攜手攀登神經(jīng)影像學(xué)第三高峰

趙繼宗

·述評(píng)·

攜手攀登神經(jīng)影像學(xué)第三高峰

趙繼宗

趙繼宗，男，中國(guó)科學(xué)院院士，1969年畢業(yè)于第四軍醫(yī)大學(xué)。1990年被派往美國(guó)休斯頓醫(yī)療中心進(jìn)修神經(jīng)外科1年，次年轉(zhuǎn)到美國(guó)Henry Ford醫(yī)院神經(jīng)外科，進(jìn)修腦血管病的手術(shù)治療以及顯微神經(jīng)外科?，F(xiàn)任天壇醫(yī)院神經(jīng)外科教授、神經(jīng)外科主任、副院長(zhǎng)，國(guó)務(wù)院學(xué)位評(píng)審組成員、中華醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)外科專業(yè)委員會(huì)主任委員、北京醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)外科分會(huì)主任委員、中國(guó)神經(jīng)科學(xué)會(huì)神經(jīng)外科分會(huì)主任委員、北京醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)外科專業(yè)委員會(huì)主任委員、中華神經(jīng)外科雜志主編、臨床神經(jīng)外科醫(yī)學(xué)副總編、國(guó)外醫(yī)學(xué)腦血管疾病分冊(cè)、中華創(chuàng)傷雜志英文版、中國(guó)臨床神經(jīng)外科等雜志編委、美國(guó)Surgical Neurology編委、德國(guó)Neurosurgical Review編委。參加國(guó)家“七·五”、“八·五”科研攻關(guān)。擔(dān)任國(guó)家“九·五”和“十·五”“腦卒中規(guī)范化外科治療的研究”的課題負(fù)責(zé)人。1985年以來(lái)共榮獲獎(jiǎng)勵(lì)十余項(xiàng)，先后在國(guó)內(nèi)外專業(yè)雜志上發(fā)表論文200余篇。主編《顱腦腫瘤外科學(xué)》《微創(chuàng)神經(jīng)外科學(xué)》《顱腦外傷》、《顱內(nèi)動(dòng)脈瘤》等專著及電子出版物9部，參編《實(shí)用神經(jīng)外科學(xué)》、《神經(jīng)外科手術(shù)學(xué)》、《小兒神經(jīng)系統(tǒng)疾病》及《外科學(xué)》（第五版）等著作，并參加了人民衛(wèi)生出版社、高等教育出版社、北京醫(yī)科大學(xué)出版社出版的醫(yī)學(xué)院校五年制、七年制教材和博士生外科學(xué)教材神經(jīng)外科部分的編寫(xiě)。

神經(jīng)系統(tǒng)； 神經(jīng)影像學(xué)； 微創(chuàng)

神經(jīng)科學(xué)是伴隨著影像的發(fā)展而發(fā)展的。在16世紀(jì)，人們開(kāi)始探索腦不同部位的定位，1501年Magnus Hundt的腦結(jié)構(gòu)和功能圖顯示出頭部不同的部位有不同的功能，直到20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了磁共振，能夠提供清晰精細(xì)的大腦影像，極大地促進(jìn)了對(duì)大腦的了解研究[1]。

一、神經(jīng)影像學(xué)歷史

神經(jīng)外科近100年的發(fā)展歷史可以分為3個(gè)階段或者說(shuō)2個(gè)高峰，3個(gè)階段即經(jīng)典神經(jīng)外科階段、顯微神經(jīng)外科階段和微創(chuàng)神經(jīng)外科階段，我們現(xiàn)在面臨的是第三個(gè)階段；2個(gè)高峰即腦解剖成像和腦功能成像[2]。無(wú)論是對(duì)腦功能的生理學(xué)研究，還是后期的CT磁共振的發(fā)現(xiàn)，我們可以看到20世紀(jì)50年代主要是對(duì)神經(jīng)功能、神經(jīng)生理的研究，影像起了關(guān)鍵的作用。

