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1 中 国 现 代 神 经 疾 病 杂 志 2012 年 12 月 第 12 卷 第 6 期 Chin J Contemp Neurol Neurosurg, December 2012, Vol. 12, No 多 模 态 影 像 融 合 技 术 在 神 经 外 科 的 应 用 及 进 展 专 题 讲 座 赵 岩 孙 健 杨 学 军 摘 要 随 着 医 学 影 像 学 诊 断 技 术 的 进 步, 为 了 综 合 解 剖 结 构 影 像 (CT MRI B 超 等 ) 和 功 能 影 像 ( 功 能 磁 共 振 成 像 扩 散 张 量 成 像 正 电 子 发 射 体 层 摄 影 术 等 ) 的 优 势, 多 模 态 影 像 融 合 技 术 应 运 而 生, 并 且 有 了 较 大 发 展, 使 神 经 外 科 的 理 念 有 了 极 大 转 变 近 年 来, 以 影 像 融 合 为 基 础 的 功 能 神 经 导 航 和 术 中 磁 共 振 成 像 等 技 术 更 是 给 神 经 外 科 带 来 革 命 性 的 变 化, 使 神 经 外 科 尤 其 是 脑 实 质 内 病 变 的 手 术 方 式 取 得 显 著 进 步 利 用 多 模 态 功 能 神 经 导 航 技 术 可 以 标 记 并 在 术 中 保 护 重 要 脑 功 能 结 构, 以 最 大 化 地 提 高 患 者 术 后 生 存 质 量, 有 效 延 长 患 者 术 后 生 存 时 间, 对 改 善 重 要 脑 功 能 区 的 手 术 疗 效 减 少 术 后 并 发 症 具 有 重 要 临 床 意 义 关 键 词 体 层 摄 影 术, 螺 旋 计 算 机 ; 磁 共 振 成 像 ; 超 声 检 查 ; 正 电 子 发 射 断 层 显 像 术 ; 神 经 外 科 ( 学 ); 综 述 DOI: /j.issn The application and progress of multimodality image fusion in neurosurgery ZHAO Yan, SUN Jian, YANG Xue jun Department of Neurosurgery, Tianjin Medical University General Hospital, Tianjin , China Corresponding author: YANG Xue jun ( ydenny@yahoo.com) Abstract With the advance of medical imaging, multimodality image fusion emerged to combine the advantages of anatomical imaging including computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), B Ultrasonography (BUS), etc. and functional imaging including functional MRI (fmri), diffusion tensor imaging (DTI), positron emission tomography (PET), etc., and has made great progress. Accordingly, the neurosurgical concept has changed dramatically. In recent years, functional neuronavigation and intraoperative MRI (imri) based on image fusion have made revolutionary progress in neurosurgical procedures, especially for cerebral parenchymal lesions. With the help of multimodal functional neuronavigation, neurosurgeons can intraoperatively mark and protect the brain functional structure. This new technology improves the surgical effect a lot in brain functional areas, reduces postoperative complications, and maximally ensures high quality of life and long survival of patients after operation. Key words Tomography, spiral computed; Magnetic resonance imaging; Ultrasonography; Positron emission tomography; Neurosurgery; Review 自 20 世 纪 初 伦 琴 发 现 X 射 线 以 来, 医 学 影 像 学 技 术 不 断 进 步, 特 别 是 近 30 年 来, 计 算 机 科 学 的 发 展, 更 是 革 新 了 医 学 影 像 学 诊 断 技 术, 疾 病 的 诊 断 方 式 也 随 之 发 生 显 著 变 化 近 年 来, 随 着 计 算 机 和 影 像 图 形 等 相 关 技 术 逐 渐 融 入 医 学 领 域, 医 学 影 像 的 质 量 和 显 示 方 法 有 了 极 大 改 善, 使 诊 断 与 治 疗 水 平 大 为 提 高, 为 医 学 影 像 学 研 究 和 发 展 提 供 了 坚 实 [1] 的 基 础 在 神 经 外 科 领 域, 神 经 系 统 因 其 自 身 的 特 殊 性, 大 脑 解 剖 结 构 及 功 能 仍 存 在 大 量 未 知 领 作 者 单 位 : 天 津 医 科 大 学 总 医 院 神 经 外 科 通 讯 作 者 : 杨 学 军 ( ydenny@yahoo.com) 域, 几 乎 所 有 医 学 成 像 技 术 均 与 之 相 关, 新 