大腦半球膠質(zhì)瘤切除術(shù)中錐體束移位的初步研究☆

王宇博 陳曉雷 許百男 馬曉東 孫國臣 趙巖 王飛 宋志軍 趙溪

在開顱手術(shù)中，由于大塊組織的去除和腦脊液釋放等原因，常常會發(fā)生腦移位，這是造成神經(jīng)導航系統(tǒng)誤差的重要原因，而重要的腦功能結(jié)構(gòu)，如白質(zhì)纖維傳導束等也會隨之發(fā)生位移，發(fā)生移位后按照原有導航提示繼續(xù)手術(shù)可能會導致神經(jīng)功能障礙。為了解決腦移位的問題，不同的研究者采用了不同的方法，術(shù)中超聲、術(shù)中CT、術(shù)中磁共振均被用來解決腦移位，但是前二者的圖像分辨率遠不及后者。隨著磁共振新技術(shù)的發(fā)展，彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)及白質(zhì)纖維束追蹤(fiber tracking，F(xiàn)T)技術(shù)逐漸應用于科研和臨床。目前的研究顯示，彌散張量成像及白質(zhì)纖維束追蹤技術(shù)是目前在體顯示腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的唯一方法［1－2］，這就為實現(xiàn)纖維束在術(shù)前及術(shù)中的可視化奠定了基礎，同時也為更直觀的研究錐體束移位的情況提供了條件。一些神經(jīng)外科研究中心通過與術(shù)中皮層下運動誘發(fā)電位對比，發(fā)現(xiàn)通過影像學重建的錐體束定位是可靠的［3－4］。術(shù)中高場強磁共振和DTI纖維束示蹤技術(shù)能夠顯示術(shù)中錐體束實際位置，這給錐體束術(shù)中移位程度和模式的研究帶來了客觀的檢測手段。本文即旨在探討應用高場強術(shù)中磁共振和DTI纖維束示蹤技術(shù)研究在大腦半球膠質(zhì)瘤切除術(shù)中錐體束的移位模式和程度。

1 資料與方法

1.1 一般資料 連續(xù)搜集2009年2月至2010年12月期間大腦半球膠質(zhì)瘤患者63例，入選標準:①術(shù)前影像學診斷為額、顳、島葉膠質(zhì)瘤;②手術(shù)均采用仰臥位額顳入路，行術(shù)中磁共振功能神經(jīng)導航下病變切除;③能夠完成試驗設計的術(shù)前及術(shù)中磁共振掃描任務。其中男37例，女26例，年齡14～72歲，平均(44.92±13.68)歲。本組膠質(zhì)瘤病例中Ⅰ級2例，Ⅱ級23例，Ⅲ級14例，Ⅳ級24例。Ⅰ級和Ⅱ級為低級別膠質(zhì)瘤，Ⅲ級和Ⅳ級為高級別膠質(zhì)瘤;其中，21例位于額顳葉，10例位于顳島葉，32例位于額顳島葉。

1.2 圖像采集 采用1.5T移動式高場強術(shù)中磁共振(Siemens Espree，Erlangen，Germany)，T1 加權(quán)三維磁化強度預備梯度回波序列(T1WI 3D MPRAGE)進行掃描構(gòu)建三維解剖影像;DTI采取單脈沖自旋回波彌散加權(quán)平面回波序列(single-shot，spin-echo diffusion weighted echo planar imaging sequence，EPI)，進行 12 個方向的彌散加權(quán)成像掃描。分別對所有研究對象進行術(shù)前48h內(nèi)及術(shù)中 T1加權(quán)成像(TE 3.02ms，TR 1650ms，matrix size 256×256，F(xiàn)OV 250 mm ×250 mm，層厚1mm)及 DTI(TE 147 ms，TR 9400 ms，matrix size 128 ×128，F(xiàn)OV 250 mm ×250 mm，層厚3 mm)掃描。

