脳神経外科では.病巣を最大限に除去し.患者さんの命を長らえさせたいと願っていますが.同時に良好なQOLを維持することも必要です。 コンピュータ技術や磁気共鳴技術の発展に伴い.線維束トレーサーイメージングとニューロンナビゲーションシステムを組み合わせ.良好な結果を得た研究者もいます。 1.磁気共鳴脳拡散テンソル画像と白質繊維束トレーサー画像 拡散とは.分子のランダムな運動.すなわちブラウン運動を意味します。 水分子がどの方向にも同じように分散する能力があれば.等方性と呼ばれる。 生体の組織構造は複雑であるため.生体内の分散は3次元的に行われ.イメージングボクセル内の全方向の分散の方向と距離が同じにならないことを異方性といいます。 いわゆるテンソルは.一連の3次元ベクトル実体内の張力を表現するために用いられる物理・工学的概念であり.脳の白質内の各ボクセルの異方的拡散過程をテンソルで表現することができる。 磁気共鳴拡散テンソル画像（DTI）は.従来の拡散イメージングをベースに.拡散勾配帯磁率パルスの方向を3次元空間で変化させ.水分子の拡散の異方性を観察する技術である。 様々なパラメータとデータ処理により.撮像ボクセル内の拡散の定量的・方向的変化を反映し.脳内の白質線維を表示することに独自に優れている[1,2]。 中枢神経系内では.細胞膜.軸索膜.細胞骨格などの構造物が水分子の動きを制限しており.白質ではミエリン鞘や細胞膜などの構造物の制限により.神経線維の方向に垂直な拡散は.神経線維の方向に垂直な拡散より遅い.すなわち異方的である[3,4]。 この組織内の異方性を示すために.DTIという手法が導入されました。 DTIの定量的なパラメータには2種類あり.1つは平均分散率で.ある要素内の水分子の大きさや分散の度合いを表している。 異方性の指標としては.分散テンソル全体に対する異方性成分の割合を示すfractionalanisotropy (FA)が最もよく使われている。 FA値は.白質線維が損傷しているかどうか.またどの程度損傷しているかを敏感に示す指標であり.値が高いほど線維の配向性が良く.線維の接着が良好であることを示唆する[4,5]。 白質束トレーサーイメージングは.磁気共鳴拡散テンソル画像に基づいて白質束をマッピングする方法で.現在.人間の白質束を生体内でマッピングできる唯一の方法であり.脳神経外科における術前計画や手術誘導に大きな価値を持つ。 現在.3次元白質線維束トレーサーイメージングには.テンソルフィールドベースのアルゴリズムとエネルギー最小化アルゴリズムの2つの主要な手法がある。 前者の最も一般的なアルゴリズムは.現在臨床で主に使われている線形伸展法で.各ボクセル内のテンソル情報を伸展の各ステップで直接利用するものである。 単純な線形拡張技術は.離散的なコード化フィールドに基づいて各ボクセルを接続しますが.そのボクセル間の拡張は隣接する8つのボクセルに限られるため.白質線維束の表示には不利です。 連続トレーサー線維割り当て技術は.その改良アルゴリズムにより.白質線維のトレースがスムーズになり.より信頼できる結果が得られます [1]. 連続トレーサー繊維配置法は.各ボクセルについて.シードボクセルから前後両方向に直線的に伸びる局所ベクトル情報をトレースして繊維束を再構成するものです。 このステップは，トレースがFA値が設定された閾値より小さいボクセルに到達するか，または2つの主要な固有ベクトルの間の角度が設定された角度より大きくなるまで繰り返される[6,7]． 白質線維路のトレーサー画像は.病変と隣接する白質との解剖学的関係を示すことができ.脳神経外科医が周囲の伝導路を損傷することなく病変を最大限に切除するのに役立つ[7-14]。 が減少したことから.腫瘍周囲の線維路は無傷のままであり.術中保存が可能であることが示唆された。 2.白質線維路の位置.方向は正常であるが.FAが著しく低下している。 この形態は血管原性水腫の部位に見られることが多く.正確なメカニズムは分かっていません。 3.カラー方向性マップの異常色を伴う有意なFAの低下。おそらく浸潤性腫瘍が線維束の方向性を乱し.方向性マップのカラーパターンの変化を引き起こしたためと思われる。 カラー方向性マップ上で線維路が確認できないような完全な等方性分散は.腫瘍によって線維路が完全に破壊されたことを意味する。 これらの症状は.単独で.あるいは複合して現れることがあります。 神経ナビゲーション技術 神経ナビゲーション技術は.過去20年間に登場したフレームレス定位システムであり.コンピュータ.無線.信号などの関連分野の発展に伴い.神経ナビゲーション技術は向上し続けており.再構成された3D画像上に手術器具.標的構造.経路を正確に表示できる真のリアルタイム手術計画・ナビゲーションツールとなった。 脳神経外科医は.病変部とその周辺にある特定の機能を持つ脳構造との関係を知ることができ.PET.機能的磁気共鳴画像.脳磁図が徐々にニューロナビゲーションシステムに利用され.機能的脳外科手術のナビゲーションが形成されつつある[15]。 しかし.これらの技術は運動.感覚.言語などの機能領域の局在を明らかにするのに役立つが.脳内病変とその周囲の伝導路との関係を明らかにすることはできず.臨床応用には限界があった。 磁気共鳴脳拡散テンソル画像や白質線維束トレーサー画像は.神経線維の伝導方向を3次元的に反映し.その進行方向や経路を色分けして示すことができるため.