基于代谢影像的多模态功能神经导航在无框架立体定向穿刺活检术中的应用

随着导航技术的发展,无框架立体定向穿刺活检技术日益成熟,越来越多的单位应用该技术进行颅内病变穿刺活检。但传统立体定向穿刺活检以解剖像为导航参照,缺少PET、氢质子磁共振波谱(lH羽RS)、fNIRI等手段提供的代谢和功能信`氪,文献报道活检阳性率为⒆%~100%,并发症发生率为3%~12%[45]。PET和MRS等代谢影像可以反映病变的生化和代谢情况,鉴别肿瘤和周边水肿,确定肿瘤边界,提示肿瘤增殖活跃区域,提高活检阳性率。因此,我科从2012年1月开始应用基于PET、1H-MRS等代谢影像的多模态功能神经导航和术中MRI(训RI)进行颅内病变无框架立体定向穿刺活检,现将初步经验总结报告如下。

资料与方法

一、一般资料

2012年1月至12月选取符合人选标准的患者进行基于PET、MRS等代谢影像的多模态功能神经导航和iMRI引导下颅内病变无框架立体定向穿刺活检术。人选标准:(1)多发病变;(2)病变弥散,手术难以完全切除;(3)深部或功能区病变,手术风险极大;(4)诊断不明确,需活检明确病理性质的。共32例患者人选,其中男性16例,女性16例;年龄7~60岁,平均弱岁。病灶位于额叶13例,顶叶1例,枕叶1例,颞叶1例,岛叶-基底节区8例,丘脑2例,胼胝体4例,小脑-桥臂2例。病变体积1,8~2030px3,平均32.8.。

二、影像学检查

1.解剖和功能影像检查:解剖影像包括Tl WI、”WI、”Flair、磁共振血管造影(MRA)、磁共振静脉成像(MRV)、增强MRI。iMRI系统使用1.5T高场强超导磁体(Es/ee,德国西门子公司)。功能影像包括血氧水平依赖删RI(BOLD-fsIRI)和弥散张量成像(DTI)。BOLD-删RI用于激活功能皮层如手运动区、脚运动区、面部运动区、hoca区、Wcrnil ke区、视皮层等。DTI纤维束示踪技术用于显示皮层下锥体束、感觉束、弓状束、视放射等重要传导束。

2.代谢影像检查:PET//CT检查(ECAT EⅩACT HR+,德国西门子公司)示踪剂为ll C-蛋氨酸(CMET)或1:F-脱氧葡萄糖(FDG)。患者签署知情同意书,于安静状态下,静脉注射1lC-MET,安静休息10min后进行图像采集;静脉注射1:FFDG,安静休息60mh后开始进行图像采集。采用三维采集模式,绘制感兴趣区,测量标准摄取值(SUV)半定量分析病灶。多体素1H-MRS采用化学位移成像序列,每个体素大小为8mm×8mm×15mm,在常规MRIWI基础上进行MRS扫描,序列参数:重复时间/回波时间,15OO ms/350ms,层厚15mm。感兴趣区容积为60mm×60mm。以病变实质部分最大层面的轴位”WI为多体素1H-MRS定位像选择感兴趣区,感兴趣区应包括病变实质部分、周围水肿带和对侧正常脑组织,避免颅骨、脑室等引起部分容积效应导致的基线不稳。代谢物一般选择胆碱(Cllo)、N-乙酰天冬氨酸(NAA)、肌酸、乳酸和脂质,在影像工作站处理后得到感兴趣区的化学位移图像。

三、制定活检计划

1多模态功能神经导航:术前影像资料的Dicom数据导人到导航计划工作站(VectorVision Sky navigau。n system,德国博医来公司)中,使用lPlan3,0软件制定活检计划.将解剖、功能和代谢影像融合后,形成基于代谢影像的多模态功能神经导航无框架立体定向活检计划。

2.活检靶点的选择:对于有增强信号病变,以T1增强为解剖像;没有增强的病变,以Flair为解剖像。基于PET影像,选择ncMET或1:F-FDG PET中SUV值最大、代谢最活跃的区域作为穿刺目标靶点。基于多体素1H-MRS影像,选择Cho/NAA比值大的区域作为靶点,注意避开乳酸或脂质高提示坏死区域。鉴于肿瘤代谢的不均一性,可根据PET和1H-MRS选择多个靶点穿刺。根据多模态功能神经导航,避开重要功能皮层、皮层下传导束和重要的动脉或静脉,选择合适的穿刺点和穿刺路径,避免损伤这些重要功能结构,从而避免患者术后出现新的神经功能障碍。

