術中磁共振聯合運動功能神經導航在顱內病變切除術中的臨床應用*

閻　靜，程敬亮#，李紅偉，王朝艷，聶云飛，鄭　元，劉獻志

1)鄭州大學第一附屬醫院磁共振科 鄭州 450052　2)鄭州大學第一附屬醫院神經外科 鄭州 450052　3)鄭州大學第一附屬醫院手術部 鄭州 450052

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術中磁共振聯合運動功能神經導航在顱內病變切除術中的臨床應用*

閻靜1)，程敬亮1)#，李紅偉2)，王朝艷1)，聶云飛3)，鄭元3)，劉獻志2)

1)鄭州大學第一附屬醫院磁共振科 鄭州 4500522)鄭州大學第一附屬醫院神經外科 鄭州 4500523)鄭州大學第一附屬醫院手術部 鄭州 450052

關鍵詞術中磁共振；神經導航；外科手術

摘要目的：探討術中磁共振(iMRI)聯合運動功能神經導航在顱內病變切除術中的臨床應用。方法：2012年12月至2014年10月，138例患者接受3.0T iMRI聯合運動功能神經導航引導下顱內病變切除術；男75例，女63例；年齡5～83歲，平均43.2歲。全部病變鄰近或累及運動功能皮質或皮質脊髓束。術中應用MR工作站攜帶的后處理軟件進行實時BOLD-fMRI和DTI數據分析。結果：41例病變位于大腦皮質表面，根據運動功能神經導航3D腦表面腦回及腦溝的顯示可明確判斷病變部位。最終81例(58.7%)因iMRI掃描后進一步擴大切除而獲益。104例病變全切，全切率從29.7%提高到75.4%。138例獲長期(6個月以上)隨訪，其中127例(92.0%)患者無術后新發永久性運動障礙，127例中好轉34例，無變化83例，暫時性10例(出院時)；11例(8.0%)患者術后6個月仍遺留不同程度的新發運動障礙。結論：iMRI聯合運動功能神經導航有助于最大程度切除病變，同時最小限度地損傷神經功能，對提高手術效率和改善患者預后具有重要的應用價值。

Clinical application of iMRI combined with motor functional neuronavigation-guided resection of intracranial lesions

YANJing1),CHENGJingliang1),LIHongwei2),WANGChaoyan1),NIEYunfei3),ZHENGYuan3),LIUXianzhi2)

1)DepartmentofMRI,theFirstAffiliatedHospital,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou4500522)DepartmentofNeurosurgery,theFirstAffiliatedHospital,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou4500523)DepartmentofOperation,theFirstAffiliatedHospital,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450052

*河南省醫學科技攻關計劃項目201303044

Key wordsintraoperative magnetic resonance imaging;neuronavigation;surgical operation

AbstractAim: To investigate the clinical value of intraoperative magnetic resonance imaging(iMRI) combined with motor functional neuronavigation in resection of intracranial lesions.Methods: A total of 138 cases(75 males and 63 females, aged from 5 to 83 years with mean of 43.2 years) underwent surgical operation with the assistance of 3.0T iMRI combined with motor functional neuronavigation. All cases were adjacent to or involved motor area or corticospinal tract. Blood oxygen level dependent functional MRI and diffusion tensor imaging data analysis could be analyzed in real-time using the software directly installed on the MR, and the result visualization was possible during scanning.Results: 3D brain surface visualization was considered useful for precise localization of 41 cases situated at the brain convexity. Eventually, out of 138 cases, 81(58.7%) benefited from further resection after iMRI scans;104 achieved gross total resection(GRT) and the GRT rate improved from 29.7% to 75.4%. All 138 cases accomplished more than 6 months follow-up postoperatively. No new permanent postoperative motor deficit was observed in 127 cases(92.0%)，among which, improved motor function was observed in 34 cases,unchanged neurological findings in 83 cases,and transient motor deficit in 10 cases.New permanent motor deficit was present in 11 cases(8.0%) until 6 months after surgery.Conclusion: iMRI combined with functional neuronavigation can help to maximize tumor removal and minimize neurological deficit, which has great value in improving operation efficiency and prognosis of patients with intracranial lesions.

