导航经颅磁刺激在神经外科的应用

助力神经外科技术发展，挖掘神经功能无限潜力

本书是第一本综合介绍了近10年神经外科应用导航下经颅磁刺激的前沿进展的著作。此技术作为一种神经外科术前导航制图模式，现已被逐渐接受并广泛应用于语言及运动功能术前导航图的绘制，手术风险等级的评估，以及提高对皮层下神经纤维束支的可视化程度。这本独一无二的著作给那些想探索此领域的神经外科医生及神经科学者详尽介绍了nTMS，包括相关的技术参数以及实用的操作方案，并分析了当前nTMS临床应用的证据和局限性，以备读者参考。与此同时，对于那些在nTMS领域已经有多年经验的研究人员或者医生，通过阅读本书也能更加深入地了解nTMS在神经外科术前导航方面的技术，以及如何更好地选择nTMS的应用方案。本书的编者们都是在nTMS各相关亚专科领域有着丰富经验且有独到建树的专家学者，也将为读者提供更多的视角。

"序  言 为了在手术中达到很好的准确度和安全性，神经外科医生不仅要搞清楚大脑的结构和血管，还必须了解其功能。人类中枢神经系统是宇宙中已知的最为复杂的系统，其功能相关网络仍未接近被人类所了解。在这种情况下，为了提高接受脑部手术患者的生命质量，在切除受到如癫痫或肿瘤等疾病影响的中枢神经系统的结构之前，充分了解它们神经通路的结构至关重要。由于在解剖学和功能方面存在很大的个体差异性，特别是在脑损伤的情况下，神经可塑性机制可能会被触发，功能定位技术有利于在个体层面上去分析运动、语言、认知和情感功能在皮质和皮质下通路的分布。为此，在实现最小化神经功能损伤的同时优化切除范围（EOR）方面， 术中直接电刺激（DES）仍是金标准。尽管该方法允许在术中进行监测解剖-功能的相关性，以实时定位和保护对大脑功能至关重要的结构，但是在临床工作中引入并利用术前无创功能定位技术对其进行补充依然是很有意义的。功能神经影像技术在过去10年中被广泛使用，但仍然主要于无法区分那些在切除后会导致较为性功能缺陷的关键区域，以及那些在功能相关神经网络中可以被代偿的区域。 在这种情况下，导航下经颅磁刺激（nTMS）代表了一种开拓中枢神经系统探索的新途径，特别是在脑损伤的患者中。事实上，与术中DES不同的是，nTMS提供了一个独特的机会，可以通过对神经网络施加短暂的“伪”干扰，旨在确定对于脑功能至关重要的皮质区域。然而，与DES相比，nTMS是一种非侵入性技术，可以在手术前用于定位功能相对应的皮质位置，并据此制定切除计划。这也是为什么急需一本书来帮助和指导在神经外科中应用nTMS的原因。这本由Sandro M. Krieg教授领衔撰写的专著将为所有采用个体化手术方案的医生提供帮助。这本书之所以不同寻常，是因为它包含了使用nTMS技术相关的大量信息，并概述了其他技术的优缺点。作者们在定义和介绍这项新技术，以及阐释其对神经外科的影响方面提供了非常独特和创新的角度，甚至可以说是靠前的角度。 这本书的结构非常合理，内容丰富。开篇首先是关于nTMS基本原理的章节。在介绍术前定位肢体运动和语言功能的章节中，进一步探讨了临床方面的应用。Krieg教授作为该领域的专家，解释并介绍了如何使用nTMS进行手术规划，以及如何将这种方法与其他技术（如纤维追踪）相结合。我个人特别喜欢使用nTMS定位脑功能的方法，这种方法还可以应用于儿童的脑功能定位。诚然，我们都知道在10岁以下的儿童中，做好术中清醒是非常困难的。有趣的是，nTMS在神经外科的应用中能够调节神经网络，就像在神经内科中治疗抑郁症那样，有关章节对这些内容进行了详细描述。例如，nTMS可用于治疗慢性疼痛。在未来，这种技术被认为是诱导神经可塑性的独特工具，可以增加EOR，甚至改善神经状况。例如，在神经功能科学领域，nTMS可以作为研究人类中枢神经系统处理信息的独特工具。近来，连接组学研究的进展令人欣喜，该学科旨在全面地探究神经连接的结构和功能水平，认知和行为学方面的协调归因于平行和交叉的大规模神经回路，它们包含了相互连接的皮质和皮质下的组成部分。