徳洲会グループ TOKUSHUKAI GROUP 45th

病気の治療

medical treatment

脳神経外科の病気:脳神経外科術中神経生理学的モニタリング

脱落症状を防ぐために術中モニタリングが不可欠

現代の脳神経外科手術においては、術後いかなる神経学的脱落症状の出現・悪化も許されません。そのため、術中神経生理学的モニタリングが必要となります。また、術中神経生理学的モニタリングを行ったり、術野における機能的領域を同定したりするために術中マッピングも必要です。現在行われている術中神経生理学的マッピング・モニタリングには以下のものが挙げられます。

術中マッピング
術中モニタリング

それらのうち、本稿では術後運動神経麻痺の出現・悪化を予防する目的で最も広く行われている運動誘発電位(MEP)モニタリング、特に簡便な経頭蓋MEPモニタリングについて詳細に解説し、最近一部の施設で始められている全身麻酔下でも言語機能のモニタリングができる皮質―皮質間誘発電位(CCEP)に関しても述べてみます。

運動誘発電位(MEP)モニタリング

運動誘発電位は、運動野や皮質下・脳幹・脊髄の錐体路を直接刺激する方法と頭皮上から高電圧で経頭蓋的に運動野を刺激する方法です。導出部位としては四肢の筋電図で記録する方法が一般的ですが、頸椎に硬膜外電極を挿入してD-waveを導出する方法もあります。

  1. 運動野錐体路直接刺激(DMEP)モニタリング

    中心溝と思われる脳溝を挟む形で硬膜下電極を設置し、対側正中神経を刺激し体性感覚誘発電位を脳表から導出し、N19またはP20の位相の逆転をもって中心溝を同定し、運動野に10-20mAのtrain 5刺激を与えて対側の上肢(APB)から筋電図導出にてモニタリングを行います。また、皮質下では5-10mAで刺激することにより錐体路の同定を行います。
    著者らは脳幹部や脊髄を直接刺激することにより錐体路のマッピング・モニタリングも行ってきました1)。運動野錐体路直接刺激は主に脳実質内腫瘍のMEPモニタリングとして行われています。著者らの経験では感度・特異度とも100%であり、大変精度の高いモニタリングです。しかし、運動野が露出されない開頭では、硬膜下電極を滑り込ませる必要があるため脳表の血管を損傷したりするリスクがあり、また導出が困難なこともあります。さらに、DMEPは通常対側上肢のみからのMEP導出となり、下肢のモニタリングは一般に困難です。

  2. 経頭蓋刺激MEP(TCMEP)モニタリング

    術中経頭蓋運動誘発電位(MEP)モニタリングは比較的簡便・低侵襲に術後の四肢運動麻痺を予測・予防できる方法であり、脳神経外科領域では脳腫瘍、脳血管障害、脊髄などの手術において現在広く行われています。一方、経頭蓋MEPモニタリングは刺激部位の曖昧さにより、運動野直接刺激MEPよりも信頼性に欠けると考えられてきました2)。また、MEPモニタリングの評価方法には、振幅による方法と刺激閾値による方法があり、それらを含めて結果の解釈、術後麻痺を生じるカットオフポイントに関しても統一された見解は存在しません。
    著者らは一貫して振幅評価を行っており、経頭蓋MEPの感度・特異度を高めるため、末梢神経刺激compound muscle action potential (CMAP)によるMEPの振幅補正を2003年から行ってきました3)。今回は、このCMAP補正の方法とその有用性、脊髄手術における経頭蓋MEPモニタリングの意義、さらにMEPモニタリングにおけるカットオフ値の決定に関して疾患別に述べます。

    経頭蓋MEPモニタリングの方法

    刺激電極は、CS電極(ユニークメディカル)を原則C3, C4 の2cm後方に設置します。刺激したい側を陽極として、開頭手術の場合は著者は陰極を正中(Cz)に設置しています。導出電極は、従来は皿電極を用いていましたが、現在はディスポーザルのNCS電極(日本光電工業)を用いています。導出電極は開頭手術では4カ所(左右APB,AH)、頸椎手術では5カ所(左右APB,AH,患側BB)、腰椎手術でも5カ所(患側APB, 両側AH, TA, AD, IPなど)設置しています。刺激は200~600V(開頭手術では200-300V, 脊髄では300-400V)、train 5、duration 0.2 msec、inter-pulse interval 2 msec で行っています。刺激電圧は閾値の20%増が推奨されていますが、神経生理学的には振幅評価は最大上刺激でなくてはならないという原則もあります。われわれは振幅の正しい評価を行うためにやや高めの電圧で行っています。

