腦立體定向技術發(fā)展和趨勢

腦立體定向技術發(fā)展和趨勢開展立體定向和功能性神經(jīng)外科工作是Horsley和Clarke(1908年)，真正用于臨床是1947年Spiegel和Wycis。隨CT、MRI、DSA、PET等影像發(fā)展，特別是與計算機結(jié)合，衍生出立體定向放射外科,立體定向輔助神經(jīng)外科等新理念。第2頁,共69頁，2024年2月25日，星期天1986年Robert又創(chuàng)造了無框架立體定向系統(tǒng)——又稱神經(jīng)外科導航系統(tǒng)。目前又出現(xiàn)功能性磁共振(fMRI),術中磁共振(iMRI),術中CT(iCT)與神經(jīng)外科導航技術，極大地豐富了神經(jīng)外科技術手段。第3頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

到了21世紀,神經(jīng)外科進展不再是單純停留在切除病灶，還要考慮到腦功能缺失的改善和修復。21世紀傳統(tǒng)神經(jīng)外科將是立體定向和功能性神經(jīng)外科微創(chuàng)時代。

21世紀立體定向和功能性神經(jīng)外科發(fā)展方向是什么呢？

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一、有框架定向儀走入無框架立體定向?qū)Ш较到y(tǒng)15世紀末，LeonandodaVinci就提出了立體定向術的構(gòu)思；

1873年Dittmen介紹了立體定向術原理和動物實驗；1889年Zernov制造了極坐標形式定向儀；

1906年～1908年Clarke＆Horsley設計出三維坐標定向系統(tǒng)。第5頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

1947年Spiegel＆Wycis報道了立體定向技術臨床應用，并取得了成功。1979年Brown又提出了定向儀與CT相匹配，不久定向儀與MRI、DSA、PET結(jié)合相繼有了報道；1986年Robert介紹了無框架立體定向?qū)Ш较到y(tǒng)。

目前神經(jīng)外科導航系統(tǒng)發(fā)展很快，已經(jīng)有多種類型，如聲波數(shù)字化儀、遙感關節(jié)臂、光學數(shù)字化儀、電磁數(shù)字化儀。第6頁,共69頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共69頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

隨著無框架導航系統(tǒng)臨床應用，發(fā)現(xiàn)術中腦脊液丟失，病灶組織切除以及腦腫脹等因素可產(chǎn)生目標移位。因而，又出現(xiàn)了術中實時掃描影像導航手術或功能性影像導航手術(iMRIfMRIiCT導航技術，來彌補術中目標移位)。

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目前Neuro-navigation，不論Brain－LAB神經(jīng)外科導航系統(tǒng)，stryker導航系統(tǒng)、stealthstationtreon導航系統(tǒng)，均具有一定智能功能，神經(jīng)外科手術計劃系統(tǒng)，Talairach和schatenbrand圖譜，大腦功能多種圖像融合功能和有框架立體定向手術計劃系統(tǒng)，可在顱內(nèi)作任意導航。第10頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

無框架立體定向技術（神經(jīng)外科導航系統(tǒng)），他已走出神經(jīng)外科向其他學科滲透，目前已有了五官科導航系統(tǒng)，脊柱外科導航系統(tǒng)，不久將擴大到全身各個部位和器官,應用這種技術方法定位和治療。

第11頁,共69頁，2024年2月25日，星期天骨科手術導航系統(tǒng)耳鼻喉科—頭頸外科手術影像導航系統(tǒng)第12頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

二、虛擬現(xiàn)實技術（VR）在立體定向神經(jīng)外科中應用

虛擬的意思是“事實上不存在的，但在效果上和功能上是與其存在物體相同的”;

現(xiàn)實是指客觀存在的環(huán)境或物體。虛擬現(xiàn)實技術不僅僅是計算機技術，也可能包含多項其他領域的技術，通過模擬技術實現(xiàn)人的各種感官，如同在實際環(huán)境中相同或類似的感覺。這項技術稱為虛擬現(xiàn)實技術（VirtualRealityVR）。第13頁,共69頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共69頁，2024年2月25日，星期天在醫(yī)學中，虛擬現(xiàn)實最主要的當然就是虛擬人體。所謂虛擬人體就是要利用各種技術手段來重現(xiàn)一個人的各個系統(tǒng)和臟器。主要的是形態(tài)和功能再現(xiàn)。

目前虛擬現(xiàn)實技術分為三種：①簡單型VR（simplifiedVR）。②加強型VR（AugmentedVR）。③智能型VR（ImmersiveVR）。第15頁,共69頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

