磁共振導航微創技術在腦腫瘤的診治現狀與進展

李成利，武樂斌

磁共振導航微創技術包括磁共振介入(interventional MRI, iMRI)和磁共振導引手術治療，磁共振導引手術治療也稱為“術中磁共振”(intraoperative MRI, iMRI)，磁共振成像用于腦腫瘤診治已有20多年的歷史。在此期間，經歷了一系列的技術進展，從有框架的立體定向設備到無框架的導航系統，從術中磁共振成像到術中磁共振結合導航系統實時導引。近年來磁共振成像技術無論是硬件還是軟件都有了飛速發展，磁場強度越來越大，設備體積越來越小，成像時間越來越短，成像分辨率越來越高，使磁共振輔助外科手術成為可能。術中磁共振的應用使醫生的手術操作與術中成像接近同步進行，能夠使術者觀察到肉眼不能直接觀察到的手術野，隨時調整手術操作。目前術中磁共振輔助手術主要應用于神經外科，它能夠克服單純基于術前影像的神經導航系統的局限性，提供實時更新的圖像，使術中產生的導航誤差得到及時糾正。同時術中磁共振能夠提供清晰、精確的圖像，可以多方向切線成像、任意平面重建、又無放射性損害，而且還能夠整合功能性磁共振、彌散張量成像、磁共振波譜、磁共振血管造影等新技術，給予手術醫師更多的指導性信息。

1 磁共振導航系統的硬件及軟件設備進展

1.1 磁共振介入的磁場系統

目前臨床用于腦腫瘤診療中導引的MR設備場強從0.12 T至3.0 T。許多常規用于MR診斷的技術，如MRS、fMRI、DWI、DTI、MRA、MRV也已經開始應用于1.5 T或更高場強的MR術中導引，這也是目前高場磁共振用于介入治療越來越受到關注的原因。

用于介入治療的磁共振掃描儀設計上要求術者能最大程度地接近患者。目前其形狀主要有以下幾種：①Biplanar；②Double Nonut；③Cylindrical；④XMR。

1.2 磁共振介入導引方式

磁共振介入導引的方式主要有：①Freehand Technique；②磁共振兼容的有框架的立體定向導引系統；③無框架的立體定向導引系統；④光學導引示蹤系統；⑤非光學導引的立體定向示蹤系統(active tracking)；⑥Augmented Reality Techniques；⑦影像融合技術。

2 MR介入技術在腦腫瘤微創診療中的應用

2.1 腦腫瘤穿刺活檢術

MR導引的顱內病變穿刺活檢術以其微創、安全，越來越受到臨床醫生的重視。術中虛擬針的存在使得穿刺在實時監控下進行，可避免損傷重要的血管、神經等結構，避免嚴重并發癥的發生。由于腦內病變的影響，具有重要功能的解剖結構常發生變形和移位，功能皮層的定位與正常解剖結構的功能區分布有一定的差別，因此穿刺活檢術時功能皮層的重新定位至關重要。MR介入治療中fMRI能夠個性化確定皮質功能區與病變的關系，從而盡可能地避免穿刺路徑通過腦功能活動區，結合MR波譜成像和磁共振順磁性造影劑增強掃描，可明確辨認顱腦功能解剖區、腫瘤活躍區、壞死區及非強化區，從而獲取準確的病理細胞學診斷。

最早的磁共振導引的腦腫瘤穿刺活檢始于1996年8月，Schwartz[1]等利用0.5 T開放式MR對200例腦內病變行介入診療。其中68例患者行腦內病變穿刺活檢術(原發性腦腫瘤60例，4例腦轉移瘤、3例腦膿腫、1例脫髓鞘病變)，術中無明顯并發癥，均獲得滿意的組織病理標本。Kollias[2]等報道了他們用開放式0.5 T MR進行的21例腦內病變穿刺活檢術，認為MR導引能準確定位和進行腦內病變的穿刺活檢。Hall[3]等報道了利用1.5 T高場閉合式短軸MR進行的42例腦內病變穿刺活檢術，術中對患者行MR波譜成像(21例行TSI，13例行SVS，8例行TSI+SVS)，確定腫瘤重要腦功能活動區的關系，指導穿刺活檢，均獲得準確的病理結果，且未損傷腦功能活動區。Hall[4]等報道了利用3.0 T高場閉合式短軸MR成功完成了5例腦內病變的穿刺活檢術。高場MR導引的顱內病變穿刺活檢，無嚴重并發癥發生，且均獲得滿意的病理組織學標本，臨床治療提供了可靠的依據。李成利[5]等報道了利用0.23 T開放性MR引導下對22例腦內病變穿刺病理學活檢，所有患者均一次性穿刺成功，均得到明確的病理診斷，無任何嚴重并發癥發生。

