2,多模态影像融合技术在脑肿瘤 手术中的应用

多模态影像融合技术在脑肿瘤手术中的应用目的：利用多模态影像数据配准融合和三维重建的方法构建脑肿瘤及其周围的解剖结构，旨在为脑肿瘤手术提供指导。

方法选取2015年4月至2015年12月清华大学玉泉医院神经外科收治的10例脑肿瘤患者，采用头颅CT、MRI对脑肿瘤患者进行数据采集，利用NeuroTech软件对影像数据进行配准融合和三维重建。

结果：对10例脑肿瘤患者的颅骨、脑肿瘤、脑组织以及血管等组织的三维结构进行重建，可清晰显示肿瘤的大小、位置、形状以及肿瘤与周围结构的解剖关系，从而在手术切口设计、手术入路和肿瘤切除方式的选择等方面发挥辅助作用。

结论：采用多模态影像融合技术能直观地显示肿瘤与血管、脑组织、颅骨等组织的解剖关系，提供大量的可视化信息，指导神经外科手术的切口设计、手术入路的选择以及肿瘤切除，并在脑功能的保护、减少术后并发症方面发挥作用。

数据的采集和处理：(1)数据采集：10例脑肿瘤患者均行头颅CT和MRI检查。

MRI检查方法包括三维翻转预脉冲激励超快速场回波(3D T1一weighted turbo field echo of inversion pre—pulse excitation，3D T1WI FFE)、三维液体抑制反转恢复成像(3 D，12-weighted inversion recovery basedsequence for CSF suppression，3 D眩WI FLAIR)、脑内静脉三维相位对比法成像(3D phase contrast angiography of vein，3D PCA MRV)、对比透视血管追踪增强磁共振血管成像(bolus tracking of contrast enhance magnetic
resonance angiography，CE-MRA)、三维时间飞跃磁共振血管成像(3D time of flight magnetic resonance angiography，3 D TOF MRA)。

对 10例患者收集CT、3D T1WI FFE、3D T2WI FLAIR、 3D PCA MRV、CE—MRA、3D TOF MRA和3D T1WI FFE增强扫描影像。

(2)数据配准融合和三维重建：将10例患者的影像数据导入NeuroTech软件，进行配准融合和三维重建（如图所示）。

治疗方法：10例脑肿瘤患者均行手术治疗。

利用重建图像显示的肿瘤与颅骨、血管、脑表面结构和标记点的关系辅助手术，包括手术切口和骨瓣的设计、引流静脉和供血动脉以及脑功能的保护等。

结论：重建后的图像均与术中情况相吻合。

重建的肿瘤图像与MRI影像相吻合。

配准融合三维重建后，脑肿瘤、颅骨、脑组织、血管以及标记点可同时显示出来，亦可分层次显示，可以将颅骨半透明化，以显示内部的脑组织、肿瘤和血管，同时保留骨缝的显示。

重建的图像可以将脑组织半透明化，逐步显示深部的肿瘤。

重建图像能以任意角度旋转，从不同方向显示局部的解剖关系，也可将深部肿瘤投射到颅骨表面，显示肿瘤与颅骨的关系。

重建图像可以将任何一种重建的结构隐藏，以利于感兴趣区域或结构的显示。

脑肿瘤所涉及的局部解剖较为复杂，CT抑或各种MRI扫描均为单模态方法，且提供的数据皆为二维图像数据，不能满足临床的需求。

临床上迫切需要能直观显示肿瘤及其周围解剖结构的三维图像，为手术治疗提供客
观的、直观的信息。

CT和各种MRI成像的原理不同，可以提供不同的图像信息，各种成像方法可以互相补充。

将CT、结构MRI和多种功能MRI的数据进行配准融合和三维重建后，可以直观地显示肿瘤及其周围的解剖结构。

在此背景下，多模态影像融合技术逐渐发展并应用于临床。

目前多模态影像融合技术已应用于神经外科多个领域，融合后的三维图像可以为术前精确诊断、评估和治疗提供直观的可视化信息。

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目的：探讨超高场强术中磁共振及多模态影像融合应用于颅内病变穿刺活检的临床初步经验、优势与不足。

方法：利用 3.0Ｔ超高场强术中磁共振系统在结构影像的基础上结合多模态影像如磁共振灌注成像（PWI）、磁共振波谱分析（MRS）、弥散张量成像（DTI）、血氧水平依赖成像（BOLD）等，通过代谢及功能信息优化靶点选择，实施多靶点活检。

结果共实施23例幕上病变穿刺活检，获得78份标本。

所有病例得到明确诊断，术中影像证实靶点均实现术前计划，无严重并发症。

结论：术中磁共振多模态影像可同时提供功能及代谢信息，提高穿刺活检成功率，降低致残率。

磁共振数据采集所有病例术前进行IMRI检查，结构影像及PWI，MRS，DTI数据常规收集，穿刺路径如涉及功能区皮质，加做相应任务态BOLD序列PWI和MRS数据分析ＰＷＩ：在毛细血管血流速率（ＣＢＶ）伪彩图中目测肿瘤病变实质部分的最高灌注处放置感兴趣
区（ＲＯＩ），并在病变对侧正常脑白质内设置同样大小ＲＯＩ作为参照（设为１），即可获得各感兴趣区的相对ＣＢＶ。

