磁敏感成像結合傳統影像技術用于帕金森病腦深部電刺激術術前針道設計

黃輝 崔桂云 路莉 祖潔 崔晨晨 張偉 董瑞果 江慧 于成 徐凱肖其華 于如同○☆

腦深部電刺激術（deep brain stimulation，DBS）是目前治療中晚期帕金森病最有效的方法，但極少數患者可導致顱內出血及靜脈性梗塞，嚴重者可引起長期昏迷甚至死亡。其重要原因是穿刺及植入電極過程中損傷顱內血管，因此在術前針道設計時仔細避開血管非常重要。目前常用的3D T1像及T2像往往只能部分顯示硬腦膜及腦表面血管，用于針道設計會遺漏很多血管。因3D T1增強像在顯示腦組織內動脈性血管有優勢，有些帕金森病中心將其用于針道設計，但腦組織內靜脈性血管在設計時仍可能遺漏。SWI在卒中篩查中能清楚顯示腦組織內靜脈性血管[1]，本研究將SWI與T1增強像及T2像結合以期提高針道設計時顱內血管的檢出率，降低DBS手術的出血風險。收集徐州醫科大學附屬醫院帕金森病診療中心2017年6月到2017年10月采用丘腦底核（subthalamic nucleus，STN）DBS手術的 10例帕金森病患者，術前行T2像、3D T1增強像及SWI掃描，重點比較其在術前針道設計中對顱內血管的檢出率，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 一般資料DBS手術病例入選標準：①原發性帕金森病，其診斷符合英國帕金森病學會腦庫帕金森病臨床診斷標準；②既往多巴胺類藥物治療有效；③抗帕金森病藥物療效明顯下降或出現嚴重運動癥狀波動，影響生活質量；④無特殊基礎病及慢性病；⑤Hoehn-Yahr分級集中在 3～4級，病程5年以上。以下情況予以排除：①嚴重認知障礙、精神癥狀患者；②各種繼發性帕金森綜合征；③有明顯腦萎縮或顱內腫瘤患者；④有慢性基礎疾病且預期壽命不超過1年。共收集10例患者，男女各 5 例，年齡 53～76 歲，平均(62±3)歲，病程7～15年，中位病程10年。術前評估及手術方法詳見以前報道[2]。術前評估采用：①多巴胺沖擊試驗，UPDRSⅢ評分提高均在35%以上，UPDRSⅡ提高30%以上；②認知及精神測試。手術方法：植入電極均為美國 Medtronic公司3389型，脈沖發生器為 KINETRA7428型。手術方法采用國際標準化操作流程。術后1個月，啟動脈沖發生器并設置刺激參數，6個月后逐漸減少美多芭等藥物劑量，使抗帕金森病藥物與電刺激協同作用，多次調整刺激參數，以獲得最佳綜合治療效果。

1.2 影像學檢查患者均在GE750W3.0MRI上掃描，術前MR檢查包括3D T1平掃及增強、T2軸位及冠位、SWI，應用瑞典Leksell SurgiPlan系統將T1、T2及SWI等圖像進行融合。采用仰臥位，先掃描T1定位像（中線部位15層即可），明確AC-PC線，調整后續掃描線使軸位與之平行，冠位與之垂直，中線則與人體軸線平行。FSE-T2WI軸位掃描參數：平行于前后聯合，TR 5348 ms，TE 102 ms，翻轉角度 111°，FOV 240 mm，層厚/層間距 2.0/0.0 mm,共50層，激勵次數為3，帶寬±31.25 kHz。FEST2WI冠狀位掃描參數：垂直于前后聯合，TR 5339ms，TE 102 ms， 翻轉角度 111°，FOV 240 mm,層厚/層間距2.0/0.0 mm,共50層，激勵次數為3，帶寬±31.25 kHz。SWI（即GE公司的ESWAN序列）掃描參數:TE 5.5 ms,TR 44.5 ms，翻轉角度20°,帶寬±41.67 kHz,FOV240 mm, 層厚/層間距2.0/0.0 mm。

