術中磁共振多模態影像導航下腦內病變穿刺活檢術的初步應用☆

姚成軍 吳勁松 莊冬曉 郭俊 蔣玲 邱天明 毛穎 周良輔

無框架的立體定向穿刺活檢術已被證實為一種安全、有效的技術，但傳統的活檢穿刺一般以術前的磁共振或CT等結構影像作為導航圖像，尚面臨穿刺誤差、假陰性等難題，文獻報道神經導航穿刺活檢的陽性診斷率為89%～99%，并發癥發生率為 0.8% ～ 10.6%，死亡率為 0 ～ 1.5%［1，2］。 近年來，隨著術中磁共振（intraoperative magnetic resonance imaging，iMRI）技術和磁共振功能影像如磁共振灌注成像（perfusion?weighted imaging，PWI）、磁共振波譜分析（magnetic resonance spectroscop，MRS）、彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、血氧水平依賴成像（blood oxygen level dependent，BOLD）等技術的發展，為穿刺活檢提供了更多代謝及功能信息，有助于提高活檢陽性率，減低并發癥。我科在超高場強（3.0T）iMRI的基礎上，依據結構與代謝等多模態影像指導穿刺，取得良好效果，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 2010年9月至2011年8月，共實施23例幕上病變穿刺活檢，其中男12例，女11例，年齡16～71歲，平均（40.2±15.8）歲。病灶位于額葉9例，顳葉 1例，頂葉4例，島葉-基底節3例，丘腦3例，中線（胼胝體、鞍區）3例。病灶體積25.3 cm3～ 75.7 cm3，中位數為 36.6 cm3，9 例為深部病變。

1.2 主要設備 iMRI系統為 IMRIS Neuro（3.0T）（IMRIS公司，加拿大），神經導航系統為Medtronic Stealth Station TRIA i7（美敦力公司，美國）。穿刺工具為Navigus活檢系統（NavigusMedtronicNavigation，美敦力公司，美國）。影像后處理工作站（Syngo Multi Modality Workplace，西門子公司，德國）。

1.3 磁共振數據采集 所有病例術前進行iMRI檢查，結構影像及PWI、MRS、DTI數據常規收集，穿刺路徑如涉及功能區皮質，加做相應任務態BOLD 序列［3］。

1.4 PWI及MRS數據分析 PWI：在毛細血管血流速率（capillary blood velocity，CBV）偽彩圖中目測腫瘤病變實質部分的最高灌注處放置感興趣區（region of interest，ROI），并在病變對側正常腦白質內設置同樣大小ROI作為參照（設為1），即可獲得各感興趣區的相對CBV（relative CBV，rCBV）。MRS：代謝物一般選擇 N-乙酰天冬氨酸（N?acetyl?aspartate，NAA）和膽堿（Choline，Cho），在影像后處理工作站得到掃描野的波譜化學移位圖像。

1.5 活檢靶點的選擇 術前根據常規磁共振，結合PWI及MRS特征選擇穿刺靶點，同時結合DTI、BOLD避開功能區與傳導束設計穿刺路徑，靶點分布于腫瘤區及瘤周。靶點選擇的原則為：①基于PWI數據，一般選擇rCBV相對最大（紅色）的區域；②基于MRS數據，一般選擇Cho／NAA比值相對較大的區域；③鑒于腦內腫瘤可能存在不均質性和彌漫浸潤性，由兩位獨立的神經影像醫師選擇3～6個感興趣的rCBV及Cho／NAA比值區域為取樣靶點；④依據DTI白質纖維束及BOLD皮質激活圖像，避開腦功能區，設計穿刺路徑；⑤同一穿刺路徑上由淺至深設定多個靶點，如有必要可以一個入顱點規劃兩條以上穿刺軌跡。

1.6 活檢靶點的標記 基于rCBV值的MRS體素的波譜數值由磁共振自帶軟件Spectroscopy（Syngo Multi Modality Workplace，西門子公司，德國）計算獲得。在解剖導航影像上疊加網格矩陣可以顯示每個體素的解剖部位。網格矩陣由256（16×16）個體素組成，由左上開始計數，每個體素分配有一個編號（ID）。每個體素Cho／NAA比值大小以偽彩圖表示，由藍向紅漸變（中間色為綠色），依次顯示波譜數值由0到最大。記錄每個活檢靶點的編號用于導航標記。在Matlab（7.7.0版，Mathworks公司，美國）環境下運行由我院自行開發的標記軟件Biopsy_NAV，輸入活檢靶點編號后，依次導入波譜原始數據、神經導航數據，活檢靶點解剖位置將自行標記于導航數據中。具體步驟如下：①在基于rCBV值的MRS圖譜上選中擬穿刺體素（即擬穿刺靶點）；②按照自定義命名法則確定MRS定位參考圖（T1WI增強導航序列或 T2WI導航序列）所顯示擬穿刺體素對應的編號；③在Matlab環境運行我院自行研發的Biopsy_NAV軟件，自動計算選定編號的空間坐標（X，Y，Z），并將其標記于導航序列上；④借助OSIRIX軟件（v.3.7.132-bit版，蘋果公司，美國）導出標記有穿刺點的磁共振導航序列（即生成Biopsy NAV）；⑤將 BiopsyNAV序列（Dicom格式）導入神經導航系統進行導航穿刺。見圖 1。

