術前MRI-術中超聲融合成像在顱腦腫瘤切除術中的應用

楊麗新 游宇佳 吳雙玉 李曼婷 郭英

顱腦腫瘤切除術中，腫瘤的精準定位尤為重要。傳統(tǒng)的病灶定位主要基于術前MRI圖像，術者手術時根據腦溝、腦回等判斷病灶的范圍，具有明顯的經驗依賴性。近年來出現了基于術前影像的神經導航系統(tǒng)，有助于病灶定位，但是術中容易出現腦漂移及腦變形，導致腫瘤的實際位置出現偏差，影響了定位的準確性[1-2]。我院在2017年1月至10月采用了術前MRI-術中超聲融合成像（融合成像）導航系統(tǒng)對18例顱腦腫瘤患者進行術中導航，現將結果報道如下。

對象與方法

一、研究對象

納入因發(fā)現顱內腫瘤并擬行手術切除的18例患者，其中男10例、女8例，年齡（52±12）歲，病程20（2～36） d，術前均行頭部CT及MRI檢查明確為顱內占位性病變需行手術治療。入選本研究的患者均無嚴重呼吸系統(tǒng)疾病或心臟疾病，術前所有患者均已簽署知情同意書。

二、融合成像

1.儀器

術前掃描獲取MRI圖像，常規(guī)選取T1加權增強、T2液體衰減反轉恢復（Flair）序列以醫(yī)學數字影像和通訊（DICOM）格式導入導航系統(tǒng)。術中采用帶有VirtualNavigator軟件的超聲儀（Esaote，Italy）作為導航系統(tǒng)。選用線陣探頭、凸陣探頭2種超聲探頭，前者常用而后者用于深部探測。追蹤系統(tǒng)包括磁定位器、磁接收器和裝配有磁定位感應器的穿刺針。該系統(tǒng)基于磁定位器形成三維空間坐標系，可以提供超聲探頭或穿刺針在坐標系內的實時位置。導航系統(tǒng)可根據探頭的空間位置，將該超聲切面對應的MRI圖像進行同步呈現。

2. 操作方法

2.1 術前準備及MRI導航下手術規(guī)劃

2.1.1 圖像導入和初步配準

術前將DICOM格式的MRI掃描數據導入導航系統(tǒng)，重建出三維容積圖像，并在其中勾畫出病灶邊界（或擬切除范圍），見圖1A。在MRI掃描前將外定標（一般至少8個）貼于患者頭部皮膚，將磁定位器固定于手術床，并將磁接收器與注冊筆連接。在獲取的三維MRI數據中找出各標記點，同時用注冊筆依次點擊皮膚上的標記點進行配準，見圖1B。

2.1.2 MRI導航下手術入路及切口設計

完成配準后，根據MRI圖像中腫瘤位置在導航系統(tǒng)進行切口和骨瓣大小的設計。骨瓣的設計由2名具有5年以上手術經驗的醫(yī)師分別進行，一名醫(yī)師根據導航系統(tǒng)的腫瘤位置指示設計骨瓣（導航組），另一名醫(yī)師根據經驗設計骨瓣大小（經驗組），記錄兩者設計的骨瓣大小信息。同時記錄術前導航準備總時間（從安裝導航相關組件、初步配準到確定手術入路），以及完成配準到設計入路完畢所需的時間。

圖1 術前準備及MRI導航確定手術入路

2.2 融合成像精準定位病灶

2.2.1 開顱后圖像融合配準

移除骨瓣后可開始進行融合成像。硬腦膜切開后常出現腦漂移，導致融合成像時MRI和超聲圖像不能完全重合，此時需行術中微調。微調主要依據MRI和超聲圖像上均能顯示的腦室、血管、腦干、中線等特征性結構是否能完全重合，見圖2A、B。如果兩者不能完全重合，則使用平面內或平面外校正法使其重疊一致。微調完成后即可繼續(xù)進行導航。如果術中再次出現腦漂移，可隨時進行微調。

2.2.2 術中定位、引導切除及神經功能保護

術中先使用常規(guī)超聲掃查，再通過融合成像進行定位。記錄病灶的大小、位置、超聲圖像顯示情況，以及融合成像定位情況。根據Solheim等[3]報道的分類方式將病灶的超聲圖像顯示情況分為3類：①圖像顯示良好；②圖像顯示中等；③圖像顯示不好。

