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多模态神经导航在胶质瘤手术治疗的应用
发布时间发布时间:2020-06-23 12:43

  胶质瘤是起源于神经胶质细胞的肿瘤,是最常见的颅内原发肿瘤之一,手术是最主要的治疗方式,手术切除范围对于胶质瘤病人的生存和生活质量有着重要影响,由于胶质瘤侵袭性生长的特点,其与正常脑组织分界不清,常导致手术不能完全切除。传统神经外科手术主要依靠肿瘤组织的异常形态、肿瘤与正常脑组织颜色和质地的差别,来定位肿瘤和划定肿瘤切除边界。

  对于脑功能区胶质瘤,传统手术不能很好地判定肿瘤与周围结构的空间位置关系,从而导致病人术后出现较多并发症和神经功能缺失。近年来,随着医学科技发展,神经导航技术、多模态影像融合技术在神经外科手术得到广泛应用,这些技术能够帮助术者在术前制定更合适的手术计划,术中更加精准地定位肿瘤。多模态神经导航是将神经导航技术与多模态影像融合技术相结合,然后应用于手术治疗。

  多模态神经导航的概念是将各种单一模态的影像信息进行综合,将各种影像学特性在同一图像上呈现出来,从而得到关于肿瘤病灶全面、精准的信息,然后通过计算机技术将融合后的影像学资料与神经系统解剖结构之间建立动态联系,并通过红外线遥感技术获取术中病人头部和手术进程的位置信息,对比影像学信息,计算并显示手术的实时进程、病变精准位置,以及与周围组织结构的空间关系。

  CTA可通过3D方式呈现颅内血管,包括因肿瘤侵犯压迫导致走行异常的血管。常规MRI在中枢神经系统应用较广泛,可准确评估肿瘤病灶的位置、大小、形态、边界与瘤周水肿等,MRIT1W主要用于显示脑皮质结构、血管和肿瘤病灶等组织解剖结构;T2W对囊性病灶或病灶周围水肿带的显示更具优势;MRI增强扫描可反映胶质瘤血液循环供给状况,肿瘤生长特性,能清晰显示病变侵袭范围、形态,有利于临床医师观察肿瘤的生长特性,从而对胶质瘤进行分级。

  韦可等利用CTA与MRI相结合,联合神经导航,对位于鞍旁跨中后颅窝肿瘤进行手术治疗,术中很好显示颅底骨性结构以及颈内动脉岩骨段、大脑中动脉、大脑后动脉及其分支与肿瘤的位置关系,大大提高精准性,有效避免术中重要血管损伤,明显减少术后并发症的发生。

  血氧水平依赖功能磁共振成像(bloodoxygenationleveldependentfunctionalmagneticresonanceimaging,BOLD-fMRI)是近年新出现的功能磁共振技术,fMRI是以血氧水平依赖效应为核心的检测方法,从而定位脑功能区的一种磁共振成像技术。在神经元活动时,活动区域血液中氧合血红蛋白和去氧血红蛋白比例会发生改变,这种改变会引起活动区域T2改变,从而在T2加权像上反映出脑组织局部活动功能;其反映神经元活动时血流、血容量和血红蛋白氧合作用三者之间的变化。

  LABUDDA等研究结果表明:BOLD-fMRI能够无创性显示脑功能区,其准确性已被脑功能区定位金标准的皮质电刺激证实。位于脑皮质功能区的胶质瘤,因为肿瘤本身的压迫以及瘤周水肿产生的影响,会造成脑组织移位,而BOLD-fMRI技术可将肿瘤与脑皮质功能区域的相对位置标记出来,配合神经导航精准定位肿瘤和皮质功能区域。

  DTI技术可根据脑白质纤维中水分子弥散运动的各向异性成像,显示脑白质纤维束结构,且DTI是目前能够显示脑白质纤维束结构的惟一方法,能够显示肿瘤与周围纤维束的空间相对结构,判定白质纤维束的走行与受累情况。胡先超等利用DTI与MRIT1W的影像融合联合神经导航,指导锥体束旁胶质瘤切除,使锥体束在术中可视,有效减少因肿瘤过度切除而造成锥体束损伤,大大降低病人术后神经功能缺损的发生,较传统导航手术明显降低病残率。位于脑白质深部的胶质瘤,单纯依赖以MRIT1W等解剖像为基础的神经导航并不能准确判断术中切除范围与白质纤维束的位置关系,将DTI与MRIT1W信息融合后,术中可清晰显示肿瘤与纤维束的毗邻关系,配合神经导航在最大程度切除肿瘤的同时,做到对纤维束最小损伤。

