神经导航结合DTI技术在切除大脑功能区肿瘤的应用

聂 柳，邢孔学，刘兴吉，夏 鹰，金 虎，陈建强，陈晓东，林 佳

(1.海口市人民医院 神经外科，海南 海口570208；2.乐东黎族自治县第二人民医院;3.吉林大学第一医院)

神经导航结合DTI技术在切除大脑功能区肿瘤的应用

聂 柳1，邢孔学2，刘兴吉3*，夏 鹰1，金 虎1，陈建强1，陈晓东1，林 佳1

(1.海口市人民医院 神经外科，海南 海口570208；2.乐东黎族自治县第二人民医院;3.吉林大学第一医院)

目的 探讨神经导航结合弥散张量成像(DTI)技术在切除大脑功能区肿瘤中的应用，对降低患者致残率及提高肿瘤全切率的意义。方法 选取2012年1月至2014年12月医院收治的36例颅脑功能区肿瘤患者为研究对象，按数字表法随机均分为对照组(18例)和观察组(18例)，其中观察组采用神经导航结合DTI技术辅助手术治疗，对照组患者则采用传统手术方式切除肿瘤，比较两组患者肿瘤全切率，采用Karnofsky功能状态评分(KPS评分)评估患者术后机体功能状态。结果 对照组患者肿瘤全切除8例(44.44%)，观察组患者肿瘤全切除15例(83.33%)，两组比较差异具有统计学意义(χ2=5.8997，P<0.05)；对照组患者10例(55.56%)KPS评分≥70分，观察组患者16例(88.89%)KPS评分≥70分，两组比较差异具有统计学意义(χ2=4.9846，P<0.05)，且两组KPS评分得分比较有统计学差异(P<0.05)；观察组患者在随访过程中14例无症状生存，2例病情复发，2例伴有癫痫症状；对照组患者9例无症状生存，4例出现病情复发，死亡2例，3例伴有长期不完全性运动功能障碍。结论 神经导航结合弥散张量成像技术可明确肿瘤切除范围，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，保护大脑功能同时最大范围切除肿瘤。

神经导航；DTI技术；大脑功能区肿瘤

(ChinJLabDiagn,2017,21:0802)

大脑功能区肿瘤由于病死率及致残率较高，严重影响人类健康[1，2]。随显微神经外科技术发展，最大范围切除肿瘤组织及保护患者大脑功能对于降低致残率及改善患者生存质量具有重要作用[3，4]。神经导航是将术前颅脑影像资料输入神经导航仪，可在术中实时精确定位颅脑病变及神经结构，它可实现颅脑手术微创化，是目前颅内病变定位最先进的技术手段[5，6]。弥散张量成像(DTI)技术是目前唯一能显示神经传导束的无创成像方法，神经导航结合DTI图像融合后，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，就可以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，从而达到最大程度的切除肿瘤，并且保护神经功能的目的[7，8]。本文探讨神经导航结合弥散张量成像(DTI)技术在切除大脑功能区肿瘤中的应用，对降低患者致残率及提高肿瘤全切率的意义。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取2012年1月至2014年12月来医院收治的36例颅脑功能区肿瘤患者为研究对象，其中男22例，女14例，年龄22-65岁，平均年龄(44.37±8.52)岁，病程1-24个月，平均病程(3.75±1.28)个月。按肿瘤发生部位分为：顶叶8例，额叶10例，额顶叶4例，颞顶叶3例，颞叶6例，枕叶2例，基底节区3例，其中右侧21例，左侧15例。将所有患者按数字表法随机均分为对照组(18例)和观察组(18例)，其中观察组采用神经导航结合弥散张量成像(DTI)技术辅助手术治疗，对照组患者则采用传统手术方式，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；两组患者均行常规MRI与增强检查。本研究经本院医院伦理会同意，所有受试者均了解研究意义并签署情同意书。两组患者年龄、性别、病程等基本资料比较差异均无统计学差异，具有可比性(P>0.05)，见表1。

表1 两组颅脑功能区肿瘤患者基本资料比较

1.2 DTI扫描与图像后处理方法 观察组患者于术前、术后3 d进行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(repetition time，TR)：9300 ms，回波时间(echedelay time，TE)：81 ms，层厚5.0 mm，层距：0.5 mm，Dist factor 10%，扫描野(Field of View，FOV)：22 cm×22 cm，矩阵：128×128，总计获取19层图像，激励次数(number of excitation，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。对照组则只行MRI平扫与增强扫描。

