术中磁共振联合功能神经导航在中央区胶质瘤手术的应用☆

张家墅 陈晓雷 侯远征 孙国臣 李方晔 郑刚 李晋江 许百男

胶质瘤是颅内最常见的原发肿瘤，治疗是以手术为主的综合治疗。外科手术切除是胶质瘤综合治疗中最关键的第一步。越来越多的证据显示，胶质瘤的切除程度是影响患者生存期的主要因素。对于非功能区胶质瘤，应采取根治性手术。但对于功能区胶质瘤，手术既要提高肿瘤切除范围，又要保留神经功能，为临床提出一道难题［1］。功能神经导航在解剖导航的基础上整合了脑部功能影像，能够在术中精确、高效地定位脑功能区，从而加以保护。术中磁共振能够纠正术中脑移位，发现残余肿瘤，实时反馈肿瘤切除程度。上海华山医院神经外科在国内首先开展了低场强术中磁共振联合神经导航切除功能区胶质瘤，在保留神经功能基础上实现了肿瘤的最大化切除［2］。近年来，高场强术中磁共振系统逐渐成为临床应用的主流。同低场强系统相比，高场强术中磁共振不仅能够在术中获得高质量的解剖影像，还能够进行术中的脑功能成像，配合功能导航系统可以在术中实时显示白质纤维束和皮层功能区。本单位自安装高场强术中磁共振系统以来，致力于高场强术中磁共振联合功能神经导航下手术切除中央区胶质瘤的研究，取得了满意的疗效。

1 对象与方法

1.1 研究对象 以2010年1月至2011年5月间在解放军总医院神经外科接受术中磁共振联合功能神经导航手术的22例中央区胶质瘤患者为研究对象。其中男10例，女12例，年龄15～72岁，平均（41.95± 14.87）岁，详见表 1。

1.2 术前扫描 术前1 d，采用1.5T高场强术中磁共振（Siemens Espree，Erlangen，Germany）进行扫描。解剖影像应用T1加权三维磁化强度预备梯度回波序列（T1WI 3D MPRAGE，TE 3.02 ms，TR 1650 ms，matrix size 256×256，FOV 250×250 mm，slice thickness 1 mm）。弥散张量成像 （diffusion tensor imaging，DTI），采取单次投照弥散加权自旋回波序列。 序列参数如下：TE 147 ms，TR 9400 ms，Ma⁃trix size 128×128，Fov 251×251mm，Slice thick⁃ness 3 mm，Bandwidth 1502 Hz／px，b value 0 与1000 s／mm2，Voxel 1.9 mm×1.9 mm×3 mm，40 slices。采用12个主弥散方向，连续无间隔扫描5个循环，总扫描时间7 min 49 s。血氧水平依赖功能磁共振成像 （blood oxygen level dependent func⁃tional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI），BOLD-fMRI序列采用梯度－平面回波成像 （TE 60 ms，TR 2540 ms，FOV 192 × 192 mm，slice thickness 3 mm），以组块设计完成双手交替对掌运动。

表1 22例中央区胶质瘤患者基本资料、切除程度及神经功能评分

1.3 导航计划 原始扫描数据通过局域网传输到导航计划工作站。应用 PatXfer 5.2（BrainLab，Feldkirchen，Germany）进行数据转换，应用i-Plan2.6（BrainLab，Feldkirchen，Germany）融合各序列影像并制定导航计划。应用iPlan2.6的“object creation”模块进行肿瘤范围勾勒。利用“BOLD mapping”模块的分析功能，通过调整阈值（Threshold ＝ 4.5，P ＜ 0.001），生成手部运动皮层代表区的三维结构。利用“fiber tracking”模块进行锥体束重建，为最大限度保护神经功能，FA 阈值选取 0.1［2］。参考Nimsky等［3］介绍的方法进行锥体束重建：第一步，根据手部代表区位置确定中央前回，调整矩形感兴趣区（region of interest，ROI）包括整个中央前回下方白质，下端到达侧脑室顶部水平，追踪通过该空间内所有白质纤维。第二步，调整ROI包含一侧大脑脚底，保留仅通过该侧大脑脚底的白质纤维。第三步，删除明显不属于锥体束的纤维后，软件自动生成三维形态的锥体束。

