膠質瘤術中腫瘤邊界確認技術的研究進展*

王 維 陳 聰 王 亮

天津市第五中心醫院神經外科 300450

膠質瘤是顱內最常見的惡性腫瘤，目前膠質瘤的治療方案為最大安全限度地切除腫瘤后再接受同步放化療，最大限度地切除腫瘤可以減少腫瘤殘留，降低復發率以延長患者的生存期[1]。由于膠質瘤侵襲性強，其生長過程中經常向周圍腦組織侵襲，常規手段難以檢測腫瘤的邊界。隨著影像技術的快速發展，膠質瘤的術中檢測技術也不斷更新，以幫助術者在膠質瘤手術時更好地做出決策。近年來，由于生物信息學的發展，膠質瘤的特異分子標志物不斷被挖掘出來，與此同時，傳統影像學結合這些特異分子標志物來更為精準地檢測腫瘤邊界，一些新的技術也在不斷涌現。本文將對傳統影像學及一些新興輔助檢測技術的應用及其優缺點進行綜述。

1 術中導航

現階段的手術輔助技術多依賴影像導航，多模態影像融合可以將腦組織、血管、功能、代謝影像進行融合及三維重建，引導術中腫瘤切除，為術中及術后腫瘤切除程度做對比。一般來說，低級別彌漫性膠質瘤的影像范圍由T2/FLAIR界定，高級別膠質瘤由T1對比增強界定，而代謝影像MRS 及PET將腫瘤邊界從“影像學邊界”擴大到“代謝邊界”，進一步提高了腫瘤切除率[1]。收集患者的影像數據，整合注冊到導航設備，術前在手術室再將整合的影像數據與患者進行匹配，術中向術者提供跟蹤和定位功能[2]。盡管這一系列的影像融合能在術前幫助術者完成定位，確定手術切除范圍，制定手術計劃，但其在術中卻因不可避免的腦移位而受到限制。Ian J Gerard等對術中腦移位做了綜述[3]，他將引起的原因分為物理、手術及生理因素，隨著手術的進行，可能發生導航設備的偏移，腦脊液、腦組織的丟失等都可能引起術中的定位與術前的影像數據發生偏移，不同腦部位出現的平均偏移量為1.2～20mm，顯然導航技術在術中無法為術者提供準確的信息。

2 術中核磁

術中導航對腫瘤手術邊界的確定有著難以替代的作用，但不可避免的腦偏移使其在術中的應用受到限制。術中核磁能為術者提供實時的影像與三維重建，指導調整手術方案，而惡性腫瘤需要術后72h內復查MRI評價手術切除程度。術中核磁為術者提供腫瘤切除程度的客觀影像證據，早期發現術中并發癥，如腦出血、腦梗死等。Christian Senft等[4]以常規顯微手術為對照，進行iMRI的RCT研究，結果iMRI組 VS Control組GTR：96%VS 68%，P=0.023，相對于單用導航技術，聯合術中核磁的總體切除率和無進展生存期都有所提升。

術中核磁發展至今，其臨床價值已從簡單的解剖結構影像，向整合腦功能、腫瘤組織形態、生物學特征和血流動力學信息方向轉變。Stephan Ulmer等[5]證實術中高磁敏感增強MRI(Dynamic susceptibility contrast magnetic resonance imaging，DSC-MRI)的可行性，DSC-MRI是通過輸注MRI對比劑，以T2WI梯度回波序列為基礎，利用磁共振快速掃描技術，反映組織毛細血管水平的血流動力學情況，可快速無創地評價局部微環境內的血流動力學變化。DSC-MRI常用于膠質瘤的診斷、鑒別診斷、腫瘤分級及術后療效評價，其具有快速、簡便、可靠的臨床應用價值。