1.3 針道設計及觀察方法T1增強像、T2像及SWI融合后先確定AC-PC線，再設計STN內靶點，分中央、前方、后方、內側及外側共5個，中央靶點坐標為 X 軸 10～12 mm，Y 軸 1～2.5 mm，Z軸 4～6 mm，周圍4個靶點距中央分別為2 mm（如前方靶點Y軸減少2 mm，X軸及Z軸與中央靶點一致；其余靶點類推），如圖1所示。中央靶點針道設計為Arc 左側 105°右側 75°及 Ring 58°，前方、后方、內側及外側針道與中央針道平行。每個患者雙側STN共10個針道，10例患者100個針道。每個針道及靶點設計完畢后在Leksell SurgiPlan軟件的重建模型上從硬膜、腦表面及腦內行走至靶點，三維（冠狀位、水平位及有矢狀位）動態觀察針道及其周圍2 mm是否存在血管，如果存在血管則統計整個針道出現的血管數量。同時在T2像及SWI上測量過中央靶點與STN長軸垂直的STN寬度。由神經外科及影像科各一名專家分別參與觀察與統計，取二者相加后平均值作為最終數值。

圖1STN內靶點設計及過中央靶點測量STN寬度示意圖(紅點)：A,中央；B，前方；C，后方；D，內側；E，外側；F，STN 外側界；G，STN內側界；線段FG為過中央靶點的STN寬度（垂直于STN長軸）

1.4 統計方法采用SPSS 18.0進行統計學分析，定量數據描述采用均數±標準差(x±s)表示。采用配對t檢驗，檢測水準α=0.05。

2 結果

2.1 三種成像方法顯示的血管數比較三種MRI成像方法均設計有100個針道。T2像上有12個針道（12%）觀察到血管，總血管數為26根，其中24根血管位于腦膜及腦表面 （占血管數92.3%），每個針道顯示的血管數為2.0±0.2。T1增強像上有22個針道（22%）觀察到血管，總血管數為72根，其中腦膜及腦表面41根（56.9%），腦組織內31根（43.1%），每個針道顯示的血管數為3.0±0.3。SWI上有62個針道觀察到血管，總血管數為266根，其中腦膜及腦表面42根（15.8%），腦組織內224根（84.2%），每個針道顯示的血管數為4.0±0.3。

對存在血管的針道數、血管總數及每針道血管數三個值進行比較，結果顯示SWI上最多、T1增強像其次、T2像最少。T2像主要顯示腦膜及腦表面血管（占血管數92.3%），對腦組織內血管很少顯示。T1增強像腦表面及腦組織內血管均可顯示，但主要是動脈性血管。SWI上顯示的血管數遠遠多于T2像及T1增強像，主要是腦組織內血管尤其是靜脈性血管。