的 成 像 技 术 及 理 念 层 出 不 穷, 其 中 以 多 模 态 影 像 融 合 技 术 为 基 础 的 功 能 神 经 导 航 及 术 中 磁 共 振 成 像 (imri) 技 术 己 经 成 为 神 经 外 科 的 重 要 工 具, 其 应 用 贯 穿 于 整 个 神 经 外 科 临 床 工 作 一 多 模 态 影 像 融 合 技 术 的 发 展 及 原 理 由 于 成 像 原 理 和 设 备 不 同, 临 床 上 通 常 需 要 利 用 多 种 模 态 成 像 的 信 息 大 的 方 面 来 说, 可 以 分 为 描 述 形 态 的 解 剖 成 像 和 描 述 人 体 功 能 或 代 谢 的 功 能 成 像 解 剖 成 像 包 括 X 线 CT MRI 超 声 成 像 数 字 减 影 血 管 造 影 术 (DSA) 等 功 能 成 像 包 括 单 光 子 发 射 计 算 机 体 层 摄 影 术 (SPECT) 正 电 子 发 射 计 算

2 646 中 国 现 代 神 经 疾 病 杂 志 2012 年 12 月 第 12 卷 第 6 期 Chin J Contemp Neurol Neurosurg, December 2012, Vol. 12, No. 6 机 体 层 显 像 技 术 (PET) 功 能 磁 共 振 成 像 (fmri) 扩 散 张 量 成 像 (DTI) 磁 共 振 波 谱 (MRS) 分 析 灌 注 成 像 (PWI) 等 不 同 模 态 的 医 学 影 像 学 诊 断 技 术 可 以 从 各 个 方 面 提 供 不 同 的 信 息, 不 同 成 像 方 法 各 有 优 缺 点, 且 各 种 模 态 之 间 具 有 互 补 性, 临 床 上 通 常 需 要 采 用 多 种 模 态 成 像, 即 对 同 一 例 患 者 进 行 多 种 模 态 或 同 一 种 模 态 的 多 次 成 像, 以 了 解 病 变 组 织 或 器 官 的 综 合 信 息, 作 出 更 加 精 准 的 诊 断 或 制 定 更 加 合 [2] 理 的 治 疗 方 案 所 谓 影 像 融 合 (image fusion) 系 指 影 像 信 息 的 融 合, 是 信 息 融 合 技 术 在 医 学 影 像 学 领 域 的 应 用, 即 利 用 计 算 机 技 术 将 各 种 影 像 学 检 查 所 获 得 的 影 像 信 息 进 行 数 字 化 综 合 处 理, 多 元 数 据 协 同 应 用, 进 行 空 间 配 准 后, 不 同 模 态 影 像 取 长 补 短, 融 合 成 一 种 全 新 的 信 息 影 像, 在 同 一 帧 影 像 上 表 达 来 自 多 种 成 像 源 的 信 息, 以 获 得 研 究 对 象 的 一 致 性 描 述, 同 时 融 合 各 种 检 查 方 法 的 优 势, 以 达 到 计 算 机 辅 助 诊 断 之 目 的 ( 图 1) 影 像 融 合 不 是 简 单 的 叠 加, 它 产 生 的 是 新 的 蕴 含 更 多 有 价 值 信 息 的 影 像, 即 达 到 > 2, 甚 至 是 远 大 于 2 正 是 有 了 影 像 融 合 技 术 的 发 展 进 步 作 为 基 础, 才 使 得 功 能 神 经 导 航 成 为 可 能, 术 中 磁 共 振 成 像 术 中 B 超, 以 及 术 中 CT 等 术 [3] 中 成 像 技 术 得 以 发 展 目 前 有 多 种 医 学 影 像 学 计 算 机 软 件 能 够 实 现 影 像 融 合 的 技 术, 常 用 软 件 有 SPM DTI studio 3D slicer,iplan 等, 这 一 技 术 越 来 越 受 到 关 注 并 广 泛 应 用 于 临 床 融 合 影 像 有 多 种 直 观 显 示 方 法, 常 用 方 法 有 断 层 显 示 法 和 三 维 显 示 法 融 合 影 像 的 显 示 往 往 以 某 个 影 像 为 基 准, 该 影 像 以 灰 度 色 阶 显 示, 另 一 个 影 像 叠 加 在 基 准 影 像 上, 用 彩 色 色 阶 显 示 (1) 断 层 显 示 法 : 对 于 某 些 ( 得 到 原 始 数 据 ) 影 像 融 合, 可 将 融 合 的 三 维 数 据 以 横 断 面 冠 状 位 和 矢 状 位 断 层 影 像 同 步 显 示, 便 于 观 察 者 进 行 诊 断 (2) 三 维 显 示 法 : 将 融 合 的 三 维 数 据 以 三 维 影 像 的 形 式 显 示, 使 观 察 者 可 以 更 加 直 观 地 观 察 病 灶 的 解 剖 位 置, 在 外 科 手 术 计 划 放 射 治 疗 计 划 的 制 定, 以 及 功 [4] 能 神 经 导 航 中 具 有 重 要 意 义 二 可 供 融 合 的 多 模 态 神 经 系 统 影 像 技 术 1. 功 能 磁 共 振 成 像 血 氧 水 平 依 赖 的 功 能 磁 共 振 成 像 (BOLD fmri) 技 术 是 目 前 功 能 磁 共 振 基 础 研 [5] 究 和 临 床 应 用 中 最 重 要 领 域 之 一,Ogawa 等 于 1990 年 首 先 报 告 了 血 氧 水 平 依 赖 的 成 像 效 应, 他 们 发 现 毛 细 血 管 床 中 氧 合 血 红 蛋 白 减 少 时 可 出 现 MRI 信 号 的 降 低, 而 且 这 种 信 号 的 降 低 不 只 发 生 在 血 液, 于 是 他 们 认 为 这 种 成 像 效 应 是 血 液 的 磁 场 性 质 变 化 引 起 的, 类 似 于 静 脉 注 射 对 比 剂 所 引 起 磁 场 性 质 变 化 的 机 制 在 脑 组 织 毛 细 血 管 内 有 氧 合 血 红 蛋 白 和 去 氧 血 红 蛋 白, 去 氧 血 红 蛋 白 具 有 磁 敏 感 效 应, 可 使 脑 组 织 T2WI 信 号 降 低 ; 而 氧 合 血 红 蛋 白 不 具 有 磁 敏 感 效 应, 不 会 使 脑 组 织 信 号 产 生 变 化, 因 此 去 氧 与 氧 合 血 红 蛋 白 之 间 即 形 成 了 一 种 信 号 对 比 神 经 元 活 动 能 够 改 变 局 部 去 氧 氧 合 血 红 蛋 白 的 相 对 含 量, 即 氧 合 血 红 蛋 白 浓 度 增 高 去 氧 血 红 蛋 白 浓 度 降 低, 局 部 血 