神经外科机器人辅助立体定向活检在脑深部病变的应用

目的 探讨神经外科机器人引导下立体定向活检脑深部病变诊断中的应用价值及经验总结。

方法 回顾性分析2015年6月至2020年9月收治的26例脑深部病变患者的临床资料，所有患者均在SINO机器人辅助下行无框架立体定向活检术。

结果  26名患者在共行29个病变靶点的变穿刺活检。有3名患者首次术中冰冻结果为阴性，术中调整穿刺深度后取得阳性结果，共行32次穿刺活检病理检查。26名患者通过神经外科机器人引导下立体定向活检首次穿刺阳性率为89.6%，总穿刺阳性率为93.75%，所有患者均得到确诊，单次手术的活检确诊率100%。穿刺活检结果为胶质瘤15例（WHO I-II级2例，WHO III-IV级14例），淋巴瘤6例、生殖细胞瘤4例，淀粉样变性1例。术后复查CT有4例出现无症状性颅内出血。所有患者术后均未发生永久性神经功能障碍和颅内感染。无手术相关死亡病例。

 术中冰冻病理和多靶点活检能够提高诊断准确率。活检靶点的优先选择顺序能降低脑损伤风险和提高确诊率。神经外科机器人辅助下立体定向活检术具有微创、精准、安全等优点，适合作为脑深部疑难病变的确诊方法。

【关键词】神经外科机器人；脑活检术；精确诊断；疑难病变

Application experience of stereotactic biopsy of brain surgery robot in deep brain lesions

Da Liu1，Zhijie Chen1，Changguo Shan2, Hui Wang2,Qiang Guo3,Junxi Chen3, Limin Zhang3，Hainan Li4,Tao Lin1 

Department of Oncology Neurosurgery1，Oncology Department2, Department of Epilepsy Neurosurgery3 and Department of Pathology4 ,Guangdong 999 Brain Hospital, Medical College of JiNan University，Guangzhou, 510000，China 

Abstract  Objective: To explore the application value and experience of stereotactic biopsy guided by robot in the diagnosis of deep brain lesions. Methods: The clinical data of 26 patients with deep brain lesions from June 2015 to September 2020 were retrospectively analyzed. All patients underwent stereotactic biopsy assisted by SINO medical robot. Results: All 26 patients were diagnosed robot-assisted stereotactic biopsies, and the diagnosis rate was 100%. A total of 32 puncture biopsies were performed in all patients, of which 3 patients were negative for the first puncture, and the total positive rate was 93.75%. Biopsy results diagnosed 15 cases of glioma (2 cases of grade WHO I-II , 14 cases of grade WHO III-IV), 6 cases of lymphoma, 4 cases of germinoma and 1 case of amyloidosis. CT scan showed 4 cases experienced tiny intracranial hemorrhage. There was no permanent neurological dysfunction, no intracranial infection and mortality. Conclusion： Intraoperative frozen pathology and multi-target biopsy can improve the diagnostic accuracy. The priority of biopsy targets can reduce the risk of brain injury. Stereotactic biopsy assisted by brain surgery robot has the advantages of minimally invasive, accurate and safe, which is suitable for the diagnosis of deep brain lesions.

【Key words】Brain biopsy; Intracranial tumors; stereotactic biopsy; Robot; Precision

脑内病变复杂多样，很多病种依靠影像学有时难以鉴别良恶性,特别是位于脑干、基底节区病变手术应当谨慎，此为神经内外科和脑肿瘤科医生诊疗决策的难点。近20年来，虽然磁共振成像（MRI）及其新序列的广泛应用让大部分病变能通过影像学获得确诊，但仍有约30%的病变需要其他手段协助确诊[1]。当脑内病变影像特征不典型、鉴别诊断困难且多学科会诊后仍不能确诊的话,应根据病情采用立体定向活检术,取得组织病理和(或)基因学检测,以便制定下一步治疗计划。近年来，依靠影像技术和手术设备的高速发展，越来越多的脑内活检技术应用在临床中[2]。早在2002年，Dorward等人就提出了无框架立体定向在脑活检运用中的优势[3]。神经外科机器人在无框架立体定向活检这方面的表现较为突出，但是由于设备昂贵，开展这类手术的单位较少，相关研究报道也不多。本研究分析了2015年6月至2020年9月之间我科收治的26例通过神经外科机器人进行脑深部病变立体定向活检资料，现总结报道如下。

