多模態神經導航在膠質瘤手術治療的應用
2020-06-09 來源：中國微侵襲神經外科雜誌
作者：張楚，張少軍，蚌埠醫學院第一附屬醫院神經外科
膠質瘤是起源於神經膠質細胞的腫瘤，是最常見的顱內原發腫瘤之一，手術是最主要的治療方式，手術切除範圍對於膠質瘤病人的生存和生活質量有著重要影響，由於膠質瘤侵襲性生長的特點，其與正常腦組織分界不清，常導致手術不能完全切除。傳統神經外科手術主要依靠腫瘤組織的異常形態、腫瘤與正常腦組織顏色和質地的差別，來定位腫瘤和劃定腫瘤切除邊界。
對於腦功能區膠質瘤，傳統手術不能很好地判定腫瘤與周圍結構的空間位置關係，從而導致病人術後出現較多併發症和神經功能缺失。近年來，隨著醫學科技發展，神經導航技術、多模態影像融合技術在神經外科手術得到廣泛應用，這些技術能夠幫助術者在術前制定更合適的手術計劃，術中更加精準地定位腫瘤。多模態神經導航是將神經導航技術與多模態影像融合技術相結合，然後應用於手術治療。
1.多模態神經導航
多模態神經導航的概念是將各種單一模態的影像信息進行綜合，將各種影像學特性在同一圖像上呈現出來，從而得到關於腫瘤病灶全面、精準的信息，然後通過計算機技術將融合後的影像學資料與神經系統解剖結構之間建立動態聯繫，並通過紅外線遙感技術獲取術中病人頭部和手術進程的位置信息，對比影像學信息，計算並顯示手術的實時進程、病變精準位置，以及與周圍組織結構的空間關係。
2.多模態神經導航常用的影像融合方案
2.1CTA與MRI結合
CTA可通過3D方式呈現顱內血管，包括因腫瘤侵犯壓迫導致走行異常的血管。常規MRI在中樞神經系統應用較廣泛，可準確評估腫瘤病灶的位置、大小、形態、邊界與瘤周水腫等，MRIT1W主要用於顯示腦皮質結構、血管和腫瘤病灶等組織解剖結構；T2W對囊性病灶或病灶周圍水腫帶的顯示更具優勢；MRI增強掃描可反映膠質瘤血液循環供給狀況，腫瘤生長特性，能清晰顯示病變侵襲範圍、形態，有利於臨床醫師觀察腫瘤的生長特性，從而對膠質瘤進行分級。
韋可等利用CTA與MRI相結合，聯合神經導航，對位於鞍旁跨中後顱窩腫瘤進行手術治療，術中很好顯示顱底骨性結構以及頸內動脈巖骨段、大腦中動脈、大腦後動脈及其分支與腫瘤的位置關係，大大提高精準性，有效避免術中重要血管損傷，明顯減少術後併發症的發生。
2.2MRIT1W與BOLD-fMRI結合
血氧水平依賴功能磁共振成像（blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI）是近年新出現的功能磁共振技術，fMRI是以血氧水平依賴效應為核心的檢測方法，從而定位腦功能區的一種磁共振成像技術。在神經元活動時，活動區域血液中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白比例會發生改變，這種改變會引起活動區域T2改變，從而在T2加權像上反映出腦組織局部活動功能；其反映神經元活動時血流、血容量和血紅蛋白氧合作用三者之間的變化。
LABUDDA等研究結果表明：BOLD-fMRI能夠無創性顯示腦功能區，其準確性已被腦功能區定位金標準的皮質電刺激證實。位於腦皮質功能區的膠質瘤，因為腫瘤本身的壓迫以及瘤周水腫產生的影響，會造成腦組織移位，而BOLD-fMRI技術可將腫瘤與腦皮質功能區域的相對位置標記出來，配合神經導航精準定位腫瘤和皮質功能區域。
2.3MRIT1W與DTI結合
DTI技術可根據腦白質纖維中水分子彌散運動的各向異性成像，顯示腦白質纖維束結構，且DTI是目前能夠顯示腦白質纖維束結構的惟一方法，能夠顯示腫瘤與周圍纖維束的空間相對結構，判定白質纖維束的走行與受累情況。胡先超等利用DTI與MRIT1W的影像融合聯合神經導航，指導錐體束旁膠質瘤切除，使錐體束在術中可視，有效減少因腫瘤過度切除而造成錐體束損傷，大大降低病人術後神經功能缺損的發生，較傳統導航手術明顯降低病殘率。位於腦白質深部的膠質瘤，單純依賴以MRIT1W等解剖像為基礎的神經導航並不能準確判斷術中切除範圍與白質纖維束的位置關係，將DTI與MRIT1W信息融合後，術中可清晰顯示腫瘤與纖維束的毗鄰關係，配合神經導航在最大程度切除腫瘤的同時，做到對纖維束最小損傷。
