神經外科手術希望能最大限度的切除病變，延長患者的生命，同時也要求保持患者良好的生活質量。保留腦的功能不但要求保護重要的功能區皮質，也要保持皮質下纖維結構的完整，隨著計算機技術和磁共振技術的發展，有學者將纖維束示蹤成像技術與神經導航系統相結合，並取得良好效果。
1、磁共振腦彌散張量成像技術和白質纖維束示蹤成像
所謂彌散是指分子的隨機運動，即布朗運動。如果水分子在各個方向的彌散能力相同，稱之為各向同性。由於生物體組織結構的複雜性，體內的彌散是一種三維的過程，成像體素內所有方向上彌散的方向和距離都不可能一致，稱之為各向異性。所謂張量是一個物理學和工程學上的概念，用於表示一系列3D向量的實體內的張力，腦白質中每一個體素的各向異性彌散過程就可用張量來表示。
磁共振彌散張量成像（diffusiontensorimaging，DTI）是指在常規彌散成像的基礎上通過在三維空間內改變彌散梯度敏感性脈衝的方向來觀察水分子彌散的各向異性的技術。它利用多種引數和資料處理，從量上和方向上反映
成像體素內彌散的變化，在顯示腦白質纖維方面具有獨到的優越性〔1,2〕。在中樞神經系統內，細胞膜、軸突膜、細胞骨架等結構限制了水分子的運動，白質中，垂直於神經纖維方向的彌散因受到髓鞘和細胞膜等結構的限制，其彌散速率較平行於神經纖維方向的慢，即表現為各向異性〔3,4〕。為了顯示這種組織中的各向異性，引進了DTI技術。它是可以有效的測量各向異性組織中水分子在不同方向上彌散程度的方法，藉此顯示白質纖維束的走行和排列的緊密程度〔4〕。DTI中有兩類量化引數，第1類是平均彌散率，代表了某一體素內水分子彌散的大小或程度。第2類是各向異性指數，反映水分子彌散的方向性，最普遍應用的各向異性指數為部分各向異性（fractionalanisotropy，FA），FA指彌散張量的各向異性成分與整個彌散張量之比。在完全各向同性的介質中，FA＝0，在圓柱狀對稱的各向異性介質中，FA接近1，FA值是顯示白質纖維束是否損傷和損傷程度的敏感指標，其值越高提示組織具有更好的方向性和更好的纖維束粘合程度〔4,5〕。
白質纖維束示蹤成像是根據磁共振彌散張量成像繪製白質纖維束的方法，是目前唯一能夠活體繪製人類白質纖維束的方法，在神經外科術前計劃的制定及指導手術方面有重要的價值。目前三維白質纖維束示蹤成像主要有兩種技術，即基於張量場的演算法及能量最小化的演算法。前者最常用的演算法是線性延伸技術，是目前應用於臨床的主要演算法，它直接利用每個體素內的張量資訊進行每一步的延伸。簡單的線性延伸技術是在離散編碼場的基礎上將每一個體素連線起來，但其在體素間的延伸僅限於相鄰的8個體素，因此對白質纖維束顯示不利，連續示蹤纖維分配技術是其改進的演算法，可使白質纖維示蹤更平滑，結果更為可靠〔1〕。連續示蹤纖維分配技術通過示蹤每個體素的區域性向量資訊，從種子體素開始向前後兩個方向呈線性延伸來重建纖維束。首先確定種子體素，然後沿每個體素本徵向量υ1的前後方向呈線性延伸，這一步驟不斷重複，直到示蹤到達1個FA值小於某一設定閾值的體素，和（或）2個主要本徵向量間的角度大於某一設定的角度時示蹤自動停止〔6,7〕。
白質纖維束示蹤成像可以顯示病變與臨近白質的解剖關係，有助於神經外科醫生最大限度的切除病變而不損傷周圍的傳導束〔7－14〕。Mori等〔12〕將腦腫瘤對白質纖維的累及分為四種形式：
1、腫瘤推移使白質纖維束的位置和方向異常，但FA正常或略為降低，提示瘤周纖維束保持完整，術中可以保留。
2、白質纖維束位置和方向正常，但FA明顯降低。這種形式常在血管源性水腫區域見到，具體機制未明。
3、FA明顯降低，在彩色方向圖上有異常的色彩，可能是由於侵襲性的腫瘤破壞了纖維束的方向性引起方向圖上色彩模式的改變。完全的各向同性彌散，從而在彩色方向圖上不能證實纖維束，這代表腫瘤完全破壞了纖維束。這些表現可以單獨存在也可以聯合存在。
2、纖維束示蹤成像導航技術
神經導航技術是近20年出現的無框架立體定向系統，隨著計算機、無線電和訊號學等相關學科的發展，使神經導航技術不斷提高，形成一個真正的實時性外科計劃和導航工具，可將手術器械、靶點結構和路徑精確的顯示於重建的三維影象上。現代影像學技術不斷的發展，為神經外科醫生提供了病灶與周圍具有特殊功能的腦結構的關係，正電子發射掃描技術（PositronEmissionTomographyPET）、功能性磁共振成像技術及腦磁圖技術逐漸應用於神經導航系統，形成功能神經外科導航〔15〕。但是，儘管這些技術有助於運動、感覺及語言等功能區的定位，卻不能提供腦內病灶與周圍傳導束的關係，在臨床應用中有一定的侷限性。