2.2 腦腫瘤微創消融術

MR導引腦腫瘤微創治療包括各種消融治療，如激光消融、射頻消融、冷凍消融術。主要應用于患者身體條件較差，不能耐受外科手術，顱內多發腦轉移瘤無法手術，位于腦重要功能區或腦深部手術無法到達部位的腫瘤，以及手術中腫瘤可能與周圍鄰近正常腦組織無法用肉眼分辨的腦腫瘤。尤其是對于那些既不能耐受手術又具有放化療抵抗的腦腫瘤患者來說，磁共振導引的腫瘤消融成為首要的選擇。

MR介入冷、熱消融治療的獨特優勢是其溫度敏感性，可以進行實時溫度監測，軟件通過獨立的工作站可以實時地與MR機進行通信和傳輸。溫度值的定量和顯示，可通過彩色編碼圖像或解剖圖像疊加等溫線來獲得，等溫線可用于估計所滅活病灶的大小，確保溫度保持在組織滅活的臨界溫度處，既能夠使病變組織發生凝固壞死，又能夠減少對周圍的重要組織結構的損傷。術中MR成像顯示冷、熱消融區在T1WI和T2WI上皆呈邊界清楚的信號缺失區，容易與未經治療的腫瘤組織及周圍正常腦組織分辨清楚。

(1)磁共振導引的腦腫瘤激光消融(LITT)：激光治療腦腫瘤最早始于1983年。Schwarzmaier[6]等在0.5 T開放式MR導引下對16例復發的多形性膠質母細胞瘤(GBM)行激光消融，結果顯示患者平均生存期為11.2個月，較文獻報道的自然病程(＜5個月)及化療后生存時間均長。他們認為激光治療可以作為復發的GBM的選擇性治療手段。Schulze[7]等報道了用0.5 T MR導引下激光治療15例腦內幕上腫瘤，激光消融后當時，中心壞死區尚不明顯，周圍見未完全壞死的組織所致的環狀水腫帶；3天后，壞死區明顯，染色逐漸缺失，邊緣出現早期吸收。1周后，邊緣出現肉芽組織增生，周圍水腫仍然明顯。7天后，水腫開始減輕，最終消融灶呈一液化壞死灶。Kahn[8]等對腦腫瘤患者行磁共振導引激光治療后，均發現消融后第一周內，由于周圍水腫及細胞毒性作用，病變范圍增大；但一周后，開始吸收變小，約10天左右減小一半。但Schwabe[9]等報道，LITT治療后，消融區在10天內體積增加23%，最終呈周圍伴含鐵血黃素沉著的液化灶。Schulze等[7]在綜合分析了磁共振導引的腦腫瘤激光治療中，所用能量、方法、消融后組織病理學特點、影像學表現、動物實驗及臨床應用研究后，認為LITT是治療位于外科手術不能到達部位的腦腫瘤的合適的微創治療方法，同時它也可以用于位于腦表面的腫瘤治療。它尤其適用于年老體弱的腦腫瘤患者。但是，腦腫瘤的LITT治療尚無明確的標準，需要臨床進一步研究。Carpentier[10]等報道了磁共振實時導引的4例腦轉移瘤患者6個腫瘤的LITT治療，認為磁共振導引的腦轉移瘤治療安全可行。短期觀察，對20%放療后無效的患者具有可靠的療效；從長期來說，磁共振導引的LITT可以重復多次進行，而且可以聯合其他治療方法同時使用。

(2)MR導引的腦腫瘤射頻消融：Merkle[11]等報道了在0.2 T開放式MR導引下射頻消融腦組織的動物實驗，實驗中對6頭豬的腦額葉行射頻消融，證實該技術是安全、可行的，MR能很好地監測射頻消融的過程和范圍。Gananadha[12]等對8只綿羊行顱腦射頻消融，通過改變消融時間(從1～5 min)，產生1～3 cm不同直徑大小的消融范圍。認為RFA是相對安全和有效的技術，不會損傷消融灶周圍的正常組織，可用于治療多發腦腫瘤，且可行多次重復治療。

(3)MR導引的腦腫瘤冷凍治療：MR導引腦腫瘤冷凍消融治療國外尚處于實驗階段，至今尚無該技術的臨床治療報道。Tacke[13]等報道了在1.5 T高場MR導引下進行的豬腦冷凍消融治療，術中用2.7 mm的冷凍探針對11頭豬腦額葉行冷凍消融。Song[14]等進行的MR導引兔腦腫瘤冷凍消融并與術后即刻、3天、7天及14天分別對病變區行MR和組織病理學檢查。結果顯示MR能夠精確區分冷凍和非冷凍的腦組織，冷凍過程中冰球的大小與病變范圍有很好的一致性。冷凍消融后第三天，消融灶增大最明顯，在所有的序列上，其增大均有統計學意義。冷凍后第7天，消融灶周圍的水腫略有減輕，僅在T2WI和FIRS序列上其增大有統計學意義。但此時高信號的水腫周圍可見薄的環狀含鐵血黃素沉著。冷凍消融后14天，周圍水腫基本消失，消融范圍與冰球大小在所有的序列上均無統計學差異，周圍的含鐵血黃素環更清晰了。病理學顯示，最初的7天，消融范圍增大是由于消融區域和其周圍腦實質的反應性水腫造成的。李成利[15]等報道MR導引6例腦轉移瘤患者冷凍消融術，發現低溫冷凍消融較熱消融技術相比，其最大的優勢在于熱消融后消融區域容積會增大，而冷凍治療后組織壞死容積不再增加，減少了術后顱內壓增高的程度。