液 含 氧 量 增 加 ; 去 氧 血 红 蛋 CT T1WI DTI 18 F FDG PET 图 1 女 性 患 者,56 岁 局 灶 性 癫 发 作 1 个 月,CT 检 查 显 示 右 侧 额 颞 顶 叶 交 界 区 高 密 度 影 ;MRI 检 查 显 示 轻 度 强 化 病 灶 ;PET 检 查 发 现 C 蛋 氨 酸 ( C Met) 18 F 脱 氧 葡 萄 糖 ( 18 F FDG) 均 有 代 谢 物 浓 集, 但 范 围 不 完 全 一 致 将 所 有 影 像 学 资 料 融 合, 制 定 手 术 计 划, 病 灶 内 侧 邻 近 锥 体 束, 在 功 能 神 经 导 航 引 导 及 术 中 磁 共 振 成 像 辅 助 下 切 除 病 灶 病 理 结 果 显 示 为 少 突 胶 质 细 胞 瘤 (WHOⅡ 级 ) 患 者 术 后 早 期 出 现 左 侧 肢 体 肌 力 减 弱,1 个 月 后 恢 复 正 常 Figure 1 A 56 year old female patient suffered focal epileptic seizures for 1 month. CT scan demonstrated high density lesion in the right frontal temporal parietal junction area, and MRI indicated slight enhancement. PET showed metabolite concentration both of C methionine ( C Met) and 18 F fluorodeoxyglucose ( 18 F FDG), but the extents were not exactly the same. All the image data were fused together to make an operation plan, finding the medial lesion adjacent to the pyramidal tract. Assisted with the functional neuronavigation and imri, the lesion was resected and the pathologic result was oligodendroglioma (WHO Ⅱ). The patient suffered muscle weakness of left limbs after operation in the early period, but returned to normal 1 month later

3 中 国 现 代 神 经 疾 病 杂 志 2012 年 12 月 第 12 卷 第 6 期 Chin J Contemp Neurol Neurosurg, December 2012, Vol. 12, No 白 具 有 顺 磁 性, 能 够 在 血 管 周 围 及 内 部 产 生 磁 场 梯 度, 降 低 MRI 信 号 ; 当 氧 合 去 氧 血 红 蛋 白 比 例 增 加 时,T2WI 缩 短 效 应 减 弱, 即 表 现 为 MRI 信 号 增 强 fmri 具 有 无 创 伤 具 备 足 够 的 空 间 分 辨 力 和 一 定 的 时 间 分 辨 力 等 优 点, 但 同 时 它 也 存 在 一 定 的 局 限 性 : 通 常 所 运 用 的 功 能 成 像 是 利 用 脑 皮 质 被 激 活 后 局 部 血 液 循 环 中 氧 含 量 的 变 化 而 成 像, 并 不 是 被 激 活 皮 质 本 身 的 信 号, 所 以 任 何 原 因 导 致 局 部 血 氧 含 量 的 增 加 均 有 可 能 被 误 认 为 是 激 活 区 ;fmri 主 要 反 映 脑 皮 质 情 况, 而 对 脑 白 质 的 相 关 情 况 则 不 能 显 示 等 这 些 均 有 待 于 磁 共 振 软 硬 件 的 进 一 步 提 升 或 者 与 其 他 成 像 方 法, 如 扩 散 张 量 成 像 等 的 联 合 应 [6] 用, 相 互 间 优 势 互 补 而 得 到 改 善 和 解 决 2. 扩 散 张 量 成 像 20 世 纪 80 年 代 中 期, 在 MRI 技 术 的 基 础 上, 通 过 双 极 磁 场 梯 度 脉 冲 (bipolar magnetic field gradient pulse) 对 水 分 子 的 扩 散 运 动 效 应 进 行 编 码, 得 到 了 磁 共 振 扩 散 加 权 成 像 (DWI) (1) 扩 散 张 量 成 像 技 术 :1995 年,Basser [7] 从 至 少 6 个 方 向 获 取 扩 散 加 权 成 像 影 像, 从 而 得 到 每 一 像 素 扩 散 张 量 成 像 的 过 程, 从 而 奠 定 了 扩 散 张 量 成 像 的 理 论 基 础 扩 散 张 量 成 像 技 术 是 扩 散 加 权 成 像 的 进 一 步 发 展, 二 者 均 以 水 分 子 扩 散 运 动 为 成 像 基 础 人 体 组 织 中 水 分 子 存 在 两 种 扩 散 运 动 方 式, 即 各 向 异 性 扩 散 (anisotropic diffusion) 和 各 向 同 性 扩 散 (isotropic diffusion) 纯 水 中 的 水 分 子 扩 散 运 动 是 随 机 的, 各 个 方 向 的 扩 散 能 力 相 同, 运 动 轨 迹 为 球 体, 这 样 的 扩 散 运 动 称 为 各 向 同 性 扩 散, 如 脑 脊 液 中 水 分 子 的 扩 散 运 动 即 接 近 各 向 同 性 扩 散 而 脑 白 质 中 水 分 子 的 扩 散 运 动 受 到 神 经 纤 维 髓 鞘 阻 碍, 水 分 子 倾 向 于 沿 扩 散 阻 力 较 小 的 方 向 运 动, 沿 纤 维 束 方 向 的 扩 散 速 度 至 少 是 垂 直 方 向 的 两 倍, 其 运 动 轨 迹 为 椭 球 体, 这 种 现 象 即 为 各 向 异 性 扩 散 影 响 水 分 子 各 向 异 性 扩 散 运 动 的 主 要 因 素 是 神 经 纤 维 的 微 结 构, 如 神 经 纤 维 和 神 经 胶 质 细 胞 [8] 密 度 细 