融合MRI與CT圖像的多模態神經導航技術在顱底顯微外科手術中的應用

吳東東，卜 博，陳曉雷，許百男

解放軍總醫院 神經外科，北京 100853

融合MRI與CT圖像的多模態神經導航技術在顱底顯微外科手術中的應用

吳東東，卜 博，陳曉雷，許百男

解放軍總醫院 神經外科，北京 100853

目的探討融合MRI與CT圖像的多模態神經導航技術在顱底顯微外科手術中的應用效果。方法回顧性研究在本院神經外科2013年1月- 2014年4月收治的14例顱底腫瘤患者的臨床資料，所有患者均在融合MRI與CT圖像的多模態神經導航技術指引下接受顯微外科手術。評價腫瘤切除程度及術前、術后神經功能變化。結果14例中，近全切8例，次全切6例。術后3周，12例神經功能改善或同術前，2例神經功能下降，功能下降者行為狀態評分(karnofsky performance scale，KPS)＞60，生活可自理。結論融合MRI與CT圖像的多模態神經導航技術可為顱底顯微外科手術提供全面的導航信息，提高了腫瘤切除程度及手術安全性。

神經導航技術；顱底腫瘤；顯微外科手術

顱底腫瘤由于所在位置空間狹小、毗鄰重要的神經血管結構、手術入路復雜，其手術切除一直是神經外科的難點之一[1]。本研究回顧性收集14例患有顱底腫瘤并且在融合MRI與CT圖像的多模態神經導航技術指引下接受顯微外科手術的患者，評價融合MRI與CT圖像的多模態神經導航技術在顱底顯微外科手術中的應用價值。

資料和方法

1一般資料 2013年1月- 2014年4月在本院神經外科收治的14例患者，男5例，女9例；年齡41 ～ 70歲，中位年齡52.3歲；病變位于前顱底2例，中顱底4例，頸靜脈孔區2例，枕骨大孔區3例，小腦橋角區3例。

2影像學檢查 術前常規掃描包括CT橫軸位(層厚0.625 mm)及磁共振3D T1序列平掃、T2軸位平掃、DTI彌散張量成像、3D T1增強序列；顱底腫瘤往往貼近顱底骨質，甚至侵犯顱底骨質及靜脈竇等結構，根據病變周圍的結構特點，選擇性掃描MRA、MRV等序列。

3制定術前導航計劃 將術前掃描獲得的影像數據通過局域網或CD光盤傳輸到導航計劃工作站(Vector Vision Sky navigation system，Brainlab，Feldirchen，Germany)，用iPlan2.6的“Image fusion”模塊將各掃描序列獲得的圖像進行融合，應用“Object creation”模塊根據病變的特點制定相應手術計劃。根據腫瘤的影像學特點，選擇相應序列勾勒腫瘤輪廓；利用“Fiber tracking”模塊進行纖維束的重建，具體方法參考Nimsky等[2]介紹的方法進行重建。

4術前準備 術前1 d，由術者本人根據腫瘤特點、導航計劃及個人手術經驗制訂手術方案。手術當天將制訂好的導航計劃通過局域網傳輸到導航系統(Vector Vesion Sky，Brain Lab Feldkirchen，Germany)，對于仰臥位或側臥位的病人根據面部特征進行導航注冊；對于俯臥位的病人采用人工標記物進行導航注冊。

5手術過程 用導航棒在頭皮設計手術切口，根據導航計劃盡量避開重要的血管神經結構。開顱時，從導航系統調出CT骨窗像，并用導航棒在導航系統引導下設計骨瓣大小。腫瘤切除時，原則上先處理腫瘤的基底供血區域，同時根據導航系統提示，注意避免損傷腫瘤周圍的重要神經血管結構；對于侵犯了顱底骨質的腫瘤，在切除腫瘤的同時，除了根據MRI導航提示避開血管神經等軟組織結構外，還需從導航系統調出CT骨窗像，根據導航提示，將有腫瘤侵犯的顱底骨質進行磨除；當術者認為腫瘤切除滿意時，再次應用導航棒在術腔各個方向探測，以判斷腫瘤切除程度；當導航棒在術腔各個方向的位置均已達到腫瘤最大極時，說明腫瘤已切除干凈；反之，則根據導航棒提示的信息，繼續進行腫瘤切除，直至滿意為止。

6腫瘤切除程度及神經功能評估 由不知曉患者病史的研究人員根據患者術前及術后復查的影像學資料計算腫瘤的切除程度(extent of resection，EOR)。腫瘤切除程度計算方法：(術前腫瘤體積-術后腫瘤體積)/術前腫瘤體積。由兩名不知曉患者病史的高年資主治醫師于術后3周通過查體、問診評估患者術后KPS評分。

