2,多模態(tài)影像融合技術(shù)在腦腫瘤 手術(shù)中的應(yīng)用

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1、 多模態(tài)影像融合技術(shù)在腦腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用 目的：利用多模態(tài)影像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)融合和三維重建的方法構(gòu)建腦腫瘤及其周圍的解剖結(jié)構(gòu)，旨在為腦腫瘤手術(shù)提供指導(dǎo)。方法選取2015年4月至2015年12月清華大學(xué)玉泉醫(yī)院神經(jīng)外科收治的10例腦腫瘤患者，采用頭顱CT、MRI對腦腫瘤患者進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用NeuroTech軟件對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)融合和三維重建。 結(jié)果：對10例腦腫瘤患者的顱骨、腦腫瘤、腦組織以及血管等組織的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建，可清晰顯示腫瘤的大小、位置、形狀以及腫瘤與周圍結(jié)構(gòu)的解剖關(guān)系，從而在手術(shù)切口設(shè)計(jì)、手術(shù)入路和腫瘤切除方式的選擇等方面發(fā)揮輔助作用。 結(jié)論：采用多模態(tài)影像融合技術(shù)能直觀

2、地顯示腫瘤與血管、腦組織、顱骨等組織的解剖關(guān)系，提供大量的可視化信息，指導(dǎo)神經(jīng)外科手術(shù)的切口設(shè)計(jì)、手術(shù)入路的選擇以及腫瘤切除，并在腦功能的保護(hù)、減少術(shù)后并發(fā)癥方面發(fā)揮作用。 數(shù)據(jù)的采集和處理： (1) 數(shù)據(jù)采集:10例腦腫瘤患者均行頭顱CT和MRI檢查。MRI檢查方法包括三維翻轉(zhuǎn)預(yù)脈沖激勵(lì)超快速場回波(3DT1一weightedturbofieldechoofinversionpre—pulseexcitation，3DT1WIFFE)、三維液體抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)成像(3D，12-weightedinversionrecoverybasedsequenceforCSFsuppression3D眩

3、WIFLAIR)、腦內(nèi)靜脈三維相位對比法成像(3Dphasecontrastangiographyofvein3DPCAMRV)、對比透視血管追蹤增弓雖磁共振血管成像(bolustrackingofcontrastenhancemagneticresonanceangiography，CE-MRA)、三維時(shí)間飛躍磁共振血管成像(3Dtimeofflightmagneticresonanceangiography,3DTOFMRA)。對10例患者收集CT、3DT1WIFFE、3DT2WIFLAIR、3DPCAMRV、CE—MRA、3DTOFMRA和3DT1WIFFE增強(qiáng)掃描影像。 (2) 數(shù)據(jù)

4、配準(zhǔn)融合和三維重建：將10例患者的影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入NeuroTech軟件，進(jìn)行配準(zhǔn)融合和三維重建(如圖所示)。 團(tuán)L患者女.46擴(kuò)，右頂林匣跚聽痛孔生技htRITlJfl強(qiáng)掃描見沖揃咱顯均勻強(qiáng)it；B.E堆寶敢后ill冊顯不據(jù)記劇尊汩魚于It雄囚周甩功Jfr脈1白筋知僅于腫堀止上圧頤廿半遇囲化JS.珂見下方的科齒構(gòu)虹管；匕：紳田也不星示M丹；|展示時(shí)斷黑茄人丄矢戦罷⑴箭頭h仇三址忌遽園面謝站示眩朗轂*逍用化”叮艮探部呼哺：E.三堆蟲建陜狀垃i'J割虛示深部腫帝祁近松栗悴lS(#f頭所示 治療方法:10例腦腫瘤患者均行手術(shù)治療。利用重建圖像顯示的腫瘤與顱骨、血管、腦表面結(jié)構(gòu)和標(biāo)記點(diǎn)的關(guān)系輔助