1.3 手术方法 (1)观察组将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，并以此进行显微切除手术，患者并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，并避免功能区、神经结构的损伤；(2)对照组则依据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。

1.4 临床评估及随访 两组患者均于术后3 d复查DTI扫描，判断肿瘤的切除情况，并计算全切除率(全切除率=肿瘤全切除例数/总例数×100%)。所有患者均于术前、术后3个月时，进行手术疗效评估，并采用Karnofsky功能状态评分(KPS评分)评分量表评估患者功能；采用卡氏肿瘤病人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评分。所有患者随访时间6个月-2年，均未失访。

2 结果

2.1 两组患者病理诊断结果 观察组18例患者中14例神经上皮肿瘤(按病理分级为：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18例患者中12例神经上皮肿瘤(按病理分级为：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例。

2.2 两组患者术后肿瘤切除情况比较 根据术后复检结果，发现对照组患者肿瘤全切除8例(44.44%)，观察组患者肿瘤全切除15例(83.33%)，两组比较差异具有统计学意义(χ2=5.8997，P<0.05)，见表2。

表2 两组患者术后肿瘤切除情况比较

2.3 两组患者术后KPS评分情况比较 根据术后KPS评分结果，发现对照组患者10例(55.56%)KPS评分≥70分，观察组患者16例(88.89%)KPS评分≥70分，两组比较差异具有统计学意义(χ2=4.9846，P<0.05)，且两组KPS评分得分比较，差异也具有统计学意义(P<0.05)，见表3。

表3 两组患者术后KPS评分情况比较±s)

注：与对照组比较*P<0.05;**P<0.01。

2.4 术后随访情况 所有患者均未失访，观察组患者在随访过程中发现14例无症状生存，2例出现病情复发，2例伴有癫痫症状；对照组患者则出现9例无症状生存，4例出现病情复发，死亡2例，3例伴有长期不完全性运动功能障碍。

3 讨论

对于破坏相邻脑白质纤维束的恶性脑肿瘤患者，因破坏的神经传导束无法恢复，手术中不用担心已受到破坏的神经传导束及术后可能造成的新的功能缺陷，手术时应尽可能多的切除肿瘤。但普通影像学检查手段无法区分病变与神经传导束的走行关系，上述影像学缺陷经整合至神经导航系统后造成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，手术要求最大限度切除肿瘤减少复发机会，同时应尽可能减少对正常脑组织损伤，降低致残率，因此保护神经功能方法是神经外科医生倍感棘手的问题[9-11]。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，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[12，13]。弥散张量成像利用弥散运动的各向异性，提供更精细的组织结构细节，脑白质束成像可清晰显示脑白质各方面的白质纤维和传导[14]。与弥散张量成像相比，T2WI虽然是显示脑白质病变最敏感的常规MRI技术，但是神经病理学研究表明脑白质病变的范围往往超出T2WI显示的异常信号的边界，也就是说T2WI常常会低估病变范围。弥散张量成像由于能反映脑内水分子扩散的异常改变，间接指明扩散屏障如细胞膜、轴索的病变，所以能显示T2WI上形似正常区域的病变，对于脑白质病病变范围的评估明显优于常规MRI[15]。与常规MRI相比，弥散张量成像能区别灰质和白质，可以直观显示包括脑白质纤维束在内的神经传导束的走行和分布，清楚地显示肿瘤与周围白质纤维的位置关系，确定白质纤维的病理状态及与肿瘤的距离，评估肿瘤对脑组织的浸润、白质纤维束受压情况及破坏情况，能发现传统MRI不能发现的白质内纤维束微细结构和各向异性扩散早期的受损情况，并可鉴别肿瘤周围是否存在有功能的白质纤维束，避免术中损伤受压移位的白质纤维，是目前唯一能活体显示脑白质纤维束的无创成像方法。此外，弥散张量成像可区分肿瘤的不同成分，可用于肿瘤与瘤周水肿、囊性病变与实性肿瘤的鉴别诊断，以及区分肿瘤囊变或坏死与脑脓肿区。

