功能磁共振成像、弥散张量成像技术结合神经导航辅助手术在脑功能区肿瘤治疗中的应用

聂 柳 王 汉 刘兴吉 夏 鹰 金 虎 陈建强 陈晓东 林 佳

(海口市人民医院，海南 海口 570208)



功能磁共振成像、弥散张量成像技术结合神经导航辅助手术在脑功能区肿瘤治疗中的应用

聂 柳 王 汉1刘兴吉2夏 鹰 金 虎 陈建强 陈晓东 林 佳

(海口市人民医院，海南 海口 570208)

目的 探讨功能磁共振成像(fMRI)、弥散张量成像(DTI)结合神经导航辅助手术治疗在切除大脑功能区肿瘤中的应用。方法 36例颅脑功能区肿瘤患者治疗随机分为对照组(18例)和导航组(18例)，导航组采用神经导航结合fMRI、DTI技术辅助手术治疗，对照组患者则采用传统手术方式治疗，比较两组患者手术疗效、肿瘤切除率、术后生存质量及术后机体功能状态。结果 导航组术前行fMRI、DTI成像，完成融合图像信息，术中结合神经导航仪成功标定肿瘤及功能区，导航组肿瘤切除率(83.33%)明显高于对照组(44.44%)(χ2=5.899 7，P<0.05)，导航组手术方式选择优于对照组(u=3.065 2，P<0.05)；导航组患者术后生存质量评分(χ2=4.984 6，P<0.05)与运动功能改善情况优于对照组(u=2.367 1，P<0.05)；导航组fMRI扫描时间明显高于对照组(t=16.060，P<0.05)，导航组患者住院时间比对照组明显缩短(t=4.901，P<0.05)，导航组随访过程中并发症发生率明显低于对照组(u=2.376 8，P<0.05)。结论 fMRI、DTI技术结合神经导航辅助手术治疗可准确判断肿瘤与脑功能区关系，明确肿瘤切除范围，实现手术方案个体化，有利于提高大脑功能区肿瘤全切率，改善患者术后机体功能状态，保护大脑功能区，同时最大范围切除肿瘤。

神经导航；弥散张量成像；功能磁共振成像；脑肿瘤

最大范围切除肿瘤组织及保护大脑功能是神经外科手术主要目的，脑功能组织包括与运动、语言、感觉功能相关的皮质及皮质下蛋白，由于功能区损伤不可逆，因此术前病变与功能组织定位尤为重要〔1〕。弥散张量成像(DTI)是目前唯一能显示神经传导束的无创成像方法，可反映白质纤维解剖位置及病理过程；功能磁共振成像(fMRI)为精确显示皮层功能区的无创成像方法，可提供无创术前功能区测绘图〔2,3〕。神经导航是目前颅内病变定位最先进的技术手段，可在术中实时精确定位颅脑病变及神经结构，实现颅脑手术微创化。神经导航结合fMRI、DTI图像融合可实现对肿瘤周围皮质功能区及传导束的双重了解，将其传输至神经导航仪中，可完成对脑功能区的全面功能性评估〔4〕，在切除功能区肿瘤过程中对难以分辨的皮层功能区及传导束实现可视化，从而达到最大程度切除肿瘤，并且保护神经功能的目的〔5〕。本文探讨fMRI、DTI技术结合神经导航辅助手术治疗在切除大脑功能区肿瘤中的应用。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取2011年3月至2012年6月本院收治的36例颅脑功能区肿瘤患者为研究对象，经临床及影像学检查确诊中央沟附近脑肿瘤，纳入标准：配合检查者，经培训后可按要求完成对指运动，受累手肌力Ⅲ级以上，无合并影响肌力的其他疾病。男22例，女14例，年龄22～65岁，平均(44.37±8.52)岁，病程1～24个月，平均(3.75±1.28)个月。将所有患者随机均分为对照组和导航组，其中导航组术前完成fMRI、DTI，成功制定功能区导航计划，术中顺利完成病变导航手术且术后经病理证实，导航组平均年龄(45.17±8.96)岁，平均病程(3.89±1.37)个月，男12例，女6例。对照组患者采用传统手术方式，由资深医生依据丰富临床经验选取手术入路、肿瘤切除范围，平均年龄(43.52±8.09)岁，平均病程(3.58±1.12)个月，男10例，女8例。本研究经医院伦理会同意，所有受试者均了解研究意义并签署知情同意书。两组患者年龄、性别、病程等基本资料比较均无统计学差异，具有可比性(P>0.05)。

1.2 方法 导航组患者术前行功能组织定位，显示病变与功能组织关系，生成功能与解剖融合图，将获得的功能区数据导入神经导航仪，标定功能区及肿瘤范围，术中实时显示肿瘤与功能区关系，辅助手术。对照组术中实施肿瘤立体定向，由资深医生依据丰富临床经验选取手术入路和肿瘤切除范围。所有患者经手术治疗及病理证实。对比两组肿瘤切除率、手术方式选择、术后生存质量及运动功能改善情况。