5、手術(shù)，包括手術(shù)切口和骨瓣的設(shè)計(jì)、引流靜脈和供血動脈以及腦功能的保護(hù)等。 結(jié)論：重建后的圖像均與術(shù)中情況相吻合。重建的腫瘤圖像與MRI影像相吻合。配準(zhǔn)融合三維重建后，腦腫瘤、顱骨、腦組織、血管以及標(biāo)記點(diǎn)可同時(shí)顯示出來，亦可分層次顯示，可以將顱骨半透明化，以顯示內(nèi)部的腦組織、腫瘤和血管，同時(shí)保留骨縫的顯示。重建的圖像可以將腦組織半透明化，逐步顯示深部的腫瘤。重建圖像能以任意角度旋轉(zhuǎn)，從不同方向顯示局部的解剖關(guān)系，也可將深部腫瘤投射到顱骨表面，顯示腫瘤與顱骨的關(guān)系。重建圖像可以將任何一種重建的結(jié)構(gòu)隱藏，以利于感興趣區(qū)域或結(jié)構(gòu)的顯示。 腦腫瘤所涉及的局部解剖較為復(fù)雜，CT抑或各種MRI掃描均為單模

6、態(tài)方法，且提供的數(shù)據(jù)皆為二維圖像數(shù)據(jù)，不能滿足臨床的需求。臨床上迫切需要能直觀顯示腫瘤及其周圍解剖結(jié)構(gòu)的三維圖像，為手術(shù)治療提供客觀的、直觀的信息。CT和各種MRI成像的原理不同，可以提供不同的圖像信息，各種成像方法可以互相補(bǔ)充。將CT、結(jié)構(gòu)MRI和多種功能MRI的數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)融合和三維重建后，可以直觀地顯示腫瘤及其周圍的解剖結(jié)構(gòu)。在此背景下，多模態(tài)影像融合技術(shù)逐漸發(fā)展并應(yīng)用于臨床。 目前多模態(tài)影像融合技術(shù)已應(yīng)用于神經(jīng)外科多個(gè)領(lǐng)域，融合后的三維圖像可以為術(shù)前精確診斷、評估和治療提供直觀的可視化信息。 術(shù)中磁共振多模態(tài)影像導(dǎo)航下腦內(nèi)病變穿刺活檢術(shù)的初步應(yīng)用目的：探討超高場強(qiáng)術(shù)中磁共振及多模態(tài)

7、影像融合應(yīng)用于顱內(nèi)病變穿刺活檢的臨床初步經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢與不足。 方法：利用3.0T超高場強(qiáng)術(shù)中磁共振系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)影像的基礎(chǔ)上結(jié)合多模態(tài)影像如磁共振灌注成像（PWI）、磁共振波譜分析（MRS）、彌散張量成像（DTI）、血氧水平依賴成像（BOLD）等，通過代謝及功能信息優(yōu)化靶點(diǎn)選擇，實(shí)施多靶點(diǎn)活檢。結(jié)果共實(shí)施23例幕上病變穿刺活檢，獲得78份標(biāo)本。所有病例得到明確診斷，術(shù)中影像證實(shí)靶點(diǎn)均實(shí)現(xiàn)術(shù)前計(jì)劃，無嚴(yán)重并發(fā)癥。 結(jié)論：術(shù)中磁共振多模態(tài)影像可同時(shí)提供功能及代謝信息，提高穿刺活檢成功率，降低致殘率。 磁共振數(shù)據(jù)采集所有病例術(shù)前進(jìn)行IMRI檢查，結(jié)構(gòu)影像及PWI,MRS,DTI數(shù)據(jù)常規(guī)收集，穿刺路徑如