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。

由于锥体束白质纤维传导束密集，在DTI影像上锥体束呈现显著的高信号影。DTI还可以显示其它重要白质纤维束的走行，反映白质纤维束的病理状态及其与邻近肿瘤的解剖关系。通过DTI和导航序列影像的融合、三维重建及各向分割，可以在水平位、冠状位和矢状位表现出高信号的纤维束状结构，从而准确判定锥体束的结构、走行、移位以及与邻近肿瘤的空间毗邻。通过DTI和导航序列影像的融合、三维重建及各向分割，可以在水平位、冠状位和矢状位表现出高信号的纤维束状结构，从而准确判定锥体束的结构、走行、移位以及与邻近肿瘤的空间毗邻本文探讨神经导航结合弥散张量成像技术在切除大脑功能区肿瘤中的应用，对降低患者致残率及提高肿瘤全切率的意义，印证了导航手术对比传统手术有优势。

本研究结果表明，对照组患者肿瘤全切除8例(44.44%)，观察组患者肿瘤全切除15例(83.33%)，两组比较差异具有统计学意义，提示神经导航结合弥散张量成像技术可定位大脑功能区，选择最佳手术入路，最大化保护功能区大脑皮层同时，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。结果中对照组患者10例(55.56%)KPS评分≥70分，观察组患者16例(88.89%)KPS评分≥70分，两组比较差异具有统计学意义，且两组KPS评分得分比较有统计学差异；观察组患者在随访过程中14例无症状生存，2例病情复发，2例伴有癫痫症状；对照组患者9例无症状生存，4例出现病情复发，死亡2例，3例伴有长期不完全性运动功能障碍；提示神经导航结合弥散张量成像技术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。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[16，17]，如锥体束位于肿瘤组织后方，选择前入路或侧方入路，锥体束位于肿瘤组织外侧，选择前入路或后入路，锥体束位于肿瘤组织前方，选择后入路或侧方入路，降低锥体束损伤风险。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，选择部分切除或活检。

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，术中在导航下实时显示病变与邻近传导束关系，并可通过不同颜色标识区分不同类型传导束，从而实时指导术者明确神经传导束受累区域与未受累区域界限，避免损伤病变边缘未受累神经传导束，准确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。综上所述，神经导航结合弥散张量成像技术可明确肿瘤切除范围，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，保护大脑功能同时最大范围切除肿瘤。

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Applications analysis of Neuronavigation combined with DTI technology in resection of brain tumors

NIELiu,XINGKong-xue,LIUXing-ji,etal.

(DepartmentofNeurosurgery,HaikouPeople’sHospital,Haikou570208,China)

Objective This aim is to explore the applications of neuronavigation combine with diffusion tensor imaging(DTI) technology in the removal of tumors in the brain,and the significance in reducing morbidity and increase the rate of total tumor resection.Methods A total of 36 cancer patients with brain functional areas from January 2012 to December 2014 in our hospital were selected.They were randomly divided into control group(18 cases) and observation group(18 cases) according to number table.Patients in the observation group were undertaken the neural navigation technology combined with DTI assisted surgery,the patients in the control group using the traditional surgical removal of the tumor.The total resection rates in two groups were compared.Functional status were assessed by Karnofsky score(KPS score).Results 8 cases(44.44%) in the control group were totally removed of cancer patients,while resection of cancer patients in the observation group was 15 cases(83.33%),the difference was statistically significant(χ2= 5.899 7,P<0.05).10 patients(55.56%) in control group of KPS score ≥70 points,while in the observation group were 16 cases(88.89%) of KPS score ≥70 points,the difference was statistically significant(χ2= 4.984 6,P<0.05).There was statistically significant difference on KPS score in two groups(P<0.05).14 cases of asymptomatic survival,two cases of relapse,and two cases with seizures in the observation group during follow-up,while 9 patients with asymptomatic survival,4 cases of relapse,2 cases of death,3 cases with long-term incomplete motor dysfunction in the control group during follow-up.Conclusion The results show that neuronavigation combine with diffusion tensor imaging can confirm the tumor resection,it can improve total resection rate of brain function area,and improve postoperative functional status.It can protect brain function while the maximum range to remove the tumor.

Neuronavigation;DTI technology;brain tumors

海口市科技项目(课题编号：2011-SKG-12-124)

*通讯作者

1007-4287(2017)05-0802-04

R739.41

A

聂柳(1975-)，男，硕士研究生，副主任医师，研究方向：颅脑肿瘤及颅脑外伤的外科治疗。

2016-08-17)