术中磁共振联合运动功能神经导航在颅内病变切除术中的临床应用*

阎　静，程敬亮#，李红伟，王朝艳，聂云飞，郑　元，刘献志

1)郑州大学第一附属医院磁共振科 郑州 450052　2)郑州大学第一附属医院神经外科 郑州 450052　3)郑州大学第一附属医院手术部 郑州 450052



术中磁共振联合运动功能神经导航在颅内病变切除术中的临床应用*

阎静1)，程敬亮1)#，李红伟2)，王朝艳1)，聂云飞3)，郑元3)，刘献志2)

1)郑州大学第一附属医院磁共振科 郑州 4500522)郑州大学第一附属医院神经外科 郑州 4500523)郑州大学第一附属医院手术部 郑州 450052

关键词术中磁共振；神经导航；外科手术

摘要目的：探讨术中磁共振(iMRI)联合运动功能神经导航在颅内病变切除术中的临床应用。方法：2012年12月至2014年10月，138例患者接受3.0T iMRI联合运动功能神经导航引导下颅内病变切除术；男75例，女63例；年龄5～83岁，平均43.2岁。全部病变邻近或累及运动功能皮质或皮质脊髓束。术中应用MR工作站携带的后处理软件进行实时BOLD-fMRI和DTI数据分析。结果：41例病变位于大脑皮质表面，根据运动功能神经导航3D脑表面脑回及脑沟的显示可明确判断病变部位。最终81例(58.7%)因iMRI扫描后进一步扩大切除而获益。104例病变全切，全切率从29.7%提高到75.4%。138例获长期(6个月以上)随访，其中127例(92.0%)患者无术后新发永久性运动障碍，127例中好转34例，无变化83例，暂时性10例(出院时)；11例(8.0%)患者术后6个月仍遗留不同程度的新发运动障碍。结论：iMRI联合运动功能神经导航有助于最大程度切除病变，同时最小限度地损伤神经功能，对提高手术效率和改善患者预后具有重要的应用价值。

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

*河南省医学科技攻关计划项目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]表明颅内病变的切除程度与患者的预后密切相关。但当颅内病变位于重要功能区时，最大化切除病变的前提是保留患者的神经功能,过度切除功能区的病变会引起神经功能障碍，影响患者的生活质量。血氧水平依赖功能磁共振成像(blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging, BOLD-fMRI)和弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是目前可在术前提供重要的功能皮质及皮质下信息的无创性成像技术。最近许多研究[2-5]提出术中磁共振(intraoperative MRI, iMRI)联合神经导航融合解剖和功能等多模态信息能够平衡最大化切除病变与保护神经功能之间的矛盾，但是运动区病变的切除效果仍缺乏大样本的应用评价。该研究回顾性总结了郑州大学第一附属医院应用iMRI联合运动功能神经导航指导手术切除的138例颅内病变患者的临床资料，探讨其临床应用价值。

1对象与方法

1.1研究对象选取2012年12月至2014年10月在iMRI联合运动功能神经导航下手术的138例颅内病变患者，男75例，女63例，年龄5～83(43.2±16.5)岁。全部病变邻近或累及运动功能皮质或皮质脊髓束。45例临床表现为肢体活动障碍，23例有癫痫症状，其他70例。病灶主要位于额叶51例，顶叶31例，基底节26例，岛叶26例，丘脑2例，脑干和扣带回各1例。病理类型见表1。

1.2术前多模态MRI采集及数据分析采用3.0T iMRI(MAGNETOM Verio, 德国西门子公司)扫描。全部患者术前1 d均行个体结构像采集，包括T1-MPRAGE平扫、T1-MPRAGE增强或T2-FLAIR序列；功能成像采集，包括DTI和(或)BOLD-fMRI序列。扫描参数如下。T1-MPRAGE：TR 1 900 ms，TE 2.93 ms；反转角 9°；矩阵256×215；层厚1 mm。T2-FLAIR：TR 9 000 ms，TE 96 ms，TI 2 500 ms；反转角 150°；矩阵 256×160；层厚 2 mm。DTI：TR 9 900 ms，TE 90 ms；矩阵 128×128；体素大小(2.0×2.0×2.0) mm3；层厚2 mm；层间距 0 mm；30 个方向。BOLD-fMRI：TR 3 000 ms，TE 30 ms；矩阵 96×96；体素大小(2.5×2.5×3.0) mm3；层厚 3 mm。进行双手握拳任务，采用组块(block)设计，分为任务和静息两种状态，每种状态持续30 s，相互交替、重复3次。所有BOLD-fMRI和DTI的分析应用MR机器后处理工作站(Syngo MultiModality Workplace, 德国西门子公司)携带的专门软件(Neuro 3D)的任务模块，显示运动激活区和重建皮质脊髓束。具体扫描方案见表2。

