Нейрохирургия надеется максимально удалить очаг поражения и продлить жизнь пациента, но при этом необходимо сохранить хорошее качество жизни. С развитием компьютерных технологий и технологии магнитного резонанса некоторые ученые объединили визуализацию пучков волокон с нейронавигационными системами и добились хороших результатов. 1. Магнитно-резонансная диффузионная тензорная томография мозга и трассировка пучков волокон белого вещества Под диффузией мы понимаем случайное движение молекул, т.е. броуновское движение. Если молекулы воды обладают одинаковой способностью рассеиваться во всех направлениях, их называют изотропными. Из-за сложности структуры тканей организма рассеивание in vivo является трехмерным процессом, и направление и расстояние рассеивания во всех направлениях в пределах вокселя визуализации не может быть одинаковым, что называется анизотропией. Так называемый тензор — это физическая и инженерная концепция, используемая для представления напряжения в серии трехмерных векторных сущностей, и процесс анизотропной диффузии каждого вокселя в белом веществе мозга может быть представлен тензором. Магнитно-резонансная диффузионная тензориметрия (DTI) — это метод наблюдения анизотропии рассеивания молекул воды путем изменения направления импульса диффузионного градиента восприимчивости в трехмерном пространстве, основанный на традиционной диффузионной визуализации. Он использует различные параметры и обработку данных для отражения количественных и направленных изменений в диффузии в пределах вокселей изображения и обладает уникальным преимуществом в отображении волокон белого вещества мозга [1,2]. В центральной нервной системе такие структуры, как клеточные мембраны, мембраны аксонов и цитоскелеты, ограничивают движение молекул воды, а в белом веществе диффузия перпендикулярно направлению нервных волокон происходит медленнее, чем параллельно направлению нервных волокон из-за ограничения таких структур, как миелиновые оболочки и клеточные мембраны, т.е. она анизотропна [3,4]. Чтобы показать эту анизотропию в тканях, была введена методика DTI. В DTI существует два типа количественных параметров, первый — это средняя скорость дисперсии, которая представляет собой размер или степень дисперсии молекул воды в пределах данного элемента. Наиболее часто используемым показателем анизотропии является фракционная анизотропия (FA), которая представляет собой отношение анизотропной составляющей тензора дисперсии ко всему тензору дисперсии. В полностью изотропной среде FA = 0, а в цилиндрически симметричной анизотропной среде FA приближается к 1. Значения FA являются чувствительным индикатором того, повреждены ли фибриллы белого вещества и в какой степени, причем более высокие значения свидетельствуют о лучшей ориентации и лучшей адгезии фибрилл [4,5]. Трассирующая визуализация пучков белого вещества — это метод картирования пучков белого вещества на основе магнитно-резонансной диффузионной тензорной томографии, и в настоящее время это единственный метод, позволяющий картировать пучки белого вещества человека в естественных условиях, что имеет большое значение для предоперационного планирования и проведения операций в нейрохирургии. В настоящее время существует два основных метода трехмерной трассировки пучков волокон белого вещества, а именно алгоритмы, основанные на тензорном поле, и алгоритмы минимизации энергии. Первый, наиболее часто используемый алгоритм — это метод линейного расширения, который является основным алгоритмом, используемым в настоящее время в клинической практике, и который непосредственно использует тензорную информацию в каждом вокселе для каждого шага расширения. Техника простого линейного расширения соединяет каждый воксель на основе дискретного кодированного поля, но ее расширение между вокселями ограничено восемью соседними вокселями и поэтому ухудшает отображение тракта волокон белого вещества. Техника непрерывного выделения волокон трассера представляет собой усовершенствованный алгоритм, который позволяет более плавно проследить волокна белого вещества и получить более надежные результаты [1]. Метод непрерывной трассировки волокон восстанавливает пучки волокон путем трассировки локальной векторной информации для каждого вокселя, простирающейся линейно в обоих направлениях от начального вокселя вперед и назад. Этот шаг повторяется до тех пор, пока трассировка не достигнет вокселя со значением FA меньше установленного порога и/или угол между двумя главными собственными векторами больше установленного угла [6,7]. Трассирующая визуализация волоконных трактов белого вещества может показать анатомические отношения между поражением и соседним белым веществом, помогая нейрохирургу провести максимальное иссечение поражения без повреждения окружающих проводящих путей [7-14]. уменьшилась, что свидетельствует о том, что пери-опухолевые волокнистые тракты остаются интактными и могут быть сохранены интраоперационно. 