脑干出血立体定向穿刺引流 (神经外科立体定位穿刺)

原发性脑干出血(Primarybrainstemhemorrhage,PBSH)作为自发性脑出血(Spontaneousintracerebralhemorrhage,SICH)中最为严重的特殊亚型。

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发病比例占到5%-10%,好发年龄为40-70岁,且近年来呈现年轻化趋势,男性发病比例显著高于女性,死亡率高达40%-70%。 其病因与高血压密切相关,由于长期高血压基础上形成血管内膜层粥样硬化、脂肪样变及平滑肌纤维变性坏死 ,引起动脉壁脆性增加、弹性减低,导致脑血管微动脉瘤形成,突然的血压波动引起微动脉瘤破裂;

其次脑血管解剖特性也是产生出血的重要原因 ,PBSH最常见的责任血管为基底动脉垂直发出的旁正中支,血流动力学因素以及解剖因素(脑小动脉中层弹力层缺陷)导致其动脉壁易于受血压影响破裂。

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而出血后对脑组织产生损伤的病理生理学机制相当复杂,其主要包括原发性损伤及继发性损伤两方面。 原发性损伤是指早期出血对神经组织产生直接破坏作用,血肿挤压导致脑干轴向扭曲及纵向位移 ,同时占位效应对周围纤维束、脑干核团产生压迫,导致周围脑组织血流量下降,局部脑组织灌注不足引起继发脑干水肿。

位于脑桥被盖部大量的出血易于压迫四脑室,导致脑脊液循环障碍引起急性梗阻性脑积水。 继发性损伤是近几年研究的热点,出血早期体内凝血系统激活释放大量凝血酶,凝血酶在发挥止血作用的同时也会通过介导激活Src激酶、基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase)的表达引起脑水肿;

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随后脑内小胶质细胞/巨噬细胞大量浸润引起炎症级联反应,IL-1、IL-6、TNF-α、IL-1β等促炎细胞因子的大量生成、补体的激活,引起血管通透性增加,血-脑屏障被破坏,进一步加重脑水肿; 炎症后产生大量氧自由基和一氧化氮,其与脑组织细胞膜产生过度脂质过氧化反应,诱导细胞凋亡;

血肿吸收时红细胞裂解产生血红蛋白、血红素、铁等分解产物可诱发继发性炎症反应及脑水肿。 多重机制下PBSH的保守治疗作用十分有限,难以去除血肿的占位效应以及后续一系列继发性损伤,保守治疗下的PBSH患者预后往往不佳

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而脑干长期以来都作为神经外科的“手术禁区”,手术治疗也面临很大风险与挑战 。随着现代神经外科学的发展、影像技术及显微技术进步以及立体定向及神经导航技术的应用,PBSH的手术治疗的安全性和可行性得到很大提高。

本文就PBSH的手术治疗方法研究进展进行总结,期从中获取启示 。手术治疗目的及指证2020年国际神经修复协会(IANR)联合中国神经修复协会(CANR)发布全球首个脑干出血治疗指南。

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指南指出通过手术治疗快速清除或减少血肿体积是减轻原发损害以及防止继发性损害的关键, 而具体手术治疗指证主要根据手术时机、出血量、意识状况、一般情况及并发症决定。指南推荐出血后6−24小时内进行手术 ,时间尽可能早;

出血量>5mL或出血层面最大直径>2cm推荐手术治疗, 出血量<3mL且无明显意识障碍脑室扩大时无需手术治疗 ,另外出血量>15mL、基础生命体征严重不稳的患者亦不建议手术治疗。

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手术方法

立体定向穿刺引流立体定向技术(stereotactictechniques)的诞生对于神经外科意义重大,其具有精准的三维空间定位功能,使术者仅通过微小通道即可精确到达脑内毫米级别的解剖或病变位置, 在脑内活检手术、癫痫及帕金森病手术治疗等功能神经外科领域优势巨大。

