3.0T双室术中磁共振在手术和常规临床扫描的联合应用
引言
神经外科疾病术前的影像学采集，能够帮助显示病灶部位，辅助制定手术计划，但无法实时反映手术过程中病灶变化情况。1984年Lunsford等[1]首先提出术中影像概念，20世纪90年代中后期，磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术成为术中影像学的重点发展方向[2-3]。目前高场强术中磁共振成像（intraoperative MRI，iMRI）设备已经应用于临床，全球约有120余台设备投入使用，而国内只有十余台。双室高场强iMRI不仅能够在手术过程中对颅内组织进行清晰成像，也可以用于常规的MRI检查。本文将 对双室iMRI在手术和常规临床扫描联合应用价值进行探讨。
1 材料与方法
1.1 一般资料
自2019年3月1日至2019年12月31日，收集我院行iMR扫描的患者110例和住院患者常规MR扫描4154例。iMR扫描的纳入标准：临床诊断为颅脑肿瘤，需行手术切除术。排除标准：存在MR检查的安全隐患。住院患者常规MR扫描包括颅脑、四肢、脊柱、腹部。纳入标准：需要进行MR检查；无磁共振扫描禁忌症。排除标准：存在MR检查的安全隐患。经本院伦理委员会审核批准，所有患者均签署知情同意书。
1.2 仪器设备
复合手术室采用双室设计，包括磁屏蔽的诊断室（Diagnosis Room，DR） 和 手 术 室（Operation Room，OR），两个房间通过安全滑动屏蔽门相连，磁体通过天花板滑轨技术可在DR和OR间移动，从而实现移动式扫描；iMRI复合手术室配备了控制室，便于MR技师操作、手术医师和麻醉师进行术中监测；为了临床住院患者在DR行常规MRI检查，配备了患者通道和准备室（图1）。iMRI系统采用3.0T磁共振扫描仪（Verio dot，Siemens，Germany），DR配备12通道常规头线圈、颈线圈和柔线圈；OR配置8通道头部软线圈。
图1 iMRI复合手术室示意图
1.3 iMRI扫描方案
经术前MRI筛查后需要iMRI引导进行手术的患者，由临床医生开具医嘱预约扫描，于预约日行iMRI引导下颅内肿瘤切除术；如无需iMRI引导，临床医生行常规颅脑肿瘤切除术，术后行MRI进行评估（图2）。行iMRI引导下术中成像的手术患者，按照常规手术流程进入OR进行手术。患者麻醉后由手术医生和技师进行容磁性头架和下部头线圈的安装，然后进行铺巾前安全检查，确保无菌巾下无安全隐患，检查完成后开始手术。当手术过程中需要MR扫描时，先由放射科技师、临床手术医生和护士进行三方确认，排除患者MR检查禁忌，然后进行安全核对，将所有非MR兼容仪器等移出5高斯线外，用无菌布和无菌塑料对患者进行无菌包裹，放置上部头线圈。核对完成后打开滑动屏蔽门，磁体通过滑轨由DR进入OR，然后调整手术床高，确保手术床进入MR孔径，接着将上下部头线圈接入MR进行扫描。扫描完成磁体移回DR，关闭滑动屏蔽门。最后，手术医生根据术中成像结果决定是否继续进行手术。
图2 iMRI术中检查技术路线图
针对iMRI引导下进行手术的患者，采用“术前-术中-术后”的多模态扫描（表1），患者通常于入院后7 d内和术后7 d内在DR分别行术前和术后MR检查，术前和术后检查流程与常规临床检查一致。术中多模态扫描在OR进行。术前扫描序列包括T1WI、T2WI、液 体衰减反转恢复（Fluid Attenuated Inversion Recovery，FLAIR）、扩散加权成像（Diff usion Weighted Imaging，DWI）、磁共振波谱（Magnetic Resonance Spectrum，MRS）、扩散张量成像（Diff usion Weighted Imaging，DTI）、功能磁共振成像（functional MRI，fMRI）、T1WI增强；术中扫描序列包括T1WI、T2WI、FLAIR、DWI、DTI、动脉自旋标记（Arterial Spin Labeling，ASL）、T1WI增强；术后扫描序列包括T1WI、T2WI、FLAIR、DWI、DTI、fMRI和 T1WI增强。