2. Фиброзные тракты белого вещества имеют нормальное расположение и ориентацию, но ФА значительно снижена. Эта форма часто встречается в зонах вазогенного отека, и точный механизм ее возникновения не известен. 3. Значительно сниженная ФА с аномальным цветом на цветных картах направленности, вероятно, из-за инвазивной опухоли, нарушающей направленность пучков волокон, что приводит к изменению цветового рисунка на картах направленности. Полное изотропное рассеивание, такое, что фиброзные тракты не могут быть подтверждены на цветных картах направленности, представляет собой полное разрушение фиброзных трактов опухолью. Эти проявления могут присутствовать по отдельности или в комбинации. 2. Методы навигации с визуализацией волоконных трактов Методы нейронавигации — это бескаркасные стереотаксические системы, появившиеся в последние 20 лет. С развитием смежных дисциплин, таких как компьютеры, радио и сигнализация, методы нейронавигации продолжали совершенствоваться, что привело к созданию настоящего инструмента планирования и навигации хирургических операций в реальном времени, который может точно отображать хирургические инструменты, целевые структуры и пути на реконструированных трехмерных изображениях. Современные методы визуализации продолжают развиваться, предоставляя нейрохирургу взаимосвязь между поражением и окружающими структурами мозга со специфическими функциями. Позитронно-эмиссионная томография, функциональная магнитно-резонансная томография и магнитоэнцефалография постепенно используются в нейронавигационных системах для формирования функциональной нейрохирургической навигации [15]. Однако, хотя эти методы помогают локализовать функциональные области, такие как моторные, сенсорные и речевые, они не дают представления о взаимосвязи между внутримозговыми поражениями и окружающими проводящими путями, и имеют ограничения в клиническом применении. Магнитно-резонансная диффузионная тензорная томография мозга и трассирующая визуализация пучков волокон белого вещества могут отражать трехмерное направление проводимости нервных волокон и показывать направление и путь их движения с помощью цветового кодирования, что может быть использовано в нейрохирургических навигационных системах, позволяющих хирургам планировать предоперационное планирование и ссылаться на направление пучков волокон белого вещества во время операции, чтобы сделать операцию более безопасной и эффективной, 11]. Первые попытки учесть тракты волокон белого вещества в навигационных системах применяли диффузионно-взвешенную визуализацию, рассчитывая данные тензора диффузии плюс информацию об ориентации для получения цветных карт FA, но этот метод требует много времени и в значительной степени зависит от анатомических знаний пользователя, а не только от данных визуализации пациента, что делает его подверженным человеческим ошибкам [10]. Применение визуализации пучков волокон белого вещества позволило в некоторой степени уменьшить человеческий фактор. Нимски и другие [10] применили навигационную визуализацию пучков волокон для лечения 16 пациентов, включая 3 кавернозные гемангиомы, 13 глиомы, 14 с вовлечением пучка конусов и 2 с вовлечением зрительных лучей, с хорошими результатами и 3 случаями послеоперационного легкого паралича, 2 из которых полностью восстановились. Время, затраченное на визуализацию с помощью волоконно-лучевого трассера, составило около 10 минут. Различия между пятью сеансами визуализации, проведенными одним и тем же оператором и пятью разными операторами, находились в небольшом диапазоне, а полученные изображения имели хорошее совпадение, что свидетельствует о том, что человеческий фактор при визуализации с помощью волоконно-лучевого трассера минимален. Интраоперационная магнитно-резонансная томография и интраоперационное ультразвуковое исследование могут помочь скорректировать дрейф мозга, но оба метода требуют много времени, а интраоперационный магнитно-резонансный метод еще не получил широкого распространения. Интраоперационный электрофизиологический мониторинг также является широко используемым методом нейропротекции в современной нейрохирургии [16,17]. Функциональные области коры и основные подкорковые волокна могут быть определены с помощью интраоперационного электрофизиологического мониторинга, однако определение волоконных трактов путем прямой электростимуляции может привести к чрезмерной эксцизии и послеоперационным функциональным нарушениям. Применяя технику топографической электростимуляции подкорковых волокон, подкорковые проводящие пути должны быть расположены в пределах 2-3 мм от коры. Это может привести к увеличению частоты дисфункции, и в одном исследовании