1 临床资料与手术操作

1.1 一般资料 26例中，男17例，女9例；年龄10-76岁，平均39.3岁。术前风险评估采用2016年美国麻醉医师协会（American Society of Anesthesiologists，ASA）分级标准，其中ASA I-II级 22例，ASA III级4例。所有的病变均在脑内深部。颅内多发病变者4名，共有30处病变，其中病变主体在丘脑13处，基底节区（含双侧）5处，脑干（含小脑）4处，额颞顶深部8处。患者病变主体分布情况为左侧病变10名，右侧病变12例，双侧病变者4例。所有患者术前完善头颅CT及MR（T1、T2、T2 FLAIR及增强扫描）检查，部分患者行PET-CT、MRS和ASL等检查，必要时行腰穿做脑脊液检查。

1.2 纳入标准：1、深部病变且影像诊断困难；2、病变位于功能区，手术风险极高；3、影像诊断相对明确，放疗前行病理确诊，如生殖细胞瘤；4、病变恶性程度高或者良性肿瘤术后复发并提示恶化，家属拒绝再次开颅手术切除；5、颅内肿瘤综合治疗后需鉴别肿瘤进展或放射性坏死；6、患者及家属同意行机器人辅助下活检。

排除标准：1、患者存在基础疾病，全身情况不能耐受麻醉或手术，ASA为IV级或以上；2、凝血功能存在手术禁忌；3、影像提示脑疝形成；4、患者及家属拒绝使用机器人辅助下活检。

1.3 机器人操作系统   本研究患者由SINO神经外科机器人（国产，华科精准）辅助下完成穿刺活检。

1.4 术前准备与规划  其中12例患者组织神经外科、神经内科、影像科、肿瘤放疗科和病理科参加的多学科讨论，14例患者组织神经外科科内进行术前或疑难病例讨论。对于单个巨大占位或者多发占位的活检部位优先选择非功能区作为靶点。

 1.5 手术方法

SINO机器人采用骨性MARK注册:先是在局部麻醉下在患者额顶骨上置入3-5个骨性MARK，大部分病人置入4个。MARK置入点在中线旁开2-3cm，避开人字缝和冠状缝。儿童和老年人用小儿MARK，14岁以上患者采用成人MARK。MARK置入后立即行三维CT薄层扫描，并立即刻录光盘并导入机器人主机，与MR影像融合。

注册完成后，记录每个患者的定位误差值，误差在2mm以内方可行手术活检。机械臂的操作端为固定器，穿刺用的颅骨钻及穿刺针均需从固定器中通过。颅骨钻选取史赛克电钻，钻头直径约3mm。

手术过程如下：消毒铺巾后然后在手术靶点进行机械臂运动轨迹模拟，确认靶点无误后取下定位导向器并启动机械臂到位后，以3 mm的史塞克电钻在皮肤和颅骨沿穿刺方向钻孔，必要时用圆形单极电凝止血。随后将直径2mm 穿刺活检针按术前计划插入颅孔，2ml注射器负压抽吸活检针，取靶点病变组织 3-4块。先送三分之一标本做术中冰冻检查。拔出活检针，通过活检针的末端观察有无活动性出血并等待术中冰冻结果回报。如术中发现穿刺针口渗血，则留置穿刺针10-20分钟，并用生理盐水冲洗辅助止血。如仍有活动性出血，则安排术中CT观察颅内情况。剩余标本常规行免疫组化染色，必要时行基因检测。

1.6 误差值计算 术后常规立即复查头颅CT观察有无继发性出血等手术并发症，并在CT上计算活检部位与术前规划的靶点的误差值。

2 手术结果

2.1 手术情况 

本组病例共计26名，术前计划靶点29个，3例患者选取双靶点，23例患者第一次穿刺行冰冻检查得到病理结果。另有3例患者第一次冰冻检查结果阴性，调整靶点位置后均取到了病变组织。共行32次穿刺活检病理检查。病变的首次穿刺阳性率为89.6%，总穿刺阳性率为93.75%。本组病例的术中定位误差值区间为0.09-0.96mm，平均误差为0.51±0.18mm。患者均通过神经外科机器人引导下立体定向活检得到确诊，确诊率100%。

2.2 术后病理

穿刺活检结果为胶质瘤15例（WHO I-II级2例，WHO III-IV级14例），淋巴瘤6例、生殖细胞瘤4例，淀粉样变性1例。多部位活检一致者合并为一个结果。如同时存在高级别胶质瘤和低级别胶质瘤，则患者诊断为高级别胶质瘤。