    経頭蓋刺激による被刺激部位について

    経頭蓋MEPにおいて頭皮上に設置された電極により、実際にどこの部分が刺激されるか、運動野に近い部分が本当に刺激されているかということに関しては、長期間にわたり議論が行われてきました。MEP波形の潜時から脳幹に近い部分が刺激されており、経頭蓋刺激は少なくともテント上の手術のモニタリングとして適切ではないという報告もありました2)。しかし、これは900Vの単発刺激にて行われた結果であり、現在行われている刺激電圧を大きく上回るものです。刺激電圧を下げていくことにより、被刺激部位が陽極側の運動野に次第に近づいてくる可能性を著者らは報告しています4)。また、MEPを導出するには通常5連発のトレイン刺激が必要であり、この刺激には9 msecの時間がかかります。この9 msecの時間のうちどの時点で運動野が発火しているのかは不明であり、そもそも潜時から被刺激部位を推定することはできません。われわれのものを含む多くの臨床的結果より、開頭手術においても経頭蓋MEPは臨床的に有用であることは明らかです。

    末梢神経刺激CMAP補正

    通常、患側正中神経に刺激電極を設置し、経頭蓋刺激の2秒前(以前は2秒後)に単発の最大上刺激(20-50mA)を行い、患側APBよりCMAPを導出し、その振幅で経頭蓋刺激の振幅を割ることにより補正を行います3)。現在使用しているニューロマスター(MEE-12XX日本光電工業)では、CMAP補正した振幅相対値が自動的に表示されるようプログラム設定がなされています(図1)。

    図1 ニューロマスター(日本光電工業)の画面
    CMAP補正を行った振幅相対値が自動的に計算され表示されている

    Receiver Operating Characteristic(ROC) 解析によるカットオフ値の決定

    術中MEPモニタリングのカットオフ値、すなわち術後新たに運動麻痺を呈する振幅低下率に関して統一見解はありません。今回われわれはROC解析を用いてMEPモニタリングにおけるカットオフ値の決定を試みました。ROC解析は第2次世界大戦中に飛行機を発見するレーダー・システムの性能評価を目的として考案された方法ですが、現在では画像診断における診断の正確さを評価するために応用されたり、臨床検査のカットオフ値を決定したりするのに用いられたりしています5)。MEPモニタリングも臨床検査の一つであり、異常値を決定するのにROC解析を用いることは妥当であると考えられます。 ROC解析は縦軸に感度、横軸に偽陽性率(1 - 特異度)をプロットしROC曲線を描き、最も左上に近づく点をカットオフ値とするものです。術前にMMT2/5以下の麻痺のなかった開頭手術中経頭蓋MEP 156回、脊髄手術中経頭蓋MEP 233回の2群にROC解析を行いました5)。開頭手術における経頭蓋刺激MEP では末梢神経刺激CMAP補正無で69.6%の振幅低下がカットオフ値で感度91.7%、特異度95.8%、CMAP補正有では70.7%がカットオフ値であり、感度91.7%、特異度96.5%でした(図2)。脊髄手術における経頭蓋MEPではCMAP補正無で83.3%、100%、97.4%、CMAP補正有で83.1%、100%、97.4%でした(図3)。

    図2 開頭手術における経頭蓋MEPモニタリングのROC曲線
    TPF , 感度;FPF, 1-特異度

    図3 脊髄手術における経頭蓋MEPモニタリングのROC曲線
    TPF , 感度;FPF, 1-特異度

    脳動脈瘤クリッピング手術における経頭蓋MEP

    開頭脳動脈瘤クリッピング手術においては、当初運動野直接刺激によるMEPモニタリングが行われてきました6)。この方法は、経頭蓋刺激よりも感度が高いと考えられますが、欠点として通常の前側頭開頭では前頭葉最後部の運動野までを露出することは不可能であり、電極を硬膜下に滑り込ませながら運動野を同定することは時間がかかり出血等のリスクがあること、および前交通動脈瘤の手術において、半球間裂にある下肢の運動野を硬膜下電極で刺激することは、試みられてはいるものの困難であることが挙げられます。
    機器と技術の進歩により、より簡単で安全な経頭蓋MEPモニタリングが脳動脈瘤の手術においても広く行われるようになってきています。経頭蓋法では、四肢のMEPモニタリングを同時に行うことができます。また、われわれの105回の脳動脈瘤手術における経頭蓋MEPモニタリングにおいてROC解析を行ったところ、末梢神経刺激CMAP補正無では69.6%の振幅低下がカットオフ値で感度は100%、特異度は95.0%、CMAP補正有では70.7%がカットオフ値であり感度は100%、特異度は93.6%であり、脳動脈瘤クリッピング手術において経頭蓋MEPは十分に信頼できるモニタリングであると考えられます。

