MR在脑深部电刺激术治疗帕金森病中的应用价值

季丽雅，王建伟,，孙涛，王敏

1. 南京明基医院 放射科，江苏 南京 210021；2. 南京医科大学第一附属医院 放射科，江苏 南京 210029

引言

帕金森病（Parkinson’s Disease，PD）是以锥体外系运动障碍为特征的神经系统退行性疾病，其病程漫长且呈进展性发展，目前临床主要以左旋多巴胺、胆碱类药物控制病情，但是对于长期病程的患者，内科治疗的药效大多出现不同程度的下降，患者的生活质量严重受到影响。Benabid等[1]首先报道了脑深部电刺激术（Deep Brain Stimulation，DBS）治疗PD，其后多位学者[2-6]的临床实践证明了DBS对于部分PD患者疗效明显，能够极大的改善PD患者的生活质量。对靶点核团的精确定位是DBS手术成功的关键[7-10]，传统DBS手术定位主要采用脑电图，脑电图操作简易方便，但不能提供靶点核团的解剖学信息，而MR作为一种影像学检查方法，可以直观地显示靶点核团的位置和形态。目前有关MR应用于DBS手术定位的报道尚不多见，本文回顾性分析30例在我院进行的DBS手术术中应用MR定位的病例，旨在探讨MR在DBS术中定位中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 临床资料

收集2016年5月至2018年1月间在南京医科大学第一附属医院帕金森病专病门诊就诊的PD患者30例，其中男12例，女18例，年龄28～71岁，平均年龄（59.9±10.3）岁。PD的诊断依据中华医学会神经病学分会帕金森病及运动障碍学组制定的帕金森病的诊断标准[11]，所有病例经神经内科医生依据DBS手术指征评估，评估标准为：病程＞5年；左旋多巴胺药物疗效随着病程进展减退，甚至无效；左旋多巴冲击试验中，UPDRS运动评分改善＞30%[7-8]。所有受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

MR扫描机器为：西门子Trio 3.0 T磁共振成像系统和美国GE公司Signa HDx 1.5 T磁共振成像系统，采用鸟笼式正交头颅线圈，患者在术前行颅脑3.0 T磁共振常规扫描和导航序列扫描，主要序列以及参数为：3 T-SWI：TR为28 ms，TE为20 ms，层厚为2 mm，层间距为0，矩阵为320×256；3 T-T2WI：TR为5090 ms，TE为104 ms，层厚为2 mm，层间距为0，矩阵为256×230；3T-T1WI：TR为400 ms，TE为2.5 ms，层厚为2 mm，层间距为0，矩阵为256×230。扫描后患者行DBS手术，安装CRW立体定向头架，放置电极至STN，麻醉苏醒后行1.5 T颅脑磁共振薄层扫描，扫描主要序列和参数为：1.5 T-T2WI：TR为3500 ms，TE为111 ms，层厚为2 mm，层间距0 mm，矩阵为320×192。于1.5 T MR扫描确认电极位置到达靶点核团无误后，将患者推回手术室固定电极，在锁骨下皮下埋置脉冲发生器，建立皮下隧道，通过皮下隧道用导线连接DBS电极和胸部的脉冲发生器，测试系统的阻抗，确认电极和脉冲发生器连接无误后，缝合头部及胸部的皮肤切口，结束手术。

1.3 数据处理

由两位放射科医师对患者的DBS术前、术中的MR图像进行评估，评价图像对丘脑底核以及电极显示的清晰程度。依据丘脑底核与周围脑组织信号的对比度、核团边界的清晰度，核团内部均匀程度等，对图像质量进行评分，评分标准为：0分，核团与周围脑信号对比度差，不能与周围组织区分；1分，可显示核团，但核团与周围组织分界不清，核团内部欠均匀；2分，核团显示清晰，与周围组织分界欠清晰，核团内部欠均匀；3分，核团显示清晰，与周围组织分界清晰，核团内部均匀。

1.4 统计学分析

采用SPSS 18.0统计软件进行统计分析，两位评估者评分一致性采用Kappa一致性分析，Kappa值＜0.4为一致性差，Kappa值在0.4～0.6之间为一致性中等，Kappa值0.6～0.8为一致性好，Kappa值＞0.8为一致性优。四个序列图像质量评分的比较采用Kruskal-Wallis法秩和检验，进一步两两比较采用Mann-Whitney U法，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

所有病例均顺利完成检查和手术，术中1.5 T扫描结果显示，电极位置均到达STN核团。术后开启脑深部电刺激器系统，选择电极最佳触点，并设置脉冲发生器的电压、脉宽和频率等电刺激参数，对患者的震颤、肌肉僵直、运动迟缓和步态障碍等运动功能障碍症状进行疗效的初步评估，结果表明，本研究30例病例的运动功能障碍症状均较术前有所缓解，其中10例患者以震颤症状为主，震颤症状消失的有6例，明显缓解的有3例，中度缓解的有1例；5例以僵直为主的患者症状明显缓解；6例运动迟缓为主的患者症状明显缓解；9例以步态障碍症状为主的患者，其中有5例症状明显缓解，3例症状中度缓解，1例症状轻度缓解。

术前、术中对靶点核团显示的评分见表1，在3 T-SWI图像上，30例病例的丘脑底核均可显示，其中评分1分的12例，2分的15例，3分的3例（图1a）；在3 T-T2WI图像上，仅有1例病例的丘脑底核未显示，其余评分1分的17例，2分的12例（图1b）；在1.5 T-T2WI图像上，有3例病例丘脑底核未显示，其余评分1分的有23例，评分2分的4例（图1c）；虽然3 T-T1WI图像质量良好，但是丘脑底核与周围脑组织信号值相近，无法显示（图1d）。

