功能磁共振成像、彌散張量成像技術(shù)結(jié)合神經(jīng)導(dǎo)航輔助手術(shù)在腦功能區(qū)腫瘤治療中的應(yīng)用

聶 柳 王 漢 劉興吉 夏 鷹 金 虎 陳建強(qiáng) 陳曉東 林 佳

(海口市人民醫(yī)院，海南 海口 570208)

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功能磁共振成像、彌散張量成像技術(shù)結(jié)合神經(jīng)導(dǎo)航輔助手術(shù)在腦功能區(qū)腫瘤治療中的應(yīng)用

聶 柳 王 漢1劉興吉2夏 鷹 金 虎 陳建強(qiáng) 陳曉東 林 佳

(海口市人民醫(yī)院，海南 ?？?570208)

目的 探討功能磁共振成像(fMRI)、彌散張量成像(DTI)結(jié)合神經(jīng)導(dǎo)航輔助手術(shù)治療在切除大腦功能區(qū)腫瘤中的應(yīng)用。方法 36例顱腦功能區(qū)腫瘤患者治療隨機(jī)分為對照組(18例)和導(dǎo)航組(18例)，導(dǎo)航組采用神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合fMRI、DTI技術(shù)輔助手術(shù)治療，對照組患者則采用傳統(tǒng)手術(shù)方式治療，比較兩組患者手術(shù)療效、腫瘤切除率、術(shù)后生存質(zhì)量及術(shù)后機(jī)體功能狀態(tài)。結(jié)果 導(dǎo)航組術(shù)前行fMRI、DTI成像，完成融合圖像信息，術(shù)中結(jié)合神經(jīng)導(dǎo)航儀成功標(biāo)定腫瘤及功能區(qū)，導(dǎo)航組腫瘤切除率(83.33%)明顯高于對照組(44.44%)(χ2=5.899 7，P<0.05)，導(dǎo)航組手術(shù)方式選擇優(yōu)于對照組(u=3.065 2，P<0.05)；導(dǎo)航組患者術(shù)后生存質(zhì)量評分(χ2=4.984 6，P<0.05)與運(yùn)動(dòng)功能改善情況優(yōu)于對照組(u=2.367 1，P<0.05)；導(dǎo)航組fMRI掃描時(shí)間明顯高于對照組(t=16.060，P<0.05)，導(dǎo)航組患者住院時(shí)間比對照組明顯縮短(t=4.901，P<0.05)，導(dǎo)航組隨訪過程中并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對照組(u=2.376 8，P<0.05)。結(jié)論 fMRI、DTI技術(shù)結(jié)合神經(jīng)導(dǎo)航輔助手術(shù)治療可準(zhǔn)確判斷腫瘤與腦功能區(qū)關(guān)系，明確腫瘤切除范圍，實(shí)現(xiàn)手術(shù)方案個(gè)體化，有利于提高大腦功能區(qū)腫瘤全切率，改善患者術(shù)后機(jī)體功能狀態(tài)，保護(hù)大腦功能區(qū)，同時(shí)最大范圍切除腫瘤。

