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立体定向技术和神经调控技术与功能神经外科的现状

 水共山华 2014-11-18

 随着神经影像学、神经电生理、立体定向以及神经调控技术的广泛临床应用,功能神经外科疾病的诊治水平有了较快发展,手术定位从影像学解剖定位发展到神经电生理学的定位,立体定向设备从立体定向仪发展到神经导航设备,手术入路的设计从手工计算手术轨迹到计算机设计的手术计划系统,手术方式从脑深部核团立体定向毁损术到神经电刺激技术,促进了功能神经外科向纵深发展。因此,功能神经外科已成为神经外科中的一朵奇葩。近年来,立体定向技术不但用于功能神经外科疾病的手术,而且用于普通神经外科手术,尤其对于脑功能区手术,可最大限度地切除肿瘤,最大程度保留神经功能。

一、立体定向技术在神经外科中的应用

Spiegel 和 Wycis 将立体定向技术应用于人脑,开始了立体定向苍白球手术和丘脑手术来治疗帕金森病(Parkinson's disease,PD),这也是最早将立体定向技术应用于功能神经外科。病变的准确定位是神经外科手术的重要部分,也是难点之一,定位的准确与否将直接影响到手术操作的难易、手术时间的长短以及手术疗效和并发症。立体定向技术基于坐标系统,利用影像学定位和立体定向仪引导,将电极、穿刺针等显微器械置入脑内特定靶点,应用电生理定位,留取组织标本、产生毁损灶,或放置引流管、指导切除病灶等方法达到诊疗的目的,尤其是皮层下深部靶点(病灶)的定位更具有优势,可用于诊断和治疗中枢神经系统的各种疾病。

早期的立体定向技术设备简易,影像学定位主要依赖于 X 线下气脑造影、脑室造影等,随着 CT、MR 的普及以及计算机技术的飞速发展,立体定向靶点定位更加准确,从而也延伸出无框架神经导航、立体定向放射治疗、机器人辅助手术技术、术中磁共振(iMRI)、虚拟现实(virtual reality,VR)技术等,极大地丰富了神经外科的治疗手段。

1. 立体定向脑深部核团毁损术:主要用于治疗运动障碍性疾病如 PD、精神性疾病、难治性癫痫、药物成瘾等。对于 PD,根据患者的临床症状可选择不同的靶点进行立体定向毁损术,如丘脑腹外侧核毁损术治疗 PD 有效率达 80%~90%. 临床研究发现丘脑腹中间核(Vim)毁损对震颤有效,苍白球内侧部(GPi)的毁损对僵直有效。但是,由于双侧毁损术可产生并发症,所以立体定向毁损术主要用于单侧症状的控制,对侧症状控制宜选择深部脑刺激术(DBS)。据不完全统计,从 20 世纪 70 年代至今,脑深部核团毁损术治疗运动障碍性疾病患者已超过 5000 例,随着时间的推移病例数在逐年减少,手术方式逐渐以 DBS 为主;对于精神性疾病,主要通过调整边缘系统、前脑调节情感、记忆、行为等,脑深部结构立体定向毁损治疗精神性疾病的疗效已得到精神病学家的肯定。难治性精神病的立体定向手术靶点仍以边缘系统为主,扣带回的作用也愈来愈受到重视,国内施行立体定向多靶点毁损术治疗精神障碍疾病已达 5000~6000 例,疗效得到患者、家属和医师的认可。但是,由于精神外科诊疗的不规范,选择病例不够严谨,国家卫生部于 2008 年 4 月发文禁止。目前主要开展针对强迫症和厌食症等的立体定向手术,也以 DBS 为主;对于毒品成瘾,国内率先开展立体定向戒毒手术,自 2001 年 1 月至 2004 年 11 月,我国 20 多家医院对 1000 余例毒品成瘾者进行了脑内核(团)毁损术(以伏隔核为主),术后部分症状改善,但是有的产生了严重的认知障碍,由于药物成瘾不同于一般疾病,至今机制不明,所以,卫生部于 2004 年 11 月发出禁止令,鼓励进一步研究其发病机制和治疗机制;对于难治性癫痫,利用立体定向技术确定皮层下致痫灶并实施手术毁损或去除,从而消除癫痫的起源;或者破坏皮层下有关癫痫的传导途径,以阻止痫性放电向远处传播,减少癫痫发生;或者毁损脑内特定结构,从而减少大脑半球的兴奋性,或者增加对其它结构的抑制性。毁损核团多以杏仁核、海马、Forel-H 区、下丘脑后部,以及丘脑腹外侧核多见,近年来慢性电刺激术治疗癫痫颇受关注。

