大脑半球胶质瘤切除术中锥体束移位的初步研究☆

王宇博 陈晓雷 许百男 马晓东 孙国臣 赵岩 王飞 宋志军 赵溪

在开颅手术中，由于大块组织的去除和脑脊液释放等原因，常常会发生脑移位，这是造成神经导航系统误差的重要原因，而重要的脑功能结构，如白质纤维传导束等也会随之发生位移，发生移位后按照原有导航提示继续手术可能会导致神经功能障碍。为了解决脑移位的问题，不同的研究者采用了不同的方法，术中超声、术中CT、术中磁共振均被用来解决脑移位，但是前二者的图像分辨率远不及后者。随着磁共振新技术的发展，弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)及白质纤维束追踪(fiber tracking，FT)技术逐渐应用于科研和临床。目前的研究显示，弥散张量成像及白质纤维束追踪技术是目前在体显示脑白质结构的唯一方法［1－2］，这就为实现纤维束在术前及术中的可视化奠定了基础，同时也为更直观的研究锥体束移位的情况提供了条件。一些神经外科研究中心通过与术中皮层下运动诱发电位对比，发现通过影像学重建的锥体束定位是可靠的［3－4］。术中高场强磁共振和DTI纤维束示踪技术能够显示术中锥体束实际位置，这给锥体束术中移位程度和模式的研究带来了客观的检测手段。本文即旨在探讨应用高场强术中磁共振和DTI纤维束示踪技术研究在大脑半球胶质瘤切除术中锥体束的移位模式和程度。

1 资料与方法

1.1 一般资料 连续搜集2009年2月至2010年12月期间大脑半球胶质瘤患者63例，入选标准:①术前影像学诊断为额、颞、岛叶胶质瘤;②手术均采用仰卧位额颞入路，行术中磁共振功能神经导航下病变切除;③能够完成试验设计的术前及术中磁共振扫描任务。其中男37例，女26例，年龄14～72岁，平均(44.92±13.68)岁。本组胶质瘤病例中Ⅰ级2例，Ⅱ级23例，Ⅲ级14例，Ⅳ级24例。Ⅰ级和Ⅱ级为低级别胶质瘤，Ⅲ级和Ⅳ级为高级别胶质瘤;其中，21例位于额颞叶，10例位于颞岛叶，32例位于额颞岛叶。

1.2 图像采集 采用1.5T移动式高场强术中磁共振(Siemens Espree，Erlangen，Germany)，T1 加权三维磁化强度预备梯度回波序列(T1WI 3D MPRAGE)进行扫描构建三维解剖影像;DTI采取单脉冲自旋回波弥散加权平面回波序列(single-shot，spin-echo diffusion weighted echo planar imaging sequence，EPI)，进行 12 个方向的弥散加权成像扫描。分别对所有研究对象进行术前48h内及术中 T1加权成像(TE 3.02ms，TR 1650ms，matrix size 256×256，FOV 250 mm ×250 mm，层厚1mm)及 DTI(TE 147 ms，TR 9400 ms，matrix size 128 ×128，FOV 250 mm ×250 mm，层厚3 mm)扫描。

1.3 图像处理 所有数据通过局域网传输到导航计划工作站(VectorVision Sky，BrainLab，Feldkirchen，Germany)。应用PatXfer 5.2(BrainLab)进行数据转换后，应用iPlan2.6计划软件(BrainLab)将DTI成像资料与3D解剖影像进行融合。根据文献报道锥体束重建的最佳阈值为0.2［5］，在 Fiber Tracking模块下将阈值设为0.2，采用双感兴趣区(region of interest，ROI)法追踪锥体束，ROI分别置于大脑皮层中央前回下白质和中脑大脑脚，追踪纤维束并进行适当修剪。但是若锥体束受水肿或肿瘤影响较重，则可适当的将部分各向异性(fractional anisotropy，FA)阈值降为0.15，甚至为0.1，所有患者在术前和术中锥体束的重建过程中FA阈值的选择是不变的。

1.4 数据采集 本组研究对象为额、颞、岛占位性病变的患者，病变及手术对于位于内囊部位的锥体束影响最大。将重建后的术前及术中锥体束进行空间对比，测量锥体束位于内囊后肢部分3个层面的不重合距离，并求其平均值，即锥体束移位的距离，以术前锥体束位置为对照，术中锥体束在前后方向向前移位记录为正，向后移位记录为负，在左右方向向外移位为正，向内移位为负，并予以记录。