1.3 圖像處理 所有數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳輸?shù)綄Ш接媱澒ぷ髡?VectorVision Sky，BrainLab，F(xiàn)eldkirchen，Germany)。應用PatXfer 5.2(BrainLab)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，應用iPlan2.6計劃軟件(BrainLab)將DTI成像資料與3D解剖影像進行融合。根據(jù)文獻報道錐體束重建的最佳閾值為0.2［5］，在 Fiber Tracking模塊下將閾值設為0.2，采用雙感興趣區(qū)(region of interest，ROI)法追蹤錐體束，ROI分別置于大腦皮層中央前回下白質(zhì)和中腦大腦腳，追蹤纖維束并進行適當修剪。但是若錐體束受水腫或腫瘤影響較重，則可適當?shù)膶⒉糠指飨虍愋?fractional anisotropy，F(xiàn)A)閾值降為0.15，甚至為0.1，所有患者在術(shù)前和術(shù)中錐體束的重建過程中FA閾值的選擇是不變的。

1.4 數(shù)據(jù)采集 本組研究對象為額、顳、島占位性病變的患者，病變及手術(shù)對于位于內(nèi)囊部位的錐體束影響最大。將重建后的術(shù)前及術(shù)中錐體束進行空間對比，測量錐體束位于內(nèi)囊后肢部分3個層面的不重合距離，并求其平均值，即錐體束移位的距離，以術(shù)前錐體束位置為對照，術(shù)中錐體束在前后方向向前移位記錄為正，向后移位記錄為負，在左右方向向外移位為正，向內(nèi)移位為負，并予以記錄。

2 結(jié)果

2.1 錐體束在前后方向的移位 18例發(fā)生正向移位，移位距離從0.9 mm至11.4 mm，平均(4.04±2.83)mm;42例發(fā)生負向移位，移位距離從1.7 mm至10.4 mm，平均(5.08±2.36)mm;3例在前后方向無移位發(fā)生。見圖1、2。

2.2 錐體束在左右方向的移位 31例發(fā)生正向移位，移位距離從1.5 mm至11.2 mm，平均(4.34±2.01)mm;30例發(fā)生負向移位，移位距離從1.3 mm至8.1 mm，平均(4.23±1.79)mm;2例在左右方向無移位發(fā)生。見圖1、2。

2.3 手術(shù)結(jié)果63例患者中，52例(82.5%)手術(shù)切除病變≥95%，56例(88.9%)手術(shù)切除病變≥90%，59例(93.7%)手術(shù)切除病變≥80%。14例(22.22%)患者在術(shù)后短期發(fā)生神經(jīng)功能障礙，隨訪3～6個月，3例(4.8%)患者在術(shù)后長期存在神經(jīng)功能障礙。錐體束移位距離大者由于術(shù)中得到及時、有效的神經(jīng)導航更新，其預后與移位距離小的患者無明顯不同。

2.4 腫瘤體積與移位的關(guān)系 腫瘤體積與移位的方向及距離無明顯線性相關(guān)。見圖3、圖4。

圖1 錐體束術(shù)中移位散點圖:橫軸表示錐體束在左右方向的移位，縱軸表示錐體束在前后方向的移位;藍色代表高級別膠質(zhì)瘤病例，綠色代表低級別膠質(zhì)瘤病例

圖2 A:術(shù)前磁共振T1WI圖像;B:術(shù)中磁共振T1WI圖像;C:術(shù)前磁共振T2WI圖像;D:術(shù)中磁共振T2WI圖像;E:術(shù)中影像更新導航后顯微鏡下圖像。三角箭頭所指為術(shù)中磁共振掃描更新后導航顯示的殘余腫瘤，單箭頭所指為術(shù)前重建的錐體束，雙箭頭所指為術(shù)中重建的錐體束，由圖可知錐體束在術(shù)中發(fā)生了移位

圖3 錐體束前后方向移位與腫瘤體積關(guān)系散點圖:橫軸表示腫瘤體積，縱軸表示錐體束在前后方向的移位。腫瘤體積與錐體束在前后方向上的移位無明顯線性關(guān)系，即腫瘤體積的大小與錐體束移位的方向及距離無明顯線性相關(guān)性