1.4 术中扫描及功能神经导航

1.4.1 术前准备 术前 1 d，术者先根据肿瘤解剖影像及个人经验，制定手术计划。然后，术者根据导航计划内容对计划进行调整或修订，并最终敲定手术计划。手术当天，将导航计划通过局域网传输到导航系统（VectorVision Sky，BrainLab，Feldkirchen，Germany），根据患者面部特征或人工标记物，进行导航注册。注册成功后，连接导航系统与手术显微镜（OPMI Pentero，Carl Zeiss，Germany），注册显微镜以实现镜下导航。两次注册误差控制在3 mm内，否则重复上述步骤直至满意。所有步骤完成后，导航计划中肿瘤范围、锥体束等内容，即可投射到显微镜下视野内，术者可以通过变换焦点深度及位置，达到实时镜下导航的目的。

1.4.2 手术过程 术者于开放蛛网膜前，根据镜下导航用消毒纸片标记手部运动皮层代表区，防止脑脊液流失后脑漂移造成的导航误差。切除肿瘤时，原则上先切除远离功能区的部分，然后切除靠近功能区的部分。当出现以下任意一种情况时停止手术：①术者认为肿瘤切除完全；②镜下导航提示手术操作区域已十分接近或到达功能区；③脑脊液流失较多，脑漂移严重，严重影响导航准确性。手术停止后，瘤腔止血，不铺垫任何止血材料以保证影像质量。覆盖术区，进行术中磁共振扫描。

1.4.3 术中扫描及导航计划更新 术中扫描仅线圈不同于术前，磁体、扫描序列及参数均同术前。此外，术中无法唤醒患者进行任务模式下BOLD-fMRI序列扫描。扫描后数据传输与锥体束重建方法均同术前。融合术中与术前影像，重建锥体束后勾画残余肿瘤，将更新的导航计划传输至导航工作站内。导航重新开启后，无需重新注册，保留原有注册信息，使用更新的术中导航计划进行镜下导航。如此反复可行数次术中扫描或计划更新，直至肿瘤切除满意。

1.5 肿瘤切除程度的评估 术者于术中扫描前，填写预先设计的调查问卷，估计肿瘤切除程度。导航计划更新后，术者根据残余肿瘤与术中锥体束距离决定是否继续手术。不知晓患者病史及手术情况的研究人员，根据术中影像计算肿瘤实际切除程度。第一次与最后一次扫描后，由以上研究人员分别测量计算肿瘤的切除程度 （extent of resection，EoR）［（术前肿瘤体积－术中残留体积）／术前肿瘤体积）］，得到最初切除程度与最终切除程度。

1.6 手术计划及神经功能评估 无导航计划前，由术者（高级职称）和第一助手（中级职称）根据普通磁共振影像及经验，讨论确定锥体束与肿瘤的位置关系并制定手术计划。然后，根据导航计划中肿瘤与功能区的位置关系，重新讨论确定手术计划。术前1 d，两名以上不知晓患者病史及影像学资料的高年资主治医生通过问诊、查体获得患者术前KPS评分Kpre。术后3周由术前评估医生通过问诊、查体获得患者术后KPS评分Kpost。

1.7 统计学分析 最初与最终切除程度以及Kpre与Kpost的比较采用配对t检验，检测水准α＝0.05。统计分析应用 SPSS 19.0（SPSS nc.，Chicago，USA）完成。

2 结果

2.1 术前导航计划对手术入路的影响 由于错误判断了肿瘤与功能区的关系，术者术前对8例患者的手术计划进行了不同程度调整。其中，2例由于错误判断了中央前回与锥体束的位置，需要改变手术入路及体位。

