近期，首都医科大学附属北京天坛医院神经外科张凯教授团队在《Neurosurgery》期刊发表了《Automated Detection and Surgical Planning for Focal Cortical Dysplasia with Multicenter Validation》的研究论文。在团队开展的磁共振引导下激光间质热疗（MRgLITT）前期工作基础上，针对局灶性皮质发育不良（FCD）部分病例病灶难以识别以及设计光纤路径费时耗力的临床挑战，分别构建模型实现病灶识别（平均准确率83.0%）和光纤路径规划自动化（非劣于人工规划），并通过多中心进行验证。

[Mo, J., Zhang, J., Hu, W., Sang, L., Zheng, Z., Zhou, W., Wang, H., Zhu, J., Zhang, C., Wang, X., & Zhang, K. (2022). Automated Detection and Surgical Planning for Focal Cortical Dysplasia with Multicenter Validation. Neurosurgery, 91(5), 799–807. https://doi.org/10.1227/neu.0000000000002113]

局灶性皮质发育不良（FCD）是癫痫外科常见病理类型，具有高度致痫性，外科手术是有效治疗手段，但是目前FCD的诊治仍然存在挑战：（1）磁共振阴性FCD是临床诊断的难题。尽管目前影像设备技术进步和影像医师经验积累，目前仍有26%-49%的FCD病例漏诊，得不到有效治疗。因此术前评估提升FCD检出率具有重要意义。（2）神经外科微创毁损技术兴起但现实应用有待优化。本中心自2020年8月实施国内首例磁共振引导下激光间质热疗（MRgLITT）治疗药物难治性癫痫，积累了相关临床经验，但发现人工设计光纤路径的时候既需要兼顾病灶形状，也需要躲避血管、避免入颅角度过小光纤打滑等问题，因此产生大量规划方案，费时耗力，应用场景急需优化。

因此本研究组织多中心研究，首先构建三维卷积神经网络对FCD致痫灶进行自动识别及模型准确率评估；然后构建量化算法自动规划光纤路径，并与人工规划路径进行非劣性比较。

本研究通过北京天坛医院伦理委员会批准后实施（KY2022-062-03），临床试验进行相关注册（NCT04569071和ChiCTR2000038322）。首先从首都医科大学附属北京天坛医院、北京丰台医院、清华大学玉泉医院和浙江大学医学院附属第二医院收集2015年1月至2021年12月诊断为FCD患者260例，各中心不同的设备参数见补充材料表S1。经入排标准筛选，最终纳入202例患者，其中176例患者数据用于构建和验证病灶识别的深度学习网络，26例患者用于构建光纤路径自动规划算法纳入标准和详细临床资料分别见图1和表1。

图1. 本研究患者纳入流程。

表1.患者临床资料。

FCD自动识别模型显示使用多模态影像结合预处理数据集训练模型性能最佳，JAFROC-FOM为0.831，敏感度为83.1%，特异度为82.4%，多队列平均准确率83.0%。logistic regression未发现临床变量对模型性能产生显著影响。相比对于MRI阳性病例，MRI阴性病例检出率更低，尽管两者间无统计学差异（Pearson χ²=3.107，P=0.078）（图2），图3展示部分病例。

图2. FCD自动识别。（A）神经影像预处理和三维卷积神经网络示意图；（B）不同预处理方案数据集对模型预测的影响；（C）不同中心队列模型识别准确率；（D）Logistic regression模型分析未发现临床变量对模型性能造成显著影响；（E）重点展示年龄、病灶MRI表现和是否SEEG置入对模型性能的影响。

图3. 自动识别FCD致痫灶举例。分别展示患者多模态影像表现和模型预测范围，黄色为医师人工画取病灶，红色为模型自动识别范围。

光纤自动规划算法主要根据确定靶点和入颅点进行路径规划。根据前期研究工作，认为FCD病灶致痫性最高主要集中沟底，因此靶点设置至FCD所在脑沟最低处（图5），出颅点则通过计算“安全系数”挑选最佳远离血管的路径，具体算法见补充材料方法S2以及图S1。首先进行安全性评估，自动路径安全系数远高于人工路径（Kruskal-Wallis H=30.423，P<0.001）；随后进行临床可行性分析，自动路径的可用性达到76.9%-80.8%，其中自动路径3的临床评价中非劣于人工路径（校正Pearson’s χ²=3.540，P=0.060），Fleiss’ Kappa分析显示与人工规划一致性为0.094（图4）。