  位于中央区的胶质瘤,BOLD-fMRI能准确定位皮质功能区,但不能提供皮质下纤维束的位置和完整性等信息,术中保护皮质下纤维束对避免神经损伤非常重要,三者相结合能够将肿瘤、皮质功能区、神经纤维束同时呈现于同一图像,以此图像为基础进行导航手术,有助于最大限度切除肿瘤,减少神经功能损伤。于圣平等应用术前MRIT1W、BOLD-fMRI与DTI影像融合,联合神经导航与术中MRI技术,对脑深部或功能区胶质瘤病人进行手术治疗,术中实时显示肿瘤所涉及的功能区和神经纤维束,在保护重要功能区及纤维束的同时,最大程度切除肿瘤,有效保护病人神经功能,改善病人预后。

  多模态神经导航技术的局限性主要来自于术中脑组织移位导致的导航失准,以及多模态影像学资料融合时产生的误差。

  神经导航技术所利用的影像学信息均为术前采集,受术中骨瓣去除、脑组织受重力影响、脑脊液释放、病灶切除、脑组织水肿及牵拉等多种因素影响,会导致脑组织相对移位,从而降低神经导航的精准性,产生一定误差。目前国内外对解决术中脑组织漂移有多种方法。于圣平等利用术中高场强MRI来纠正胶质瘤手术中脑组织的移位,并实时监测术中情况,在手术过程中定位肿瘤边界及功能区。

  黄进等利用术中荧光素钠染标记胶质瘤边界,在纠正脑漂移的同时,实现肿瘤切除。岳向勇等利用术中超声可反复扫查、实时定位的优点,对肿瘤进行实时定位,并判断肿瘤范围及其周边血管走向,同时纠正脑组织移位。术中彩超、术中CT、术中MRI等实时影像的发展与应用,可有效纠正脑组织漂移。术中荧光的应用可进一步精准标记胶质瘤边界,确定切除范围的同时纠正脑组织移位。另外,术中减少脱水剂的使用以及避免脑脊液过多的流失,也是纠正脑漂移的有效方法。

  ①因扫描基线不统一导致的误差。吴劲松等研究表明:所有融合影像资料必须采用统一的扫描基线,否则融合后的图像与实际会有较大差距。②因影像变形导致的误差。对于DTI影像资料,文献研究发现在靠近颅底骨性结构处(如颞底、脑干桥脑水平以下、小脑等),靠近额窦气房的脑组织(如额极等),靠近颅盖和头皮脂肪处脑组织中,因受骨质高磁化敏感度和气体-组织界面对磁场均匀性的影响,DTI影像易发生扭曲变形。而越靠近脑组织中央深部,DTI影像扭曲变形程度越轻。大多数重要的脑白质纤维束(如基底-内囊、胼胝体等)均位于脑实质深部,因此,影像图片的变形并不影响这些重要脑白质纤维束的定位。

  在定位中央皮质下白质纤维束(如语言中枢纤维)时,DTI影像扭曲变形会影响定位准确性,BOLDfMRI、术中唤醒、术中皮质电刺激等技术的出现恰好弥补DTI对语言中枢等相关纤维束定位的缺陷。SARUBBO等研究表明:BOLD-fMRI定位语言功能区与经皮质电刺激定位的语言功能区具有较高一致性;因此,运用BOLD-fMRI可定位语言功能区及明确其与肿瘤的相对位置。采用术中唤醒、术中直接皮质-皮质下电刺激等技术,定位相关功能区域,是安全可靠的脑功能区定位技术。

  如今,胶质瘤手术的首要目标是最大程度地切除肿瘤同时使创伤减至最小,从而提高病人生活质量。随着神经导航系统发展,多模态影像与神经导航结合,可更加准确判断肿瘤边界,提高肿瘤全切程度,并且可更好保护神经功能,大大降低手术风险,减少手术并发症。随着精准医疗时代的到来,多种技术共同协作、相互补充是神经外科的发展趋势。

  来源:张楚,张少军.多模态神经导航在胶质瘤手术治疗的应用[J].中国微侵袭神经外科杂志,2020(02):94-96.

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