3.0T 术中磁共振多模式影像导航下脑内
病变穿刺活检术的初步应用#
姚成军，吴劲松，庄冬晓，郭俊，蒋玲，邱天明，毛颖，周良辅**
5 （复旦大学附属华山医院神经外科，上海 200040）
摘要：探讨超高场强术中磁共振及多模式影像融合应用于颅内病变穿刺活检的临床初步经
验、优势与不足。方法：利用3.0T 超高场强术中磁共振系统在结构影像的基础上结合多模
式影像如磁共振灌注成像（PWI）、磁共振波谱分析（MRS）、弥散张量成像（DTI）、血氧
水平依赖成像（BOLD）等，通过代谢及功能信息优化靶点选择，设计穿刺路径，导航下实施
10 多靶点活检。结果：共实施23 例幕上病变穿刺活检，获得78 份标本。所有23 例均得到明
确诊断，术中影像证实靶点均实现术前计划，靶点定位准确率为100%，无严重并发症，无
死亡及术后感染病例。结论：术中磁共振导航穿刺活检精度可靠，多模式影像可同时提供功
能及代谢信息，提高穿刺活检成功率，降低致残率。
关键词：神经导航；活组织检查；术中磁共振；颅内肿瘤；功能磁共振
 0 引言
无框架的立体定向穿刺活检术已被证实为一种安全、有效的技术，但传统的活检穿刺一
40 般以术前的磁共振或CT 等结构影像作为导航图像，尚面临穿刺误差、假阴性等难题，文献
报道神经导航穿刺活检的阳性诊断率为89%~99%，并发症发生率为0.8%~10.6%，死亡率为
基金项目：卫生部临床学科重点资助项目（2010-2012 年度）；自然科学基金资助项目（81071117）；教育
部博士点新教师基金（20090071120046）
作者简介：姚成军，(1975-)，男，主治医师，主要研究方向:计算机辅助及导航神经外科。
通信联系人：吴劲松，(1972-)，男，副教授，主要研究方向:计算机辅助及导航/电生理神经外科. E-mail:
 0~1.5%[1,2]。近年来，随着术中磁共振(intraoperative magnetic resonance imaging，iMRI)技
术和磁共振功能影像如磁共振灌注成像（perfusion-weighted imaging，PWI）、磁共振波谱
分析（magnetic resonance spectroscop，MRS）、弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）、
血氧水平依赖成像（blood oxygen 45 level dependent，BOLD）等技术的发展，为穿刺活检提供
了更多代谢及功能信息，有助于提高活检阳性率，减低并发症。我科在超高场强（3.0T）iMRI
的基础上，依据结构与代谢多模式影像指导穿刺，取得良好效果，现报道如下。
1 资料与方法
1.1 临床资料
50 2010 年9 月至2011 年8 月，共实施23 例幕上病变穿刺活检，其中男12 例，女11 例，
年龄16~71 岁，平均40.2±15.8 岁。病灶体积25.3cm3~75.7 cm3,中位数为36.6cm3，35.9%为
深部病变（表格1）。
表格1 病灶部位分布
病灶部位 病例数 （N=23）
额叶 9（39%）
颞叶 1（4%）
顶叶 4（17%）
岛叶-基底节 3（13%）
丘脑 3（13%）
中线(胼胝体、鞍区等) 3（13%）
55
1.2 iMRI 设备及参数
我科于2010 年引进3.0T 的IMRIS Neuro（加拿大IMRIS 公司）系统，术前采用iMRI
分别采集导航序列结构影像及功能影像如PWI、MRS、DTI 和BOLD[3]。
1.3 其他主要设备
60 ①神经导航系统为（Medtronic Stealth Station TRIA i7，美敦力公司，美国）。②穿刺工
具为固定于颅骨的磁兼容Navigus 无框架活检系统（Navigus Medtronic Navigation，美敦力