術中核磁最顯著的優點是術中可以得到高分辨率及高辨識度的影像資料，一般來說，術中核磁通過術前及術中的影像對比判斷腫瘤的切除程度，有些方法可以輔助腫瘤切除程度的判斷，包括不同的造影劑、術腔滯留造影劑的灌洗和吸引設備等。瘤腔中的血液成分，如各種手術止血材料吸附的血液，會使T1信號變短，如果不與術前T1成像進行比較，也會被誤認為是局部增強，在術中核磁的應用中存在干擾因素較多。另外，術中核磁需要對手術室進行改造，且需要配套的器械，低場強核磁耗時短，費用稍低，但其只能提供簡單的解剖學影像，高場強核磁可以提供整合腦功能、腫瘤組織形態、生物學特征和血流動力學信息，但更多的數據采集意味著術中耗時更多。另外，術中核磁費用高昂，根據場強的不同，術中核磁的搭建費用從300～800萬美元不等[6]。

3 術中超聲

術中核磁能在術中提供高分辨率的影像，但其對手術室的要求在一定程度上限制了它的使用。術中超聲顯示顱內病變的位置、大小與術前CT或MRI吻合度極高，很少出現假陽性和假陰性，且其具有無創性[7]。術中超聲為膠質瘤手術提供了一種便攜經濟的技術，3D超聲能為術者帶來更直觀的影像，簡單識別腦組織，促進腫瘤切除，評估腫瘤殘余，改善患者的總體生存率和生活質量[8]。術中超聲的特點為便攜、實時且經濟，與其他術中影像技術相比，其可實時成像，手術流程無影響，術中可反復進行。其局限性主要為圖像質量參差不齊，術中出血、水腫對其干擾較多，使其無法再準確向術者提供殘余腫瘤信息。術中超聲的敏感性及特異性會隨著手術進行而下降，手術切除開始之前最高，在其他研究中也證實了這一變化的客觀存在[9]。另外，術中超聲易造成偽影，其主要原因是術腔血液、沖洗液與腦組織的衰減差異較大，對術區超聲成像影響較大，通過適當的技術和方法，我們有可能將這些偽影最小化[8]。

4 熒光成像

近年來，術中熒光成像技術越來越多地應用于臨床，熒光素鈉、吲哚菁綠、5-ALA已用于膠質瘤領域并展現出臨床效果。注入熒光顯色劑后，試劑可在腫瘤區域富集，術者可通過轉換顯微鏡激發熒光從而獲得腫瘤區域邊界。其中，熒光素鈉和吲哚菁綠的機制為可以透過腫瘤區域受損的血腦屏障進入腦實質，在正常區域則無法透過血腦屏障，因此在顯微鏡下腫瘤出會被激發熒光，可引導術者進行切除。但是這種機制并不能達到“腫瘤細胞特異性”，其缺點很明顯：首先在血管增生不活躍、血腦屏障破壞較少的低級別膠質瘤中應用受限；其次手術過程中人為造成的微血管破壞會引起熒光顯色劑的滲漏，造成術者對腫瘤區域的誤判，且隨著手術的進行愈發嚴重。5-ALA為血紅蛋白代謝的中間產物，腫瘤細胞會增加對其的攝取，5-ALA在腫瘤細胞中轉換為原卟啉Ⅳ，亞鐵螯合酶的相對不足造成原卟啉Ⅳ向血紅素的轉換延后，通過熒光照射可激發出熒光[10]。由于熒光物質在腫瘤細胞內合成，所以并不存在熒光素鈉這種依賴血腦屏障破壞的熒光試劑在手術中出現污染手術視野的情況。但是，在腫瘤的邊界區域，由于腫瘤細胞密度低，混合了部分正常細胞，在熒光激發后，呈現出微弱的粉紅熒光，針對粉紅熒光區域的去留已有不少研究，但結果具有爭議，且5-ALA在低級別膠質瘤中也存在這一問題。熒光成像技術在術中為術者提供更直觀的腫瘤區域，通過熒光成像術中快速切除腫瘤，相對于傳統成像模式，其操作性十分占優，但由于熒光試劑存在一定的漏洞，熒光素鈉并沒有直接靶向于腫瘤細胞，其特異性低導致在術中出現干擾而迅速被淘汰。5-ALA相對于之前的熒光成像，能直接靶向于高代謝的細胞，但其在轉換為熒光信號的分辨率不足以讓術者確定腫瘤的切除邊界，而且其目前在國內的試劑來源亟待解決。

