立体定向神经外科应用进展

立体定向神经外科应用进展 成都军区总医院神经外科 匡永勤 立体定向技术概述 立体定向神经外科应用进展 立体定向神经外科 立体定向神经外科作 为神经外科的一个分 支 ,是利用影像定位和 定向仪引导 ,将微电极 、穿刺针等显微器械 置入脑内特定靶点 ;通 过记录电生理、留取 组织标本、产生毁损 灶、去除病灶、植入 电极等方法 ,诊断和治 疗中枢神经系统的各 种病症 立体定向神经外科发展史 1873年 Dittmen首先介绍了立体定向术的原理和动物试验 1889年 Zernov制造了极坐标形式定向仪 ,用于引导颅骨钻孔手 术 ,是立体定向神经外科的最早尝试 1906)1908年 Clarke和 Horsley设计制造了第一台三维坐标立体 定向仪 ,仅用于动物试验 1920年 Clarke发表了猫脑和猴脑的立体定向切面图谱 ,并预言定 向仪可应用于人类疾病的治疗 1947年 Spiegel和 Wycis应用自行设计较精确的定向仪 ,采用脑室 造影技术确定脑内靶点 ,完成了首例患者的立体定向手术 (丘脑 背内侧核毁损术 ) 1949年， Lars Leksell首先设计出平面直角与球极坐标相结合 的复合立体定向手术系统 1970年 CT问世 ,1976年 Beqgrtro首先介绍了 CT导向立体定向系 统 1995年 Alexeander施行了首例 MRI引导下的立体定向手术 LEKSELL教授与他发明的定向系统 我国立体定向神经外科发展情况 王忠诚于 1957年利用苍白球切开器徒手穿刺 ,开展 外科手术治疗帕金森综合征 , 王茂山教授 1961发表 帕金森综合征的外科治疗 蒋大介教授 1964 脑部定向手术研究 一种定 向器的设计及其应用 、 锥体外系疾病的定向 手术治疗 许建平教授 1964 立体导向在神经外科上的应用 1965年至 1983年期间 , ,立体定向和功能性神经外 科基本处于停顿状态 我国立体定向神经外科发展情况 1983年后，立体定向神经外科在全国获得蓬勃发展 成都军区总医院神经外科自 1985年率先在西南地区开 展立体定向手术，至 1996年共治疗帕金森氏病 2000 余例，获军队科技进步二等奖 1988年出版了我国第一本 功能性及立体定向神经外 科学 专著 ,陈炳桓主编 ,蒋大介、许建平副主编 1997年海军总医院应用机器人集成系统于临床 1998年北京天坛医院、上海华山医院等开展脑深部刺 激治疗帕金森病 立体定向的基本原理 基于三维坐标系统，空间任意一点可以由三 维坐标确定。三切面相互垂直时，交点只有 一个。脑内任意一靶点都可在定向仪的三维 坐标上找到对应的数值。 立体定向（ stereotaxis）一词起源于希腊词 stereos和 taxis，前者的意思是三维立体，后者指的是定向排序。 立体定向系统是指在颅外建立稳定的三维参照系统，在神经放射影像上测量颅内任意靶点的三维坐标参数。 立体定向的基本原理 通过计算靶点相对于 N形边的三维位置，确定靶点的三维坐标 计算出靶点三维坐标后，安装上导向头环，使得靶点位于定向系统的 圆心。 标准解剖方位 精确定位和确定靶点 脑图谱 确定经验靶点（间接靶点） 成像设备 CT/MRI 采集影像数据，识别患者大脑内的主要结构。 解剖标测 将图谱中显示的靶区与单个患者的各别成像数据作配 对 解剖靶点定位 使用解剖图来确定靶点坐标 电生理定位 通过对靶点进行刺激以及评估副作用和症状改善来 确定最佳电极位置 三个主要的靶点定位标志 Anterior commissure (AC)前连合 -位于胼胝体下方，丘脑前方 Posterior commissure (PC)后连合 -位于胼胝体下方，丘脑后方 第三脑室 AC-PC线的中点定为大脑原点。 