张卿云姚一江建东钟平张小斌王逢鹏高登科

·论 著·

两种感兴趣区选择方法示踪锥体束在中央区病变手术中的初步对照研究☆

张卿云*姚一△江建东△钟平△张小斌△王逢鹏△高登科△

目的采用术中直接皮层下电刺激技术（DsCS），验证并对比以功能磁共振运动激活区为感兴趣区示踪（fMRI guided DTI-FT）的锥体束和以传统解剖初级运动皮层为感兴趣区进行示踪的锥体束。方法前瞻性研究12例涉及中央区的病灶患者，以fMRI运动激活区、大脑脚为感兴趣区的改进方法和以中央前回、大脑脚为感兴趣区的传统方法分别示踪锥体束，神经导航辅助下引导手术，术中记录同一电刺激阳性点与两种方法成像锥体束之间的距离，比较两种方法成像锥体束与DsCS的符合率。结果除1例患者因运动功能障碍致fM⁃RI激活失败，1例电刺激结果阴性，余患者均成功显示两种方法重建的锥体束，并应用于术中神经导航定位和辅助切除病灶。两种方法成像锥体束与DsCS的符合率分别为77%和70%，16个DsCS阳性位点距离两种方法成像的锥体束之间的平均最短距离分别为（4.3±2.8）mm和（5.5±3.4）mm，对比差异结果均有统计学意义（χ2= 7.393,t=0.675,P＜0.05）。术后5例上肢暂时性偏瘫，1例上下肢暂时性偏瘫，余6例患者手术前后肌力无改变，术后2周4例肢体运动同术前或较术前好转，余2例仍有偏瘫。结论以功能磁共振运动激活区为感兴趣区示踪锥体束的方法在涉及中央区的手术中可同时保护功能皮层和锥体束，有助于妥善处理病灶并有效保护脑功能区。

弥散张量成像 功能磁共振 中央区 对照研究

对于病灶可能侵及运动区的患者，术前需要掌握皮层功能区及皮层下白质纤维束的位置，但因代偿、重塑与重组等机制，脑功能区则会发生重新分布[1]。BOLD-fMRI能显示皮层运动区的激活，明确皮层功能区的范围，DTI能提供皮质下白质纤维束的走行部位，将BOLD-fMRI与DTI纤维示踪图像进行融合后能显示出皮质重要功能区的位置和相关白质结构及其与病灶的关系，这不仅给术前手术方案的制订及术前评估带来便利，更能最大限度保留脑内重要的功能区和结构，减少神经功能障碍的发生率[2]。国内外均有学者将二者联合应用并指导肿瘤病灶的切除，并认为联合应用可以互补其单独应用的不足，也取得了令人满意的手术预后效果[3]。但以往研究对功能磁共振运动激活区为感兴趣区示踪锥体束的精确性及可靠性尚未阐明,本实验拟直接皮层下电刺激定位技术(direct subcortical stimulation,DsCS)作为对照，进行前瞻性临床实验研究，验证并对比两种锥体束成像方法的精确性与可靠性，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料选取2013年5月至2014年9月在我中心手术的12例患者，入组病例病变范围均涉及额中央区病灶，邻近或累及皮质脊髓束（锥体束），伴或不伴有癫痫发作。患者病变对侧肢体肌力≥Ⅲ级且能够良好配合完成相关检查。男8例，女4例；年龄15.6～67.3岁，平均（38.4±19.2）岁。11例右利手，1例左利手。病变部位：右侧3例，左侧9例；额叶7例，额中央前区3例，额顶叶2例。病理诊断：少枝胶质细胞瘤2例，间变性少枝胶质细胞瘤2例，胶质母细胞瘤2例，皮质发育畸形2例，感染性嗜酸性肉芽肿样病变1例，节细胞胶质瘤1例，少枝胶质细胞瘤及星形细胞瘤混合瘤1例，多发性海绵状血管瘤1例。术前1～3d内均行常规MRI、弥散张量成像（DTI）及功能磁共振（fMRI）影像扫描。完善相关检查后，均由同一术者设计手术方法、切除范围并由同一术者主刀完成手术。

