神经外科诊疗新技术与研究的最新进展2023.docx

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1、神经外科诊疗新技术与研究的最新进展2023摘要神经外科领域临床需求的快速增长推动了技术的不断创新迭代，从精细手术到个体医疗，从分子可视化到数字智能化，从延长患者生存时间到恢复神经功能,不断涌现的新发现、新知识、新技术和新器械拓宽了诊疗窗口，提升了治疗效能，也给神经外科医师带来了机遇与挑战。本文从神经影像、神经导航、机器人手术辅助系统等新技术的应用出发，围绕中枢神经系统肿瘤、脑血管病外科治疗、功能神经外科、神经损伤与神经修复等多个亚专科的实际临床问题，详细总结了影像技术创新应用、精细手术发展、个体化神经功能替代治疗及多维信息数字化等研究热点，并对未来研究方向进行展望。神经外科是通过手术治疗神经系

2、统疾病的重要学科。科学技术的进步拓宽了神经外科的诊疗窗口，提升了诊治效能。我们结合国内外文献和既往临床与科研经验，从神经影像、神经导航与机器人手术辅助系统等新技术的应用出发，围绕中枢神经系统肿瘤，脑血管病外科治疗，功能神经外科,神经损伤与神经修复等多个亚专科的实际临床问题，详细总结了影像技术的创新应用、手术精细化发展、个体化神经功能替代治疗及多维信息数字化等研究热点，并对未来研究方向进行展望。一、神经外科诊疗新技术(一)神经影像技术脑部结构与功能靶点可视化是神经外科疾病治疗决策的关键1L在择期手术方面,以MRI为代表的影像学技术正向高时空分辨率和人工智能计算后处理方向不断突破,如高场强7T-M

3、RI可进行更清晰的血管成像和病灶检测2,3;高场强MRI与功能MRI相结合实现了电生理空间分辨率的扩展和认知模型的解析4;新型线性扫描方法实现了神经元活动空间定位与毫秒级成像5；深度神经网络计算可解析脑功能环路与关键节点6,70在急诊手术和重症监护方面，低场强(0.2T)便携式MRI系统为急性脑病变的检测提供了可能。便携式MRI系统具有高性能、低成本、可移动、智能化的特点，与计算影像学相结合，可清晰显示脑部结构，对缺血、白灰质病变和轴外出血等疾病的诊断灵敏度高80目前，我国基层医疗设备配置水平差距较大,便携式MRI系统可助力基层医疗机构完善急性脑病变的早诊早治，提升基本医疗卫生服务水平。此外,

4、新型PET探针、激光、超声、近红外等技术在临床广泛应用9J0z如利用实时功能超声成像监测新生儿癫痫发作脑活动状态11,应用靶向氨基酸转运体区分胶质瘤类型以辅助术前规划12,F-DOPA探针用于评估帕金森病患者多巴胺能神经元功能13,使用颅光刺激技术改善脑认知障碍并提升个体工作记忆等14z15o靶向酶、细胞内信号分子、基因突变位点、离子通道等多维度的可视化位点，在疾病诊断、手术和综合治疗全流程中有不可替代的作用16o（二）神经导航和机器人手术辅助系统神经外科手术对精确度和安全性要求极高。神经导航突破了传统肉眼观察解剖标志的局限，可实时将患者与器械的空间位置相对应，在神经外科手术中被广泛应用18L

5、但目前导航技术仍存在一些局限，如功能区判定、配准误差、脑移位、器械跟踪误差和与用户交互不足等18o国内外多个团队已开展围手术期和术中脑功能定位图谱的研究19,20,建立了弥散功能成像、直流电刺激、正中神经电刺激诱发被动脑电响应等多种定位方法，为个体化定位提供可能。通过多模态导航手术，配合术中神经电生理监测、术中唤醒等技术可更好地对患者的大脑功能区进行保护21o机器人手术辅助系统是医工结合的又一转化成果。神经外科机器人手术辅助系统可用于深部电极植入、脑组织活检、卢页内异物穿刺、核团损毁和辅助介入等22o与传统显微操作相比，机器人辅助具有角度操作大、操作精准性高、术者疲劳感低及可远程操作等优势23

6、o全国多家医院的神经外科医师在机器人辅助下完成了难治性癫痫患者的立体定向脑电图电极植入，其平均轴向绝对误差低于1mm24,精准度高于传统方法25L此外，介入治疗辅助机器人系统具有可自动化操作、手术时间短、安全性高和电离辐射暴露风险低等诸多优点，已应用于脑血管造影、颅内动脉瘤栓塞、颈动脉支架植入和鼻出血栓塞等多种术式，具有良好的发展前景。未来，机器人手术辅助技术应往精准导航、敏感力反馈、丰富软件支持、快速器械切换等方面深入发展，并结合人工智能优化导航及机器人辅助效率，提升手术质量，扩展机器人辅助手术的适应证。(三)数字神经外科患者信息数字化是实现精准医疗的重要保障。在生物标志物数字化方面，广义的