3 磁共振導航腦腫瘤切除術

術中磁共振能實時獲得腫瘤切除程度及解剖結構變化信息，能減少術中并發癥，提高手術切除率。目前報道術中磁共振用于垂體瘤、顱咽管瘤、膠質瘤、腦轉移瘤、腦膜瘤、神經節細胞瘤、神經節膠質瘤、海綿狀血管瘤、腦室內腫瘤等的切除術。隨著高場磁共振應用于腦腫瘤治療，各種功能成像也相繼用于術中，如fMRI、DTI、MRS等對于術中保護重要語言及運動功能區起到重要的作用。

Zimmermann[16]等對44例腦腫瘤患者行磁共振導引的腦腫瘤切除，其中36例(82%)完全切除，8例(18%)大部分切除，術中影像顯示殘留的腫瘤組織侵及或包繞深部腦結構或運動/語言皮層功能區。術中DTPA增強掃描有助于判斷高級膠質瘤、腦膜瘤和轉移瘤的范圍。本組有1例術中發現硬膜外出血，迅速處理后，患者未出現神經退變癥狀。6例(14%)出現神經缺陷癥狀，其中5例是暫時的，如輕度偏癱、言語不流利。這部分患者的腫瘤位于靠近語言功能區(感覺性運動或語言皮層功能區)。1例患者由于術后感染，不得不去掉骨瓣。Martin[17]等用1.5 T磁共振導引切除30例腦腫瘤，完全切除率為80%(24/30)，未完全切除的腫瘤包括1例GBM，2例星形細胞瘤，1例神經節神經膠質瘤，少突膠質細胞瘤和畸胎瘤。上述腦腫瘤未能完全切除的原因或由于明顯的腦水腫，或腫瘤累及言語皮質功能區，或由于術中出血過多。術后并發癥，1例術后感染，1例海馬切除術后伴發大腦腳梗死，導致輕度偏癱，后者經物理治療后明顯緩解。Nimsky[18]等利用0.2 T開放式MR治療95例腦膠質瘤的患者，術中在MRI的實時導引下，增大了腫瘤的切除范圍，腫瘤的總體切除率顯著提高：Ⅰ級星形細胞瘤由87%提升至100%；Ⅱ級星行細胞瘤的總體切除率由25%提升至56%；Ⅲ級膠質瘤的總體切除率由42%提至47%；IV膠質瘤總體切除率由21%提至24%。未能完全切除的腫瘤由于腫瘤的殘余部分浸潤至重要腦功能區，而對于大部分高級別膠質瘤之所以不能完全切除是因為手術以不出現新的神經功能缺陷為原則。40例存在術前神經功能缺陷的患者，術后30例癥狀得以改善，只有1例患者癥狀加重；在55例術前無神經功能缺陷的患者中3例出現術后功能減退(2例輕癱、1例失語)。Yrjana[19]等對27例腦腫瘤患者行0.23 T開放式MR導引的腦腫瘤切除術，其中20例行術中超聲，5例在局麻下進行以便術中監測皮質活動情況，2例行ECG和深部腦電監測。術后有2例感染，10例術后出現復發。復發患者主要是病變累及重要皮質功能活動區或高級膠質瘤因其浸潤性生長而導致。

術中磁共振腦室內腫瘤切除術中，能實時獲得解剖結構變化信息，術中腦脊液迅速流出，導致腦內組織結構關系較術前影像發生明顯變化，因此術中實時MRI對手術操作顯得尤其重要。

4 磁共振功能成像導引腦腫瘤治療中的應用

Hall[20]等對14例臨近重要功能區腦腫瘤患者在用1.5 T磁共振導引行腫瘤切除術前行fMRI檢查，確定運動皮層、語言皮層及記憶皮層功能區的位置，所有患者均未出現神經系統并發癥。

Nimsky[21]等對37例腦膠質瘤患者成功的行術前及術中DTI成像，并在1.5 T磁共振導引下行腫瘤切除術。結果顯示由于腫瘤切除導致的纖維傳導束(DTI)術前及術中位置有明顯的改變。最大的白質纖維束改變范圍為-8 mm至+15 mm，傳入纖維束的移位率為29.7%，傳出纖維束的移位率為62.2%。因此他們認為DTI成像不僅能用于術前計劃，對于腦深部腫瘤切除的患者，術中的DTI成像對于術中導引也具有重要價值。

相信隨著術中磁共振設備的不斷完善以及相關配套的手術器械的開發，各種手術技術與術中磁共振技術的融合將使手術創傷最小化，效果最大化。

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