颅脑肿瘤切除术中, 肿瘤的精准定位尤为重要。传统的病灶定位主要基于术前MRI图像, 术者手术时根据脑沟、脑回等判断病灶的范围, 具有明显的经验依赖性。近年来出现了基于术前影像的神经导航系统, 有助于病灶定位, 但是术中容易出现脑漂移及脑变形, 导致肿瘤的实际位置出现偏差, 影响了定位的准确性[1-2]。我院在2017年1月至10月采用了术前MRI-术中超声融合成像(融合成像)导航系统对18例颅脑肿瘤患者进行术中导航, 现将结果报道如下。
对象与方法 一、研究对象纳入因发现颅内肿瘤并拟行手术切除的18例患者, 其中男10例、女8例, 年龄(52±12)岁, 病程20 (2~36) d, 术前均行头部CT及MRI检查明确为颅内占位性病变需行手术治疗。入选本研究的患者均无严重呼吸系统疾病或心脏疾病, 术前所有患者均已签署知情同意书。
二、融合成像 1. 仪器术前扫描获取MRI图像, 常规选取T1加权增强、T2液体衰减反转恢复(Flair)序列以医学数字影像和通讯(DICOM)格式导入导航系统。术中采用带有Virtual Navigator软件的超声仪(Esaote, Italy)作为导航系统。选用线阵探头、凸阵探头2种超声探头, 前者常用而后者用于深部探测。追踪系统包括磁定位器、磁接收器和装配有磁定位感应器的穿刺针。该系统基于磁定位器形成三维空间坐标系, 可以提供超声探头或穿刺针在坐标系内的实时位置。导航系统可根据探头的空间位置, 将该超声切面对应的MRI图像进行同步呈现。
2. 操作方法 2.1. 术前准备及MRI导航下手术规划 2.1.1. 图像导入和初步配准术前将DICOM格式的MRI扫描数据导入导航系统, 重建出三维容积图像, 并在其中勾画出病灶边界(或拟切除范围), 见图 1A。在MRI扫描前将外定标(一般至少8个)贴于患者头部皮肤, 将磁定位器固定于手术床, 并将磁接收器与注册笔连接。在获取的三维MRI数据中找出各标记点, 同时用注册笔依次点击皮肤上的标记点进行配准, 见图 1B。
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图 1 术前准备及MRI导航确定手术入路 A：MRI图像三维重建及手术范围勾画；B：初步配准（外定标法） |
完成配准后, 根据MRI图像中肿瘤位置在导航系统进行切口和骨瓣大小的设计。骨瓣的设计由2名具有5年以上手术经验的医师分别进行, 一名医师根据导航系统的肿瘤位置指示设计骨瓣(导航组), 另一名医师根据经验设计骨瓣大小(经验组), 记录两者设计的骨瓣大小信息。同时记录术前导航准备总时间(从安装导航相关组件、初步配准到确定手术入路), 以及完成配准到设计入路完毕所需的时间。
2.2. 融合成像精准定位病灶 2.2.1. 开颅后图像融合配准移除骨瓣后可开始进行融合成像。硬脑膜切开后常出现脑漂移, 导致融合成像时MRI和超声图像不能完全重合, 此时需行术中微调。微调主要依据MRI和超声图像上均能显示的脑室、血管、脑干、中线等特征性结构是否能完全重合, 见图 2A、B。如果两者不能完全重合, 则使用平面内或平面外校正法使其重叠一致。微调完成后即可继续进行导航。如果术中再次出现脑漂移, 可随时进行微调。
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图 2 术中融合图像与对应的MRI图像 A、C为融合图像，B、D为对应的MRI图像；A、B为术中微调后完成配准，B、C为切除术中实时监测手术进程。紫色线条为标记的拟切除范围，红圈为术前根据DTI确定的“警示点”（其内侧为重要的神经传导束），超声图像无回声区（*）为已切除部分 |