四、无框架立体定向穿刺活检过程

导航注册成功后,按照术前活检计划预设的穿刺点,连接Vari。Guidc无框架立体定向活检系统(德国博医来公司),当多模态功能神经导航提示穿刺针到达目标靶点时,固定穿刺针,每个靶点向4个方向共抽取4~8条组织标本,每个靶点记为1份标本送检。

退出穿刺针前,向目标靶点注人0.5ml空气便于训RI扫描时确认穿刺点是否位于目标靶点。iMRI扫描参数同术前,可判断穿刺点是否和术前活检计划符合,若不符,可更新无框架立体定向活检计划,重复上述穿刺过程,直到ⅢRI确认穿刺点和目标靶点相符。

结果

32例患者均获得满意PET和1H-MRS代谢影像。累及重要功能皮层和皮层下传导束的,由BOLD-fhIRI和DTI纤维束示踪标识功能皮层和皮层下重要传导束。所有患者均成功实施基于代谢影像的多模态功能神经导航和iMPLI引导下的无框架立体定向穿刺活检术。

32例患者中幕上病变30例,幕下2例,共取得标本36份。伽RI确认术中穿刺点与术前活检计划靶点吻合。术后全部标本均获得明确病理诊断,诊断阳性率I00%。其中胶质瘤19例(WHO I~Ⅱ级2例,Ⅱ级10例,Ⅱ~Ⅲ级2例,Ⅲ级4例,Ⅳ级1例),生殖细胞瘤2例,淋巴瘤8例,炎性脱髓鞘2例,转移癌1例。

本组病例中1例双侧基底节区和岛叶弥散性病变患者,iMRI扫描发现活检穿刺点小血肿,出血量(5nll,术中未特殊处理,术后观察血肿量未扩大,患者术后无新发神经功能障碍(图1~9);术中并发症发生率3.1%。本组有16例患者病变位于岛叶-基底节区、丘脑、胼胝体、桥臂等重要功能区,在基于代谢影像的多模态功能神经导航的辅助下,均获得明确诊断,术后无出血、感染及新发神经功能障碍。

讨论

颅内病变穿刺活检分为有框架、无框架和iMRI实时影像引导下立体定向穿刺活检3个阶段。有框架立体定向穿刺活检被认为是立体定向穿刺的“金标准”。但和有框架立体定向穿刺相比,无框架立体定向活检术可减少患者因头架引起的不适,避免复杂的计算;iMRI实时影像可判断穿刺点位置,实时反馈,若与术前活检计划不符,可术中更新计划、纠正脑移位,直到穿刺成功。传统穿刺活检术确定穿刺靶点参照术前MRI,由于肿瘤代谢的不均一性,术前MRI影像只反映解剖影像,并不能完全反映病变的生化代谢信息。即使对于部分术前强化明显的病灶,磁共振灌注成像(PWI)和lH剁RS提示代谢最活跃的区域也并非是强化最明显的区域。因此,我们在iMRI实时影像引导下行无框架立体定向穿刺活检术,除了依据解剖和功能影像外,我们还参照PET和1H-MRS等代谢影像,初步证实该方法是安全、有效的。

