3.0T雙室術中磁共振在手術和常規(guī)臨床掃描的聯(lián)合應用

李瓊閣，于陽，侯遠征，趙澄，齊志剛，馬素文，湯劼，盧潔

1. 首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院 a. 放射科；b. 神經(jīng)外科；c. 核醫(yī)學科，北京 100053；2. 磁共振成像腦信息學北京市重點實驗室，北京 100053

引言

神經(jīng)外科疾病術前的影像學采集，能夠幫助顯示病灶部位，輔助制定手術計劃，但無法實時反映手術過程中病灶變化情況。1984年Lunsford等[1]首先提出術中影像概念，20世紀90年代中后期，磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技術成為術中影像學的重點發(fā)展方向[2-3]。目前高場強術中磁共振成像（intraoperative MRI，iMRI）設備已經(jīng)應用于臨床，全球約有120余臺設備投入使用，而國內(nèi)只有十余臺。雙室高場強iMRI不僅能夠在手術過程中對顱內(nèi)組織進行清晰成像，也可以用于常規(guī)的MRI檢查。本文將 對雙室iMRI在手術和常規(guī)臨床掃描聯(lián)合應用價值進行探討。

1 材料與方法

1.1 一般資料

自2019年3月1日至2019年12月31日，收集我院行iMR掃描的患者110例和住院患者常規(guī)MR掃描4154例。iMR掃描的納入標準：臨床診斷為顱腦腫瘤，需行手術切除術。排除標準：存在MR檢查的安全隱患。住院患者常規(guī)MR掃描包括顱腦、四肢、脊柱、腹部。納入標準：需要進行MR檢查；無磁共振掃描禁忌癥。排除標準：存在MR檢查的安全隱患。經(jīng)本院倫理委員會審核批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器設備

復合手術室采用雙室設計，包括磁屏蔽的診斷室（Diagnosis Room，DR） 和 手 術 室（Operation Room，OR），兩個房間通過安全滑動屏蔽門相連，磁體通過天花板滑軌技術可在DR和OR間移動，從而實現(xiàn)移動式掃描；iMRI復合手術室配備了控制室，便于MR技師操作、手術醫(yī)師和麻醉師進行術中監(jiān)測；為了臨床住院患者在DR行常規(guī)MRI檢查，配備了患者通道和準備室（圖1）。iMRI系統(tǒng)采用3.0T磁共振掃描儀（Verio dot，Siemens，Germany），DR配備12通道常規(guī)頭線圈、頸線圈和柔線圈；OR配置8通道頭部軟線圈。

圖1 iMRI復合手術室示意圖

1.3 iMRI掃描方案

經(jīng)術前MRI篩查后需要iMRI引導進行手術的患者，由臨床醫(yī)生開具醫(yī)囑預約掃描，于預約日行iMRI引導下顱內(nèi)腫瘤切除術；如無需iMRI引導，臨床醫(yī)生行常規(guī)顱腦腫瘤切除術，術后行MRI進行評估（圖2）。行iMRI引導下術中成像的手術患者，按照常規(guī)手術流程進入OR進行手術。患者麻醉后由手術醫(yī)生和技師進行容磁性頭架和下部頭線圈的安裝，然后進行鋪巾前安全檢查，確保無菌巾下無安全隱患，檢查完成后開始手術。當手術過程中需要MR掃描時，先由放射科技師、臨床手術醫(yī)生和護士進行三方確認，排除患者MR檢查禁忌，然后進行安全核對，將所有非MR兼容儀器等移出5高斯線外，用無菌布和無菌塑料對患者進行無菌包裹，放置上部頭線圈。核對完成后打開滑動屏蔽門，磁體通過滑軌由DR進入OR，然后調(diào)整手術床高，確保手術床進入MR孔徑，接著將上下部頭線圈接入MR進行掃描。掃描完成磁體移回DR，關閉滑動屏蔽門。最后，手術醫(yī)生根據(jù)術中成像結果決定是否繼續(xù)進行手術。