было обнаружено, что у 50% пациентов проводящие пути были не выявлены [10,18]. Одна из трудностей метода топографии прямой волоконной электростимуляции заключается в том, чтобы найти правильную точку стимуляции. Кроме того, постоянный поиск и стимуляция волоконных трактов во время операции требует прерывания хирургической процедуры и удлиняет операционное время, что требует хорошего понимания анатомических взаимоотношений между опухолью и проводящими путями как предоперационно, так и интраоперационно, в чем, безусловно, могут непосредственно помочь методы навигационной визуализации волоконных трактов белого вещества. Оценка анатомической валидности трассирующей визуализации пучков волокон белого вещества, то есть как «подтвердить» ее точность, является ключевым вопросом. Это эффективный способ решения проблемы «подтверждения». Интраоперационный электрофизиологический мониторинг, включая прямую электростимуляцию подкорковых волокон, может помочь скорректировать положение волоконных структур в реальном времени, чтобы компенсировать дрейф мозга, а электрофизиологический мониторинг является эффективным методом валидации визуализации пучков волокон белого вещества [8-11], поэтому объединение топографии прямой стимуляции волокон с навигационными методами визуализации пучков волокон значительно облегчит исследования и применение обоих методов. Kamada et al [11] объединили метод навигации с визуализацией пучков волокон и метод прямой стимуляции пучков волокон в хирургическом лечении шести пациентов с поражением кортикоспинального тракта (КСт). Перед операцией проводилось МРТ с эхо-последовательностью в одной плоскости возбуждения, выполнялась DTI визуализация пучков волокон, полученные изображения пучков волокон объединялись и реконструировались с обычными МРТ-изображениями, и объединенные данные изображений вводились в навигационную систему для интраоперационной навигации. Интраоперационно инотропные средства не применяются, за исключением индукционной фазы анестезии. После краниотомии определяются соматосенсорные вызванные потенциалы и моторные вызванные потенциалы. Игольчатые электроды для определения моторных вызванных потенциалов вводятся подкожно в ладони и пальцы ног, а соматосенсорные вызванные потенциалы и моторные вызванные потенциалы постоянно контролируются в течение всей операции. Во время резекции опухоли, когда навигационная система показала, что край разреза находится вблизи кортикоспинального тракта, была проведена прямая волоконно-лучевая электростимуляция с использованием пяти последовательностей однонаправленной квадратно-волновой импульсной монополярной стимуляции с частотой 1 Гц, длительностью импульса 0,2 мс и силой тока 1-25 мА. Волоконно-лучевая электростимуляция проводилась в нескольких точках вокруг резекции с помощью полосовых электродов, чтобы вызвать моторные вызванные потенциалы в ладони и пальцах ног. У трех из шести пациентов прямая волоконно-лучевая стимуляция вызвала потенциалы действия, в одном случае, когда край разреза находился менее чем в 0,5 см от кортикоспинального тракта, показанного в интраоперационной навигации, амплитуда волны моторных вызванных потенциалов снизилась на 50% и наблюдался кратковременный послеоперационный паралич девиации. В двух других случаях края опухоли находились на расстоянии 1,0 см и 0,5 см от кортикоспинальных трактов, как показала навигация, а потенциалы действия, вызванные прямой стимуляцией волоконным лучом, были хорошими, поэтому в этих двух случаях была достигнута максимальная резекция опухоли с сохранением функций. Авторы пришли к выводу, что результаты интраоперационной прямой стимуляции пучков волокон эффективно подтвердили точность магнитно-резонансной диффузионной тензорной визуализации пучков волокон белого вещества мозга и предположили, что эффективное сочетание прямой стимуляции пучков волокон и навигационных методов визуализации пучков волокон поможет максимально увеличить резекцию опухоли и лучше защитить функцию мозга, что имеет хорошие перспективы для развития. В одном случае, о котором сообщил Камада [8], глиома в задней части правой височной доли, интраоперационно применялись волоконно-лучевая трассирующая навигация и зрительные вызванные потенциалы. Навигационный метод визуализации пучков волокон — это новый метод, разработанный с развитием компьютерных и магнитно-резонансных технологий, и в настоящее время это единственный метод, который может обеспечить предоперационную визуализацию пучков волокон белого вещества. С популяризацией интраоперационного магнитного резонанса, интраоперационного электрофизиологического мониторинга и постоянным совершенствованием технологии визуализации, у него будут хорошие перспективы развития, чтобы помочь максимизировать резекцию поражений и лучше защитить функцию мозга.