21世纪神经外科已经进入微创时代,理念的转变使手术已经不再是单纯注重病灶的切除效果,还要考虑脑功能的保护以及如何减少手术操作的继发性损伤,尤其对于脑内深部功能区病变手术更为重要。 回顾PBSH的立体定向手术发展历程,离不开技术与设备的进展和革新。

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随着20世70年代CT的发明与应用临床,1989年Takahama首次报道经CT引导下进行立体定向抽吸术治疗脑干血肿 ,结果显示手术组9名患者预后情况优于保守治疗组的46名患者,将立体定向技术在PBSH治疗上的价值展示给世人。

时至今日,科技的发展带动立体定向技术设备的进步,在经典有框架立体定向技术的基础上衍生出神经导航引导下无框架立体定向技术以及手术机器人辅助下立体定向技术等多种手术方式。 在熟悉术前准备及术中操作的前提下,立体定向技术具有定位精准、损伤小及并发症少等优势, 术后辅以引流管内尿激酶或rt-PA等抗凝药物应用,血肿清除效果满意。

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近年来, 立体定向血肿引流手术流程逐渐形成规范,操作门槛逐步降低,使其在脑干出血治疗中成为研究热点。

框架立体定向技术

框架立体定向技术是借助安装于颅骨的框架固定仪器建立三维坐标系统, 在CT、MR等影像学检查的辅助下将颅内病变的空间位置信息转化为框架坐标内具体的刻度点,并以此规划穿刺路径并获得靶点具体坐标,应用立体定向手术计划系统完成术中实时引导穿刺。

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常见的框架立体定向手术系统包括的Leksell、CRW/RRW、Todd-well、杉田等国外品牌,国内也有ASA-601、602、DNA-y等。 其目前被广泛应用于颅内病变活检、脓肿及血肿穿刺、脑积水及蛛网膜囊肿的置管引流,同时用于治疗帕金森、癫痫等功能神经外科疾病。

框架立体定向手术的技术应用于PBSH的优势在于目前手术定向系统基本实现三维重建及影像融合功能 ,可将CT、CTA及DTI等信息融合进三维影像中,因此术前规划时可以在尽量避免穿刺路径损伤血管、纤维束的同时尽可能与血肿长轴方向一致,使得穿刺入路规划更为安全、合理。

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2019年对19名重型脑干出血患者行有框架立体定向治疗, 结果显示术后患者GCS评分、病死率以及远期功能预后情况均好于保守治疗的患者 。同年对47例PBSH患者行有框架立体定向穿刺治疗,术后平均残余血肿量2.7mL,术后1个月病死率14.9%,较诸多文献报道。

该手术在PBSH患者治疗中安全性及疗效已被国内广泛证实 ,其较低的成本及技术门槛使得该手术方式易于推广,并且在目前导航、手术机器人等新科技蓬勃发展下,其作为穿刺引流治疗PBSH的“金标准”地位依旧不可动摇。

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无框架立体定向技术

框架立体定向技术的产生对于神经外科意义重大,但这项技术也存在局限性,立体定向框架的安装是在患者清醒的状态下进行, 虽然是局麻下操作,但也承担较大痛苦,同时框架的影响可能会阻碍手术视野的暴露。

在此前提下,无框架立体定向技术的产生有效的解决了实体框架的不便性,其原理是将病人术前高分辨率的影像资料导入神经导航中完成病人头部轮廓三维重建及病变定位, 通过红外光学定位或电磁定位系统将三维成像与患者实体进行注册配准,即可运用导航定位工具进行术中实时病变定位。

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其应用于PBSH对比框架立体定向技术主要有以下几点优势:(1) 有研究表明PBSH出血后6−24小时内尽早行手术治疗有助于改善疾病预后 ,无框架立体定向技术省去术前繁琐的框架准备流程,仅需患者术前CT影像数据即可开展手术,且操作更为方便。

(2)术中无框架限制使得手术体位要求低,同时手术视野更为开阔。(3) 穿刺过程导航实时引导下选择穿刺靶点更为灵活,可根据术中情况做出实时调整。 对于合并急性脑积水的患者术中需行侧脑室穿刺引流,可同时进行多通道穿刺。