在这种情况下，基于这种对神经网络施加“伪”损伤的概念来开发的技术无疑为研究大脑网络结构提供了新的角度。但值得注意的是，尽管nTMS只能在大脑皮质上定位功能位置的图谱，但它目前尚无法针对白质束绘制功能分布，这些也是连接组学的重要组成部分。从临床角度来看，在脑外科手术中保护皮质下通路至关重要，因为众所周知，白质连接了神经可塑性。换句话说，目前，仍然需要将nTMS与其他功能定位技术（特别是术中DES）结合使用，以便更广泛地验证并弥补其无法直接检测纤维功能的不足。 将复杂的脑部功能定位领域的近期新进展融入现代临床神经科学，特别是神经外科非常重要，可以方便患者获益于中枢神经系统信息处理研究近期新技术对治疗的指导。我毫不怀疑，Sandro M. Krieg教授及其同事撰写的这部综合性专著将以相当很好的方式实现这一目的。总的来说，这本书是对神经外科和脑部功能定位技术发展具有重大贡献的著作。如果在您的神经外科中仅有一本关于nTMS的参考书，那就必须是它！ Hugues Duffau，M.D., Ph.D. 于法国蒙彼利埃 前  言 7年前，神经外科开始使用nTMS，当时用它进行术前运动功能脑区定位，随后我们又开发了语言功能脑区的定位方案，我们的医生及学生志愿作为受试者积极参与此项目。此后，我们又将此语言功能定位方案用于脑肿瘤患者。最近我们开始使用nTMS定位其他功能的皮质控制区，同时探索将其应用于疾病治疗。 与此同时，我们优化nTMS功能数据，并将其整合到神经外科手术常规路径中。 我们的外科医生开始学习使用以及分析数据。随后，在跨学科肿瘤委员会讨论中，nTMS数据也成为了常规项目。 我们将nTMS数据整合进了医院的电子影像系统，使每个医生都能快捷地获取并浏览分析结果，也极大地方便了年轻医生对nTMS的快速熟悉及掌握。 随着这些发展，我们进行了开创性的国际合作，获得了非常有价值的临床数据，更重要的是，也结交了许多新朋友。 因此，本书也是我们与国际上神经外科专家在nTMS上相互交流的结果。同时，此书也将作为国际神经外科间联系的桥梁，因为nTMS的研究也需要国际间的紧密合作。 本着这种精神，我们TUM团队每年都会热忱接待来自世界各地的朋友，为他们提供有关nTMS研究及其临床应用的培训及帮助。 借此，我们也结交了许多合作者和朋友，也为无限的科学交流提供了更多的选择。 在未来，欢迎越来越多的人来我院访问，并期待继续建立更多的研究人员交流计划。目前，我们已经和一些最紧密的合作者之间进行了人员互派和交流。 本书是由经验丰富的知名国际专家组成的团队认真创作而成，这使得本书融合了关于nTMS在神经外科的应用中各种独到的见解，这是少有的。在呈现各位国际专家的不同方法的过程中，我们并没有尝试为他们所描述的刺激方案、分析软件或使用的nTMS设备建立一个共识。相反，我们欢迎各个作者通过对其自身方法的描述，以使本书成为各种可行方案的集合体，而不是仅仅为了呈现我们团队的意见。 因此，我想鼓励每一位读者向我们的团队，特别是我，提供批评、建议和期待，以便使这种信息的收集方式能更好地为在这个不断发展的领域工作的人们提供方便。 Sandro M. Krieg，M.D.，M.B.A. 简  介 对脑功能区的定位和监测的研究已有多年。此领域一直是神经外科的重点，例如，在Wilder Penfield时代就已经开始在清醒手术下绘制大脑运动、感觉功能区。内在原因不言而喻，神经外科医生都致力于在不伤害患者的情况下接近切除肿瘤或癫痫病灶。这个理想，激励着许许多多的神经外科医生，其中也包括我自己。1980年代后期，在我职业生涯的开始阶段，我致力于临床神经生理学的研究，专注于运动诱发电位（MEP）。该技术促进了在睡眠（麻醉）患者中监测和绘制运动功能研究的发展。