公司，美国）。③影像后处理工作站（Syngo Multi Modality Workplace，西门子公司，德国）。
④MAC Pro 工作站 （苹果公司，美国）。
1.4 方法及步骤
65 1.4.1 磁共振数据采集
所有病例术前均进行iMRI 扫描，结构影像及PWI、MRS、DTI 数据常规收集，穿刺路
径如涉及功能区皮质，加做相应任务态BOLD 序列。
1.4.2 PWI 及MRS 数据分析
①PWI：在影像后处理工作站中生成伪彩图，在毛细血管血流速率(capillary blood
70 velocity, CBV)伪彩图中目测肿瘤病变实质部分的最高灌注处(对应常规MRI 中无明显囊变、
坏死或出血区)放置感兴趣区(region of interest, ROI)，平均测量3~5 次，取最大值；并在病
变对侧正常脑白质内设置同样大小ROI。以对侧正常脑白质数值为标准(设为1)，即可获得
各感兴趣区的时间-信号强度曲线及MR灌注相对值，分别称为相对CBV(relative CBV, rCBV)
 和相对平均血流通过时间（relative mean transit time, rMTT)。②MRS：代谢物一般选择N-
乙酰天冬氨酸（N-acetylaspartate, 75 NAA）和胆碱（Choline, Cho），在影像后处理工作站得到
扫描野的波谱化学移位图像。
1.4.3 活检靶点的选择
术前根据常规磁共振，结合PWI 及MRS 特征选择穿刺靶点，同时结合DTI、BOLD 避
开功能区与传导束设计穿刺路径，靶点分布于肿瘤区及瘤周。靶点选择的原则为：①基于
80 PWI 数据，一般选择rCBV 相对最大（红色）的区域。但对于脑外肿瘤，由于血脑屏障缺
失导致rCBV 假阳性，不作为选择靶点依据。②基于MRS 数据，一般选择Cho/NAA 比值
相对较大的区域，但NAA 极低可能提示为坏死或神经元严重破坏，临近脑脊液、颅骨、海
绵窦等干扰较大区域也可能导致比值异常增高，酌情予以排除。③鉴于脑内肿瘤可能存在不
均质性和弥漫浸润性，由两位独立的神经影像医师选择3~6 个多个感兴趣的rCBV 及
85 Cho/NAA 比值区域为取样靶点。④依据DTI 白质纤维束及BOLD 皮质激活图像，避开脑功
能区，设计穿刺路径。⑤同一穿刺路径上由浅至深设定多个靶点，如有必要可以一个入颅点
规划两条以上穿刺轨迹。
1.4.4 活检靶点的标记
基于rCBV 值的MRS 体素的波谱数值由磁共振自带软件Spectroscopy （Syngo Multi
90 Modality Workplace，西门子公司，德国）计算获得。在解剖导航影像上叠加网格可以显示
每个体素的解剖部位。网格由256 (16×16)个体素组成，由左上开始计数，每个体素分配有
一个编号（ID）。每个体素Cho/NAA 比值大小以伪彩图表示，由蓝向红渐变（中间色为绿
色），依次显示波谱数值由0 到最大。
记录每个活检靶点的编号用于导航标记。波谱原始数据和导航数据导入 MAC Pro 计算
95 机中，存储于患者的目录中。在Matlab（7.7.0 版，Mathworks 公司，美国)环境下运行由我
院自行开发的标记软件Biopsy_NAV，输入活检靶点编号后，依次导入波谱原始数据、神经
导航数据，活检靶点解剖位置将自行标记于导航数据中，通过 OsiriX（v.3.7.1 32-bit 版，苹
果公司，美国）查看标记情况，标记后的导航数据上传至PACS 数据库备用。 (参见图 2)。
1.5 组织活检
100 根据穿刺路径，颅骨钻孔一枚并固定穿刺基座，穿刺前校正穿刺方向后固定穿刺针（图
1）。穿刺针在导航引导下穿刺靶点中心使体素和标本匹配精确。根据术前计划每个靶点四
个方向抽吸组织标本，抽吸后保留穿刺针以压迫止血数分钟。取材结束后均进行iMRI 扫描，