2 结果

2.1 锥体束在前后方向的移位 18例发生正向移位，移位距离从0.9 mm至11.4 mm，平均(4.04±2.83)mm;42例发生负向移位，移位距离从1.7 mm至10.4 mm，平均(5.08±2.36)mm;3例在前后方向无移位发生。见图1、2。

2.2 锥体束在左右方向的移位 31例发生正向移位，移位距离从1.5 mm至11.2 mm，平均(4.34±2.01)mm;30例发生负向移位，移位距离从1.3 mm至8.1 mm，平均(4.23±1.79)mm;2例在左右方向无移位发生。见图1、2。

2.3 手术结果63例患者中，52例(82.5%)手术切除病变≥95%，56例(88.9%)手术切除病变≥90%，59例(93.7%)手术切除病变≥80%。14例(22.22%)患者在术后短期发生神经功能障碍，随访3～6个月，3例(4.8%)患者在术后长期存在神经功能障碍。锥体束移位距离大者由于术中得到及时、有效的神经导航更新，其预后与移位距离小的患者无明显不同。

2.4 肿瘤体积与移位的关系 肿瘤体积与移位的方向及距离无明显线性相关。见图3、图4。

图1 锥体束术中移位散点图:横轴表示锥体束在左右方向的移位，纵轴表示锥体束在前后方向的移位;蓝色代表高级别胶质瘤病例，绿色代表低级别胶质瘤病例

图2 A:术前磁共振T1WI图像;B:术中磁共振T1WI图像;C:术前磁共振T2WI图像;D:术中磁共振T2WI图像;E:术中影像更新导航后显微镜下图像。三角箭头所指为术中磁共振扫描更新后导航显示的残余肿瘤，单箭头所指为术前重建的锥体束，双箭头所指为术中重建的锥体束，由图可知锥体束在术中发生了移位

图3 锥体束前后方向移位与肿瘤体积关系散点图:横轴表示肿瘤体积，纵轴表示锥体束在前后方向的移位。肿瘤体积与锥体束在前后方向上的移位无明显线性关系，即肿瘤体积的大小与锥体束移位的方向及距离无明显线性相关性

图4 锥体束左右方向移位与肿瘤体积关系散点图:横轴表示肿瘤体积，纵轴表示锥体束在左右方向的移位。肿瘤体积与锥体束在左右方向上的移位无明显线性关系，即肿瘤体积的大小与锥体束移位的方向及距离无明显线性相关性

3 讨论

传统研究锥体束定位采用运动诱发电位，而目前应用术中磁共振及功能神经导航系统探索锥体束在术前和术中的重建得到了临床可行性和实用性的证实［6－7］，这就为直观地研究锥体束在术中的移位现象奠定了基础。采用弥散张量成像及白质纤维束追踪技术研究锥体束移位较采用运动诱发电位研究锥体束具有更加直观的特点，运动诱发电位是术中定位，术前不能给予术者任何关于功能区所在位置的直观信息，且对术者的应用经验要求较高;其次，运动诱发电位术中操作繁琐且时间较长，而且术野暴露过大，就手术本身来说会因为操作时间过长、术野暴露过大增加术后各种并发症的发生率;运动诱发电位本身也可能会造成对锥体束的损伤，甚至诱发癫痫发作。

先前的研究发现，应用神经导航显示功能结构以避免损伤可以减少术后并发症的发生率［6，8］，但是神经导航存在脑移位。有些神经外科中心采用术中超声和术中CT来研究脑移位，但是术中超声和术中CT的图像分辨率不高，虽然可以解决部分脑移位问题，而对于精准神经外科来说，效果并非最佳;术中超声及术中CT只能做到解剖结构的实时导航，并不能做到功能结构的实时导航，如初级功能皮层和传导纤维束定位;而且CT由于存在大量X线放射问题，也会对病人有一定的损伤，所以不建议采用。术中磁共振有许多术中超声和术中CT无法比拟的优势［9－10］，最大的优点就是解决了术中脑漂移的诸多问题，并且高场强术中磁共振与功能神经导航结合就可以实时更新功能神经导航影像，使各种结构实现真正的镜下可视化，为手术精准操作提供了坚实基础。