2.3 手术并发症

26例患者术后均未出现永久性神经功能障碍，未出现颅内感染。4例患者术后复查CT示穿刺灶无症状性出血，出血量均少于1ml，再次复查均未见出血增加。

3 讨论

脑内多发及深部病变，手术完全切除的可能性小，且开颅手术活检的创伤过大，费用高。应用立体定向穿刺活检能明确诊断，指导下一步精准治疗[4]。近些年来神经外科机器人的应用逐步得到推广，应用领域包括癫痫电极植入[5]、帕金森核团毁损[6]、脑出血穿刺抽吸[7]以及脑内深部病变活检[8]等。脑深部病变活检的技术在近20余年来备受关注和应用，活检技术包含框架立体定向活检[3]、机器人辅助下无框架立体定向活检[4, 8]、神经导航下定向活检[1, 9]、内镜下脑室内占位活检[10]、套管引导下定向活检[2]。神经外科机器人在立体定向活检的临床应用简便和精准，在国内外逐渐备受推崇，本文也主要探讨该技术的应用经验。

 3.1多靶点活检必要性

本研究中有一例患者为左颞叶的弥漫性星形细胞瘤（WHO II级），切除术后2年复发，复查磁共振可见双侧大脑多发性占位，且左右两侧占位在影像学上到表现有很大差异（图1A-F）。双侧病变活检结果左侧颞叶复发肿瘤恶变为胶质母细胞瘤，而右侧额叶深部病变诊断为低级别胶质瘤(图2)。该病例说明了多发占位病变活检者有必要行多部位活检，为下一步放疗靶区的勾画及放疗剂量的调整提供客观完善的依据。非机器人引导下的活检术行多靶点活检时会耗时更多，开展的也相对较少，尤其是术中调整靶点位置较困难。众多文献报道的活检大多单个靶点定向活检，必要时选择另外靶点再次活检[1, 11, 12]。

图1、A-F：A患者头颅增强MR可见左额叶-放射冠区原位复发；图B MR T2像右额叶侧脑室额角旁高信号；图C、D将CT、MR和PET-CT代谢图融合后，行双靶点定位穿刺活检；图E术中三维立体图可见穿刺路径避开冠状缝；F骨性MARK标记。G、H另一患者同时有脑干和右侧小脑病变（MR），术中行小脑病变活检，术后复查未见出血，定位精确(CT)

图2、A：病理HE×400 患者2年前病理结果细胞密度增加，可见异型性，核分裂不多见，未见坏死及血管内皮增生，诊断为弥漫性胶质瘤 ，WHO II级。B、C: 活检病理HE×100和病理HE×200 ，左侧颞叶复发肿瘤可见异型性增加，可见坏死及血管内皮增生，结核免疫组化等诊断为胶质母细胞瘤， WHO IV级。D: 活检病理HE×200 右侧额叶占位轻度异型细胞，核分裂不多诊断为低级别胶质瘤，WHO II级。

3．2术中冰冻病理检查的必要性

术中冰冻病理能够快速判断活检组织的性质。本研究中的术中冰冻结果首次活检阳性率为89.6%，总穿刺阳性率93.75%，所有患者单次手术确诊率100%。由于大部分病变位置深且在功能区（包括脑干、丘脑和基底节等），故而我们在设计活检靶点的时候难免过于保守，往往将首要靶点设计在病变浅层。同时我们预留了另外的靶点在病变深部，如术中冰冻结果结果为阴性的时候，则启用预设的深部靶点活检再次行病理检查。所有3例首次活检阴性的手术，通过对预留靶点活检后术中冰冻结果皆为阳性。以往文献报道的脑立体定向活检确诊率在72.8%到100%之间，其中采用术中冰冻病理的的确诊率均在90%以上[1, 9, 11, 12]。术中冰冻病理虽会耗费一些时间，但与手术获益相比显然是值得的。

3.3与其他立体定向活检方式的比较

早年我院采用框架立体定向活检，在行脑干和小脑病变活检时，患者须在俯卧位下活检手术。在开展机器人立体定向活检手术的初期，我们也会将后颅窝病变的患者摆放在俯卧位下手术。随着经验的积累，我们发现这类手术可以平卧位下完成。手术时只需将一侧肩膀垫高然后头偏向非靶点侧再用头架固定。框架立体定向活检的在患者须局麻下安装立体定向头架后再负重到CT室完成头部CT扫描，患者会有一定的恐惧感，需要医护人员不断心理安慰。重头架也限制了该技术在儿童患者中的运用。再者，立体框架活检术操作过程相对繁琐，一旦出现坐标点错误，则误差很大，会影响活检结果。王佳等对比了国产神经外科机器人和框架立体定向活检的误差值，前者的最小定位精度误差为 0.66mm，最大为 2.47 mm，后者最小定位精度误差为 0.50 mm， 最大为 1.90 mm，平均为1.06—0.49 mm。该研究中用Remebot机器人手术时对患者采用塑形枕固定头位，可能会导致患者头位的轻微移动增加了随机误差，故误差值大于立体框架手术[8]。本研究中病例的误差值最小为0.09，最大误差值为0.96mm。平均误差为0.51。比上述两者的误差值小的原因可能是我们采用的是骨性MARK标记，且用的是头架固定头颅。