7、数字标志物包括了患者的临床特征、影像学检查结果、基因数据和疾病标志物等信息。建立匹配的数据收集模式和云储存办法可降低患者就医成本，提高异地治疗同质性。同时，随着液体活检、分子显像、蛋白组学测序等新型检测技术的发展，扩展数字标志物采集办法，建立大型真实世界数据库并挖掘新型疾病诊疗靶点是未来重要方向。在数字模拟方面，虚拟现实技术可让医师进行模拟手术，增强现实系统可将患者脑部全息图像投射到医师端头戴式显示器，以进行仿真培训。元宇宙平台是承载虚拟活动的平台，人工智能医学影像分割与云建模、远程协作与教学、全息可视化医患沟通、高精度轻便定位导航等元宇宙关键医疗技术的研发，可形成神经外科元宇宙应用范式,赋予

8、医师透视眼。混合现实设备不仅便携、操作简单，其系统价格也远低于术中导航设备，大大减轻了基层医院经济负担和医师操作难度。数字化神经外科有望拉近各方距离，实现了多场景、多功能与使用成本的有效平衡，为神经外科手术提供精准和个性化的指导。二、各亚专科的诊疗新进展(一)中枢神经系统肿瘤诊疗新进展我国中枢神经系统肿瘤的发病率和死亡率均在较高水平26,疾病诊疗仍面临巨大挑战。组织学形态相同的中枢神经系统肿瘤往往生物学特征不同，同病不同命是既往神经肿瘤患者的普遍特点。第5版WHO中枢神经系统肿瘤分级系统首次纳入基因、分子和通路改变等特征，结合病理学特征对神经肿瘤进行了重新分级和定义。细化的肿瘤分类可帮助临床医

9、师建立完善的诊断标准和精准的治疗策略。国内学者研发了可于术中使用的基于小型质谱仪器的异柠檬酸脱氢酶isocitratedehydrogenasezIDH)突变检测试剂盒，1.5min内即可获得检测结果27;LU等28报告了全球最大样本量的术中电刺激语言皮质功能图谱；Zhao等29开发了超2000例的胶质瘤功能基因组学数据库。国外团队近期通过纳米孔甲基化测序和机器学习算法，实现了低成本术中神经肿瘤分类，诊断时间小于90min,可协助神经外科医师进行手术决策。基于现有研究成果，对于分子分型中预后较好的肿瘤，可采取术中快速鉴别诊断、常规手术切除；对于分子分型中预后较差的肿瘤，可采取新型分子可视化方法

10、，在保留关键脑结构和脑网络映射的基础上，实现肿瘤最大程度切除。1 .肿瘤分子可视化:特异性分子探针有望提高各种类型神经肿瘤的检出率,准确预测治疗效果、监测复发。以垂体腺瘤治疗为例,生长抑素受体显像、多巴胺受体显像，以及IIC-蛋氨酸、18F-氟代乙基酪氨酸等分子显像剂的应用，能在判断功能性微腺瘤术后肿瘤残留或复发的同时，预测药物治疗反应30,310新型可视化方法亦重新定义了浸润性生长肿瘤的生长环境，如高分子聚合物构建的荧光分子探针可实现肿瘤缺氧酸性环境的300倍放大响应成像32;快速、无创的水通道蛋白4高分辨磁共振成像能有效进行全肿瘤扫描，并预测其放化疗敏感性33;MRI/拉曼双模态PH响应探

11、针可勾勒胶质瘤酸性代谢边界”在术中及时消除隐匿性病俎34,相关技术有待进一步在临床大规模推广。2 .新兴治疗方法的探索：免疫治疗和靶向治疗等在中枢神经系统肿瘤中具有很强的应用前景。目前，关于免疫检查点抑制剂治疗胶质瘤的相关研究取得了实质性进展，三项围绕PD-1单克隆抗体展开的临床试验(CheckMate-143xCheCkMate-498、CheckMate-548)结果均未达到预期35o改变给药策略并在新辅助治疗中使用PD-1抗体可能是延长复发胶质母细胞瘤患者生存期的办法36o尽管免疫检查点抑制剂可一定程度增强T细胞作用，但无法逆转免疫衰竭37L作为主动免疫疗法，溶瘤病毒可改变肿瘤免疫微环境

