DTI联合神经系统导航技术在幕上占位手术中的应用研究

张瑞云，张 林

中枢神经系统是人体最精细、重要的组织器官，其内神经血管错综复杂，尤其是位于脑功能区的肿瘤手术切除率低、致残率高，且易损伤神经纤维束，导致不可逆的损伤[1]。因此对于颅内肿瘤的手术，如何准确定位、完全切除同时保护神经功能，以提高患者生存质量一直以来都是神经外科医师面临的巨大挑战。磁共振弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技术可以无创地显示脑内白质纤维束，直观地显示颅内占位与邻近白质纤维束、脑组织的关系[2]，因此在进行颅内手术时可帮助外科医师做出正确的抉择，避免损伤颅内重要结构，同时也可清晰显示皮质区内可能连接的线索。神经导航技术能在术前将头颅正常结构及病变用三维的形式表现出来，并术中实时监控，达到最好的手术效果。本研究探讨DTI联合神经导航技术在颅内病变手术中的应用价值。

1 资料与方法

1.1资料按照资料筛选标准，收集2015-06至2017-12新疆石河子大学医学院第一附属医院神经外科收治的幕上占位患者30例临床资料为试验组，术前均行磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）常规序列及DTI序列扫描，并在术中将其与神经系统导航技术相融合进行手术；另回顾性分析2012-01至2017-12我院神经外科收治的幕上占位患者28例临床资料为对照组，术前行MRI增强扫描检查，术中以传统手术方式进行切除。所选患者均签署知情同意书，并获得本院伦理委员会的同意。

1.2资料筛选标准纳入标准：（1）无磁共振检查禁忌证者；（2）能配合完成检查，图像质量清晰，不影响诊断者；（3）均未采取手术治疗或放化疗者。排除标准：（1）肝肾功能衰竭者；（2）不能耐受增强检查者。

1.3影像检查 采用GE公司3.0 T HD750 磁共振成像设备8通道头部相控阵线圈，常规磁共振扫描序列包括：T1WI Flair、T2WI、Flair、DWI、T1WI三平面增强扫描及DTI序列扫描。其中DTI检查时采用弥散加权平面回波序列，采用16个梯度方向，扫描参数：回波时间3.2 ms，重复时间4 600 ms，带宽31.25 kHz，层厚2.9 mm，间距0 mm，扫描野240 mm×240 mm，矩阵512×512，扫描时间共317 s，扫描范围包括整个头部，采集次数为1次。

1.4图像处理将扫描所得DTI组序列图像传导至AW4.6工作站，采用Functool中DTI后处理软件包进行处理。首先进行校正，校正之后重新计算。然后选取肿瘤强化程度最明显的区域放置感兴趣区，采用对称方法，得到相应部位对侧白质区感兴趣区，点击Fiber Tracking 进行重建纤维束，在DTI原始图像上选择，可显示颅内纤维束走形，有红蓝绿三种颜色标记。选择T1WI轴位增强扫描序列，与纤维束图像融合，可见各个层面、位置纤维束走形及纤维束情况。

1.5术中导航术前将DTI序列与导航系统融合，重新计算白质纤维束与肿瘤关系，选择脑沟等自然生理间隙作为入路，避开脑功能区。

1.6病例随访所有病例均在术后复查MRI，观察肿瘤是否全切；术前、术后对患者进行神经系统运动功能体格检查，了解白质纤维束是否破坏及破坏情况；术后观察患者有无新发神经功能障碍。

1.7观察指标（1）术后复查两组的肿瘤切除情况，计算全切率（全切率=肿瘤全切患者病例数/该组患者总例数×100%）；（2）术后随访观察患者运动情况，比较手术前后患者运动功能；（3）比较手术前后患者的神经功能障碍情况。

1.8统计学处理 采用SPSS 20.0统计软件包对本研究数据进行分析处理。计量资料以x±s表示，组间比较采用独立样本t检验，计数资料以频数和率表示，组间比较采用Pearsonχ2检验。以双侧P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1一般资料两组患者一般资料性别、年龄、肿瘤最大直径、肿瘤类型四个方面比较，差异均无统计学意义，具有可比性，见表1。

2.2肿瘤切除率及术后肢体运动功能状况比较（1）手术疗效：试验组全切率为83.33%（25/30），显著高于对照组的50.00%（14/28），组间比较差异有统计学意义（χ2=7.305，P=0.007）。（2）术后肢体运动功能：试验组术后肢体运动功能致残率为6.67%（2/30），显著低于对照组的35.71%（10/28），组间比较差异具有统计学意义（χ2=7.450，P=0.006，表2）。

2.3术后新发神经功能障碍 统计两组新发神经功能障碍时发现新发症状均为失语，其中试验组术后新发神经功能障碍致残率为6.67%（2/30），低于对照组的14.29%（4/28），但组间差异无统计学意义（χ2=0.906，P=0.341）。

