯(lián)合術(shù)中核磁的總體切除率和無進(jìn)展生存期都有所提升。

術(shù)中核磁發(fā)展至今，其臨床價(jià)值已從簡(jiǎn)單的解剖結(jié)構(gòu)影像，向整合腦功能、腫瘤組織形態(tài)、生物學(xué)特征和血流動(dòng)力學(xué)信息方向轉(zhuǎn)變。Stephan Ulmer等[5]證實(shí)術(shù)中高磁敏感增強(qiáng)MRI(Dynamic susceptibility contrast magnetic resonance imaging，DSC-MRI)的可行性，DSC-MRI是通過輸注MRI對(duì)比劑，以T2WI梯度回波序列為基礎(chǔ)，利用磁共振快速掃描技術(shù)，反映組織毛細(xì)血管水平的血流動(dòng)力學(xué)情況，可快速無創(chuàng)地評(píng)價(jià)局部微環(huán)境內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)變化。DSC-MRI常用于膠質(zhì)瘤的診斷、鑒別診斷、腫瘤分級(jí)及術(shù)后療效評(píng)價(jià)，其具有快速、簡(jiǎn)便、可靠的臨床應(yīng)用價(jià)值。

術(shù)中核磁最顯著的優(yōu)點(diǎn)是術(shù)中可以得到高分辨率及高辨識(shí)度的影像資料，一般來說，術(shù)中核磁通過術(shù)前及術(shù)中的影像對(duì)比判斷腫瘤的切除程度，有些方法可以輔助腫瘤切除程度的判斷，包括不同的造影劑、術(shù)腔滯留造影劑的灌洗和吸引設(shè)備等。瘤腔中的血液成分，如各種手術(shù)止血材料吸附的血液，會(huì)使T1信號(hào)變短，如果不與術(shù)前T1成像進(jìn)行比較，也會(huì)被誤認(rèn)為是局部增強(qiáng)，在術(shù)中核磁的應(yīng)用中存在干擾因素較多。另外，術(shù)中核磁需要對(duì)手術(shù)室進(jìn)行改造，且需要配套的器械，低場(chǎng)強(qiáng)核磁耗時(shí)短，費(fèi)用稍低，但其只能提供簡(jiǎn)單的解剖學(xué)影像，高場(chǎng)強(qiáng)核磁可以提供整合腦功能、腫瘤組織形態(tài)、生物學(xué)特征和血流動(dòng)力學(xué)信息，但更多的數(shù)據(jù)采集意味著術(shù)中耗時(shí)更多。另外，術(shù)中核磁費(fèi)用高昂，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)的不同，術(shù)中核磁的搭建費(fèi)用從300～800萬美元不等[6]。

3 術(shù)中超聲

術(shù)中核磁能在術(shù)中提供高分辨率的影像，但其對(duì)手術(shù)室的要求在一定程度上限制了它的使用。術(shù)中超聲顯示顱內(nèi)病變的位置、大小與術(shù)前CT或MRI吻合度極高，很少出現(xiàn)假陽性和假陰性，且其具有無創(chuàng)性[7]。術(shù)中超聲為膠質(zhì)瘤手術(shù)提供了一種便攜經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，3D超聲能為術(shù)者帶來更直觀的影像，簡(jiǎn)單識(shí)別腦組織，促進(jìn)腫瘤切除，評(píng)估腫瘤殘余，改善患者的總體生存率和生活質(zhì)量[8]。術(shù)中超聲的特點(diǎn)為便攜、實(shí)時(shí)且經(jīng)濟(jì)，與其他術(shù)中影像技術(shù)相比，其可實(shí)時(shí)成像，手術(shù)流程無影響，術(shù)中可反復(fù)進(jìn)行。其局限性主要為圖像質(zhì)量參差不齊，術(shù)中出血、水腫對(duì)其干擾較多，使其無法再準(zhǔn)確向術(shù)者提供殘余腫瘤信息。術(shù)中超聲的敏感性及特異性會(huì)隨著手術(shù)進(jìn)行而下降，手術(shù)切除開始之前最高，在其他研究中也證實(shí)了這一變化的客觀存在[9]。另外，術(shù)中超聲易造成偽影，其主要原因是術(shù)腔血液、沖洗液與腦組織的衰減差異較大，對(duì)術(shù)區(qū)超聲成像影響較大，通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和方法，我們有可能將這些偽影最小化[8]。