圖2 iMRI術中檢查技術路線圖

針對iMRI引導下進行手術的患者，采用“術前-術中-術后”的多模態(tài)掃描（表1），患者通常于入院后7 d內(nèi)和術后7 d內(nèi)在DR分別行術前和術后MR檢查，術前和術后檢查流程與常規(guī)臨床檢查一致。術中多模態(tài)掃描在OR進行。術前掃描序列包括T1WI、T2WI、液 體衰減反轉恢復（Fluid Attenuated Inversion Recovery，F(xiàn)LAIR）、擴散加權成像（Diff usion Weighted Imaging，DWI）、磁共振波譜（Magnetic Resonance Spectrum，MRS）、擴散張量成像（Diff usion Weighted Imaging，DTI）、功能磁共振成像（functional MRI，fMRI）、T1WI增強；術中掃描序列包括T1WI、T2WI、FLAIR、DWI、DTI、動脈自旋標記（Arterial Spin Labeling，ASL）、T1WI增強；術后掃描序列包括T1WI、T2WI、FLAIR、DWI、DTI、fMRI和 T1WI增強。

表1 iMRI掃描序列

1.4 常規(guī)MR掃描

iMRI引導的顱內(nèi)腫瘤切除手術在OR內(nèi)進行，其前期麻醉、腫瘤切除和術中成像后的時間不需要運行設備，此時位于DR的磁體用于手術患者的術前、術后掃描，以及臨床住院患者常規(guī)掃描。根據(jù)預約時間，患者穿無菌服到達復合手術室患者入口，從患者通道進入，在準備間更換無菌拖鞋后進入DR，進行常規(guī)掃描。OR需要手術掃描的前30 min，DR的住院患者停止掃描。接著DR進行層流消毒（百級），并由技師用0.9～1.1 g/L的復合雙鏈季銨鹽溶液對設備進行擦拭，保證磁體和環(huán)境清潔與消毒。

2 結果

2.1 一般資料

110例iMRI引導下的顱腦腫瘤切除術患者，包括膠質(zhì)瘤（58例）、腦膜瘤（22例）、垂體腺瘤（16例）、脊索瘤（3例）、顱咽管瘤（7例）和其他腫瘤（4例），其中膠質(zhì)瘤最多，約52.7%。每例iMRI引導的手術患者掃描為1～2次，每次術中成像時長約為20～40 min。同期行住院患者常規(guī)MR掃描4154例，日均檢查20～30人次，每例患者的檢查時間為10～30 min，一次性掃描成功率約為98%（檢查成功人數(shù)/總登記人數(shù)）。常規(guī)掃描在聯(lián)合運行iMRI產(chǎn)生收入的占比為72.9%。聯(lián)合掃描過程中無不良事件發(fā)生。

2.2 iMRI引導的手術掃描

iMRI引導的手術病人在OR行術中成像，在DR行術前和術后掃描。OR用于手術時，其他手術患者可以在DR內(nèi)進行術前和術后成像，降低了手術患者進行術前MR導航計劃和術后MR評估的候機時長。

iMRI引導的首次術中成像約有60.9%的患者達到手術要求， 二次成像后達到手術要求的患者比例提升至91.8%。手術導航采用1 mm層厚無間隔T1WI和T2WI序列。DTI用來追蹤病變與纖維束的關系：術前DTI顯示錐體束受損情況；術中DTI顯示手術過程中腫瘤與錐體束的位置關系，避免損傷錐體束；腫瘤切除后纖維束復位，術后患者運動功能無受損（圖3）。fMRI用來獲取大腦功能激活區(qū)與病變的關系：術前fMRI顯示患者腫瘤鄰近運動功能區(qū)，融入手術導航，避免手術對運動功能區(qū)造成損傷，患者術后手指運動功能良好（圖4）。

圖3 病變累及患者錐體束的纖維束追蹤成像

3 討論

iMRI技術經(jīng)歷了低場強固定式、磁體移動式、手術床移動式的發(fā)展，實現(xiàn)了手術過程中腦組織變形和腦移位誤差的實時獲取，提升了導航定位精度[4-6]。雙室設計的iMRI系統(tǒng)為實現(xiàn)高場強設計創(chuàng)造了條件，它不僅能夠用于手術術中成像，也能進行常規(guī)的MRI檢查。本文分析了雙室iMRI系統(tǒng)聯(lián)合用于手術和常規(guī)臨床掃描的方案，結果表明聯(lián)合應用的方式能夠在保證神經(jīng)外科手術創(chuàng)傷最小化、效果最大化的同時，實現(xiàn)設備的合理和高效利用。

