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第四节 术中微电极记录和测试
脑深部电刺激术(DBS)是神经外科手术领域治疗功能性疾病,如原发性帕金森病、肌张力障碍、特发性震颤等常用的术式,长时间随访证明该术式可显著控制、改善该类患者的临床症状,临床实践证明该手术成功的关键是颅内特定神经核团电极的精准植入,对此,除术中清晰的影像学或解剖学定位外,更精准的神经电生理学或功能学定位及监测备受关注。
在脑内不同神经核团电极植入的过程中,不论是可视靶点还是非可视靶点,影像学定位从解剖学上而言都是基础,而术中对神经核团进行更精准的电生理学记录则是从功能学上确认不同核团的关键。以原发性帕金森(primary Parkinson's disease)的丘脑底核(STN)-DBS手术为例说明。丘脑底核(STN)是原发性帕金森病行DBS手术中最常用的电极植入靶点,其大小约10mm×10.5mm×7mm,如此小的神经核团从解剖学上依然分为3部分:感觉-运动区(sensorimotorterritories),联络区(associative territories)和边缘区(limbic territories),不同亚区对应的大脑皮层区不同,与不同的临床症状密切相关,如边缘区主要与大脑的边缘系统、海马和杏仁核等产生投射联络,而感觉-运动区则主要与大脑皮层的感觉区、运动区及运动前区产生投射联系。既往临床研究发现,DBS术中将电极植入丘脑底核(STN)的感觉-运动区,其术后临床效果最佳,因此STNDBS术中确定STN的感觉-运动区是手术成功的关键,为此,不同的DBS植入中心术中采取不同的技术手段以确保植入STN神经核团电极位置的精准,如有的中心采取术中磁共振扫描或CT扫描确认电极的位置,而有的中心通过术中微电极记录神经元放电(动作电位)情况确定STN及最终植入电极的深浅等。目前,多数学者认为通过术中微电极记录STN典型的放电情况(神经元动作电位)是从功能学上确认该核团并决定植入电极深浅的“金标准”,而术中影像学扫描是解剖学定位,是基础和前提。
常见的STN放电模式包括强直或规则放电(tonic or regular discharge)、不规则放电(irregular discharge)和震颤细胞放电(tremor-related discharge)(图2-2-4-1),放电频率约34~47Hz。在进行术中电生理学记录前,可应用手术计划系统设计靶点坐标及微电极进针的路径,STN属于可视靶点,可根据“红核参考法”,即冠状位:丘脑底核背外侧部,即AC-PC下≈4mm;轴位:红核前缘+丘脑底核轴位中点偏外1~2mm,即AC-PC旁≈12mm,AC-PC中点后≈2mm,术中微电极记录时一般可选择从靶点上10mm开始记录神经元放电,在微电极经过的路径中可记录到的典型的神经元放电情况包括:丘脑的信号-未定带信号-STN的信号-黑质的信号(图2-2-4-2)。
图2-2-4-1 典型STN放电模式
A:强直或规则放电(tonic or regular discharge);B:不规则放电(irregular discharge);C:震颤细胞放电(tremor-related discharge)
根据STN-DBS术中微电极记录系统中应用微电极针数的多少,又分为单通道微电极记录技术(记录微电极根数=1)和多通道微电极记录技术(记录微电极根数≥3),其中单通道微电极记录技术可以通过记录到的典型STN放电情况初步确定该微电极针是否在STN核内以及在其内的长度,进而为最终植入永久电极提供指导,其优点是脑组织穿刺道少,操作简便,缺点是其缺少自身对比,即无法通过比较认定其记录点即为最佳功能学靶点,对STN总体各亚区定位较差,术中电生理信号一旦不佳,需要反复调整靶点坐标或穿刺道,为此,不少DBS植入中心采用多通道微电极记录技术,这不仅可根据术中记录到的神经元放电情况对STN核团进行初步判定,而且还能对同一核团的不同亚区进行功能鉴定和核团轮廓的勾勒,并且可根据不同微电极记录神经元放电的情况选择最佳植入针道进而最终完成颅内永久电极的植入,并且有研究发现,多通道微电极记录下电极植入STN的帕金森病患者术后运动功能的改善显著优于单通道微电极记录下电极植入的患者,这主要是多通道微电极记录术中可以通过比较不同针道STN的放电情况清晰地分辨出STN的感觉-运动区而将永久电极最终植入该亚区。术中确认STN感觉-运动区的方法是当微电极进入STN感觉-运动区后,对外周肢体进行的感觉或运动刺激可产生明显的“爆发式放电(bursting discharge)”的感觉-运动诱发电位(图2-2-4-3),以此可基本确认微电极进入STN的感觉-运动区,此时可以通过术中微刺激(micro-stimulation,电流≤100μA)进行临时测试,观察患者的临床症状的改善情况,也可以在确认STN的感觉运动区及其总体的边界并植入永久电极后,通过宏刺激(macro-stimulation,电流是毫安级的)进行术中临时测试(如可采用4触点的0-3+小循环模式进行测试),多数学者认为可将植入电极第一个触点的下缘放至术中电生理学记录到的STN的下缘。
图2-2-4-2 微电极经过的路径中记录到的不同神经元放电情况。丘脑的信号(靶上10-9mm)-未定带信号(靶上8-6mm)-STN的信号(靶上5.5-靶下0.5mm)-黑质的信号(靶下1mm)
图2-2-4-3 典型“爆发式放电(bursting discharge)”的感觉-运动诱发电位
A:前方针道出现典型的感觉-运动诱发电位;B:中间针道出现典型的感觉-运动诱发电位
术中临时测试时,既要对患者临床症状是否改善作出初步评估,如震颤是否减轻、僵直是否缓解等,又要对刺激产生的副作用进行观察,并根据临时测试的效果再次确认电极位置是否精准,一般而言,宏刺激的测试电压不必超过5V,在脉宽和频率不高的情况下(如脉宽60μs,频率130Hz),如果3V以下的电压即产生难以耐受的副作用,如:肢体的麻木、强直收缩、眼球活动受限、声音嘶哑等,则需对植入电极位置进行调整。植入电极完成后,可根据具体情况一期或二期完成神经刺激器的植入,术中或术后复查磁共振,可再次对植入电极位置进行评估(图2-2-4-4)。
图2-2-4-4 同一病人左右侧STN感觉-运动诱发电位的位置不同
A:术中手术计划系统进行解剖学定位;B:左右侧STN术中微电极记录神经元放电情况,左侧STN感觉-运动诱发电位出现在中间针道,右侧STN感觉-运动诱发电位出现在前方针道。C:术后核磁共振检查结果与术中电生理结果一致
总结:STN-DBS术中通过多通道微电极记录技术决定最终植入电极位置的要点如下:①记录典型STN放电(动作电位)的总长度≥4mm;②有确切的运动感觉诱发电位而且其记录长度占STN放电总长度的比例越高越佳;③距离STN边缘>2mm;④永久电极植入后临床效果改善明显;⑤术中宏刺激副作用产生时的电压一般>5V。
其他神经核团DBS手术的过程同STN类似,如帕金森病或肌张力障碍患者行苍白球内侧核(GPi)-DBS术中的精准定位(图2-2-4-5)、特发性震颤的丘脑腹外侧核(Vim)的电极植入等,多通道微电极记录技术的应用可以协助术者确认以上核团中最佳的功能植入靶点,进而保证获得最佳的临床效果。
图2-2-4-5 典型GPi核团多通道微电极记录结果。前方针道出现典型的GPi神经元放电
(王军)