（一）第一高峰建立：腦解剖成像

1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X-射線，首先用于胸透。神經(jīng)外科之父Harvey Cushing 1896年用X光診斷了頸部的異物。1918年美國(guó)神經(jīng)外科醫(yī)生Dandy發(fā)明腦室氣造影，使用影像觀察大腦。原理是向顱內(nèi)注入低密度的空氣或者氧氣，所得的腦室系統(tǒng)圖像為陰性（透光）圖像，用于診斷患者神經(jīng)功能的缺損。1921年Jecobaeus使用空氣脊髓腔造影?；颊咛稍赬光球管里，醫(yī)生給患者做腰穿，使用空氣或氧氣置換腦積液，空氣輕所以向上走，替代了穿刺腦室，而且還可以做脊髓的病變?cè)\斷。以上都是X光應(yīng)用到臨床后取得的結(jié)果。1927年葡萄牙精神科醫(yī)生諾貝爾獎(jiǎng)獲得者M(jìn)oniz發(fā)明頸內(nèi)動(dòng)脈造影，是神經(jīng)外科歷史上的里程碑，直到現(xiàn)在不止神經(jīng)外科，包括所有的科室都在應(yīng)用，即現(xiàn)在的數(shù)字減影。莫尼茲在患者脖子這個(gè)部位將頸內(nèi)動(dòng)脈暴露出來(lái)并打入造影劑，這是最早的腦血管造影，隨著技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)了連續(xù)造影，也就是數(shù)字減影血管造影技術(shù)（digitalsubtraction angiography，DSA）。如果沒(méi)有數(shù)字減影、血管造影、氣腦、X光的平片，神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展不可能到如今這個(gè)水平。

（二）第二高峰建立：腦功能成像

從20世紀(jì)50年代至今，我們?nèi)匀惶幵诘诙€(gè)高峰。關(guān)鍵的技術(shù)是CT（1976年）、PET（1984年）、MRI（1978年）以及fMRI（1992年），這些影像技術(shù)的支持才使得神經(jīng)外科提高到第二個(gè)高峰，進(jìn)入了微創(chuàng)階段。不僅神經(jīng)外科，整個(gè)醫(yī)學(xué)進(jìn)入21世紀(jì)后基本都走入了微創(chuàng)階段。1972年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Hounsfield發(fā)明了第一臺(tái)CT機(jī)器，成功獲得腦腫瘤CT片。在磁共振的發(fā)展過(guò)程中，有十幾位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，大部分是物理學(xué)家，正是由于他們的貢獻(xiàn)在醫(yī)學(xué)界的應(yīng)用，才有現(xiàn)在的CT、MR、fMRI等技術(shù)。fMRI可以很明確地顯示DTI傳導(dǎo)束定位、不同區(qū)域的定位、病灶的定位等；PET-CT在臨床已經(jīng)廣泛應(yīng)用，能夠早期發(fā)現(xiàn)病灶和診斷疾?。淮殴舱癫ㄗV來(lái)判斷腫瘤的性質(zhì)；腦磁圖是一個(gè)很重要的檢查腦功能的影像學(xué)設(shè)備，主要用于臨床癲癇的病灶定位。目前，這些檢查都各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)出時(shí)間分辨率和空間分辨率不一致。時(shí)間分辨率最好的是腦電，但是其空間分辨率差。磁共振的空間分辨率最好，但是時(shí)間分辨率差。因此多模態(tài)影像融合技術(shù)的發(fā)展為研究臨床工作能提供更準(zhǔn)確的信息。

隨著影像的發(fā)展，臨床與影像結(jié)合起來(lái)，達(dá)到影像/手術(shù)一體化，即術(shù)中MRI，可以實(shí)時(shí)知道手術(shù)進(jìn)程，更加準(zhǔn)確，在臨床與研究方面起著很重要的作用。美國(guó)聯(lián)盟醫(yī)療體系所屬的美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬布列根和婦女醫(yī)院經(jīng)過(guò)20年的籌備，與美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院共同投資2000萬(wàn)美元，興建了全球唯一的“高級(jí)多維影像引導(dǎo)手術(shù)操作系統(tǒng)”手術(shù)室。高級(jí)多模式影像引導(dǎo)手術(shù)系統(tǒng)是世界范圍內(nèi)首批整合了所有醫(yī)學(xué)影像技術(shù)用于術(shù)中成像的手術(shù)系統(tǒng)，可在減少手術(shù)侵入性的同時(shí)提高療效，但是在實(shí)際操作中仍需進(jìn)一步完善[3]。