8、涉及功能區(qū)皮質(zhì)，加做相應(yīng)任務(wù)態(tài)BOLD序列 PWI和MRS數(shù)據(jù)分析PWI：在毛細(xì)血管血流速率（CBV）偽彩圖中目測腫瘤病變實(shí)質(zhì)部分的最高灌注處放置感興趣區(qū)（ROI）,并在病變對側(cè)正常腦白質(zhì)內(nèi)設(shè)置同樣大小ROI作為參照（設(shè)為1）,即可獲得各感興趣區(qū)的相對CBV。MRS：代謝物一般選擇N—乙酰天冬氨酸和膽堿，在影像后處理工作站得到掃描野的波譜化學(xué)移位圖像?；顧z靶點(diǎn)的選擇 活檢靶點(diǎn)的標(biāo)記組織活檢病理分析 1亠出：桿基于兀值的MHSffliS上選中槪穿剝耙點(diǎn).理赴赳小莊r籀丸折-e#it力.1閉悶部fit大"靶點(diǎn)按腮冉屯乂洗剜緇號為?。ヘ芜\(yùn)存酬荻件■卄第誡舉號的空間蜚標(biāo)*井將鈦偽記丁対妣庫刊

9、丄。1>：OSER1）；軼忡#岀標(biāo)■把冇穿啊點(diǎn)C鬲頭所和柏導(dǎo)航序列用FSM ^2尋坑塀靖出性崎鈦右罔旬礦庸容固定于顱骨的冷訂腫t舉博胡檢掾統(tǒng)（Niit^UsMrtlLcuui-鬲ii屈un）,通過獲啞闔左于質(zhì)骨.白色馳機(jī)探緊盒即可怖定穿釗方商 1.4典型病例見圖3, ■古址畫卿it注韋像（嘆1用希種滯呈高*出井■內(nèi)不同區(qū)域rCEY不|用【祈均一性），琶一色區(qū)域?yàn)镠J3V踐濟(jì)值：H：譽(yù)庫常龍氏孫迺諾卄析〔MR卻應(yīng)像.內(nèi)色■方療為感％題低閃毎*罐也小方駆代羔一卒矩巖.每傘號當(dāng)帕認(rèn)比伍耳崙不均一牲圧;州】％I與MHS曉合，選取r<$\氏CLb/.MAA出值嗎為相對城島的配肢描溝靶壺汕：

10、mi竝魏示俸體桌位「-腫帕血內(nèi)LWJlE：：TI粥色切撇圖偉：匚倉遺擇好的靶點(diǎn)週過拆記戟斤肛,1旳」.口與站曲崔俚配朋漣合，描導(dǎo)辱坑穿帖.段橋制M理劃兩亍穿刺迪，選揮6<■靶.點(diǎn)，老祐宛氏方形庫槪標(biāo)記°黃旣為鄴劃躋徒?塚色十寧耀為穿榊針頭橫祝桁刈?、龋簻簷z始束后.璉行M匿臉使，鍛實(shí)吧點(diǎn)聯(lián)耳札詢.fi牛眼庫點(diǎn)與壓段列點(diǎn)咧書一録；EL術(shù)瑋即'訂匾寶誹彈或雖購也 腦內(nèi)病變穿刺活檢術(shù)可分為有框架、無框架以及IMRI實(shí)時(shí)影像導(dǎo)航三個(gè)階段。研究表明： ①無框架導(dǎo)航活檢術(shù)在定位誤差、活檢率及術(shù)后并發(fā)癥率上與有框架術(shù)式比較差異無統(tǒng)計(jì)②此外，無框架導(dǎo)航活檢術(shù)具有一些獨(dú)特優(yōu)勢如：免去安裝頭架帶來的不適；避免患

11、者不配合導(dǎo)致的誤差和危險(xiǎn)；穿刺時(shí)隨時(shí)了解靶點(diǎn)位置，心中有數(shù)；多靶點(diǎn)穿刺時(shí)不必重復(fù)計(jì)算；如需改為開顱手術(shù)可迅速進(jìn)行。盡管如此，由于基于術(shù)前影像，術(shù)中腦移位仍可使目標(biāo)定位發(fā)生偏離。ilVIRI的出現(xiàn)解決了這一難題。本研究活檢陽性率達(dá)100%，與相關(guān)報(bào)道一致（96%~100%）。高活檢陽性率除歸因于具備傳統(tǒng)導(dǎo)航手術(shù)的圖形可視化優(yōu)點(diǎn)，更在于該術(shù)式能實(shí)時(shí)糾正腦移位誤差。我們建議可能發(fā)生腦移位的腦內(nèi)病變穿刺活檢術(shù)可選用iVRI實(shí)時(shí)影像導(dǎo)航。然而也有報(bào)告表明，即使iVRI實(shí)時(shí)影像證實(shí)穿刺靶點(diǎn)無誤，組織病理學(xué)仍可能無法確診。惡性腫瘤內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)是不均勻的，活檢部位選擇的恰當(dāng)與否是確診及分型、分級的關(guān)鍵。 本