2. 立体定向开颅病灶切除和立体定向活检术:立体定向开颅术主要适用于病灶体积小、距离皮层深、开颅无法确定病灶者,可采用立体定向技术准确定位,尤其是功能区病灶的切除,立体定向开颅手术更具优势,具有定位准确、创伤小、病灶全切除率高、并发症少等优点。立体定向活枪术的临床应用相当广泛,可以应用于颅内如额叶、顶叶、枕叶、颞叶、岛叶、小脑等部位病变的定性诊断,也适用于基底节区、松果体区、鞍区、脑桥、中脑等部位病变开颅手术比较困难者。立体定向活检的适应症包括:(1)病变在影像学上无明显占位效应,亦无明显强化表现,或强化不明显而需明确其病理性质以指导下一步治疗方案者;(2)病变位置较深或位于某些重要的神经功能区,开颅手术无法达到病变部位或有可能带来严重并发症甚至危及生命者;(3)颅内多发病变,手术无法全切而需明确其病理性质者;(4)准备接受立体定向放射治疗而又无明确的病理性质者:(5)患者年龄大,合并多器官功能障碍无法耐受开颅手术而又需明确其病理性质者。

3. 立体定向脑内血肿排空术:近年来,立体定向技术已成为治疗脑出血和脑内血肿的主要外科方法之一,采用在 CT 或 MR 下立体定向定位,利用 Backlund 血肿排空针清除血肿或血肿抽吸针抽吸血肿,具有定位准确、微创等优点,也可采用立体定向方法将引流管置人血肿腔内抽吸、尿激酶注入和引流等。

目前,以 CT 和 MR 引导下的立体定向技术在神经外科领域的广泛应用,拓宽了神经外科疾病的诊治范围,已成为微侵袭神经外科手术的主要组成部分,由有框架的立体定向发展到无框架的神经外科导航系统,不仅能够保证手术的精确定位,减少损伤,还能够很好地配合有丰富经验和娴熟手术技巧的手术者,使一些神经外科手术的禁区得以突破。

二、神经调控技术在神经外科中应用

功能神经外科现已从传统的以立体定向技术为基础的神经结构毁损发展到以神经功能的调节和重建为理念的现代功能神经外科。神经调控技术是利用植入性或非植人性技术,采用电刺激或药物手段改变中枢神经、外周神经或自主神经系统活动从而来改善患者的症状,提高生命质量的生物医学工程技术。随着神经刺激器设备的完善,神经调控技术的手术适应症选择、临床手术操作以及术后的电刺激程控更趋规范化,其临床应用也越来越广泛。

开始于 20 世纪 70 年代的神经调控技术,早期主要采用 DBS 治疗慢性难治性疼痛和运动障碍性疾病,后来相继出现了脊髓电刺激、周围神经刺激以及脑皮层刺激等治疗技术。神经电刺激技术可以治疗各种类型的难治性疼痛、难治性癫痫、PD、精神性疾病、心绞痛、神经源性膀胱、植物状态、药物或毒品成瘾、肠预激综合征及周围神经血管病变所致疾病等。近年来,神经调控技术已涉及到生物医学和生物技术等多学科领域,它不但为一些难治性功能性神经疾病提供了新的治疗措施,而且也促进了众多学科(神经内外科、神经影像科、泌尿外科、疼痛外科、神经麻醉科、心内科等)领域的合作研究,使神经调控技术更加成熟,适应症的选择、手术策略、术后神经调控、以及与药物的协调治疗作用等方面也取得更多的临床经验,临床应用的病例数也不断增加。

自安徽省立医院和北京天坛医院于 1998 年 8 月先后应用 DBS 治疗 PD 以来,神经调控技术已成为治疗 PD 的主要立体定向手术方式,而后逐渐用于治疗难治性疼痛、癫痫、强迫症等。神经调控技术具有可调可逆、非破坏性、不良反应小和并发症少等优点,随着神经调控技术治疗功能性疾病的机制研究的不断深入、刺激技术和设备的不断完善和创新,DBS 治疗功能神经外科的领域会不断扩大。

