漢語語言中樞的多模態(tài)技術(shù)研究及其在外科手術(shù)定位中的應(yīng)用.pdf

1、近年，人類對腦功能的研究越來越重視。2013年初，美國和歐盟都推出了“人腦計劃”，希望通過10年繪制出人腦活動圖。語言是人腦獨(dú)有的高級認(rèn)知功能。人類的一切心理活動都離不開語言。當(dāng)前，腦病變患者對醫(yī)療質(zhì)量的要求日益提高，已不再是一味地追求生存，而是更加注重有尊嚴(yán)有質(zhì)量的生活。由于存在個體差異和受病變所致的腦功能移位、重組(reorganization)或塑形(plasticity)，神經(jīng)外科手術(shù)借助傳統(tǒng)解剖標(biāo)志來定位腦語言功能區(qū)，不僅不準(zhǔn)

2、確，而且可誤傷腦語言皮質(zhì)和語言網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致術(shù)后病人失語及認(rèn)知障礙。因此，迫切需要尋找有效的技術(shù)以實現(xiàn)語言區(qū)的精確定位。然而，既往絕大多數(shù)語言定位的理論都是基于英語等拼音字母語言的研究結(jié)果，迄今，對漢語的語言定位仍缺乏系統(tǒng)的研究。因此，通過探索語言定位的新技術(shù)以及漢語語言分布和語言網(wǎng)絡(luò)既有助于拓寬現(xiàn)有的語言定位手段，又可以從宏觀上了解漢語語言的定位和分布特點(diǎn)。
　　本論文基于多模態(tài)的技術(shù)手段（術(shù)中皮質(zhì)電刺激、任務(wù)態(tài)功能磁共振、靜息態(tài)功

3、能磁共振、彌散張量成像、術(shù)中磁共振），在國人漢語人群中進(jìn)行了一系列探索和研究。第一部分通過55例患者的功能預(yù)后證實了喚醒麻醉下術(shù)中皮質(zhì)電刺激（金標(biāo)準(zhǔn)）定位語言中樞的可靠性，這是后面兩部分研究的立論基礎(chǔ);第二部分提出了3種語言定位新技術(shù)和新方法，并經(jīng)金標(biāo)準(zhǔn)驗證，實現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新;第三部分構(gòu)建了基于功能磁基振和電生理的漢語語言分布圖和語言網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了理論創(chuàng)新。
　　第一部分:3T iMRI環(huán)境下喚醒麻醉聯(lián)合術(shù)中語言皮質(zhì)定位技術(shù)在語言區(qū)腦

4、膠質(zhì)瘤手術(shù)中的應(yīng)用
　　喚醒手術(shù)和術(shù)中MRI兩種技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于臨床，其應(yīng)用的可靠性和有效性并分別得到證實?？墒?，兩種復(fù)雜技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的經(jīng)驗和報道卻比較有限。我們在論文中報道了本單位在術(shù)中MRI環(huán)境下進(jìn)行喚醒手術(shù)的經(jīng)驗和方法并且定量的評估了對語言區(qū)腫瘤患者的功能預(yù)后以及切除程度的影響。共55例（從2010年12月-2012年12月）語言區(qū)的腦膠質(zhì)瘤患者納入本研究。切除程度的評估通過體積分析法實現(xiàn)，語言的評估采用漢語失語癥檢查表。

5、手術(shù)中MRI掃描采用局部鋪巾法，語言皮質(zhì)定位采用自行研制的喚醒麻醉腦功能刺激設(shè)備（專利號:201220303939.1）。
　　結(jié)果發(fā)現(xiàn)，共有22名患者(40％)在術(shù)后1周出現(xiàn)近期語言障礙，只有2名患者(3.6％)出現(xiàn)永久性（術(shù)后6月）語言障礙。由于術(shù)中MRI的參與，55名患者腫瘤的全切率從34.5％增加到63.6％。其中共有23名(41.8％)患者在術(shù)中MRI掃描后獲得進(jìn)一步的切除。中位切除程度從91.6％(范圍45.7％-99

6、.0％)增加到100％(范圍74.0％-100％)，并具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)。局部鋪巾法不僅達(dá)到無菌手術(shù)操作要求，而且能夠滿足術(shù)中MRI掃描要求和克服喚醒麻醉的氣道管理難題。沒有發(fā)生與鋪巾法有關(guān)的并發(fā)癥。腦功能刺激裝置顯著提高了喚醒手術(shù)的工作效率。
　　本部分結(jié)果表明1）聯(lián)合術(shù)中MRI以及語言皮質(zhì)定位兩項技術(shù)應(yīng)用于語言區(qū)腫瘤手術(shù)有助于語言功能的保護(hù)的同時提高全切率;2）基于大樣本的病例預(yù)后隨訪證實喚醒麻醉下的術(shù)中語言皮質(zhì)定

7、位是可靠的。
　　第二部分:漢語語言中樞定位的技術(shù)創(chuàng)新
　　術(shù)中語言皮質(zhì)定位技術(shù)是語言定位公認(rèn)的金標(biāo)準(zhǔn)。然而，該技術(shù)具有下列不足，一是無法用于術(shù)前的計劃，且無法直觀的顯示與腫瘤的位置關(guān)系;二是只局限在骨窗有限的范圍內(nèi)，無法全面的顯示整體語言網(wǎng)絡(luò);三是需要患者的配合，無法應(yīng)用于兒童以及語言障礙或不合作患者。因此，迫切需要尋找和探索新的語言定位手段以彌補(bǔ)現(xiàn)有定位手段的不足。
　　本部分基于三種不同的影像學(xué)模態(tài)（彌散張量成像