胞 磷 脂 化 程 度 结 构 和 走 行 方 向 等 在 胶 质 瘤 的 病 理 条 件 下, 肿 瘤 细 胞 浸 润 造 成 神 经 纤 维 髓 鞘 结 构 改 变 血 管 源 性 水 肿 或 细 胞 毒 性 水 肿 均 可 能 影 响 水 分 子 的 各 向 异 性 扩 散 运 动 (2) 扩 散 张 量 纤 维 束 成 像 (DTT): 是 在 彩 色 编 码 扩 散 张 量 成 像 的 基 础 上, 根 据 神 经 解 剖 学 特 点, 循 各 体 素 的 有 效 张 量 方 向 连 续 追 踪 的 一 种 成 像 方 法, 能 够 直 观 地 显 示 白 质 纤 维 束 的 三 维 形 态 空 间 结 构 和 延 展 方 位 扩 散 张 量 纤 维 束 成 像 是 目 前 唯 一 能 在 活 体 显 示 白 质 纤 维 束 完 整 性 和 方 向 性 的 无 创 手 段 因 为 组 织 标 本 在 进 行 解 剖 冷 冻 脱 水 固 定 切 片 和 溶 解 等 处 理 过 程 中, 其 微 观 结 构 必 然 发 生 变 化, 进 而 产 生 几 何 变 形, 应 用 组 织 学 方 法 在 体 外 验 证 活 体 跟 踪 结 果 有 很 大 难 度 扩 散 张 量 纤 维 束 成 像 对 于 研 究 正 常 人 和 病 理 状 态 下 脑 白 质 的 完 整 性 和 方 向 性 具 有 很 大 优 越 性 由 于 MRI 技 术 所 限, 被 检 查 者 运 动 引 起 的 伪 影 磁 敏 感 性 所 致 的 信 号 丢 失 扩 散 张 量 成 像 部 分 容 积 效 应 和 磁 共 振 噪 声 等 均 可 能 影 响 扩 散 张 量 纤 维 束 成 像 的 结 果 但 随 着 研 究 的 进 展, 影 像 学 检 查 技 术 的 进 步, 扩 散 张 量 成 像 和 扩 散 张 量 纤 维 束 成 [9] 像 技 术 中 的 许 多 问 题 已 经 得 到 改 善 3. 脑 代 谢 成 像 (1)PET: 自 从 1982 年 Di Chiro [10] 等 应 用 PET 证 实 肿 瘤 的 恶 性 程 度 与 肿 瘤 组 织 对 葡 萄 糖 的 利 用 程 度 密 切 相 关 以 后,PET 在 肿 瘤 诊 断 中 的 临 床 价 值 被 广 泛 认 可 PET 显 像 可 以 全 面 反 映 肿 瘤 组 织 的 代 谢 功 能 状 态, 为 脑 胶 质 瘤 术 前 评 价 提 供 了 新 的 手 段, 也 为 胶 质 瘤 手 术 提 供 了 新 的 辅 助 方 法, 尤 其 对 常 规 影 像 学 难 以 确 定 恶 性 程 度 和 范 围 的 胶 质 瘤 优 势 明 显 目 前 已 有 应 用 PET 资 料 来 确 定 立 体 定 向 活 检 和 立 体 定 向 放 射 治 疗 的 靶 点 的 研 究, 证 实 其 具 有 极 高 的 敏 感 性 和 特 异 性, 在 不 同 代 谢 区 域 采 集 标 本 进 行 研 究, 对 揭 示 胶 质 瘤 生 物 学 特 性 的 [] 研 究 具 有 重 要 临 床 意 义 C 蛋 氨 酸 ( C Met) 是 目 前 PET 最 常 用 的 氨 基 酸 类 肿 瘤 显 像 剂, 其 在 肿 瘤 中 的 摄 取 增 加 主 要 反 映 了 氨 基 酸 转 运 活 性 的 增 加, 同 时 也 间 接 反 映 了 蛋 白 质 合 成 的 增 加 C Met PET 能 够 清 晰 地 描 述 脑 胶 质 瘤 边 界 区 分 肿 瘤 与 周 围 水 肿 间 的 关 系, 显 示 肿 瘤 不 同 部 位 的 增 殖 状 态, 从 而 对 肿 瘤 提 供 良 好 对 比, 与 MRI 影 像 融 合 后 更 有 助 于 邻 近 脑 皮 质 低 级 别 肿 瘤 和 较 小 肿 瘤 的 检 出, 以 及 对 肿 瘤 边 界 的 描 绘 18 F 脱 氧 葡 萄 糖 ( 18 F FDG) 也 是 一 种 常 用 显 像 剂, 其 在 脑 皮 质 和 基 底 节 呈 高 摄 取, 而 在 脑 白 质 为 低 摄 取, 形 成 正 常 分 级 对 照, 从 而 [12] 对 鉴 别 胶 质 瘤 高 低 级 别 方 面 具 有 优 势 张 川 等 研 究 发 现, 这 两 种 示 踪 剂 在 高 级 别 肿 瘤 中 的 最 浓 集 位 置 有 时 并 不 一 致, 根 据 导 航 下 分 别 取 病 理 的 结 果, 显 示 C Met 在 肿 瘤 细 胞 中 的 摄 取 更 为 特 异, 但 由 于 正 常 脑 组 织 摄 取 C Met 很 少, 故 其 不 能 进 行 有 效 的 视 觉 分 级 PET 与 神 经 导 航 系 统 相 结 合 能 为 精 确 切 除 肿 瘤 提 供 更 全 面 明 确 的 影 像 学 资 料 将 PET 资 料 应 用 于 神 经 导 航 与 CT MRI 融 合, 可 辅 助 胶 质 瘤 切 除 手 术 对 于 许 多 低 级 别 胶 质 瘤, 术 前 常

4 648 中 国 现 代 神 经 疾 病 杂 志 2012 年 12 月 第 12 卷 第 6 期 Chin J Contemp Neurol Neurosurg, December 2012, Vol. 12, No. 6 规 CT 和 MRI 的 普 通 及 增 强 扫 描 均 不 能 清 楚 地 描 述 肿 瘤 真 正 范 围 与 水 肿 关 系, 因 而 不 能 为 导 航 系 统 提 供 明 确 的 影 像 学 资 料 ; 而 PET 显 像 则 能 够 较 为 清 晰 地 显 示 肿 瘤 的 确 切 边 界, 并 通 过 示 踪 剂 浓 集 程 度 的 不 同, 显 示 肿 瘤 组 织 的 不 同 增 殖 状 态, 可 以 为 手 术 前 的 导 航 计 划 提 供 较 为 明 确 和 全 面 的 肿 瘤 资 料 ( 图 1) 在 低 级 别 胶 质 细 胞 肿 瘤 (WHOⅡ 级 ) 的 手 术 过 程 中 不 能 在 肉 眼 下 确 定 肿 瘤 范 围, 因 此 手 术 全 程 可 在 根 据 PET 导 航 的 指 引 下 进 行 ; 而 面 对 高 级 别 胶 质 瘤,PET 除 了 能 够 较 为 准 确 地 显 示 肿 瘤 位 置, 还 可 [13] 反 映 肿 瘤 不 同 部 位 的 增 