2.4MRIT1W、BOLD-fMRI與DTI結合
位於中央區的膠質瘤，BOLD-fMRI能準確定位皮質功能區，但不能提供皮質下纖維束的位置和完整性等信息，術中保護皮質下纖維束對避免神經損傷非常重要，三者相結合能夠將腫瘤、皮質功能區、神經纖維束同時呈現於同一圖像，以此圖像為基礎進行導航手術，有助於最大限度切除腫瘤，減少神經功能損傷。於聖平等應用術前MRIT1W、BOLD-fMRI與DTI影像融合，聯合神經導航與術中MRI技術，對腦深部或功能區膠質瘤病人進行手術治療，術中實時顯示腫瘤所涉及的功能區和神經纖維束，在保護重要功能區及纖維束的同時，最大程度切除腫瘤，有效保護病人神經功能，改善病人預後。
3.多模態神經導航技術的局限性與解決方法
多模態神經導航技術的局限性主要來自於術中腦組織移位導致的導航失準，以及多模態影像學資料融合時產生的誤差。
3.1術中腦組織移位導致的導航失準
神經導航技術所利用的影像學信息均為術前採集，受術中骨瓣去除、腦組織受重力影響、腦脊液釋放、病灶切除、腦組織水腫及牽拉等多種因素影響，會導致腦組織相對移位，從而降低神經導航的精準性，產生一定誤差。目前國內外對解決術中腦組織漂移有多種方法。於聖平等利用術中高場強MRI來糾正膠質瘤手術中腦組織的移位，並實時監測術中情況，在手術過程中定位腫瘤邊界及功能區。
黃進等利用術中螢光素鈉染標記膠質瘤邊界，在糾正腦漂移的同時，實現腫瘤切除。嶽向勇等利用術中超聲可反覆掃查、實時定位的優點，對腫瘤進行實時定位，並判斷腫瘤範圍及其周邊血管走向，同時糾正腦組織移位。術中彩超、術中CT、術中MRI等實時影像的發展與應用，可有效糾正腦組織漂移。術中螢光的應用可進一步精準標記膠質瘤邊界，確定切除範圍的同時糾正腦組織移位。另外，術中減少脫水劑的使用以及避免腦脊液過多的流失，也是糾正腦漂移的有效方法。
3.2影像融合產生的誤差
①因掃描基線不統一導致的誤差。吳勁松等研究表明：所有融合影像資料必須採用統一的掃描基線，否則融合後的圖像與實際會有較大差距。②因影像變形導致的誤差。對於DTI影像資料，文獻研究發現在靠近顱底骨性結構處（如顳底、腦幹橋腦水平以下、小腦等），靠近額竇氣房的腦組織（如額極等），靠近顱蓋和頭皮脂肪處腦組織中，因受骨質高磁化敏感度和氣體-組織界面對磁場均勻性的影響，DTI影像易發生扭曲變形。而越靠近腦組織中央深部，DTI影像扭曲變形程度越輕。大多數重要的腦白質纖維束（如基底-內囊、胼胝體等）均位於腦實質深部，因此，影像圖片的變形並不影響這些重要腦白質纖維束的定位。
在定位中央皮質下白質纖維束（如語言中樞纖維）時，DTI影像扭曲變形會影響定位準確性，BOLDfMRI、術中喚醒、術中皮質電刺激等技術的出現恰好彌補DTI對語言中樞等相關纖維束定位的缺陷。SARUBBO等研究表明：BOLD-fMRI定位語言功能區與經皮質電刺激定位的語言功能區具有較高一致性；因此，運用BOLD-fMRI可定位語言功能區及明確其與腫瘤的相對位置。採用術中喚醒、術中直接皮質-皮質下電刺激等技術，定位相關功能區域，是安全可靠的腦功能區定位技術。
4.展望
如今，膠質瘤手術的首要目標是最大程度地切除腫瘤同時使創傷減至最小，從而提高病人生活質量。隨著神經導航系統發展，多模態影像與神經導航結合，可更加準確判斷腫瘤邊界，提高腫瘤全切程度，並且可更好保護神經功能，大大降低手術風險，減少手術併發症。隨著精準醫療時代的到來，多種技術共同協作、相互補充是神經外科的發展趨勢。
來源：張楚,張少軍.多模態神經導航在膠質瘤手術治療的應用[J].中國微侵襲神經外科雜誌,2020(02):94-96.
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