3 讨 论

从1992年Basser[3]在柏林磁共振年会上首次提出DTI以来，该技术就深受广大专家学者的关注。因为它可以从分子水平及三维角度来描述病灶，可以无创地、直观地显示颅内肿瘤与邻近白质纤维束以及脑组织的关系[2]，为临床诊断及鉴别诊断提供更多的微观信息。在脑肿瘤的治疗方法中，最常用的还是手术切除肿瘤。神经导航技术能在术前将正常头颅及病变部位用三维的形式表现出来，并术中实时监控，旨在达到最好的手术效果。脑肿瘤可使脑组织细胞发生自由水增加、组织结构丧失，以及间质内细胞外水分子运动受限等变化。在幕上脑内肿瘤中，位于大脑半球者，最多见的为胶质瘤，好发于额顶叶[3]；其次为转移瘤，但是转移瘤常多发，且位于灰白质交界区；脑脓肿、淋巴瘤、生殖细胞瘤等少见。在幕上脑外肿瘤中，最多见的是脑膜瘤。颅内肿瘤易引起脑组织水肿，导致瘤周的白质纤维束变化，主要包括白纸纤维束的移位、水肿、浸润及破坏四种变化形式[4,5]。

在肿瘤切除手术中，肿瘤是否全切对于患者的预后至关重要。在应用手术方法治疗肿瘤时，有研究结果表明，较大程度的切除肿瘤可以明显增加低级别胶质瘤患者的生存时间与无症状进展期[6,7]，最近也有研究显示该结论在Ⅲ、Ⅳ级胶质瘤同样适用[8]，因此肿瘤是否全切对于患者的预后至关重要。但是肿瘤的切除范围又不能过大，否则可能会累及白质纤维束，从而导致一系列的神经功能障碍，对患者造成不可逆的损伤，严重降低其生存质量。虽然常规磁共振平扫及增强扫描可明确肿瘤位置、大小、颅内血管的走形，但却不能显示肿瘤周边的白质纤维束的形态及走形[9]。所以，为保护患者的生存质量，术中往往牺牲肿瘤的切除程度[10]。杜昌旺等[11]提出了有效锥体束的概念（effective fibers of pyramidal tract，EPT），其反映了肿瘤对锥体束的影响程度，研究者可运用DTT纤维束成像明确肿瘤与有效锥体束的关系，从而避开锥体束，提高手术安全性。神经导航系统是一种综合手术系统，是神经外科辅助手术中的重大突破，其信息来源是多模态的影像资料，因此导入信息量的多少决定导航的准确性[12]。两者联合可避免损伤重要神经血管，以达到最佳手术效果[13]。本研究中，试验组肿瘤全切率明显高于对照组，并且术后致残率明显低于对照组，说明该术式在最大限度切除肿瘤的同时，保护了脑功能，明显提高患者生活质量。在统计术后新发功能障碍中，试验组新发功能障碍率低于对照组，但两组之间差异并无统计学意义，可能与本研究收集病例过少，存在选择偏移有关，后续应加大样本量进行验证。

任何新技术都有存在的弊端，并且随着科技的发展会有更好地技术予以代替。磁共振扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）技术的革新，是其进一步的发展和完善，是描述颅内白质纤维束的新方法[14]，其成像理论是假设人体水分子分布呈高斯扩散模型。然而，由于细胞膜等微结构屏障，水的扩散常在人体中受到限制，而表现为非高斯分布，因此，此时应用DTI重建颅内白质纤维束并不准确。2005年由Jensen等[15]提出的扩散峰度成像技术（diffusion kurtosis imaging, DKI）是基于人体组织水分子呈非高斯扩散为基础发展起来的，被认为可更好地反映肿瘤组织中微结构复杂性的影响，同时，其能经过后处理得到DTI的一系列相关数据，更真实地反映人体内白质纤维束的走形[16]。除此之外，DTI也不能作为活体纤维示踪的金标准。因组织标本微观结构的变化可发生在解剖、冷冻、脱水、固定、切片及溶解等处理过程中，应用组织学方法在体外验证活体示踪结果有很大难度[17]；同时，许多因素都可影响到计算结果，如运动伪影、信号丢失等。尽管其中诸多问题均已得到改善，但仍存在较大的局限性。

神经导航系统的不足和弱点为不能实时发现和纠正术中脑移位[18]。脑移位指原密闭的颅腔在术中打开后，受到脑脊液的流失、颅内压的变化及脑组织受重力或牵拉等因素的影响，从而发生脑组织空间的移位或变形。此时，导航系统不能自动识别发生脑移位的白质纤维束，仍按术前影像资料进行导航，因此在手术中会出现肿瘤切除不全、肿瘤切除范围过大的情况。

表1 两组幕上颅内占位患者一般资料的比较（x±s）

表2 两组幕上颅内占位患者肿瘤切除率及术后肢体运动功能状况比较（例数）

近年来，随着医学诊断技能的提高，有研究融合了血氧水平依赖-功能性磁共振成像（blood oxygen level dependent-functional magnetic resonance imaging，BOLD -fMRI）和DTI技术进行颅内手术，结果显示，可进一步减低术后致残率[19]。本研究中，单纯使用了DTI技术，只是显示有效锥体束的走形，未准确判断肿瘤位置功能区的具体功能支配情况。因此，如果将二者融合，可更好地显示功能区指导手术顺利进行。

总之，DTI联合神经系统导航技术在幕上颅内占位手术中能取得良好地手术效果。同时，随着技术的进展应更多的关注新技术的发展，使其更好地为人类医学做出贡献。

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