殖 状 态 (2) 磁 共 振 波 谱 成 像 :MRS 是 一 种 利 用 磁 共 振 现 象 和 化 学 位 移 作 用 对 一 系 列 特 定 原 子 核 及 其 化 合 物 进 行 分 析 的 方 法 脑 组 织 中 的 原 子 核 质 子 是 以 一 定 的 化 合 物 的 形 式 存 在, 在 一 定 的 化 学 环 境 下 这 些 化 合 物 或 代 谢 物 有 一 定 的 化 学 位 移, 其 在 MRS 中 的 峰 值 也 会 产 生 微 小 变 化, 它 们 的 峰 值 和 化 学 浓 度 的 微 小 变 化 经 磁 共 振 扫 描 仪 采 集, 使 其 转 化 为 数 值 波 谱 MRS 为 鉴 别 诊 断 颅 内 病 变 提 供 了 一 种 新 的 无 创 性 方 法, 它 可 对 活 体 器 官 的 代 谢 产 物 进 行 定 量 分 析, 在 分 子 水 平 [14] 反 映 组 织 代 谢 的 情 况 在 测 定 某 一 物 质 化 学 位 移 时, 因 其 绝 对 值 无 法 测 定, 故 通 常 使 用 一 个 参 照 化 合 物, 与 其 比 较 得 出 一 个 相 对 值 目 前 常 用 的 定 量 方 法 为 相 对 定 量, 即 计 算 各 种 代 谢 产 物 波 峰 下 面 积 的 比 值, 常 用 代 谢 产 物 包 括 N 乙 酰 天 冬 氨 酸 (NAA) 胆 碱 (Cho) 和 肌 酸 (Cr) NAA 仅 存 在 于 神 经 系 统, 由 神 经 元 线 粒 体 产 生, 是 神 经 元 密 度 和 活 力 的 标 志, 所 有 能 够 导 致 神 经 元 损 伤 和 缺 失 的 病 变 均 可 表 现 为 波 峰 和 NAA/Cr 值 降 低 胆 碱 主 要 参 与 细 胞 膜 的 合 成 和 降 解, 与 细 胞 膜 磷 脂 代 谢 有 关, 胆 碱 波 峰 升 高 表 明 细 胞 膜 更 新 加 快, 细 胞 密 度 增 大, 通 常 为 肿 瘤 细 胞 增 殖 所 致 肌 酸 存 在 于 神 经 元 和 胶 质 细 胞 中, 在 低 代 谢 状 态 时 升 高, 而 在 高 代 谢 状 [15] 态 下 降 低, 因 其 信 号 较 稳 定 而 常 用 作 参 比 值 与 PET 相 比,MRS 无 放 射 性 药 物 的 潜 在 损 害, 费 用 较 低, 图 像 分 辨 力 较 高, 但 对 于 胶 质 瘤 诊 断 的 敏 感 性 和 特 异 性, 与 PET 相 比 仍 有 差 异, 研 究 发 现 同 一 患 者 PET 及 MRS 结 果 不 完 全 吻 合, 病 理 结 果 证 实 PET [16] 诊 断 结 果 优 于 MRS,MRS 技 术 仍 需 进 一 步 改 进 三 影 像 融 合 与 功 能 神 经 导 航 导 航 辅 助 下 的 神 经 外 科 手 术 是 微 侵 袭 神 经 外 科 技 术 的 重 要 组 成 部 分 之 一, 是 由 立 体 定 向 手 术 数 字 化 扫 描 技 术 计 算 机 软 硬 件 技 术 和 显 微 外 科 技 术 等 的 最 新 进 展 综 合 发 展 而 来, 是 一 种 人 工 智 能 化 的 神 经 外 科 手 术 辅 助 系 统, 它 使 神 经 外 科 手 术 的 定 位 更 精 准, 术 中 精 细 测 量 变 得 更 简 单, 误 差 降 至 最 小, 减 少 了 手 术 时 间 和 侵 袭 性, 能 够 保 证 手 术 的 精 确 定 位 最 大 限 度 地 切 除 病 灶 最 小 的 神 经 功 能 损 伤, 使 一 些 神 经 外 科 手 术 禁 区 得 以 突 破 如 果 说 显 微 镜 是 对 神 经 外 科 的 第 一 次 革 命 性 发 展, 那 么 神 经 导 航 技 术 无 疑 是 神 经 外 科 的 第 二 次 革 命 神 经 导 航 系 统 虽 然 在 20 世 纪 90 年 代 才 逐 渐 发 展 起 来, 但 随 着 计 算 机 技 术 日 新 月 异 的 发 展, 国 内 各 大 神 经 外 科 医 学 中 心 相 继 从 国 外 引 进 神 经 导 航 系 统, 应 用 于 临 床 工 作, 取 得 了 良 好 的 效 果 经 过 20 余 年 的 发 展, 神 经 导 航 系 统 在 各 个 方 面 均 得 到 了 进 一 步 的 改 进 和 完 善, 影 像 学 资 料 越 来 越 精 细 准 确, 神 经 导 航 技 术 也 从 最 早 的 单 纯 解 剖 导 航 发 展 成 为 功 能 神 经 导 航, 通 过 影 像 融 合 技 术, 将 脑 功 能 影 像 资 料 与 CT MRI 解 剖 成 像 等 融 合 在 一 起 并 进 行 三 维 重 建, 从 而 直 观 地 定 位 病 变 与 功 能 皮 质 白 质 传 导 束 及 血 管 之 间 的 空 间 关 系, 在 术 前 帮 助 手 术 医 师 制 定 虚 拟 手 术 计 划 通 过 先 进 的 注 册 配 准 技 术, 将 影 像 坐 标 系 统 与 手 术 视 野 内 的 位 置 动 态 链 接 起 来, 提 供 了 术 中 实 时 持 续 定 位 神 经 导 航 系 统 还 可 与 手 术 显 微 镜 整 合 在 一 起, 实 现 显 微 镜 下 导 航, 使 术 者 能 够 在 显 微 镜 下 直 观 地 看 到 导 航 的 指 示 此 外, 神 经 导 航 系 统 与 术 中 磁 共 振 成 像 系 统 术 中 超 声 术 中 皮 质 电 刺 激 技 术 等 相 结 合 能 够 不 同 程 度 地 纠 正 术 中 脑 移 位 造 成 的 导 航 偏 差, 其 中 术 中 高 场 强 MRI 技 术 能 够 根 据 术 中 成 像 结 果 实 时 更 新 导 航, 被 认 为 是 目 前 纠 正 脑 移 位 的 最 佳 方 法 脑 胶 质 瘤 呈 浸 润 性 生 长 无 明 显 边 界, 尤 其 是 中 低 级 别 肿 瘤, 术 中 常 难 以 肉 眼 区 分 其 与 正 常 脑 组 织 的 边 界, 常 规 手 术 全 切 除 率 低 因 此 确 定 脑 胶 质 瘤 的 组 织 病 理 学 范 围 至 关 重 要 而 神 经 导 航 技 术 则 可 利 用 影 像 学 资 料, 提 前 标 定 胶 质 瘤 边 界, 便 于 [17] 术 中 实 施 等 体 积 切 除 四 影 像 融 合 与 术 中 影 像 [18] 20 世 纪 80 年 代 初,Lunsford 等 首 先 使 用 术 中 CT 指 导 手 术 但 CT 扫 描 存 在 许 多 不 足, 如 软 组 织 显 像 质 量 差 放 射 线 影 响 仅 能 行 横 断 面 扫 描 等, 限 制 了 术 中 CT 技 术 的 发 展 MRI 无 放 射 损 伤, 软 组 织 显 像 良 好, 可 提 供 矢 状 位 冠 状 位 横 断 面 影 像, 但 术 中 磁 共 振 成 像 又 受 手 术 器 械 的 限 制 1993 年, 世 界 上 首 台 术 中 磁 共 振 成 像 仪 (GE,0.5T Signa SP 系

