趙繼宗

·述評·

攜手攀登神經(jīng)影像學第三高峰

趙繼宗

趙繼宗，男，中國科學院院士，1969年畢業(yè)于第四軍醫(yī)大學。1990年被派往美國休斯頓醫(yī)療中心進修神經(jīng)外科1年，次年轉(zhuǎn)到美國Henry Ford醫(yī)院神經(jīng)外科，進修腦血管病的手術治療以及顯微神經(jīng)外科?，F(xiàn)任天壇醫(yī)院神經(jīng)外科教授、神經(jīng)外科主任、副院長，國務院學位評審組成員、中華醫(yī)學會神經(jīng)外科專業(yè)委員會主任委員、北京醫(yī)學會神經(jīng)外科分會主任委員、中國神經(jīng)科學會神經(jīng)外科分會主任委員、北京醫(yī)學會神經(jīng)外科專業(yè)委員會主任委員、中華神經(jīng)外科雜志主編、臨床神經(jīng)外科醫(yī)學副總編、國外醫(yī)學腦血管疾病分冊、中華創(chuàng)傷雜志英文版、中國臨床神經(jīng)外科等雜志編委、美國Surgical Neurology編委、德國Neurosurgical Review編委。參加國家“七·五”、“八·五”科研攻關。擔任國家“九·五”和“十·五”“腦卒中規(guī)范化外科治療的研究”的課題負責人。1985年以來共榮獲獎勵十余項，先后在國內(nèi)外專業(yè)雜志上發(fā)表論文200余篇。主編《顱腦腫瘤外科學》《微創(chuàng)神經(jīng)外科學》《顱腦外傷》、《顱內(nèi)動脈瘤》等專著及電子出版物9部，參編《實用神經(jīng)外科學》、《神經(jīng)外科手術學》、《小兒神經(jīng)系統(tǒng)疾病》及《外科學》（第五版）等著作，并參加了人民衛(wèi)生出版社、高等教育出版社、北京醫(yī)科大學出版社出版的醫(yī)學院校五年制、七年制教材和博士生外科學教材神經(jīng)外科部分的編寫。

神經(jīng)系統(tǒng)； 神經(jīng)影像學； 微創(chuàng)

神經(jīng)科學是伴隨著影像的發(fā)展而發(fā)展的。在16世紀，人們開始探索腦不同部位的定位，1501年Magnus Hundt的腦結(jié)構(gòu)和功能圖顯示出頭部不同的部位有不同的功能，直到20世紀70年代出現(xiàn)了磁共振，能夠提供清晰精細的大腦影像，極大地促進了對大腦的了解研究[1]。

一、神經(jīng)影像學歷史

神經(jīng)外科近100年的發(fā)展歷史可以分為3個階段或者說2個高峰，3個階段即經(jīng)典神經(jīng)外科階段、顯微神經(jīng)外科階段和微創(chuàng)神經(jīng)外科階段，我們現(xiàn)在面臨的是第三個階段；2個高峰即腦解剖成像和腦功能成像[2]。無論是對腦功能的生理學研究，還是后期的CT磁共振的發(fā)現(xiàn)，我們可以看到20世紀50年代主要是對神經(jīng)功能、神經(jīng)生理的研究，影像起了關鍵的作用。

（一）第一高峰建立：腦解剖成像

1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X-射線，首先用于胸透。神經(jīng)外科之父Harvey Cushing 1896年用X光診斷了頸部的異物。1918年美國神經(jīng)外科醫(yī)生Dandy發(fā)明腦室氣造影，使用影像觀察大腦。原理是向顱內(nèi)注入低密度的空氣或者氧氣，所得的腦室系統(tǒng)圖像為陰性（透光）圖像，用于診斷患者神經(jīng)功能的缺損。1921年Jecobaeus使用空氣脊髓腔造影?；颊咛稍赬光球管里，醫(yī)生給患者做腰穿，使用空氣或氧氣置換腦積液，空氣輕所以向上走，替代了穿刺腦室，而且還可以做脊髓的病變診斷。以上都是X光應用到臨床后取得的結(jié)果。1927年葡萄牙精神科醫(yī)生諾貝爾獎獲得者Moniz發(fā)明頸內(nèi)動脈造影，是神經(jīng)外科歷史上的里程碑，直到現(xiàn)在不止神經(jīng)外科，包括所有的科室都在應用，即現(xiàn)在的數(shù)字減影。莫尼茲在患者脖子這個部位將頸內(nèi)動脈暴露出來并打入造影劑，這是最早的腦血管造影，隨著技術發(fā)展出現(xiàn)了連續(xù)造影，也就是數(shù)字減影血管造影技術（digitalsubtraction angiography，DSA）。如果沒有數(shù)字減影、血管造影、氣腦、X光的平片，神經(jīng)科學的發(fā)展不可能到如今這個水平。