1.DBS 治疗运动性障碍疾病:DBS 永久并发症的发生率低于 1%,已成为治疗 PD、肌张力障碍(dystonia,DT)等运动障碍疾病的主流方法。丘脑底核(STN)及 GPi 为治疗 PD 最常用的刺激靶点。Vim 刺激虽然可以显著改善震颤症状,但对僵直和运动迟缓无效:GPi-DBS 能够有效缓解 PD 患者关期状态的震颤、僵直、运动迟缓等症状,但不能减少术后左旋多巴的用量:而 STN-DBS 不仅能够缓解 PD 的症状,且能减少术后 50%~60% 的药物用量,总体优于 GPi。DBS 硬件的费用较高,是目前制约其广泛应用的瓶颈。对经济困难、单侧震颤僵直症状为主的 PD 患者,立体定向毁损仍不失为一种有效治疗手段。

绝大多数 DT 患者可从 DBS 治疗持续性获益,运动障碍改善的同时生活质量也得到提高。部分患者经 1~3 年刺激后可完全治愈而不需终身刺激。GPi 为最常选靶点,尤其针对原发性 DT,国内报道 STN 可能是 DBS 治疗继发性 DT 的更理想靶点。

2. 迷走神经刺激术(vagus nerve stimulation,VNS)、DBS 治疗难治性癫痫:近年来,包括功能 MRI 在内的高分辨 MRI 的多序列扫描、PETCT/SPECT、脑磁图等神经影像学,长程视频脑电图、颅内 EEG(iEEG)、术中皮层电极描记(ECoG)等神经电生理学的发展以及它们之间的技术融合,使致癫灶的术前定位更为精准。神经导航引导下准确定位使癫痫外科手术更加微创有效。VNS 属非药物性神经调控治疗系统,1997 年美国 FDA 正式批准 VNS 作为成人和大于 12 岁的青少年难治性癫痫部分性发作的辅助治疗方法。迄今为止,已有 75 个国家、超过 80000 例患者接受了 VNS 治疗,取得了一定的效果。它无需开颅、操作简便、损伤小,特别适合不能开颅、不愿意接受开颅手术的患者或者作为药物治疗、开颅手术后疗效欠佳患者的重要补充治疗。DBS 应用于癫痫,作用靶点主要选择尾状核、丘脑前核(ATN)、丘脑中央中核(CM)、srN 和海马等,旨在减少癫痫临床发作,适用于致癫灶不明或癫痫综合征的患者。但其最佳靶点、标准化刺激程控、最佳效果的出现时间等问题都处于研究探索阶段。中央核、STN 与皮层存在广泛联系,而 ATN 和海马是边缘系统的一部分,从这方面讲治疗全身性发作时,中央核和 STN 为较适宜的刺激靶点,而 ATN 和海马适宜作为部分性发作的刺激靶点。

3. 慢性脊髓刺激(spinal cord stimulation,SCS)、运动皮层刺激(motor cortex stimulation,MCS)治疗难治性疼痛:近年来,慢性疼痛的治疗发展迅速,治疗手段、水平和理念已与国际接轨。外科手术对存在解剖结构异常的慢性疼痛疗效肯定,如三叉神经痛和舌咽神经痛的微血管减压术、周围神经减压术。神经调控技术正逐步取代毁损性手术的地位,但后者费用低、不需要后续维持治疗,使其在一些疼痛综合征中的治疗作用仍不容忽视。对于难治性疼痛,神经调控技术主要包括 SCS、MCS 以及鞘内靶控输注系统植入等。在全球范围,每年有 5 万以上 SCS 治疗顽固性疼痛的病例,总有效率约 80%,疼痛缓解率超过 50%。MCS 治疗中枢性疼痛和三叉神经源性疼痛的有效率在 60%~80%,MCS、SCS 等神经调控技术代表着神经外科治疗难治性疼痛的发展方向和趋势。疼痛是一个生理心理性疾病,慢性疼痛的治疗是综合治疗,个体化原则以及疼痛相关的心理因素、社会经济因素均不容忽视。