5 光學成像

拉曼散射是一種新型的光學成像技術，在成像過程中，光子與介質分子之間發生非彈性碰撞，能量交換產生的效應稱為拉曼散射。在拉曼散射效應中，散射光子的能量和介質分子相關，以此為基礎，通過采集特定區域的拉曼光譜進行分析獲取該區域的各類分子成分信息。

以拉曼散射為基礎拓展出的受激拉曼散射(Simulated Raman scattering, SRS)近年來在生物醫學領域開始廣泛的研究。相比于腦細胞，膠質瘤細胞在分子水平上擁有更多的蛋白質和核酸，脂質成分相對較少，針對膠質瘤的SRS基本成像思路是通過檢測蛋白質、核酸及脂質的比例來鑒別腫瘤細胞。2017年，李聰教授團隊發表關于SERS的兩篇研究成果，SERS是通過吸附在某些金屬分子表面從而達到增強拉曼散射的表面敏感技術，可以實現對單分子的檢測。通過SERS 設計出針對EGFR Ⅷ和H+的金納米探針，通過對EGFRⅧ的檢測實現對EGFR Ⅷ突變陽性的膠質瘤鑒別[11]。而對于H+的檢測則可以獲取腫瘤組織中的酸度信息，因為膠質瘤特別是高級別膠質瘤的微環境往往都是酸性的，所以通過酸度信息便能獲取到膠質瘤的微環境邊界，實驗證明通過術中應用手持拉曼掃描儀的荷瘤小鼠腫瘤達到完全切除。李聰團隊于2020年設計了基于酸性金納米探針的手術過程，與目前通過MRI勾勒膠質瘤邊界的手術策略相比，顯著延長了膠質瘤模型的生存時間并降低了手術導致的神經功能損傷[12]，至此，拉曼散射應用于膠質瘤的臨床研究成果展現了良好的前景。

6 其他技術

6.1 術中采樣 術中瘤腔多點采樣快速病理可獲得最高的診斷準確性，但其取樣在時間與空間上都是不連續的，即使快速冰凍病理檢測，其時間成本也頗高，因此該方法更多地用于術后瘤腔邊緣是否殘留，評價手術及預測患者預后。隨著各種檢測設備的研發，術中獲取樣本病理信息的時間將大大縮短，在診斷準確性得到保證的前提下，大幅度降低時間成本可能會讓術中采樣在以后的手術中得到廣泛應用。

6.2 術中MRS、PET-CT 術前的MRS和PET-CT可以很好地定位到膠質瘤的“代謝邊界”，MRI聯合PET-CT能提供膠質瘤邊界更準確的信息[13]。但是目前尚無此類技術應用于術中的文章發表，在術中通過MRS和PET-CT確定膠質瘤的“代謝邊界”以指導手術切除尚處于理論階段。

7 總結

對于膠質瘤患者，手術全切獲益已經得到證實，如何在術中獲得精確的腫瘤病理學邊界，實現腫瘤細胞的清除，杜絕腫瘤進展及復發，是神經外科醫生的美好愿望，也是一大挑戰。我們必須在擴大腫瘤切除的潛在獲益與引起神經功能缺損及生活質量下降的風險之間進行權衡，這要求對每種技術的獲益與風險進行客觀評估。在臨床上，各種應用技術的風險與獲益評估是很困難的，我們總是需要多種技術來為每一個病人爭取最良好的預后，因此，本文針對每種技術綜合闡述其優缺點及曾經各自單獨應用于臨床時產生的臨床效益進行綜述，以期指導臨床工作。