1.2 影像扫描及任务实施应用3.0T MRI(Discov⁃ery MR750GEHCGEHC,GE MEDICAL systems,USA)分别行3D-BRAVO序列常规扫描，解剖定位选用轴位T1WI序列，DTI及fMRI扫描采用单次激发回波 平 面 成 像（single-shot echo planar imaging, SS-EPI），扫描层面与T1WI一致，扫描参数：TR= 8.2ms，TE=3.2ms，FOV=240mm×240mm，翻转角(Flip angle)=12°，矩阵：256×256，层厚2mm。应用Func tool软件中的Diffusion Tensor模块处理后处理成为显示白质纤维束的DICOM格式数据。fM⁃RI扫描时采用组块设计方法，即运动-静止交替，手指运动采用拇指与其余手指的对指运动，病变对侧手对指运动（食指拇指）和足趾背屈运动（大脚趾），运动频率约为1次/秒。第一组块为任务组块，要求患者接受指令后做对指运动，持续时间20s；第二个组块为对照组块，患者接受指令后不执行任何任务，持续时间20s。整个任务实施包括6个任务组块和6个对照组块交替进行，扫描时间共240s。再进行足趾背屈运动，具体实施步骤同手对指运动，对于极少数肢体运动功能障碍或实在配合困难的患者可由检查者协助患者完成对指运动。最后利用磁共振成像系统提供的fMRI处理软件，控制统计参数，生成参考像上的运动功能激活图保存。

1.3 感兴趣区选择和锥体束重建分别将DTI和fMRI图像原始数据传输至Stealth StationS7导航工作站(StealthStation®S7®,MedtronicNavigation,Inc)，采用StealthViz软件Segmentation界面上重建病灶影像，影像融合采用影像融合软件模块(StealthMer⁃geTM,Veraion1.2)。不同的纤维束重建方法：启动StealthViz软件，将原始DICOM格式的数据导入，建立DTI的RGB彩色编码FA图(最小阈值设定为0.2)，以手动方式进行感兴趣区（ROI）选择，在此基础上通过纤维束示踪技术（Fiber Tracking,FT）显示有关白质传导束。皮质脊髓束（锥体束）重建分两种方法，分别是以功能磁共振运动激活区为感兴趣区示踪（fMRI guided DTI-FT）的改进成像方法，具体方法是在BOLD-fMRI激活的初级运动皮层下方及内囊后肢皮质脊髓束走行区层面放置ROI，进行弥散张量纤维束成像，功能磁共振感兴趣区的选择范围由磁共振室专业医师提供。以传统解剖初级运动皮层为感兴趣区进行示踪的传统方法，即于正常解剖学初级运动皮层区下方及内囊后肢皮质脊髓束走行区层面放置ROI，进行DTI-FT[4]，初级运动皮层和内囊后置的选择我们利用解剖知识，从手结前方开始勾画，选取的范围和体积在层面上保持层数一致，最后将病灶与纤维束融合，建立起病灶与纤维束的三维模型，从不同角度显示病灶与纤维束间的空间关系，从而便于手术方案的实施。

1.4 电生理监测应用Cadwell电生理监护系统（Cadwell Laboratories,Inc)，由专业电生理医师术中监测患者脑电图、肌电图。术中以皮层下电刺激作为定位锥体束的“金标准”，将皮下针电极埋置于对侧的监测目标肌肉（群），以记录肌肉动作电位(muscle action potential,MAP)，电生理监测仪器同屏显示肌电的变化。监测肌肉(群)包括：①口角（M3）口轮匝肌，脸（M4）颞肌，眼睑（M5）眼轮匝肌；②拇指（M6）拇短展肌，手（M8）小指展肌，前臂（M9）桡侧腕屈肌、尺侧腕屈肌，上臂（M10）肱二头肌、肱三头肌；③大腿（M11）股直肌、股四头肌，小腿（M12）胫骨前肌、腓肠肌，足（M13）拇短展肌、拇短屈肌。