結 果

1手術情況及病理 本組14例均順利完成圖像融合(圖1)和導航注冊，并在融合MRI與CT圖像的多模態神經導航指引下順利接受手術。手術過程順利，無導航相關不良事件發生。術后病理：腦膜瘤10例，脊索瘤1例，膽脂瘤1例，副節瘤1例，神經鞘瘤1例。14例中，8例達到近全切除，6例達到次全切除。見表1。

表1 患者臨床資料Tab.1 Clinical data about 14 patients

2術后神經功能恢復情況 術后3周，5例認知功能較術前提高、面癱好轉、耳鳴消失；7例臨床癥狀同術前；2例神經功能障礙加重，表現為聲音嘶啞、飲水嗆咳和聽力下降，KPS評分均＞60，生活可以自理。術后隨訪1 ～ 14個月，14例均未見腫瘤復發。

3典型病例 45歲男性，臨床表現為聲音嘶啞、飲水嗆咳，術前頭顱MRI提示病變位于枕骨大孔區，呈長T1長T2信號，增強之后明顯強化，與周圍組織關系密切；頭顱CT提示病變侵犯枕骨髁、頸1側塊關節。該患者在融合MRI與CT圖像的多模態神經導航指引下順利接受手術，手術過程順利。術后影像證實腫瘤近全切除，術后臨床癥狀較術前稍加重，術后3周臨床癥狀恢復至術前狀態，術后病理為脊索瘤。見圖2。

圖 1 基于MRI掃描序列重建的頸內動脈巖骨水平段(紅色部分)與CT骨窗像的解剖結構對應一致，說明MRI與CT圖像融合準確率良好Fig. 1 Reconstructed internal carotid artery in the section of petrous bone (red part) based on MRI sequence fit well with the corresponding anatomical structure on CT bone window, which suggested that good fusion accuracy was achieved between MRI and CT

圖 2 患者術前MRI與CT圖像融合之后進行多模態神經導航重建。左圖MRI T1，右圖CT骨窗像。藍色為重建的錐體束，紫色為感覺傳導束，綠色為腫瘤，紅色為動脈Fig. 2 Multimodel neural navigation reconstruction was performed after fusion of preoperative MRI and CT data. The left one was based on MRI T1 weighted image. The right part was based on CT bone window image. Blue: pyramidal tract; Purple: sensory fiber tract; Green: tumor; Red: artery

討 論

顱底腫瘤毗鄰重要的神經血管結構，切除時風險極大，加之其位置深、手術空間狹小、部分腫瘤往往伴有鈣化和骨質破外，要達到全切除難度大，術中操作損傷常造成各種神經功能障礙[1]。隨著神經導航技術應用于顱底顯微神經外科，術者可在術前根據導航系統的指引，選擇最佳手術入路，設計皮膚切口，以相對較小的創傷代價到達腫瘤部位[3-4]；術中根據導航系統指引，在切除腫瘤的同時，避開重要的神經血管結構，提高了手術的安全性。特別是在切除頸靜脈孔區或枕骨大孔區腫瘤的手術過程中，在開顱的同時還要保護好周圍的椎動脈、乙狀竇等結構，在導航系統的指引下，磨鉆鉆孔前即可用導航棒探測上述結構在顱骨表面的投影，從而避免鉆孔或銑骨瓣時損傷上述結構，減少了出血量，縮短了手術時間。在腫瘤全切方面，導航系統可以實時判斷腫瘤是否有殘留以及腫瘤殘留的位置，從而有效地避免遺漏腫瘤死角，提高切除率。

本研究14例中，5例術后癥狀較術前有所好轉，7例穩定，2例癥狀較術前加重，其中1例術后3周神經功能恢復至術前，另外1例長期神經功能致殘。2例神經功能癥狀加重患者由于術中操作牽拉、壓迫等原因，損傷個別腦神經，出現相應癥狀[5]，并發癥發生率14.3%。Di Maio等[6]報道手術切除117例顱底腫瘤術后并發癥發生率為17.9%，與本組結果基本一致。

本組1例出現長期神經功能致殘，表現為吞咽困難、聲音嘶啞、飲水嗆咳，原因是腫瘤體積較大，雙側的后組腦神經均已受累，患者在術前已經表現出部分后組腦神經癥狀，術中切除腫瘤時造成相應腦神經的騷擾，使對側腦神經代償能力喪失，造成長期神經功能損傷。因此，對于功能區腫瘤，過分追求腫瘤切除率而忽略了功能的保留并不被大多數學者接受[7]；在腫瘤切除與功能保留之間尋找平衡點，術后輔以放化療等輔助治療，往往能取得較好的臨床效果[8-9]。

