techniken/möglichkeiten des präoperativen mappings · jeder hirntumor beeinflusst die...
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U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N
Seeheim 2014 33. Fort- und Weiterbildungstagung der DGNC
Techniken/Möglichkeiten des präoperativen Mappings
Neurochirurgische Klinik
Oberflächenanatomie
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
Oberflächenanatomie
1. Funktionelle Neuroanatomie
Dept. of Neurosurgery
Ius et al. Evidence for potentials and limitations of brain plasticity using an atlas of functional resectability of WHO grade II gliomas: towards a "minimal common brain". Neuroimage, 2011
„Essentielle“ Funktion?
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
A Raumforderung
Einfluss von Läsionen
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
A Raumforderung
Einfluss von Läsionen
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
A Raumforderung B Funktionelle Reorganisation
Einfluss von Läsionen
18 Monate später
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
A Raumforderung B Funktionelle Reorganisation
Einfluss von Läsionen
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
A Raumforderung B Funktionelle Reorganisation
Einfluss von Läsionen
18 Monate später
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
A Raumforderung B Funktionelle Reorganisation
Einfluss von Läsionen
18 Monate später
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
A Raumforderung B Funktionelle Reorganisation
Einfluss von Läsionen
Takahashi et al. Plastic relocation of motor cortex in a patient with LGG confirmed by NBS. Acta Neurochir. 2012
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
A Raumforderung B Funktionelle Reorganisation
Einfluss von Läsionen
9 Monate später
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
A Raumforderung B Funktionelle Reorganisation
Einfluss von Läsionen
9 Monate später
Kawashima A et al. Plastic reshaping of cortical language areas evaluated by nTMS in a surgical case of GBM. Clin Neurol Neurosurg, 2013
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
Jeder Hirntumor beeinflusst die funktionelle Anatomie
Duffau H, Taillandier L. New concepts in the management of diffuse low-grade glioma: Proposal of a multistage and individualized therapeutic approach. Neuro Oncol. 2014 Aug 2
18 Monate später 9 Monate später 18 Monate später
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
1. “…patients should not be considered ineligible for surgical intervention based on anatomical considerations alone.”
2. “… neurosurgeons need to take advantage of modern technology and mapping techniques.”
3. “… an individualized approach allows one to expand the number of patients who are considered for surgical intervention.”
Pouratian N, Bookheimer SY. The reliability of neuroanatomy as a predictor of eloquence: a review. Neurosurg Focus, 2010
Schlussfolgerungen
1. Funktionelle Neuroanatomie
Dept. of Neurosurgery
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Methoden
Dept. of Neurosurgery
DTI fMRT MEG nTMS
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Methoden
Neurochirurgische Klinik
1. Zuverlässigkeit Sensitivität und Spezifität wie IOM
2. Integrierbarkeit intuitive Interpretation
3. Verfügbarkeit billig, schnell, einfach
Anforderungen
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Neurochirurgische Klinik
Faserbahndarstellung DTI
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Neurochirurgische Klinik
Faserbahndarstellung DTI
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Isotropie
Neurochirurgische Klinik
Faserbahndarstellung DTI
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Neurochirurgische Klinik
Faserbahndarstellung DTI
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Isotropie Anisotropie
Neurochirurgische Klinik
Faserbahndarstellung DTI
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Isotropie Anisotropie Tensor
Neurochirurgische Klinik
Faserbahndarstellung DTI
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Neurochirurgische Klinik
Faserbahndarstellung DTI
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Frey D et al. A new approach for corticospinal tract reconstruction based on nTMS and standardized fractional anisotropy values. Neuroimage, 2012
Krieg SM et al. Diffusion tensor imaging fiber tracking using navigated brain stimulation--a feasibility study. Acta Neurochir, 2012
Neurochirurgische Klinik
Fehlerquellen
Faserbahndarstellung DTI
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Neurochirurgische Klinik
fMRT
Ruhe
Aktivierung
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
BOLD (Blood Oxygen Level Dependent contrast)
Neurochirurgische Klinik