研究[1]表明顱內病變的切除程度與患者的預后密切相關。但當顱內病變位于重要功能區時，最大化切除病變的前提是保留患者的神經功能,過度切除功能區的病變會引起神經功能障礙，影響患者的生活質量。血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging, BOLD-fMRI)和彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是目前可在術前提供重要的功能皮質及皮質下信息的無創性成像技術。最近許多研究[2-5]提出術中磁共振(intraoperative MRI, iMRI)聯合神經導航融合解剖和功能等多模態信息能夠平衡最大化切除病變與保護神經功能之間的矛盾，但是運動區病變的切除效果仍缺乏大樣本的應用評價。該研究回顧性總結了鄭州大學第一附屬醫院應用iMRI聯合運動功能神經導航指導手術切除的138例顱內病變患者的臨床資料，探討其臨床應用價值。

1對象與方法

1.1研究對象選取2012年12月至2014年10月在iMRI聯合運動功能神經導航下手術的138例顱內病變患者，男75例，女63例，年齡5～83(43.2±16.5)歲。全部病變鄰近或累及運動功能皮質或皮質脊髓束。45例臨床表現為肢體活動障礙，23例有癲癇癥狀，其他70例。病灶主要位于額葉51例，頂葉31例，基底節26例，島葉26例，丘腦2例，腦干和扣帶回各1例。病理類型見表1。

1.2術前多模態MRI采集及數據分析采用3.0T iMRI(MAGNETOM Verio, 德國西門子公司)掃描。全部患者術前1 d均行個體結構像采集，包括T1-MPRAGE平掃、T1-MPRAGE增強或T2-FLAIR序列；功能成像采集，包括DTI和(或)BOLD-fMRI序列。掃描參數如下。T1-MPRAGE：TR 1 900 ms，TE 2.93 ms；反轉角 9°；矩陣256×215；層厚1 mm。T2-FLAIR：TR 9 000 ms，TE 96 ms，TI 2 500 ms；反轉角 150°；矩陣 256×160；層厚 2 mm。DTI：TR 9 900 ms，TE 90 ms；矩陣 128×128；體素大小(2.0×2.0×2.0) mm3；層厚2 mm；層間距 0 mm；30 個方向。BOLD-fMRI：TR 3 000 ms，TE 30 ms；矩陣 96×96；體素大小(2.5×2.5×3.0) mm3；層厚 3 mm。進行雙手握拳任務，采用組塊(block)設計，分為任務和靜息兩種狀態，每種狀態持續30 s，相互交替、重復3次。所有BOLD-fMRI和DTI的分析應用MR機器后處理工作站(Syngo MultiModality Workplace, 德國西門子公司)攜帶的專門軟件(Neuro 3D)的任務模塊，顯示運動激活區和重建皮質脊髓束。具體掃描方案見表2。

表1　患者病理類型

1.3術前導航計劃的制定由一名有經驗的影像科醫生和神經外科醫生共同完成。將個體結構像、重建后的皮質脊髓束和運動激活圖導入Medtronic神經導航(TRIA i7，美國美敦力公司)，融合個體結構像與功能像。利用T1-MPRAGE增強或T2-FLAIR圖像逐層勾畫病變邊界，三維呈現病變、皮質脊髓束和運動功能皮質。利用T1-MPRAGE平掃圖像構建3D腦結構。最后將多種圖像同時疊加在參考像(T1-MPRAGE平掃圖像)上，確定病變位置及其和周圍結構的解剖關系，制定個體化手術方案，包括識別病變切除邊緣鄰近的皮質脊髓束和運動功能皮質，評估切除范圍、潛在的手術風險和術后神經功能障礙。具體導航計劃制定見表2。

表2　術前多模態MRI采集方案及導航計劃的制定

1.4手術過程將術前計劃與Medtronic神經導航結合，導航注冊，畫出病變的體表投影，設計手術切口，選擇最佳手術路徑。常規開顱并暴露腦表面，根據導航所示3D腦表面的溝回進一步確定病變的位置。借助于神經導航，病變和纖維束及運動功能皮質以投影的方式顯示在顯微鏡視野中，神經外科醫師避開纖維束和皮質功能區行病變切除。術者確認病變已鏡下全切除后，術中進行T1-MPRAGE增強或T2-FLAIR和DTI序列(掃描參數同術前)掃描。如發現病變殘留，重新更新導航參考影像，實時引導殘余病變的進一步切除，直至iMRI證實病變全切或達到術前計劃的最大安全切除范圍。