神經(jīng)導(dǎo)航；彌散張量成像；功能磁共振成像；腦腫瘤

最大范圍切除腫瘤組織及保護(hù)大腦功能是神經(jīng)外科手術(shù)主要目的，腦功能組織包括與運(yùn)動(dòng)、語言、感覺功能相關(guān)的皮質(zhì)及皮質(zhì)下蛋白，由于功能區(qū)損傷不可逆，因此術(shù)前病變與功能組織定位尤為重要〔1〕。彌散張量成像(DTI)是目前唯一能顯示神經(jīng)傳導(dǎo)束的無創(chuàng)成像方法，可反映白質(zhì)纖維解剖位置及病理過程；功能磁共振成像(fMRI)為精確顯示皮層功能區(qū)的無創(chuàng)成像方法，可提供無創(chuàng)術(shù)前功能區(qū)測繪圖〔2,3〕。神經(jīng)導(dǎo)航是目前顱內(nèi)病變定位最先進(jìn)的技術(shù)手段，可在術(shù)中實(shí)時(shí)精確定位顱腦病變及神經(jīng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)顱腦手術(shù)微創(chuàng)化。神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合fMRI、DTI圖像融合可實(shí)現(xiàn)對腫瘤周圍皮質(zhì)功能區(qū)及傳導(dǎo)束的雙重了解，將其傳輸至神經(jīng)導(dǎo)航儀中，可完成對腦功能區(qū)的全面功能性評估〔4〕，在切除功能區(qū)腫瘤過程中對難以分辨的皮層功能區(qū)及傳導(dǎo)束實(shí)現(xiàn)可視化，從而達(dá)到最大程度切除腫瘤，并且保護(hù)神經(jīng)功能的目的〔5〕。本文探討fMRI、DTI技術(shù)結(jié)合神經(jīng)導(dǎo)航輔助手術(shù)治療在切除大腦功能區(qū)腫瘤中的應(yīng)用。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2011年3月至2012年6月本院收治的36例顱腦功能區(qū)腫瘤患者為研究對象，經(jīng)臨床及影像學(xué)檢查確診中央溝附近腦腫瘤，納入標(biāo)準(zhǔn)：配合檢查者，經(jīng)培訓(xùn)后可按要求完成對指運(yùn)動(dòng)，受累手肌力Ⅲ級以上，無合并影響肌力的其他疾病。男22例，女14例，年齡22～65歲，平均(44.37±8.52)歲，病程1～24個(gè)月，平均(3.75±1.28)個(gè)月。將所有患者隨機(jī)均分為對照組和導(dǎo)航組，其中導(dǎo)航組術(shù)前完成fMRI、DTI，成功制定功能區(qū)導(dǎo)航計(jì)劃，術(shù)中順利完成病變導(dǎo)航手術(shù)且術(shù)后經(jīng)病理證實(shí)，導(dǎo)航組平均年齡(45.17±8.96)歲，平均病程(3.89±1.37)個(gè)月，男12例，女6例。對照組患者采用傳統(tǒng)手術(shù)方式，由資深醫(yī)生依據(jù)豐富臨床經(jīng)驗(yàn)選取手術(shù)入路、腫瘤切除范圍，平均年齡(43.52±8.09)歲，平均病程(3.58±1.12)個(gè)月，男10例，女8例。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理會(huì)同意，所有受試者均了解研究意義并簽署知情同意書。兩組患者年齡、性別、病程等基本資料比較均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，具有可比性(P>0.05)。

1.2 方法 導(dǎo)航組患者術(shù)前行功能組織定位，顯示病變與功能組織關(guān)系，生成功能與解剖融合圖，將獲得的功能區(qū)數(shù)據(jù)導(dǎo)入神經(jīng)導(dǎo)航儀，標(biāo)定功能區(qū)及腫瘤范圍，術(shù)中實(shí)時(shí)顯示腫瘤與功能區(qū)關(guān)系，輔助手術(shù)。對照組術(shù)中實(shí)施腫瘤立體定向，由資深醫(yī)生依據(jù)豐富臨床經(jīng)驗(yàn)選取手術(shù)入路和腫瘤切除范圍。所有患者經(jīng)手術(shù)治療及病理證實(shí)。對比兩組腫瘤切除率、手術(shù)方式選擇、術(shù)后生存質(zhì)量及運(yùn)動(dòng)功能改善情況。