Ruhe Aktivierung
p = 0.0001
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
BOLD (Blood Oxygen Level Dependent contrast)
fMRT
Neurochirurgische Klinik
p = 0.0001
Picht T, Suess O et al. fMRI and cortical mapping in motor cortex tumor surgery: complementary methods. Zentralbl Neurochir. 2008
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
fMRT
BOLD (Blood Oxygen Level Dependent contrast)
Neurochirurgische Klinik
p = 0.0001 p = 0.000001
Picht T, Suess O et al. fMRI and cortical mapping in motor cortex tumor surgery: complementary methods. Zentralbl Neurochir. 2008
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
fMRT
BOLD (Blood Oxygen Level Dependent contrast)
Dept. of Neurosurgery
MEG
Tarapore PE, Berger MS et al. Preoperative multimodal motor mapping: a comparison of MEG, nTMS and direct cortical stimulation. J Neurosurg. 2012
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Dept. of Neurosurgery
MEG
Tarapore PE, Berger MS et al. Preoperative multimodal motor mapping: a comparison of MEG, nTMS and direct cortical stimulation. J Neurosurg. 2012
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Neurochirurgische Klinik
nTMS
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
neuronale
Aktivierung/Hemmung
elektrisches Feld
Magnet Feld
Spulenstrom
Neurochirurgische Klinik
nTMS
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Picht T, Suess O et al. nTMS for preoperative functional diagnostics in brain tumor surgery. Neurosurgery. 2009
Neurochirurgische Klinik
nTMS
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Picht T, Suess O et al. nTMS for preoperative functional diagnostics in brain tumor surgery. Neurosurgery. 2009
Dept. of Neurosurgery
Reference n comparisons of nTMS and DES
Method of Measurement
Distance (mm) between muscle representations
Other Modalities Compared
Kantelhardt , 2010 1 single hotspots <5 fMRI
Forster, 2011 10 single hotspots (SD) 10.49 (5.67) fMRI
Krieg, 2012 14 stimulation area mean (SD) 4.4 (3.4) fMRI
Tarapore, 2012 8 single hotspots median (SE) 2.13 (0.19) MEG
Coburger, 2012 30 semiquantative - fMRI
Krieg, 2013 24 single hotspots mean (SD)
mean (SD) 4.4 (3.4) fMRI
Mangraviti, 2013 8 single hotspots mean (CI)
APB, FCR, TA 8.47 (4.6) fMRI
Genauigkeit
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Dept. of Neurosurgery
Test-/Retest Reliability
Reference Modality (no. of comparisons)
Method of Measurement
Distance (mm) between muscle representations
intraobserver interobserver
Havel et al., 2006
fMRI (15 volunteers)
Hand, foot, mouth, tongue
RC 0.06 to 0.62 reproducibility varied with statistical threshold
Rau et al., 2007
fMRI (13 volunteers)
overt naming, + noun generation
overt naming “not reproducible” + noun gen.”reproducible to a certain degree”
Weiss et al., 2012
nTMS (10 volunteers)
APB, mentalis, plantaris, tongue hotspots 10.8±1.9 -
Sollmann et al., 2013
nTMS (10 volunteers) APB hotspots 8.1 ± 3.3 10.3 ± 3.3
Zdunczyk et al., 2013
nTMS (20 volunteers/ patients) APB CoG 4.4 ± 0.46
- 4.89 ± 2.5 5.99 ± 2.7
Sollmann et al., 2013
nTMS (10 volunteers) 7 error types CCC -0.047 to 0.356 CCC -0.135 to 0.559
Forster et al., 2014
nTMS (12 volunteers)
FDI, APB, ED, TA, AH CoG 5.7 ± 3.2 -
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Dept. of Neurosurgery
2. Präoperative Funktionsdiagnostik
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Dept. of Neurosurgery
n = 50
Sentence completion and hand squeeze task
Questionnaires before/after fMRI
► 46% more aggressive approach recommended
► reduced surgical time 16-60 min in 53%
Petrella JR, Shah LM, et al.: Preoperative fMRI localization of language and motor areas: effect on therapeutic decision making in patients with potentially resectable brain tumors. Radiology. 2006
3. Einfluss auf Therapieplanung
fMRT
Neurochirurgische Klinik
n = 60 (53 language, 33 motor) ► altered treatment planning in 35 cases (58%) ► IOM was altered in 31 cases (52%)
Medina LS, et al. Seizure disorders: functional MR imaging for diagnostic evaluation and surgical treatment--prospective study. Radiology. 2005
3. Einfluss auf Therapieplanung
fMRT
Schulz J et al. Assessment of the influence of nTMS on surgical planning for tumors in or near the motor cortex. Neurosurgery. 2012
3. Einfluss auf Therapieplanung
nTMS
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 1: Bestätigung (22%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 1: Bestätigung (22%)
Dept. of Neurosurgery
Kato et al. Functional Brain Mapping of the Patients with Arteriovenous Malformations using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation: First Experience in 11 Patients. Acta Neurochir, 2014