术中先使用常规超声扫查, 再通过融合成像进行定位。记录病灶的大小、位置、超声图像显示情况, 以及融合成像定位情况。根据Solheim等[3]报道的分类方式将病灶的超声图像显示情况分为3类: ①图像显示良好; ②图像显示中等; ③图像显示不好。
对于超声图像显示良好的肿瘤, 记录融合成像后MRI图像上病灶的大小、形态是否与超声图像吻合, 术中切除时主要依靠术中超声引导; 对于超声图像显示中等及不好的病灶, 记录融合成像后肿瘤边界的可识别程度是否提高, 对于融合成像辅助下可清楚识别边界的病灶, 根据MRI图像对病灶边界或拟切除范围进行勾画, 融合成像后标记的边界可在超声图像上同步显示, 实时引导手术切除; 对于融合成像后病灶边界也难以显示清楚的病灶(多为高级别胶质瘤), 则依据"最大范围地安全切除肿瘤"的手术原则完成肿瘤切除[4]。
为了保护神经功能, 对于功能区肿瘤可通过MRI的磁共振弥散张量成像(DTI)序列判断神经传导束的位置, 手术计划时在肿瘤和重要的神经传导束(如皮质脊髓束等)间确定数个不损伤神经传导束的"警示点", 在融合成像的引导下通过穿刺针在该点注入亚甲基蓝进行标记, 术中在尽可能保护神经功能的前提下最大程度切除肿瘤, 切至"警示点"时即停止。
2.3. 手术疗效评估在切除过程中, 使用融合成像判断手术区域是否完全覆盖原病灶位置或达到拟切除范围, 即时评估切除范围, 见图 2C、D。
术后72 h内行增强MRI扫描, 根据MRI结果判定切除情况, 将评价结果分为完全切除(100%)、次全切除(≥90%)及部分切除(＜90%) 3类, 其中高级别胶质瘤主要依赖T1加权增强序列上异常强化部分的切除体积进行判断[5]。同时观察有无术后言语障碍、肢体肌力下降、术后出血等并发症的发生。
三、统计学处理用SPSS 13.0处理数据, 正态分布计量数据以x±s表示, 2组比较采用t检验, P＜0.05为差异有统计学意义。
结果 一、病理结果手术共切除病灶20个。术后病理结果示:胶质瘤9例(胶质母细胞瘤5例、节细胞胶质瘤2例、间变性星形细胞瘤2例), 海绵状血管瘤3例, 脑膜瘤2例, 神经鞘瘤1例, 胚胎发育不良性神经上皮肿瘤1例, 转移瘤(肺鳞癌转移)2例; 其中4例为多发病灶, 2例为复发病例。
二、术前导航准备时间及骨瓣设计术前导航准备时间约为5 min, 从注册完毕到完成手术入路设计在1 min内。术前准备时间除了与操作者熟练程度有关外, 还与病灶数量及手术方案有关, 病灶数量较多者勾画病灶时间相对延长, 若需确定"警示点"也会相应延长准备时间, 最长需15 min。
骨瓣大小的设计, 经验组设计的骨瓣面积为(41.4±23.3)cm2, 导航组设计的骨瓣面积为(37.0 ±21.6)cm2, 2组比较差异有统计学意义(t=6.259, P＜0.001)。术中实际骨瓣方案均依照导航组设计方案实施。
三、术中病灶显示情况病灶最大直径10~90 mm, 距脑表面0~40 mm, 在常规术中超声扫描下, 图像显示良好组有10个病灶; 图像显示中等组有8个病灶; 图像显示不好组有2个病灶。融合成像后情况如下: ①图像显示良好组的10个病灶, 融合成像显示, 病灶在超声与MRI下的大小、形态基本吻合。②图像显示中等组的8个病灶中, 6个病灶通过融合成像可清晰界定影像学边界。2个病灶在融合成像后部分边界仍难以界定, 其中1例为节细胞胶质瘤, MRI图像显示边界欠清, 增强扫描未见强化; 另1例为间变性星形细胞瘤, MRI图像显示边界不清。针对这2例患者, 术中通过DTI融合成像及电生理进行辅助, 在尽可能保护神经功能的前提下进行了切除。③图像显示不好组的2个病灶中, 1个为右顶叶脑膜瘤, 1例为右侧侧脑室前角旁脑膜瘤, 最大直径均为1 cm, 通过融合成像迅速实现了定位。
