携手攀登神经影像学第三高峰

赵继宗

·述评·

携手攀登神经影像学第三高峰

赵继宗

赵继宗，男，中国科学院院士，1969年毕业于第四军医大学。1990年被派往美国休斯顿医疗中心进修神经外科1年，次年转到美国Henry Ford医院神经外科，进修脑血管病的手术治疗以及显微神经外科。现任天坛医院神经外科教授、神经外科主任、副院长，国务院学位评审组成员、中华医学会神经外科专业委员会主任委员、北京医学会神经外科分会主任委员、中国神经科学会神经外科分会主任委员、北京医学会神经外科专业委员会主任委员、中华神经外科杂志主编、临床神经外科医学副总编、国外医学脑血管疾病分册、中华创伤杂志英文版、中国临床神经外科等杂志编委、美国Surgical Neurology编委、德国Neurosurgical Review编委。参加国家“七·五”、“八·五”科研攻关。担任国家“九·五”和“十·五”“脑卒中规范化外科治疗的研究”的课题负责人。1985年以来共荣获奖励十余项，先后在国内外专业杂志上发表论文200余篇。主编《颅脑肿瘤外科学》《微创神经外科学》《颅脑外伤》、《颅内动脉瘤》等专著及电子出版物9部，参编《实用神经外科学》、《神经外科手术学》、《小儿神经系统疾病》及《外科学》（第五版）等著作，并参加了人民卫生出版社、高等教育出版社、北京医科大学出版社出版的医学院校五年制、七年制教材和博士生外科学教材神经外科部分的编写。

神经系统； 神经影像学； 微创

神经科学是伴随着影像的发展而发展的。在16世纪，人们开始探索脑不同部位的定位，1501年Magnus Hundt的脑结构和功能图显示出头部不同的部位有不同的功能，直到20世纪70年代出现了磁共振，能够提供清晰精细的大脑影像，极大地促进了对大脑的了解研究[1]。

一、神经影像学历史

神经外科近100年的发展历史可以分为3个阶段或者说2个高峰，3个阶段即经典神经外科阶段、显微神经外科阶段和微创神经外科阶段，我们现在面临的是第三个阶段；2个高峰即脑解剖成像和脑功能成像[2]。无论是对脑功能的生理学研究，还是后期的CT磁共振的发现，我们可以看到20世纪50年代主要是对神经功能、神经生理的研究，影像起了关键的作用。

（一）第一高峰建立：脑解剖成像

1895年伦琴发现X-射线，首先用于胸透。神经外科之父Harvey Cushing 1896年用X光诊断了颈部的异物。1918年美国神经外科医生Dandy发明脑室气造影，使用影像观察大脑。原理是向颅内注入低密度的空气或者氧气，所得的脑室系统图像为阴性（透光）图像，用于诊断患者神经功能的缺损。1921年Jecobaeus使用空气脊髓腔造影。患者躺在X光球管里，医生给患者做腰穿，使用空气或氧气置换脑积液，空气轻所以向上走，替代了穿刺脑室，而且还可以做脊髓的病变诊断。以上都是X光应用到临床后取得的结果。1927年葡萄牙精神科医生诺贝尔奖获得者Moniz发明颈内动脉造影，是神经外科历史上的里程碑，直到现在不止神经外科，包括所有的科室都在应用，即现在的数字减影。莫尼兹在患者脖子这个部位将颈内动脉暴露出来并打入造影剂，这是最早的脑血管造影，随着技术发展出现了连续造影，也就是数字减影血管造影技术（digitalsubtraction angiography，DSA）。如果没有数字减影、血管造影、气脑、X光的平片，神经科学的发展不可能到如今这个水平。

（二）第二高峰建立：脑功能成像

从20世纪50年代至今，我们仍然处在第二个高峰。关键的技术是CT（1976年）、PET（1984年）、MRI（1978年）以及fMRI（1992年），这些影像技术的支持才使得神经外科提高到第二个高峰，进入了微创阶段。不仅神经外科，整个医学进入21世纪后基本都走入了微创阶段。1972年诺贝尔奖获得者Hounsfield发明了第一台CT机器，成功获得脑肿瘤CT片。在磁共振的发展过程中，有十几位诺贝尔奖获得者，大部分是物理学家，正是由于他们的贡献在医学界的应用，才有现在的CT、MR、fMRI等技术。fMRI可以很明确地显示DTI传导束定位、不同区域的定位、病灶的定位等；PET-CT在临床已经广泛应用，能够早期发现病灶和诊断疾病；磁共振波谱来判断肿瘤的性质；脑磁图是一个很重要的检查脑功能的影像学设备，主要用于临床癫痫的病灶定位。目前，这些检查都各有优缺点，主要表现出时间分辨率和空间分辨率不一致。时间分辨率最好的是脑电，但是其空间分辨率差。磁共振的空间分辨率最好，但是时间分辨率差。因此多模态影像融合技术的发展为研究临床工作能提供更准确的信息。

随着影像的发展，临床与影像结合起来，达到影像/手术一体化，即术中MRI，可以实时知道手术进程，更加准确，在临床与研究方面起着很重要的作用。美国联盟医疗体系所属的美国哈佛大学医学院附属布列根和妇女医院经过20年的筹备，与美国国立卫生研究院共同投资2000万美元，兴建了全球唯一的“高级多维影像引导手术操作系统”手术室。高级多模式影像引导手术系统是世界范围内首批整合了所有医学影像技术用于术中成像的手术系统，可在减少手术侵入性的同时提高疗效，但是在实际操作中仍需进一步完善[3]。

