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探索脑深部核团功能分区 推动DBS手术更加精准与智能化
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探索脑深部核团功能分区 推动DBS手术更加精准与智能化

  • 分类:特色技术
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2021-08-24 13:35
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【概要描述】

探索脑深部核团功能分区 推动DBS手术更加精准与智能化

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神外前沿讯,DBS手术是目前神经外科手术中,对植入精准度和规范操作要求最高的手术之一。DBS所要“瞄准”的目标是藏在大脑深部的神经核团,直径仅有几毫米,其电极植入精度更是严格要求在毫米级。

对于仅有几个毫米的神经核团,能否再次细分功能亚区?DBS手术是否还能在现有的植入精度上更上一层楼?未来能否达到更好的临床疗效和更加个体化的治疗?

目前,中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)神经外科主任牛朝诗教授团队正在这个领域开展联合研究,深入探讨脑深部核团的功能分区和基于此的智能手术导航系统,并有望在未来取得实质性突破。

中国科大附一院(安徽省立医院)神经外科是国家临床重点专科,设有功能神经外科、脑胶质瘤中心、脑血管病外科、颅底与脑干肿瘤外科、癫痫外科、颅脑创伤和神经重症科、小儿神经外科、脊柱脊髓神经外科等亚专业学科群。其中,功能神经外科的诊疗水平在国内名列前茅。近年来,随着功能神经外科的快速发展,医院又将功能神外中分出一部分,成立癫痫外科。

2019年11月, 中国科大附一院(安徽省立医院) 、安徽省脑立体定向神经外科研究所发起成立“中国立体定向神经外科联盟”,旨在调动各成员单位的优势学科力量,促进联盟内医院该专科及相关专业发展,共同提高联盟成员单位的整体医疗水平、科研水平和社会影响力,真正建立起中国立体定向神经外科的诊疗网络,以加强国内立体定向神经外科学科的规范化管理,进一步推动我国立体定向神经外科技术的普及与发展,提高立体定向神经外科诊疗技术的整体水平。

近日,就科室的理工医交叉融合发展等话题,中国科大附一院神经外科主任牛朝诗教授接受了神外前沿新媒体专访,谈话要点如下: 

研究前沿

神外前沿:2017年12月医院更名中国科学技术大学附属第一医院后,理工医交叉融合,怎样在功能神经外科领域,更好地实现基础向临床的转化?

牛朝诗:功能神经外科是我们医院重视的一个方向,中国科学技术大学的理工研究非常强,我们从以下几个方面探索理工医交叉融合。

第一是功能神经外科手术的术前评估方面,运动障碍疾病的评估通常很耗费时间,目前我们在和中国科学技术大学合作智能化穿戴设备和智能化评估系统,希望实现运动障碍性疾病术前评估客观化和精确化,有利于疾病诊断和治疗方法的科学评价。

第二是核团的功能分区,我们正在研究智能化地设计靶点和通道路径,利用手术的电生理和影像等资料,根据临床效果来进行综合研究,计划研发出智能化的手术计划系统,帮助手术初学者降低学习曲线,定位也会更加精确。

第三是研究如何从有创变为无创治疗,除了现在的经颅磁刺激,我们会研究有没有更好的技术。当然,无创技术比有创技术要复杂得多。

总之,就是研究如何使核团的亚功能分区更加准确和标准化,评估系统更加客观和智能化。我们还有另外一个团队在做帕金森病、肌张力疾病等疾病的发病机制研究。

神外前沿:您谈到的核团亚区,比如DBS中的丘脑底核,这个核团还能分成不同的亚区?不同亚区具备不同的功能,对应着不同的症状?
牛朝诗:是。虽然丘脑底核长经只有6-8毫米,但有着不同的区域和投射图,包括苍白球内侧部(Gpi)、腹中间核(Vim)及丘脑底核(STN),都是这样的。

如何精确的分区,比如这块区域就是对应某个部位的震颤或僵直,目前还是比较难的。

利用纤维束成像追踪等影像技术,希望把核团和功能连接研究清楚,这样会对不同症状所采取的靶点位置选择帮助更大。

神外前沿:不同核团亚区对应不同的功能,这个基础研究,在国内外已经明确了吗?
牛朝诗:目前还没有,主要受到研究方法的限制,纤维束成像也很难定位准确。比如STN都认为是植入核团的背外侧效果最好,这指的其实是背外侧大概的区域,具体到背侧多少?外侧多少?目前还难以确定。

我们可以通过大数据和人工智能的方法,通过对已经做手术过的病人,结合随访临床效果比较好的,回过头来找出哪些区域和临床特征相一致的,进行智能化的分析,以确定某个区域就是最佳的区域,这可能是今后靶点功能区精准定位的一个探索方向。

前沿:现有的影像技术和DBS植入精度,能不能达到核团的亚区?
牛朝诗:目前DBS植入的精度,尤其在手术机器人出现后,确实比传统的有框架立体定向仪要精确得多,因为机器人要求的误差是小于0.5mm,我们在临床应用的过程中也发现其精度确实非常高,能够满足临床的手术精度要求。