    脳腫瘍摘出術における経頭蓋MEPモニタリング

    一方、開頭脳腫瘍摘出術、特に大脳半球グリオーマの手術においては、運動野を含む十分な大きさの開頭を行い、皮質SEPによる中心溝の同定を行った後に運動野直接刺激や錐体路刺激によるMEPモニタリングを行うことが一般的です7)。運動野直接刺激MEPモニタリング45回のROC解析の結果は、CMAP補正なしでカットオフ値86.3%であり感度は100%、特異度は95.8%、CMAP補正下でカットオフ値83.5%であり、感度は100%、特異度も100% でした。われわれは大脳半球グリオーマの手術においても経頭蓋MEPを運動野直接刺激の補助として併用しています。また、側頭葉腫瘍や髄膜腫など比較的MEPの必要性が低い手術においても念のために経頭蓋MEPモニタリングを行っていますが、脳腫瘍摘出術36回の経頭蓋MEPモニタリングの感度はCMAP補正下でも83.0%と低値でした。

    脊髄手術における経頭蓋MEPモニタリング

    脊髄手術における経頭蓋MEPモニタリングは、前述のようにCMAP補正の有無にかかわらず、感度が100%であり極めて敏感なモニタリングであるといえます。実際の脊髄手術においても脊髄や神経に何らかの直接侵襲が及んだ際には、すぐにMEPの振幅低下や消失が検出され、ほとんどの場合に手術終了までに回復し、症状が出現することはないことを多く経験しています。脊髄手術においてはあまりに経頭蓋MEPが敏感であるがゆえに、敬遠される傾向すらあります。
    われわれは脊髄手術における経頭蓋MEPモニタリングの感度、特異度の高さに着目し、圧迫性脊髄神経障害の手術において経頭蓋モニタリングにより術後神経症状の回復が予測できないかを検討しました8)。圧迫性脊髄神経障害に対する手術において、術前および術翌日、術後1週間、1カ月、3カ月、6カ月、1年後にJapan Orthopedic Association (JOA) スコアを第3者が評価し、平林法による回復率を算出しました9)。JOAスコアの回復率の最大値により、excellent (E) (recovery rate ≧50%)、good (G) (recovery rate 0< and 50%>)、no change (N) (recovery rate = 0%)、 worsening (W) (recovery rate < 0%)の4群に分け、各群の注目肢の術中MEP振幅相対値を比較しました。
    その結果、圧迫性脊髄神経障害に対する除圧手術202回のうち、術後JOAスコアの回復率が50%以上となったE群は115例であり、これらのCMAP補正下での注目肢の振幅相対値は1.8±1.5(平均±標準偏差)であり、E群以外の3群(G, N, W群)の平均振幅相対値を有意に上回りました(P = 0.0150)。一方、CMAP補正を行わない場合には、E群の振幅相対値は2.6±2.8(平均±標準偏差)であり、その他の3群の平均値との間に有意差を認められませんでした(P = 0.1504) (表1)。

    表1 圧迫性脊髄神経障害手術における術後JOAスコアの回復率とMEP振幅

    一方、注目肢の振幅相対値上昇率0-100%までの10%ごとに、JOAスコアの回復が認められたE+G群の割合をCMAP補正の有無別に表に示しました(表2) 。CMAP補正を行うことにより、20%以上の振幅増加が認められた症例は全例EまたはG群であり、JOAスコアの回復が認められました。一方、CMAP補正を行わない場合には、振幅増加率100%を越えてもJOAスコアの回復が認められていない症例が存在しました。

    表2 圧迫性脊髄神経障害手術におけるMEP振幅増加率とJOAスコア回復率

皮質―皮質間誘発電位(CCEP)

グリオーマなどの脳実質内腫瘍摘出術において、言語機能を温存する目的で慢性硬膜下電極留置によるベッドサイドマッピングや覚醒下手術による術中言語マッピングやモニタリングが行われてきました。慢性硬膜下電極留置はベッドサイドで時間をかけてのマッピングが可能ですが、電極留置と摘出術の全身麻酔下手術を2回行わなければならず、また摘出術中のモニタリングができないなどの欠点があります。