對于超聲圖像顯示良好的腫瘤，記錄融合成像后MRI圖像上病灶的大小、形態(tài)是否與超聲圖像吻合，術中切除時主要依靠術中超聲引導；對于超聲圖像顯示中等及不好的病灶，記錄融合成像后腫瘤邊界的可識別程度是否提高，對于融合成像輔助下可清楚識別邊界的病灶，根據MRI圖像對病灶邊界或擬切除范圍進行勾畫，融合成像后標記的邊界可在超聲圖像上同步顯示，實時引導手術切除；對于融合成像后病灶邊界也難以顯示清楚的病灶（多為高級別膠質瘤），則依據“最大范圍地安全切除腫瘤”的手術原則完成腫瘤切除[4]。

為了保護神經功能，對于功能區(qū)腫瘤可通過MRI的磁共振彌散張量成像（DTI）序列判斷神經傳導束的位置，手術計劃時在腫瘤和重要的神經傳導束（如皮質脊髓束等）間確定數個不損傷神經傳導束的“警示點”，在融合成像的引導下通過穿刺針在該點注入亞甲基藍進行標記，術中在盡可能保護神經功能的前提下最大程度切除腫瘤，切至“警示點”時即停止。

2.3 手術療效評估

圖2術中融合圖像與對應的MRI圖像

在切除過程中，使用融合成像判斷手術區(qū)域是否完全覆蓋原病灶位置或達到擬切除范圍，即時評估切除范圍，見圖2C、D。

術后72 h內行增強MRI掃描，根據MRI結果判定切除情況，將評價結果分為完全切除（100%）、次全切除（≥90%）及部分切除（＜90%）3類，其中高級別膠質瘤主要依賴T1加權增強序列上異常強化部分的切除體積進行判斷[5]。同時觀察有無術后言語障礙、肢體肌力下降、術后出血等并發(fā)癥的發(fā)生。

三、統(tǒng)計學處理

結 果

一、病理結果

手術共切除病灶20個。術后病理結果示：膠質瘤9例（膠質母細胞瘤5例、節(jié)細胞膠質瘤2例、間變性星形細胞瘤2例），海綿狀血管瘤3例，腦膜瘤2例，神經鞘瘤1例，胚胎發(fā)育不良性神經上皮腫瘤1例，轉移瘤（肺鱗癌轉移）2例；其中4例為多發(fā)病灶，2例為復發(fā)病例。

二、術前導航準備時間及骨瓣設計

術前導航準備時間約為5 min，從注冊完畢到完成手術入路設計在1 min內。術前準備時間除了與操作者熟練程度有關外，還與病灶數量及手術方案有關，病灶數量較多者勾畫病灶時間相對延長，若需確定“警示點”也會相應延長準備時間，最長需15 min。

骨瓣大小的設計，經驗組設計的骨瓣面積為（41.4±23.3）cm2，導航組設計的骨瓣面積為（37.0±21.6）cm2，2組比較差異有統(tǒng)計學意義（t=6.259，P＜0.001）。術中實際骨瓣方案均依照導航組設計方案實施。

三、術中病灶顯示情況

病灶最大直徑10～90 mm，距腦表面0～40 mm，在常規(guī)術中超聲掃描下，圖像顯示良好組有10個病灶；圖像顯示中等組有8個病灶；圖像顯示不好組有2個病灶。融合成像后情況如下：①圖像顯示良好組的10個病灶，融合成像顯示，病灶在超聲與MRI下的大小、形態(tài)基本吻合。②圖像顯示中等組的8個病灶中，6個病灶通過融合成像可清晰界定影像學邊界。2個病灶在融合成像后部分邊界仍難以界定，其中1例為節(jié)細胞膠質瘤，MRI圖像顯示邊界欠清，增強掃描未見強化；另1例為間變性星形細胞瘤，MRI圖像顯示邊界不清。針對這2例患者，術中通過DTI融合成像及電生理進行輔助，在盡可能保護神經功能的前提下進行了切除。③圖像顯示不好組的2個病灶中，1個為右頂葉腦膜瘤，1例為右側側腦室前角旁腦膜瘤，最大直徑均為1 cm，通過融合成像迅速實現了定位。