就植入电极轨迹设计而言,帕金森病患者的脑萎缩,每一个患者情况迥异,这就需要智能化技术和工具,通过大数据方法,给出一个最佳轨迹设计。术者需要考虑穿过头皮的部位、脑室的位置、核团周围的结构以及靶点部位,并将整个过程进行完全多维度的可视化,在人工智能化和大数据的时代应该可以实现。

现在的影像技术达到多种图像技术的融合,可以将结构像和血管像融合在一起,设计植入路径能避免穿刺到血管,血管都是在皮层,脑实质深部一般不会有大的血管。我们做了这么多例DBS手术,目前还没有出现过在脑实质内的穿刺直接造成大血管损伤的并发症,患者不会因为穿刺出血,也没有其他的并发症。如果采用智能化设计路径,就更不会穿到血管,避免出现严重并发症。 

神外前沿:DBS在颅内电极和新治疗靶点上,这两方面有什么探索?
牛朝诗:目前,在探索一些多靶点多电极治疗复杂疑难的神经系统疾病,多靶点的联合应用可能对一些目前单靶点治疗效果不佳或尚未临床应用DBS治疗疾病有一定的临床治疗作用,需要开展一些临床研究。 

DBS手术细节

神外前沿:科室每年DBS大概在300多侧,没有一例出现严重并发症,这是如何做到的?

牛朝诗:DBS手术看似简单,其实不简单,就像完成一项精雕细琢的工程。

第一,医生对影像学判断非常准确,对解剖知识非常扎实,对核团及核团周围的结构了然于胸,先认识清楚了,才能去设计手术路径。

第二,术者在手术过程中需要充分考虑病人的安全性,如果病人在术中出现躁动等情况,可能会影响手术。术者应考虑如何帮助病人在舒适平稳的状态下完成手术。

第三,整个手术的规范性。包括:

(1)切口的位置:包括颅内电极穿刺路径的颅骨钻孔位置、耳后切口位置、神经刺激器切口位置等。首先把这些设计好,这也是减少手术并发症的重要因素。另外,还需考虑电极的长度、延伸导线松紧,神经刺激器埋藏的位置,这甚至和患者皮肤厚薄都有关系。

(2)设计电极路径:靶点设计好是保障治疗效果和减少并发症的前提,路径也是非常重要的。我们要求的路径要穿皮层、脑回,我们不能穿脑沟,因为脑沟多血管,也不要穿过脑室,电极会在脑脊液中摆动,可能也会影响效果,设计好靶点等等。

(3)标准操作:按流程操作,比如钻孔、电极位置等都要按规范做。有些医生别出心裁改良一下,我觉得都应该慎重。再比如,有些手术把电极导线盘得乱糟糟的,像一团毛线,短期可能没有什么问题,但长期就可能出现磨损,因为电极植入患者体内要伴随患者一生,要考虑平时生活如一些动作对电极不利因素。

我们做了这么久的DBS手术,没有一例出现电极断掉和电极不通的情况,也没有出现过严重的颅内电极问题,更没有出现颅内出血的。很多同道来我们这里学习,都很惊讶,其实成功的关键在细节。

成立联盟 推广技术

神外前沿:DBS手术的技术门槛高吗?
牛朝诗:功能神外对医生要求还是比较高的,除了具备神经外科医师手术技能外,涉及到脑深部核团结构和功能,最基础的就是要把解剖结构搞清楚,其次对关键设备,如脑深部刺激器的每个部分的构成和连接关节点要搞清楚,再者一定要掌握流程和过程,对定向仪使用操作过程流畅。同时对脑影像结构以及手术过程非常熟练,才能做个好的功能神经外科医生。不是会手术的医生就能做好功能神外手术,功能神经外科更加要求仔细和标准化。

神外前沿:去年11月,医院牵头成立“中国立体定向神经外科联盟”,请问联盟成立目的和发展现状如何?
牛朝诗:“中国立体定向神经外科联盟”成立的目的就是要推动立体定向神经外科技术的普及和开展,促使我国立体定向神经外科学科的发展和规范化的建设。

“联盟”主要针对没有开展过立体定向如没有做过DBS手术或刚刚入门的三甲医院神外科室。值得一提的是,联盟成员单位通过培训、指导手术,在短短半年时间内基本都已经开展了DBS手术,联盟成员联系非常紧密,很多术中术后的问题,我们都会借助互联网等技术协商讨论解决。有些医院从零起步,到今年做了20-30例DBS手术;有些科室的DBS手术已经初具影响力,还填补了当地的空白。

我们原计划在今年3月份扩充联盟单位,但因为疫情原因延后了。目前,一共有来自北京、上海、浙江、广东、江苏、四川、河南、新疆、广西等省市的40多家单位成为理事单位。

现在,很多单位在积极申请加入我们的联盟。目前,联盟单位除了学习有框架立体定向技术之外,很多单位也想学习神外机器人辅助手术,除了定位更为精准之外,还能够缩短DBS学习曲线。

 

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