脳神経外科のナビゲーションシステムに用いることで.術前の計画や術中の白質線維束の方向を参照し.より安全で効果的に手術ができるようになります。 11]. ナビゲーションシステムで白質線維路を考慮する最初の試みは.拡散テンソルデータに方向情報を加えて計算し.色分けされたFAマップを得るという拡散強調画像を適用したものであるが.この方法は時間がかかり.患者の画像データだけではなく.ユーザーの解剖学的知識に大きく依存するため.ヒューマンエラーが起こりやすい [10]． 白質線維束トレーサーイメージングの適用によりヒューマンエラーがある程度減少した。 Nimskyら[10]は.海綿状血管腫3例.グリオーマ13例.錐体束を含む14例.視神経放射を含む2例を含む16例の治療に線維束トレーサーイメージングナビゲーションを適用し.良好な結果を得た。術後に軽度麻痺が3例.うち2例は完全に回復している。 ファイバートレーサーによる撮影に要した時間は約10分であり.同じオペレーターによる撮影と異なるオペレーターによる撮影の差は小さい範囲であり.得られた画像の重なりも良く.ファイバートレーサーによる撮影におけるヒューマンエラーが少ないことが示された。 術中磁気共鳴画像や術中超音波は脳浮遊の補正に役立ちますが.どちらも時間がかかり.術中磁気共鳴はまだ広く普及していません。 術中電気生理学的モニタリングは.現在の脳神経外科において神経保護のためによく用いられる手法でもある[16,17]。 皮質の機能領域や主要な皮質下線維は.術中電気生理学的モニタリングによって特定することができるが.直接電気刺激によって線維路を特定すると.切除範囲が大きくなりすぎて術後の機能障害につながることがある。 局所皮質下線維電気刺激という技術を適用して.皮質下の伝導路は.皮質から2～3mm以内に位置していなければならないとされてる。 これは機能障害の発生率を高めることにつながり.ある研究では.患者の50％が伝導路を検出できないことが明らかになった[10,18]。 直接線維電気刺激トポグラフィ技術の難しさの一つは.適切な刺激点を見つけることです。 また.手術中に常に線維路を探し.刺激することは.手術の中断を必要とし.手術時間を延長させるため.術前.術中の腫瘍と伝導路の解剖学的関係をよく理解する必要があり.白質線維路トレーサー画像ナビゲーション技術が直接役立つのは間違いありません。 白質線維束トレーサーイメージングの解剖学的妥当性の評価.すなわちその精度をいかに「確認」するかは.重要な課題である。 これは.”確認 “の問題を解決するための有効な方法です。 皮質下繊維の直接電気刺激を含む術中電気生理学的モニタリングは.脳ドリフトを補正するためにリアルタイムで繊維構造の位置を修正するのに役立ち.電気生理学的モニタリングは白質繊維束トレーサーイメージングの検証のための有効な方法である[8-11]ので.直接繊維刺激トポグラフィーと繊維束トレーサーイメージングのナビゲーション技術を組み合わせれば両技術の研究と応用を大いに促進することができるだろう。 Kamadaら[11]は.大脳皮質脊髄路（CST）に関わる6人の患者の外科的治療において.繊維束トレーサー画像ナビゲーション技術と繊維束直接刺激技術を組み合わせた。 手術前に単励振面エコーシーケンスMRI検査を行い.DTI繊維束トレーサー撮影を行い.得られた繊維束トレーサー撮影を従来のMRI画像と融合・再構成し.融合画像データをナビゲーションシステムに入力して術中のナビゲーションとした。 術中は.麻酔導入期を除き.強心剤の投与は行わない。 開頭後，体性感覚誘発電位と運動誘発電位を検出する。 運動誘発電位用の針状検出電極を手のひらと足の指の皮下に挿入し，体性感覚誘発電位と運動誘発電位を手術中継続的にモニターする。 腫瘍切除中.ナビゲーションシステムが切開縁が皮質脊髄路に近いことを示唆したとき.周波数1Hz.パルス時間0.2ms.電流強度1-25mAの一方向矩形波パルス単極刺激5シーケンスを用いて直接ファイバービーム電気刺激を行った。 切除周辺の数点にストリップ電極を用いて電気ファイバー刺激を行い.手の平と足指に運動誘発電位を誘発させた。 6例中3例でファイバービーム直接刺激により活動電位が誘発され，術中ナビゲーションで示された皮質脊髄路から切開縁が0.5cm未満の1例では，運動誘発電位の波振幅が50％低下し術後に短時間の偏位麻痺がみられた． 他の2例は，ナビゲーションにより腫瘍断端が皮質脊髄路から1.0cmと0.5cmであり，ファイバービーム直接刺激による活動電位が良好であったため，この2例は機能温存で腫瘍の最大切除が達成された． 著者らは.術中直接線維束刺激の結果は.磁気共鳴脳拡散テンソル白質線維束トレーサー画像の精度を効果的に検証し.直接線維束刺激と線維束トレーサー画像ナビゲーション技術を効果的に組み合わせることで.腫瘍切除率を最大化し.脳機能をより保護することができ.発展の見込みがあると結論づけた。 右側頭葉後部のグリオーマであった鎌田[8]の1例では.術中にファイバービームトレーサーナビゲーションと視覚誘発電位が適用された。 繊維束トレーサーイメージングナビゲーション技術は.コンピュータと磁気共鳴技術の発展とともに開発された新しい技術であり.現在.白質繊維束の術前画像診断を行うことができる唯一の方法です。 術中磁気共鳴装置.術中電気生理モニタリングの普及と画像技術の継続的な向上により.病巣の最大切除と脳機能の保護により良い発展を期待することができます。