如何把影像的東西用到臨床上，即導(dǎo)航，是神經(jīng)影像學(xué)的第二個(gè)高峰。把MRI、fMRI、血管造影等影像數(shù)據(jù)融合輸入導(dǎo)航機(jī)器中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維定位，進(jìn)行術(shù)中診斷。所以我認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，無(wú)論是磁共振數(shù)據(jù)還是模擬的數(shù)據(jù)，完全可以通過(guò)此系統(tǒng)轉(zhuǎn)到手術(shù)中，可以盡量保護(hù)患者的功能，同時(shí)也為基礎(chǔ)研究提供了實(shí)例的證據(jù)。因此這個(gè)系統(tǒng)是搭起了一個(gè)橋梁，即轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)，將基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究和臨床治療連接起來(lái)，也就是目前微創(chuàng)的根本，形成了影像為神經(jīng)外科推進(jìn)的第二個(gè)高峰。

（三）攀登第三高峰：活體人腦認(rèn)知成像

在20世紀(jì)50年代以前，X線、氣腦、血管造影稱為經(jīng)典神經(jīng)外科，20世紀(jì)50年代以后發(fā)明CT、MR、功能MR/PET進(jìn)入微創(chuàng)神經(jīng)外科。21世紀(jì)，腦認(rèn)知方面我們研究的是網(wǎng)絡(luò)、功能、定位，特別是腦研究、腦科學(xué)，這些研究給我們提出新的要求，我們面臨的是第三個(gè)高峰[2]。醫(yī)學(xué)發(fā)展至第三個(gè)高峰，首先需要有一個(gè)科學(xué)的、基礎(chǔ)的、研究前提或基地。神經(jīng)外科從20世紀(jì)90年代發(fā)展到今天仍處于瓶頸期，沒(méi)有突破性的進(jìn)展。目前對(duì)于神經(jīng)科來(lái)說(shuō)，影像技術(shù)沒(méi)有發(fā)展，就不能達(dá)到第三高峰。也就是說(shuō)雖然影像技術(shù)發(fā)展越來(lái)越好、越來(lái)越精，但均不是里程碑的進(jìn)展。因此我希望社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域攜手來(lái)攀登第三個(gè)高峰，造福于人。

總結(jié)目前已有的進(jìn)展：（1）7.0 Tesla MR腦微小血管。數(shù)字減影只能顯示一些異常血管，但是7.0磁共振顯示更加清楚，可以看到相互的聯(lián)系；（2）胎兒MRI：神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育研究。過(guò)去是B超診斷，可以發(fā)現(xiàn)胎兒畸形，但是現(xiàn)在的磁共振則可以發(fā)現(xiàn)胎兒腦積水，早期進(jìn)行診斷治療；（3）多模態(tài)融合：腦認(rèn)知環(huán)路研究。將時(shí)間分辨率高和空間分辨率高的技術(shù)融合，對(duì)疾病的判斷、腦功能的認(rèn)識(shí)有很大的提高，現(xiàn)在這個(gè)也是目前很重要的研究領(lǐng)域；（4）立體腦電技術(shù)，即利用立體定向技術(shù)將深部電極插入腦深部，精確定位致癇灶并判斷手術(shù)切除范圍；（5）fMRI+神經(jīng)電生理：體感誘發(fā)電位、經(jīng)顱磁刺激。術(shù)前磁共振定位，術(shù)中喚醒患者、刺激不同部位，驗(yàn)證功能區(qū)的位置，進(jìn)行術(shù)中腦電檢測(cè)，保護(hù)患者功能區(qū)；（6）微小意識(shí)狀態(tài)：有研究表明最小意識(shí)狀態(tài)患者靜息態(tài)fMRI顯示，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)接近閉鎖綜合征患者水平，顯著高于植物狀態(tài)患者水平[4]。植物狀態(tài)的患者不一定處于長(zhǎng)期的昏迷，其中存在微小意識(shí)狀態(tài)，這些患者fMRI是有反應(yīng)的，這種表現(xiàn)的患者是有可能恢復(fù)的。如果對(duì)昏迷的患者進(jìn)行昏迷狀態(tài)判斷，無(wú)論是對(duì)家屬還是對(duì)社會(huì)都會(huì)有益，避免大量醫(yī)療資源的浪費(fèi)。但是這個(gè)研究剛剛開(kāi)始，因?yàn)橹参锶俗龃殴舱駮r(shí)在操作上有一些困難，而且腦外傷損傷的患者情況繁雜，大部分都是車禍工傷，病情追蹤難，需要長(zhǎng)期的隨訪；（7）語(yǔ)言區(qū)重塑。我們認(rèn)為布洛卡區(qū)就是語(yǔ)言區(qū)，但是對(duì)于腫瘤、先天性疾病它是可以重塑的，盡管先天性疾病做完手術(shù)出現(xiàn)短時(shí)間失語(yǔ)，過(guò)一段時(shí)間是可以恢復(fù)的。語(yǔ)言功能區(qū)環(huán)路和視覺(jué)環(huán)路現(xiàn)在研究的已經(jīng)很深入了。

