Функциональная нейронавигация Традиционная технология нейронавигации — это применение анатомических изображений для точного определения местоположения внутримозговых поражений с целью выполнения небольшого разреза на скальпе для черепно-мозговой хирургии с минимальным неврологическим повреждением и удовлетворения минимально инвазивных требований пациента. Функциональная неврологическая навигация использует технологию слияния нескольких изображений для интеграции анатомических изображений опухоли, функциональных изображений коры и проводящих пучков в сочетании с методами навигации и позиционирования для достижения полного иссечения поражения с сохранением функциональных структур мозга (функциональной коры и подкорковых проводящих пучков) и функции. Функциональная неврологическая навигация защищает пациента от послеоперационных нарушений движения конечностей, речи и зрения. 1. Функциональная визуализация мозга На поверхности мозга существует множество функциональных зон, отвечающих за движение, ощущения, язык и зрение. Эти функциональные коры по внешнему виду не отличаются от остальной части мозга и могут быть приблизительно локализованы только на основе анатомического пространственного расположения мозга. Этот метод локализации является неточным, подвержен большим ошибкам и подвержен влиянию различных факторов. В настоящее время существует специальный метод визуализации, который может показать функциональные области коры головного мозга, называемый технологией зависимости уровня кислорода в крови (BOLD), впервые предложенный японским ученым Сейджи Огава в 1990 году.17 BOLD использует гемоглобин в качестве эндогенного контрастного вещества и достигает визуализации за счет изменения уровня насыщения крови кислородом. При активации нейронов в функциональных зонах коры головного мозга происходит активный метаболизм, за которым следует увеличение микроциркуляторного кровотока и повышение местного соотношения оксигемоглобин/дезоксигемоглобин. Поскольку дезоксигемоглобин является сильным парамагнитным веществом, тогда как оксигемоглобин — антимагнитное вещество. Поэтому на Т2ВИ интенсивность сигнала в активированных областях коры выше, чем в неактивных. Накладывая высокий сигнал активированных областей на структурное изображение мозга в псевдоцветах с помощью компьютерных методов постобработки изображений, можно получить функциональное изображение активированной коры головного мозга. Метод BOLD теперь способен более точно определять местоположение важных функциональных областей мозга, таких как моторные зоны коры (первая моторная зона коры, премоторная зона и дополнительные моторные зоны), сенсорные зоны, языковые зоны (сенсорные и моторные) и зрительные зоны. Функциональные зоны мозга связаны с иннервируемыми ими органами-мишенями и функциональными зонами проводящими пучками. Эти проводящие пучки подобны компьютерной сети, которая передает или принимает все виды важной информации и необходима для выполнения различных функций человеческого мозга. Эти плотные, более тонкие, чем шелк, подкорковые проводящие пучки расположены в белом веществе мозга и так же неотличимы от функциональной коры, как и от невооруженного глаза. Бассер и Пьерпаоли в 1996 году [18,19] первыми сообщили о методе диффузионно-тензорной визуализации (ДТИ), который открыл возможность визуализации подкорковых нервных пучков. Недавние экспериментальные и клинические исследования показали, что DTI позволяет проводить 3D-трактографию подкорковых нейромедиаторных путей (например, волоконных трактов белого вещества, таких как пирамидный тракт, зрительные, слуховые и речевые излучения), показывая их морфологию, структуру и направление проводимости, основанное на анизотропном движении молекул воды в волокнах белого вещества мозга. Помимо клинического применения, функциональная визуализация мозга также используется в различных областях исследований высшей неврологии. 2. концепция функциональной нейроуправляемой хирургии Функциональный мозг или соседние функциональные области (например, опухоли, церебральные артериовенозные мальформации, кавернозные гемангиомы и т.д.) часто повреждаются во время операции, что приводит к таким осложнениям, как паралич конечностей, афазия, дислексия и потеря поля зрения. Поэтому во всем мире существует проблема максимального удаления повреждений и максимального сохранения функциональных структур и функций. Благодаря экспериментальным и клиническим исследованиям отделение нейрохирургии больницы Хуашань Шанхайского медицинского колледжа Фуданьского университета первым в мире предложило и продемонстрировало новую концепцию функциональной нейронавигации (FNN) [20-24]. Основные принципы (рис. 8): (1) использование обычной МРТ для реконструкции модели строения черепа, BOLD для локализации функциональной коры головного мозга и DTI для отображения подкорковых пучков нервной проводимости в качестве основного материала для слияния нескольких изображений, соответственно. (2) Применение мультимодальных методов слияния медицинских изображений на основе выравнивания жестких тел для слияния вышеуказанных структур мозга с функциональными изображениями с высокой точностью. (3) Применяя объединенные изображения в сочетании с нейронавигацией, невидимые функциональные структуры мозга становятся видимыми и проецируются в хирургическом поле для управления хирургическим процессом в черепе. Это помогает повысить процент резекции очага поражения и избежать неврологического повреждения за счет точного определения местоположения соседних функциональных нейронных структур при уточнении границ поражения. 