超聲-MRI融合導航技術在神經外科手術中價值的初步探討

胡 星 王 涌 呂仁華 楊柳松 徐 榮 顧宇翔

MRI神經導航從1986年首次應用于臨床后，現已廣泛應用于神經外科手術中。其擁有良好的軟組織分辨率，且不受氣體、骨骼影響，術中對病灶進行定位和引導，可提高手術的準確性和安全性［1］。但神經導航使用的是術前影像資料，由于術中隨著顱骨的打開、腦脊液的流失，病灶不可避免地會發生腦移位，造成導航定位的偏差，尤其一些體積小的病灶會出現導航失敗而無法找到病灶。術中超聲具有實時性，不存在腦漂移現象，但其較低的軟組織分辨率限制了臨床應用。而超聲-MRI融合導航技術能結合二者的優點，最早由Roberts于1986年首次應用于神經外科術中定位［2］。近年來，超聲-MRI融合導航技術有了長足進步，可以非常便捷地將MRI的高空間分辨率和超聲的實時性進行互補，顯示出廣闊的應用前景［3］。常規超聲對于顱腦是盲區，超聲-MRI融合導航技術彌補了常規超聲的不足，使得病灶于術前得以顯現、精確定位。此外，由于超聲實時性的特點，可動態跟蹤手術進程，并通過瘤腔和術前MRI融合圖像，指導手術切除方向，為精準切除病灶提供保證。

方 法

1.研究對象

納入2018年1月—2018年12月在我院神經外科進行手術的患者，其中試驗組34例，為超聲-MRI融合導航組，對照組62例，為MRI神經導航組。所有患者均為單發病灶，均經過術后病理證實。

2.儀器與設備

超聲機型：百勝公司（ESAOTE SPA；Milan，Lombardy，Italy）MayLab Twice。超聲探頭：淺表探頭La332，頻率3～11 MHz，直徑5 cm；小微凸探頭SC3123，頻率3～9 MHz，直徑4 cm。磁共振導航機型：美敦力公司 （Medtronic Inc.；Niapolis，Minnesota，USA）Medtronic StealthStation-S7。磁共振機型：美國通用電氣公司（General Electric Company；Boston，Massachusetts，USA）GE Signa HDxt 3.0T。CT機型：東芝公司（Toshiba；Tokyo Port Area，Japan）TOSHIBA Aquilion tsx-101A 64排。

3.檢查方法

3.1 MRI神經導航和超聲-MRI融合導航

術前患者頭顱體表標記6～10個進行常規磁共振增強（造影劑：釓噴酸葡胺注射液）掃描（圖1A），圖像刻入光盤，并將DICOM圖像分別導入磁共振導航（圖1B）和超聲-MRI融合導航系統（圖1C），根據術前影像信息勾畫手術的體表邊界，并以此作為擬開顱范圍。

圖1 術前導航和擬開顱范圍

3.2 術中腦漂移糾正（圖2）

圖2 超聲-MRI融合導航校正腦漂移

隨著顱骨和硬腦膜的打開，腦脊液的流失，病灶在MRI神經導航上會發生程度不同的漂移。術中超聲具有實時性，試驗組應用Fine Tuning功能，通過平移、旋轉超聲圖像，消除腦漂移，使術中超聲圖像和術前MRI增強圖像重新匹配，并測量各病灶的漂移距離和病灶中心距離腦表面的深度，分析病灶漂移距離和深度之間的相關性。

3.3 超聲-MRI融合導航判斷病灶殘余

病灶切除后超聲實時圖像與術前MRI增強圖像的同一切面相融合，通過觀察瘤腔與術前瘤體的吻合程度，判斷病灶切除程度（圖3）。以手術后即刻CT為參照，比較試驗組和對照組病灶殘余陽性率的差異。