圖4 病變累及患者中央?yún)^(qū)的術前功能激活區(qū)成像

目前，已有多項研究表明通過iMRI引導的顱內(nèi)腫瘤切除術，腫瘤全切率、術后生存率顯著提升，遠期臨床療效良好[7-9]。葉冬熳等[9]對iMRI、超聲和熒光技術對腦膠質(zhì)瘤切除殘留診斷價值進行了Meta分析，結果表明iMRI在顯示腫瘤切除范圍、周圍水腫、血腫等方面可以提供重要的影像信息，提升了腫瘤的全切率，且iMRI的診斷效能高于超聲和熒光技術。且研究認為高場強iMRI能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的手術定位和術中成像[4]。同樣的，本研究應用3.0T高場強術中MR掃描后，患者在二次術中成像后，達到手術要求的比例提升至91.8%，進一步表明了iMRI對顱內(nèi)腫瘤切除術的重要臨床意義。

同樣的，多項研究表明，結合iMRI對手術患者制定多模態(tài)的影像學掃描方案，能夠最大程度降低患者腦結構和腦功能的損傷，提高患者術后健康相關生活質(zhì)量[10-11]。李昉曄等[10]收集了65例顱內(nèi)腫瘤累及弓狀束的患者，在iMRI引導下手術中，采用包括常規(guī)掃描（T1WI和T2WI）、DTI和fMRI在內(nèi)的多模態(tài)成像技術，證實了多模態(tài)成像有助于在最大化切除病變的同時，降低患者語言功能的損傷。丁大領等[11]對iMRI引導下的28例丘腦膠質(zhì)瘤患者進行了術前多模態(tài)成像，成像序列包含常規(guī)平掃、增強、DTI和fMRI，將術前多模態(tài)成像融入術中導航后，減輕了術區(qū)神經(jīng)功能損傷，術后隨訪中有20例患者的神經(jīng)功能發(fā)生改善。同樣，本文的兩例病例舉例（圖3～4）中，應用多模態(tài)的成像方案（DTI和fMRI），幫助手術醫(yī)生在術中規(guī)避了大腦功能區(qū)的損傷，患者預后運動功能良好。除此之外，研究表明，DWI對評估腫瘤級別和明確術中梗死并發(fā)癥有著重要意義[12-13]，MRS能夠在術前輔助腫瘤分級和穿刺[14-15]，ASL能夠輔助確定腫瘤分級，確定邊界和出血[5,16-17]，這些成像技術對手術患者的術前評估、術中指導和術后評定同樣重要。綜上所述，針對手術患者制定個體化的多模態(tài)影像學掃描方案，對提升患者腫瘤全切率及術后康復具有重要意義。

雙室設計的iMRI除了可以用于手術患者的術中掃描外，還可以針對常規(guī)臨床患者和術前、術后的手術患者進行掃描。國內(nèi)已有研究提出雙室設計的iMRI用于手術和常規(guī)臨床患者的聯(lián)合掃描有利于設備的充分應用，且未發(fā)現(xiàn)手術患者的術中感染[18]。結合本文的統(tǒng)計結果可以看出，合理對iMRI進行聯(lián)合應用，能夠大幅提升設備的使用效率，降低手術患者入院后和出院前檢查的候機時長。目前，國內(nèi)和國外將iMRI聯(lián)合應用于手術和常規(guī)臨床掃描的方式并不多見，這可能在于聯(lián)合應用過程中保持復合手術室無菌環(huán)境的問題。針對該問題，本研究將常規(guī)的臨床掃描集中于住院患者，且復合手術室配備了用于常規(guī)臨床掃描的患者通道和準備間，檢查時患者穿無菌病號服，通過專門的患者通道，換無菌手術鞋進入DR，保證了無菌要求；此外在手術需要MR掃描前的半個小時，DR停止掃描，進行層流消毒（百級）、磁體和環(huán)境的清潔工作，再次確保無菌環(huán)境。層流消毒的方式也被廣泛應用在醫(yī)院的手術室（包括iMRI復合手術室）中，高級別的層流凈化系統(tǒng)能夠有效控制室內(nèi)細菌濃度，降低感染率[19-20]。我院在iMRI聯(lián)合應用期間，4154例住院患者和110例手術患者的MR掃描同樣無感染問題和安全隱患發(fā)生。因此，嚴格把控進入DR患者的無菌穿戴，并按要求進行消毒和清潔工作，能夠保證iMRI復合手術室安全和高效的運行。

3.0 T高場強iMRI為影像醫(yī)學和神經(jīng)外科手術的發(fā)展提供了重要平臺，將雙室iMRI系統(tǒng)用于手術和常規(guī)掃描聯(lián)合應用方式有效提升了設備的使用效率。iMRI結合多模態(tài)成像技術提高了手術的安全性和精確度，有助于推進其在臨床和科研應用中的進一步完善。