术中直接电刺激在功能区病变手术中的应用

作者：白红民

作者单位：中国人民解放军广州军区广州总医院神经外科， 广东 广州 510010

【摘要】  脑功能区病变手术治疗的难点主要集中在术中对脑功能区难以正确定位。目前，准确、可信、微创的脑功能区定位方法是术中直接电刺激，但错误的刺激方法和参数设置会导致假阳性和假阴性刺激结果，给功能区定位带来一定困扰。本文复习了直接电刺激的有关文献，对直接电刺激的历史、基本原理、基本参数及注意事项等进行综述，希望能为临床提高术中电刺激的应用功效提供依据。

【关键词】  直接电刺激 功能区病变 监测 手术中

    在功能区脑内病变手术中，积极切除病变而不发生术后肢体和语言障碍，从而保障病人的生存质量，已成为当前神经外科特别关注的问题。这类手术的难点是术中对脑功能区难以正确定位。目前，准确、可信的脑功能区定位方法是术中直接电刺激，采用该方法可实时确定运动、感觉、语言等脑功能的必需部位。但如刺激方法不正确，则易出现假阳性和假阴性结果[1-2]。为此，本文通过复习直接电刺激的有关文献，对直接电刺激的历史、基本原理、基本参数及注意事项做一综述，希望能为临床提高术中电刺激的应用功效提供依据。

    1    功能区手术使用直接电刺激的必要性

    脑功能区病变手术区域涉及重要的“中枢”，对一些生存期较长的良性病变或低级别胶质瘤而言，病人术后生存质量是手术成败的关键，不进行脑功能区定位，可能造成以下后果：①术后神经功能障碍发生率高。在未采用功能区定位技术前，功能区病变手术后性神经功能障碍的发生率高达15%～27.5%[3]，而采用术中直接电刺激定位脑功能区后，发生率可降低到6.5%[4]。②病变切除程度低。Duffau等[4]报告功能区病变的次全切除率和全切除率在未采用直接电刺激前分别为37.0%和6.0%，而采用术中电刺激后分别提高到50.8%和25.4%。因此，有必要进行功能区定位，而许多因素能对其产生影响，如：①功能区存在变异。由于个体差异及脑肿瘤占位效应造成功能区推移和重塑，因此，利用经典的功能区解剖定位有一定误差。Uematsu等[5]认为：运动区皮质在经典体表定位中央沟2 cm以外的区域；而Gilbert等[6]发现：肿瘤推移可使功能区移动 （2 ± 1.3） cm。②无创定位方法具有局限性。近年来出现的影像学方法，如PET、功能MRI （fMRI）、脑磁图等使术前定位感觉和运动皮质成为可能。但这些方法对复杂脑功能区的定位仍不够准确，如fMRI定位语言区的灵敏度为81%，而特异性仅为53%[7]。且这些方法无法在术中实时监测脑功能区的位置，不能进行脑白质纤维定位，虽能发现与某一功能有关的全部脑皮质区，但不能确定哪些部位是必需保留的部位。采用弥散张量成像 （DTI） 技术可在术前无创地确定出病人的白质分布，但DTI所显示的可视化神经纤维并不等同于脑组织内的有髓神经纤维；特别是在脑组织出现病理改变的情况下，决不能直接将DTI示踪结果作为术前评判神经纤维束功能及术后神经功能预后的惟一依据。与导航融合的DTI图像可作为判定神经纤维束位置的初步依据，可据此选择手术入路，但对于术中涉及白质内切开、切除的操作，仍需应用皮质下电刺激加以确认。总之，这些无创的定位方法虽在一定程度上提高了定位水平，但仍不能成为功能区定位的“金方法”。

    目前，准确、可信的脑功能区定位方法是术中皮质或皮质下直接电刺激，它可实时确定运动、感觉、语言甚至记忆等脑功能的必须部位，可对大脑、脑干、脊髓进行术中皮质和皮质下功能区定位。1874年，Bartholow首先在术中使用电极刺激皮质，出现运动反应时记录下来。1931年，Foerster首先在神经外科应用直接电刺激确定脑功能区；随后，Penfield将其应用于癫(疒间)病灶切除，并在此基础上建立了的Brodmann脑皮质定位模型。Ojemann将刺激器改进为双极刺激，大大提高了刺激的精度，此后直接电刺激技术在西方国家得以迅速推广[6-7]。2004年，王伟民等[2]在国内将直接皮质电刺激技术应用到脑功能区病变的手术中，随后，这项技术在国内神经外科迅速得到推广[8-9]。

    2    直接电刺激的基本原理和主要参数

    2.1    基本原理　　  神经元的细胞膜存在静息电位，内负外正，大小约-60 ~ -100 mA。当阴极刺激达到一定阈值，即引起Na+快速内流，产生全或无动作电位，之后细胞膜电位进行复位，复位过程及随后一小段时间存在不应期和超兴奋期。直接电刺激的原理是局部神经元及其传导束的去极化导致局部组织兴奋或抑制，如刺激感觉区和运动区结构会造成异常感觉和运动反应 （兴奋性效应），而刺激语言区和记忆区结构则造成短暂的功能抑制 （抑制效应）。目前使用的双极刺激器由于避免了电流局部扩散，使得定位更加准确，精确度可达5 mm左右，是目前理想的定位方法。