1.3 信息采集及图形处理 fMRI采用Signa horizon LX3.0T MR(美国GE公司)，解剖信息采集采用横断位SET1W1、FSET2W1薄层从枕骨大孔至头颅，扫描48层。DTI扫描仪器采用SignaExcite HD3.0T磁共振成像设备(GE Medical Systems，美国)，扫描参数设置：重复时间(TR)：9 300 ms，回波时间(TE)：81 ms，层厚5.0 mm，层距：0.5 mm，Dist factor 10%，扫描野(FOV)：22 cm×22 cm，矩阵：128×128，总计获取19层图像，激励次数(NEX)为1，每个层面均在21个方向上施加弥散梯度，b值为1 000 mm2/s，扫描时间：5 min 24 s。最终将采集的数据在SUN工作站(ADW4.0)上使用Func Tool软件进行处理并生成DTI影像。应用DT1软件将获得病变区、功能区、周围水肿三维容积重建区与DT1示踪图融合。

1.4 手术方法 导航组患者术前分别行fMRI、DTI成像，然后将2种图像融合，将所得融合图像数据输入神经导航仪中。先借助导航棒定出病灶体表投影，由此设计手术入路、头皮切口、骨瓣大小等。术中在导航棒的指引下定位病灶边界和邻近重要解剖及功能性结构，由此设计皮层切口位置及大小，根据导航下fMRI、DTI影像指引，最大限度地切除病灶的同时，不破坏皮层功能区及传导束，保存邻近重要结构完整。可利用术中超声发现、校正脑组织移位；术后可用体感诱发电位技术(SSEP)验证中央沟、运动区和感觉区，用腕部正中神经方波刺激、皮层条状电极记录并标记中央沟，判断术前和术中定位脑皮质功能区的一致性并校验误差。对照组术中依靠解剖知识判断功能区及肿瘤所在位置，避开测定的功能区皮质，在距离肿瘤最近的脑沟处造瘘，潜行至肿瘤附近切除肿瘤。

导航组将DTI序列图像和导航序列图像分别导入Medtronic导航系统中，并以导航序列图像为参考影像，DTI序列图像为工作影像，融合图像后显示肿瘤与相邻神经纤维束等结构的三维图像，以此进行显微切除手术，依据肿瘤位置选择手术体位，手术过程中在导航指引定位下最大限度切除肿瘤部分，避免功能区、神经结构的损伤。对照组依据MRI平扫与增强扫描结果，分析并确定相邻神经纤维束和肿瘤的关系，以此设计手术入路、切口和切除范围。

1.5 临床评估及随访 两组患者依据手术记录与术后3 d复查DTI扫描，判断肿瘤的切除情况及手术疗效，计算切除率(切除率=肿瘤全切除例数/总例数×100%)。出院前复查患肢肌力，评估运动功能改善情况。所有患者均于术前、术后3个月时评估手术疗效，采用Karnofsky功能状态评分(KPS评分)评估患者功能；采用Zubrod-ECOG-WHO肿瘤患者生存质量评分标准进行生活质量调查，由经过培训的同一医生完成评分。

1.6 统计学方法 采用SPSS19.0软件，率的比较采用χ2检验，符合正态分布的计量资料采用t检验，有序分类资料行Ridit分析法。

2 结 果

2.1 术前功能组织评估情况 导航组患者均成功显示运动功能区，SMA区10例，双侧M1区18例，肿瘤侧半球可见激活，由于受肿瘤组织压迫推挤11例有不同程度移位；肿瘤对侧M1去代偿性激活3例。导航组患者经三维重建，术中导航仪成功标定功能区及肿瘤范围，实时显示功能区与肿瘤关系并与解剖定位比较，功能信息引导下神经导航准确率100.00%。

2.2 病理诊断结果 导航组中14例为神经上皮肿瘤(病理分级：Ⅰ级2例，Ⅱ～Ⅲ级10例，Ⅳ级2例)，2例脑转移瘤，1例海绵状血管瘤，1例淋巴瘤；对照组中12例神经上皮肿瘤(病理分级：Ⅰ级2例，Ⅱ～Ⅲ级9例，Ⅳ级1例)，3例脑转移瘤，2例淋巴瘤，1例生殖细胞瘤。

2.3 肿瘤切除情况比较 对照组患者肿瘤全切除8例(44.44%)，导航组15例(83.33%)，两组比较差异显著(χ2=5.899 7，P<0.05)；对照组次全切6例(33.33%)，部分切除3例(16.67%)，活检1例(5.56%)；导航组切全切2例(11.11%)，部分切除1例(5.56%)，导航组手术方式选择优于对照组(u=3.065 2，P<0.05)。

2.4 术后生活质量评分比较 对照组KPS评分≥70分10例(55.56%)，导航组16例(88.89%)，两组比较差异显著(χ2=4.984 6，P<0.05)。Zubrod-ECOG-WHO评分导航组优于对照组(u=2.367 1，P<0.05)。见表1，表2。