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应用无框架立体定向穿刺治疗脑干出血,评估无框架立体定向穿刺手术与保守治疗的临床疗效,得出无框架立体定向穿刺治疗脑干出血疗效好于保守治疗的结论。 当前该手术尚未普及,研究及应用的医院较少,主要原因有以下两点:

(1)穿刺专用仪器缺乏。神经导航活检穿刺相关元件与引流用导管并不适配,这导致置入引流导管过程需使用定制穿刺套筒才能实现。(2) 穿刺精度难以保证。造成穿刺误差的原因主要来源于导航注册配准及穿刺过程的人为因素 ,任何操作过程不熟练引起的人为因素均会导致穿刺误差。

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伴随无框架立体定向放射外科(Framelessstereotacticradiosurgery,SRS)的发展, 导航匹配精度增加、专用器械不断开发以及医生操作不断熟练及规范,无框架立体定向技术在PBSH治疗的前景广阔。

另一方面,神经导航三维重建影像为患者术前影像资料, 术中脑脊液释放、过度通气及手术操作等均会引起导航影像术中漂移从而引起导航位置偏差 ,近些年来,术中影像技术(包括术中超声及术中MRI)在神经外科的应用日益广泛。

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通过无框架立体定向技术结合术中影像技术可基本解决导航术中漂移的难题,实现真正意义上的术中实时导航定位, 对于指导术中肿瘤切除,提高肿瘤切除率方面有重大意义。

立体定向手术机器人技术

早期手术机器人技术的研发设计是围绕立体定向技术开展的,对于立体定向类手术而言,外科医生不断追求探索提高定位精度、减少穿刺误差,从而达到最佳手术效果及最小手术损伤, 然而在微创技术及计算机辅助定位系统的不断发展下,人为操作反而成为影响定位精度及手术实际效果的一个重大因素

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无论是框架立体定向技术安装框架、测量调节参数过程,亦或是无框架立体定向的体表轮廓注册匹配流程及穿刺过程均不可避免产生人工误差。 手术机器人系统主要由计算机软件系统、摄影定位系统及机械臂等结构组成 ,使用机械臂代替人工定位穿刺,能够一定程度上避免定位误差及手动穿刺过程产生的细微位移。

目前常见的立体定向手术机器人系统包括ROSA系统、SurgiScope系统及国产CAS-BH5系统等 。目前其主要应用疾病包括颅内血肿及脓肿穿刺引流、脑室及蛛网膜囊肿造瘘、脑深部电极置入及立体定向活检等领域。

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应用ROSA手术机器人辅助定位下治疗PBSH,并设置框架立体定向穿刺的对照组, 结果显示ROSA治疗下的血肿清除率、手术时间及术后拔管时间优于对照组,证实了立体定向手术机器人治疗脑干出血的可行性及便捷性。

应用手术机器人辅助立体定向穿刺治疗PBSH最大优势在于理论上机器代替人工能够避免穿刺轻微抖动产生的继发损伤, 但是诸多文献表明机器人技术对手术精准度的影响是有争议的 ,Li设计实验对比了手术机器人引导下立体定向手术、无框架立体定向手术以及标准立体定向手术在应用精度的差异。

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结果显示应用手术机器人无框架定向的平均定位误差均高于标准立体定向手术及无框架立体定向手术,且与标准立体定向手术的平均误差具有统计学差异。 手术机器人技术在PBSH治疗上现仍缺乏大样本的随机对照实验来验证安全性及有效性 。使其大规模应用于临床需要解决的问题仍在于进一步改善图像配准及定位精度以及降低其高额的成本。

近些年来神经干细胞治疗、高压氧治疗、脑-机接口康复治疗等新的治疗手段逐步被用来改善PBSH病人的神经功能预后。手术治疗结合基础治疗及康复治疗等综合治疗手段可能是今后脑干出血的治疗的发展方向。

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