1.7 組織活檢 穿刺針在導航引導下穿刺靶點中心，根據術前計劃每個靶點四個方向抽吸組織標本，抽吸后保留穿刺針以壓迫止血數分鐘（圖2）。取材結束后均進行iMRI檢查，評估靶點穿刺精度及出血等并發癥。

圖1 A、B：在基于rCBV值的MRS圖譜上選中擬穿刺靶點，即藍色小框（箭頭所示）。B為A圖局部放大，靶點按照自定義法則編號為74。C：運行Biopsy_NAV軟件，計算該編號的空間坐標，并將其標記于導航序列上。D：OSIRIX軟件導出標記有穿刺點（箭頭所示）的導航序列用于穿刺

圖2 導航穿刺活檢場景，右圖為磁兼容固定于顱骨的Navigus無框架活檢系統 （Navigus Medtronic Navigation），通過底座固定于顱骨，白色旋鈕旋緊后即可固定穿刺方向

1.8 病理分析 所有活檢標本送至病理科，結果由兩位以上獨立的資深神經病理專科醫生根據2007年第四版《WHO中樞神經系統腫瘤》分類標準進行診斷。對于形態和分級有爭論的病例經討論后達成一致意見。

2 結果

2.1 功能成像結果 23例患者均成功獲得PWI、MRS及DTI成像，成像質量好；8例涉及功能區病灶進行了任務態BOLD功能磁共振成像，其中5例成像質量好。

2.2 病理陽性率 共實施23例幕上病變穿刺活檢，獲得78份標本。實時iMRI影像證實靶點均按術前計劃精確定位，所有標本獲病理確診，其中膠質瘤16例，生殖細胞瘤1例，淋巴瘤2例，炎癥1例，膿腫1例，轉移瘤2例。

2.3 并發癥 1例穿刺后形成穿刺點血腫，體積＞30 mL，及時轉為開顱手術，術后對側肌力下降，隨訪2個月后肌力回復正常，其余病例均未出現新發神經功能障礙。無永久性致殘病例。1例術后癲癇發作，后經藥物治療控制滿意。無死亡及術后感染病例。

2.4 典型病例 見圖3。

圖3 A：磁共振灌注成像（PWI）顯示腫瘤呈高灌注，腫瘤內不同區域rCBV不同（不均一性），紅色區域為rCBV最高值；B：多體素磁共振波譜分析（MRS）成像，白色方框為感興趣區（ROI），其內每個綠色小方框代表一個體素，每個體素的Cho／NAA比值具有不均一性；C：將PWI與MRS融合，選取rCBV及Cho／NAA比值均為相對最高的區域作為靶點；D：DTI成像提示錐體束位于腫瘤前內側；E：術前T1增強掃描圖像；F：將選擇好的靶點通過標記軟件Biopsy_NAV與結構影像配準融合，指導導航穿刺，該病例共規劃兩個穿刺道，選擇6個靶點，以高亮正方形體素標記。黃線為穿刺路徑，綠色十字架為穿刺針頭位置指示；G：活檢結束后，進行iMRI檢查，證實靶點取樣精確，6個取樣點與預設靶點吻合一致；H：術后DTI證實錐體束未損傷

3 討論

腦內病變穿刺活檢術可分為有框架、無框架以及iMRI實時影像導航三個階段。研究表明［4-7］：①無框架導航活檢術在定位誤差、活檢率及術后并發癥率上與有框架術式比較差異無統計學意義；②此外，無框架導航活檢術具有一些獨特優勢如：免去安裝頭架帶來的不適；避免患者不配合導致的誤差和危險；穿刺時隨時了解靶點位置，心中有數；多靶點穿刺時不必重復計算；如需改為開顱手術可迅速進行。盡管如此，由于基于術前影像，術中腦移位仍可使目標定位發生偏離。iMRI的出現解決了這一難題。本研究活檢陽性率達100%，與相關報道一致（96% ～ 100%）［8-10］。高活檢陽性率除歸因于具備傳統導航手術的圖形可視化優點，更在于該術式能實時糾正腦移位誤差。我們建議可能發生腦移位的腦內病變穿刺活檢術可選用iMRI實時影像導航［11］。