1.5 手术操作病灶切除前后均作皮层脑电图ECoG监测，“e”字纸片标记痫样放电部位，术中持续监测皮层脑电图定位痫样放电皮层，一方面可用于判断有无癫痫发作，另一方面亦可用于判断麻醉深度及清醒程度。导航引导下切除病灶，自手术切缘距离任意锥体束影像≤20mm时开始进行DsCS[5]。双极刺激探针连接导航适配器Sure Trek（Medtronic Sofamor Danek Co.Ltd），实时精确定位刺激位点，刺激量10～30mA，每点刺激时间约3～4s，靶肌(群)收缩或记录到阳性MAP，停止手术操作以保护锥体束，同时测量记录同一刺激阳性点与两种成像方法重建的锥体束的截距，定量比较两种方法成像锥体束与电刺激阳性点的距离差异。之后分别在改进方法和传统方法成像的锥体束投射区域分别刺激6～8个点，（若两种方法成像的锥体束存在部分重合，则尽可能刺激非重合区域），且刺激强度相同，记录电刺激阳性点的个数，采用定性指标比较改进成像方法、传统方法与DsCS定位锥体束的符合率。未记录到阳性MAP时，可继续扩大肿瘤切除范围，直至导航显示距离锥体束影像接近10mm时应继续在皮层下电刺激辅助下切除病灶及致痫皮层，保留功能皮层及锥体束。运动功能定位为消除患者自主运动所致的干扰，停用肌松药物后，在麻醉状态下实施，而语言功能的定位需要在清醒状态下实施。本实验中有3例患者病灶所在部位因同时涉及语言和运动功能区，故先在麻醉状态定位运动功能区，唤醒后在清醒状态下定位语言功能区。

1.6 结果判定标准DsCS（＋）：电刺激引出面部肌肉抽动、对侧肢体运动或记录到相应的肌电反应为运动区；DsCS（－）：未观察到靶肌(群)收缩及记录到MAP。患者数数中断、错误，图片命名错误则为语言区，分别用数字纸片标记功能区。本组1l例患者均在麻醉状态下作运动功能区定位，其中3例加作全麻术中唤醒定位语言功能区。

2 结果

2.1 手术情况本实验12例患者均在麻醉状态下行皮层下电刺激监测下作运动功能区定位，其中2例同时涉及语言功能者加作全麻唤醒后清醒状态下定位语言功能区并切除病灶。除1例患者按fMRI激活区成像锥体束方法失败，1例患者电刺激结果阴性，3例患者因电刺激诱发癫痫，均无其他严重并发症发生。余患者均成功显示两种方法重建的锥体束，成功刺激出相关肌肉运动，并应用于术中识别锥体束及其辅助下切除中央区病灶。

2.2 DsCS对比验证结果在距离任意锥体束≤20mm时开始行皮层下电刺激，共刺激出16个DsCS（+）位点，同一刺激阳性点距离改进方法成像的锥体束距离为1.3～8.6 mm，平均（4.3±2.8）mm，传统方法成像的锥体束距离1.6～13.7mm，平均（5.5±3.4）mm，因改进方法成像的锥体束比传统方法成像的锥体束离同一电刺激阳性点较短，故相对更准确（t=0.675，P=0.013）。之后分别在改进方法和传统方法成像的锥体束（皮层下白质投射区域覆盖范围）分别共刺激79、88个点（其中31个点在两者重叠区域刺激），记录电刺激阳性点分别为61、62个，计算改进成像方法、传统方法与DsCS定位锥体束的符合率为77%、70%，改进成像方法与皮层下电刺激的符合率也高于传统方法（χ2=7.393，P＜0.05）。

2.3 预后评估5例患者术后第1天右侧肢体肌力Ⅲ～Ⅳ级，出院时恢复正常，1例左上肢肌力Ⅲ～Ⅳ级，左下肢肌力Ⅳ-级，术后1周左上肢偏瘫加重，并发硬膜下出血后行开颅手术清除血肿，余6例患者手术前后肌力无改变。术后2周3例肢体运动同术前或较术前好转，余2例对侧肢体肌力约Ⅲ～Ⅳ级，其中1例病灶涉及语言区者表现为言语迟钝。出院时Fugl-Meyer评分平均87.6分，术后所有患者平均随访6～12个月，术前有癫痫者口服1种抗癫痫药物，Engel’s分级均Ⅰ级。