1.5術后評估①分析3D腦的構建定位病變的精確性。②判斷切除程度。應用最后一次的iMRI圖像，根據RANO標準[6]分為全切和部分切除。③觀察術后新發運動障礙(肌力下降)，分為暫時性和永久性運動障礙。前者表現為出院時有運動障礙，后者表現為術后6個月運動障礙仍然存在。所有患者均在術前、出院時、術后6個月評估患者肌力。

2結果

直接應用MR后處理站攜帶的軟件進行BOLD-fMRI(46例)和DTI(138例)數據分析，患者仍在進行MR掃描期間結果即可呈現出來。其中6例患者運動任務執行欠佳，運動激活團塊過小或無顯示，及時告知患者并重新掃描后，4例運動激活圖顯示良好，2例激活團塊過小。掃描完成后，可以在10 min內完成術前導航計劃的制定。

138例患者中，41例病變位于大腦皮質表面，根據導航3D腦表面腦回及腦溝的顯示可明確判斷病變部位(圖1)。

腦溝回清晰顯示，腫瘤(紅色)累及左側中央前回和中央后回。圖1　3D腦的構建

對位于深部的顱腦病變(90例)和再次手術患者(7例)，3D腦結構對病變部位顯示不佳。根據術前導航計劃的顯示，共104例病變可完整切除，34例病變邊緣累及運動功能皮質或皮質脊髓束無法行完整切除。第一次iMRI掃描證實41例(29.7%)達到影像學全切除，97例(70.3%)仍有病變殘留，其中16例因累及運動功能皮質或皮質脊髓束，切除程度達到預期目標，未進一步切除，余81例(58.7%)繼續進行擴大再切除，63例(45.7%)經過iMRI掃描1～3次達到完整切除。最終81例(58.7%)因iMRI掃描后進一步擴大切除而獲益。104例(75.4%)病變全切，達到手術預期目標，全切率從29.7% 提高到75.4%。138例患者均獲長期(6個月以上)隨訪,127例(92.0%)患者無術后新發永久性運動障礙，其中好轉34例，無變化83例，暫時性10例(出院時)；11例(8.0%)患者術后6個月仍遺留不同程度的新發運動障礙，其中膠質母細胞瘤7例，間變型星形細胞瘤4例；2例患者術后1 a死亡，均為膠質母細胞瘤。

典型病例：患者，女，52歲，因“左側肢體活動不便20余天”入院。患者術前神經系統檢查示左側肢體肌力Ⅴ級弱。MRI表現為右側頂葉、胼胝體占位。應用DTI重建皮質脊髓束(圖2A)，BOLD-fMRI顯示運動功能皮質位置(圖2B)。利用神經導航系統顯示腫瘤與纖維束及皮質功能區的3D解剖關系(圖2C)，發現皮質脊髓束部分中斷，主要位于腫瘤的前方，運動功能皮質主要位于腫瘤的外側。綜合術前多模態MRI信息，決定在導航引導下避開纖維束和運動功能皮質行腫瘤全切除，確認腫瘤已鏡下全切除后，術中進行T1-MPRAGE增強及DTI序列掃描，證實病變達到影像上全切除(圖2D、E、F)。病理診斷為：間變型星形細胞瘤(WHO Ⅲ級)。患者出院前左側肢體肌力Ⅳ級弱，有短暫肌力下降。術后6個月隨訪，病變無復發(圖2G、H)，皮質脊髓束完整性逐漸恢復(圖2I)，運動激活團塊增大(圖2J)，患者肌力恢復正常(左側肢體肌力Ⅴ級)。

患者，女，52歲，右側頂葉、胼胝體間變型星形細胞瘤(WHO Ⅲ級)。A:術前MRI示皮質脊髓束部分中斷，主要位于腫瘤(箭頭)的前方；B:運動功能皮質主要位于腫瘤(箭頭)的外側；C:神經導航三維顯示腫瘤(紅色)、皮質脊髓束(黃色)和運動功能皮質(綠色)之間的解剖關系;D、E、F:術中第一次iMRI掃描證實腫瘤(箭頭)全切除；G、H：術后6個月隨訪可見病變無殘留及復發；I：纖維束更完整；J：運動激活團塊增大。圖2　典型病例的影像學表現

