功能成像技术在功能区胶质瘤手术治疗中的应用

胡新华，刘宏毅

功能区胶质瘤通常有特异的神经功能障碍,其最佳的治疗策略为最大程度地切除肿瘤和最大可能地保全神经功能。近年来，随着术前功能成像技术及术中监测技术的进步，以及对大脑功能代偿和可塑性的理解进一步加强，越来越多的研究证实，无论是新诊断还是复发的胶质瘤，最大程度地切除肿瘤能够明显改善患者的预后[1-2]。对于预期寿命较短的高级别胶质瘤患者，手术后神经功能障碍更是会明显影响患者的生活质量。胶质瘤由于其浸润性生长的特点和对白质纤维束的影响对手术技术提出了挑战。针对脑组织解剖变异，肿瘤所致组织变形和功能区重塑，多种功能成像及监测技术被应用到术前和术中功能区的辨认与保护。

1 功能区相关解剖基础

1.1 运动功能 三个主要的皮质运动区域是初级运动区、运动前区和辅助运动区。初级运动区位于中央沟正前方的中央前回，主要负责主动运动。运动前区定位于额上回的后部，在初级运动区的正前方；该区域涉及依赖于感觉输入的运动功能，并且具有比初级运动皮层更高的刺激阈值。辅助运动区位于额上回的内侧面，有助于计划和启动运动活动；其损伤导致经典的辅助运动区综合征[自主运动减少和(在优势半球中)自发性言语减少]。皮质脊髓束起源于初级运动区、运动前区、辅助运动区以及躯体感觉区域，经放射冠、内囊后肢下行，到中脑的大脑脚[3]。

1.2 语言功能 语言处理是通过整合优势半球的额叶、颞叶和顶叶区域等多个皮质和皮质下区域来完成的。优势半球额下回后部通常被称为Broca区，对言语产生至关重要。颞上回后部，也称为Wernicke区，参与语言理解。对语言功能有一定作用的顶叶皮层主要在于顶侧小叶(超边缘和角形回旋)，与外侧裂相邻[3]。此外，辅助运动区和运动前区都参与言语生成。术中描记研究[4]证实，运动前区涉及语言的两个组成部分：构音(运动前区腹侧)和命名(运动前区背侧)。进一步研究发现，切除辅助运动区占位可导致短暂的言语不能，证实了该区域在言语启动中的作用。

功能成像和脑描记研究表明皮质下通路网络对语言功能有重要作用[5-6]。连接Broca区和Wernicke区之间的除经典弓状纤维束外,还存在额外的背侧和腹侧纤维束通路。连接颞上和额叶的腹侧弓状束负责传递语音信息；而连接颞中、颞下与额叶的背侧弓状束则是传递词汇语义信息的重要通路。腹侧通路与语义加工相关,而背侧通路更多的是与句法加工有关。

2 术前评估和手术规划

术前全面的神经系统评估明确患者有无语言和/或运动功能障碍。涉及到语言区病变时，神经认知功能测试十分必要。术中唤醒手术对患者压力极大，通常用于那些需要术中描记语言区的患者。术中唤醒后，患者需要能充分配合并完成指定语言任务。因此，术前有明显的语言障碍或精神状态改变的患者不适合清醒手术。同时当肿瘤占位效应明显或严重脑水肿时，唤醒手术可能会加重脑肿胀。在具有显著的肿瘤引起的占位效应或突出的脑水肿的情况下，会因为硬脑膜开放后不受控制的脑肿胀可导致周围皮质的膨出或挫伤，并提前终止手术[3]。

对于那些被术前评估认为不能进行清醒手术的功能区胶质瘤患者，可通过充分瘤内减压，尽量减少对周围皮质和白质的操作等策略完成肿瘤切除。关于涉及运动功能区的病变，手术前存在明显的瘫痪可能会影响术中运动区描记结果[3]。在刺激期间，运动响应的强度取决于锥体束功能的完整性。因此，对于已经偏瘫的患者，运动描记结果可能并不可靠。躯体感觉诱发电位(somatosensory evoked potential，SSEP)在定位初级运动区与感觉皮层方面也非常准确，并且在患者睡眠状态下也能完成。即使偏瘫患者也可能存留足够的功能连接，从而可靠地获得躯体感觉诱发电位。