表1 iMRI扫描序列
注： T1WI，T1加权成像；T2WI，T2加权成像；FLAIR，液体衰减反转恢复；DWI，扩散加权成像；MRS，磁共振波谱；DTI，扩散张量成像；ASL，动脉自旋标记；fMRI，功能磁共振成像；T1WI+C，增强T1加权成像。
扫描流程 扫描序列 序列数术前 T1WI、T2WI、FLAIR、DWI、MRS、DTI、ASL、fMRI、T1WI+C 9术中 T1WI、T2WI、FLAIR、DWI、DTI、ASL、T1WI+C 7术后 T1WI、T2WI、FLAIR、DWI、DTI、ASL、fMRI、T1WI+C 8
1.4 常规MR扫描
iMRI引导的颅内肿瘤切除手术在OR内进行，其前期麻醉、肿瘤切除和术中成像后的时间不需要运行设备，此时位于DR的磁体用于手术患者的术前、术后扫描，以及临床住院患者常规扫描。根据预约时间，患者穿无菌服到达复合手术室患者入口，从患者通道进入，在准备间更换无菌拖鞋后进入DR，进行常规扫描。OR需要手术扫描的前30 min，DR的住院患者停止扫描。接着DR进行层流消毒（百级），并由技师用0.9～1.1 g/L的复合双链季铵盐溶液对设备进行擦拭，保证磁体和环境清洁与消毒。
2 结果
2.1 一般资料
110例iMRI引导下的颅脑肿瘤切除术患者，包括胶质瘤（58例）、脑膜瘤（22例）、垂体腺瘤（16例）、脊索瘤（3例）、颅咽管瘤（7例）和其他肿瘤（4例），其中胶质瘤最多，约52.7%。每例iMRI引导的手术患者扫描为1～2次，每次术中成像时长约为20～40 min。同期行住院患者常规MR扫描4154例，日均检查20～30人次，每例患者的检查时间为10～30 min，一次性扫描成功率约为98%（检查成功人数/总登记人数）。常规扫描在联合运行iMRI产生收入的占比为72.9%。联合扫描过程中无不良事件发生。
2.2 iMRI引导的手术扫描
iMRI引导的手术病人在OR行术中成像，在DR行术前和术后扫描。OR用于手术时，其他手术患者可以在DR内进行术前和术后成像，降低了手术患者进行术前MR导航计划和术后MR评估的候机时长。
iMRI引导的首次术中成像约有60.9%的患者达到手术要求， 二次成像后达到手术要求的患者比例提升至91.8%。手术导航采用1 mm层厚无间隔T1WI和T2WI序列。DTI用来追踪病变与纤维束的关系：术前DTI显示锥体束受损情况；术中DTI显示手术过程中肿瘤与锥体束的位置关系，避免损伤锥体束；肿瘤切除后纤维束复位，术后患者运动功能无受损（图3）。fMRI用来获取大脑功能激活区与病变的关系：术前fMRI显示患者肿瘤邻近运动功能区，融入手术导航，避免手术对运动功能区造成损伤，患者术后手指运动功能良好（图4）。
图3 病变累及患者锥体束的纤维束追踪成像
注：患者，女，65岁，间断癫痫1月。a～c. 患者术前MRI图像，分别是T1WI、T2WI、T1WI+C；d～e. 绿色表示根据患者术前影像勾勒的肿瘤边界，黄色为根据患者术前DTI绘制的左侧锥体束边界；f～i. 绿色表示肿瘤位置，紫色为术前DTI显示的锥体束，黄色为肿瘤切除后术中DTI显示的锥体束位置。术后病理：左侧额叶胶质母细胞瘤，WHO IV。
3 讨论
iMRI技术经历了低场强固定式、磁体移动式、手术床移动式的发展，实现了手术过程中脑组织变形和脑移位误差的实时获取，提升了导航定位精度[4-6]。双室设计的iMRI系统为实现高场强设计创造了条件，它不仅能够用于手术术中成像，也能进行常规的MRI检查。本文分析了双室iMRI系统联合用于手术和常规临床扫描的方案，结果表明联合应用的方式能够在保证神经外科手术创伤最小化、效果最大化的同时，实现设备的合理和高效利用。
图4 病变累及患者中央区的术前功能激活区成像