圖4 錐體束左右方向移位與腫瘤體積關(guān)系散點圖:橫軸表示腫瘤體積，縱軸表示錐體束在左右方向的移位。腫瘤體積與錐體束在左右方向上的移位無明顯線性關(guān)系，即腫瘤體積的大小與錐體束移位的方向及距離無明顯線性相關(guān)性

3 討論

傳統(tǒng)研究錐體束定位采用運動誘發(fā)電位，而目前應用術(shù)中磁共振及功能神經(jīng)導航系統(tǒng)探索錐體束在術(shù)前和術(shù)中的重建得到了臨床可行性和實用性的證實［6－7］，這就為直觀地研究錐體束在術(shù)中的移位現(xiàn)象奠定了基礎。采用彌散張量成像及白質(zhì)纖維束追蹤技術(shù)研究錐體束移位較采用運動誘發(fā)電位研究錐體束具有更加直觀的特點，運動誘發(fā)電位是術(shù)中定位，術(shù)前不能給予術(shù)者任何關(guān)于功能區(qū)所在位置的直觀信息，且對術(shù)者的應用經(jīng)驗要求較高;其次，運動誘發(fā)電位術(shù)中操作繁瑣且時間較長，而且術(shù)野暴露過大，就手術(shù)本身來說會因為操作時間過長、術(shù)野暴露過大增加術(shù)后各種并發(fā)癥的發(fā)生率;運動誘發(fā)電位本身也可能會造成對錐體束的損傷，甚至誘發(fā)癲癇發(fā)作。

先前的研究發(fā)現(xiàn)，應用神經(jīng)導航顯示功能結(jié)構(gòu)以避免損傷可以減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率［6，8］，但是神經(jīng)導航存在腦移位。有些神經(jīng)外科中心采用術(shù)中超聲和術(shù)中CT來研究腦移位，但是術(shù)中超聲和術(shù)中CT的圖像分辨率不高，雖然可以解決部分腦移位問題，而對于精準神經(jīng)外科來說，效果并非最佳;術(shù)中超聲及術(shù)中CT只能做到解剖結(jié)構(gòu)的實時導航，并不能做到功能結(jié)構(gòu)的實時導航，如初級功能皮層和傳導纖維束定位;而且CT由于存在大量X線放射問題，也會對病人有一定的損傷，所以不建議采用。術(shù)中磁共振有許多術(shù)中超聲和術(shù)中CT無法比擬的優(yōu)勢［9－10］，最大的優(yōu)點就是解決了術(shù)中腦漂移的諸多問題，并且高場強術(shù)中磁共振與功能神經(jīng)導航結(jié)合就可以實時更新功能神經(jīng)導航影像，使各種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)真正的鏡下可視化，為手術(shù)精準操作提供了堅實基礎。

我們研究中錐體束在前后方向有18例發(fā)生正向移位，移位距離從0.9 mm至11.4 mm，42例發(fā)生負向移位，移位距離從1.7 mm至10.4 mm，3例在前后方向無移位發(fā)生;而錐體束在左右方向有31例發(fā)生正向移位，移位距離從1.5 mm至11.2 mm，30例發(fā)生負向移位，移位距離從1.3mm至8.1mm，2例在左右方向無移位發(fā)生。從這些數(shù)據(jù)和圖1可以看出，錐體束移位的方向和距離在個體間存在很大差異，由此可見在膠質(zhì)瘤切除術(shù)中錐體束移位的方向及距離由于個體間的差異而不具有可預見性，這與先前Nimsky及Ozawa等人［7，11］的研究具有相似性。圖2顯示的是顯微鏡下錐體束的移位情況。