如何把影像的东西用到临床上，即导航，是神经影像学的第二个高峰。把MRI、fMRI、血管造影等影像数据融合输入导航机器中，实现实时三维定位，进行术中诊断。所以我认为网络中的数据，无论是磁共振数据还是模拟的数据，完全可以通过此系统转到手术中，可以尽量保护患者的功能，同时也为基础研究提供了实例的证据。因此这个系统是搭起了一个桥梁，即转化医学，将基础医学研究和临床治疗连接起来，也就是目前微创的根本，形成了影像为神经外科推进的第二个高峰。

（三）攀登第三高峰：活体人脑认知成像

在20世纪50年代以前，X线、气脑、血管造影称为经典神经外科，20世纪50年代以后发明CT、MR、功能MR/PET进入微创神经外科。21世纪，脑认知方面我们研究的是网络、功能、定位，特别是脑研究、脑科学，这些研究给我们提出新的要求，我们面临的是第三个高峰[2]。医学发展至第三个高峰，首先需要有一个科学的、基础的、研究前提或基地。神经外科从20世纪90年代发展到今天仍处于瓶颈期，没有突破性的进展。目前对于神经科来说，影像技术没有发展，就不能达到第三高峰。也就是说虽然影像技术发展越来越好、越来越精，但均不是里程碑的进展。因此我希望社会各个领域携手来攀登第三个高峰，造福于人。

总结目前已有的进展：（1）7.0 Tesla MR脑微小血管。数字减影只能显示一些异常血管，但是7.0磁共振显示更加清楚，可以看到相互的联系；（2）胎儿MRI：神经系统发育研究。过去是B超诊断，可以发现胎儿畸形，但是现在的磁共振则可以发现胎儿脑积水，早期进行诊断治疗；（3）多模态融合：脑认知环路研究。将时间分辨率高和空间分辨率高的技术融合，对疾病的判断、脑功能的认识有很大的提高，现在这个也是目前很重要的研究领域；（4）立体脑电技术，即利用立体定向技术将深部电极插入脑深部，精确定位致痫灶并判断手术切除范围；（5）fMRI+神经电生理：体感诱发电位、经颅磁刺激。术前磁共振定位，术中唤醒患者、刺激不同部位，验证功能区的位置，进行术中脑电检测，保护患者功能区；（6）微小意识状态：有研究表明最小意识状态患者静息态fMRI显示，默认网络活动接近闭锁综合征患者水平，显著高于植物状态患者水平[4]。植物状态的患者不一定处于长期的昏迷，其中存在微小意识状态，这些患者fMRI是有反应的，这种表现的患者是有可能恢复的。如果对昏迷的患者进行昏迷状态判断，无论是对家属还是对社会都会有益，避免大量医疗资源的浪费。但是这个研究刚刚开始，因为植物人做磁共振时在操作上有一些困难，而且脑外伤损伤的患者情况繁杂，大部分都是车祸工伤，病情追踪难，需要长期的随访；（7）语言区重塑。我们认为布洛卡区就是语言区，但是对于肿瘤、先天性疾病它是可以重塑的，尽管先天性疾病做完手术出现短时间失语，过一段时间是可以恢复的。语言功能区环路和视觉环路现在研究的已经很深入了。

二、影像学展望

疾病定性方面的研究进展是我们所期待的。随着加强对比剂的研究，目前还不能完成很多病灶的定性。比如阿尔茨海默病，知道病灶的位置，但是不能通过影像判断患者是否为阿尔茨海默病；对于肿瘤来说，目前还没有很好的造影技术判断肿瘤的性质、良性/恶性的程度，这是我们需要研究的。我国的科学院在进行纳米技术方面的基础研究，还没有进行临床研究，但是这是我们所期待的进展。中科院化学所利用异羟肟酸PEG修饰的3.6 nm Fe3O4纳米颗粒作为磁共振造影剂，成功实现活体肿瘤T1和T2双模态MRI检测[5]。有研究表明MRI对组织髓磷脂含量与完整度敏感有助于确定阿尔茨海默病/多发硬化病变过程中铁积累/脱髓鞘时间关系[6]。阿尔茨海默病对家属的折磨、社会的负担是不可估量的。随着人类的老龄化，该疾病会非常突出。目前的影像技术不能支持老年痴呆症早期诊断，这也是我们的研究重点。人类健康状况与自身遗传物质密切相关，分子生物学进展为研究人类健康和疾病提供基础，对疾病认识从临床和影像学跨越至分子水平。让我们把握机遇（国家脑研究和精准医学计划，国家神经性疾病临床研究中心）、跨出门槛（跨出各自门槛，与自然科学联手）、多科合作（整合、磨合、融合，成果分享），携手登攀神经影像学第三高峰。

[1] Taveras,祁吉.神经放射学：过去、现在和未来[J].国际医学放射学杂志,1991(2)：92-95.

[2] 赵继宗.微创神经外科学的现在和未来[J].医学研究杂志, 2008,37(8)：3-5.

[3] 多维影像引导手术系统[J].中国医疗器械杂志,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.

（本文编辑：马帅）

赵继宗.携手攀登神经影像学第三高峰[J/CD].中华神经创伤外科电子杂志,2017,3(3)：129-131.

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2017-05-07）

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