1.3 信息采集及圖形處理 fMRI采用Signa horizon LX3.0T MR(美國GE公司)，解剖信息采集采用橫斷位SET1W1、FSET2W1薄層從枕骨大孔至頭顱，掃描48層。DTI掃描儀器采用SignaExcite HD3.0T磁共振成像設(shè)備(GE Medical Systems，美國)，掃描參數(shù)設(shè)置：重復(fù)時(shí)間(TR)：9 300 ms，回波時(shí)間(TE)：81 ms，層厚5.0 mm，層距：0.5 mm，Dist factor 10%，掃描野(FOV)：22 cm×22 cm，矩陣：128×128，總計(jì)獲取19層圖像，激勵(lì)次數(shù)(NEX)為1，每個(gè)層面均在21個(gè)方向上施加彌散梯度，b值為1 000 mm2/s，掃描時(shí)間：5 min 24 s。最終將采集的數(shù)據(jù)在SUN工作站(ADW4.0)上使用Func Tool軟件進(jìn)行處理并生成DTI影像。應(yīng)用DT1軟件將獲得病變區(qū)、功能區(qū)、周圍水腫三維容積重建區(qū)與DT1示蹤圖融合。

1.4 手術(shù)方法 導(dǎo)航組患者術(shù)前分別行fMRI、DTI成像，然后將2種圖像融合，將所得融合圖像數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)導(dǎo)航儀中。先借助導(dǎo)航棒定出病灶體表投影，由此設(shè)計(jì)手術(shù)入路、頭皮切口、骨瓣大小等。術(shù)中在導(dǎo)航棒的指引下定位病灶邊界和鄰近重要解剖及功能性結(jié)構(gòu)，由此設(shè)計(jì)皮層切口位置及大小，根據(jù)導(dǎo)航下fMRI、DTI影像指引，最大限度地切除病灶的同時(shí)，不破壞皮層功能區(qū)及傳導(dǎo)束，保存鄰近重要結(jié)構(gòu)完整?？衫眯g(shù)中超聲發(fā)現(xiàn)、校正腦組織移位；術(shù)后可用體感誘發(fā)電位技術(shù)(SSEP)驗(yàn)證中央溝、運(yùn)動(dòng)區(qū)和感覺區(qū)，用腕部正中神經(jīng)方波刺激、皮層條狀電極記錄并標(biāo)記中央溝，判斷術(shù)前和術(shù)中定位腦皮質(zhì)功能區(qū)的一致性并校驗(yàn)誤差。對照組術(shù)中依靠解剖知識(shí)判斷功能區(qū)及腫瘤所在位置，避開測定的功能區(qū)皮質(zhì)，在距離腫瘤最近的腦溝處造瘺，潛行至腫瘤附近切除腫瘤。

導(dǎo)航組將DTI序列圖像和導(dǎo)航序列圖像分別導(dǎo)入Medtronic導(dǎo)航系統(tǒng)中，并以導(dǎo)航序列圖像為參考影像，DTI序列圖像為工作影像，融合圖像后顯示腫瘤與相鄰神經(jīng)纖維束等結(jié)構(gòu)的三維圖像，以此進(jìn)行顯微切除手術(shù)，依據(jù)腫瘤位置選擇手術(shù)體位，手術(shù)過程中在導(dǎo)航指引定位下最大限度切除腫瘤部分，避免功能區(qū)、神經(jīng)結(jié)構(gòu)的損傷。對照組依據(jù)MRI平掃與增強(qiáng)掃描結(jié)果，分析并確定相鄰神經(jīng)纖維束和腫瘤的關(guān)系，以此設(shè)計(jì)手術(shù)入路、切口和切除范圍。

1.5 臨床評估及隨訪 兩組患者依據(jù)手術(shù)記錄與術(shù)后3 d復(fù)查DTI掃描，判斷腫瘤的切除情況及手術(shù)療效，計(jì)算切除率(切除率=腫瘤全切除例數(shù)/總例數(shù)×100%)。出院前復(fù)查患肢肌力，評估運(yùn)動(dòng)功能改善情況。所有患者均于術(shù)前、術(shù)后3個(gè)月時(shí)評估手術(shù)療效，采用Karnofsky功能狀態(tài)評分(KPS評分)評估患者功能；采用Zubrod-ECOG-WHO腫瘤患者生存質(zhì)量評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生活質(zhì)量調(diào)查，由經(jīng)過培訓(xùn)的同一醫(yī)生完成評分。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS19.0軟件，率的比較采用χ2檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料采用t檢驗(yàn)，有序分類資料行Ridit分析法。