2.4 典型病例女性，27岁，因“反复发作性肢体抽搐5月余”入院，表现：四肢屈曲，双眼凝视，牙关紧闭，伴意识不清，病程中出现3次GTCS（全面强直阵挛发作）。神经系统查体未见明显异常，四肢肌力、肌张力正常，病理征阴性。头颅MRI:右额中央区占位，约25mm×28mm×23mm(图lA)。以两种锥体束成像方法分别示踪纤维束(图1B,C)，在功能神经导航引导下手术切除病灶，停用肌松药后先行皮层电刺激(刺激强度10mA)运动皮层，在左侧拇短展肌记录到MAP并观察到手动，且此区域与fMRI激活的手运动区相一致。避开手运动区，分块切除肿瘤。在接近锥体束(＜10mm)时行DsCS(刺激强度20mA)，胫骨前肌、腓肠肌记录到MAP并观察到小腿肌群收缩(图1D)，停止手术操作，并对上述刺激阳性区域进行标记(图lA)。与此同时测量记录此刺激阳性点与改进成像方法、传统方法重建的锥体束的截距分别为1.6 mm、3.2 mm(图2B,C)。之后分别在改进方法和传统方法成像的锥体束投射区域分别刺激6个点，结果改进方法与传统方法的阳性点的个数分别为5、3个。组织病理学诊断为：感染性肉芽肿性病变。随访术后1个月、6个月，患者无肢体运动障碍，无癫痫发作。

3 讨论

涉及功能区的病灶因占位效应等原因，周围纤维传导束被推移或侵蚀，导致功能区重塑和变形，造成术后神经功能障碍的发生率较高[6]。在Krings等[7]对中央区肿瘤患者进行fMRI初级运动皮层（primary motor cortex）激活时，发现肿瘤未侵犯的辅助运动区激活范围明显增大，可能就是因为皮层运动系统发生了功能重组。另外，早期获得或先天性疾病，都可能会引起脑功能区的重组和迁移[8]。对于病变组织占据导致的组织移位和周围解剖标志偏移的患者，在纤维束必经区域人为放置示踪感兴趣区，这种传统方法因为个体的解剖差异使依靠解剖标志很难准确定义示踪种子区[9]。

Ohue S[10]等利用皮层下动作诱发电位对32例锥体束周边的肿瘤患者DTI纤维示踪结果的准确性进行了验证，指出电刺激阳性位点与术前影像重建的锥体束平均距离为（8.7±3.1）mm。最新研究得到的两者平均距离为（6.2±3.6）mm，与之前的研究结果基本相符[11]。前者的研究都是在传统示踪方法的基础上重建的锥体束，我们的研究利用“金标准”—皮层下电刺激比较验证了以fMRI激活区示踪的改进方法和传统示踪方法的符合率，通过配对设计初步验证了改进方法的DTI锥体束成像与DsCS有较高的符合率（P＜0.05），同时在皮层下电刺激的辅助下，初步证实了本组资料中改进方法成像的锥体束比传统方法成像的锥体束DsCS阳性位点的平均截距更短（P＜0.05），虽然尚不能认为其完全呈现了真实的纤维束走行，但可以认为其准确性相对传统纤维束成像方法高，也更接近真实的纤维传导束[12]。

图l A示术前常规MRl检查显示右侧额叶的占位性病变；B示分别由传统方法勾画初级运动皮层（橙色线条区域）和功能磁共振激活区为感兴趣区（红色示脚运动激活区域）选取ROI的方法；C示三维角度呈现两种方法分别重建的锥体束走行，红色和蓝色为以手、脚运动激活区示踪的纤维束，而绿色则为以传统方法重建的纤维束；D示术中DsCS在胫骨前肌、腓肠肌记录到MAP并观察到小腿肌群收缩

图2 A示在皮层及皮层下电刺激阳性区域刺激出小腿运动（M12），并进行标记，以避开相应区域；B、C示距离示踪锥体束投影区域进行皮层下电刺激阳性点与改进成像方法重建的锥体束（红色）、传统方法重建的锥体束（绿色）的截距分别为1.6 mm、3.2 mm