四、手术结果及术后并发症根据术后72 h内MRI结果, 手术切除的20个病灶中, 18个病灶为完全切除, 2个为部分切除。部分切除的2例中, 1例为间变性星形细胞瘤切除术后左侧颞、顶、枕叶复发灶, 累及范围较广; 1例为胶质母细胞瘤, 病变范围广且累及基底节区; 在导航成像下两者边界均显示清晰, 但出于保护神经功能的考虑未予以完全切除。
并发症情况如下, 术后1例出院时存在构音欠清、左侧肢体肌力下降(5级降至2级), 为住院期间(术前)右侧豆状核急性出血所致, 经保守治疗肌力恢复接近5级。未观察到手术相关严重并发症。
讨论由于脑组织的复杂性及其功能的重要性, 术中精确判断肿瘤的位置、边界及与周围重要神经血管的关系极为重要。术前MRI可以清晰显示肿瘤的位置和毗邻结构, 便于设计切口及入路。然而, 术中由于脑的重力作用、脑水肿和脑脊液渗漏, 以及肿瘤切除进程中可导致正常结构移位(脑漂移)和变形, 故仅基于术前MRI图像的神经导航系统难以进行精准定位。
为了克服脑变形和脑漂移的缺点, 术中实时导航系统应运而生[6-7]。术中CT分辨率较低, 且具有放射性, 不宜反复、多次评估, 故应用局限。术中MRI分辨率高, 视野广, 但需要特殊的器械和设备(常需专用的手术间), 造价昂贵, 不利于应用推广; 同时其耗时较长, 并非真正意义上的"实时"成像[5, 8-10]。术中超声具有实时、简便、价格低廉的优点, 但是受颅骨影响, 开颅前超声无法显示病灶, 而且, 术中超声成像视野有限, 骨瓣的位置、大小直接影响术中超声探测范围和颅内肿瘤的显示[11-12]。
融合成像技术将术前MRI与术中超声2种影像模态融合, 优势互补, 兼具MRI成像高分辨率及超声成像实时、经济、简便的优点, 从而在以下环节中发挥了重要作用: ①术前精准设计手术切口和骨瓣大小, 避免无谓的创伤。②术中准确定位病灶, 由于融合成像具备超声的实时性, 可克服脑漂移, 故与基于术前图像的神经导航系统相比, 可更准确定位病灶; 而由于融合成像具备了MRI的高分辨率, 相比于常规术中超声, 应用融合成像后可明显提高病灶定位效果。③术中保护神经功能, 依据MRI图像的DTI序列确立"警示点"并在融合成像下注射亚甲基蓝的方法, 可帮助术者保护重要神经功能。④即时评估切除范围, 可实时显示病灶的切除范围和术区毗邻重要结构的方位和距离, 即时评估手术切除范围。本研究的8个在超声图像显示中等的病灶中有6个通过融合成像提高了定位效果, 2个超声图像显示不好而无法定位的病灶通过融合成像实现了快速定位, 术后MRI结果显示18个病灶为完全切除, 2个病灶为大部分切除, 证明了融合成像有助于提高定位效果。但需指出, 对于手术切除范围过大, 脑变形明显者, 实时超声图像与术前MRI图像融合时耗时增加且误差较大, 故融合成像在术后即时疗效评估方面的应用价值有限, 切除范围的评估往往需依靠术中超声或超声造影进行。
融合成像具有广阔的临床应用前景, 已被成熟地应用于肝脏肿瘤精准消融等方面[13-14]。但目前国内外将该技术应用于颅脑手术的研究较少。在本研究中, 笔者阐述了融合成像在颅脑肿瘤切除术中的应用情况, 初步证明了该技术应用于颅脑手术的可行性, 随着该技术的逐渐成熟, 未来其可能会在颅脑肿瘤精准切除、脑血管疾病(如颅内动脉瘤)手术、穿刺置管、蛛网膜囊肿造瘘等方面发挥重要作用。
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