3 功能成像技术的作用

功能成像技术的快速发展已成为功能区胶质瘤手术的一大助力。由于肿瘤所致的功能区移位或功能区重塑，使得依靠解剖定位确认功能区变得不可靠。功能区可能位于肿瘤内或在其周围重新分布。此外，在病变的远处，可能出现功能代偿区[7]。术中直接电刺激仍然是金标准。然而，术前识别功能重要区域对于可视化肿瘤与周围功能皮层之间的空间关系，规划切除策略，评估风险是十分重要的。这些成像技术可与术中描记和导航相结合，以改善手术效果。

3.1 功能MRI(functional magnetic resonance imaging，fMRI)fMRI是一种功能性成像技术，其基于神经元活动导致脑血流(cerebral blood flow，CBF)改变的原理，其可动态可视化。在神经元活动期间，氧-与脱氧血红蛋白的比率相对于活化的皮质区域的CBF的变化而增加。通过执行特定任务(如手指敲击)和BOLD信号的检测，这些数据可以叠加在传统的结构MRI上，从而可以定位各个功能区的位置[8]。

fMRI是一种非侵入性，广泛应用且相对易于执行的技术，优点是可重复使用。同时fMRI还具有良好的空间分辨率，可以很容易地与标准的解剖定位和导航技术融合[8-9]。但是，fMRI需要一致地应用已建立的测试范例以获得最佳结果。fMRI是间接测量神经元活动，胶质瘤可诱导周围血管系统扭曲可能会影响fMRI的准确性[9-10]。对于语言区定位，fMRI的敏感性和特异性分别为81%和53%[11]。因此，fMRI主要用作术中皮层直接电刺激的辅助手段。

3.2 扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI) DTI是另一种用于绘制白质束的基于MRI的技术，已成为术前计划的基石。在大脑中，水分子的运动受到各种结构的影响，导致称为各向异性的方向性。白质束导致特定的各向异性，因为水分子优先平行于轴突纤维扩散。这种依赖于方向的运动可以通过DTI捕获，提供关于白质纤维束的方向(和位置)及其与潜在手术区域的关系的信息[9,12]。DTI可用于定位锥体束、弓状束等重要解剖结构，从而决策手术。但这项技术有一些局限性。首先，即使解剖数据有用，DTI也不直接提供功能信息。其次，与其他术前成像技术一样，由于脑脊液丢失引起的脑移位和颅内压的变化可能会使得术中定位偏差。此外，肿瘤侵入白质纤维束或周围水肿可能会出现矛盾的结果。最重要的是DTI存在空间分辨率不足的技术缺陷[9,12]。

尽管存在这些局限性，但研究证实DTI与术中功能区描记结果一致性很高。如Morrison等[13]对比DTI与术中皮层下运动通路刺激的研究显示，DTI的敏感性和特异性均超过90%。DTI的使用可以改善功能区胶质瘤患者手术预后，延长生存时间。Salama等[14]研究表明DTI可以作为功能区胶质瘤术前有效的定位手段，部分患者甚至可以无需术中直接电刺激定位运动和语言区。

3.3 脑磁图(magnetoencephalography,MEG) MEG是一种新兴的功能成像技术，检测在较高认知过程中通过神经元激活产生的皮质磁场。该磁场可以在颅外记录，结果叠加在常规结构MRI上，有助于定位功能区[3,9,15]。除了非侵入性之外，MEG还可直接检测同步的神经元电流而不是依赖于间接替代物。MEG与术中描记之间存在很强的相关性[15]。尽管MEG检测结果让人满意，但其临床应用并不高，主要是由于设备昂贵、场地要求高及专业性强[3,9]。