4 熒光成像

近年來，術(shù)中熒光成像技術(shù)越來越多地應(yīng)用于臨床，熒光素鈉、吲哚菁綠、5-ALA已用于膠質(zhì)瘤領(lǐng)域并展現(xiàn)出臨床效果。注入熒光顯色劑后，試劑可在腫瘤區(qū)域富集，術(shù)者可通過轉(zhuǎn)換顯微鏡激發(fā)熒光從而獲得腫瘤區(qū)域邊界。其中，熒光素鈉和吲哚菁綠的機(jī)制為可以透過腫瘤區(qū)域受損的血腦屏障進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，在正常區(qū)域則無法透過血腦屏障，因此在顯微鏡下腫瘤出會(huì)被激發(fā)熒光，可引導(dǎo)術(shù)者進(jìn)行切除。但是這種機(jī)制并不能達(dá)到“腫瘤細(xì)胞特異性”，其缺點(diǎn)很明顯：首先在血管增生不活躍、血腦屏障破壞較少的低級(jí)別膠質(zhì)瘤中應(yīng)用受限；其次手術(shù)過程中人為造成的微血管破壞會(huì)引起熒光顯色劑的滲漏，造成術(shù)者對(duì)腫瘤區(qū)域的誤判，且隨著手術(shù)的進(jìn)行愈發(fā)嚴(yán)重。5-ALA為血紅蛋白代謝的中間產(chǎn)物，腫瘤細(xì)胞會(huì)增加對(duì)其的攝取，5-ALA在腫瘤細(xì)胞中轉(zhuǎn)換為原卟啉Ⅳ，亞鐵螯合酶的相對(duì)不足造成原卟啉Ⅳ向血紅素的轉(zhuǎn)換延后，通過熒光照射可激發(fā)出熒光[10]。由于熒光物質(zhì)在腫瘤細(xì)胞內(nèi)合成，所以并不存在熒光素鈉這種依賴血腦屏障破壞的熒光試劑在手術(shù)中出現(xiàn)污染手術(shù)視野的情況。但是，在腫瘤的邊界區(qū)域，由于腫瘤細(xì)胞密度低，混合了部分正常細(xì)胞，在熒光激發(fā)后，呈現(xiàn)出微弱的粉紅熒光，針對(duì)粉紅熒光區(qū)域的去留已有不少研究，但結(jié)果具有爭(zhēng)議，且5-ALA在低級(jí)別膠質(zhì)瘤中也存在這一問題。熒光成像技術(shù)在術(shù)中為術(shù)者提供更直觀的腫瘤區(qū)域，通過熒光成像術(shù)中快速切除腫瘤，相對(duì)于傳統(tǒng)成像模式，其操作性十分占優(yōu)，但由于熒光試劑存在一定的漏洞，熒光素鈉并沒有直接靶向于腫瘤細(xì)胞，其特異性低導(dǎo)致在術(shù)中出現(xiàn)干擾而迅速被淘汰。5-ALA相對(duì)于之前的熒光成像，能直接靶向于高代謝的細(xì)胞，但其在轉(zhuǎn)換為熒光信號(hào)的分辨率不足以讓術(shù)者確定腫瘤的切除邊界，而且其目前在國內(nèi)的試劑來源亟待解決。

5 光學(xué)成像

拉曼散射是一種新型的光學(xué)成像技術(shù)，在成像過程中，光子與介質(zhì)分子之間發(fā)生非彈性碰撞，能量交換產(chǎn)生的效應(yīng)稱為拉曼散射。在拉曼散射效應(yīng)中，散射光子的能量和介質(zhì)分子相關(guān)，以此為基礎(chǔ)，通過采集特定區(qū)域的拉曼光譜進(jìn)行分析獲取該區(qū)域的各類分子成分信息。

