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神经导航在脑功能区手术的应用进展

点击次数：  更新时间：2017/11/2 9:23:07  

1.神经导航发展概况

 

神经导航是从框架式立体定向基础上发展而来。1906年首次出现立体定向技术，1947年Spiegel和Wycis首次将立体定向技术应用于人体手术，对立体定向发展起到巨大推动作用。20世纪70年代随着计算机及影像技术迅速发展，带来图像引导神经外科的革命性发展。1986年Stanford医学院ROBERTS等发明首台安装于手术显微镜，运用超声定位的无框架立体定位系统。几乎同时WATANABE等发明关节臂定位系统，并首次将其命名为神经导航系统。近20余年，随着新技术蓬勃发展，神经导航得到迅速发展，导航定位系统由原来关节臂定位系统发展为主动或被动红外线定位装置及电磁导航，手术显微镜导航由单纯定位发展为动态定位和导航，神经导航由原来单纯解剖定位发展为解剖与功能定位。

 

2.传统神经导航在功能区手术的应用

 

传统神经导航利用术前CT和MRI等影像学资料作为导航源，据此制定术前计划，术前能够从解剖学上定位脑功能区和病灶，但由于病灶压迫和浸润等，往往造成病灶周围脑功能区发生重塑和移位，此时基于基础的MRI和CT数据定位病灶和脑功能区不准确。传统导航在功能区手术缺点：①仅是解剖定位，不能定位功能。②不能定位皮质下纤维束走行。③无法解决脑移位问题。④不能术中采集影像资料，修正导航偏差。⑤作为导航源的资料比较单一，不能根据具体病例特点，选择合适、多项影像资料融入神经导航。

 

3.神经导航在功能区手术的新进展

 

3.1血氧水平依赖功能磁共振（blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI）

 

融合神经导航BOLD-fMRI是通过各种指令活动或感官刺激，激发相应脑皮质功能区域，引起局部氧合血红蛋白浓度变化，导致磁化敏感效应改变，最后输出于BOLD-fMRI图像，受激发的脑皮质功能区表现为局部高信号激活区。由于占位效应致皮质功能区解剖结构移位，以及成人皮质可塑性和重组性等原因，使病灶周边部位皮质功能区难以辨认，将术前BOLD-fMRI资料融合于神经导航，可在术前精确定位颅内病灶与相邻脑功能区，有利于术前评估及术中指导。SOMMER等应用BOLD-fMRI结合其他技术，对19例脑功能区肿瘤病人进行术前评估与指导手术，结果显示14例肿瘤完全切除，5例肿瘤体积明显缩小。

 

刘宁等应用PubMed及CNKI期刊全文数据库，检索2008年-2014年关于BOLD-fMRI在胶质瘤治疗的41篇相关文献，综合分析显示：BOLD-fMRI结果与术中皮质电刺激结果具有较高一致性。BOLD-fMRI融合导航在脑血管病及功能神经外科方面的应用也颇多，最近一项研究将43例邻近手运动皮质的动静脉畸形病例的BOLD-fMRI图像融入导航，术中采用皮质电刺激进行验证，发现两者一致性达到85%。但BOLD-fMRI自身存在局限性，由于脑肿瘤等病变压迫和侵犯，病变周边血管结构发生改变，对部分病人行BOLD-fMRI检查时，由于病灶处于相对缺氧状态，病变侧脱氧血红蛋白浓度明显升高，影响正常状态下血氧反应，减弱BOLD-fMRI信号，结果会出现假阴性。

 

3.2弥散张量成像（diffusion densor imaging，DTI）

 

结合神经导航DTI是利用组织不同区域水分子弥散各向异性，导致水分子对外扩散产生磁场不同，来反映白质纤维走行的技术。近年成为研究热点，VASSAL等对10例语言区附近的胶质瘤病人术前采用DTI重建6个涉及语言功能的纤维束（包括弓状束、额枕束、下纵束、钩束和2个运动前束），术中采用皮质电刺激进行验证，术后病人语言功能保留完整。CHO等对123例颅脑肿瘤病人术前采用DTI重建皮质脊髓束（107例）、视辐射（31例）、弓状束（38例），术后复查DTI，纤维束保留完整，术后神经障碍发生率降低。但是DTI对于纤维束起止、交叉、转角显示不够准确。扩散频谱成像（DSI）是近年发展起来的高分辨率扩散技术，能够解决上述DTI在纤维束成像方面的问题。WEI等将DSI数据整合于神经导航，可成功显示膝状束和弓状束形状与范围，术后病人神经功能保留完整。

 

3.3脑磁图融合神经导航

 

脑磁图通过检测神经细胞周围磁场变化，将采集信号转换成脑磁曲线图。将脑磁图与对应MRI解剖影像整合在一起，即可得到脑内信号源的精确位置和强度，形成脑的功能解剖图，从而精确反映脑功能实时变化。SCHIFFBAUER等术前采用脑磁图确定病人体感与运动功能区，术中进行电刺激对照验证，结果表明两者具有较好相关性，说明脑磁图是一种可靠的术前无创检查手段。杨坤等运用脑磁图结合神经导航指导手术，对24例病灶位于功能区及其附近的肿瘤病人取得较好疗效，指出脑磁图可直接记录细胞内电活动所产生的磁场，具有1ms时间分辨率和2mm空间分辨率，在时间和空间分辨率上优于fMRI。目前由于脑磁图检查对病人要求较高，并且设备价格昂贵，维护成本高，限制其临床普及应用。

 

3.4荧光引导切除术（fluorescence-guided resection，FGR）结合神经导航

 