（二）第二高峰建立：腦功能成像

從20世紀50年代至今，我們?nèi)匀惶幵诘诙€高峰。關鍵的技術是CT（1976年）、PET（1984年）、MRI（1978年）以及fMRI（1992年），這些影像技術的支持才使得神經(jīng)外科提高到第二個高峰，進入了微創(chuàng)階段。不僅神經(jīng)外科，整個醫(yī)學進入21世紀后基本都走入了微創(chuàng)階段。1972年諾貝爾獎獲得者Hounsfield發(fā)明了第一臺CT機器，成功獲得腦腫瘤CT片。在磁共振的發(fā)展過程中，有十幾位諾貝爾獎獲得者，大部分是物理學家，正是由于他們的貢獻在醫(yī)學界的應用，才有現(xiàn)在的CT、MR、fMRI等技術。fMRI可以很明確地顯示DTI傳導束定位、不同區(qū)域的定位、病灶的定位等；PET-CT在臨床已經(jīng)廣泛應用，能夠早期發(fā)現(xiàn)病灶和診斷疾病；磁共振波譜來判斷腫瘤的性質(zhì)；腦磁圖是一個很重要的檢查腦功能的影像學設備，主要用于臨床癲癇的病灶定位。目前，這些檢查都各有優(yōu)缺點，主要表現(xiàn)出時間分辨率和空間分辨率不一致。時間分辨率最好的是腦電，但是其空間分辨率差。磁共振的空間分辨率最好，但是時間分辨率差。因此多模態(tài)影像融合技術的發(fā)展為研究臨床工作能提供更準確的信息。

隨著影像的發(fā)展，臨床與影像結(jié)合起來，達到影像/手術一體化，即術中MRI，可以實時知道手術進程，更加準確，在臨床與研究方面起著很重要的作用。美國聯(lián)盟醫(yī)療體系所屬的美國哈佛大學醫(yī)學院附屬布列根和婦女醫(yī)院經(jīng)過20年的籌備，與美國國立衛(wèi)生研究院共同投資2000萬美元，興建了全球唯一的“高級多維影像引導手術操作系統(tǒng)”手術室。高級多模式影像引導手術系統(tǒng)是世界范圍內(nèi)首批整合了所有醫(yī)學影像技術用于術中成像的手術系統(tǒng)，可在減少手術侵入性的同時提高療效，但是在實際操作中仍需進一步完善[3]。

如何把影像的東西用到臨床上，即導航，是神經(jīng)影像學的第二個高峰。把MRI、fMRI、血管造影等影像數(shù)據(jù)融合輸入導航機器中，實現(xiàn)實時三維定位，進行術中診斷。所以我認為網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)，無論是磁共振數(shù)據(jù)還是模擬的數(shù)據(jù)，完全可以通過此系統(tǒng)轉(zhuǎn)到手術中，可以盡量保護患者的功能，同時也為基礎研究提供了實例的證據(jù)。因此這個系統(tǒng)是搭起了一個橋梁，即轉(zhuǎn)化醫(yī)學，將基礎醫(yī)學研究和臨床治療連接起來，也就是目前微創(chuàng)的根本，形成了影像為神經(jīng)外科推進的第二個高峰。

（三）攀登第三高峰：活體人腦認知成像

在20世紀50年代以前，X線、氣腦、血管造影稱為經(jīng)典神經(jīng)外科，20世紀50年代以后發(fā)明CT、MR、功能MR/PET進入微創(chuàng)神經(jīng)外科。21世紀，腦認知方面我們研究的是網(wǎng)絡、功能、定位，特別是腦研究、腦科學，這些研究給我們提出新的要求，我們面臨的是第三個高峰[2]。醫(yī)學發(fā)展至第三個高峰，首先需要有一個科學的、基礎的、研究前提或基地。神經(jīng)外科從20世紀90年代發(fā)展到今天仍處于瓶頸期，沒有突破性的進展。目前對于神經(jīng)科來說，影像技術沒有發(fā)展，就不能達到第三高峰。也就是說雖然影像技術發(fā)展越來越好、越來越精，但均不是里程碑的進展。因此我希望社會各個領域攜手來攀登第三個高峰，造福于人。