表1 两组患者术后KPS评分比较(n)

表2 两组患者术后Zubrod-ECOG-WHO评分比较(n)

2.5 各项指标比较 两组病灶体积、注册误差无统计学差异，导航组fMRI扫描时间明显高于对照组(t=16.060，P<0.05)，住院时间比对照组短(t=4.901，P<0.05)。见表3。

2.6 术后随访情况 所有患者均未失访，导航组随访过程中并发症发生率明显低于对照组(u=2.376 8，P<0.05)，导航组患者14例无症状生存，2例病情复发，2例伴有癫痫症状；对照组9例无症状生存，4例病情复发，死亡2例，3例伴有长期不完全性运动功能障碍。

表3 两组患者各项指标比较

3 讨 论

锥体束脑内肿瘤术后肢体运动障碍发生率较高，与术中锥体束纤维损伤有关。颅脑功能区肿瘤手术常导致术后重大功能障碍，严重者丧失生活自理能力，手术要求在最大限度切除肿瘤减少复发机会的同时应尽可能减少对正常脑组织损伤，降低致残率〔6，7〕。通过解剖标识对大脑皮质三维重建估计锥体束位置，当肿瘤生长在锥体束通路周围时，锥体束由于肿瘤占位效应被推移或侵蚀，正常解剖标识丧失导致术者无法准确判断肿瘤组织与锥体束的关系。传统MRI成像虽然可以显示肿瘤影像学边界，但对于锥体束等白质纤维结构等无法分辨，手术过程中当接近锥体束时不能及时预知，造成锥体束损伤〔8,9〕；当手术至肿瘤深处靠近锥体束时，为避免术后致残，手术操作较保守，降低了大脑功能区肿瘤组织全切除率。DTI技术可显示锥体束白质纤维信号，判断肿瘤组织边界，准确定位肿瘤附近锥体束，神经导航结合fMRI、DTI技术可融合图像信息，通过三维重建、各项分割，在不同解剖位置均可呈现高信号特征性束状结构，提高对于肿瘤组织与锥体束关系判断准确率，定位手术切除范围。因此，相比传统手术，神经导航结合fMRI、DTI技术可最大限度切除肿瘤组织而保护脑功能区。本研究中导航组术前行fMRI、DTI成像，完成融合图像信息，术中结合神经导航仪成功标定肿瘤及功能区，手术疗效及手术时间等综合指标评价疗效优于传统手术，术后患者生存质量及运动功能改善情况也优于传统手术并有效缩短患者住院时间。神经导航结合DTI可改善患者术后机体功能状态，保护大脑功能同时最大范围切除肿瘤。

由于功能区肿瘤常将附近脑组织推挤变形，因此术中很难利用常规解剖知识分辨皮质功能区，除皮层功能区外，对传导束的保护具有同样重要意义，由于这些传导束的位置深且不易辨别，因此手术中能实时提供皮质功能区及传导束信息的监测手段就显得十分重要〔10〕。手术开颅前通过导航确定肿瘤及运动区，指导划定皮瓣，确定骨窗位置及大小，打开硬膜切开蛛网膜前通过导航定位，确定肿瘤方向、位置、边界及功能区位置及边界并标记位置；功能区大脑肿瘤与DTI融合并传输至神经导航仪，利用神经导航精确定位肿瘤，选择最佳手术入路，实现最小皮肤切口、最小骨窗、最微创的皮层切口、最少皮层及传导束损伤；最大化保护功能区大脑皮层，最大化切除肿瘤组织，纠正神经导航移位，增加手术准确度，实时观察判断肿瘤组织切除面与功能区大脑皮层的关系，辅助切除残余肿瘤，增加肿瘤全切率。依据肿瘤组织与锥体束位置关系选择手术入路，最大限度避开锥体束，如锥体束位于肿瘤组织后方，选择前入路或侧方入路，如锥体束位于肿瘤组织外侧，选择前入路或后入路，降低锥体束损伤风险，锥体束位于肿瘤组织前方，选择后入路或侧方入路。锥体束与肿瘤组织距离较大时可选择全切除，肿瘤组织侵犯锥体束则应选择部分切除或活检。通过神经导航结合DTI技术选择手术入路，显微镜下分离瘤脑组织界面，术中在导航下避开肿瘤周围锥体束，保护好神经纤维束，减少过度电凝与牵拉。

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〔2016-04-18修回〕

(编辑 郭 菁)

海口市重点科技计划项目(2011-SKG-12-124)

1 陵水县人民医院 2 吉林大学第一医院

刘兴吉(1966-)，男，博士，副教授，主要从事颅底肿瘤外科治疗研究。

聂 柳(1975-)，男，硕士，副主任医师，主要从事颅脑肿瘤及颅脑外伤的外科治疗研究。

R651.1+1

A

1005-9202(2016)19-4842-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.19.078