8、，任務(wù)態(tài)fMRI，靜息態(tài)fMRI），分別針對外科手術(shù)目前應(yīng)用的不足和缺陷，提出了三種語言定位的新技術(shù)和新方法。第一種技術(shù)，將弓狀束纖維示蹤技術(shù)應(yīng)用于額葉皮質(zhì)的定位，并通過金標(biāo)準(zhǔn)對其定位的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗證，定位的靈敏度是70.0％，特異度是97.6％，如果將弓狀束周圍1厘米作為標(biāo)準(zhǔn)，靈敏度和特異度分別為90.0％和96.0％，特異度未明顯下降的前提下靈敏度得到極大的提高。第二種技術(shù)，我們將任務(wù)態(tài)fMRI與術(shù)中MRI結(jié)合，首先提出喚醒麻醉下術(shù)

9、中功能磁共振技術(shù)，克服了術(shù)前fMRI的腦移位問題。本論文探索了該技術(shù)定位的可行性，并在個體病例上通過電生理結(jié)果驗證了其可靠性。第三種是方法學(xué)的創(chuàng)新，獨(dú)立成分分析法進(jìn)行靜息態(tài)fMRI分析的最大難題就是需要人為的判斷各個成分，我們引入了d'(d-prime)的計算方法成功的實現(xiàn)了分別基于組水平和個體水平的語言成分的篩選，同時將該技術(shù)應(yīng)用于腫瘤患者進(jìn)行語言區(qū)定位，初步證實了該方法的可行性。
　　第三部分:基于功能磁共振和電生理的漢語語言

10、皮質(zhì)分布圖和語言網(wǎng)絡(luò)的建立
　　越來越多的證據(jù)表明漢語語言的處理不同英語等語言。由于語言的復(fù)雜性和缺乏動物模型，現(xiàn)有的漢語語言的研究基本都局限于功能神經(jīng)影像的研究。神經(jīng)外科是唯一可以實現(xiàn)與大腦“面對面”交流的學(xué)科，這也就提供了一個獨(dú)特的機(jī)會通過術(shù)中語言皮質(zhì)定位技術(shù)構(gòu)建漢語語言的分布圖和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本部分我們首先分別構(gòu)建了腦膠質(zhì)瘤患者三種任務(wù)模式（圖片命名，動詞產(chǎn)生和默讀詩歌）和正常志愿者的一種任務(wù)模式（圖片命名）的fMRI的語言分布

11、圖;接下來，通過將55例患者術(shù)中語言皮質(zhì)電刺激的陽性位點(diǎn)進(jìn)行合成，分別得到言語中止、命名性失語和閱讀性失語的皮質(zhì)分布圖;最后，以電生理的陽性位點(diǎn)作為種子點(diǎn)，通過功能連接，構(gòu)建基于金標(biāo)準(zhǔn)的漢語語言靜息網(wǎng)絡(luò)。
　　本部分的結(jié)果表明1）中央前回腹側(cè)部(BA6區(qū)的腹側(cè)部)和額葉島蓋部(BA44)對語言的產(chǎn)生具有至關(guān)重要的作用。我們推斷中央前回腹側(cè)部以及島蓋部應(yīng)當(dāng)是語言產(chǎn)生的核心區(qū)域，較傳統(tǒng)的broca區(qū)要后移;2）左側(cè)額中回(BA9區(qū))在

12、漢語的電生理定位中較英語更易出現(xiàn)語言任務(wù)的中止，證實BA9區(qū)是漢語語言處理中的一個特殊的節(jié)點(diǎn);3）漢語的語言分布范圍較印歐語系更加廣泛，個體差異更大;4）單一一種任務(wù)的fMRI進(jìn)行語言定位仍存缺陷，聯(lián)合多種任務(wù)進(jìn)行定位可提高可靠性;5）基于金標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建漢語語言靜息網(wǎng)絡(luò)是可行的，可能更接近真實的語言網(wǎng)絡(luò)。
　　結(jié)論：
　　本論文圍繞轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)對漢語語言定位開展了一系列的研究，主要結(jié)論和價值如下:
　　1、通過多模態(tài)技術(shù)構(gòu)建了

13、漢語語言分布圖和網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)了漢語語言的特殊性與共性，為漢語語言區(qū)手術(shù)提供理論指導(dǎo)。
　　2、通過技術(shù)和方法的創(chuàng)新，提出了多種可行且可靠的新技術(shù)方案進(jìn)行語言定位，為語言定位提供技術(shù)指導(dǎo)。
　　3、基于語言定位的復(fù)雜性，單一的定位方案并不可靠，可通過多模態(tài)技術(shù)互相驗證。
　　創(chuàng)新點(diǎn)：
　　1、首次報道喚醒手術(shù)和術(shù)中高場強(qiáng)MRI在語言區(qū)腫瘤的聯(lián)合應(yīng)用（國內(nèi)首次）；
　　2、首次通過電生理驗證了弓狀束纖維示蹤定位漢