张威江

本文作者张威江先生，江苏省无锡市第二人民医院、南京医科大学附属无锡医院影像中心磁共振室副主任医师。

关键词: MRI导引 手术室 神经外科

影像医学当前正在从过去单纯的形态学诊断走向与临床治疗相结合的道路，并形成目前最具发展前景的一门新兴学科。作为其中提供图像的成像手段，以往较多的是运用B超、X射线机和CT机等，而作为能够进行多方位扫描、空间分辨率高、图像清晰、定位准确的MRI成像技术则在这方面运用较少，以往普遍认为这主要是由于MR机架多为长筒状结构，限制了病人与外部的接触; 加之扫描时间相对较长不便于实时显影。但近5~6年来磁共振成像技术无论是硬件还是软件都有了迅速的发展，那么MRI在导引治疗技术方面有没有发展前途？目前国外在这方面有何最新的发展动态？作者在2002年11月到日本东京女子医科大学进行了短期研修学习，接触了处于这一领域发展最新前沿的神经外科MRI手术技术(Open-MRI-Guided Neurosurgical Systems)，了解到了“MRI手术室”(MRI Operating Theater)这一最新概念(图1)，在此作者作一简单介绍。

一 MRI手术室的基本概念

MRI手术室的基本概念是手术在MR室进行，在手术过程中通过进行术中MRI成像来协助指导手术的进行，以提高外科手术对病灶的完整切除率和治愈率。“术中MRI成像”(Intrao-perative MRI)目前一般是指手术进行前成像、手术过程中成像和手术缝合前的成像。这些术中MRI成像信息又可现场输入到导航系统作为术中导航的原始资料实时指导修正手术的进行，配合术中显微镜的病理检验，结合术中放疗的进行，可达到对病灶100%的切除和根治性治疗。外科手术完全按照标准手术程序进行，术中MRI成像序列和成像参数则是为手术而特定的，根据需要也可进行术中MRI增强扫描和术中MRI血管造影等。

二 MRI手术的临床价值

MRI手术目前仅有日本和美国少数医院在有关医疗器械公司的共同协助下进行研发试验，但日本东京女子医科大学和美国的辛辛那提大学都已在2001年开始进行临床的实践工作，两家大学使用的都是目前在低场开放式MR技术研发中处于领先地位的日本HITACHI AIRIS-Ⅱ0.3T MR机型。MRI手术尤其是在中枢神经系统方面的手术取得了很好的临床疗效，他们的临床结果预示这项技术将对神经外科手术带来革命性的变化。由于颅脑解剖结构的特殊性和脑组织术中易损并影响正常功能的特点，神经外科的手术一般切口小、视野窄，手术(尤其是对深部病变组织的手术)术后病灶残存率较高，而病灶的完整切除率直接影响到手术疗效和肿瘤术后的5年生存率。根据1983~1992年日本脑肿瘤协会提供的恶性肿瘤切除率的数据，脑肿瘤达到100%切除的病人只占总手术人数的7.9%; 95%切除率的占总人数的21.1%; 75%切除率的占26.7%。而另一方面，100%切除的病人术后5年生存率为40.9%; 95%或95%以上切除者为22.5%; 而75%切除者则仅为14.8%~ 10.8%(图2)。

根据东京女子医科大学一年多的临床实践，运用神经外科MRI手术后可将肿瘤手术切除率整体提高到90%~95%，如结合术中实时导航系统则可望进一步提高到98%~100%。脑肿瘤病变的特点在于肉眼难以分辨与正常组织的区别，而MRI诊断则可以一目了然地显示其不同(图3)。现有临床应用资料表明，通过MRI诊断上的优势及其导航系统的并用，MRI手术系统有望将脑内病灶实现完全彻底性的切除。手术可在全麻状态下进行，也可在清醒状态下进行，术中允许脑组织保持正常生理功能并可用脑电图等测试、监控脑功能。分析2001年东京女子医科大学MRI手术52例病例(男22例，女30例，平均39.3岁)，主要以脑肿瘤为主，其中恶性肿瘤18例，垂体瘤11例，颅咽管瘤7例，脑水肿3例，动静脉畸形2例，硬膜外血肿2例; 52例中23例使用术中MRI导航系统，5例是在有意识状态下进行手术的。MRI手术除在颅脑中枢神经系统试验运用外，目前正在研究开发在胸腹部、四肢及微创内窥镜手术等领域方面的运用，有理由相信这种技术在临床应用的开发前景是广阔的。

三 MRI手术室的工作环境和系统装备

1. MRI手术室的布局

MRI手术是在MR室进行的外科手术，故MRI手术室的分布安排既要考虑到能进行MRI成像又要便于外科手术的操作和人员移动(图4)。目前MRI手术室有二种布局，一种是放置在手术室的专用MRI手术室(如东京女子医科大学); 另一种是将影像科的常规MR室改建成能符合手术要求的MRI手术室(如美国辛辛那提大学，平时仍作日常MRI扫描诊断使用)。东京女子医科大学MRI手术室的隔壁是大型专业外科手术室，二者间是相通的，这样根据病情需要，手术可完全在MRI手术室进行; 也可大部分在专业手术室进行，然后快速地转移到MRI手术室作术中扫描后完成进一步的修正手术。MRI手术室同样要作MR特殊要求的屏蔽处理，手术室自动门是采用最先进的磁悬浮技术设计的。作者注意到在MRI手术室的周围区域其他手术正常进行(包括心脏起搏器安装手术)，并无特殊禁忌、限制和要求。