我们研究中锥体束在前后方向有18例发生正向移位，移位距离从0.9 mm至11.4 mm，42例发生负向移位，移位距离从1.7 mm至10.4 mm，3例在前后方向无移位发生;而锥体束在左右方向有31例发生正向移位，移位距离从1.5 mm至11.2 mm，30例发生负向移位，移位距离从1.3mm至8.1mm，2例在左右方向无移位发生。从这些数据和图1可以看出，锥体束移位的方向和距离在个体间存在很大差异，由此可见在胶质瘤切除术中锥体束移位的方向及距离由于个体间的差异而不具有可预见性，这与先前Nimsky及Ozawa等人［7，11］的研究具有相似性。图2显示的是显微镜下锥体束的移位情况。

关于锥体束移位差异的分析，本组病例患者的病变位于额、颞、岛叶，均采用仰卧位额颞入路，由手术体位及手术入路所产生的影响已经同一化。经过我们的研究显示，无论是高级别胶质瘤切除术，还是低级别胶质瘤切除术，锥体束的移位是普遍存在的，而且移位的差别并不存在明显规律(图1)。传统认为肿瘤体积的大小与锥体束的移位关系密切，甚至可以通过肿瘤体积的大小预测锥体束的移位方向及距离，但是在我们的研究中，肿瘤体积的大小与锥体束移位的方向及距离并不存在明显的线性相关(图3、4)。我们分析认为造成这种研究偏差的原因是，虽然肿瘤体积的大小与脑移位关系密切，但是除了肿瘤体积，还有脑脊液的流失、脑组织的水肿、脑压板牵拉等也是影响移位的重要因素，这些因素中除了肿瘤体积可以量化分析外，其他因素很难做到量化，而且这些因素并不能忽略不计，而由这些综合因素造成的移位如果仅仅通过肿瘤的体积大小来分析，结果也就出现了偏差，换句话说就是将多重因素造成的结果由单一因素来分析，结果与实际情况可能不符。因此，通过非仪器探测来准确预测脑移位的方法就目前的研究来讲是行不通的，而且不具有可重复性。

研究锥体束移位的目的不仅仅在于揭示移位现象的发生，更重要的是要采取措施减少由于移位造成的不良后果。锥体束的保护对于患者的术后生存质量的提高尤为重要，近年来有研究人员发现在锥体束周边进行手术操作时存在一个 5mm 的安全距离［3，12－13］，即在距离锥体束边缘5 mm以外进行操作可以认为对锥体束损伤较小。而在术中，锥体束由于脑移位与术前重建的锥体束发生偏离，在我们的研究中锥体束在前后方向上正向移位距离平均(4.04±2.83)mm，负向移位距离平均(5.08±2.36)mm;锥体束在左右方向上正向移位距离平均(4.34±2.01)mm，负向移位距离平均(4.23±1.79)mm，虽然可能是几毫米的偏移，如果不进行及时、有效的纠正也会影响手术效果甚至带来严重的神经功能损伤。应用术中磁共振结合功能神经导航系统，能及时、有效的纠正由于脑移位造成的导航系统误差，重新定位重要功能结构并显示肿瘤的术中残余情况，我们这一组63例患者在术后2周内出现神经功能障碍者有14例，术后短期神经功能障碍发生率为22.22%，随访3～6个月有3例患者存在神经功能障碍，长期神经功能障碍发生率4.8%;手术切除病变≥95%的患者为52例(82.5%)，手术切除病变≥90%的患者为56例(88.9%)，手术切除病变≥80%患者为59例(93.7%)。国外数据一组经历术中皮层电刺激病例(n=309)［14］，21%的患者有短期神经功能障碍发生，7%的患者有长期神经功能障碍存在，64%患者经历了全切(≥95%)，77%的患者经历了≥85%的病变切除。

脑移位是一个持续、动态的过程，由于手术操作的进行，脑脊液持续流失、脑组织肿胀、病变压迫的解除、脑组织受重力影响、脑压板牵拉脑组织等多重因素，锥体束随之发生移位。对于发生移位的锥体束的监测，只有进行术中影像的持续更新，才能提供精确的神经导航［15－16］。而高场强术中磁共振联合功能神经导航系统通过多次术中实时影像更新，能够准确定位移位后的锥体束的位置，予以显微镜下显示并尽量避免损伤，这就最大限度减少了医源性创伤。

总之，术中磁共振对于研究锥体束的移位问题有高效、安全、无创的特点，术中磁共振结合功能神经导航不仅能实时更新解剖影像，而且能更新功能神经结构，做到各种结构的准确定位。

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