2 結(jié) 果

2.1 術(shù)前功能組織評估情況 導(dǎo)航組患者均成功顯示運(yùn)動(dòng)功能區(qū)，SMA區(qū)10例，雙側(cè)M1區(qū)18例，腫瘤側(cè)半球可見激活，由于受腫瘤組織壓迫推擠11例有不同程度移位；腫瘤對側(cè)M1去代償性激活3例。導(dǎo)航組患者經(jīng)三維重建，術(shù)中導(dǎo)航儀成功標(biāo)定功能區(qū)及腫瘤范圍，實(shí)時(shí)顯示功能區(qū)與腫瘤關(guān)系并與解剖定位比較，功能信息引導(dǎo)下神經(jīng)導(dǎo)航準(zhǔn)確率100.00%。

2.2 病理診斷結(jié)果 導(dǎo)航組中14例為神經(jīng)上皮腫瘤(病理分級：Ⅰ級2例，Ⅱ～Ⅲ級10例，Ⅳ級2例)，2例腦轉(zhuǎn)移瘤，1例海綿狀血管瘤，1例淋巴瘤；對照組中12例神經(jīng)上皮腫瘤(病理分級：Ⅰ級2例，Ⅱ～Ⅲ級9例，Ⅳ級1例)，3例腦轉(zhuǎn)移瘤，2例淋巴瘤，1例生殖細(xì)胞瘤。

2.3 腫瘤切除情況比較 對照組患者腫瘤全切除8例(44.44%)，導(dǎo)航組15例(83.33%)，兩組比較差異顯著(χ2=5.899 7，P<0.05)；對照組次全切6例(33.33%)，部分切除3例(16.67%)，活檢1例(5.56%)；導(dǎo)航組切全切2例(11.11%)，部分切除1例(5.56%)，導(dǎo)航組手術(shù)方式選擇優(yōu)于對照組(u=3.065 2，P<0.05)。

2.4 術(shù)后生活質(zhì)量評分比較 對照組KPS評分≥70分10例(55.56%)，導(dǎo)航組16例(88.89%)，兩組比較差異顯著(χ2=4.984 6，P<0.05)。Zubrod-ECOG-WHO評分導(dǎo)航組優(yōu)于對照組(u=2.367 1，P<0.05)。見表1，表2。

表1 兩組患者術(shù)后KPS評分比較(n)

表2 兩組患者術(shù)后Zubrod-ECOG-WHO評分比較(n)

2.5 各項(xiàng)指標(biāo)比較 兩組病灶體積、注冊誤差無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，導(dǎo)航組fMRI掃描時(shí)間明顯高于對照組(t=16.060，P<0.05)，住院時(shí)間比對照組短(t=4.901，P<0.05)。見表3。

2.6 術(shù)后隨訪情況 所有患者均未失訪，導(dǎo)航組隨訪過程中并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對照組(u=2.376 8，P<0.05)，導(dǎo)航組患者14例無癥狀生存，2例病情復(fù)發(fā)，2例伴有癲癇癥狀；對照組9例無癥狀生存，4例病情復(fù)發(fā)，死亡2例，3例伴有長期不完全性運(yùn)動(dòng)功能障礙。