四、手術結果及術后并發(fā)癥

根據術后72 h內MRI結果，手術切除的20個病灶中，18個病灶為完全切除，2個為部分切除。部分切除的2例中，1例為間變性星形細胞瘤切除術后左側顳、頂、枕葉復發(fā)灶，累及范圍較廣；1例為膠質母細胞瘤，病變范圍廣且累及基底節(jié)區(qū)；在導航成像下兩者邊界均顯示清晰，但出于保護神經功能的考慮未予以完全切除。

并發(fā)癥情況如下，術后1例出院時存在構音欠清、左側肢體肌力下降（5級降至2級），為住院期間（術前）右側豆狀核急性出血所致，經保守治療肌力恢復接近5級。未觀察到手術相關嚴重并發(fā)癥。

討 論

由于腦組織的復雜性及其功能的重要性，術中精確判斷腫瘤的位置、邊界及與周圍重要神經血管的關系極為重要。術前MRI可以清晰顯示腫瘤的位置和毗鄰結構，便于設計切口及入路。然而，術中由于腦的重力作用、腦水腫和腦脊液滲漏，以及腫瘤切除進程中可導致正常結構移位（腦漂移）和變形，故僅基于術前MRI圖像的神經導航系統(tǒng)難以進行精準定位。

為了克服腦變形和腦漂移的缺點，術中實時導航系統(tǒng)應運而生[6-7]。術中CT分辨率較低，且具有放射性，不宜反復、多次評估，故應用局限。術中MRI分辨率高，視野廣，但需要特殊的器械和設備（常需專用的手術間），造價昂貴，不利于應用推廣；同時其耗時較長，并非真正意義上的“實時”成像[5，8-10]。術中超聲具有實時、簡便、價格低廉的優(yōu)點，但是受顱骨影響，開顱前超聲無法顯示病灶，而且，術中超聲成像視野有限，骨瓣的位置、大小直接影響術中超聲探測范圍和顱內腫瘤的顯示[11-12]。

融合成像技術將術前MRI與術中超聲2種影像模態(tài)融合，優(yōu)勢互補，兼具MRI成像高分辨率及超聲成像實時、經濟、簡便的優(yōu)點，從而在以下環(huán)節(jié)中發(fā)揮了重要作用：①術前精準設計手術切口和骨瓣大小，避免無謂的創(chuàng)傷。②術中準確定位病灶，由于融合成像具備超聲的實時性，可克服腦漂移，故與基于術前圖像的神經導航系統(tǒng)相比，可更準確定位病灶；而由于融合成像具備了MRI的高分辨率，相比于常規(guī)術中超聲，應用融合成像后可明顯提高病灶定位效果。③術中保護神經功能，依據MRI圖像的DTI序列確立“警示點”并在融合成像下注射亞甲基藍的方法，可幫助術者保護重要神經功能。④即時評估切除范圍，可實時顯示病灶的切除范圍和術區(qū)毗鄰重要結構的方位和距離，即時評估手術切除范圍。本研究的8個在超聲圖像顯示中等的病灶中有6個通過融合成像提高了定位效果，2個超聲圖像顯示不好而無法定位的病灶通過融合成像實現了快速定位，術后MRI結果顯示18個病灶為完全切除，2個病灶為大部分切除，證明了融合成像有助于提高定位效果。但需指出，對于手術切除范圍過大，腦變形明顯者，實時超聲圖像與術前MRI圖像融合時耗時增加且誤差較大，故融合成像在術后即時療效評估方面的應用價值有限，切除范圍的評估往往需依靠術中超聲或超聲造影進行。

融合成像具有廣闊的臨床應用前景，已被成熟地應用于肝臟腫瘤精準消融等方面[13-14]。但目前國內外將該技術應用于顱腦手術的研究較少。在本研究中，筆者闡述了融合成像在顱腦腫瘤切除術中的應用情況，初步證明了該技術應用于顱腦手術的可行性，隨著該技術的逐漸成熟，未來其可能會在顱腦腫瘤精準切除、腦血管疾病（如顱內動脈瘤）手術、穿刺置管、蛛網膜囊腫造瘺等方面發(fā)揮重要作用。