以拉曼散射為基礎(chǔ)拓展出的受激拉曼散射(Simulated Raman scattering, SRS)近年來在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開始廣泛的研究。相比于腦細(xì)胞，膠質(zhì)瘤細(xì)胞在分子水平上擁有更多的蛋白質(zhì)和核酸，脂質(zhì)成分相對(duì)較少，針對(duì)膠質(zhì)瘤的SRS基本成像思路是通過檢測(cè)蛋白質(zhì)、核酸及脂質(zhì)的比例來鑒別腫瘤細(xì)胞。2017年，李聰教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表關(guān)于SERS的兩篇研究成果，SERS是通過吸附在某些金屬分子表面從而達(dá)到增強(qiáng)拉曼散射的表面敏感技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單分子的檢測(cè)。通過SERS 設(shè)計(jì)出針對(duì)EGFR Ⅷ和H+的金納米探針，通過對(duì)EGFRⅧ的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)EGFR Ⅷ突變陽性的膠質(zhì)瘤鑒別[11]。而對(duì)于H+的檢測(cè)則可以獲取腫瘤組織中的酸度信息，因?yàn)槟z質(zhì)瘤特別是高級(jí)別膠質(zhì)瘤的微環(huán)境往往都是酸性的，所以通過酸度信息便能獲取到膠質(zhì)瘤的微環(huán)境邊界，實(shí)驗(yàn)證明通過術(shù)中應(yīng)用手持拉曼掃描儀的荷瘤小鼠腫瘤達(dá)到完全切除。李聰團(tuán)隊(duì)于2020年設(shè)計(jì)了基于酸性金納米探針的手術(shù)過程，與目前通過MRI勾勒膠質(zhì)瘤邊界的手術(shù)策略相比，顯著延長了膠質(zhì)瘤模型的生存時(shí)間并降低了手術(shù)導(dǎo)致的神經(jīng)功能損傷[12]，至此，拉曼散射應(yīng)用于膠質(zhì)瘤的臨床研究成果展現(xiàn)了良好的前景。

6 其他技術(shù)

6.1 術(shù)中采樣 術(shù)中瘤腔多點(diǎn)采樣快速病理可獲得最高的診斷準(zhǔn)確性，但其取樣在時(shí)間與空間上都是不連續(xù)的，即使快速冰凍病理檢測(cè)，其時(shí)間成本也頗高，因此該方法更多地用于術(shù)后瘤腔邊緣是否殘留，評(píng)價(jià)手術(shù)及預(yù)測(cè)患者預(yù)后。隨著各種檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)，術(shù)中獲取樣本病理信息的時(shí)間將大大縮短，在診斷準(zhǔn)確性得到保證的前提下，大幅度降低時(shí)間成本可能會(huì)讓術(shù)中采樣在以后的手術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

6.2 術(shù)中MRS、PET-CT 術(shù)前的MRS和PET-CT可以很好地定位到膠質(zhì)瘤的“代謝邊界”，MRI聯(lián)合PET-CT能提供膠質(zhì)瘤邊界更準(zhǔn)確的信息[13]。但是目前尚無此類技術(shù)應(yīng)用于術(shù)中的文章發(fā)表，在術(shù)中通過MRS和PET-CT確定膠質(zhì)瘤的“代謝邊界”以指導(dǎo)手術(shù)切除尚處于理論階段。

7 總結(jié)

對(duì)于膠質(zhì)瘤患者，手術(shù)全切獲益已經(jīng)得到證實(shí)，如何在術(shù)中獲得精確的腫瘤病理學(xué)邊界，實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的清除，杜絕腫瘤進(jìn)展及復(fù)發(fā)，是神經(jīng)外科醫(yī)生的美好愿望，也是一大挑戰(zhàn)。我們必須在擴(kuò)大腫瘤切除的潛在獲益與引起神經(jīng)功能缺損及生活質(zhì)量下降的風(fēng)險(xiǎn)之間進(jìn)行權(quán)衡，這要求對(duì)每種技術(shù)的獲益與風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行客觀評(píng)估。在臨床上，各種應(yīng)用技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)與獲益評(píng)估是很困難的，我們總是需要多種技術(shù)來為每一個(gè)病人爭(zhēng)取最良好的預(yù)后，因此，本文針對(duì)每種技術(shù)綜合闡述其優(yōu)缺點(diǎn)及曾經(jīng)各自單獨(dú)應(yīng)用于臨床時(shí)產(chǎn)生的臨床效益進(jìn)行綜述，以期指導(dǎo)臨床工作。