VR技術的基礎——計算機融合技術和導航技術。“融合”是計算機將CT、MRI、DSA等圖像配準融合為一體，還可將立體定向顯微鏡，軌跡監(jiān)視等得以一個計算機圖像。“導航”是手術之前把帶有標記物，標定在病人的CT或MRI圖像上，并輸入到計算機工作站，根據(jù)這些資料進行多維重建，手術時進行配準，使術前掃描圖像和手術實時相結(jié)合并融為一體，根據(jù)導航系統(tǒng)進行手術。第17頁,共69頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

具體來說：就是利用計算機對大量數(shù)據(jù)信息的高速處理和控制能力，對CT、MRI等圖信息進行多維重建，為外科醫(yī)師提供給手術時了解病變部位、手術徑路和腫瘤切除范圍等進行手術模擬、手術導航、手術定位、制定手術計劃，使手術方案客觀、準確、直觀在顯示屏上實時顯象。第19頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

VR技術的核心：通過頭帶式顯示屏（headmounteddisplais,HMDS）的設備，觸覺反饋感，使人產(chǎn)生視、聽、觸模擬的感覺，在計算機工作站中形成動態(tài)化，虛擬的內(nèi)環(huán)境。醫(yī)師在虛擬環(huán)境中，通過提供給醫(yī)師的立體圖象裝置，把醫(yī)師帶到一個可視、聽、觸虛擬的病灶（如腫瘤）空間去，從各個方向檢查腫瘤，模擬手術過程，達到最小損傷組織的真正“微創(chuàng)”境地一種預先演習。第20頁,共69頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

目前虛擬現(xiàn)實技術在神經(jīng)外科手術中的應用，還存在很多缺點：①被模擬的對象均為靜止的，不能模擬腦搏動，血管搏動，腦脊液流動。②不能再生組織和生物化學特性；不同組織之間的界面，組織的質(zhì)感、光澤和紋理，組織的彈性，牽拉變形達不到；切斷血管后無搏動性血液流出等。③部分虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)雖然增加了感覺反饋系統(tǒng)，但操作不靈敏。④圖象的組織分辨力有待改善。⑤人工智能的應用不夠廣泛。第22頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

我們正期待著，VR技術將進入到真正的實時時代（reallyrealinthecomingyeas），把形態(tài)和功能兩方面結(jié)合起來，成為更加逼真的虛擬人，對醫(yī)學研究，診斷和治療作出更大貢獻。第23頁,共69頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

三、機器人輔助神經(jīng)外科手術

醫(yī)用機器人系統(tǒng)由輔助規(guī)劃導航系統(tǒng)和輔助操作子系統(tǒng)組成。醫(yī)生在外科手術前就可以得到三方面的了解,即對病人手術部位及鄰近區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)有一個明確的認識，可進行手術規(guī)劃，手術路徑設想等;進行手術的仿真操作;了解手術器械在病變組織中位置和周邊的組織信息。第25頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

最早的機器人只是一個簡單的機械臂，它只能在手術者的操縱下完成極其有限的工作，無法自行去完成一個完整的手術。隨著影像技術的發(fā)展，一些特別設計的計算機軟件能夠?qū)D像重建，并且將機器人與計算機工作站相連，由機器人去完成計算機工作站預先設計好的手術程序。第26頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

隨著無框架立體定向技術的出現(xiàn)，神經(jīng)外科導航系統(tǒng)與機器人相結(jié)合。德國的西門子公司和美國的ISS公司等分別研制出不同類型的機器人系統(tǒng)－（RAMS）。通過機器人的機械臂，將特定的神經(jīng)外科手術器械，如神經(jīng)內(nèi)鏡、活檢針、激光器、電凝器等送到手術區(qū)。機器人還能使用環(huán)鉆鋸開顱骨，在手術過程中，手術者無須親自操作，并且可以通過計算機工作站的顯示屏觀察手術器械到達的位置，及時調(diào)整，做到微侵襲切除腫瘤或活檢。第27頁,共69頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

目前,美國科學家還設計一種機器人，利用探針感受壓力的功能，當它碰到血管的時候會自動感受壓力變化并及時反饋給計算機，從而使手術者能及時調(diào)整手術方案，減少了出血的并發(fā)癥。這種探針腫瘤與正常腦組織的質(zhì)地不同，辨別出腫瘤的邊界，以利于手術中全切除腫瘤。第29頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

他們還設計出的一些機器人能夠正確地縫合大鼠的頸動脈。但是，這些研究成果尚未用于臨床，另外報道的一些機器人尚能在手術時將可攜式微型攝像機,送到腦內(nèi)以觀察顱內(nèi)病變情況,機器人開始應用于神經(jīng)外科。第30頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

