2024年12月09日发布 | 1348阅读

【中国声音】OPM-MEG在脑肿瘤患者运动功能区定位中临床应用的首次探索

季楠

首都医科大学附属北京天坛医院

张扬

首都医科大学附属北京天坛医院

丁铭

北京航空航天大学

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2024年11月,首都医科大学附属北京天坛医院神经外科学中心季楠教授团队联合北京航空航天大学丁铭教授团队在神经影像杂志《NeuroImage》发表了一篇题为《A first-in-human application of OPM-MEG for localizing motor activity area: compared to functional MRI》的研究论文,首次在脑肿瘤患者中探索了无液氦脑磁图(OPM-MEG)在定位运动功能区方面的临床应用,发现OPM-MEG在运动功能区定位中具有不劣于功能磁共振成像(fMRI)的准确性。
OPM-MEG的具体优势在于:1.平均9分钟即可完成单个肢体运动功能检测,检测效率更高;2.定位准确性得到金标准——术中直接皮层电刺激(DCS)的验证;3. 所定位的信号分布更加集中,聚类离散度显著低于fMRI。OPM-MEG为神经外科手术的术前规划和功能保护提供创新技术支持。

首都医科大学附属北京天坛医院孙泰硕士、迟笑寒博士,北京航空航天大学彭禹铭博士为共同第一作者,首都医科大学附属北京天坛医院季楠教授、张扬教授,北京航空航天大学丁铭教授为共同通讯作者。





引言


对于位于运动功能区附近脑肿瘤来说,精准定位运动功能区对于实现最大安全程度切除肿瘤至关重要。传统功能定位方法包括功能磁共振成像和超导量子干涉仪脑磁图(SQUID-MEG),但功能磁共振间接性测量方式易受肿瘤周围血流异常的影响,而传统脑磁图的高成本和复杂维护也限制了其使用。基于原子磁力计的新型脑磁图系统克服了传统MEG的诸多限制,具备低成本、高灵敏度等优势。本研究首次探索了OPM-MEG在脑肿瘤患者运动功能区定位中的临床应用,并通过术中直接皮层电刺激验证其准确性,展现了其在神经外科实践中的应用前景。





主要结论


1
研究流程

本研究招募了7名脑肿瘤患者和5名健康志愿者,分别采用光泵磁力计脑磁图(OPM-MEG)和功能性磁共振成像(fMRI)对运动功能区(手部和足部)进行定位。研究利用聚类分析(如WCSS和BCSS指标)评价信号集中性,全面比较两种技术在定位精确性和准确性方面的表现。最终通过术中直接皮层电刺激(DCS),验证两种方法的定位结果是否准确。

图1:研究流程

2
OPM-MEG精准、高效定位运动功能区

研究结果表明,OPM-MEG在运动功能区定位中具有与fMRI相当的准确性,在精确性上表现更优。OPM-MEG所定位的信号分布更加集中,聚类离散度显著低于fMRI。检测效率方面,OPM-MEG平均每次仅需约9分钟,相较于传统SQUID-MEG大幅缩短检查时间,更适合临床状态下降的脑肿瘤患者。

图2:OPM-MEG设备主要组成及运动检测范式;OPM-MEG与fMRI定位运动功能区成功率及激活信号准确性、精确性对比。

3
OPM-MEG定位功能区的术中直接皮层电刺激(DCS)验证

结合神经导航系统,研究者于术中成功定位了OPM-MEG和fMRI的功能区位置。研究结果显示,对OPM-MEG定位的三个患者运动信号中心点进行皮层电刺激均能够成功触发手和前臂的运动反应,而fMRI定位的中心点仅在两例中触发了前臂运动反应。该结果展现了OPM-MEG在定位运动功能区上具有较高的准确性。

图3:三名脑肿瘤患者OPM-MEG与fMRI在运动功能区定位中心点上的差异以及两种方法定位区域在术中直接皮层电刺激验证的结果。





总结


本研究明确了OPM-MEG在脑肿瘤患者中运动功能区定位的高效性和有效性,展现出其具有检测时间短、信号集中度高、定位准确性好等优势。这一发现为脑肿瘤手术中功能保护与精准切除提供了新工具,也为神经科学研究探索脑功能重塑和神经网络重建提供了重要支持。OPM-MEG作为一项便捷、经济且高效的技术,有望在临床应用和科研领域得到更广泛的应用。



季楠教授表示:


“OPM-MEG在脑肿瘤患者肢体运动功能检测中的主要优势在于检测的便捷性和结果的直接可读性,有望成为神经外科大夫手术中保护神经功能,最大化安全切除肿瘤的新武器。”






通讯作者简介


季楠 教授

首都医科大学附属北京天坛医院

● 首都医科大学附属北京天坛医院神经外科学中心,主任医师,博士研究生导师,现任首都医科大学附属北京天坛医院神经外科肿瘤六病区主任

● 社会任职包括中国医师协会神经外科分会神经肿瘤学组副组长,中国医师协会神经外科分会医师考核专家委员会委员,北京抗癌协会理事,北京市神经外科学科骨干

● 专业方向为颅内肿瘤的手术和综合治疗,近5年来承担脑胶质瘤的手术及综合治疗及创新性医疗器械方面国家及省部级课题8项,主持国际注册临床研究6项

● 以通讯作者及共同第一作者在《Science advances》《EBioMedicine》《Metabolism》《Analytical Chemistry》《NeuroImage》《European journal of nuclear medicine and molecular imaging》等国际知名杂志发表论文50余篇


张扬 副教授

首都医科大学附属北京天坛医院

● 首都医科大学附属北京天坛医院神经外科学中心,主任医师,硕士生导师。2011年毕业于北京协和医学院临床医学11年制,获得M.D.&Ph.D.学位

● 博士研究生期间接受了临床蛋白质组学和肿瘤免疫微环境方面科研训练。2018年6月至2019年6月在美国杜克大学免疫学系进行脑胶质瘤细胞免疫治疗转化研究

● 目前主要从事脑胶质瘤手术治疗、免疫治疗、精准药物治疗及创新医疗器械研究,主持和参与了10项国家及省部级课题,作为主要参与者正完成4项脑胶质瘤免疫治疗临床试验和1项胶质瘤精准治疗临床试验。第一作者或通讯作者共发表SCI论文20余篇


丁铭 教授

北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院

● 教授,博士生导师

● 国家高层次人才,北京市优秀青年人才,首都医学创新学者

● 主要研究方向为量子精密测量及医疗应用,先后主持国家重点研发计划、国家自然基金、装备预研基金重点项目、北京市自然基金等十余项国家和省部级课题

● 以第一作者或通讯作者发表SCI论文100余篇,申请国家发明专利60余项

● Photonic Sensors期刊编委,中国激光杂志社青年编委,中国仪器仪表学会量子传感与精密测量仪器分会理事



END

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