出血是脑深部刺激手术的严重并发症之一，是造成神经功能缺损的重要危险因素，最近的文献报告其发病率高达 5%。虽然手术中尽量减少或不用微电极记录仪可以降低出血率，但是许多医疗中心依靠其提供的生理特征，来确定病变的位置和明确靶向核团的范围，并最大限度地提高治疗的效果。因此，术前对血管影像进行仔细的轨迹规划，是脑深部刺激手术的重要一步，这样可以尽量减少出血的并发症和降低术后神经功能缺损的风险。
加拿大蒙特利尔市麦吉尔大学蒙特利尔神经学研究所麦康奈尔脑成像中心的学者，进行了一项基于磁敏感加权静脉造影成像的神经导航系统，在脑深部刺激手术中的应用及与含钆造影剂的对比研究，提示T1w-SWI-TOF导航方案是值得推荐的，它对成像及外科手术流程的影响降到了最低，提高了细小血管的躲避率，并提供了一个安全的、符合成本效益的方案来代替含钆造影剂的注射。文章于2014年5月16日在线发表于Journal of Neurosurgery上。
图 1 规划实施的第二个过程。A：大脑皮质的三维视图。B-D：不同序列下肉眼可见的探针轨迹的二维影像：T1 加权、 SWI 和 TOF (同步到选定的轨迹）。蓝色圆柱体代表的是没有计算机辅助软件反馈的规划轨迹（第一个过程）。灰色圆柱体代表的是2个计算出的软件优化轨迹，这是在第二个过程中从颜色编码自动轨迹分析软件获得的（绿色斑块代表的是软件建议的插入区域）。1st pass=第一个过程；Interactive cursor=互动的指针；2ed pass=第二个过程；Computed plans=计算出的规划指针；Automatic trajectory analysis=自动轨迹分析。
图 2 图像处理步骤的图例说明。 A： 原始的T1w-Gd、 SWI和TOF 的数据集，按照15毫米的最小/最大信号强度投影技术来显示，采集的水平面分别是侧脑室 (上方)， Willis 环(中心) 和大脑表面 (下方)。B: T1w-Gd 和 SWI-TOF 的数据集进行筛选得到的血管特征。C:血管中心线的自动提取和匹配。蓝色的曲线标志着SWI-TOF上检测到的中心线，对应的红色的曲线标志着T1w-Gd上检测到的中心线。Raw Datasets=原始数据集；Vesselness Filtering=血管特征提取；Centerline extraction and matching=中心线提取和匹配；T1w-Gd=含钆造影剂的T1加权扫描；SWI=磁敏感加权成像；TOF=飞行时间。
为了可视化大脑脉管系统及规划脑深部刺激探针的轨迹，该研究比较了2种磁共振成像方法：使用双倍剂量含钆造影剂的T1加权扫描(T1w-Gd)的单一数据集方案，以及由 T1 加权的结构、 磁敏感加权静脉造影和飞行时间血管造影 （T1w-SWI-TOF） 共同组成的多个数据集方案。
图 3 两个特殊病例(A–C和D–F)的TSWI轨迹规划，在浅静脉4 毫米范围内可视于T1w-Gd （A 和 D）。对于这两个病例，同样的静脉可视于 SWI (B 和 E)，没有明显的注册错误。请注意，在TOF序列上浅静脉仅部分显像 (C) 或没有显像 (F)。因为此序列主要对动脉血液敏感的。TSWI =基于T1w-SWI-TOF得到的规划轨迹；T1w-Gd=含钆造影剂的T1加权扫描；SWI=磁敏感加权成像；TOF=飞行时间。
图 4 5 例患者的TGD和TSWI规划之间的比较说明（每列上面的箭头表明一个病例）。A——E: 5个TGD探针的眼睛可视化影像(与脉管系统没有明显的交叉处）。F ——J：同时注册的SWI 数据集上的同一TGD轨迹的可视化影像（在接近或交叉到 SWI 可见的脉管系统）。K ——O： 相应的TSWI轨迹提高小血管的躲避，这些小血管见于 SWI 皮质下 （列 1——3 和 列5） 和在脑表面 （列 4）。TGD=基于T1w-Gd得到的规划轨迹；TSWI =基于T1w-SWI-TOF得到的规划轨迹；Illustrative examples=例子说明；T1w-Gd=含钆造影剂的T1加权扫描；SWI=磁敏感加权成像；TOF=飞行时间。
专门研究神经调节手术的两名神经外科医师，分别使用每个方案，对18例帕金森病患者(36个大脑半球)，制定了双侧丘脑下核的脑深部刺激计划。然后，基于所有的血管数据集 （T1w-Gd、 SWI和 TOF）来评估规划的轨迹，通过一个客观的血管特征测量方法来检测出整个路径中可能存在的与血管的交点。
研究结果表明，基于T1w-SWI-TOF规划的轨迹成功地躲避了通过常规 T1w-Gd成像显示的大脑脉管系统，同时并没有遭受缺少血管信息或注册的数据集不精确之类问题。此外，通过适当的规划和可视化软件， 基于T1w-SWI-TOF规划的轨迹通道，明显地与较少的细小血管相交，而T1w-Gd未检测到这些细小的血管(距离轨迹中心线2 毫米内p < 0.01和4 毫米内p < 0.001)。
图5 测量得到的血管密度 (血管像素 / [血管像素 + 组织像素] × 100%)，基于所有被试者在SWI-TOF 和 T1w-Gd序列上，为深静脉系统(上方) 和皮层下血管 (下方)。更高的 血管特征阈值 (> 0.10) 是仅对大血管系统敏感 (血管密度类似于 SWI-TOF 和 T1w-Gd)。血管特征阈值范围在 0.05-0.10， 增加了更精细的血管的敏感性，并显示血管密度增加，按照因素的 1.5 到 9 为 SWI TOF 相比于T1w-Gd。线表示手段和晶须代表的标准偏差。Vessel density=血管密度；deep venous system=深静脉系统；subcortical vessels =皮层下血管；vesselness threshold=血管特征阈值。
图 6 使用改良的 6-回声 SWI 序列得到的大脑静脉和动脉可视化的结合图。A： 第一回波 （TE 4.57 毫秒） 的充分流动补偿的幅度数据集提供明亮的动脉血液形成对比。B:来自其他 5 个回声的相位和幅度，被 SWI 重建和平均化，得到标准的 SWI静脉造影片。C: 与标准的3D TOF 血管造影的比较。6-echo SWI=6-回声 SWI 序列；TE=回波时间；ms=毫秒；3D TOF=三维飞行时间。
综上所述，T1w-SWI-TOF导航方案，适用于脑深部刺激术前的轨迹规划，可以代替含钆造影剂的注射，能够提供T1w-Gd不能检测到的更精细的脉管系统的可视化图像，避免术中细小血管的误伤，对成像及外科手术流程的影响降到了最低，实践证明它是一个安全的、符合成本效益的、值得推荐的方案。
本研究提示，在某些需要降低误伤血管风险的外科手术过程中，比如锥颅软/硬通道置管微创治疗高血压脑出血时，神经外科医师可以利用神经导航系统，在微创的基础上提高穿刺的安全性，达到更好的临床效果。