磁共振腦彌散張量成像技術和白質纖維束示蹤成像可以反應神經纖維的三維傳導方向，通過顏色的標記顯示其走行方向和路徑，應用於神經導航系統可使外科醫生在術前計劃和術中參考白質纖維束的方向而使手術更加安全有效，再結合術中實時電生理監測，可顯著的提高腦功能的保護〔8,9,11〕。初期在導航系統中考慮白質纖維束的嘗試是應用彌散加權成像，通過計算彌散張量資料加上方向資訊，可得到彩色編碼的FA圖，但是這種方法耗時較多，並且在很大程度上有賴於使用者的解剖學知識而不僅僅是病人的影像學資料，容易產生人為誤差〔10〕。白質纖維束示蹤成像技術的應用在一定程度上減少了人為誤差，Nimsky等〔10〕應用纖維束示蹤成像導航技術治療了16例病人，其中海綿狀血管瘤3例，膠質瘤13例，涉及錐體束14例，涉及視放射2例，取得了良好的效果，3例發生術後輕癱，其中2例完全恢復，纖維束示蹤成像所耗時間大約10分鐘，對於纖維束示蹤成像結果，同一操作者五次成像間的差異和五位不同操作者各自成像的差異都在很小範圍內，所得成像有很好的重疊性，說明纖維束示蹤成像的人為誤差很小，作者認為纖維束示蹤成像可以常規應用導航手術，並有很廣泛的價值。
腦結構的漂移是導航手術的一個主要問題，術中磁共振成像和術中超聲檢查有助於腦漂移的校正，但均較耗時，且術中磁共振在目前尚不能廣泛推廣。術中電生理監測也是當前神經外科手術中常用的神經功能保護技術[16,17]，皮層功能區和主要的皮質下纖維可以通過術中電生理監測來確認，然而，通過直接電刺激來確定纖維束可能會導致切除範圍的過大而致術後功能缺失，應用皮層下纖維電刺激地形圖技術，皮質下傳導通路要在距離切除邊緣2-3mm之內才能定位，可導致功能障礙發生率增加，而且在一項研究中發現50％的患者其傳導通路不能夠探測到〔10,18〕。直接纖維電刺激地形圖技術的一個難點就是如何尋找合適的刺激點。另外，在術中不斷的尋找和刺激纖維束要求中斷手術程序，延長了手術時間，這就要求對腫瘤和傳導束的解剖關係在術前和術中都能有很好的瞭解，而白質纖維束示蹤成像導航技術無疑會對此提供直接的幫助。對於白質纖維束示蹤成像的解剖有效性的評價，即如何“證實”其準確性是一個很關鍵的問題，通過電生理監測和刺激進行白質纖維束的定位，並通過與導航系統中所成白質纖維束示蹤成像相對照，應該是解決“證實”問題的一個有效途徑。術中電生理監測，包括皮層下纖維的直接電刺激，有助於實時校正纖維結構的位置以補償腦漂移的影響，且電生理監測是驗證白質纖維束示蹤成像的有效方法〔8－11〕，因此，將直接纖維刺激地形圖技術與纖維束示蹤成像導航技術相結合，對雙方的研究和應用都會有很大的促進作用。Kamada等〔11〕聯合應用纖維束示蹤成像導航技術和直接纖維束刺激技術手術治療6例涉及皮質脊髓束（corticospinaltract，CST）的病人。術前行單次激發平面回波序列MRI掃描，進行DTI纖維束示蹤成像，將所得纖維束示蹤成像與常規MRI影象融合重建，將融合後的影象資料輸入導航系統應用於術中導航。術中除麻醉誘導階段外，不應用肌鬆劑。開顱後，探測體感誘發電位和運動誘發電位，運動誘發電位的針形檢測電極插在手掌和腳趾的皮下，整個手術過程中，持續進行體感誘發電位和運動誘發電位的監測。在腫瘤切除過程中，當導航系統提示切緣接近皮質脊髓束時，進行直接纖維束電刺激，使用五個序列單向方波脈衝單極刺激，頻率為1Hz，每個脈衝持續時間為0.2毫秒，電流強度1－25mA。電纖維刺激通過條形電極作用於切除周圍數個點，以誘發手掌和腳趾的運動誘發電位。6例患者中3例直接纖維束刺激誘發出動作電位，其中一例當切緣距離術中導航所示皮質脊髓束小於0.5cm時，運動誘發電位波幅降低了50％，術後有短暫的偏身麻痺，另2例切緣距導航所示皮質脊髓束分別為1.0cm和0.5cm，直接纖維束刺激誘發的動作電位良好，此兩例做到了最大限度的切除腫瘤，同時功能保留完整。3例術中直接纖維束刺激未能引起運動誘發電位，腫瘤切緣距導航所示皮質脊髓束分別為1.0cm、1.5cm、1.5cm，術後無功能障礙發生。作者認為術中直接纖維束刺激的結果有效的驗證了磁共振腦彌散張量白質纖維束示蹤成像的準確性，並指出將直接纖維束刺激技術和纖維束示蹤成像導航技術有效的結合，將有助於更大限度的切除腫瘤，更好的保護腦功能，有著良好的發展前景。Kamada〔8〕報告的病例中有一例為右顳葉後部的膠質瘤，術中應用纖維束示蹤成像導航和視覺誘發電位，當切除範圍到達導航所提示的視放射時，視覺誘發電位突然消失，患者術後留有完全的左側偏盲，作者據此得出和前文相同的結論。
纖維束示蹤成像導航技術是隨著計算機和磁共振技術的發展而發展起來的新技術，也是目前唯一能在術前提供白質纖維束影像學資料的方法，隨著術中磁共振、術中電生理監測的普及和成像技術的不斷改進，將會有著良好的發展前景，為最大限度的切除病變和更好的保護腦功能提供幫助。
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