12、研究的結(jié)果令人鼓舞，但也仍存不足：①本組資料為臨床初步應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，還需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量及開展隨機(jī)對照研究；②MRS易受骨質(zhì)、水分子的干擾，會出現(xiàn)基線不穩(wěn)，在選擇感興趣區(qū)時(shí)需加以注意；③PWI也存在一些缺陷，如腫瘤間的rCBV值有相互重疊現(xiàn)象；血液中有形成分、鈣化、金屬等引起的磁敏感性偽影影響對組織的評價(jià)等等。此外，由于硬件、軟件的不同及數(shù)據(jù)處理方式的差異，許多研究結(jié)論和具體數(shù)據(jù)存在偏倚，尚有待在技術(shù)和評判標(biāo)準(zhǔn)上統(tǒng)一認(rèn)識。 多模態(tài)技術(shù)治療島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤的療效分析和探索性研究 研究目的：島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤解剖位置深在，緊鄰血管和重要功能區(qū)。多模態(tài)技術(shù)可以提高腫瘤全切率的、降低患者死亡率。 方法：選

13、取治療并成功隨訪的143例島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤患者，進(jìn)行回顧性研究，卡方檢驗(yàn)多模態(tài)組和傳統(tǒng)手術(shù)組的全切率及可能影像兩組全切率的相關(guān)因素。分別系統(tǒng)總結(jié)評估島葉相關(guān) LGGs（Lowgradegliomas,低級別膠質(zhì)瘤）及HGGs（Highgradegliomas,高級別膠質(zhì)瘤）的生存情況，應(yīng)用Kaplan一Meier單因素分析和Cox回歸多因素分析相繼判定影響生存的因素。同時(shí)對多模態(tài)組中腫瘤毗鄰CST（Corticospinaltract,皮質(zhì)脊髓束）的43例病例，基于DTI（Diffusiontensorimaging，彌散張量成像）技術(shù)以術(shù)前腫瘤體積、腫瘤直徑、腫瘤與CST的距離、腫瘤水腫帶寬

14、為研究對象,行統(tǒng)計(jì)學(xué)診斷試驗(yàn)和方差分析探討空間構(gòu)象與術(shù)前運(yùn)動功能障礙和術(shù)后運(yùn)動功能變化的規(guī)律。 結(jié)論： 1．多模態(tài)技術(shù)治療島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤的療效確切，能夠提高全切率從而改善生存情況，值得臨床應(yīng)用推廣。 2.通過多模態(tài)技術(shù)中的DTI可以常規(guī)術(shù)前重建島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤CST等功能區(qū)，獲取空間構(gòu)象參數(shù)，明確腫瘤與功能區(qū)的位置關(guān)系，結(jié)合保留神經(jīng)功能制定島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤的個(gè)體化手術(shù)策略。 術(shù)前制定手術(shù)計(jì)劃：術(shù)前常規(guī)行1.5TMRI掃描，并基于DTI、fMRI、MRA、MRV、MRS等數(shù)據(jù)，應(yīng)用BrainlabWorkstation軟件系統(tǒng)制定多模態(tài)手術(shù)計(jì)劃。DTI模態(tài)用于腦白質(zhì)纖維束的示蹤重建,fMRI