5 中 国 现 代 神 经 疾 病 杂 志 2012 年 12 月 第 12 卷 第 6 期 Chin J Contemp Neurol Neurosurg, December 2012, Vol. 12, No 图 2 女 性 患 者,31 岁 间 断 发 作 右 侧 肢 体 抽 搐 1 年,MRI 检 查 显 示 左 侧 岛 叶 占 位 性 病 变, 于 功 能 神 经 导 航 及 术 中 磁 共 振 成 像 辅 助 下 切 除 病 变 术 后 病 理 结 果 为 纤 维 型 星 形 细 胞 瘤 (WHOⅡ 级 ) 2a 术 前 T1WI 序 列 扫 描 显 示 肿 瘤 内 侧 与 锥 体 束 相 邻 2b 术 中 磁 共 振 成 像 与 术 前 影 像 融 合 后 提 示 少 量 肿 瘤 组 织 残 留, 脑 组 织 发 生 移 位, 更 新 导 航 数 据 后 进 一 步 切 除 肿 瘤 2c 第 二 次 术 中 磁 共 振 成 像 显 示 肿 瘤 全 切 除 Figure 2 A 31 year old female patient suffered intermittent epileptic seizures of right limbs for 1 year, and MRI showed the space occupying lesion located in the left insular lobe. Assisted with the functional neuronavigation and imri, the lesion was resected and postoperative pathologic result was fibrillary astrocytoma (WHO Ⅱ). Preoperative T1WI showed the inside of tumor adjacent to pyramidal tract (Panel 2a). The fusion of MRI and preoperative imaging suggested residual tumor and brain shift, so the navigation data was updated for further resection (Panel 2b). The second imri showed complete tumor excision (Panel 2c) 统 ) 经 美 国 GE 公 司 和 波 士 顿 女 子 医 院 联 合 研 制 成 功 此 后, 术 中 磁 共 振 成 像 系 统 的 发 展 大 致 经 历 了 几 个 阶 段, 第 二 代 术 中 磁 共 振 成 像 系 统 在 成 像 时 将 患 者 移 入 系 统 内, 与 第 一 代 产 品 类 似, 系 统 价 格 昂 贵, 磁 体 体 积 巨 大 且 沉 重, 需 要 改 造 手 术 室 的 建 筑 结 构 以 承 载 其 重 力, 还 需 要 配 备 专 用 手 术 器 械 及 监 测 仪 麻 醉 机 等 因 此, 前 两 代 术 中 磁 共 振 成 像 系 统 的 工 作 模 式 又 被 称 为 将 手 术 搬 入 MRI 检 查 室 第 三 代 术 中 磁 共 振 成 像 系 统 是 磁 体 或 手 术 床 可 移 动 式, 虽 然 仍 使 用 传 统 手 术 器 械 及 医 疗 仪 器 等, 但 需 对 手 术 间 进 行 改 造 并 配 备 专 职 操 作 人 员 相 比 前 两 代 术 中 磁 共 振 成 像 系 统, 第 三 代 术 中 磁 共 振 成 像 系 统 是 将 MRI 扫 描 仪 搬 入 手 术 室, 并 节 省 了 手 术 [19] 室 空 间, 更 加 符 合 临 床 应 用 的 需 要 脑 组 织 并 非 刚 性 结 构, 在 手 术 过 程 中 由 于 脑 脊 液 丢 失 重 力 作 用 病 变 切 除 等 因 素 的 作 用 可 能 发 生 移 位 传 统 神 经 导 航 技 术 的 影 像 学 资 料 来 源 于 术 前 CT 或 MRI, 仅 能 反 映 未 手 术 时 的 颅 内 解 剖 情 况 在 手 术 实 际 操 作 中 由 于 重 力 作 用 开 颅 释 放 脑 脊 液 及 切 除 部 分 病 变 后, 脑 组 织 及 病 变 组 织 会 发 生 不 同 程 度 的 移 位, 加 上 导 航 本 身 的 误 差 使 得 这 种 导 航 的 精 确 度 大 打 折 扣 术 中 影 像 显 示 锥 体 束 移 位 最 大 可 达 15 mm, 在 手 术 不 同 阶 段 这 种 脑 组 织 移 位 情 况 不 同, 术 前 很 难 判 断, 运 用 数 学 方 法 预 测 脑 组 [20] 织 移 位 的 价 值 也 十 分 有 限 术 中 磁 共 振 成 像 系 统 应 用 术 中 扫 描 更 新 影 像, 通 过 图 像 融 合 技 术, 重 新 注 册 导 航 系 统, 术 中 影 像 质 量 与 术 前 几 无 差 异, 因 而 能 够 很 好 地 解 决 脑 组 织 移 位 问 题, 从 而 提 高 神 经 导 航 系 统 的 精 准 程 度 ( 图 2) 五 展 望 多 模 态 影 像 融 合 技 术 已 在 医 疗 活 动 中 成 为 重 要 的 辅 助 工 具, 能 够 帮 助 神 经 外 科 医 师 提 高 诊 断 水 平, 改 进 手 术 技 术, 提 高 手 术 精 确 度, 避 免 损 伤 脑 功 能 区 