關(guān)于錐體束移位差異的分析，本組病例患者的病變位于額、顳、島葉，均采用仰臥位額顳入路，由手術(shù)體位及手術(shù)入路所產(chǎn)生的影響已經(jīng)同一化。經(jīng)過我們的研究顯示，無論是高級別膠質(zhì)瘤切除術(shù)，還是低級別膠質(zhì)瘤切除術(shù)，錐體束的移位是普遍存在的，而且移位的差別并不存在明顯規(guī)律(圖1)。傳統(tǒng)認為腫瘤體積的大小與錐體束的移位關(guān)系密切，甚至可以通過腫瘤體積的大小預測錐體束的移位方向及距離，但是在我們的研究中，腫瘤體積的大小與錐體束移位的方向及距離并不存在明顯的線性相關(guān)(圖3、4)。我們分析認為造成這種研究偏差的原因是，雖然腫瘤體積的大小與腦移位關(guān)系密切，但是除了腫瘤體積，還有腦脊液的流失、腦組織的水腫、腦壓板牽拉等也是影響移位的重要因素，這些因素中除了腫瘤體積可以量化分析外，其他因素很難做到量化，而且這些因素并不能忽略不計，而由這些綜合因素造成的移位如果僅僅通過腫瘤的體積大小來分析，結(jié)果也就出現(xiàn)了偏差，換句話說就是將多重因素造成的結(jié)果由單一因素來分析，結(jié)果與實際情況可能不符。因此，通過非儀器探測來準確預測腦移位的方法就目前的研究來講是行不通的，而且不具有可重復性。

研究錐體束移位的目的不僅僅在于揭示移位現(xiàn)象的發(fā)生，更重要的是要采取措施減少由于移位造成的不良后果。錐體束的保護對于患者的術(shù)后生存質(zhì)量的提高尤為重要，近年來有研究人員發(fā)現(xiàn)在錐體束周邊進行手術(shù)操作時存在一個 5mm 的安全距離［3，12－13］，即在距離錐體束邊緣5 mm以外進行操作可以認為對錐體束損傷較小。而在術(shù)中，錐體束由于腦移位與術(shù)前重建的錐體束發(fā)生偏離，在我們的研究中錐體束在前后方向上正向移位距離平均(4.04±2.83)mm，負向移位距離平均(5.08±2.36)mm;錐體束在左右方向上正向移位距離平均(4.34±2.01)mm，負向移位距離平均(4.23±1.79)mm，雖然可能是幾毫米的偏移，如果不進行及時、有效的糾正也會影響手術(shù)效果甚至帶來嚴重的神經(jīng)功能損傷。應用術(shù)中磁共振結(jié)合功能神經(jīng)導航系統(tǒng)，能及時、有效的糾正由于腦移位造成的導航系統(tǒng)誤差，重新定位重要功能結(jié)構(gòu)并顯示腫瘤的術(shù)中殘余情況，我們這一組63例患者在術(shù)后2周內(nèi)出現(xiàn)神經(jīng)功能障礙者有14例，術(shù)后短期神經(jīng)功能障礙發(fā)生率為22.22%，隨訪3～6個月有3例患者存在神經(jīng)功能障礙，長期神經(jīng)功能障礙發(fā)生率4.8%;手術(shù)切除病變≥95%的患者為52例(82.5%)，手術(shù)切除病變≥90%的患者為56例(88.9%)，手術(shù)切除病變≥80%患者為59例(93.7%)。國外數(shù)據(jù)一組經(jīng)歷術(shù)中皮層電刺激病例(n=309)［14］，21%的患者有短期神經(jīng)功能障礙發(fā)生，7%的患者有長期神經(jīng)功能障礙存在，64%患者經(jīng)歷了全切(≥95%)，77%的患者經(jīng)歷了≥85%的病變切除。

腦移位是一個持續(xù)、動態(tài)的過程，由于手術(shù)操作的進行，腦脊液持續(xù)流失、腦組織腫脹、病變壓迫的解除、腦組織受重力影響、腦壓板牽拉腦組織等多重因素，錐體束隨之發(fā)生移位。對于發(fā)生移位的錐體束的監(jiān)測，只有進行術(shù)中影像的持續(xù)更新，才能提供精確的神經(jīng)導航［15－16］。而高場強術(shù)中磁共振聯(lián)合功能神經(jīng)導航系統(tǒng)通過多次術(shù)中實時影像更新，能夠準確定位移位后的錐體束的位置，予以顯微鏡下顯示并盡量避免損傷，這就最大限度減少了醫(yī)源性創(chuàng)傷。

總之，術(shù)中磁共振對于研究錐體束的移位問題有高效、安全、無創(chuàng)的特點，術(shù)中磁共振結(jié)合功能神經(jīng)導航不僅能實時更新解剖影像，而且能更新功能神經(jīng)結(jié)構(gòu)，做到各種結(jié)構(gòu)的準確定位。

［1］Mori S，van Zijl PC.Fiber tracking:principles and strategies-a technical review［J］.NMR Biomed，2002，15(7－8):468－480.