PET/CT影像中,11C-MET和1:F-FDG是目前最常用的颅内肿瘤病变示踪剂,对脑内肿瘤病变的诊断和分级具有临床价值。1lC-MET主要反映氨基酸转运活性,ⅡC-MET放射性浓聚说明局部肿瘤细胞蛋白质合成活跃。怊⒎FDG主要反映糖代谢,肿瘤细胞葡萄糖摄取增加,肿瘤代谢旺盛,导致局部1:FJDG摄取增高。恶性肿瘤如胶质母细胞瘤等肿瘤细胞生长代谢活跃,对11C-MET或者1:F-FDG摄取增加,PET/CT影像表现为肿瘤局部放射性浓聚。11C-MET和1:F-FDG PET可用于确定肿瘤范围、高代谢靶点和胶质瘤的分级等[10]。1H¨MRS中,Cllo是细胞膜磷脂代谢的中间产物,与细胞膜代谢更新、髓鞘和神经脂类崩解有关。ChcD升高提示肿瘤细胞膜的转换活跃。NAA位于神经元及轴突中,NAA降低与神经元破坏或轴突损伤有关[11]。文献报道,有框架和无框架立体定向穿刺活检术的阳性率为⒆%~1O0%,并发症发生率为3%~12%。我们应用基于代谢影像的多模态功能神经导航,联合Varioguide无框架立体定向活检系统和术中MRI,诊断阳性率100%,证实胶质瘤增殖的不均一性;手术并发症发生率3.1%,为1例患者穿刺靶点出现小血肿,未特殊处理。我们认为,活检高阳性率与泖RI、VarioG访dc无框架立体定向活检系统、PET、1H-MRS等因素密切相关。当术中发生脑移位明显时,需要术中更新影像,在术中MRI实时影像指导下穿刺。PET、1H-MRS等代谢影像可提示病变代谢活跃区域,提高活检阳性率.另外,iMRI可及时发现术中并发症,本组有1例患者出现穿刺活检靶点小血肿((5ml),术中再次行iMRI检查确认血肿没有增大后结束手术,确保手术安全。随着多模态功能神经导航和iMRI的发展,越来越多的中心应用iMRI实时影像引导下立体定向穿刺活检术。术前制定详细的无框架立体定向穿刺活检计划,标识出皮层功能区和皮层下重要传导束,设计穿刺路径时避开周围重要结构。本组32例患者中,有16例患者病变位于岛叶-基底节区、丘脑、胼胝体、桥臂等功能区,病变深在,周围重要结构众多,活检的目的在于明确病变性质的同时,不增加患者术后神经功能障碍的风险。32例患者在基于代谢影像的多模态功能神经导航引导下穿刺活检,与手术前神经功能状态相比,本组所有患者术后未出现新发神经功能障碍或原有症状加重。

参考文献

[1]Dorward NL,Paleologos TS,Alberti O.The advantages of frameless stereotactic biopsy over frame-based biopsy[J].British Journal of Neurosurgery,2002.110-118.

[2]卢云鹤,吴劲松,姚成军.术中磁共振实时影像导航下穿刺活检术的临床初步应用[J].中华神经外科杂志,2010,(4):295-298.doi:10.3760/cma.j.issn.1001-2346.2010.04.003.

[3]吴劲松,朱凤平,庄冬晓.3.0T术中磁共振成像导航在神经外科手术应用的初步经验[J].中华外科杂志,2011,(8):683-687.doi:10.3760/cma.j.issn.0529-5815.2011.08.004.

[4]Gempt J,Buchmann N,Ryang YM.Frameless imageguided stereotaxy with real-time visual feedback for brain biopsy[J].Acta Neurochirungica Supplements(Wien),2012.1663-1667.

[5]Harrisson SE,Shooman D,Grundy PL.A prospective study of the safety and efficacy of frameless,pinless electromagnetic imageguided biopsy of cerebral lesions[J].Neurosurgery,2012,(1 Suppl Operative):29-33.

[6]Petrirena GJ,Goldman S,Delattre JY.Advances in PET imaging of brain tumors:a referring physician's perspective[J].Current Opinion in Oncology,2011.617-623.

[7]Stadlbauer A,Moser E,Gruber S.Improved delineation of brain tumors:an automated method for segmentation based on pathologic changes of 1H-MRSI metabolites in gliomas[J].Neuroimage,2004.454-461.

[8]姚成军,吴劲松,庄冬晓.术中磁共振多模态影像导航下脑内病变穿刺活检术的初步应用[J].中国神经精神疾病杂志,2012,(3):182-185.doi:10.3969/j.issn.1002-0152.2012.03.010.

[9]Czyz M,Tabakow P,Jarmundowicz W.Intraoperative magnetic resonance-guided frameless stereotactic biopsies-initial clinical experience[J].Neurologia I Neurochirurgia Polska,2012.157-160.

[10]Okita Y,Kinoshita M,Goto T.(11)C-methionine uptake correlates with tumor cell density rather than with microvessel density in glioma:a stereotactic image-histology comparison[J].Neuroimage,2010.2977-2982.