和 重 要 解 剖 结 构, 指 导 术 后 治 疗, 减 少 手 术 并 发 症, 从 而 改 善 患 者 生 存 质 量 随 着 计 算 机 科 技 和 人 工 智 能 技 术 的 发 展, 医 学 影 像 设 备 及 技 术 将 会 不 断 更 新, 术 中 血 管 造 影 PET/CT 与 术 中 磁 共 振 成 像 结 合 的 多 功 能 手 术 室 将 会 进 一 步 发 展, 使 神 经 外 科 医 师 获 得 更 多 有 价 值 的 术 中 实 时 信 息 有 研 究 者 尝 试 将 神 经 网 络 模 糊 逻 辑 等 理 论 应 用 到 影 像 融 合 技 术, 这 些 技 术 能 够 模 拟 人 类 智 能 处 理 方 法, 根 据 不 同 需 要 对 图 像 进 行 自 动 分 割 和 融 合, 从 而 实 现 虚 拟 现 实 技 术, 虽 然 发 展 不 够 完 善, 却 是 影 像 融 合 研 究 的 新 方 向, 具 有 无 穷 潜 力 参 考 文 献 [1] Li KC, Liu JT. Ten year advance of neuroimaging. Zhongguo Xian Dai Shen Jing Ji Bing Za Zhi, 2010, 10: [ 李 坤 成, 刘 江 涛. 神 经 影 像 学 十 年 进 展. 中 国 现 代 神 经 疾 病 杂 志, 2010, 10: ] [2] Liu C. Progress in MRI research of cranial nerve related diseases. Zhongguo Xian Dai Shen Jing Ji Bing Za Zhi, 20, :

6 650 中 国 现 代 神 经 疾 病 杂 志 2012 年 12 月 第 12 卷 第 6 期 Chin J Contemp Neurol Neurosurg, December 2012, Vol. 12, No. 6 [ 柳 澄. 脑 神 经 相 关 疾 病 的 磁 共 振 成 像 研 究 进 展. 中 国 现 代 神 经 疾 病 杂 志, 20, : ] [3] Kuhnt D, Bauer MH, Nimsky C. Brain shift compensation and neurosurgical image fusion using intraoperative MRI: current status and future challenges. Crit Rev Biomed Eng, 2012, 40: [4] Moche M, Busse H, Dannenberg C, et al. Fusion of MRI, fmri and intraoperative MRI data: methods and clinical significance examplified by neurosurgical interventions. Radiologe, 2001, 41: [5] Ogawa S, Lee TM, Kay AR, et al. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proc Natl Acad Sci USA, 1990, 87: [6] Kim SG, Ogawa S. Biophysical and physiological origins of blood oxygenation level dependent fmri signals. J Cereb Blood Flow Metab, 2012, 32: [7] Basser PJ. Inferring microstructural features and the physiological state of tissues from diffusion weighted images. NMR Biomed, 1995, 8: [8] Li KC. Advances in MRI technique and its application in central nervous system. Zhongguo Xian Dai Shen Jing Ji Bing Za Zhi, 20, : [ 李 坤 成. 磁 共 振 成 像 技 术 进 展 及 其 在 中 枢 神 经 系 统 的 应 用. 中 国 现 代 神 经 疾 病 杂 志, 20, : ] [9] Fernández Miranda JC, Rhoton AL Jr, Alvarez Linera J, et al. Three dimensional microsurgical and tractographic anatomy of the white matter of the human brain. Neurosurgery, 2008, 62(6 Suppl 3): [10] Di Chiro G, DeLaPaz RL, Brooks RA, et al. Glucose utilization of cerebral gliomas measured by [18F] fluorodeoxyglucose and positron emission tomography. Neurology, 1982, 32: [] Niyazi M, Geisler J, Siefert A, et al. FET PET for malignant glioma treatment planning. Radiother Oncol, 20, 99: [12] Zhang C, Yang SY, Zhu T, et al. Improved resection for gliomas using positron emission tomography/computerized tomography neuronavigation. Zhonghua Shen Jing Wai Ke Za Zhi, 2007, 23:83 86.[ 张 川, 杨 树 源, 朱 涛, 等. PET CT 神 经 导 航 优 化 脑 胶 质 瘤 手 术. 