［2］Lawes IN，Barrick TR，Murugam V，et al.Atlas-based segmentation of white matter tracts of the humanbrain using diffusion tensor tractography and comparison with classical dissection［J］.Neuro-Image，2008，39(1):62 －79.

［3］Ozawa N，Muragaki Y，Nakamura R，et al.Identification of the pyramidal tract by neuronavigation based on intraoperative diffusion-weighted imaging combined with subcortical stimulation［J］.Stereotact Funct Neurosurg，2009，87(1):18 －24.

［4］Bozzao A，Romano A，Angelini A，et al.Identification of the pyramidal tract by neuronavigation based on intraoperative magnetic resonance tractography:correlation with subcortical stimulation［J］.Eur Radiol，2010，20(10):2475 －2481.

［5］Kunimatsu A，Aoki S，Masutani Y，et al.The optimal trackability threshold of fractional anisotropy for diffusion tensor tractography of the corticospinal tract［J］.Magnetic Resonance in Medical Sciences，2004，3(1):11 －17.

［6］Coenen VA，Krings T，Mayfrank L，et al.Three-dimensional visualization of the pyramidal tract in a neuronavigation system during brain tumor surgery:First experiences and technical note［J］.Neurosurgery，2001，49(1):86 －93.

［7］Nimsky C，Ganslandt O，Hastreiter P，et al.Intraoperative diffusion-tensor MR imaging:Shifting of white matter tracts during neurosurgical procedures-initial experience［J］.Radiology，2005，234(1):218－225.

［8］Romano A，F(xiàn)errante M，Cipriani V，et al.Role of magnetic resonance tractography in the preoperative planning and intraoperative assessment of patients with intra-axial brain tumours［J］.Radiol Med，2007，112(6):906 －920.

［9］Seifert V.Intraoperative MRI in neurosurgery:Technical overkill or the future of brain surgery［J］.Neurol India，2003，51(3):329 －332.

［10］Foroglou N，Zamani A，Black P.Intra-operative MRI(iop-MR)for brain tumour surgery［J］.British Journal of Neurosurgery，2009，23(1):14－22.

［11］Ozawa N，Muragaki Y，Nakamura R，et al.Shift of the pyramidal tract during resection of the intraaxial brain tumors estimated by intraoperative diffusion-weighted imaging［J］.Neurol Med Chir(Tokyo)，2009，49(2):51 －56.

［12］Signorelli F，Ruggeri F，Iofrida G，et al.Indications and limits of intraoperative cortica-subcortical mapping in brain tumor surgery:an analysis of 101 consecutive cases［J］.J Neurosurg Sci，2007，51(3):113－127.

［13］Berman JI，Berger MS，Mukherjee P，et al.Diffusion-tensor imaging-guided tracking of fibers of the pyramidal tract combined with intraoperative cortical stimulation mapping in patients with gliomas［J］.J Neurosurg，2004，101(1):66 －72.

［14］Kim SS，McCutcheon IE，Suki D，et al.Awake craniotomy for brain tumors near eloquent cortex:correlation of intraoperative cortical mapping with neurological outcomes in 309 consecutive patients［J］.Neurosurgery，2009，64(5):836 －845.

［15］Nabavi A，Black PM，Gering DT，et al.Serial intraoperative MR imaging of brain shift［J］.Neurosurgery，2001，48(4):787 －798.

［16］Ferrant M，Nabavi A，Macq B，et al.Serial registration of intraoperative MR images of the brain［J］.Med Image Anal，2002，6(4):337－359.