术中超声新技术——术中超声在脑胶质瘤手术中的应用

　　1超声造影

　　超声造影（contrast－enhanced ultrasound，CEUS）是一种重要的影像学诊断方法，已广泛应用于肝、肾等器官疾病的咨询，目前在神经外科应用较少。CEUS应用动态连续模型，提供不同器官和肿瘤血流分布的实时图像，提高了图像分辨率与超声诊断的灵敏度和特异性，并可用于评估肿瘤的切除程度。BogdahnU等人在1993年一次在脑外科手术中的应用CEUS检测早期脑肿瘤新生血管情况，结果与MRI、CT的检查结果相似。超声造影通过超声造影剂实时关注感兴趣区域的造影情况。造影剂本身无活性，其微泡特征与红细胞相似，是一种理想的增强造影剂。且造影微泡具有良好的顺利性和耐受性，对脑部、肝脏等未发现不同毒性。

　　造影剂微泡可通过肺毛细血管床进入全身组织，且其具有很好的散射性并与周围血液形成高声阻抗差，达到很好的“血管造影”效果。超声造影有助于实时、准确、迅速地定位肿瘤并显示瘤内血管与瘤周血管走形情况，并在评价肿瘤良恶性及肿瘤微循环灌注方面发挥着重要作用。此外，肿瘤切除后观察瘤腔内有无造影剂外逸，可以协助判断有无隐性出血。高级别胶质瘤超声造影多表现为高增强且伴有内部未增强的坏死区，而低级别胶质瘤表现为稍高增强，较少伴有坏死区。

　　肿瘤的血供模式与正常脑组织不同，造影剂的微泡可在体循环中运行，根据肿瘤微血管的密度不同而呈现不同的增强方式。因此与常规超声相比，CEUS可通过病灶与周围脑组织不同的增强特征，在定位和判断胶质瘤边界方面发挥较大的优势。瘤周水肿带是导致胶质瘤复发的重要原因，术中CEUS能合适区分肿瘤组织和瘤周水肿，其显示的大部分肿瘤边界大于传统超声显示的肿瘤边界。然而，由于肿瘤复发灶、放射性坏死组织和瘤周水肿组织的影响，CEUS在评估复发胶质瘤和放疗后胶质瘤患者的肿瘤切除程度方面受到限制。

　　同时，脑肿瘤超声造影显示效果是否受血脑屏障以及不同脑肿瘤的增强模式和增强时间的影响，均有待于进一步研究。目前术中CEUS为肿瘤切除提供依据，并较大限度地保护正常脑组织。术中超声造影的应用能清晰的显示肿瘤边界，准确判断肿瘤是否残留，提高脑胶质瘤的切除率，有望在神经外科中得到更广泛的应用。

　　2三维超声

　　术中三维超声（three－dimensionalnultrasound，3DUS）是一种提供实时成像的便携式技术，在传统二维超声成像的基础上，三维超声增加了冠状面成像。3DUS目前主要应用于心脏、产科和妇科，在神经外科也开始广泛应用。3DUS可完成一系列功能，包括立体成像、图像分割、图像旋转和图像分析等。经3D技术重建的图像清晰直观，可用来测量胶质瘤的大小和体积，并能清晰的显示病变区域的三维形状和空间位置。3DUS不仅可以弥补传统二维超声在空间成像上的不足，更好的显示脑肿瘤血管的立体架构与走行、血管树三维形态及空间位置，同时程度上减少肿瘤切除后产生的伪影。

　　CampSJ等发现3DUS参数平均像素亮度（mean pixel brightness，MPB）和标准偏差（standard division，SD）与胶质瘤病理级别具有相关性。MPB和SD是反映3DUS对胶质瘤的探测敏感程度的客观指标，它们间接的提示肿瘤的恶性程度，同时对于检测残余肿瘤具有较高敏感性。功能区胶质瘤可以通过3DUS的应用对功能区进行实时判定，从而实现在保留功能的基础上较大限度的切除肿瘤。因此，3DUS不仅可以作为一种诊断工具，还可以用于制定手术策略。既往研究发现通过3DUS技术引导低级别胶质瘤切除后，大多数患者保留了高质量的生活质量。

　　目前，3DUS在临床应用时常联合超声造影和神经导航系统，CEUS与3DUS技术的联用主要是通过采集微气泡的信息进行三维重建。2016年ArltF等人将3DUS联合CEUS用于脑肿瘤的切除，结果表明3DUS与CEUS的结合在胶质瘤手术中具有很多优势。90%的高级别胶质瘤对造影剂有高摄取性，超声图像质量的好转超过50%。同时，超声造影三维重建能清晰的显示脑肿瘤滋养动脉及其主要分支的起始、空间立体走行，并清晰显示肿瘤内微血管床的空间立体分布。