图1 典型病例术前影像及导航计划。左侧中央区胶质瘤1例，患者术前右侧肌力Ⅲ级。A-C：术前不同序列磁共振影像提示左侧中央区不均匀强化病变。D-E：二维及三维功能导航计划图像。图像显示肿瘤（绿色）位于左侧中央区，前上方紧邻手部运动皮层代表区（黄色），锥体束（紫色）及感觉传导束（粉色）沿肿瘤前方上行。

图2 同一病例术中镜下截图及磁共振扫描影像。A切开硬膜后，显微镜下肿瘤、手部运动皮层代表区及皮层下传导束的三维投影，更直观地显示肿瘤与周围功能区的毗邻关系。绿色为肿瘤，红色为手部运动皮层代表区，紫色为锥体束，粉色为感觉传导束，蓝色为弓形束。B第一次术中扫描后重建锥体束（紫色）后发现，邻近锥体束安全范围内肿瘤残留，标定残留肿瘤（绿色）。C显微镜下残余肿瘤的术区投影，帮助术者直观、准确地定位残留肿瘤。D第二次术中扫描提示肿瘤切除满意，术后第三天患者右侧肌力IV级，较术前好转。

2.2 术中磁共振对肿瘤切除程度的影响 22例患者中，除1例由于未切肿瘤前发生严重脑移位行第一次扫描外，其余21例术中第一次扫描前已行不同程度肿瘤切除。术中第一次扫描证实，术者判断准确16例，误判6例。22例患者中，仅10例患者第一次术中扫描即证实肿瘤切除满意，其余12例在第一次扫描时，发现距离功能区安全范围内不同程度肿瘤残留，从而进一步行肿瘤切除。最终，22例患者中，全切除13例（大于95%），次全切除8例（大于80%），部分切除1例（大于50%），见表 1。 肿瘤的最初切除程度（77.70% ± 23.70%）与最终切除程度（87.30% ± 20.30%）比较，两组差异有统计学意义（配对t检验，P＜0.001）。 此外术中发现远隔部位血肿1例，行开颅血肿清除术，术后患者清醒，术后3周无新增神经功能障碍。

2.3 术中磁共振联合功能神经导航对术后神经功能的影响 Kpre（79.09 ± 11.51）与 Kpost（79.09 ±14.77）比较，差异无统计学意义（配对 t检验，P ＞0.05）。22例患者中，术后3周神经功能改善8例，同术前7例，功能下降7例。7例功能下降者，KPS评分亦均大于60，生活能够自理。

3 讨论

胶质瘤是颅内最常见的原发肿瘤，由于其常呈侵润性生长，手术难以全切且容易复发，治疗非常棘手。中央区是颅内胶质瘤常见的部位，由于其位于躯体运动及感觉中枢，患者往往伴有不同程度的肢体运动功能障碍，随着肿瘤进展，症状会进行性加重最终导致偏瘫，严重影响生活质量。目前针对胶质瘤，国内外尚缺乏有效的治疗方法，手术依然是治疗胶质瘤的首选方法。研究显示，手术尽可能多地切除肿瘤，减少瘤细胞负荷，能够达到延长患者生存期的目的。但是对位于重要功能区的胶质瘤，一味地追求肿瘤全切除，势必造成神经功能障碍，于是如何平衡切除肿瘤与保护神经功能这一对矛盾，成为神经外科一直探索的难题。最近研究显示，对于功能区的胶质瘤，保护神经功能比大范围切除更加重要［4］。然而，结构是功能的基础，不能在手术中清晰地辨认出重要结构，功能保护根本无从谈起。术中影像及导航技术的发展，使得术中重要结构的可视化成为可能。与传统凭借经验判断相比，术中影像及功能神经导航能够将重要的结构及功能区投射到术野内，从而加以保护。术中磁共振诞生于上世纪90年代，此后经历了从低场强到高场强，从固定磁体到可移动磁体等一系列发展，其在神经外科领域的应用价值已毋庸置疑，但是由于其高昂的投入，使得这一系统未得到广泛应用。