左右丘脑位于第三脑室的两侧，靠近后室壁。 AC-PC Corpus CallosumMidline 立体定向神经外科进展和趋势 1986年 Robert介绍了无框架立体定向导航系统。 目前神经外科导航系统发展很快，已经有多种类 型，如声波数字化仪、遥感关节臂、光学数字化仪 、电磁数字化仪。 一、有框架定向仪走入无框架立体定向导航系统 随着无框架导航系 统临床应用，发现术中 脑脊液丢失，病灶组织 切除以及脑肿胀等因素 可产生目标移位。因而 ，又出现了术中实时扫 描影像导航手术或功能 性影像导航手术 ( iMRI fMRI iCT导航技术，来 弥补术中目标移位 )。 目前 Neuro-navigation， 不论 Brain LAB 神经外科导航系统， stryker导航系统、 stealth station treon导航系统，均具有一 定智能功能，神经外科手术计划系统， Talairach 和 schatenbrand图谱，大脑功能 多种图像融合功能和有框架立体定向手术计 划系统，可在颅内作任意导航。 无框架立体定向技术 （ 神经外科导航系统 ），他已走出神经外科向其他学科渗透，目前已 有了五官科导航系统，脊柱外科导航系统，不久 将扩大到全身各个部位和器官 ,应用这种技术方 法定位和治疗。 骨科手术导航系统 耳鼻喉科 头颈外科手术影像导航系统 二、虚拟现实技术（ VR） 在立体定向神经外科 中应用 虚拟的意思是 “事实上不存在的，但在效果上和 功能上是与其存在物体相同的 ”; 现实是指客观存在 的环境或物体。 虚拟现实技术不仅仅是计算机技术， 也可能包含多项其他领域的技术，通过模拟技术实现 人的各种感官，如同在实际环境中相同或类似的感觉 。这项技术称为虚拟现实技术（ Virtual Reality VR ）。 在医学中，虚拟现实最主要的当然就是虚拟人体 。所谓虚拟人体就是要利用各种技术手段来重现一 个人的各个系统和脏器。主要的是形态和功能再现 。 目前虚拟现实技术分为三种： 简单型 VR （ simplified VR）。 加强型 VR（ Augmented VR）。 智能型 VR（ Immersive VR）。 VR技术的基础 计算机融合技术和导航技术。 “融合 ”是计算机将 CT、 MRI、 DSA等图像配准融合为 一体，还可将立体定向显微镜，轨迹监视等得以一 个计算机图像。 “导航 ”是手术之前把带有标记物， 标定在病人的 CT或 MRI图像上，并输入到计算机工作 站，根据这些资料进行多维重建，手术时进行配准 ，使术前扫描图像和手术实时相结合并融为一体， 根据导航系统进行手术。 具体来说： 就是利用计算机对大量数据信息的 高速处理和控制能力，对 CT、 MRI等图信息进行多 维重建，为外科医师提供给手术时了解病变部位、 手术径路和肿瘤切除范围等进行手术模拟、手术导 航、手术定位、制定手术计划，使手术方案客观、 准确、直观在显示屏上实时显象。 VR技术的核心： 通过头带式显示屏（ head mounted disp lais, HMDS） 的设备，触觉反馈感， 使人产生视、听、触模拟的感觉，在计算机工作站 中形成动态化，虚拟的内环境。 医师在虚拟环境中 ，通过提供给医师的立体图象装置，把医师带到一 个可视、听、触虚拟的病灶（如肿瘤）空间去，从 各个方向检查肿瘤，模拟手术过程，达到最小损伤 组织的真正 “微创 ”境地一种预先演习。 