二、影像學(xué)展望

疾病定性方面的研究進(jìn)展是我們所期待的。隨著加強(qiáng)對(duì)比劑的研究，目前還不能完成很多病灶的定性。比如阿爾茨海默病，知道病灶的位置，但是不能通過(guò)影像判斷患者是否為阿爾茨海默病；對(duì)于腫瘤來(lái)說(shuō)，目前還沒(méi)有很好的造影技術(shù)判斷腫瘤的性質(zhì)、良性/惡性的程度，這是我們需要研究的。我國(guó)的科學(xué)院在進(jìn)行納米技術(shù)方面的基礎(chǔ)研究，還沒(méi)有進(jìn)行臨床研究，但是這是我們所期待的進(jìn)展。中科院化學(xué)所利用異羥肟酸PEG修飾的3.6 nm Fe3O4納米顆粒作為磁共振造影劑，成功實(shí)現(xiàn)活體腫瘤T1和T2雙模態(tài)MRI檢測(cè)[5]。有研究表明MRI對(duì)組織髓磷脂含量與完整度敏感有助于確定阿爾茨海默病/多發(fā)硬化病變過(guò)程中鐵積累/脫髓鞘時(shí)間關(guān)系[6]。阿爾茨海默病對(duì)家屬的折磨、社會(huì)的負(fù)擔(dān)是不可估量的。隨著人類的老齡化，該疾病會(huì)非常突出。目前的影像技術(shù)不能支持老年癡呆癥早期診斷，這也是我們的研究重點(diǎn)。人類健康狀況與自身遺傳物質(zhì)密切相關(guān)，分子生物學(xué)進(jìn)展為研究人類健康和疾病提供基礎(chǔ)，對(duì)疾病認(rèn)識(shí)從臨床和影像學(xué)跨越至分子水平。讓我們把握機(jī)遇（國(guó)家腦研究和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃，國(guó)家神經(jīng)性疾病臨床研究中心）、跨出門(mén)檻（跨出各自門(mén)檻，與自然科學(xué)聯(lián)手）、多科合作（整合、磨合、融合，成果分享），攜手登攀神經(jīng)影像學(xué)第三高峰。

[1] Taveras,祁吉.神經(jīng)放射學(xué)：過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)[J].國(guó)際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志,1991(2)：92-95.

[2] 趙繼宗.微創(chuàng)神經(jīng)外科學(xué)的現(xiàn)在和未來(lái)[J].醫(yī)學(xué)研究雜志, 2008,37(8)：3-5.

[3] 多維影像引導(dǎo)手術(shù)系統(tǒng)[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志,2012,24(1)：60.

[4] Noirhomme Q,Soddu A,Lehembre R,et al.Brain connectivity in pathological and pharmacological coma[J].Front Syst Neurosci, 2010,4：160.

[5] Zeng L,Ren W,Xiang L,et al.Multifunctional Fe3O4-TiO2 nanocomposites for magnetic resonance imaging and potential photodynamic therapy[J].Nanoscale,2013,5(5)：2107-2113.

[6] Kandel E,Schwartz J,Jessell T,et al.Principles of neural science[M].Fifth Edition.New York：McGraw-Hill Medical, 2013：89,1331.

（本文編輯：馬帥）

趙繼宗.攜手攀登神經(jīng)影像學(xué)第三高峰[J/CD].中華神經(jīng)創(chuàng)傷外科電子雜志,2017,3(3)：129-131.

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2017-05-07）

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