图S1. 自动规划路径生成过程。首先设定入颅夹角30°，自设定靶点生成随机路径；然后将穿经血管的路径进行剔除；最后计算剩余路径与邻近血管的距离，距离越远，安全系数越高，保留安全系数最高的3条自动规划路径与人工规划路径进行非劣性比较。

图4. 光纤自动规划算法量化评估。（A）自动路径示意图，其中黄色为人工规划路径，蓝色为自动规划路径，蓝颜色越深代表安全系数越高；（B）自动路径安全系数高于人工路径；（C）Bland-Altman分析展示自动路径间安全系数相关性。

图5. 根据本中心前期关于FCD致痫性主要集中沟底的理念，对MRgLITT光纤路径进行规划和毁损设计示意图。

本研究MRgLITT相关前期工作：

1.胡文瀚, 莫嘉杰, 刘畅, 等. 磁共振引导激光间质热疗治疗药物难治性癫痫的手术策略及疗效[J]. 中华神经外科杂志, 2021, 37(8):7.

2. 胡文瀚, 姚远, 莫嘉杰,等. 磁共振引导下激光间质热疗治疗药物难治性癫痫的疗效分析[J]. 癫痫杂志, 2022(003):008.

3. Hu, W. H., Mo, J. J., Yang, B. W., Liu, H. G., Zhang, C., Wang, X., Qiu, J. J., Zhao, B. T., Shao, X. Q., Zhang, J. G., & Zhang, K. (2022). Voxel-Based Morphometric MRI Postprocessing-Assisted Laser Interstitial Thermal Therapy for Focal Cortical Dysplasia-Suspected Lesions: Technique and Outcomes. Operative neurosurgery (Hagerstown, Md.), 23(4), 334–341. https://doi.org/10.1227/ons.0000000000000328

4.胡文瀚, 柏建军, 周文静,等. 磁共振引导下激光间质热疗术治疗药物难治性癫痫的操作规范[J]. 癫痫杂志, 在线.

5.计算机软件著作权，2021SR2132881，神经外科FCD自动识别软件V1.0，张凯，莫嘉杰，胡文瀚，张弨，王垚，王秀，刘畅，赵宝田，郭志浩，杨博文，李字林，宋杉，姚远

6.发明专利，202110113427.2，一种自动识别定位局灶性皮质发育不良癫痫病灶的方法，张凯，莫嘉杰，胡文瀚，张弨，王垚，王秀，刘畅，赵宝田，郭志浩，杨博文，李字林

7.发明专利，202210423074.0，一种局灶性皮质发育不良微创光纤毁损路径自动规划平台，张凯，莫嘉杰，朱君明，周文静，王海祥，胡文瀚，张弨，王垚，王秀，刘畅，赵宝田，郭志浩，杨博文，李字林，姚远

莫嘉杰 博士研究生

首都医科大学附属北京天坛医院

三年级博士研究生，主要研究方向为功能性疾病，曾获本硕博国家奖学金

参与国家重点研发计划资助、国家自然科学基金和首都卫生发展科研专项等5项

截止目前以第一作者发表论文21篇，其中SCI论文20篇（IF为102.136，JCR1区11篇，JCR2区5篇，单篇最高12.145）

进行国内外会议壁报和口头汇报16项，参与临床试验4项

张凯 主任医师

首都医科大学附属北京天坛医院

癫痫外科病区主任，教授，博士生导师，主任医师

担任中国抗癫痫协会神经调控专业委员会副主任委员，中国医师协会神经外科医师分会功能神经外科专家委员会副主任委员，中国医师协会神经调控专业委员会委员，中华医学会神经外科分会功能神经外科专家委员会秘书委员

长期从事功能性疾病的诊断治疗、临床教学及科研工作，在国内率先开展激光间质热疗技术治疗局灶性癫痫，率先开展影像学后处理技术用于术前评估，改变了国内癫痫术前评估的模式

第一完成人发表相关论文121篇，总引用量1594次，h指数为21，封面论文2篇，包括Brain、PNAS和Epilepsia等高水平杂志

承担国家重点研发计划资助、国家自然科学基金和首都卫生发展科研专项等10余项

作为国际抗癫痫联盟（ILAE）协作组成员参与撰写国际影像白皮书

主编或主译《神经外科手术图谱》等专著7本

曾获国家科学技术奖一等奖、华夏医学科技奖一等奖和北京市科学技术奖一等奖