在一些创新研究团队的努力下，铺平了该技术临床应用的道路；同时，也为清醒手术下的脑语言功能图谱和监测提供了新的契机。由此，在没有研究证实术中MEP脑功能定位及术中运动功能监测（IOM）可以预防神经损伤的情况下，使用这些设备就已经成了临床神经外科医生工作的一部分。如今，通过DES进行术中IOM和MEP已经成了较为成熟的技术。在我的临床工作中，必须要使用它们来进行功能脑区的高级别胶质瘤手术。 显而易见，现代神经外科手术的目标是要实现对低级别胶质瘤以及高级别胶质瘤和转移瘤的全切（GTR），以期达到优选的肿瘤预后和脑功能保存。因此，神经外科医生正在寻求一种可行性方案，能够在术前确定相关功能区域以评估手术风险并制定合适的手术方案和确定安全的手术入路。简而言之，在与患者一起前往手术室之前就要做好准备。 以非侵入性的方式进行的术前功能定位使用功能性磁共振成像（fMRI）和脑磁图描记术（MEG）。然而MEG需要很多相关的设备，因此并未被广泛接受。在大约20年的时间内，fMRI被认为是神经外科患者无创功能定位的标准。然而，fMRI所测量的血氧水平依赖信号（BOLD）的空间分辨率和准确度不佳，尤其是在脑实质肿瘤的邻近区域；因为这些肿瘤严重损害了氧合作用从而干扰BOLD信号的对比度。在脑肿瘤附近区域的fMRI功能定位和术中DES一致性很差。因此，它们不能为患脑胶质瘤或转移瘤的患者提供准确的术前非侵入性脑功能定位提供合适的方案。金标准仍然是侵入性测量，但是这些只能在配备特定设施（如癫痫诱发装置）的医疗中心开展。 直到最近，nTMS被引入作为神经外科手术前定位的新选择。多年来，将这种“老的”技术用于功能定位——经颅磁刺激（TMS）——和神经外科手术导航进行结合，就可以实现颅内电场以及场强变化的实时定位。神经外科医生现在第一次拥有了一种工具，它允许我们能在手术前定位功能和非功能的皮质，其准确度与术中DES相当。通过分析这些准确的数据，有助于为患者更好地解释临床治疗策略、手术方式和肿瘤学上的判断。虽然已经建立了运动和语言功能的定位方案，但目前对于精神病学或认知功能的定位仍然有待于研究。目前对于清醒下神经外科手术定位而言，nTMS的潜力无限。 除了单纯的功能定位外，导航下重复TMS（nrTMS）也可以对脑功能施加影响。除了被用于抑郁症或慢性疼痛的治疗，随机多中心研究发现nrTMS对慢性卒中患者的失语和运动恢复也有积极作用。因此，与其等待肿瘤影响了脑功能，还不如先使用nrTMS对脑功能施加影响，使相关脑功能在非手术切除区域得以重建，从而保存该功能。虽然此技术的影响将是无与伦比的，但是通常神经科学的进步如同婴儿学步一般，nTMS虽然只是其中的一小步，但它却如此显著地推进了对神经功能的探索，使我们更加接近理想目标。 因此，本书接下来的内容中，将为读者提供此领域的第一本综合指南，旨在向神经外科医生介绍这种新模式、当前应用方案的参数、相关临床应用以及未来的应用"

第一篇nTMS概论
1nTMS基本原理2
2nTMS，MEG和功能性磁共振：三种功能影像技术的比较27
3临床实践中功能数据的整合44
4nTMS使用的安全考虑58
第二篇nTMS运动定位
5nTMS运动定位：基本原则和临床应用76
6基于nTMS的运动区DTI神经纤维追踪84
7通过nTMS运动皮质兴奋性对运动脑区手术进行风险分级100
第三篇nTSMS语言定位
8nTMS语言映射：基本原理和临床应用112
9nrTMS数据在语言网络中的应用130
10nrTMS语言定位的风险分级144
第四篇特别方面
11进一步的脑功能定位154
12儿科nTMS应用中的特殊问题和解决方案178
第五篇nTMS在神经外科中的治疗应用
13疼痛治疗中的导航rTMS应用188
14瘫痪治疗197
第六篇未来nTMS的潜力
15nTMS/EEG结合的潜力：意识测量218
16神经外科中的大脑可塑性225
17nTMS在神经外科手术中的前景展望242