中 华 神 经 外 科 杂 志, 2007, 23:83 86.] [13] Tripathi M, Sharma R, Varshney R, et al. Comparison of F 18 FDG and C methionine PET/CT for the evaluation of recurrent primary brain tumors. Clin Nucl Med, 2012, 37: [14] Shah T, Jayasundar R, Singh VP, et al. In vivo MRS study of intraventricular tumors. J Magn Reson Imaging, 20, 34: [15] Narayana A, Chang J, Thakur S, et al. Use of MR spectroscopy and functional imaging in the treatment planning of gliomas. Br J Radiol, 2007, 80: [16] Imani F, Boada FE, Lieberman FS, et al. Comparison of proton magnetic resonance spectroscopy with fluorine 18 2 fluoro deoxyglucose positron emission tomography for assessment of brain tumor progression. J Neuroimaging, 2012, 22: [17] Eyüpoglu IY, Hore N, Savaskan NE, et al. Improving the extent of malignant glioma resection by dual intraoperative visualization approach. PLoS One, 2012, 7:E [18] Lunsford LD, Parrish R, Albright L. Intraoperative imaging with a therapeutic computed tomographic scanner. Neurosurgery, 1984, 15: [19] Albayrak B, Samdani AF, Black PM. Intra operative magnetic resonance imaging in neurosurgery. Acta Neurochir (Wien), 2004, 146: [20] Fujii M, Wakabayashi T. Image guided neurosurgery using intraoperative MRI. Brain Nerve, 2009, 61: ( 收 稿 日 期 : ) 小 词 典 中 英 文 对 照 名 词 词 汇 ( 二 ) 呼 气 末 二 氧 化 碳 分 压 end tidal pressure of carbon dioxide(petco2) Glasgow 昏 迷 量 表 Glasgow Coma Scale(GCS) 脊 髓 诱 发 电 位 spinal cord evoked potential(scep) O 6 甲 基 鸟 嘌 呤 DNA 甲 基 转 移 酶 O 6 methylguanine DNA methyltransferase(mgmt) 甲 胎 蛋 白 alpha fetoprotein(afp) 甲 状 腺 过 氧 化 物 酶 抗 体 thyroid peroxidase antibody(tpoab) 甲 状 腺 球 蛋 白 抗 体 thyroglobulin antibody(tgab) 简 易 智 能 状 态 检 查 量 表 Mini Mental State Examination(MMSE) 健 康 相 关 生 活 质 量 heath related quality of life(hrqol) 胶 质 纤 维 酸 性 蛋 白 glial fibrillary acidic protein(gfap) 酵 母 胞 嘧 啶 脱 氨 酶 尿 嘧 啶 磷 酸 核 糖 基 转 移 酶 yeast cytosine deaminase::uracil phosphoribosyltransferase (CDy::UPRT) 进 行 性 多 灶 性 白 质 脑 病 progressive multifocal leukoencephalopathy(pml) 近 红 外 光 谱 near infrared spectroscopy(nirs) 经 颅 磁 刺 激 运 动 诱 发 电 位 transcranial magnetic stimulation motor evoked potential (TMS MEP) 经 颅 电 刺 激 运 动 诱 发 电 位 transcranial electrical motor evoked potential(tcemep) 经 颅 多 普 勒 超 声 transcranial Doppler ultrasound(tcd) 精 力 vitality(vt) 精 神 健 康 mental health(mh) 颈 静 脉 血 氧 饱 和 度 jugular venous oxygen saturation(sjvo2) 胫 后 神 经 posterior tibial nerve(ptn) 局 部 脑 氧 饱 和 度 regional cerebral oxygen saturation(rsco2) 绝 对 大 气 压 atmospheres absolute(ata) 抗 核 抗 体 anti nuclear antibody(ana) 抗 可 提 取 核 抗 原 anti extractable nuclear antigens(ena) 抗 双 链 DNA 抗 体 anti double stranded DNA antibody(dsdna) 抗 中 性 粒 细 胞 胞 质 抗 体 antineutrophil cytoplasmic antibodies(anca) 快 速 恢 复 快 速 自 旋 回 波 序 列 fast recovery fast spin echo(frfse)

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