注：女，27岁，发现右额叶占位3月。a～d. 患者术前MRI图像，发现病变邻近运动功能区；e. 患者术前动手fMRI激活图；f～g. 将肿瘤边界与功能激活图融入3D导航，协助手术规避该运动激活区的损伤。术后病理：右额叶少突胶质细胞瘤，WHO II级。
目前，已有多项研究表明通过iMRI引导的颅内肿瘤切除术，肿瘤全切率、术后生存率显著提升，远期临床疗效良好[7-9]。叶冬熳等[9]对iMRI、超声和荧光技术对脑胶质瘤切除残留诊断价值进行了Meta分析，结果表明iMRI在显示肿瘤切除范围、周围水肿、血肿等方面可以提供重要的影像信息，提升了肿瘤的全切率，且iMRI的诊断效能高于超声和荧光技术。且研究认为高场强iMRI能够实现更精确的手术定位和术中成像[4]。同样的，本研究应用3.0T高场强术中MR扫描后，患者在二次术中成像后，达到手术要求的比例提升至91.8%，进一步表明了iMRI对颅内肿瘤切除术的重要临床意义。
同样的，多项研究表明，结合iMRI对手术患者制定多模态的影像学扫描方案，能够最大程度降低患者脑结构和脑功能的损伤，提高患者术后健康相关生活质量[10-11]。李昉晔等[10]收集了65例颅内肿瘤累及弓状束的患者，在iMRI引导下手术中，采用包括常规扫描（T1WI和T2WI）、DTI和fMRI在内的多模态成像技术，证实了多模态成像有助于在最大化切除病变的同时，降低患者语言功能的损伤。丁大领等[11]对iMRI引导下的28例丘脑胶质瘤患者进行了术前多模态成像，成像序列包含常规平扫、增强、DTI和fMRI，将术前多模态成像融入术中导航后，减轻了术区神经功能损伤，术后随访中有20例患者的神经功能发生改善。同样，本文的两例病例举例（图3～4）中，应用多模态的成像方案（DTI和fMRI），帮助手术医生在术中规避了大脑功能区的损伤，患者预后运动功能良好。除此之外，研究表明，DWI对评估肿瘤级别和明确术中梗死并发症有着重要意义[12-13]，MRS能够在术前辅助肿瘤分级和穿刺[14-15]，ASL能够辅助确定肿瘤分级，确定边界和出血[5,16-17]，这些成像技术对手术患者的术前评估、术中指导和术后评定同样重要。综上所述，针对手术患者制定个体化的多模态影像学扫描方案，对提升患者肿瘤全切率及术后康复具有重要意义。
双室设计的iMRI除了可以用于手术患者的术中扫描外，还可以针对常规临床患者和术前、术后的手术患者进行扫描。国内已有研究提出双室设计的iMRI用于手术和常规临床患者的联合扫描有利于设备的充分应用，且未发现手术患者的术中感染[18]。结合本文的统计结果可以看出，合理对iMRI进行联合应用，能够大幅提升设备的使用效率，降低手术患者入院后和出院前检查的候机时长。目前，国内和国外将iMRI联合应用于手术和常规临床扫描的方式并不多见，这可能在于联合应用过程中保持复合手术室无菌环境的问题。针对该问题，本研究将常规的临床扫描集中于住院患者，且复合手术室配备了用于常规临床扫描的患者通道和准备间，检查时患者穿无菌病号服，通过专门的患者通道，换无菌手术鞋进入DR，保证了无菌要求；此外在手术需要MR扫描前的半个小时，DR停止扫描，进行层流消毒（百级）、磁体和环境的清洁工作，再次确保无菌环境。层流消毒的方式也被广泛应用在医院的手术室（包括iMRI复合手术室）中，高级别的层流净化系统能够有效控制室内细菌浓度，降低感染率[19-20]。我院在iMRI联合应用期间，4154例住院患者和110例手术患者的MR扫描同样无感染问题和安全隐患发生。因此，严格把控进入DR患者的无菌穿戴，并按要求进行消毒和清洁工作，能够保证iMRI复合手术室安全和高效的运行。
3.0 T高场强iMRI为影像医学和神经外科手术的发展提供了重要平台，将双室iMRI系统用于手术和常规扫描联合应用方式有效提升了设备的使用效率。iMRI结合多模态成像技术提高了手术的安全性和精确度，有助于推进其在临床和科研应用中的进一步完善。
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