我國田增民等，曾用機器人輔助手術。進行了如顱內(nèi)病灶的活檢、腦室內(nèi)病灶的手術、腦內(nèi)小病灶的切除。機器人協(xié)助神經(jīng)外科手術，它對于一些大的病灶及出血較多的病灶尚無法應用。第31頁,共69頁，2024年2月25日，星期天四．立體定向放射外科——新方法

立體定向放射外科（StereotacticRadiosurgery.SRS）是指應用立體定向技術將大劑量高能射線精確地（一次或分次）匯聚于某一局限性的靶點組織，使靶點受到不可逆毀損。它既不同于常規(guī)外科手術，也不同于常見的放療與間質(zhì)放療—即伽瑪?shù)?X刀。第32頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

目前立體定向放射外科使用放射源主要有三種：①放射線核素釋放的α、β、γ射線（光子線）。②X線機和各種加速器產(chǎn)生不同能量的光子線。③各種加速器產(chǎn)生的電子束、質(zhì)子束、中子束、負π介子等。伽瑪?shù)妒氢?0為放射源；X刀是直線加速器為放射源；質(zhì)子刀是帶電粒子為放射源，質(zhì)子束放射又優(yōu)于X刀或伽瑪?shù)丁５?3頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

近年來立體定向間質(zhì)內(nèi)放療(

intersti-tialirradiation）又受到臨床各界關注，其方法--放射微粒治療計劃系統(tǒng)。粒子植入方式有模板種植、CT導向下種植、術中種植,均能收到滿意效果第34頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

光子放射治療儀（photonRadioSurgerySystem.PRS）

他是應用微型X射線治療裝置――PRS400，利用立體定向儀精確定位，安裝在立體定向儀上，通過立體定位計算，將探針直接插入腫瘤中心靶點。因為PRS體積小，便于攜帶，可在手術室內(nèi)進行，成為外科手術治療的一部分。

第35頁,共69頁，2024年2月25日，星期天Cyberknife——機器人立體定向放射外科治療系統(tǒng)

是一個全新的立體定向放射外科體系,它結(jié)構(gòu)簡單，輕便的直線加速器安裝在機器人的機械臂上，可以靈活地做任意方向的旋轉(zhuǎn)。采用計算機立體定位導向，自動跟蹤靶區(qū)，無需使用定向儀框架和體架。，他提供多種治療選擇——正向治療計劃或逆向治療計劃，它無需中心投射，可分期分次治療,使病人放射劑量和病變部位達到最大的均勻分布和適形性。第36頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

目前世界上有少數(shù)醫(yī)院使用質(zhì)子治療系統(tǒng)(30),中國山東萬杰醫(yī)院巳安裝完畢,臨床開始治療病人,費用較高。第37頁,共69頁，2024年2月25日，星期天目前立體定向放射神經(jīng)外科是什么狀態(tài)?(1)調(diào)強適形放療時代(IMRT)20世紀90年代,就開始應用調(diào)強適形放射治療（IMRT和3D-CRT）,它是放射治療的先進技術，它以直線加速器為放射源，由立體定位擺位框架、三維治療計劃系統(tǒng)，電動多葉準直器（DMLC）等部分組成，調(diào)強適形放射治療是射野形狀和腫瘤的形狀一致，大大降低了腫瘤周圍正常組織的受照劑量，提高了治療增益比。第38頁,共69頁，2024年2月25日，星期天(2)圖像引導放療(IGRT)

調(diào)強適形放療技術的最新進展是影像引導的放射治療，稱為四維放射治療(4D-IGRT)。如果用分子生物影像引導又稱五維(5D-IGRT)，

目前臨床已經(jīng)開始多種圖像引導放療:解剖影像引導放療（CT,MRI）病理影像引導放療功能影像引導（PET/CT）分子影像引導放療乏氧影像引導放療第39頁,共69頁，2024年2月25日，星期天RTPlanningBasedonBioloicalImaging-BIMRTGTVPTVClassicalAnatomicalOrPhysicalPlanning,

IMRTWholeorganirradiationrequiredDosehomogeneitypreferredWholeorganRTnotberequiredDoseinhomogeneitypreferred靶區(qū)勾畫的發(fā)展

FromPhysicalto

BiologicalTRT

多學科結(jié)合勾畫靶區(qū)是放射治療發(fā)展主要方向Dosepainting第40頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

影像引導放療從過去X-ray進入CT、MRI

,目

前又進入到PET/CT階段，以后再進入分子生物

影像引導放療。為了達到精確定位、精確計劃、

精確治療,這樣投入大量的新設備和掌握知識的

人才。

第41頁,共69頁，2024年2月25日，星期天在機MRI技術:MRI集成到加速器上

(原機Philips1.5TMR和Elekta6MV加速器構(gòu)成)第42頁,共69頁，2024年2月25日，星期天MedicalImagingInnovation&ImageGuidedRT