圖3 術后超聲-MRI融合對殘余病灶評估（瘤腔邊緣呈厚壁環狀高回聲，紅箭所指）

4.判定標準和定量測定

對所有患者均依據術后即刻CT觀察病灶有無殘留。判定標準［4-5］：①術后CT對比術前CT或MRI增強圖像，同一平面對照；②術后即刻CT觀察手術切緣（是否有結節，異常實質性密度），必要時待出血或氣體吸收后觀察圖像；③對于形態不規則腫塊，必須多個平面綜合分析。

5.統計學分析

采用SPSS 19.0統計軟件進行分析，P＜0.05為有統計學意義判定標準，計量資料均以xˉ±s表示，組間比較采用χ2檢驗，計數資料采用回歸法分析相關性。

結 果

1.試驗組和對照組一般情況

試驗組男性18例 （52.9%），女性16例（47.1%），對照組男性29例（46.8%），女性33例（53.2%）；試驗組年齡22～71歲，平均 （59.8±4.3）歲，對照組年齡18～71歲，平均（49.8±3.3）歲。病灶分布、大小、深度和病理結果比較見表1、2。經卡方檢驗和方差分析，試驗組和對照組之間性別，年齡，病灶分布、大小、深度和病理結果的差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表1 病灶分布比較

2.試驗組患者病灶深度與漂移距離相關性分析

以患者病灶深度為橫坐標，漂移距離為縱坐標，繪制散點圖（圖4），并根據散點走形趨勢，計算兩者相關性。經回歸分析，得出病灶深度與漂移距離呈明顯負相關（r=-0.918，P＜0.05）。

圖4 試驗組患者病灶深度與漂移距離關系

3.試驗組和對照組術后切緣判定與CT符合率比較

術中切緣的準確判斷對病灶的完整切除起到決定性作用。本研究試驗組中良性病灶16例，惡性病灶18例；對照組中良性病灶32例，惡性病灶30例。試驗組中29例經超聲-MRI融合診斷均判斷為切緣陰性，2例有殘留（圖5），與術后CT診斷結果一致；另有3例CT顯示有腫瘤殘余，但融合診斷漏診。對照組中41例與術后CT診斷結果一致，21例CT顯示腫瘤殘余。試驗組病灶全切率為85.3%（29/34），高于對照組的66.1%（41/62），差異有統計學意義（P＜0.05）。

圖5 膠質母細胞瘤（59歲女性患者）術后超聲-MRI融合導航病灶殘留

表2 試驗組和對照組病灶的大小、深度和病理結果的比較

2組患者良、惡性病灶術后切緣判斷與術后CT的符合情況見表3。經卡方檢驗，試驗組所有病灶術后切緣判斷準確率和惡性病灶術后切緣判斷準確率均高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）；試驗組良性病灶術后切緣判斷準確率與對照組間差異無統計學意義（P＞0.05）。

表3 試驗組和對照組術后切緣判斷與術后CT符合情況n（%）

討 論

1.病灶深度與漂移距離的相關性

由于顱腦手術過程中顱壓的改變，使顱內病灶產生不定向的位置移動，即腦漂移，其會導致MRI神經導航定位發生偏差。產生腦漂移的原因可能為［6-7］：①術中顱骨的去除，支撐結構的解除，使腦壓下降，病灶向低壓方向偏移；②腦脊液的丟失，使得限制病灶移動的阻力降低，病灶發生更大程度移位；③實體病灶切除過程，病灶體積的縮小，引起殘余病灶產生移位。術中腦漂移導致術前影像不能反映術中病灶真實的信息，一直是MRI神經導航普遍存在的問題。