目前虚拟现实技术在神经外科手术中的应用，还 存在很多 缺点： 被模拟的对象均为静止的，不能 模拟脑搏动，血管搏动，脑脊液流动。 不能再生 组织和生物化学特性；不同组织之间的界面，组织 的质感、光泽和纹理，组织的弹性，牵拉变形达不 到；切断血管后无搏动性血液流出等。 部分虚拟 现实系统虽然增加了感觉反馈系统，但操作不灵敏 。 图象的组织分辨力有待改善。 人工智能的应 用不够广泛。 我们正期待着， VR技术将进入到真正的实时时代 （ really real in the coming yeas）， 把形态和 功能两方面结合起来，成为更加逼真的虚拟人，对 医学研究，诊断和治疗作出更大贡献。 三、机器人辅助神经外科手术 医用机器人系统由辅助规划导航系统和辅助操 作子系统组成。 医生在外科手术前就可以得到三方 面的了解 ,即对病人手术部位及邻近区域的解剖结构 有一个明确的认识，可进行手术规划，手术路径设 想等 ;进行手术的仿真操作 ;了解手术器械在病变组 织中位置和周边的组织信息。 最早的机器人只是一个简单的机械臂，它只能 在手术者的操纵下完成极其有限的工作，无法自行 去完成一个完整的手术。随着影像技术的发展，一 些特别设计的计算机软件能够将图像重建，并且将 机器人与计算机工作站相连，由机器人去完成计算 机工作站预先设计好的手术程序。 随着无框架立体定向技术的出现，神经外科导航 系统与机器人相结合。德国的西门子公司和美国的 ISS公司等分别研制出不同类型的机器人系统（ RAMS）。 通过机器人的机械臂，将特定的神经外科 手术器械，如神经内镜、活检针、激光器、电凝器 等送到手术区。 机器人还能使用环钻锯开颅骨，在 手术过程中，手术者无须亲自操作，并且可以通过 计算机工作站的显示屏观察手术器械到达的位置， 及时调整，做到微侵袭切除肿瘤或活检 。 目前 ,美国科学家还设计一种机器人，利用探针 感受压力的功能，当它碰到血管的时候会自动感受压 力变化并及时反馈给计算机，从而使手术者能及时调 整手术方案，减少了出血的并发症。这种探针肿瘤与 正常脑组织的质地不同，辨别出肿瘤的边界，以利于 手术中全切除肿瘤。 他们还设计出的一些机器人能够正确地缝合大 鼠的颈动脉。但是，这些研究成果尚未用于临床， 另外报道的一些机器人尚能在手术时将可携式微型 摄像机 ,送到脑内以观察颅内病变情况 ,机器人开始 应用于神经外科。 我国田增民等，曾用机器人辅助手术。 进行了如颅内病灶的活检、脑室内病灶的 手术、脑内小病灶的切除。机器人协助神 经外科手术，它对于一些大的病灶及出血 较多的病灶尚无法应用。 四立体定向放射外科 新方法 立体定向放射外科（ Stereotactic Radiosurgery.SRS） 是指应用立体定向技术将大剂量 高能射线精确地（一次或分次）汇聚于某一局限性的 靶点组织，使靶点受到不可逆毁损。它既不同于常规 外科手术，也不同于常见的放疗与间质放疗 即伽玛 刀 , X刀。 目前立体定向放射外科使用放射源主要有三种 ： 放射线核素释放的 、 、 射线（光子线 ）。 X线机和各种加速器产生不同能量的光子线 。 各种加速器产生的电子束、质子束、中子束 、负 介子等。伽玛刀是钴 60为放射源； X刀是直 线加速器为放射源； 质子刀是带电粒子为放射源，质子束放射又优 于 X刀或伽玛刀。 近年来立体定向间质内放疗 ( intersti- tial irradiation） 又受到临床各界关注，其方 法 -放射微粒治疗计划系统。