3.4 经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS) TMS是一种新的有前途的定位方式。利用这种技术，将电磁线圈放置于前额上并且施加磁脉冲，磁脉冲诱发小电流刺激选定的皮层。因为TMS通过直接刺激定位功能区域，比其他功能定位方法更类似于直接术中皮质刺激。TMS同目前功能区定位的金标准即直接皮质电刺激相比，具有很好的一致性，比fMRI运动区定位的准确性高。TMS运动区定位的可重复性研究进一步证实其具有良好的重测信度，因此成为功能区胶质瘤术前运动功能区定位的可靠手段[16]。此外，与fMRI不同，TMS不受到诸如幽闭恐怖症或合作程度等患者因素的干扰。Krieg等研究发现，TMS与运动皮层定位中的术中描记结果一致性极高[17]。然而，TMS仍需要进一步的验证研究，特别是对于定位语言功能区。多个研究使用TMS方法对语言区进行定位，并进一步比较TMS与fMRI以及直接电刺激等经典技术方法的差别[18-19]，结果显示，TMS测定语言区的敏感性超过90%，但特异性只有23.8%。综合来看，TMS应用于术前语言功能区定位还不是很成熟，仍然需要在刺激条件以及任务选择方面进行更多的改进和研究。

3.5 术中功能区描记 对于位于中央前回和锥体束附近的胶质瘤，可以在全麻后行神经电生理监测定位功能区。运动皮层的定位可以使用直接电刺激探头或条状电极完成。通过将双极或条状电极放置在皮质表面上直接行电刺激；初始使用电流1 mA，振幅为60 Hz；应避免电流高于6 mA，以降低癫痫发作风险。一旦确认了运动皮层，可以采取适当的手术步骤以在肿瘤切除期间保持其完整性。或者，可以通过SSEP的相位反转来定位中央沟。这项技术使中央沟的定位精确度>90%[9]，并清楚地标明其前方的运动皮层和后部的感觉皮层。

皮质下运动束的定位通常也可通过直接电刺激完成。对于累及或接近皮质下运动束的胶质瘤患者，电刺激和肿瘤切除可以交替进行，以提高安全性。在切除肿瘤期间，当接近皮质运动束时，应减小刺激幅度，从而提醒手术者在损伤到运动束前即停止手术操作；将离皮质下运动束的距离控制在≥5 mm时，可以最好地保持功能[20]。

与运动区手术不同，语言区胶质瘤常需要清醒开颅手术。术中皮质显露后，使用双极或单极探针，电流以50～60 Hz 的频率从1 mA开始进行刺激。手术切除时可以识别出需精确保护的功能皮质区域。除皮质功能区识别外，还可以采用直接皮层下刺激来识别语言中涉及的深部白质纤维束，以帮助确定手术切除的范围。

总体而言，多种功能描记技术的应用，使功能区胶质瘤患者手术预后有了明显的改善。丁宛海等[21]研究报道，在一组45例患者中采取多种功能描记技术，术中均准确定位肿瘤，电生理监测准确定位中央沟，并成功选择合适的脑沟入路，避免损伤运动区皮层及锥体束；肿瘤全切除者38例，次全切除7例；术后15例患者的肢体肌力稍下降(1个月后10例患者肌力逐渐恢复正常)，其中锥体束单纯受推挤组患者中术后肌力下降4例，锥体束受浸润或破坏组患者中术后肌力下降11例，两组患者术后肌力下降发生率的差异有统计学意义。由于最大安全范围内最大程度地切除肿瘤已成为功能区胶质瘤手术的首要目标之一，越来越多的研究关注到此方面。尽管术中脑功能描记的传统方法仍然是金标准，但随着脑成像技术和设备的发展，应用功能成像和术中皮质及皮层下的直接电刺激等综合手段，功能区胶质瘤患者术后神经功能将会得到进一步改善。