國內尚未有對顱內小體積病灶進行MRI神經導航腦漂移的研究，楊麗新等［8］對腦漂移概念進行了初步介紹，但未詳細闡明漂移機制以及意義。國外已開 展 相 關 臨 床 研 究［9］， 一 些 學 者 ， 如Prada等［10］，Ohue等［11］意識到腦漂移的重要性，并以此為依據進行術前定位和腦切除范圍制訂。本研究發現超聲融合導航對于顱內相對較小病灶（腫塊最大徑≤腦漂移距離）的意義尤為重要。其中試驗組有5例（14.7%，5/34），患者硬腦膜打開后，MRI神經導航指定的手術位置不能探及病灶，必須使用超聲重新定位。操作中應用融合成像Fune Tuning功能，將術中實時超聲圖像與術前MRI增強圖像再次校正，對準確定位手術切口有很大幫助。

理論上，由于重力作用及周圍腦組織緩沖作用，不同深度病灶的腦漂移距離不同：病灶越深，漂移距離越小；病灶越淺，漂移距離越大。本研究中，試驗組34例患者均有不同程度腦漂移，回歸分析結果顯示病灶距表面距離與病灶深度呈負相關（r=-0.918）。試驗組中有3例（8.8%，3/34）患者結果出現較大偏差，其原因可能為：①病灶大小和形態不同，對于壓力的降低其所產生的漂移有所不同；②研究中取病灶中心為參照點，對于形態不規則病灶，各部位漂移程度和方向亦不同；③對于深度不同病灶，壓力的降低其腦組織緩沖代償亦有所不同。研究發現，術前正確認識腦漂移重要性及漂移距離，及時糾正腦移位將明顯減少術中對正常腦組織的損傷。超聲-MRI融合導航不僅能糾正腦漂移，準確地定位病灶，而且還能實時地進行術中導航，對殘余病灶進行評估。國外文獻［12-14］有應用超聲-MRI融合導航技術對術后切緣進行良好評估的報道，國內亦有對該應用進行研究的報道。不過多數研究還是停留在靜態的體表標記，倘若患者體位改變，或者需要變動頭架，原先的術前定位就不再適用。本研究中，我們嘗試動態融合定位病灶的方法，以消除手術過程中因變動患者和磁體相對位置的影響，取得了較好的效果。

2.超聲-MRI融合成像在病灶切除中的價值

對本研究中的試驗組和對照組進行對比分析發現，試驗組的病灶完全切除率、對所有病灶的術后切緣判斷準確率均明顯高于對照組，二者間的差異均有統計學意義（P＜0.05）。其中，對良性病灶的術后切緣判斷準確率在試驗組和對照組之間差異無統計學意義（P＞0.05）；而對惡性病灶的術后切緣判斷準確率，試驗組高于對照組，二者差異有統計學意義（P＜0.05）。因此，超聲-MRI融合導航對邊界不清的惡性腫瘤，更有臨床價值。通過超聲-MRI融合導航，可提高惡性腫瘤的全切除率，與文獻［7.12］報道一致。

本研究中，試驗組有3例（3/34）患者CT顯示有腫瘤殘余，超聲-MRI融合圖像漏診。究其原因可能為：①3例患者均為惡性膠質瘤，腫瘤對周邊腦組織浸潤，單從切緣并不能診斷腫瘤是否有殘留；②術前MRI增強能夠對腫瘤主體顯影，對于惡性腫瘤波及周邊腦組織顯示有限，因此與術前就顯示不全面的圖像融合，術后殘留概率本身就大；③對于形態不規則腫塊，術后瘤腔與術前腫塊不能完全重疊，這對于一些低度惡性腫瘤，雖然腫瘤邊界較清晰，但由于挖除腫塊后瘤腔已不能和術前影像重疊。

綜上所述，超聲-MRI融合導航對于手術完整切除病灶及判斷術后切緣病灶是否殘留，進一步確定治療方案有較大指導作用。同時為避免漏診，需多角度、多方位對比觀察以提高診斷準確性。

3.結論

超聲-MRI融合導航可實時糾正腦漂移，對發生移位的病灶進行重新定位。術后超聲圖像與術前MRI融合成像，可對比分析瘤腔邊緣性質，輔助病灶的完整切除，能提高病灶尤其是惡性病灶的全切除率。