3討論

為了優化手術方案，達到現代神經外科手術的目標，即“最大程度切除病變，最小限度損傷神經功能”，最近幾十年逐漸發展了一些先進的輔助技術如神經電刺激、熒光技術、功能神經導航等[7-9]。其中Roberts等[9]對神經導航的應用是顯微神經外科重大的改革和進步，實現了術中病灶的精確定位。最初神經導航主要依賴解剖影像數據來勾畫病灶邊界，而當病灶位于或鄰近功能區時僅僅憑借解剖導航遠遠不夠。因此，神經導航進一步完善，在解剖導航的基礎上發展為能夠融合功能等多模態影像信息的功能神經導航。

BOLD-fMRI和DTI是目前可在術前提供重要的功能皮質及皮質下信息的無創性成像技術。BOLD-fMRI是利用特定部位血氧濃度的改變來觀察大腦神經元活動的增加或減少，通過不同任務模式的刺激激發相應的腦皮質功能區[10-11]。DTI可以根據腦白質纖維內水分子彌散運動的各向異性顯示腦白質結構[12]。基于DTI的纖維追蹤技術能清晰顯示白質纖維束的走行和完整性[12-13]。功能神經導航融合解剖影像和功能影像(BOLD-fMRI和DTI)提供了病變和功能區的密切關系等重要信息，使病變與周圍重要結構的解剖關系“可視化”，可幫助神經外科醫生評估病變全切的可能性和術后潛在的風險，制定安全的手術策略。一方面，病變鄰近功能區或位于功能區時，提示要限制手術的切除范圍，從而改善患者術后功能；另一方面，病變和功能區相距較遠時，提示能夠更為安全地最大化切除病變[14]。

手術過程中隨著腦脊液流失、病灶切除造成神經導航的“漂移”，誤差不可避免，降低了手術精確性和安全性。而通過iMRI系統術中實時掃描，不僅可以在術中獲得清晰的腦組織解剖圖像，還能夠進行DTI等功能成像，實現了殘余病灶和相關功能結構導航影像的實時更新，成為解決“腦移位”誤差問題的最佳手段[15]。

國內外學者[2-5]將功能神經導航和iMRI相結合應用于神經外科手術取得了滿意效果。但是目前對運動區病變切除效果的研究仍缺乏大樣本的應用評價。iMRI聯合運動功能神經導航對顱內病變的切除價值在138例患者中得到了良好的驗證。該研究應用了一種快速和可靠的BOLD-fMRI和DTI線上處理方法，數據處理和整合簡便快捷，結果在MR掃描期間就可呈現出來，實現了影像質量的直接監測和可視化。對于圖像質量不合格者，影像醫師可根據患者配合情況決定是否重復采集。術前由于病變的存在，局部腦組織結構常常發生移位和變形，在2D MR圖像上對病變精確定位存在一定的困難。應用神經導航構建3D腦結構可清晰顯示腦回和腦溝等腦表面結構。尤其當病變位于大腦皮質表面時，腦回、腦溝可作為解剖標志用于病變精確部位的判斷，即便在硬膜打開、腦脊液丟失后仍然不會受腦移位的影響，對病變的定位有重要價值。該研究共41例病變位于大腦皮質表面，通過3D腦結構的構建對病變進行了精確定位。手術過程中，神經導航應用結構像來確定病變邊界，憑借DTI和BOLD-fMRI技術來顯示病變鄰近的皮質脊髓束和運動功能皮質，限制病變的切除范圍。結果顯示，術前預期可全部切除的病變均達到了全切除，其中63例得益于iMRI掃描后導航實時更新數據進一步擴大切除范圍，全切率從29.7%提高到75.4%。術后長期隨訪，92.0%的患者術后無永久性的新發運動障礙，生活質量得到改善。

該研究存在的缺陷：一方面，研究局限于累及運動功能的顱內病變，需要進一步探討iMRI聯合神經導航系統在累及語言等其他功能病變中的應用；另一方面，未聯合術中電刺激行神經導航指導下功能區顱內病變的切除。

綜上所述，iMRI聯合運動功能神經導航有助于最大程度切除涉及運動功能的病變，同時最小限度地損傷神經功能，為提高手術效率和改善患者預后提供了實質性的支持和幫助。

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中圖分類號R616.2

#通信作者，男，1964年8月生，博士，教授，主任醫師，研究方向：中樞神經系統影像診斷學，E-mail：cjr.chjl@vip.163.com

doi：10.13705/j.issn.1671-6825.2016.02.002