评估靶点穿刺精度及出血等并发症。
 图1 导航穿刺活检场景，右图为磁兼容固定于颅骨的Navigus 105 无框架活检系统 (Navigus Medtronic
Navigation)，通过底座固定于颅骨，白色旋钮旋紧后即可固定穿刺方向
1.6 病理分析
所有活检标本经10%福尔马林固定后送至病理科，进行石蜡包埋、切片、H&E 染色。
110 并应用EnVision 法进行相关免疫组织化学染色， H&E 和免疫组织化学染色结果由两位以
上独立的资深神经病理专科医生根据2007 年第四版《WHO 中枢神经系统肿瘤》分类标准
进行诊断。对于形态和分级有争论的病例经讨论后达成一致意见。
2 结果
2.1 功能成像结果
115 23 例患者均成功获得PWI、MRS 及DTI 成像，成像质量好；8 例涉及功能区病灶进行
了任务态BOLD 功能磁共振成像，其中5 例成像质量好。
2.2 病理阳性率
共实施23 例幕上病变穿刺活检，获得78 份标本。实时iMRI 影像证实100%靶点均按
术前计划精确定位，所有标本均获病理确诊（表2）。
120
表格2 组织病理诊断分布
病灶部位 病例数
胶质瘤 16（70%）
生殖细胞瘤 1（4%）
淋巴瘤 2（9%）
炎症 1（4%）
脓肿 1（4%）
转移瘤 2（9%）
2.3 并发症
1 例（4.3%）穿刺后形成穿刺点血肿，体积>30ml，及时转为开颅手术，术后对侧肌力
125 下降，随访2 月后肌力回复正常，其余病例均未出现新发神经功能障碍。无永久性致残病例。
1 例术后癫痫发作，后经药物治疗控制满意。无死亡及术后感染病例。
 2.4 典型病例
图2 A：磁共振灌注成像（PWI）显示肿瘤呈高灌注，肿瘤内不同区域rCBV不同（不均一性），红色区域
为rCBV最高130 值； B：多体素磁共振波谱分析（MRS）成像，白色方框为感兴趣区（ROI），其内每个小方
框代表一个体素，每个体素的Cho/NAA比值具有不均一性；C：将PWI与MRS融合，选取rCBV及Cho/NAA
比值均为相对最高的区域作为靶点；D:DTI成像提示锥体束位于肿瘤前内侧；E: 术前T1增强扫描图像； F:
将选择好的靶点通过标记软件Biopsy_NAV与结构影像配准融合，指导导航穿刺，该病例共规划两个穿刺道，
选择6个靶点，以伪彩高亮MRS正方形体素（7.5×7.5mm）标记。黄线为穿刺路径，绿色十字架为穿刺针头
135 位置指示；G:活检结束后，进行iMRI扫描，证实靶点取样精确，可见6个取样点与预设靶点吻合一致；H:
术后DTI证实锥体束未损伤。
3 结论及讨论
脑内病变穿刺活检术可分为有框架、无框架以及iMRI 实时影像导航三个阶段。研究表
140 明[4,5,6,7]：(1)无框架导航活检术在定位误差、活检率及术后并发症率上与有框架术式比较
差异无统计学意义；(2)此外，无框架导航活检术具有一些独特优势如：免去安装头架带来
的不适；避免患者不配合导致的误差和危险；穿刺时随时了解靶点位置，心中有数；多靶点
穿刺时不必重复计算；如需改为开颅手术可迅速进行。尽管如此，由于基于术前影像，术中
脑移位仍可使目标定位发生偏离。iMRI 的出现解决了这一难题。本研究活检阳性率达100
145 ％，与相关报道一致(96％～100％)[8,9,10]。高活检阳性率除归因于具备传统导航手术的图
形可视化优点，更在于该术式能实时纠正脑移位误差。我们建议可能发生脑移位的脑内病变
穿刺活检术可选用iMRI 实时影像导航[11]。
一般把MRI 磁体的场强＜0.5 T 称为低场强，0.5～1.0 T 为中场强，1.0～1.5 T 为高场强，
＞2.0 T 被称为超高场强。低场强iMRI 的成像质量总体上不如高场强iMRI。3.0 T iMRI 的
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