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 1: Bestätigung (22%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 2: Erkenntnisgewinn ohne Einfluss (23%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 2: Erkenntnisgewinn ohne Einfluss (23%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 3: Erkenntnisgewinn – IOM Durchführung (27%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 3: Erkenntnisgewinn – IOM Durchführung (27%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 3: Erkenntnisgewinn – IOM Durchführung (27%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 4: Änderung Zugang (17%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 4: Änderung Zugang (17%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 5: geplantes Resektionsausmaß (8%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 5: geplantes Resektionsausmaß (8%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 6: Indikation (3%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 6: Indikation (3%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 6: Indikation (3%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 6: Indikation (3%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 6: Indikation (3%)
Dept. of Neurosurgery
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 6: Indikation (3%)
Dept. of Neurosurgery
Schilt et al. Integration of navigated brain stimulation data into radiosurgical planning: potential benefits and dangers. Acta Neurochir, 2014
3. Einfluss auf Therapieplanung
Kategorie 6: Indikation (3%)
Dept. of Neurosurgery
4. Einfluss auf Behandlungsergebnis
Dept. of Neurosurgery
Wu JS et al. Clinical evaluation and follow-up outcome of DTI-based functional neuronavigation: a prospective, controlled study in patients with gliomas involving pyramidal tracts. Neurosurgery. 2007
n = 238
gliomas involving pyramidal tract
randomized for DTI (118) vs. no-DTI (120)
► gross total resection 74.4% vs. 33.3%
► permanent motor deficit 15.3% vs. 32.8%
► survival 21.2mt vs. 14.0mt
DTI
4. Einfluss auf Behandlungsergebnis
Frey et al. Navigated Transcranial Magnetic Stimulation Improves the Treatment Outcome for Tumours in Presumed Motor Eloquent Location . Neuro-Oncology, 2014
nTMS
12.4 mt
15.4 mt 95%
8%
78%
10%
115 non-TMS cases
2005-2007
250 TMS cases
2007-2012
4. Einfluss auf Behandlungsergebnis
Krieg et al. Preoperative motor mapping by navigated transcranial magnetic brain stimulation improves outcome for motor eloquent lesions. Neuro-Oncology, 2014
26.7cm2
22.4cm2
78%
13%
58%
18%
100 non-TMS cases
2006-2010
100 TMS cases
2010-2013
nTMS
4. Einfluss auf Behandlungsergebnis
Neuro Klinik
Zusammenfassung
Neuro Klinik
Zusammenfassung
Neuro Klinik
Zusammenfassung
1.Funktionelle Anatomie nicht anhand Morphologie bestimmbar
2.Tumore induzieren Plastizität 1.DTI: standardisieren, validieren
2.fMRI/MEG: hohe zeitliche Auflösung, Netzwerkanalyse
3.nTMS: gezielte Testung wie IOM, Outcome Verbesserung
Heike Schneider Dietmar Frey Anna Zdunczyk Güliz Acker Brendon Bagley
AG perioperative Funktionsdiagnostik Charité
Sarah Schilt Tizian Rosenstock Nataliia Kulchytska Vera Schwarzer Ina Bährend
Dept. of Neurosurgery
Chang EF, Berger MS et al. Functional mapping-guided resection of LGGs in eloquent brain areas: improvement of long-term survival. J Neurosurg. 2011
1. Funktionelle Neuroanatomie
Dept. of Neurosurgery
62% 38%
Chang EF, Berger MS et al. Functional mapping-guided resection of LGGs in eloquent brain areas: improvement of long-term survival. J Neurosurg. 2011
1. Funktionelle Neuroanatomie
Dept. of Neurosurgery
73%
62% 38%
27%
Chang EF, Berger MS et al. Functional mapping-guided resection of LGGs in eloquent brain areas: improvement of long-term survival. J Neurosurg. 2011
1. Funktionelle Neuroanatomie
Dept. of Neurosurgery
73%
62% 38%
27%
64% 36%
Chang EF, Berger MS et al. Functional mapping-guided resection of LGGs in eloquent brain areas: improvement of long-term survival. J Neurosurg. 2011
1. Funktionelle Neuroanatomie
Dept. of Neurosurgery
73%
62% 38%
27%
64% 36%
Months survival
Chang EF, Berger MS et al. Functional mapping-guided resection of LGGs in eloquent brain areas: improvement of long-term survival. J Neurosurg. 2011
1. Funktionelle Neuroanatomie
Neurochirurgische Klinik
Roessler K, et al. Evaluation of preoperative high magnetic field motor functional MRI (3 Tesla) in glioma patients by navigated electrocortical stimulation and postoperative outcome. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2005
n = 22
(all motor)
→ fMRI identified the primary motor cortex in 100%
→ IOM identified the primary motor cortex in 77% (n=17)
3. Einfluss auf Therapieplanung
fMRT
Dept. of Neurosurgery
„Essentielle“ Funktion?
1. Funktionelle Neuroanatomie