2.2 SWI與T2像測量的STN寬度比較100個針道中，SWI上測量的 STN寬度為 3.0±0.3mm，T2像上為 4.0±0.6mm，后者明顯大于前者（t=1.371，P=0.0271）。

3 討論

STN-DBS手術取得良好療效的關鍵是將電極精準植入特定的靶點，術前靶點及針道設計極其重要。術前設計主要依賴于影像學檢查，目前常用的T2像及T1增強像仍然存在核團顯示不清及血管顯示不完全等問題，因此有必要開發新的影像學檢查方法。SWI因其能清晰顯示順磁性物質含量豐富的基底節及腦內小血管，近年來逐漸應用于腦卒中及神經變性疾病的病情評估，亦有少量報道用于DBS術前檢查[3]。DBS手術嚴重并發癥如梗塞及出血的發生率極低（約1%～3%）。但一旦發生則可能導致患者偏癱、失語，甚至昏迷及死亡[4]。其發生與手術穿刺過程中對腦血管的干擾有很大關系，因此術前設計針道應該從腦回處進針且全程避開血管及腦室。如果針道設計不細致，術中穿刺就可能損傷血管導致癥狀性出血和梗塞[5]。動脈損傷會導致蛛網膜下腔或腦實質出血，引起急性神經功能障礙。靜脈損傷可引起特征性的腦水腫或電極附近形狀不規則的皮質下出血，往往導致亞急性神經功能缺損[6]。針道設計依賴術前MR檢查，不僅要求能清晰顯示靶點（如STN），而且應盡可能提高腦內血管的可視化水平。T2像因“開花現象”顯示的STN往往比實際偏大（主要體現在寬度），背外側與蒼白球傳出纖維束分界模糊不清，嚴重影響術前靶點設計。而且T2像因“流空效應”僅能顯示腦膜腦表面及腦內較大血管，用于針道設計會遺漏很多小血管。近年來常用的T1增強對較小動脈血管能清楚顯示，已經成為針道設計的常規參考方法。但增強掃描時需注射造影劑，在特定情況下會引起不良反應，如過敏反應、消化道反應、神經毒性、血管毒性、腎毒性等，其中過敏反應最常見，少數患者可導致嚴重后果。SWI不需注射造影劑，是否顯像清楚主要與順磁性物質如鐵含量的多少有關，基底節如STN等鐵含量豐富故能較清楚顯示。不管是腦表面還是腦內的血管特別是小靜脈血管也能在SWI上清楚顯像，因其含鐵豐富并與周圍腦組織能形成強烈的對比的緣故[7]。

本研究發現T1增強像、T2像及SWI三種掃描方法中，顯示血管的效果SWI最優、T2最差。T1增強像及T2像能顯示的血管在SWI中均能清楚顯示，SWI還能額外顯示一些細小的腦組織內血管。40%的針道在SWI中有血管而在T1增強像中未顯示，可能與造影劑顯像的延遲性與滯后性有關。分析發現SWI額外顯示的血管多為腦實質內小的靜脈性血管或橫穿支血管，可能原因為靜脈含有較多的脫氧血紅蛋白，其鈣及含鐵血黃素豐富，這相對于周圍腦組織是順磁性的，因此在SWI上能低信號顯影[8]。SWI能顯示比T1增強像及T2像更多的腦血管，如果不做SWI只按照T2規劃針道有很大概率在術中穿刺時碰到血管。本組10例患者術前采用T1增強像、T2像及SWI融合規劃針道，術中無一例出現出血及梗塞。但整體病例數偏少，SWI在術前靶點及針道設計中的優勢還需要今后大宗病例研究。回顧本中心2014年5月到2017年5月完成的72例DBS手術，術前規劃采用T2像設計針道（沒有掃描T1增強像及SWI），手術中僅1例出現少量皮質出血（10mL以下），術后一側肢體輕偏癱，保守治療兩周完全恢復。本中心實施的DBS手術出血率為 1.4%（1/72），與文獻報道基本一致[4，9]。DBS手術穿刺及植入電極時大的動脈血管往往被推離移位而不會被損傷，故引起出血往往是小的血管尤其是靜脈血管的損傷。SWI因其在顯示腦組織內小血管特別是靜脈血管的獨特優勢，故在DBS術前針道設計中具有極大的應用價值。

本研究還發現T2像顯示的STN寬度明顯大于SWI，主要體現在外側界。可能原因是T2像顯示的STN外側界有一部分是蒼白球傳出纖維束，故比實際邊界偏外。而STN背外側含鐵量稀少，故SWI上顯示的外側界往往偏內。DBS中電極植入STN的背外側運動區才能起到良好療效，因此術前影像學檢查是否能清楚顯示STN外側界用于靶點設計十分重要[8]。STN的實際外側界往往在T2像及SWI顯示的外側界之間，故二者結合用于靶點設計更加合理。

目前有文獻研究表明隨著帕金森病進展，鐵在基底節區沉積會越來越多，故應用SWI序列掃描帕金森病患者的基底節（如STN等）可反應病情的嚴重程度[10]。而且SWI掃描可清晰顯示STN的邊界（特別是外側界及與黑質的分界），結合其他MR掃描可用于靶點設計[6]。本研究提示SWI與T1增強像及T2像結合不僅能清楚顯示腦表面及腦組織內血管還能顯示STN的邊界，用于術前規劃設計具有很大的應用價值。