總結(jié)目前已有的進展：（1）7.0 Tesla MR腦微小血管。數(shù)字減影只能顯示一些異常血管，但是7.0磁共振顯示更加清楚，可以看到相互的聯(lián)系；（2）胎兒MRI：神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育研究。過去是B超診斷，可以發(fā)現(xiàn)胎兒畸形，但是現(xiàn)在的磁共振則可以發(fā)現(xiàn)胎兒腦積水，早期進行診斷治療；（3）多模態(tài)融合：腦認知環(huán)路研究。將時間分辨率高和空間分辨率高的技術融合，對疾病的判斷、腦功能的認識有很大的提高，現(xiàn)在這個也是目前很重要的研究領域；（4）立體腦電技術，即利用立體定向技術將深部電極插入腦深部，精確定位致癇灶并判斷手術切除范圍；（5）fMRI+神經(jīng)電生理：體感誘發(fā)電位、經(jīng)顱磁刺激。術前磁共振定位，術中喚醒患者、刺激不同部位，驗證功能區(qū)的位置，進行術中腦電檢測，保護患者功能區(qū)；（6）微小意識狀態(tài)：有研究表明最小意識狀態(tài)患者靜息態(tài)fMRI顯示，默認網(wǎng)絡活動接近閉鎖綜合征患者水平，顯著高于植物狀態(tài)患者水平[4]。植物狀態(tài)的患者不一定處于長期的昏迷，其中存在微小意識狀態(tài)，這些患者fMRI是有反應的，這種表現(xiàn)的患者是有可能恢復的。如果對昏迷的患者進行昏迷狀態(tài)判斷，無論是對家屬還是對社會都會有益，避免大量醫(yī)療資源的浪費。但是這個研究剛剛開始，因為植物人做磁共振時在操作上有一些困難，而且腦外傷損傷的患者情況繁雜，大部分都是車禍工傷，病情追蹤難，需要長期的隨訪；（7）語言區(qū)重塑。我們認為布洛卡區(qū)就是語言區(qū)，但是對于腫瘤、先天性疾病它是可以重塑的，盡管先天性疾病做完手術出現(xiàn)短時間失語，過一段時間是可以恢復的。語言功能區(qū)環(huán)路和視覺環(huán)路現(xiàn)在研究的已經(jīng)很深入了。

二、影像學展望

疾病定性方面的研究進展是我們所期待的。隨著加強對比劑的研究，目前還不能完成很多病灶的定性。比如阿爾茨海默病，知道病灶的位置，但是不能通過影像判斷患者是否為阿爾茨海默??；對于腫瘤來說，目前還沒有很好的造影技術判斷腫瘤的性質(zhì)、良性/惡性的程度，這是我們需要研究的。我國的科學院在進行納米技術方面的基礎研究，還沒有進行臨床研究，但是這是我們所期待的進展。中科院化學所利用異羥肟酸PEG修飾的3.6 nm Fe3O4納米顆粒作為磁共振造影劑，成功實現(xiàn)活體腫瘤T1和T2雙模態(tài)MRI檢測[5]。有研究表明MRI對組織髓磷脂含量與完整度敏感有助于確定阿爾茨海默病/多發(fā)硬化病變過程中鐵積累/脫髓鞘時間關系[6]。阿爾茨海默病對家屬的折磨、社會的負擔是不可估量的。隨著人類的老齡化，該疾病會非常突出。目前的影像技術不能支持老年癡呆癥早期診斷，這也是我們的研究重點。人類健康狀況與自身遺傳物質(zhì)密切相關，分子生物學進展為研究人類健康和疾病提供基礎，對疾病認識從臨床和影像學跨越至分子水平。讓我們把握機遇（國家腦研究和精準醫(yī)學計劃，國家神經(jīng)性疾病臨床研究中心）、跨出門檻（跨出各自門檻，與自然科學聯(lián)手）、多科合作（整合、磨合、融合，成果分享），攜手登攀神經(jīng)影像學第三高峰。

[1] Taveras,祁吉.神經(jīng)放射學：過去、現(xiàn)在和未來[J].國際醫(yī)學放射學雜志,1991(2)：92-95.

[2] 趙繼宗.微創(chuàng)神經(jīng)外科學的現(xiàn)在和未來[J].醫(yī)學研究雜志, 2008,37(8)：3-5.

[3] 多維影像引導手術系統(tǒng)[J].中國醫(yī)療器械雜志,2012,24(1)：60.

[4] Noirhomme Q,Soddu A,Lehembre R,et al.Brain connectivity in pathological and pharmacological coma[J].Front Syst Neurosci, 2010,4：160.

[5] Zeng L,Ren W,Xiang L,et al.Multifunctional Fe3O4-TiO2 nanocomposites for magnetic resonance imaging and potential photodynamic therapy[J].Nanoscale,2013,5(5)：2107-2113.

[6] Kandel E,Schwartz J,Jessell T,et al.Principles of neural science[M].Fifth Edition.New York：McGraw-Hill Medical, 2013：89,1331.

（本文編輯：馬帥）

趙繼宗.攜手攀登神經(jīng)影像學第三高峰[J/CD].中華神經(jīng)創(chuàng)傷外科電子雜志,2017,3(3)：129-131.

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2017-05-07）

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