3. клиническое применение функциональной нейронавигационной хирургии Возьмем, к примеру, наиболее распространенную опухоль центральной нервной системы — глиому (36% всех опухолей мозга и 81% злокачественных опухолей мозга), поскольку зачастую невооруженным глазом невозможно определить границу между опухолью и нормальной тканью мозга. Поэтому, несмотря на достижения в микрохирургической технике, полная резекция в визуальном смысле может быть достигнута только примерно в 60% глиом. Это особенно актуально для функциональных глиом, где хирургическая стратегия «полная резекция с максимальным сохранением функции мозга» особенно трудна. Метод BOLD используется для точного картирования индивидуального распределения высших корковых функций, таких как моторные, языковые, зрительные и эмоционально-когнитивные функции. Lehericy [25] и Wu [23] сообщили о контролируемом исследовании BOLD-локализации моторной коры с использованием «золотого стандарта» интраоперационной техники прямой электростимуляции, и результаты оказались весьма последовательными. Руттен [26] и Ланг [27] также показали хорошее соответствие между методами BOLD и электростимуляции для локализации речевой коры. Применение BOLD-изображений в функциональной нейроуправляемой хирургии обогащает объем информации, доступной в навигационных изображениях, позволяя индивидуализировать, в режиме реального времени, точную интраоперационную локализацию анатомических структур и функциональной коры головного мозга для направления резекции опухолей, увеличивая процент полной резекции и уменьшая послеоперационную инвалидность [21,28]. Аналогично, применение методов слияния нескольких изображений для слияния изображений пучка нервной проводимости DTI с изображениями структуры мозга МРТ может четко показать смежные отношения между поражением и функциональным путем нейронной проводимости. Функциональная нейронавигация на основе DTI помогает улучшить частоту резекции опухолей мозга, прилегающих к пирамидному тракту, зрительным или речевым путям, и позволяет количественно интраоперационно защитить эти важные неврологические проводящие пути на визуализации (Рисунок 9), уменьшить послеоперационную инвалидность, продлить послеоперационную выживаемость и улучшить качество жизни пациентов. С 2001 года, в течение 5 лет, отделение нейрохирургии больницы Хуашань Шанхайского медицинского колледжа Фуданьского университета первым в мире завершило крупномасштабное проспективное рандомизированное контролируемое клиническое исследование (n=238) функциональной навигационной хирургии для лечения глиомы (рака головного мозга) в двигательной области. Результаты подтвердили с помощью доказательной медицины класса I, что: (1) использование новой методики может увеличить частоту полной хирургической резекции глиомы функциональной зоны с 51,7% до 72,0% (близко к частоте полной резекции нефункциональной зоны при навигационной хирургии). (2) Показатель нетрудоспособности сразу после операции снизился с 32,8% до 15,3%. (3) Долгосрочный балл неврологической функции пациента увеличился с 74 до 86. (4) Клиническое исследование также подтвердило значительное преимущество независимой выживаемости нового метода функциональной нейронавигации. Это означает, что новая методика снижает риск послеоперационной смерти на 43,0% у пациентов с функциональной злокачественной глиомой (класс ВОЗ 3-4) по сравнению с традиционной навигационной хирургией. Результаты исследования были опубликованы в NEUROSURGERY, ведущем международном журнале по нейрохирургии [24], и получили высокую оценку международных коллег, включая профессора Блэка, президента Всемирной федерации нейрохирургии, Гарвардской медицинской школы, США: «Это знаковое исследование, которое может значительно улучшить Это знаковое исследование, которое может значительно улучшить результаты хирургического лечения опухолей в функциональных зонах мозга… Это достижение символизирует постепенный подъем китайской нейрохирургической мощи». A-C, предоперационная 3D-реконструкция индивидуальной цифровой модели черепа, где опухоль выделена зеленым цветом, двигательная кора — желтым, а подкорковый двигательный путь, пирамидальный пучок, — синим. d, Послеоперационное изображение, показывающее полную резекцию опухоли с сохранением двигательной коры и подкоркового пирамидального пучка.