12、。溶瘤疱疹病毒一期临床试验CAN-3110的结果表明，病灶内注射溶瘤疱疹病毒能增强复发胶质母细胞瘤患者的免疫浸润，疱疹病毒1血清阳性患者的中位总生存期为14.2个月，与T细胞浸润增加密切相关。针对EGFRvfflxHER2和IL-13R2三种抗原的嵌合抗原受体细胞疗法的临床试验结果证实，该疗法安全、可行,是一种潜在有效的方法38,39,40o然而由于肿瘤存在异质性和抗原缺失等问题，该疗法在神经系统肿瘤中的应用仍面临挑战。如何强化免疫治疗效果且不引起免疫因子风暴是免疫治疗的重点。基于表皮生长因子受体VIn的疫苗治疗胶质母细胞瘤的二期临床试验结果满意，但在三期临床试验中未达到预期效果41,42,4

13、3L与细胞疗法面临的挑战类似,复发肿瘤的免疫逃逸特征是疫苗治疗期间亟待解决的问题。多项研究结果表明，免疫抑制性巨噬细胞是导致T细胞反应减弱的重要干扰因素44o因此，必须进一步了解脑肿瘤内的免疫微环境，开发新技术以筛选肿瘤或免疫抑制细胞的抗原位点，减少抗原丢失，延缓免疫细胞衰竭。新型靶向药在部分中枢神经系统肿瘤的治疗中取得了良好的颅内控制效果。对2级胶质瘤患者IDH1/2突变的靶向口服药物Vorasidenib可明显延长患者无进展生存期和放化疗干预时间45,这也是近20年来低级别胶质瘤治疗的重大突破；靶向IDH野生型复发胶质瘤中融合基因PTPRZ1-MET的小分子抑制剂伯瑞替尼，已完成一至三期临

14、床试验460同时，有学者在胶质瘤中发现了突触结构和间隙连接，能唤起持久的去极化电流和电网络反应。这种级联电反应最终会促进细胞的侵袭和有丝分裂。对此，经颅电场或磁场可能是切断该联系的重要方法。EF-14试验结果表明，与单独使用替莫嘤胺相比，肿瘤电场治疗联合替莫嗖胺维持治疗可提高新诊断的胶质母细胞瘤患者的生存期（20.9个月比16.0个月）470电场治疗能向肿瘤区域提供低强度（13V/cm中等频率（100300kHz）的额外电流，这种交替电流不会影响神经活动，而会阻碍癌细胞的有丝分裂。微管是神经元与胶质瘤沟通的重要结构，电场治疗可破坏微管的形成48,49o电场治疗还会诱导肿瘤细胞释放更多的微核，导

15、致免疫通路cGAS/STING的激活50o靶向肿瘤神经生物特征可能是治疗肿瘤的重要方法。在难治性三膜瘤中，NF1/2、AKT1、VEGFVEGFR2sBRAF等分子靶点对靶向治疗具有重要意义51o部分复杂和难治性肿瘤尚缺乏关键治疗靶点和较公认的动物模型，利用基因编辑技术建立体细胞突变细胞系、培养全仿真类器官肿瘤模型等方法，可建立更贴近真实情况的模型，指导制定神经肿瘤临床治疗策略及判断预后52,531类器官模型的构建和筛选,能准确预测肿瘤对嵌合抗原受体T细胞免疫疗法、表皮生长因子受体靶向治疗的反应。未来类器官模型应更加注重神经元、免疫细胞等微环境相互作用关系模拟，辅助新靶点开发。随着放疗技术的不

16、断发展进步，质子重离子治疗、螺旋断层放疗等技术的应用也日益广泛，如何应用不同技术优势，在保护正常脑组织及神经功能情况下细化全身和局部的治疗策略，值得深入探索。（二）脑血管病的外科治疗新进展心脑血管疾病的发病率高，在全球范围造成了沉重的医疗负担54o颅内动脉瘤、脑血管畸形、烟雾病、非创伤性脑出血等是脑血管病外科诊治的主要范畴，其进展主要为以下三方面：手术微创化、诊疗复合化、治疗个体化。在手术微创化治疗方面，动脉瘤锁孔入路、神经内镜清除血肿、急诊介入机械取栓等微创手术可通过较小的创伤，在保证患者安全性和治疗有效性的基础上，缩短恢复期。颅内动脉瘤血管内治疗的方法从瘤囊内填塞转向血管壁重建，通过网状植入物使动脉瘤内血液阻滞淤积并进一步闭塞。通过高分辨黑血磁共振可对脑动脉瘤的不同强化信号分类，准确预测脑动脉瘤破裂风险55o多组学分析