表3 兩組患者各項(xiàng)指標(biāo)比較

3 討 論

錐體束腦內(nèi)腫瘤術(shù)后肢體運(yùn)動(dòng)障礙發(fā)生率較高，與術(shù)中錐體束纖維損傷有關(guān)。顱腦功能區(qū)腫瘤手術(shù)常導(dǎo)致術(shù)后重大功能障礙，嚴(yán)重者喪失生活自理能力，手術(shù)要求在最大限度切除腫瘤減少復(fù)發(fā)機(jī)會(huì)的同時(shí)應(yīng)盡可能減少對正常腦組織損傷，降低致殘率〔6，7〕。通過解剖標(biāo)識(shí)對大腦皮質(zhì)三維重建估計(jì)錐體束位置，當(dāng)腫瘤生長在錐體束通路周圍時(shí)，錐體束由于腫瘤占位效應(yīng)被推移或侵蝕，正常解剖標(biāo)識(shí)喪失導(dǎo)致術(shù)者無法準(zhǔn)確判斷腫瘤組織與錐體束的關(guān)系。傳統(tǒng)MRI成像雖然可以顯示腫瘤影像學(xué)邊界，但對于錐體束等白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)等無法分辨，手術(shù)過程中當(dāng)接近錐體束時(shí)不能及時(shí)預(yù)知，造成錐體束損傷〔8,9〕；當(dāng)手術(shù)至腫瘤深處靠近錐體束時(shí)，為避免術(shù)后致殘，手術(shù)操作較保守，降低了大腦功能區(qū)腫瘤組織全切除率。DTI技術(shù)可顯示錐體束白質(zhì)纖維信號，判斷腫瘤組織邊界，準(zhǔn)確定位腫瘤附近錐體束，神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合fMRI、DTI技術(shù)可融合圖像信息，通過三維重建、各項(xiàng)分割，在不同解剖位置均可呈現(xiàn)高信號特征性束狀結(jié)構(gòu)，提高對于腫瘤組織與錐體束關(guān)系判斷準(zhǔn)確率，定位手術(shù)切除范圍。因此，相比傳統(tǒng)手術(shù)，神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合fMRI、DTI技術(shù)可最大限度切除腫瘤組織而保護(hù)腦功能區(qū)。本研究中導(dǎo)航組術(shù)前行fMRI、DTI成像，完成融合圖像信息，術(shù)中結(jié)合神經(jīng)導(dǎo)航儀成功標(biāo)定腫瘤及功能區(qū)，手術(shù)療效及手術(shù)時(shí)間等綜合指標(biāo)評價(jià)療效優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)，術(shù)后患者生存質(zhì)量及運(yùn)動(dòng)功能改善情況也優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)并有效縮短患者住院時(shí)間。神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合DTI可改善患者術(shù)后機(jī)體功能狀態(tài)，保護(hù)大腦功能同時(shí)最大范圍切除腫瘤。

由于功能區(qū)腫瘤常將附近腦組織推擠變形，因此術(shù)中很難利用常規(guī)解剖知識(shí)分辨皮質(zhì)功能區(qū)，除皮層功能區(qū)外，對傳導(dǎo)束的保護(hù)具有同樣重要意義，由于這些傳導(dǎo)束的位置深且不易辨別，因此手術(shù)中能實(shí)時(shí)提供皮質(zhì)功能區(qū)及傳導(dǎo)束信息的監(jiān)測手段就顯得十分重要〔10〕。手術(shù)開顱前通過導(dǎo)航確定腫瘤及運(yùn)動(dòng)區(qū)，指導(dǎo)劃定皮瓣，確定骨窗位置及大小，打開硬膜切開蛛網(wǎng)膜前通過導(dǎo)航定位，確定腫瘤方向、位置、邊界及功能區(qū)位置及邊界并標(biāo)記位置；功能區(qū)大腦腫瘤與DTI融合并傳輸至神經(jīng)導(dǎo)航儀，利用神經(jīng)導(dǎo)航精確定位腫瘤，選擇最佳手術(shù)入路，實(shí)現(xiàn)最小皮膚切口、最小骨窗、最微創(chuàng)的皮層切口、最少皮層及傳導(dǎo)束損傷；最大化保護(hù)功能區(qū)大腦皮層，最大化切除腫瘤組織，糾正神經(jīng)導(dǎo)航移位，增加手術(shù)準(zhǔn)確度，實(shí)時(shí)觀察判斷腫瘤組織切除面與功能區(qū)大腦皮層的關(guān)系，輔助切除殘余腫瘤，增加腫瘤全切率。依據(jù)腫瘤組織與錐體束位置關(guān)系選擇手術(shù)入路，最大限度避開錐體束，如錐體束位于腫瘤組織后方，選擇前入路或側(cè)方入路，如錐體束位于腫瘤組織外側(cè)，選擇前入路或后入路，降低錐體束損傷風(fēng)險(xiǎn)，錐體束位于腫瘤組織前方，選擇后入路或側(cè)方入路。錐體束與腫瘤組織距離較大時(shí)可選擇全切除，腫瘤組織侵犯錐體束則應(yīng)選擇部分切除或活檢。通過神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合DTI技術(shù)選擇手術(shù)入路，顯微鏡下分離瘤腦組織界面，術(shù)中在導(dǎo)航下避開腫瘤周圍錐體束，保護(hù)好神經(jīng)纖維束，減少過度電凝與牽拉。