X-Ray18951958 1972 1980199520002001 2020

U/S

CT

MR

PETDigitalXRCT/PET

NM

MolecularImagingXMR,XU/SOpticalImaging3DU/SMR/PETVCTFreeelectron

3DXRRadiologyhasbeendrivingdevelopmentsinRadiationOncologyMorphology---Function---Cells---Genes/ProteinsNuclearMedicineisplayingincreasingroleInRadiationOncology第43頁,共69頁，2024年2月25日，星期天準確的射線投照

PTVMarginReduction

PrecisebutnotaccuratePrecisebutnotaccurate精確優(yōu)化物理劑量分布IMRTPreciseandaccurate準確控制劑量分布位置IGRT第44頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

我們都知道當前放射外科治療都是利用高劑量輻射，對組織細胞毀損和抑制作用，用來治療各種性質(zhì)腫瘤和功能性疾病。

低劑量輻射能否對人體組織細胞起“興奮效應”，這是目前科學工作感興趣的課題，正在做大量探索性工作。如果一定的低劑量輻射，照射特定的組織，激活靶組織細胞，達到治療疾病的目的，這樣會把立體定向放射外科治療臨床應用推向新的高峰。

第45頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

五、計算機網(wǎng)絡與立體定向神經(jīng)外科

計算機網(wǎng)絡工程，它是通過電話線、光纜、衛(wèi)星通訊等不同設備，將計算機系統(tǒng)之間進行連接和分享信息。計算機網(wǎng)絡將逐漸取代如今應用的計算機外部硬盤，借助互聯(lián)網(wǎng)、局部網(wǎng)、影像數(shù)據(jù)和計算機軟件，得到廣泛、安全地應用，從而打破地域界限，更好地為立體定向神經(jīng)外科服務。通過遠距離傳輸和實時視覺（VR）技術的發(fā)展，促進遠程醫(yī)療的發(fā)展。第46頁,共69頁，2024年2月25日，星期天第47頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

六、修復神經(jīng)外科——21世紀神經(jīng)外科研究重點

盡管顯微神經(jīng)外科、神經(jīng)放射外科、神經(jīng)內(nèi)鏡、介入神經(jīng)外科出現(xiàn)與發(fā)展，化療和放療技術的不斷提高，對病人生存率，生活質(zhì)量沒有明顯改善。每日仍有大量地顱內(nèi)腫瘤、創(chuàng)傷、腦血管疾病，中毒、帕金森病、Alzheimer病等引起組織結(jié)構(gòu)缺損，重要功能的喪失，使醫(yī)生們?nèi)允譄o策。

修復神經(jīng)外科立體定向神經(jīng)外科來完成第48頁,共69頁，2024年2月25日，星期天（1）、精神外科過去、現(xiàn)在與將來1、精神外科修復神經(jīng)外科第49頁,共69頁，2024年2月25日，星期天（2）神經(jīng)調(diào)控術精神外科（Neuromodulation）

深部腦電刺激術（DBS）——

精神外科在腦深部電刺激（deepbrainstimulation,DBS）技術被廣泛應用于運動障礙性疾病的治療基礎上，并開始試用于其他神經(jīng)精神疾病的治療。目前，直接對神經(jīng)元進行電刺激的一種治療方法，起神經(jīng)調(diào)控（neuromodulation）作用。

DBS已試用于神經(jīng)精神疾病的治療有癲癇、慢性疼痛、叢集性頭痛、顱腦損傷、永久性植物狀態(tài)以及強迫癥（obsessivecompulsivedisorder,OCD）和抑郁癥等。第50頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

DBS確切的作用機制尚未明了，DBS治療中常采用高頻電刺激（highfrequencystimulation,HFS），即頻率為100Hz或高于100Hz，抑制神經(jīng)元的活動，減少了來自刺激部位的輸出

目前嘗試的DBS靶點主要包括內(nèi)囊前肢、伏核和腹側(cè)尾狀核和扣帶回膝下部等。正電子發(fā)射斷層掃描（positronemissiontomography,PET）檢測發(fā)現(xiàn)患者眶額皮質(zhì)區(qū)葡萄糖代謝率顯著下降，推測DBS降低眶額皮質(zhì)代謝活動從而發(fā)揮治療作用。也可能與邊緣系統(tǒng)－運動系統(tǒng)網(wǎng)絡的存在有關，這一發(fā)現(xiàn)提示伏核DBS可能成為治療情緒障礙的一種有效手段。第51頁,共69頁，2024年2月25日，星期天小腦刺激術