既往有單一基于MRI或CT圖像的導航系統應用于顱底顯微神經外科[10]。然而MRI和CT在顯示組織方面各有優缺點：MRI在空間分辨率、顯示血管神經及軟組織等方面有優勢，CT則能較好反應骨質、鈣化和出血成分[11-12]。將MRI與CT圖像融合，同時應用于顱底顯微神經外科，在國內尚未見類似報道。與顱內其他部位腫瘤不同，顱底腫瘤毗鄰顱底骨質，除了與周圍神經血管等軟組織關系密切外，腫瘤往往有鈣化及骨質破外。融合MRI與CT圖像的多模態神經導航技術在顱底顯微外科手術中的應用，可以將MRI和CT在顯示組織上的優勢充分結合，能夠全方位顯示腫瘤與周圍組織的關系，顱底顯微外科手術提供更加全面的信息。值得注意上的是，導航的圖像融合的效果直接影響著導航的準確性，因此在將CT和MRI圖像進行融合之前，要求CT掃描的層厚要小于1 mm[12]，本組采用0.625 mm超薄層CT掃描，取得較好的融合效果。

腦脊液流失、腦漂移等因素往往造成導航準確性下降[13-14]。克服這個問題，需要造價昂貴的術中磁共振系統對病人進行術中掃描，采集最新的影像學資料，重新制作并更新導航計劃[15-16]；然而本組14例中沒有發生類似情況，原因在于顱底結構相對固定，不會因為腦脊液流失造成腦組織明顯漂移，融合MRI及CT圖像的多模態神經導航技術應用于顱底顯微外科手術中的優勢也在于此[17]。

盡管如此，融合MRI與CT圖像的多模態神經導航技術的一些局限性也值得注意。首先，將MRI及CT圖像進行融合并制訂相應導航計劃過程煩瑣，要求外科醫生熟練掌握計劃制訂的相應軟件；其次，導航系統造價昂貴，部分神經外科單位沒有配置；最后，在使用導航的過程中，往往需要將導航棒深入術腔探測，某種程度上增加了醫源性損傷的可能。

融合MRI與CT圖像的多模態神經導航技術可為術者提供實時、全方位的導航信息，讓部分手術操作定量化，某種程度上降低了手術的難度系數，增加了外科醫生的信心[3,17]，同時保證了手術的安全性，提高了腫瘤的全切率，有效保護了患者的神經功能，實現了“最大化地切除病變，最小的腦功能損傷，最佳的術后恢復”的目標[18]。

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Application of multimodal neural navigation technology with integration of MRI and CT images in skull base microsurgery

WU Dongdong, BU Bo, CHEN Xiaolei, XU Bainan
Department of Neurosurgery, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China

XU Bainan. Email:shjwkk@sina.com

ObjectiveTo explore the effect of application of multimodal neural navigation technology with integration of MRI and CT images in skull base microsurgery.MethodsClinical data about 14 patients with skull base tumors admitted to our hospital from January 2013 to April 2014 were retrospectively analyzed. All patients had undergone microsurgery with the guidance of multimodal neural navigation technology with integration of MRI and CT images. The extent of resection of tumors and pre- and post-operative neural functional changes were evaluated.ResultsOf the 14 patients, near-total resection was achieved in 8 patients while sub-total resection was achieved in 6 patients. Three weeks after surgery, neurological function was improved or kept no change in 12 cases; 2 cases experienced neurological function decline, however the Karnofsky Performance Scale (KPS) score of these 2 patients were higher than 60, which suggested that the patients had the ability of self-care.ConclusionMultimodal neural navigation technology with integration of MRI and CT images provides comprehensive navigation information, which is helpful to maximize the resection of tumors and benefit for the safety of skull base microsurgery.

neuronavigation; skull base neoplasms; microsurgery

R 816.1

A

2095-5227(2015)05-0411-04

10.3969/j.issn.2095-5227.2015.05.002

時間：2015-02-12 10:37

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20150212.1037.002.html

2014-12-02

國家自然科學基金項目(3080049)

Supported by the National Natural Science Foundation of China(3080049)

吳東東，男，在讀碩士。研究方向：神經導航技術。Email: 769605008@qq.com

許百男，男，主任醫師，教授，博士生導師。Email:shj wkk@sina.com