与框架立体定向活检相比，机器人活检具有较强的术中调整能力和安全性。术中更改手术靶区的话，可以在融合的图像中观察皮层表面的血管并且设计路径避开。王佳等人用框架立体定向活检7例，6例明确诊断（85.71%）[8]。秦峰等人用框架立体定向活检的脑干、脑深部疑难病变阳性率虽达到了96.6%,但是有1名患者术后出现大出血，并出现永久性神经功能障碍[13]。梅加明等人对126例框架立体定向活检患者进行分析，共有13例患者出现出血，其中3例为症状性出血，且大部分为基底节和丘脑区域[14]。其他文献也有类似的报道,甚至出现死亡等严重并发症[1, 15]。本研究中共有4例（15.38）患者出现无症状性出血，2例为基底节区。

学习曲线是外科医生掌握并且常规使用一项技术的重要考量指标。立体框架技术需要掌握较多的知识点，操作时间长，操作要点容易遗忘，往往需要重新学习才会掌握。而神经外科机器人作为新兴的手术设备，除了在官网上能找到说明书学习，还能联系到工程师现场指导或者远程指导。

3.4靶点选择顺序

过去的文献比较少提到靶点选择的重要性，我们认为靶点的选择原则应该精准且功能损伤最小。通过研读磁共振的各种序列影像，我们设计了靶点选择的优先顺序。最优先应选择在影像学典型的非功能区，最后选择的是影像学不典型的功能区。在同为功能区组织时，应当根据不同功能的重要性，选择次重要组织，如小脑与脑干同时受累时选取小脑，基底节与丘脑区时选取基底节，双侧基底节区病变选取右侧基底节，脑桥与延髓占位时选取脑桥等顺序。本研究中有一例患者同时有双侧小脑和脑干多发占位，脑干病变较大，术前靶点选取右侧小脑病变，预留靶点在脑干病变（图1G-H），最终在小脑靶点获得阳性结果。选择靶点时应该避开坏死区域，因为坏死区域中的肿瘤组织大部分为坏死细胞，病理检查时无法判断其形态。此外卢瑞庭等人认为无强化的病灶也能做到立体定向活检的目的，其诊断有效率为82.61%[16]，但是该方法对术者的要求很高，需要综合较多的影像序列后方能做出较佳的靶点位置。

3.5 结合PET-CT和高级MR确定靶点

本研究共有8例患者的病灶靶点结合了PET-CT和（或）高级MR(MRS和灌注等)。这8例患者的9个靶点均是首次穿刺即获得阳性结果。徐庆生等[4]人采用了多模态影像融合技术确定靶点为所有34 例患者成功实施立体定向穿刺活检。该研究的多模态影像技术是在MRI结构影像基础上结合正电子发射断层显像术(PET／CT)、氢质子磁共振波谱(MRS)、血氧水平依赖功能磁共振成像

(BOLD—fMRI)、弥散张量成像(DTI)等。目前报道的多数立体定向活检研究，大部分是融合了基础MR和CT,或者干脆只用其中一种[11, 17]，这种方法可能是出现漏诊的原因之一。代谢性影像学（PET-CT/MR、MRS、ASL）更能体现占位的性质，功能性影像（DTI和BOLD-fMRI）能够协助判断重要功能区，将这些高级MR融入到机器人系统能够更佳精准定位靶点，在未能将会有更多的运用前景。

4 不足之处

1、本研究采用的是回顾性分析，病人术前检查项目未能全部保持一致。2、本研究未能统一采用同一台神经外科机器人进行活检。3、只有部分病例融合了PET-CT和高级别MR协助确定活检靶点。

5 结论

颅内多发病变患者行穿刺活检时可以选择多靶点活检提高诊断准确率。活检靶点的优先选择顺序能降低潜在风险和提高确诊率。神经外科机器人辅助下立体定向活检术具有微创、精准、安全等优点，适合作为脑深部疑难病变的确诊方法。