粒子植入方式有模 板种植、 CT导向下种植、术中种植 ,均能收到满意 效果 光子放射治疗仪 （ photon RadioSurgery System .PRS） 他是应用微型 X射线治疗装置 PRS400， 利用 立体定向仪精确定位，安装在立体定向仪上，通过 立体定位计算，将探针直接插入肿瘤中心靶点。因 为 PRS体积小，便于携带，可在手术室内进行，成 为外科手术治疗的一部分。 Cyber knife 机器人立体定向放射外科治疗系统 是一个全新的立体定向放射外科体系 ,它结构简单 ，轻便的直线加速器安装在机器人的机械臂上，可以 灵活地做任意方向的旋转。采用计算机立体定位导向 ，自动跟踪靶区，无需使用定向仪框架和体架。，他 提供多种治疗选择 正向治疗计划或逆向治疗计划 ，它无需中心投射，可分期分次治疗 ,使病人放射剂 量和病变部位达到最大的均匀分布和适形性。 目前世界上有少数医院使用质子治疗系统 (30),中国山东万杰医院巳安装完毕 ,临床开始治疗 病人 ,费用较高。 五、计算机网络与立体定向神经外科 计算机网络工程，它是通过电话线、光缆、卫星 通讯等不同设备，将计算机系统之间进行连接和分 享信息。计算机网络将逐渐取代如今应用的计算机 外部硬盘，借助互联网、局部网、影像数据和计算 机软件，得到广泛、安全地应用，从而打破地域界 限，更好地为立体定向神经外科服务。通过远距离 传输和实时视觉（ VR） 技术的发展，促进远程医疗 的发展。 六、修复神经外科 21世纪神经外科研究重点 尽管显微神经外科、神经放射外科、神经内镜 、介入神经外科出现与发展，化疗和放疗技术的不 断提高，对病人生存率，生活质量没有明显改善。 每日仍有大量地颅内肿瘤、创伤、脑血管疾病，中 毒、帕金森病、 Alzheimer病等引起组织结构缺损， 重要功能的丧失，使医生们仍束手无策。 修复神经外科 立体定向神经外科来完成 （ 1）、精神外科过去、现在与将来 1、精神外科 修复神经外科 （ 2） 神经调控术 精神外科（ Neuromodulation） 深部脑电刺激术（ DBS） 精神外科 在脑深部电刺激（ deep brain stimulation, DBS）技术被广泛应用于运动障碍性疾病的治疗基 础上，并开始试用于其他神经精神疾病的治疗。目前，直接对神经元 进行电刺激的一种治疗方法，起神经调控（ neuromodulation）作用 。 DBS已试用于神经精神疾病的治疗有癫痫、慢性疼痛、丛集性头痛 、颅脑损伤、永久性植物状态以及强迫症（ obsessive compulsive disorder, OCD）和抑郁症等。 DBS确切的作用机制尚未明了， DBS治疗中常采用高频电刺 激（ high frequency stimulation, HFS），即频率为 100Hz或高 于 100Hz，抑制神经元的活动，减少了来自刺激部位的输出 目前尝试的 DBS靶点主要包括内囊前肢、伏核和腹侧尾状核和扣 带回膝下部等。 正电子发射断层扫描（ positron emission tomography, PET）检测发现患者眶额皮质区葡萄糖代谢率显著 下降，推测 DBS降低眶额皮质代谢活动从而发挥治疗作用。也可 能与边缘系统运动系统网络的存在有关，这一发现提示伏核 DBS可能成为治疗情绪障碍的一种有效手段。 小脑刺激术 精神外科 早在 20世纪 70年代 Cooper首先应用该技术治疗脑性瘫 痪、精神病和癫痫。 Dario采用小脑刺激技术治疗各类 精神病，经过长期随访和医学心理测验，没有发现行为 和心理障碍现象。 该手术适应于严重抑郁症，焦虑、偏执狂和攻击行 为。