然而也有報告表明［9］，即使 iMRI實時影像證實穿刺靶點無誤，組織病理學仍可能無法確診。惡性腫瘤內部組織結構是不均勻的，活檢部位選擇的恰當與否是確診及分型、分級的關鍵［12，13］。 PWI及MRS等技術的發展應用，則為臨床活檢提供了有用的代謝信息。PWI的rCBV圖可揭示富血管區，為穿刺活檢提供取樣部位，減少取樣的誤差［14］。Knopp等［15］對一組膠質瘤病例進行 PWI檢查，結果顯示高級別膠質瘤的rCBV比值明顯高于低級別膠質瘤，rCBV彩圖可以正確引導立體定位活檢，rCBV偽彩圖的熱點體素就是活檢的最佳部位。MRS通過測定某些代謝物的濃度及比值變化可實現對病變的代謝成像和定性診斷。Edward等［16］證實1H?MRS顯示膠質瘤代謝物并非均一，如：在腫瘤中心比腫瘤周圍NAA降低更明顯，在腫瘤邊緣Cho增加比中心高，實體部分比囊性部分高。大多數高級別膠質瘤的高代謝活性區不局限于增強MRI T1W影像所確定的腫瘤邊界，同樣，低級別膠質瘤的高代謝活性區也不全局限于MRI T2W或FLAIR影像所顯示的腫瘤區域內。我們的體會是，PWI和MRS均為無創的磁共振技術，分別從不同的角度間接反映了病灶的代謝信息，提示病變的性質和惡性程度，起到了良好的互補作用，為活檢靶點的選擇提供更多依據。在全部21例腫瘤病例中，同時滿足rCBV相對最大和Cho／NAA比值相對最大的靶點，其活檢取材均報告為陽性，且相對而言其細胞密度也較高；同一病例中所取的其他rCBV或Cho／NAA相對小的靶點則具有一定陰性率或可能低估腫瘤的分級，我們的初步統計結果顯示rCBV 及 Cho／NAA 與細胞密度、MIB-1、CD34及腫瘤浸潤程度之間存在密切的關系，但還需進一步擴大樣本量。

此外，對比代謝影像與MRI強化影像，我們發現：21例腫瘤病例中，有11例MRI病灶沒有明顯強化。其他10例病灶有強化病例中，rCBV相對最大和Cho／NAA相對最大的靶點位于腫瘤明顯強化部位的有7例；有3例并非位于強化明顯的部位，而是位于中等強化或非強化區域。臨床上如僅依據增強MR腫瘤明顯強化的部位作為活檢穿刺點，它反映的是腫瘤對血腦屏障的破壞區，不能說明是腫瘤最惡性部位或血供豐富區。

DTI、BOLD等功能影像可以輸出為DICOM格式直接用于導航，但PWI和MRS均為經過圖像后處理得到的數據，其導出格式均不是可直接用于導航的DICOM等格式，以往采用這些代謝功能影像指導穿刺活檢時，常以目測選點與結構影像配準，具有誤差和不穩定性。因此，如何將代謝影像與結構影像精確配準用于導航成為亟待解決的問題。本課題組利用自行開發的標記軟件Biopsy＿NAV，選取PWI及MRS代謝影像上的感興趣靶點，通過坐標計算，將其精確地與MRI結構影像配準，有效的解決了該難題。該方法需要耗費一定時間（平均30 min），但配準的精確性通過iMRI檢查證實可靠。隨著影像配準技術的不斷發展，相信在不久的將來可以實現半自動或全自動的代謝影像與結構影像的配準，使得導航穿刺更為便捷。

本研究的結果令人鼓舞，但也仍存不足：①本組資料為臨床初步應用經驗，還需進一步擴大樣本量及開展隨機對照研究；②MRS易受骨質、水分子的干擾，會出現基線不穩，在選擇感興趣區時需加以注意；③PWI也存在一些缺陷［17］，如腫瘤間的rCBV值有相互重疊現象；血液中有形成分、鈣化、金屬等引起的磁敏感性偽影影響對組織的評價等等。此外，由于硬件、軟件的不同及數據處理方式的差異，許多研究結論和具體數據存在偏倚，尚有待在技術和評判標準上統一認識。

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