本研究病例中除2例皮质发育畸形及1例多发性海绵状血管瘤外未见明显运动皮质的移位，余患者运动区均有不同程度移位，按fMRI激活区方法示踪锥体束成功11例，1例因一侧肢体瘫痪而未成功重建锥体束，1例患者电刺激结果阴性，并未记录到肌肉运动。我们分析可能由以下因素导致：①因肿瘤范围过大，恶性程度高，灰白质移位严重导致两种方法示踪成像的锥体束均不可靠[13]。②术中脑组织及锥体束的偏移。脑深部白质同样会随着术中脑脊液的流失和脑组织塌陷发生移位。③DsCS存在假阴性。术中直接电刺激容易受到多种因素的影响，未诱发出运动反应，可能与电刺激技术（包括刺激阈值强度）有关[14]。另外本研究中有3例术中电刺激诱发癫痫，2例患者出现癫痫发作的情况是在对皮层下白质纤维内（用不同方法所示踪锥体束在神经导航上所呈现的投射区域覆盖范围）电刺激过程中，余1例是在皮层下寻找阳性点过程中，但未得出MAP阳性点（并非在16个DsCS阳性位点内），均及时予局部冷生理盐水冲洗及静脉推注丙戊酸钠后癫痫得到控制，待脑电后放电及肌电图所示肌电完全停止后再次行皮层下电刺激，此过程由电生理医师及麻醉医师全程监测配合，因此对整个实验结果无影响。为进一步避免电刺激过程中出现诸如癫痫发作的副作用，我们的经验是首先电刺激剂量由小逐渐增大，每次增加值不超过0.5mA，其次利用改进纤维束方法提供的纤维束走行分布，以提供术中电刺激范围，在DsCS的辅助下有选择性的进行刺激验证真正传导纤维束的位置和走向，可使手术操作更加准确和有目的性，并有效减少甚至避免电刺激导致的癫痫发作[15]。

对于涉及中央区的病灶，以功能磁共振运动激活区为感兴趣区示踪锥体束的方法，可同时保护功能皮层和锥体束，但仍需联合应用皮层及皮层下电刺激，更加有助于妥善处理病灶并有效保护脑功能区，最大程度提高患者的生活质量。

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A preliminary comparative study on two different methods of region of interest selection on the pyramidaltract tracking in the surgery of central area lesions.

ZHANG Qingyun,Yi Yao,JIANG Jiandong,ZHONG Ping, ZHANG Xiaobin,WANG Fengpeng,GAO Dengke.Department of Neurosurgery,Neural Medical Center,Anhui Medical University affiliated 174thHospital of PLA clinical college,NO.94-96 Wenyuan Road,Xiamen,361003,China.Tel：0592-6335710.

ObjectiveTo validate and compare the pyramidal tracts traced by functional magnetic resonance mo⁃tion activated area as the region of interest method(fMRI guided DTI-FT)and by the anatomy of primary motor cortex as region of interest method（traditional DTI-FT）using subcortical electrical stimulation(DsCS).MethodsA prospective study was conducted in 12 cases of patients with central lesions involving the motor area.The pyramidal tracts were traced by fMRI guided DTI-FT method and traditional DTI-FT method.The lesions were resected with the assistance of neuronavigation.The distances between same stimulation positive point and pyramidal tracts traced by the fMRI DTI-FT or traditional DTI-FT were recorded.The coincidence rates between pyramidal tract imaging and DsCS were analyzed in order to verify the accuracy and reliability of these two methods.ResultsTwo cases were excluded:one due to the failureof the fMRI activation caused by movement dysfunction and one case due to negative electrical stimulation.,The pyrami⁃dal tracts were successfully reconstructed in the rest 10 patients using these two methods which were further applied to assist surgery.The coincidence rates between DsCS and pyramidal tracts were 77%in fMRI DTI-FT and 70%in tradition⁃al DTI-FT.The shortest distances were 4.3mm±2.8mm and 5.5mm±3.4mm in fMRI DTI-FT and in traditional DTI-FT in 16 DsCS positive sites and the difference was statistically significant(P＜0.05).Five cases had temporary postoperative pa⁃ralysis.Among them,four cases had upper limb paralysis and one case had hemiplegia.The motor function was improved in four cases and remained unchanged in two cases two weeks after the operation.The motor function in the rest six cases did not have any change before and after operation.ConclusionThe fMRI guided DTI-FT can be helpful to deal with le⁃sions and effectively protect the brain function area in patients with the central area lesions involved motor area.

Diffusion tensor imaging Magnetic resonance imaging Central area Control study

R739.41

A

2014-11-06）

（责任编辑:甘章平）

10.3936/j.issn.1002-0152.2015.01.008

☆ 南京军区医学科技创新重点课题（编号：ZD26）

* 安徽医科大学解放军第174临床学院神经医学中心外科（厦门 361003）

△ 解放军第174医院神经医学中心外科