4.DBS 或 SCS 治疗持续植物状态(persistent vegetative state,PVS)——“唤醒术”:PVS 是指脑损害 3 月以上,患者完全不能感知自身和周围环境的临床状态。虽然,临床实践中不乏个案发生,但外伤后 PVS 患者 12 个月后几乎不可能苏醒,而非外伤性 PVS 患者 3 个月后苏醒罕见。但是,这些患者脑干网状激活系统仍保留,兴奋传导通过背侧丘脑的非特异性核团,广泛投射致大脑皮层使其诱发电位产生异化作用,皮层维持觉醒状态。DBS 治疗外伤后 PVS,靶点主要选择中央中核——束旁复合体。日本学者对 DBS 治疗 PVS 的效果进行了较多的探索.Yamamoto 等应用 DBS 治疗 21 例 PVS. 靶点选择中央中核束旁复合体、中脑网状结构的楔状核,结果患者苏醒 8 例(38.1%). 苏醒患者均为脑外伤或脑血管意外,这 8 例患者平均生存期 6.1 年,余 13 例患者平均生存期仅 3.1 年。术前评估包括脑干听觉诱发电位、体感诱发电位、疼痛相关电位 P250 和持续脑电频率分析在内的神经电生理学检查是决定是否进行 DBS 的重要依据,若适应症选择恰当,DBS 治疗 PVS 是有效的,尤其对从 PVS 状态恢复且处于生理功能障碍的低反应状态患者.DBS 治疗很有必要。

5. 骶神经电刺激(sacral nerve stimulation,SNS)治疗神经源性膀胱:神经源性膀胱是一类由于神经系统病变导致膀胱和(或)尿道功能障碍 [即储尿和(或)排尿功能障碍],进而产生一系列下尿路症状及并发症的疾病总称。应用神经调控治疗下尿路功能障碍已有 20 年历史,有效率达 80% 以上且并发症在可接受的范围内,是现有治疗下尿路功能障碍最具前景的途径。至 2009 年,接受骶神经调控(sacral neuromodulation,SNM)即 SNS 治疗的患者超过 5.5 万,急迫性尿失禁患者中 80% 的患者症状得到了改善,50% 的患者完全恢复到正常水平。SNM 适用于由于膀胱、尿道括约肌、盆底肌肉反射失调引起的排尿异常,和对一般无创治疗不佳的患者;欲望性尿失禁和非梗阻性尿潴留以及膀胱过度活动症(over active bladder,OAB)。骶神经前根电刺激(sacral anterior root stimulation,SARS),又称 Brindley 术,用以诱导一次能够导致膀胱排空的膀胱收缩,对于下运动神经元完善的神经源性膀胱患者中,该法可以说是一种真正意义上的“膀胱起搏器”。结合完全性骶神经后根切除术(complete sacral posterior rthizotomy,CSPR),其适应症包括:(1)部分或完全骶髓排尿中枢损伤;(2)表现不稳定的膀胱活动亢进和经过训练失败;(3)最佳适应证是尿失禁伴或不伴有膀胱括约肌失调。神经调控技术正在影响着泌尿外科学,是神经泌尿学的未来,或者称“神经泌尿外科学”。

6. 神经调控技术治疗其他疾病:神经调控技术用于其他疾病的电刺激治疗也进行了初步临床探索,如脊髓电刺激治疗肠预激综合症、心绞痛,DBS 治疗毒品成瘾、厌食症、强迫症、精神疾病等都取得一定的临床效果,但具体适应症及其诊疗规范有待完善。

虽然功能神经外科发展迅速,但存在着严重的地域不平衡和技术水平的差异,神经影像学、神经电生理学、神经心理学和神经病学乃至泌尿外科、疼痛科、麻醉科等很多学科相关技术的要求较高,因此,多学科的合作与交流是现代功能神经外科发展的关键。神经电刺激等神经调控硬件系统价格昂贵、国产化尚需时日,以及包括折损、移位在内的硬件装置并发症,后续程控对患者及家属的依从性要求高等问题现在都是不可回避的,这些需要多学科的合作,更需要神经外科同仁的不懈地努力与探索才能解决。

编辑: 雨声        

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