15、模態(tài)用于視皮層（棋盤格翻轉(zhuǎn)任務(wù)）、roca語言區(qū)（numbercounting任務(wù)）、Wemicke語言區(qū)（naming任務(wù)）的示蹤重建，MRA模態(tài)應(yīng)用于手術(shù)區(qū)域重要動脈血管的重建,MRV模態(tài)用于手術(shù)區(qū)域重要靜脈血管的重建，MRS模態(tài)應(yīng)用于腫瘤代謝熱區(qū)的重建。在工作站Segmentation模塊中，術(shù)前擬診為高級別的腫瘤利用T1WI增強(qiáng)序列、擬診為低級別的腫瘤利用Flair序列進(jìn)行腫瘤三維重建。如圖所示。 A 劉壟茶，期，3Z?,語吝彈嗎申右則般轉(zhuǎn)無力睪年.#蔣MREX左晦［呂氐額片巨丈種構(gòu)為腫掛. M色堀￡為底康嚮?束，垃性姑構(gòu)拘和檢-粘后7血真査顯示腫羯全切? 圖1.1島葉腔質(zhì)

16、麻術(shù)葡冬模態(tài)構(gòu)建結(jié)■果與術(shù)后禪像對比敗畀圖 i 張菜某，京性.弗出，屁斷罷欄:S年底卿戰(zhàn)柞一本.術(shù)前ffi示耳林暗-紅罷為琲靜林爭妹?殊色為腫屠組織.輩Z皮佞脅1?東，J（芭再最覺帶卑策.如田足示，近的纖維車時(shí)騷方堆擠? ￡17忒荊腫焉與功能區(qū)巫血箸三雛構(gòu)第圖 多模態(tài)手術(shù)計(jì)劃的實(shí)施：首先將工作站中的手術(shù)計(jì)劃導(dǎo)入iMRI手術(shù)間的手術(shù)系統(tǒng)，注冊患者位置信息并校準(zhǔn)。顯微鏡下實(shí)時(shí)動態(tài)顯示術(shù)前重建的模塊在術(shù)野中的投影輪廓，術(shù)者認(rèn)為腫瘤切除達(dá)已達(dá)目的時(shí)暫停手術(shù)進(jìn)行IMRI掃描快速評估手術(shù)效果。 研究分組：根據(jù)手術(shù)方式將收集齊的病例分為兩組，研究組為應(yīng)用iMRI技術(shù)結(jié)合功能和代謝導(dǎo)航治

17、療島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤的多模態(tài)手術(shù)組（多模組），對照組為應(yīng)用顯微外科基礎(chǔ)之上間或結(jié)合單純解剖影像導(dǎo)航的傳統(tǒng)手術(shù)組（傳統(tǒng)組）。 全切率與不同手術(shù)方式關(guān)系的研究 經(jīng)計(jì)算，多模組與傳統(tǒng)手術(shù)組全切率為88.5%VS71.8%,卡方檢驗(yàn)得出P二0.022<0.05,即認(rèn)為多模組的全切率高于傳統(tǒng)手術(shù)組。（P小于0.05為陽性統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果） 表1」全切率與手朮方就的關(guān)系 手術(shù)組 肚全切或部分 合計(jì) 卡方値 P值 多模組 S2(83.酈 28(71. 12 104 39 5.^7 [).022 討論： 以iMRI為主的多模態(tài)技術(shù)相比傳統(tǒng)顯微外科及單純神經(jīng)導(dǎo)航可以獲得較高的全切率，本研究對于解剖復(fù)雜的島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤的GTR仍能夠達(dá)到83.9%的較高全切率，且多模組的全切率顯著高于傳統(tǒng)手術(shù)組，這肯定了多模態(tài)技術(shù)在島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤中的良好手術(shù)療效。大量文獻(xiàn)表明腫瘤切除程度越高患者越可能獲得較好的生存。.多模態(tài)技術(shù)可以提高島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤的全切率（88.5%）。未見性別、年齡、腫瘤側(cè)別、腫瘤主體位置、腫瘤累及腦葉數(shù)目與腫瘤全切率有關(guān)。本篇論文認(rèn)為多模態(tài)技術(shù)在島葉相關(guān)膠質(zhì)瘤治療中的療效確切，值得臨床推廣應(yīng)用。