    直接电刺激是安全的，组织学检查未发现刺激部位有炎症和其他损伤，病人随访也没有发现明显的并发症。但如果刺激方法不正确，有造成癫(疒间)持续状态的可能[10]。因此，在术中直接电刺激过程中采用正确的刺激方法和刺激参数显得格外重要。

    2.2    主要刺激参数　　  ①采用双极神经电刺激器 （双极间隔5 mm），刺激范围为所有暴露区域皮质及可疑的皮质下区域，每个部位至少刺激3次。②采用双相方波。因为正弦波会造成刺激过程中细胞膜产生适应性调节 （accommodation），所需刺激电流增大，造成假阳性结果或诱发癫(疒间)发作。双相波避免了电流在细胞膜周围叠加而使局部脑脊液中粒子出现电离水解、产热，从而造成神经细胞损伤。③刺激频率采用60 Hz，刺激方波时间为1 ms。一种有效刺激有赖于刺激的强度、频率及电流变化的速度，刺激频率太快容易产热，太慢则易造成阴性刺激。④皮质刺激电流：根据脑电图监测出现后放电时的刺激大小确定，先从1 mA开始，1 mA递增，通常至4~6 mA；皮质下刺激通常比皮质刺激电流高2 mA。⑤刺激持续时间：运动和感觉任务约1 s，语言和认知任务约4 s[1-2，4]。

    2.3    注意事项　　  ①好选择全麻术中唤醒麻醉。术前不要使用苯巴比妥钠等镇静催眠药物，避免病人术中昏睡。唤醒过程中注意使用保温毯，避免唤醒后出现寒战，不能配合。②避免连续2次阳性刺激，以免诱发病人术中出现癫(疒间)持续状态，或出现持续的假阴性刺激结果。③刺激区域保持干燥，不能有脑脊液或盐水，因其电阻小于皮质电阻，容易导致双极之间产生短路，造成假阴性刺激结果。④刺激过程中一定要密切监测病人神经功能，以确定阳性刺激结果和早期发现癫(疒间)发作。运动区为对侧肢体或面部诱发出动作 （需 同时记录肌电图）；感觉区为对侧肢体或面部诱发出脉冲式的异常感觉；语言区为病人数数或阅读幻灯片时出现中断、语言混乱及其他类型的语言障碍。如病人出现肢体活动乏力、语言异常或存在感觉异常，应立即进行皮质下电刺激，确认是否存在重要传导束。⑤术中癫(疒间)持续状态的防治：首先应尽量预防，如刺激频率不能太快，刺激持续时间不能太长，刺激电流不能太大，避免连续2次阳性刺激等。术中一旦诱发出癫(疒间)持续状态发作，可采用冰盐水冲洗脑皮质，通常可终止癫(疒间)发作。⑥确定功能区保留的范围：通过皮质或皮质下直接电刺激确定的功能区，均为手术不能损伤的部位。通常运动区和感觉区只要保留定位的区域即可，而语言区则需保留定位区域外1 cm的范围。⑦获得阴性刺激结果后的处理：Taylor等[10]报告，术中出现阴性刺激结果后，病人术后易出现性功能障碍。Duffau[11]建议行大骨瓣开颅，以确保避免阴性结果。我们在实践中发现：出现阴性刺激结果的原因主要是骨瓣小，功能区在暴露范围以外；另外，由于脑功能区皮质的重塑等，造成切除肿瘤前刺激不出阳性结果，而肿瘤切除后，在准备扩大切除过程中，再次刺激常可出现阳性反应。因此，我们建议可通过以下方法避免阴性刺激：不能单纯根据体表解剖方法定位中央沟，应结合术前fMRI结果，初步判断功能区皮质的位置，行大骨瓣开颅，尽量暴露功能区皮质，确保出现阳性刺激；采用唤醒麻醉方法，出现阴性刺激时，在切除病灶过程中，病人在完成一系列的运动和语言任务后，如出现轻微神经功能障碍，可再次进行电刺激，确认是否存在功能区，此时由于脑功能区皮质的快速重塑，可能会出现阳性结果。⑨由于手术区域已经接近功能区，皮质直接电刺激术后常出现短暂性功能障碍，这可能与术后水肿、血液循环紊乱及辅助运动区损伤等有关[1]，多可恢复。

    总之，直接电刺激技术是一种可靠、无创的脑功能区定位方法，为脑功能区手术提供了一种新的手术理念。正确合理使用该方法将提高脑功能区病变的手术质量，同时可为神经科学领域探索人脑功能提供帮助。

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[11] DUFFAU H. New concepts in surgery of WHO grade Ⅱ gliomas: functional brain mapping, connectionism and plasticity—a review [J]. J Neurooncol, 2006, 79(1): 77-115.