[00118351]术中皮质脑电信号小波分析定位人脑功能区的研究

进入21世纪以来,随着社会的进步,科学的发展和人们日益增长的对美好生活的需求,人们更加关注神经外科手术后病人生存质量。人们对生存质量的要求越来越高,不仅要求能生活自理,而且需要重返工作,达到身心健康。大脑功能区病变不仅严重威胁人的生命,而且严重影响病人的生存和生活质量,而此类病人的手术治疗是神经外科临床工作的一个难题。传统手术不能完全分辨和掌握功能结构与病变的关系,极易在切除病灶时导致大脑功能结构损害,有人统计传统手术的永久性神经功能损害并发症为13-27％。另外,由于功能区病变手术容易出现严重并发症,也使得手术医生手术切除不积极,常常进行姑息性切除,如低级别胶质瘤的完全切除和次全切除率仅为43％。这样不仅使病变术后治疗变得困难,而且容易造成疾病的复发或症状难以控制,严重影响治疗预后。最大限度地切除病灶,同时尽可能地保护正常脑功能,关系到患者术后生存质量,越来越受到临床重视。而此类手术的关键就是如何术中准确实时“脑功能区”定位。目前最准确可信的术中脑功能区定位方法是术中皮质或皮质下直接电刺激（DES）。2003年本项目首先在国内将DES技术应用到脑功能区病变的手术当中。实践中发现DES术虽为目前脑功能区定位的“金标准”,然而该技术也存在一些问题：①比较费时,一个熟练掌握DES的神经外科医生通常需要20分钟才能定位结束,同时由于术中唤醒时间不能太长（太长后病人会疲劳,进一步影响定位）,因此术中任务单一,不能完成复杂任务,难以定位高级认知功能;②术中DES可能会诱发病人术中癫痫,增加手术风险,同时癫痫发作后由于患者难以配合,进一步影响术中定位;③术中DES会出现假阳性和假阴性结果,进而影响切除程度和术后功能障碍;④术中DES定位皮质功能区时,尤其是定位高级认知功能时,需要唤醒病人,这对于不能配合手术的病人则限制了该技术的应用。如何能在术中准确、快速、无创,甚至非唤醒状态下定位脑功能区是一直困扰临床和亟待解决的基础理论问题。脑电信号在运动、感觉和语言等高级认知功能活动过程中在特定的部位,有特异性变化规律,深入研究脑电信号分析技术定位大脑皮质功能区具有潜在的临床医学前景,对未来脑功能病变外科手术具有重大的应用价值。 我们曾在广东省自然科学基金资助下在唤醒手术切除脑功能病变过程中,用直接电刺激（DES）定位运动区皮质,同时采集静息、手运动任务下术中暴露区域的皮质脑电图（ECoG）信号,发现在运动状态下,运动区ECoG信号中μ节律ERD变化最明显,以40%阈值为特征值,μ节律定位运动区皮质有较高灵敏性（81.0%）和特异性（91.7%）。此外,静息状态下运动区可见特异性慢皮质电位,以1.6阈值为特征值,其定位运动区皮质有较高的灵敏性（90.6%）和中等的特异性（59.2%）。后续的研究基于ECoG分析频带的局限性,无法充分反映大脑神经电生理活动,因此联合上述两种节律进行分析,可以达到更加精准的效果。我们首次探索μ节律及SCP组合模式定位运动区,两种节律联合检测具有以下优势,低频节律在运动任务时电生理信号ERD反应快速,慢皮质信号仅需连续采集10秒即可完成,两种节律联合应用可取长补短。（1）μ节律、SCP单独与DES比较中,μ节律有更好的特异性,而SCP则具有更理想的灵敏性;（2）联合两种节律的检查模式中,A模式（特异性优先）和D模式（灵敏性优先）的ROC曲线下面积均优于μ节律（B模式）、SCP（C模式）单独分析,其中灵敏性优先模式效率最优,其定位运动区的灵敏性和特异性分别为97.3%和80.0%,与国外的多成分脑电信号定位功能区的探索性研究数据相符;（3）ECoG-DES的定位运动区较高的一致性,为无法参与唤醒手术或运动区转移的病人治疗提供可能。本研究联合两种运动相关节律成分,提高ECoG定位运动区的准确性,使其在术中实时定位运动区成为可能。 皮质脑电信号分析定位语言区皮质操作简单,在语言任务过程中有一定特征,有望成为一种新的语言区皮质定位方法,为将来术中应用脑电图定位运动区皮质奠定理论基础,该研究改变大脑手术术中脑功能区定位方法,提高术中定位功能区的准确性和效率,有助于神经外科医生提高大脑功能区病变的手术效果,减少神经功能障碍手术并发症的发生,改善大脑功能区病变的治疗预后,提高病人手术后的生存与生活质量。以低级别胶质瘤和癫痫为例说明,该病通常为中青年和儿童发病,并多分布与大脑重要功能区附近,且术前神经功能障碍较轻,手术易发生严重神经功能障碍,如能手术彻底切除预后较好。应用此技术可以帮助医生最大限度地切除肿瘤或癫痫灶,最小程度地损害神经功能,使过去以往难以手术治疗的病变得到及时有效手术治疗,延长了病人的生存期,提高了病人的术后生活质量,减轻了其家庭和社会负担。此外,该研究还为运动区脑电控制神经假体脑机接口的个体化研究进行理论支撑,帮助平战时颅脑外伤、脊髓损伤后肢体运动障碍的病人回归社会,降低残废率,提高他们的生活质量,减轻社会负担。 但是,由于临床数据采集的局限性,研究过程中发 现皮质脑电的特异性研究有待在动物学进行验证。