ＭＲＳ：代谢物一般选择Ｎ－乙酰天冬氨酸和胆碱，在影像后处理工作站得到扫描野的波谱化学移位图像。

活检靶点的选择活检靶点的标记组织活检病理分析
脑内病变穿刺活检术可分为有框架、无框架以及IMRI实时影像导航三个阶段。

研究表明：①无框架导航活检术在定位误差、活检率及术后并发症率上与有框架术式比较差异无统计学意义；
②此外，无框架导航活检术具有一些独特优势如：免去安装头架带来的不适；避免患者不配合导致的误差和危险；穿刺时随时了解靶点位置，心中有数；多靶点穿刺时不必重复计算；如需改为开颅手术可迅速进行。

尽管如此，由于基于术前影像，术中脑移位仍可使目标定位发生偏离。

ｉＭＲＩ的出现解决了这一难题。

本研究活检阳性率达100％，与相关报道一致（96%~100%）。

高活检阳性率除归因于具备传统导航手术的图形可视化优点，更在于该术式能实时纠正脑移位误差。

我们建议可能发生脑移位的脑内病变穿刺活检术可选用ｉＭＲＩ实时影像导航。

然而也有报告表明，即使ｉＭＲＩ实时影像证实穿刺靶点无误，组织病理学仍可能无法确诊。

恶性肿瘤内部组织结构是不均匀的，活检部位选择的恰当与否是确诊及分型、分级的关键。

本研究的结果令人鼓舞，但也仍存不足：①本组资料为临床初步应用经验，还需进一步扩大样本量及开
展随机对照研究；②ＭＲＳ易受骨质、水分子的干扰，会出现基线不稳，在选择感兴趣区时需加以注意；③ＰＷＩ也存在一些缺陷，如肿瘤间的ｒＣＢＶ值有相互重叠现象；血液中有形成分、钙化、金属等引起的磁敏感性伪影影响对组织的评价等等。

此外，由于硬件、软件的不同及数据处理方式的差异，许多研究结论和具体数据存在偏倚，尚有待在技术和评判标准上统一认识。

多模态技术治疗岛叶相关胶质瘤的疗效分析和探索性研究研究目的：岛叶相关胶质瘤解剖位置深在，紧邻血管和重要功能区。

多模态技术可以提高肿瘤全切率的、降低患者死亡率。

方法：选取治疗并成功随访的143例岛叶相关胶质瘤患者，进行回顾性研究，卡方检验多模态组和传统手术组的全切率及可能影像两组全切率的相关因素。

分别系统总结评估岛叶相关LGGs(Low grade gliomas，低级别胶质瘤)及HGGs(High grade gliomas，高级别胶质瘤)的生存情况，应用Kaplan—Meier单因素分析和Cox回归多因素分析相继判定影响生存的因素。

同时对多模态组中肿瘤毗邻CST(Corticospinal tract，皮质脊髓束)的43例病例，基于DTI(Diffusion tensorimaging，弥散张量成像)技术以术前肿瘤体积、肿瘤直径、肿瘤与CST的距离、肿瘤水肿带宽为研究对象，行统计学诊断试验和方差分析探讨空间构象与术前运动功能障碍和术后运动功能变化的规律。

结论： 1．多模态技术治疗岛叶相关胶质瘤的疗效确切，能够提高全切率从而改善生存情
况，值得临床应用推广。

2．通过多模态技术中的DTI可以常规术前重建岛叶相关胶质瘤CST等功能区，获取空间构象参数，明确肿瘤与功能区的位置关系，结合保留神经功能制定岛叶相关胶质瘤的个体化手术策略。

术前制定手术计划：术前常规行1．5TMRI扫描，并基于DTI、fMRI、MRA、MRV、MRS等数据，应用Brainlab Workstation软件系统制定多模态手术计划。

DTI模态用于脑白质纤维束的示踪重建，fMRI模态用于视皮层(棋盘格翻转任务)、Broca语言区(number counting任务)、Wemicke语言区(naming任务)的示踪重建，MRA模态应用于手术区域重要动脉血管的重建，MRV模态用于手术区域重要静脉血管的重建，MRS模态应用于肿瘤代谢热区的重建。

在工作站Segmentation模块中，术前拟诊为高级别的肿瘤利用T1WI增强序列、拟诊为低级别的肿瘤利用Flair序列进行肿瘤三维重建。

如图所示。

多模态手术计划的实施：首先将工作站中的手术计划导入iMRI手术间的手术系统，注册患者位置信息并校准。

显微镜下实时动态显示术前重建的模块在术野中的投影轮廓，术者认为肿瘤切除达已达目的时暂停手术进行IMRI扫描快速评估手术效果。

研究分组：
根据手术方式将收集齐的病例分为两组，研究组为应用iMRI技术结合功能和代谢导航治疗岛叶相关胶质瘤的多模态手术组(多模组)，对照组为应用显微外科基础之上间或结合单纯解剖影像导航的传统手术组(传统组)。

全切率与不同手术方式关系的研
究经计算，多模组与传统手术组全切率为88．5％VS71．8％，卡方检验得出P=0．022<0．05，即认为多模组的全切率高于传统手术组。

(P小于0．05为阳性统计学结果) 讨论：以iMRI为主的多模态技术相比传统显微外科及单纯神经导航可以获得较高的全切率，本研究对于解剖复杂的岛叶相关胶质瘤的GTR仍能够达到83．9％的较高全切率，且多模组的全切率显著高于传统手术组，这肯定了多模态技术在岛叶相关胶质瘤中的良好手术疗效。

大量文献表明肿瘤切除程度越高患者越可能获得较好的生存。

．多模态技术可以提高岛叶相关胶质瘤的全切率(88．5％)。

未见性别、年龄、肿瘤侧别、肿瘤主体位置、肿瘤累及脑叶数目与肿瘤全切率有关。

本篇论文认为多模态技术在岛叶相关胶质瘤治疗中的疗效确切，值得临床推广应用。