Risk stratification in motor area-related glioma surgery based on navigated transcranial magnetic stimulation data

Abstract

Introduction. Navigated transcranial magnetic stimulation (nTMS) has been established as a noninvasive examination method to identify preoperatively functional motor areas in patients with brain tumors in presumed motor eloquent areas. The aim of this study was to analyze in how far the data provided by nTMS can be used to predict the risk for the occurence of a new or the aggravation of a preoperatively existing paresis. Methods. One hundred thirteen patients who were operated with glioma in presumed motor eloquent areas in our department between October 2007 and December 2014 were prospectively included for bihemispheric, preoperative nTMS mapping. The examination results were transferred to the operation planning software iPlan 2.0 (Brain Lab) and fiber tracking of the corticospinal tract based on diffusion tensor imaging was performed. Univariate analyses were used to detect any correlations between the nTMS-derived variables and the postoperative motor status on day 7 (= day of discharge) and after 3 months. For creating a predictive model for the motor outcome, significant variables were included into multiple ordinal logistic regression analysis. Results. Deterioration of the motor status was observed in 20% of cases after 7 days and in 22% of cases after 3 months. A new permanent deficit never occured when the subcortical distance between the corticospinal tract and the tumor was greater than 8 mm and the motor cortex was not infiltrated (p = 0.014). Patients with a pathological interhemispheric excitability of the motor system (interhemispheric resting motor threshold [RMT] ratio < 90% or > 110%) had a higher risk to suffer from a new paresis on day 7 (p = 0.031). On the other hand, patients with a preoperative deficit never regained motor function when the RMT was significantly higher in the tumorous hemisphere than in the healthy hemisphere (RMT ratio > 110%). Conclusion. The risk stratification model allows to quantify the likelihood for worsening or improvement of motor function based on objective functional-anatomical and neurophysiological data. The data can be utilized to decide about the necessity for intraoperative neurophysiological monitoring and to establish an individualized treatment plan in consent with the patient.

Einleitung. Für Patienten mit einem motorisch-eloquent gelegenen Hirntumor hat sich die navigierte transkranielle Magnetstimulation (nTMS) als nicht-invasive Untersuchungsmethode etabliert, um motorisch-funktionelle Areale präoperativ zu identifizieren. Das Ziel dieser Studie war es zu analysieren, ob und inwiefern sich die durch die nTMS-Untersuchung bereitgestellten Daten dazu eignen, das Risiko für das Auftreten einer neuen oder der Verschlechterung einer bereits präoperativ bestehenden Parese in Form eines statistisch prädiktiven Models zu stratifizieren. Methoden. Einhundertdreizehn Patienten, die zwischen Oktober 2007 und Dezember 2014 an einem hirneigenen Tumor in (potenziell) motorisch-eloquenter Lage in der Klinik für Neurochirurgie der Charité operiert wurden, unterzogen sich präoperativ der bihemisphärischen nTMS-Untersuchung. Anschließend erfolgte die Evaluation in der OP- Planungssoftware iPlan 2.0 (Brain Lab), mit welcher eine auf Diffusions- Tensor-Bildgebung basierende Faserbahndarstellung des kortikospinalen Traktes erfolgte. Mit den prospektiv gesammelten Daten erfolgte zunächst eine univariate Analyse bzgl. des motorischen Status nach 7 Tagen (= Entlassungstag) und 3 Monaten. Anschließend wurde mithilfe der signifkanten Variablen eine multiple ordinale logistische Regressionsanalyse durchgeführt, um Prädiktoren für das motorische Outcome der Patienten zu identifizieren. Ergebnisse. Ein verschlechterter motorischer Status wurde in 20% der Fälle nach 7 Tagen und in 22% der Fälle nach 3 Monaten beobachtet. Patienten erlitten nie ein neues motorisches Defizit, wenn der minimale subkortikale Abstand zwischen dem Tumor und der nTMS-basierten Darstellung des kortikospinalen Traktes größer als 8mm war und keine kortikale tumoröse Infiltration des Motorkortex nachweisbar war (p = 0.014). Eine postoperative motorische Verschlechterung nach 7 Tagen war mit einem pathologischen interhemisphärischen Erregungsverhältnis (interhemisphärischer „resting motor threshold“ (RMT)-Quotient < 90% bzw. > 110%) assoziiert (p = 0.031). Eine präoperative Parese bildete sich bei Patienten, deren RMT-Quotient > 110% lag, nie zurück. Zusammenfassung. Die auf anatomisch-funktionellen und neurophysiologischen Daten basierende Risikostratifizierung erlaubt es, die Wahrscheinlichkeit für eine motorisch-funktionelle Verschlechterung bzw. Besserung zu quantifizieren. Diese Information kann genutzt werden, um die Notwendigkeit von intraoperativem neurophysiologischen Monitoring einzuschätzen und in Konsens mit dem Patienten eine individualisierte Behandlungsstrategie festzulegen.