2. MR成像设备

运用于手术中的MRI成像设备应是扫描功能先进、漏磁区域小、机架开放程度高的机型，显然目前的中低场开放式MR机是最适合的。以日立公司AIRIS-Ⅱ0.3T MR机型为例，此款机型在设计中充分考虑到了MRI介入及手术操作的要求，外形为双柱汉堡包式，前方开口弧度达210o，后方还有一特置内凹设计，充分便于接触病员。此型MR机特别适合于手术操作的主要特点是其漏磁区域(The Leakage Magnetic Field)即5高斯线区(The 5-gauss Line Field)非常小，两侧方为2m，前方为2.2m，后方为1.8m，中心向上为2.5m，这样较小的5高斯线区域就为非MR兼容性手术器械(non-MR-Compatible Operation Equipment)进入室内创造了非常有利的条件。这套成像系统另一个特点是由于不需要冷却设备，运行成本非常低廉(约10000日元/月，折合人民币20~30元/天)。

适合于手术中成像的线圈是专门特制的手术专用MR线圈，特点是体积小、不影响手术而又信噪比高、图像清晰。

3. 手术设备及监控设备

要完成标准程序的手术过程，手术室内必需配有麻醉机、吸引器、心电监控仪和供氧设备等，由于这些设备摆放的位置可在5高斯线外，且术中移动机会少，所以可用普通的标准手术器械设备; 手术刀、血管钳等外科手术器械也可用磁性材料制造; MRI专用手术显微镜(MR-Compatible Operative Microscope)拥有一50cm变焦功能的接物镜头，它具备一个标准外科手术显微镜的全部功能，由于在5高斯线内放置，故应是MR兼容性器材产品，MRI手术显微镜是通过氮驱动马达(Nitrogen-Gas-Driven Motor)工作的(代替传统的液压驱动Hydraulic Drive)。MR兼容性手术台(MR-Compatible Surgical Table)是集外科手术台与MR检查台功能为一体的，可通过简单操作而完成各种复杂的多方位多角度的运动变化，而且台面的移动还可根据图像中的信息来实现X-Y平面方向的微调。

MRI监视器(Monitors)是悬臂式双屏的，是MR专用的(可兼容20高斯磁场强度)，也可在室内装配大屏幕液晶或等离子监视器，监视器图像可来自于MRI系统、显微镜、内窥镜和PCs网络(Network PCs)，可随时根据手术需要挑选显示图像和切换图像。

4. MR实时校正导航系统(Real Time Update Navigation)

东京女子医科大学MRI手术室使用的导航系统(PRS导航)为无源无动力装置，能自动跟踪手术层面和跟踪病灶部位(在手术中手术台位置如发生改变不需要再次纠正定位)，并可以三维立体图像导引手术(图5)。由于MRI系统的图像资料是DICOM兼容的，术中扫描的图像可立即通过MRI手术室的局域网络传递到导航系统，使得导航系统的图像得到实时更新，这样就可避免和纠正由于手术引起的靶器官及周围脑组织肿胀变形位移而发生的导引误差，这种与手术中MRI扫描图像结合的真正实时的动态导航系统根据术中图像就可做到及时发现术中残留病灶并精确地指导下一步切除残留肿瘤的手术，大大提高病灶的完整切除率。东京女子医科大学的统计显示在开颅术中的这套MRI实时校正导航系统的平均误差为1.45mm(最大误差为2.49mm)，垂体瘤鼻中摘除术中误差在1.39~1.99mm之间。

四 MRI手术的优越性

1.与其它影像手段相比，MRI运用于临床手术(包括介入治疗)最大的优势在于无X射线辐射损伤，这也是MRI手术和MRI介入治疗被认为是今后发展前景最好的理由所在(整个手术过程中将会产生多达900幅的MRI图像用来引导和监控手术的进行，所以如曝光于X射线下对医务人员和病人的损伤将是很大的)。

2. MRI高分辨率的多方位扫描、分子水平反映组织生化变化的信号改变、术中MRI功能成像(Intraoperative fMRI)、术中MRI热量分析法(Intrao-perative Therography)以及无损伤性术中血管造影都是MRI作为术中对病灶的判断和周围组织的分析功能方面的优势，但目前认为术中MRI功能成像的作用并不大。

3. 较小的5高斯线区域将允许大多数普通的标准手术室辅助设备进入室内正常使用，加之较低的运行费用，这是开放式低场强永磁型MR设备(如HITACHI AIRIS-Ⅱ0.3T MR)在MRI手术中使用的特出优势。

4.导航系统由于以术中MRI扫描图像为基准，为手术提供了实时动态精确的导航指示，避免了过去使用术前图像指导手术带来的由于术中脑组织发生肿胀变形移位而产生不相吻合的问题。术中实时动态的导航使用大大提高了肿瘤的完全切除率，国外医院也有结合使用化学导航手段(利用恶性肿瘤中特有的某种化学物质在紫外线照射下发出特殊红光的特性，术中使用特殊的滤波器，检出肉眼和影像都难以发现的残留恶性肿瘤组织)和治疗中再结合术中放疗的，这样就完全可能达到将肿瘤彻底根除。术中MR显微镜的使用则可提供快速的组织病理学诊断。

开放式MRI导引的神经外科手术是处于临床探索阶段的新技术。适合于MRI手术室使用的MR兼容性手术器具还在进一步研制和使其商品化进一步降低成本; MRI手术室的结构分布及配置也在不断改进; 而配合手术进行的术中MRI成像技术也在不断开发完善。但这种利用无X射线损伤的开放式MRI提供术中实时动态靶器官的监视图像、配合导航技术大大提高手术切除率和治愈率的技术肯定具有广泛的临床推广前景，相信今后也会在我国逐步得到发展和运用。

（全文完）

来源：《世界医疗器械》

日期：2003年4月