本中心于2009年率先在国内安装1.5T高场强术中磁共振系统，至今已积累了一些宝贵经验。文章总结了本中心一年多来，在术中磁共振联合功能神经导航下手术的22例中央区胶质瘤病例。该组病例充分证实了术中磁共振联合功能神经导航准确、稳定、可靠。超过三分之一的患者于术前即受益于导航计划，2例患者根据导航计划改变了原有体位及手术入路，避免了手术入路错误导致的神经功能损伤。此外，导航计划系统能够更好地帮助术者判断肿瘤与功能区的位置关系，对于预后的判断及提高术前谈话的针对性亦帮助很大。该组病例中无导航或磁共振扫描相关并发症发生。

目前国内外循证医学证据显示，在最大限度保护神经功能的基础上尽可能多地切除肿瘤，有助于提高患者生存期［5－6］。术中磁共振联合功能神经导航的优势在于打破以前靠经验判断的弊端，通过提供客观影像学证据，实现保护功能前提下肿瘤的最大化切除。本研究显示，即使经验丰富的术者，术中对肿瘤切除程度的误判率亦接近三分之一。有超过一半的患者术中扫描后进一步切除肿瘤，避免了不必要的肿瘤残留。国外同行报道，术者术中估计的病变切除程度与影像学证实的切除程度相去甚远。Gergamov等报道术中术者误判导致的肿瘤残留率为 45.71%［7］。 Nimsky C 等报道借助1.5T术中磁共振切除胶质瘤，结果显示术中磁共振显著增加肿瘤的切除程度而并未增加额外风险，47例胶质瘤患者中，36.2%得到全切除，其中7例全切除得益于术中扫描［8］。另外一组大样本量研究发现，137例胶质瘤患者中，41%术中扫描发现肿瘤残留，术中进一步切除使32%患者实现全切［9］。本研究22例患者，第一次术中扫描发现12例患者的肿瘤可进一步切除，进一步切除后使得3例全切，8例次全切，1例部分切除。借助于术中磁共振的帮助，肿瘤的最终切除程度显著高于第一次术中扫描后的最初切除程度。同国外学者报道结果的差异，可能是由样本量及病理级别等不同引起的，但结果均提示术中磁共振联合功能神经导航能够明显提高胶质瘤的切除程度。此外，1例老年女性患者在术中扫描时发现远隔部位血肿，立即行血肿清除术，出血原因为肿瘤占位效应解除后脑塌陷导致桥静脉撕裂引起，术后患者意识清楚，无新增神经功能障碍。术中磁共振扫描及早发现了血肿，避免可能威胁生命的急性脑疝及二次手术。

最大程度切除肿瘤要以保护神经功能为前提，因此按照目前胶质瘤的治疗理念，保存神经功能是首要目的。而术中磁共振联合功能神经导航最大优势也在于此，主要体现在以下几点：第一，术前导航计划使术者清楚肿瘤与功能区的位置关系，以便设计利于功能保护的最佳手术入路。通过阅读术前计划，术者能够做到心中有数，术中在接近功能区时谨慎轻柔操作。第二，手术中镜下功能区投影由虚线变为实线，提示已接近或达到功能区，应及时停止手术，进行术中扫描，纠正脑漂移，更新导航计划，防止功能损伤。第三，术中扫描后重建传导束，根据残余肿瘤与功能区距离，确定是否继续进行手术。如肿瘤切除满意或已接近功能区，则停止手术。正是由于以上的优势，手术前后神经功能评分无明显差异，且术后无1例新增神经功能障碍。22例患者中，15例术后神经功能改善或同术前，虽然7例术后神经功能下降，但生活均能够自理。本组患者术后神经功能下降比例高于Wu等［10］报道的病例组，考虑可能与样本量有限且随访时间短有关。

该系统应用至今，每台手术平均延长约30 min，手术费用也会相应增加，但是比起患者的收益而言，这是物有所值的［11］。总之，该研究证实术中磁共振联合功能神经导航有助于肿瘤最大程度的切除和神经功能最大限度的保留，充分反映了精准神经外科的理念［12］。当然，本研究存在缺乏随机、对照，样本量有限以及随访资料不全等不足，有待今后的研究中进一步完善。至少目前积极乐观的结果，预示着精准神经外科的美好未来。

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