　　超声造影三维重建显示高级别胶质瘤滋养动脉发出分支呈“侵袭状”深入瘤体内，脑膜瘤滋养血管呈“抱球状”环绕肿瘤，这为制定手术方案提供了重要的参考信息。上述结论证明了3DUS在胶质瘤手术中的重要价值，3DUS是一种低成本、可靠、便携和实时的术中超声模式，这将进一步促进胶质瘤手术的发展。

　　3导航超声

　　传统的导航系统基本上是基于术前获取的成像数据（CT或MRI图像），它们有助于精确规划和确定手术切口，对于术前定位病变和制定手术入路也发挥着较大作用。然而，由于脑组织移位会使原有导航系统出现较大的误差。超声导航（navigated ultrasound，NUS）是一种通过追踪2D或3D超声图像来定位肿瘤的新技术，允许通过迅速的实时更新来达到切除肿瘤目的。

　　超声导航主要以三维超声为基础，为了产生三维图像，常使用预先校准的2D探头，获取图像后再进行三维重建。目前，3D探头已出现并应用于临床。与2D探头相比，应用3D探头成像时间更短且术中实时成像更加准确。3D－NUS可提供高质量超声图像，导航具有高度准确性，可以协助辨别肿瘤与正常脑组织。在鉴别瘤周水肿方面，可以达到甚至超过MRIT2水平。

　　既往研究显示应用三维导航系统对高级别胶质瘤手术的切除率可达92%，且对采用唤醒手术的功能区低级别胶质瘤患者，应用3D超声导航的患者肿瘤切除率更高，并不会造成更多的功能损伤。得益于图像的采集过程，NUS有助于避免由于图像配准算法导致的误差。NUS也存在挑战，医生需要准确的理解超声图像。通过使用大视角，包括周围的大脑和已知的解剖标志（不仅局限于肿瘤区域）进行三维图像重建，可便于术者对超声图像进行理解。3D－NUS是一种新兴的术中成像策略，是脑肿瘤手术期间的独自导航系统。NUS可以提供可重复、高质量、实时更新的图像，对于手术切除很有意义，适用于唤醒手术。

　　4超声弹性成像

　　随着超声技术的广泛使用，近年来超声弹性成像（ultra-sound elastography，UE）已应用于脑肿瘤手术中。OphirJ在1991年一开始提出了“弹性成像”的概念，指是一种利用不同组织硬度或弹性度不同来产生的超声图像。它被用于反映组织硬度并程度上替代临床医生触诊，实时脑弹性成像是胶质瘤手术中病灶定位和肿瘤边界评估的一种新辅助工具。

　　脑肿瘤的超声弹性图像特征与其病理特点想符，超声弹性成像能够反映病灶的硬度，更佳明确的显示病灶与周围正常组织的边界。MacéE等人于2010年一次应用弹性成像测量大鼠的弹性模量数据，同时发现肿瘤引起的弹性模量值变化也有助于术者进行肿瘤的术中定位和诊断。剪切波弹性成像技术（shear－wave elastography，SWE）作为超声弹性成像的一种，可客观、定量的评估组织的弹性硬度。

　　SWE通常用于乳腺、甲状腺和肝脏疾病，ChauvetD等人于2015年一次测试了正常人及脑肿瘤的弹性模量值，结果正常脑组织的弹性模量值为（7.3±2.1）kPa，同时测得脑膜瘤、低级别胶质瘤、高级别胶质瘤、脑转移癌患者的弹性模量值分别为：（33.1±5.9）kPa、（23.7±4.9）kPa、（11.4±3.60）kPa和（16.7±2.5）kPa。研究表明，弹性模量值在不同脑肿瘤之间存在差异。因而，术中应用SWE剪切波弹性成像技术，可协助术者评估性质并指导肿瘤的切除。相比于传统超声，超声弹性成像具有更好的分辨率和特异性。弹性超声成像可以提供更多胶质瘤内部的组织信息，帮助术者对肿瘤的性质进行初步的判定，提高手术的切除率，对减少术后并发症和复发率具有重要的指导意义。

　　5功能性超声

　　浸润性生长是胶质瘤的主要特征之一，它经常侵及功能区。功能性神经成像对胶质瘤的切除、减少术后并发症、提高患者生活质量具有重要意义。然而，功能性神经成像不能直接提供脑功能活动的运动图像，同时2D超声因敏感性低不足以检测颅内血管，因而将神经功能成像与超声相结合是较佳选择。

　　相比于其他脑功能成像，功能性超声（functional ultrasound，FUS）具有很大优势，可以实现对脑血流的瞬时变化进行成像，同时在大脑皮层功能区的精确定位方面具有很大的优势。FUS基于高帧率的平面波（1kHz）发射，灵敏度高，可以检测大多数颅内血管的血流（低至1mm/s血流速度）。皮质神经元活化的典型血流动力学反应是血流增加，因而FUS可以通过监测脑血容量的瞬时变化，确定并区分脑功能区。

　　FUS目前主要应用于二维超声，相信未来高分辨率的3DUS及4DUS在FUS中的应用并将显示出更大的优势，这一技术的广泛应用将对研究人脑血流动力学研究具有更重要的价值。