精神外科早在20世紀70年代Cooper首先應用該技術治療腦性癱瘓、精神病和癲癇。Dario采用小腦刺激技術治療各類精神病，經(jīng)過長期隨訪和醫(yī)學心理測驗，沒有發(fā)現(xiàn)行為和心理障礙現(xiàn)象。該手術適應于嚴重抑郁癥，焦慮、偏執(zhí)狂和攻擊行為。國內(nèi)已有采用國產(chǎn)部分植入性小腦刺激器治療癲癇的報告，對精神疾病外科治療臨床尚未應用。第52頁,共69頁，2024年2月25日，星期天迷走神經(jīng)刺激術（VNS）精神外科

臨床應用迷走神經(jīng)刺激(VagalNerveStimulation,VNS)治療癲癇開始于1938年,由Bailey和Bremuer’s倡導,1988年Penry和Dean第一次報道用于頑固性癲癇患者,并取得滿意效果。此方法是一種新的、非藥物性治療癲癇,安全、易于耐受,能緩解復雜性部分性癲癇發(fā)作。在國內(nèi)已開展了此項工作。VNS抗精神病作用機理——VNS是調(diào)節(jié)情緒而應用于臨床,來治療抑郁癥和強迫癥。Rush等(2000)報道30例抑郁癥,VNS后50%對焦慮不安得到改善,70%精神激動好轉(zhuǎn)。George等(2003),應用VNS治療10例OCD，隨訪10周,用Hamilton量表評分，下降23%。VNS治療精神疾病,在我國還未開展。第53頁,共69頁，2024年2月25日，星期天第54頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

（1）

采用深部腦刺激法（DBS)

約70％的感受傷害性疼痛患者和50％的神經(jīng)性傳導阻滯性疼痛患者可獲得緩解。并發(fā)癥約有20%發(fā)生率，主要有電極斷裂、電極故障、感染、出血、輕偏癱、癲癇、導水管阻塞、眼肌運動障礙。其中4％患者的并發(fā)癥是永久性的，嚴重并發(fā)癥或死亡率小于1％。對于采用其他方法治療無效的慢性疼痛者，深部腦刺激術無疑是一種有價值的手段。2、疼痛修復神經(jīng)外科治療第55頁,共69頁，2024年2月25日，星期天（2）脊髓刺激治療疼痛第56頁,共69頁，2024年2月25日，星期天（3）運動皮層刺激

治療疼痛第57頁,共69頁，2024年2月25日，星期天

隨著科技發(fā)展，目前癲癇各種手術方式（如大腦半球切除術、顳葉切除術、前額葉切除術、多處軟腦膜下橫切術等大骨瓣、大切口、多處創(chuàng)傷），肯定不符合微侵襲理念和生理解剖入路。

改變上述理念，能達到解剖生理入路治療癲癇——唯有立體定向技術。

3癲癇修復神經(jīng)外科治療第58頁,共69頁，2024年2月25日，星期天(1)經(jīng)顱磁刺激(transcranialmagneticstimulation,TMS)---治療癲癇

利用一定強度的時變磁場在生物體內(nèi)誘發(fā)感應電流，此電流刺激來調(diào)節(jié)大腦皮質(zhì)網(wǎng)絡的興奮性，用來抑制癲癇。

低頻rTMS參數(shù)：0.3~0.5Hz，每天兩次，每次15分鐘，500~600個脈沖閾刺激，可減少癲癇發(fā)作50%以上。

(高頻可誘發(fā)癲癇)第59頁,共69頁，2024年2月25日，星期天(2)腦內(nèi)慢性電刺激---治療癲癇（DBS，VNS，……）第60頁,共69頁，2024年2月25日，星期天(3)癲癇外科治療未來趨勢

1).腦內(nèi)慢性電刺激（DBS，VNS，TMS……）。

2).腦組織移植術及神經(jīng)干細胞治療。

3).致病灶形態(tài)學和功能性定位方法改進（fMRI,MRS,SPECT,PET,MEG,EEG……）。

4).立體定向放射外科治療癲癇（高劑量、低劑量、Gene-SAS,

ch-SRS）。

5).大腦可塑性開展研究進行系列基礎和臨床研究，使手術

方式以最小損傷，達到最好療效，特別手術時間窗。第61頁,共69頁，2024年2月25日，星期天4、戒毒已進入全國十一五計劃第62頁,共69頁，2024年2月25日，星期天手術示意圖-伏核第63頁,共69頁，2024年2月25日，星期天5