表1　患者病理类型

1.3术前导航计划的制定由一名有经验的影像科医生和神经外科医生共同完成。将个体结构像、重建后的皮质脊髓束和运动激活图导入Medtronic神经导航(TRIA i7，美国美敦力公司)，融合个体结构像与功能像。利用T1-MPRAGE增强或T2-FLAIR图像逐层勾画病变边界，三维呈现病变、皮质脊髓束和运动功能皮质。利用T1-MPRAGE平扫图像构建3D脑结构。最后将多种图像同时叠加在参考像(T1-MPRAGE平扫图像)上，确定病变位置及其和周围结构的解剖关系，制定个体化手术方案，包括识别病变切除边缘邻近的皮质脊髓束和运动功能皮质，评估切除范围、潜在的手术风险和术后神经功能障碍。具体导航计划制定见表2。

表2　术前多模态MRI采集方案及导航计划的制定

1.4手术过程将术前计划与Medtronic神经导航结合，导航注册，画出病变的体表投影，设计手术切口，选择最佳手术路径。常规开颅并暴露脑表面，根据导航所示3D脑表面的沟回进一步确定病变的位置。借助于神经导航，病变和纤维束及运动功能皮质以投影的方式显示在显微镜视野中，神经外科医师避开纤维束和皮质功能区行病变切除。术者确认病变已镜下全切除后，术中进行T1-MPRAGE增强或T2-FLAIR和DTI序列(扫描参数同术前)扫描。如发现病变残留，重新更新导航参考影像，实时引导残余病变的进一步切除，直至iMRI证实病变全切或达到术前计划的最大安全切除范围。

1.5术后评估①分析3D脑的构建定位病变的精确性。②判断切除程度。应用最后一次的iMRI图像，根据RANO标准[6]分为全切和部分切除。③观察术后新发运动障碍(肌力下降)，分为暂时性和永久性运动障碍。前者表现为出院时有运动障碍，后者表现为术后6个月运动障碍仍然存在。所有患者均在术前、出院时、术后6个月评估患者肌力。

2结果

直接应用MR后处理站携带的软件进行BOLD-fMRI(46例)和DTI(138例)数据分析，患者仍在进行MR扫描期间结果即可呈现出来。其中6例患者运动任务执行欠佳，运动激活团块过小或无显示，及时告知患者并重新扫描后，4例运动激活图显示良好，2例激活团块过小。扫描完成后，可以在10 min内完成术前导航计划的制定。

138例患者中，41例病变位于大脑皮质表面，根据导航3D脑表面脑回及脑沟的显示可明确判断病变部位(图1)。

脑沟回清晰显示，肿瘤(红色)累及左侧中央前回和中央后回。图1　3D脑的构建

对位于深部的颅脑病变(90例)和再次手术患者(7例)，3D脑结构对病变部位显示不佳。根据术前导航计划的显示，共104例病变可完整切除，34例病变边缘累及运动功能皮质或皮质脊髓束无法行完整切除。第一次iMRI扫描证实41例(29.7%)达到影像学全切除，97例(70.3%)仍有病变残留，其中16例因累及运动功能皮质或皮质脊髓束，切除程度达到预期目标，未进一步切除，余81例(58.7%)继续进行扩大再切除，63例(45.7%)经过iMRI扫描1～3次达到完整切除。最终81例(58.7%)因iMRI扫描后进一步扩大切除而获益。104例(75.4%)病变全切，达到手术预期目标，全切率从29.7% 提高到75.4%。138例患者均获长期(6个月以上)随访,127例(92.0%)患者无术后新发永久性运动障碍，其中好转34例，无变化83例，暂时性10例(出院时)；11例(8.0%)患者术后6个月仍遗留不同程度的新发运动障碍，其中胶质母细胞瘤7例，间变型星形细胞瘤4例；2例患者术后1 a死亡，均为胶质母细胞瘤。

典型病例：患者，女，52岁，因“左侧肢体活动不便20余天”入院。患者术前神经系统检查示左侧肢体肌力Ⅴ级弱。MRI表现为右侧顶叶、胼胝体占位。应用DTI重建皮质脊髓束(图2A)，BOLD-fMRI显示运动功能皮质位置(图2B)。利用神经导航系统显示肿瘤与纤维束及皮质功能区的3D解剖关系(图2C)，发现皮质脊髓束部分中断，主要位于肿瘤的前方，运动功能皮质主要位于肿瘤的外侧。综合术前多模态MRI信息，决定在导航引导下避开纤维束和运动功能皮质行肿瘤全切除，确认肿瘤已镜下全切除后，术中进行T1-MPRAGE增强及DTI序列扫描，证实病变达到影像上全切除(图2D、E、F)。病理诊断为：间变型星形细胞瘤(WHO Ⅲ级)。患者出院前左侧肢体肌力Ⅳ级弱，有短暂肌力下降。术后6个月随访，病变无复发(图2G、H)，皮质脊髓束完整性逐渐恢复(图2I)，运动激活团块增大(图2J)，患者肌力恢复正常(左侧肢体肌力Ⅴ级)。

