导航经颅磁刺激技术在运动功能区定位中的应用

摘要

目的：神经外科临床中，对脑皮质功能区定位是至关重要的，因为脑功能区的定位既影响到手术入路的设计，又决定了手术切除范围的定界，还关系到手术患者术后的恢复以及预后的情况。因此，在显微外科、神经内镜和导航技术的综合应用之下，现在的手术理念已经突破了肉眼的手术禁区，而促进了“神经功能保护前提下最大限度的肿瘤切除”理念的提出。当病灶位于非重要功能区时，手术可以做到全切除甚至扩大切除，但当病灶位于重要功能区时，就需要对收益和风险进行评估和取舍。对于中枢神经系统肿瘤的手术来说，手术切除是系统综合治疗的起点，其切除效果直接影响了患者的预后。导航经颅磁刺激技术（navigated transcranial magnetic stimulation, nTMS）能够通过时变的磁场无创地穿透颅骨在大脑皮层形成感生电流，完成对大脑皮质的精准刺激，在神经外科临床中有着很好的应用前景。本研究针对运动皮质功能区定位，基于现有磁刺激软硬件系统，建立皮质运动功能区定位方法，并评估方法的可行性与准确性，基于数据分析方法建立运动功能区移位的判定方法并加以验证。为脑肿瘤手术治疗提供可行的运动功能区定位方法以及术后功能评估判定方法，以求将nTMS技术应用于神经外科脑肿瘤手术切除的术前计划、术中定位以及术后评估全程。
　　方法：本研究主要分为三部分：第一部分：建立基于现有软硬件系统的 nTMS技术皮质运动功能区的定位方法，对皮质运动功能区定位相关参数如静息运动阈值、线圈刺激方向、定位刺激强度，定位误差判定、数据提取方法和刺激矩阵设定等进行分析和讨论，确定本研究皮质运功功能区定位的基本方法和实验操作、数据处理流程。第二部分：运用本研究建立的运动功能区定位方法对手运动功能区进行定位，并判定其可重复性及稳定性。提出本研究独特的定位结果重复性和/或移位水平判定方法和公式，通过与常用的统计学方法对实验结果判定的对比，评价所提出的判定方法和公式和准确性与可行性。第三部分：招募正常受试者进行短期运动功能诱导训练，通过功能核磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）和行为学指标，对训练结果进行判定；运用前文建立的实验方法对运动功能区进行定位和运动锻炼结果分析与评估，验证和评价前文设计方法的可行性，并尝试分析运动功能重塑和移位机制。最后对本研究涉及的磁刺激安全性进行回顾性分析评估。
　　结果：第一部分：运动功能区定位过程需要神经导航的精确引导以使误差最小化，预设矩阵点间距为5mm，刺激方向为刺激点处脑表的法线方向，刺激线圈方向为与水平面呈45°角并指向前上方，刺激强度选择110%静息运动阈值强度，数据提取时使用Grubbs准则去除粗大误差，提取距离数据按照预设二维坐标数据计算，边界划定方法为阳性点与其邻近阴性点的中点连线为运动区边界。第二部分：在手运动功能区定位研究中，定位结果在点、线维度上以及复测过程中均显示了稳定的定位效果及可靠的结果输出，在运动区阳性面积虽较为稳定，但其范围描计尚存在个体差异。本研究提出的重复性判定公式与经典的坐标组内相关系数判定可重复性的算法有着很好的相关性，可以定量提示定位参数指标。第三部分：fMRI结果提示，通过运功功能诱导训练实验，在一定水平诱导了运动功能区的移位和强度变化，使用本研究建立运动功能区位移算法可以定量地显示出个体水平和组水平上运动功能区变化的趋势，这种趋势与fMRI结果基本一致，有进一步推广应用于脑肿瘤手术术前术后的功能区判定的可行性。本研究中，受试者无不良反应出现，整体实验过程安全可控。
　　结论：（1）导航经颅磁刺激能够准确定位皮质运动功能区，并显示出很好的稳定性。（2）本研究建立的运动功能区重复性判定公式与经典的统计学方法有着良好的相关性，并能够对运动功能区的重复性和重塑水平进行定量定向判定。（3）运动功能诱导训练实验能够在一定水平诱导运动功能区的重塑，nTMS定位结果与fMRI结果有着很好的一致性，但运动功能区重塑的稳定性尚需长时限的实验进行判定。

目录

声明

缩略语/符号说明

前言

研究现状、成果

研究目的、方法

一、 基于nTMS运动功能区定位方法的建立

1.1对象与方法

1.2 nTMS运动功能区定位实验参数的选择

1.3 小结

二、nTMS定位手运动功能区的应用

2.1 对象与方法

2.2 结果

2.3 讨论

2.4 小结

三、基于nTMS的运动功能区移位重塑判定方法研究

3.1对象与方法

3.2 结果

3.3 讨论

3.4 结论

四、临床应用与安全性分析

4.1 运动区肿瘤

4.2 语言区肿瘤

4.3讨论

4.4 安全性分析

4.5 结论

全文结论

论文创新点

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

附录一

综述: 导航经颅磁刺激在脑肿瘤手术中脑功能精准定位的应用和进展

致谢

个人简历