FGR是近年迅猛发展用于术中判断肿瘤边界的技术，主要用于胶质瘤手术，特别是高级别胶质瘤，对肿瘤边界判断较敏感。目前国内外应用最多的FGR主要有两种：一种是荧光素钠引导的FGR；另一种是使用5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）引导的FGR。相关研究表明：肿瘤荧光边界与侵袭性基本一致，荧光素钠标记多形性胶质母细胞瘤（GBM），有利于判断肿瘤边界；不同肿瘤区域和荧光强度的GBM，其分子病理表达具有差异，为荧光导航术中更准确辨析肿瘤浸润程度，增加安全切除范围提供病理学依据。对于恶性胶质瘤，术中5-ALA荧光所显示的肿瘤边界，比术前T1WI增强影像显示的范围大。单纯依赖T1增强像的神经导航，在胶质瘤手术中对肿瘤边界的判定，不如荧光引导切除术。ALDAVE等回顾性分析52例强化灶全切除的高级别胶质瘤病人，发现荧光下肿瘤全切的病人，较荧光下肿瘤残留的病人，中位生存期高。因此，他们提议在不影响病人术后神经功能的同时，尽可能做到荧光下肿瘤全切除。

 

FGR结合神经导航既能够弥补T1增强导航下肿瘤边界判断过小与纠正脑移位的问题，又能分辨肿瘤与功能区关系，提高手术疗效。另外，光声成像技术是近年迅速发展，基于生物组织内部光学吸收差异性，以超声波作为信息载体的无损生物分子成像方法。目前光声成像技术尚处于基础研究阶段，将来有望用于脑功能区手术。

 

3.5术中影像联合神经导航

 

目前用于神经导航的资料主要来源于术前，由于术中脑脊液释放、肿瘤部分切除等因素，不可避免造成脑移位，势必影响导航系统精确度。术中影像能够有效弥补术中脑移位造成的定位缺陷。常用术中影像技术包括：①术中CT：CT不仅软组织分辨能力差，且术中使用存在X-线辐射损伤，故限制其应用。②术中超声：许多研究肯定术中超声在确定肿瘤边界，提高肿瘤全切率，减少对正常脑组织损伤方面的应用价值，但分辨率不高是其弱点。近年术中超声不断发展，超声探头变得更小，图像更清晰，以及与神经导航整合更密切。此外，还出现3D超声、增强超声、高频超声以及超声弹性成像等，极大提高术者选择性。这些新技术的出现，明显提高残余病灶的检出率。MOIYADI和SHETTY采用术中3D超声结合导航指导101例颅脑肿瘤手术，探查到残留肿瘤组织，术中进一步切除，提高肿瘤切除率。此外，导航系统可跟踪超声信号并叠加于术前MRI，两者对照纠正脑移位，近期技术依赖梯度定向对线最大化定位目标，可实现术中图像快速、准确和自动化注册。③术中MRI：术中MRI是目前解决神经导航术中脑移位最精确可靠的办法。最近一项荟萃分析发现术中MRI结合导航手术的胶质瘤病人无进展生存率高于常规导航手术病人。随着新技术发展，出现高场强术中MRI，对软组织分辨率更高。

 

庞长河等对47例位于脑功能区的高级别胶质瘤病人运用3.0T术中MRI联合神经导航引导切除肿瘤，显著提高脑功能区高级别胶质瘤安全、精准切除率。但由于费用高、耗时长等缺点，难以临床普及。

 

3.6代谢影像导航

 

代谢影像导航在功能神经外科与脑肿瘤，特别是胶质瘤手术是一种重要导航辅助手段。代谢影像能够显示增强灶以外受浸润的肿瘤病灶。目前可用于神经导航的代谢影像有：磁共振波谱（MRS）、单光子发射型计算机断层扫描（SPECT）、正电子发射计算机断层显像（PET），以及PET/MRI融合影像、PET/CT融合影像等。目前代谢影像融合导航在临床主要应用于穿刺活检术，近年PET/MRI融合导航在开颅手术方面逐渐发展，王群等报道PET代谢融合影像导航在胶质瘤手术方面发挥巨大优势。

 

3.7多模态神经导航下功能区手术

 

功能区手术仅凭单一技术难以准确定位，近年多模态神经导航联合神经电生理、术中唤醒等技术，对于脑功能保护取得较好效果。弥散张量-纤维示踪成像（DTI-FT）与BOLD-fMRI及其他影像资料融合三维重建后，可准确显示病灶与周围白质纤维束、皮质功能区等结构的三维毗邻关系。结合术中MRI或术中超声等能够纠正神经导航脑移位问题，然而，术中MRI基于影像学资料，与实际脑功能可能存在偏差。术中电生理监测能够确认皮质功能，通过神经导航和术中电生理技术之间的“虚拟”和“现实”互补，对功能区病灶，融合BOLD-fMRI、DTI的神经导航，结合神经电生理技术可更好指导手术设计，预测术后神经功能障碍发生，在安全范围内最大程度切除病灶。由于BOLD-fMRI检查存在假阴性，术中唤醒状态下皮质及皮质下直接电刺激技术是目前大脑功能区定位“金标准”。脑功能区手术在BOLD-fMRI结合神经导航，联合术中唤醒状态下皮质电刺激技术，保留术后神经功能的效果较好。

 

4.展望

 

综上所述：目前在功能区手术中，多影像融合神经导航与术中辅助技术，在保证病变切除率的同时，神经功能损伤最小，提高病人术后生活质量。但目前神经导航由于脑移位、费用高等问题，限制其广泛使用，随着计算机和影像技术不断发展，以及国产神经导航不断改进，将逐步解决这些问题，将来神经导航在功能区手术必将得到更广泛应用。

 

（本文转载中国微侵袭神经外科杂志2017年5月第22卷第5期）