国内已有采用国产部分植入性小脑刺激器治疗癫痫 的报告，对精神疾病外科治疗临床尚未应用。 迷走神经刺激术（ VNS） 精神外科 临床应用迷走神经刺激 (Vagal Nerve Stimulation, VNS)治疗癫痫开始于 1938年 ,由 Bailey和 Bremuers 倡导 ,1988年 Penry和 Dean第一次报道用于顽固 性癫痫患者 ,并取得满意效果。此方法是一种新的、非药物性治疗癫痫 ,安全、 易于耐受 ,能缓解复杂性部分性癫痫发作。在国内已开展了此项工作。 VNS抗精神病作用机理 VNS是调节情绪而应用于临床 ,来治疗抑郁症 和强迫症。 Rush等 (2000)报道 30例抑郁症 ,VNS后 50% 对焦虑不安得到改善 ,70% 精神激动好转。 George等 (2003),应用 VNS治疗 10例 OCD，随访 10周 , 用 Hamilton量表评分，下降 23% 。 VNS治疗精神疾病 ,在我国还未开展。 （ 约 70的感受伤害性疼痛患者和 50的神经性传导阻滞性疼 痛患者可获得缓解。 对于采用其他方法治疗无效的慢性疼痛者， 立体定向技术无疑是一种有价值的手段。 2、疼 痛 修复神经外科治 疗 顽固性疼痛治疗 原理：在痛觉传导通路或者痛觉参与结构 上制造毁损灶或予以神经调控 适应症：无明确规定，需要强调：常规镇 痛药物不能缓解疼痛或不能耐受副作用； 对癌痛病人预计生存期大于 2个月。 （ 2）脊髓刺激治疗疼痛 （ 3） 运动皮层 刺激 治疗 疼痛 随着科技发展，目前癫痫各种手术方式（如大脑半球 切除术、颞叶切除术、前额叶切除术、多处软脑膜下横 切术等大骨瓣、大切口、多处创伤）， 肯定不符合微侵 袭理念和生理解剖入路。 改变上述理念，能达到解剖生理入路治疗癫痫 唯有立体定向技术。 3 癫痫 修复神经外科治 疗 (1)经颅磁刺激 (transcranial magnetic stimulation ,TMS)-治 疗癫痫 利用一定强度的时变磁场在生 物体内诱发感应电流，此电流刺 激来调节大脑皮质网络的兴奋性 ，用来抑制癫痫。 低频 rTMS参数 ： 0.30.5Hz， 每天两次，每次 15分钟， 500600个脉冲阈刺激，可减少 癫痫发作 50% 以上。 (高频可诱发癫痫 ) (2)脑内慢性电刺激 -治疗癫痫 （ DBS， VNS， ） (3) 癫痫外科治疗未来趋势 1). 脑内慢性电刺激（ DBS， VNS， TMS ）。 2). 脑组织移植术及神经干细胞治疗。 3). 致病灶形态学和功能性定位方法改进 （ fMRI,MRS,SPECT,PET,MEG,EEG ）。 4 ). 立体定向放射外科治疗癫痫（高剂量、低剂量、 Gene-SAS, ch-SRS）。 5). 大脑可塑性开展研究进行系列基础和临床研究，使手术 方式 以最小损伤，达到最好疗效，特别手术 时间窗。 4、戒毒、戒毒 已进入全国十一五计划已进入全国十一五计划 手术示意图手术示意图 - 伏核伏核 5、帕金森病（震颤 、 僵直 、运动减少） 神经修复术 （ 1） Vim- Gpi- 毁损 （ 2） DBS （ 2）脑组织移植和基因治疗 自 1979年 Perlow等报告 多巴胺 (DA)类神经元植入黑质损伤的大鼠脑内纠正运动异 常，首先证明脑移植物的功能， 1985年 Backlund报道了 2例 自身肾上腺髓质植入尾状核头部帕金森病 (PD)患者症状缓 解，使全世界看到脑组织移植的光明前途。 基因工程技术的发展为脑组织移植提供了广阔的发展前 景。但是，理想的基因转移方法应具备安全性、高效性、特 异性、稳定性、简便性、可控性等特点。