融合MRI与CT图像的多模态神经导航技术在颅底显微外科手术中的应用

吴东东，卜 博，陈晓雷，许百男

解放军总医院 神经外科，北京 100853

融合MRI与CT图像的多模态神经导航技术在颅底显微外科手术中的应用

吴东东，卜 博，陈晓雷，许百男

解放军总医院 神经外科，北京 100853

目的探讨融合MRI与CT图像的多模态神经导航技术在颅底显微外科手术中的应用效果。方法回顾性研究在本院神经外科2013年1月- 2014年4月收治的14例颅底肿瘤患者的临床资料，所有患者均在融合MRI与CT图像的多模态神经导航技术指引下接受显微外科手术。评价肿瘤切除程度及术前、术后神经功能变化。结果14例中，近全切8例，次全切6例。术后3周，12例神经功能改善或同术前，2例神经功能下降，功能下降者行为状态评分(karnofsky performance scale，KPS)＞60，生活可自理。结论融合MRI与CT图像的多模态神经导航技术可为颅底显微外科手术提供全面的导航信息，提高了肿瘤切除程度及手术安全性。

神经导航技术；颅底肿瘤；显微外科手术

颅底肿瘤由于所在位置空间狭小、毗邻重要的神经血管结构、手术入路复杂，其手术切除一直是神经外科的难点之一[1]。本研究回顾性收集14例患有颅底肿瘤并且在融合MRI与CT图像的多模态神经导航技术指引下接受显微外科手术的患者，评价融合MRI与CT图像的多模态神经导航技术在颅底显微外科手术中的应用价值。

资料和方法

1一般资料 2013年1月- 2014年4月在本院神经外科收治的14例患者，男5例，女9例；年龄41 ～ 70岁，中位年龄52.3岁；病变位于前颅底2例，中颅底4例，颈静脉孔区2例，枕骨大孔区3例，小脑桥角区3例。

2影像学检查 术前常规扫描包括CT横轴位(层厚0.625 mm)及磁共振3D T1序列平扫、T2轴位平扫、DTI弥散张量成像、3D T1增强序列；颅底肿瘤往往贴近颅底骨质，甚至侵犯颅底骨质及静脉窦等结构，根据病变周围的结构特点，选择性扫描MRA、MRV等序列。

3制定术前导航计划 将术前扫描获得的影像数据通过局域网或CD光盘传输到导航计划工作站(Vector Vision Sky navigation system，Brainlab，Feldirchen，Germany)，用iPlan2.6的“Image fusion”模块将各扫描序列获得的图像进行融合，应用“Object creation”模块根据病变的特点制定相应手术计划。根据肿瘤的影像学特点，选择相应序列勾勒肿瘤轮廓；利用“Fiber tracking”模块进行纤维束的重建，具体方法参考Nimsky等[2]介绍的方法进行重建。

4术前准备 术前1 d，由术者本人根据肿瘤特点、导航计划及个人手术经验制订手术方案。手术当天将制订好的导航计划通过局域网传输到导航系统(Vector Vesion Sky，Brain Lab Feldkirchen，Germany)，对于仰卧位或侧卧位的病人根据面部特征进行导航注册；对于俯卧位的病人采用人工标记物进行导航注册。

5手术过程 用导航棒在头皮设计手术切口，根据导航计划尽量避开重要的血管神经结构。开颅时，从导航系统调出CT骨窗像，并用导航棒在导航系统引导下设计骨瓣大小。肿瘤切除时，原则上先处理肿瘤的基底供血区域，同时根据导航系统提示，注意避免损伤肿瘤周围的重要神经血管结构；对于侵犯了颅底骨质的肿瘤，在切除肿瘤的同时，除了根据MRI导航提示避开血管神经等软组织结构外，还需从导航系统调出CT骨窗像，根据导航提示，将有肿瘤侵犯的颅底骨质进行磨除；当术者认为肿瘤切除满意时，再次应用导航棒在术腔各个方向探测，以判断肿瘤切除程度；当导航棒在术腔各个方向的位置均已达到肿瘤最大极时，说明肿瘤已切除干净；反之，则根据导航棒提示的信息，继续进行肿瘤切除，直至满意为止。

6肿瘤切除程度及神经功能评估 由不知晓患者病史的研究人员根据患者术前及术后复查的影像学资料计算肿瘤的切除程度(extent of resection，EOR)。肿瘤切除程度计算方法：(术前肿瘤体积-术后肿瘤体积)/术前肿瘤体积。由两名不知晓患者病史的高年资主治医师于术后3周通过查体、问诊评估患者术后KPS评分。

结 果

1手术情况及病理 本组14例均顺利完成图像融合(图1)和导航注册，并在融合MRI与CT图像的多模态神经导航指引下顺利接受手术。手术过程顺利，无导航相关不良事件发生。术后病理：脑膜瘤10例，脊索瘤1例，胆脂瘤1例，副节瘤1例，神经鞘瘤1例。14例中，8例达到近全切除，6例达到次全切除。见表1。

表1 患者临床资料Tab.1 Clinical data about 14 patients

2术后神经功能恢复情况 术后3周，5例认知功能较术前提高、面瘫好转、耳鸣消失；7例临床症状同术前；2例神经功能障碍加重，表现为声音嘶哑、饮水呛咳和听力下降，KPS评分均＞60，生活可以自理。术后随访1 ～ 14个月，14例均未见肿瘤复发。