1 Mert A,Kiesel B,W?hrer A,etal.Introduction of a standardized multimodality image protocol for navigation-guided surgery of suspected low-grade gliomas〔J〕.Neurosurg Focus,2015;38(1):E4.

2 Spena G,Garbossa D,Panciani PP,etal.Purely subcortical tumors in eloquent areas:awake surgery and cortical and subcortical electrical stimulation(CSES)ensure safe and effective surgery〔J〕.Clin Neurol Neurosurg,2013;115(9):1595-601.

3 D'Andrea G,Angelini A,Foresti C,etal.Platinum-iridium subdermal magnetic resonance imaging-compatible needle electrodes are suitable for intraoperative neurophysiological monitoring during image-guided surgery with high-field intraoperative magnetic resonance imaging:an experimental study〔J〕.Neurosurgery,2014;10(Suppl 3):387-92.

4 Dimou S,Battisti RA,Hermens DF,etal.A systematic review of functional magnetic resonance imaging and diffusion tensor imaging modalities used in presurgical planning of brain tumour resection〔J〕.Neurosurg Rev,2013;36(2):205-14.

5 Cho JM,Kim EH,Kim J,etal.Clinical use of diffusion tensor image-merged functional neuronavigation for brain tumor surgeries:review of preoperative,intraoperative,and postoperative data for 123 cases〔J〕.Yonsei Med J,2014;55(5):1303-9.

6 Wakabayashi T,Fujii M,Kajita Y,etal.Advanced new neurosurgical procedure using integrated system of intraoperative MRI and neuronavigation with multimodal neuroradiological images〔J〕.Nagoya J Med Sci,2009;71(3-4):101-7.

7 Majchrzak K,Bobek-Billewicz B,Tymowski M,etal.Surgical treatment of insular tumours with tractography,functional magnetic resonance imaging,transcranial electrical stimulation and direct subcortical stimulation support〔J〕.Neurol Neurochir Pol,2011;45(4):351-62.

8 Giordano M,Nabavi A,Gerganov VM,etal.Assessment of quantitative corticospinal tract diffusion changes in patients affected by subcortical gliomas using common available navigation software〔J〕.Clin Neurol Neurosurg,2015;136:1-4.

9 R?ssler K,Sommer B,Grummich P,etal.Risk reduction in dominant temporal lobe epilepsy surgery combining fMRI/DTI maps,neuronavigation and intraoperative 1.5-Tesla MRI〔J〕.Stereotact Funct Neurosurg,2015;93(3):168-77.

10 d'Andrea G,Sessa G,Ferrante L.Ganglioglioma of the right lateral ventricle approached with neuronavigation and intraoperative DTI.Case report and literature review〔J〕.Cent Eur Neurosurg,2011;72(4):196-200.

〔2016-04-18修回〕

(編輯 郭 菁)

?？谑兄攸c(diǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2011-SKG-12-124)

1 陵水縣人民醫(yī)院 2 吉林大學(xué)第一醫(yī)院

劉興吉(1966-)，男，博士，副教授，主要從事顱底腫瘤外科治療研究。

聶 柳(1975-)，男，碩士，副主任醫(yī)師，主要從事顱腦腫瘤及顱腦外傷的外科治療研究。

R651.1+1

A

1005-9202(2016)19-4842-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.19.078