表1 STN在各序列图像质量评分的评分（例）

图1 各序列丘脑底核的表现

统计学比较的结果为，两位评估者评分一致性好（Kappa=0.774，P=0.046）。 经Kruskal-Wallis法 秩 和 检验，四个序列对于丘脑底核显示的图像质量有统计学差异（χ2=88.952，P＜0.001），采用Mann-Whitney U法进一步两两比较，3 T-SWI对STN的显示最优，3 T-T2WI和1.5 T-T2WI序列次之，3 T-T1WI显示最差（1.5 T-T2WI组与3 T-SWI组：Z=-5.746，P=0.000；3 T-SWI组与3 T-T2WI组 ：Z=-4.662，P=0.000；3 T-SWI组 与 T1WI组：Z=-7.239，P=0.000；3 T-T2WI组与1.5 T-T2WI组：Z=-2.684，P=0.007；3 T-T2WI组与T1WI组：Z=-7.023，P=0.000；1.5 T-T2WI组与T1WI组：Z=-6.341，P=0.000）（表2）。

表2 各组图像质量的评分结果和统计学两两比较结果

3 讨论

PD患者黑质多巴胺神经元进行性凋亡，会引起纹状体-丘脑-皮质环路（Striatal-Thalamo-Cortical，STC）调节皮层的功能紊乱，主要表现为STC环路中的直接通路（大脑皮质-纹状体-苍白球内侧或者黑质网状区-丘脑-大脑皮质）受到抑制、间接通路（大脑皮质-纹状体-苍白球外侧部-丘脑底核-苍白球内侧部-丘脑-大脑皮质）相对亢进，从而导致丘脑向大脑皮层过度放电，产生震颤等一系列运动障碍症状[8]。

由上述病生机制可知，苍白球内侧核（Globus Pallidus interna，GPi）、丘脑底核（Subthalamic Nucleus，STN）和丘脑中间核（Ventralis inermedius，Vim）是STC环路中重要的中继核团，因此，DBS术一般选择这些核团作为靶点核团，将电极植入靶点核团位置，通过高频电脉冲改变靶点核团的兴奋性，抑制STC环路过度兴奋丘脑的病生过程，达到治疗目的[3,7,9-10]。自首次报道DBS术治疗PD之后，国内外多位专家的临床实践表明[3-10]，DBS对于符合手术指征的PD患者疗效与术前服用药物的疗效无差异，并且由于DBS对靶点核团提供了持续、稳定的电刺激，可以避免药物治疗时出现的症状波动、异动症等现象。

DBS手术成功的关键在于确保电极能够精确到达靶点核团的位置，目前的临床病例[3-7,9-10]表明，选择STN作为靶点核团的手术疗效和安全性更优，因此，本研究选择STN作为手术靶点核团。DBS术常采用电生理技术评估术中电极放置的位置，但电生理技术不能提供靶点核团的形态学信息，而MRI具有图像软组织分辨率高、无创和操作简便安全等优势，可以直观显示靶点核团的解剖形态和位置。本研究利用MR图像和手术导航系统建立脑结构的三维坐标系统，确立靶点核团的坐标位置，指导术中电极的放置[3,5,8]。本文比较的结果表明，术前T1WI对于STN的显示效果较差，但是由于T1WI对于脑解剖结构的显示具有优势，在本研究中主要用于与CT图像融合，作为建立脑组织结构坐标系的解剖图像基础。T2WI图像上，STN表现为低信号，据报道，PD患者在黑质、丘脑和基底节等核团有异常的铁元素沉积[12-14]，脑内的铁元素主要以铁蛋白的形式沉积，具有顺磁性，缩短了铁沉积部位组织的横向弛豫时间，因此STN在T2WI上表现为低信号。

SWI是以三维T2WI梯度回波序列为基础的改进序列，其图像对比形成的基础主要为组织间的磁化率差异和相位差异。铁沉积改变了局部组织的磁化率，因此，STN与周围组织形成了良好的磁化率对比，此外，这种磁化率差异导致了STN部位的质子与周围脑组织质子的进动频率产生差异，从而在两者之间形成了良好的相位对比。王铁铮等[15]、张静等[16]的研究均认为SWI对于显示PD患者DBS术中靶点核团的显示更具优势，本研究结果也支持上述观点，通过定性的评估四个序列的图像质量，SWI上显示的STN核团评分更高，最适用于术前对于STN核团的定位。但是，术中的患者安装了立体定位架和电极，会在SWI上产生严重的金属伪影，并且，SWI序列扫描时间较长，刚从手术麻醉中苏醒的病人耐受性差，容易躁动而产生运动伪影。因此，本文采用1.5 T MR和扫描时间相对较短的FSE-T2WI进行术中评估。结果表明，30例病例均能耐受1.5 T MR的FSE-T2WI序列的扫描时间，扫描所得图像虽然对于STN的显示不如3 T MR的SWI序列，但是能够减少电极的金属伪影，满足术中确认电极是否到达STN核团的需求，避免了电极位置不在位需要二次手术情况的发生。

当然，本文也存在一定的缺陷，由于采用回顾性分析，各个序列的FOV、SNR等参数并没有做到完全统一，置入电极后，金属伪影对于图像质量的影响也有待今后进一步讨论研究。总之，本文的研究表明，3 T-SWI对于靶点核团的显示最具有优势，3 T-T1WI可以为术前导航定位系统提供解剖图像，1.5 T-T2WI可以减少电极和定位框金属伪影的影响，主要用于术中对电极位置的评估，总之，不同场强、不同序列的磁共振图像对于DBS手术评估各具作用和优势，有较高的应用价值。