3典型病例 45岁男性，临床表现为声音嘶哑、饮水呛咳，术前头颅MRI提示病变位于枕骨大孔区，呈长T1长T2信号，增强之后明显强化，与周围组织关系密切；头颅CT提示病变侵犯枕骨髁、颈1侧块关节。该患者在融合MRI与CT图像的多模态神经导航指引下顺利接受手术，手术过程顺利。术后影像证实肿瘤近全切除，术后临床症状较术前稍加重，术后3周临床症状恢复至术前状态，术后病理为脊索瘤。见图2。

图 1 基于MRI扫描序列重建的颈内动脉岩骨水平段(红色部分)与CT骨窗像的解剖结构对应一致，说明MRI与CT图像融合准确率良好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

图 2 患者术前MRI与CT图像融合之后进行多模态神经导航重建。左图MRI T1，右图CT骨窗像。蓝色为重建的锥体束，紫色为感觉传导束，绿色为肿瘤，红色为动脉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

讨 论

颅底肿瘤毗邻重要的神经血管结构，切除时风险极大，加之其位置深、手术空间狭小、部分肿瘤往往伴有钙化和骨质破外，要达到全切除难度大，术中操作损伤常造成各种神经功能障碍[1]。随着神经导航技术应用于颅底显微神经外科，术者可在术前根据导航系统的指引，选择最佳手术入路，设计皮肤切口，以相对较小的创伤代价到达肿瘤部位[3-4]；术中根据导航系统指引，在切除肿瘤的同时，避开重要的神经血管结构，提高了手术的安全性。特别是在切除颈静脉孔区或枕骨大孔区肿瘤的手术过程中，在开颅的同时还要保护好周围的椎动脉、乙状窦等结构，在导航系统的指引下，磨钻钻孔前即可用导航棒探测上述结构在颅骨表面的投影，从而避免钻孔或铣骨瓣时损伤上述结构，减少了出血量，缩短了手术时间。在肿瘤全切方面，导航系统可以实时判断肿瘤是否有残留以及肿瘤残留的位置，从而有效地避免遗漏肿瘤死角，提高切除率。

本研究14例中，5例术后症状较术前有所好转，7例稳定，2例症状较术前加重，其中1例术后3周神经功能恢复至术前，另外1例长期神经功能致残。2例神经功能症状加重患者由于术中操作牵拉、压迫等原因，损伤个别脑神经，出现相应症状[5]，并发症发生率14.3%。Di Maio等[6]报道手术切除117例颅底肿瘤术后并发症发生率为17.9%，与本组结果基本一致。

本组1例出现长期神经功能致残，表现为吞咽困难、声音嘶哑、饮水呛咳，原因是肿瘤体积较大，双侧的后组脑神经均已受累，患者在术前已经表现出部分后组脑神经症状，术中切除肿瘤时造成相应脑神经的骚扰，使对侧脑神经代偿能力丧失，造成长期神经功能损伤。因此，对于功能区肿瘤，过分追求肿瘤切除率而忽略了功能的保留并不被大多数学者接受[7]；在肿瘤切除与功能保留之间寻找平衡点，术后辅以放化疗等辅助治疗，往往能取得较好的临床效果[8-9]。

既往有单一基于MRI或CT图像的导航系统应用于颅底显微神经外科[10]。然而MRI和CT在显示组织方面各有优缺点：MRI在空间分辨率、显示血管神经及软组织等方面有优势，CT则能较好反应骨质、钙化和出血成分[11-12]。将MRI与CT图像融合，同时应用于颅底显微神经外科，在国内尚未见类似报道。与颅内其他部位肿瘤不同，颅底肿瘤毗邻颅底骨质，除了与周围神经血管等软组织关系密切外，肿瘤往往有钙化及骨质破外。融合MRI与CT图像的多模态神经导航技术在颅底显微外科手术中的应用，可以将MRI和CT在显示组织上的优势充分结合，能够全方位显示肿瘤与周围组织的关系，颅底显微外科手术提供更加全面的信息。值得注意上的是，导航的图像融合的效果直接影响着导航的准确性，因此在将CT和MRI图像进行融合之前，要求CT扫描的层厚要小于1 mm[12]，本组采用0.625 mm超薄层CT扫描，取得较好的融合效果。

脑脊液流失、脑漂移等因素往往造成导航准确性下降[13-14]。克服这个问题，需要造价昂贵的术中磁共振系统对病人进行术中扫描，采集最新的影像学资料，重新制作并更新导航计划[15-16]；然而本组14例中没有发生类似情况，原因在于颅底结构相对固定，不会因为脑脊液流失造成脑组织明显漂移，融合MRI及CT图像的多模态神经导航技术应用于颅底显微外科手术中的优势也在于此[17]。

尽管如此，融合MRI与CT图像的多模态神经导航技术的一些局限性也值得注意。首先，将MRI及CT图像进行融合并制订相应导航计划过程烦琐，要求外科医生熟练掌握计划制订的相应软件；其次，导航系统造价昂贵，部分神经外科单位没有配置；最后，在使用导航的过程中，往往需要将导航棒深入术腔探测，某种程度上增加了医源性损伤的可能。

融合MRI与CT图像的多模态神经导航技术可为术者提供实时、全方位的导航信息，让部分手术操作定量化，某种程度上降低了手术的难度系数，增加了外科医生的信心[3,17]，同时保证了手术的安全性，提高了肿瘤的全切率，有效保护了患者的神经功能，实现了“最大化地切除病变，最小的脑功能损伤，最佳的术后恢复”的目标[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

时间：2015-02-12 10:37

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

2014-12-02

国家自然科学基金项目(3080049)

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

吴东东，男，在读硕士。研究方向：神经导航技术。Email: 769605008@qq.com

许百男，男，主任医师，教授，博士生导师。Email:shj wkk@sina.com