患者，女，52岁，右侧顶叶、胼胝体间变型星形细胞瘤(WHO Ⅲ级)。A:术前MRI示皮质脊髓束部分中断，主要位于肿瘤(箭头)的前方；B:运动功能皮质主要位于肿瘤(箭头)的外侧；C:神经导航三维显示肿瘤(红色)、皮质脊髓束(黄色)和运动功能皮质(绿色)之间的解剖关系;D、E、F:术中第一次iMRI扫描证实肿瘤(箭头)全切除；G、H：术后6个月随访可见病变无残留及复发；I：纤维束更完整；J：运动激活团块增大。图2　典型病例的影像学表现

3讨论

为了优化手术方案，达到现代神经外科手术的目标，即“最大程度切除病变，最小限度损伤神经功能”，最近几十年逐渐发展了一些先进的辅助技术如神经电刺激、荧光技术、功能神经导航等[7-9]。其中Roberts等[9]对神经导航的应用是显微神经外科重大的改革和进步，实现了术中病灶的精确定位。最初神经导航主要依赖解剖影像数据来勾画病灶边界，而当病灶位于或邻近功能区时仅仅凭借解剖导航远远不够。因此，神经导航进一步完善，在解剖导航的基础上发展为能够融合功能等多模态影像信息的功能神经导航。

BOLD-fMRI和DTI是目前可在术前提供重要的功能皮质及皮质下信息的无创性成像技术。BOLD-fMRI是利用特定部位血氧浓度的改变来观察大脑神经元活动的增加或减少，通过不同任务模式的刺激激发相应的脑皮质功能区[10-11]。DTI可以根据脑白质纤维内水分子弥散运动的各向异性显示脑白质结构[12]。基于DTI的纤维追踪技术能清晰显示白质纤维束的走行和完整性[12-13]。功能神经导航融合解剖影像和功能影像(BOLD-fMRI和DTI)提供了病变和功能区的密切关系等重要信息，使病变与周围重要结构的解剖关系“可视化”，可帮助神经外科医生评估病变全切的可能性和术后潜在的风险，制定安全的手术策略。一方面，病变邻近功能区或位于功能区时，提示要限制手术的切除范围，从而改善患者术后功能；另一方面，病变和功能区相距较远时，提示能够更为安全地最大化切除病变[14]。

手术过程中随着脑脊液流失、病灶切除造成神经导航的“漂移”，误差不可避免，降低了手术精确性和安全性。而通过iMRI系统术中实时扫描，不仅可以在术中获得清晰的脑组织解剖图像，还能够进行DTI等功能成像，实现了残余病灶和相关功能结构导航影像的实时更新，成为解决“脑移位”误差问题的最佳手段[15]。

国内外学者[2-5]将功能神经导航和iMRI相结合应用于神经外科手术取得了满意效果。但是目前对运动区病变切除效果的研究仍缺乏大样本的应用评价。iMRI联合运动功能神经导航对颅内病变的切除价值在138例患者中得到了良好的验证。该研究应用了一种快速和可靠的BOLD-fMRI和DTI线上处理方法，数据处理和整合简便快捷，结果在MR扫描期间就可呈现出来，实现了影像质量的直接监测和可视化。对于图像质量不合格者，影像医师可根据患者配合情况决定是否重复采集。术前由于病变的存在，局部脑组织结构常常发生移位和变形，在2D MR图像上对病变精确定位存在一定的困难。应用神经导航构建3D脑结构可清晰显示脑回和脑沟等脑表面结构。尤其当病变位于大脑皮质表面时，脑回、脑沟可作为解剖标志用于病变精确部位的判断，即便在硬膜打开、脑脊液丢失后仍然不会受脑移位的影响，对病变的定位有重要价值。该研究共41例病变位于大脑皮质表面，通过3D脑结构的构建对病变进行了精确定位。手术过程中，神经导航应用结构像来确定病变边界，凭借DTI和BOLD-fMRI技术来显示病变邻近的皮质脊髓束和运动功能皮质，限制病变的切除范围。结果显示，术前预期可全部切除的病变均达到了全切除，其中63例得益于iMRI扫描后导航实时更新数据进一步扩大切除范围，全切率从29.7%提高到75.4%。术后长期随访，92.0%的患者术后无永久性的新发运动障碍，生活质量得到改善。

该研究存在的缺陷：一方面，研究局限于累及运动功能的颅内病变，需要进一步探讨iMRI联合神经导航系统在累及语言等其他功能病变中的应用；另一方面，未联合术中电刺激行神经导航指导下功能区颅内病变的切除。

综上所述，iMRI联合运动功能神经导航有助于最大程度切除涉及运动功能的病变，同时最小限度地损伤神经功能，为提高手术效率和改善患者预后提供了实质性的支持和帮助。

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中图分类号R616.2

#通信作者，男，1964年8月生，博士，教授，主任医师，研究方向：中枢神经系统影像诊断学，E-mail：cjr.chjl@vip.163.com

doi：10.13705/j.issn.1671-6825.2016.02.002