一方、覚醒下手術は1995年に静脈麻酔剤プロポフォールが日本で承認され、著者の恩師である堀智勝先生が1996年に鳥取大学の関連病院で行ったのが本邦初とされています。その後、20年の年月を経てガイドラインに基づいた覚醒下手術が全国で広く行われる一方、施設により覚醒時間に制約があったり、てんかん発作・麻酔管理上などにより全身麻酔に戻さなければならない場合があったりなど、いずれにしても侵襲の大きいマッピング・モニタリングであることは否めません。
皮質‐皮質間誘発電位(CCEP)は2005年ころからてんかん手術の際に言語中枢ならびに弓状束の温存のために始められました10)。CCEPは覚醒下でも全身麻酔下でも可能で、失語症のある患者さんでも記録可能な言語マッピング・モニタリングであり、最近ではグリオーマ手術においても普及しつつあります11)。CCEPは優位側下前頭回の運動性言語中枢(Broca)と優位側上側頭回の感覚性言語中枢(Wernicke)のどちらかを刺激し主に上縦束の一部である弓状束を介して伝わる誘発電位をもう一つの中枢から導出するものです。CCEPはNeuromaster (日本光電)などの多チャンネル誘発筋電計とalternative の刺激が可能な刺激装置があれば、低侵襲・短時間で比較的容易に記録することができます。図4に最近当院でも始めた左側頭葉転移性脳腫瘍に対する摘出術の際に行ったCCEPの波形を示します。

言語機能に関しては、従来からいわれているWernicke-弓状束を含む上縦束―Brocaというdorsal stream の伝達経路の他に、上前頭回とBrocaを結ぶ frontal aslant tract (FAT) や側頭葉内の network を形成する下前頭後頭束(IFOF)などの ventral streamなどが関与していると考えられています12)。FATやIFOFに関してもCCEPによるモニタリングが可能であると考えられ、それらにより今後さらに精密な言語モニタリングが実現すると考えられます。CCEPは現在、覚醒下手術に併用して行っている施設が多いと考えられますが、将来的にはCCEPの発展・普及により覚醒下手術を行わなくても全身麻酔下で精度の高い術中言語マッピング・モニタリングが可能となることが期待されます。

図4 皮質‐皮質間誘発電位(CCEP)
左上側頭回(Welnicke)刺激。右側は左前頭弁蓋(Broca)に留置した16極の硬膜下電極のそれぞれにおけるN1振幅の大きさを色(緑:小~黄色~赤:大)で示している

今後も術後の不幸をなくす努力を

末梢神経刺激CMAPによる経頭蓋MEPの振幅補正は、主に筋弛緩剤の影響を除外する目的でわれわれが開発した方法です3) 。CMAP補正はその有用性を明らかにすることにより、今後、普及していくものと考えられます。  MEPの感度・特異度を算出するための術後麻痺を生じる閾値の算出にROC解析を用いました5) 。ROC解析は従来われわれが行ってきた感度最大となる振幅低下率のうち、特異度が最大となるものが術後麻痺を生じる閾値とするというMEPの解析法と理論的に一致するものです13) 。しかしながら、特にMEPモニタリングにおいて、術後新たな麻痺を生じる閾値を決定したり、感度を計算したりするためには、実際に術後に麻痺を生じた痛根の症例を多く経験する必要があります。脳神経外科の手術技術の進歩により、術後に新たな運動麻痺を生じる症例は少なくなってきており、今後、さらに減少すると考えられますし、またわれわれもそのような不幸な症例を0にする努力を続けなければなりません。そのため、MEPモニタリングの振幅解析、特に麻痺を生じる閾値の決定のためには、とにかく多数の症例の解析が必要であり、retrospective な検討を含めた多施設共同研究が必要であると考えられます。

 

圧迫性脊髄神経障害に対する除圧手術においては、末梢神経CMAP補正を行ってはじめて、除圧による神経症状の回復を経頭蓋MEPモニタリングにより予測することが可能になるという結果を得ています6)。神経症状の回復とMEPモニタリングでの振幅の上昇に関してはまだまだ異論があるところですが、CMAP補正によりMEPの精度を高めることにより、MEP振幅の増加により術後運動神経症状の回復を術中に予測できる可能性が示唆されました14)。

 

皮質‐皮質間誘発電位(CCEP)は覚醒下でも全身麻酔下でも可能で、失語症のある患者でも記録可能な言語マッピング・モニタリングであり、将来的には覚醒下手術を行わなくても全身麻酔下で精度の高い術中言語マッピング・モニタリングが可能となることが期待されます。

   
参考文献
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4. 高梨淳子、田中 聡:脳神経外科術中モニタリングとしての経頭蓋高電圧MEPの有用性。臨床神経生理 32: 4-11, 2004.
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