Die repetitive navigierte transkranielle Magnetstimulation (rnTMS) ist eine nichtinvasive Methode zur Lokalisierung von spracheloquenten Arealen und wird in der Neurochirurgie zur perioperativen Diagnostik von Hirntumorpatienten verwendet. Bei Operationen in spracheloquenten Bereichen liegt die Herausforderung in der individuellen Varianz der funktionalen Anatomie der Sprache. Die Detektion von Spracharealen bei Hirntumorpatienten erfolgt noch immer über Wachoperationen. Um die Anzahl der Wachoperationen zu verringern, sowie das postoperative Ergebnis von Patienten zu verbessern, werden zuverlässige nicht invasive präoperative Methoden zur Sprachlokalisierung eruiert. Das Ziel unserer Studie war es, die Zuverlässigkeit der präoperativen rnTMS mit der direkten kortikalen Stimulation (DCS) während der Wachoperation zu vergleichen.
Methoden:
Prospektiv wurden 25 Patienten mit Hirntumoren in spracheloquenten Arealen evaluiert. Die Sprache aller Patienten wurde mit der präoperativen rnTMS, sowie mit der DCS getestet. In beiden Fällen bestand die Aufgabe der Patienten darin, Objekte eines Datensatzes mit 80 Bildern zu benennen. Während der pre - und intraoperativen Stimulation wurden positive und negative Stimulationspunkte erhoben und einer statistischen Vergleichsanalyse unterzogen. Hinsichtlich ihrer räumlichen Überlappung und ihrer anatomischen Verteilung wurden die positiven Sprachpunkte innerhalb der Kraniotomie im gleichen MRT-Datensatz dokumentiert und verglichen. Wir entschieden uns für die Einteilung der sprachpositiven Punkte in ein kortikales Parzellierungssystem (nach Corina) und in folgende linguistische Sprachqualitäten: anomische, semantische, phonologische, performance und Verzögerungssprachfehler.
Ergebnisse:
Die Überlappung von positiven rnTMS und positiven DCS Punkten zeigte für die rnTMS eine niedrige Sensitivität (35%) und einen niedrigen positiven Vorhersagewert (16%), jedoch eine hohe Spezifität (90%) und einen hohen negativen Vorhersagewert (96%). Innerhalb des exponierten Bereichs wurden mehr als doppelt so viele rnTMS sprachpositive Punkte registriert als bei der DCS. Der hohe negative prädiktive Wert der rnTMS ist zumindest zum Teil mit der großen Anzahl der rnTMS sprachnegativen Punkte erklärbar, die eine höhere Wahrscheinlichkeit haben mit den weniger DCS negativen Punkten übereinzustimmen. Die anatomische Verteilung zeigte für die sprachpositiven DCS Punkte eine 73-prozentige Verteilung in der pars opercularis und der pars triangularis des frontalen Operculums und 24% innerhalb des parietal gelegenen supramarginalen Gyrus, sowie dem dorsalen Teil des oberen temporalen Gyrus. Die rnTMS sprachpositiven Punkte waren gleichmäßig über eine große Anzahl von Gyri verteilt. Innerhalb der Überlappungen gab es keine Korrelation in den linguistischen Fehlerqualitäten.
Schlussfolgerung:
Mit dem aktuellen rnTMS Protokoll können wir vorhersagen, dass in 90% der zuvor untersuchten rnTMS Areale keine Sprachpositivität zu finden ist. Das aktuelle Protokoll der rnTMS zeigt für die Sprachzuordnung negativer Areale eine gute Reliabilität. Bisher können sprachpositive Punkte mit Hilfe der rnTMS jedoch nicht zuverlässig zugeordnet werden. Hier ist eine Verbesserung des rnTMS Protokolls notwendig. Beispielsweise kann eine postoperative Nachkartierung via rnTMS bei der zuvor durchgeführten DCS die Zuverlässigkeit des rnTMS Protokolls verbessern.
The repetitive navigated transcranial magnetic stimulation (rnTMS) is a non-invasive method for localizing speech eloquent areas. In neurosurgery it is an evolving and increasingly utilized tool for the preoperative diagnostic of brain tumor patients. One of the challenges in brain tumor surgery is the ability to precisely localize the speech eloquent areas. These are generally characterized by a significant inter-individual variance of the language-functional anatomy across patients. Therefore reliable methods for non-invasive language evaluation are desirable to considerably improve and support risk stratification and preoperative access planning. The current gold standard for the assessment of speech eloquent areas is the direct cortical stimulation (DCS). It is however only applicable during awake surgery. In order to reduce the necessity of awake surgery, as well as to improve the postoperative outcome in brain tumor surgery in general, this work evaluates the applicability and reliability of the preoperative rnTMS and compares it to the DCS during awake surgery.
Methods:
For the evaluation of the effectiveness of the rnTMS 25 patients with brain tumors in speech-related areas were prospectively assessed. All patients were preoperatively examined using the rnTMS as well as using DCS during awake surgery afterwards. Each assessment comprised the task to promptly name objects out of a dataset of 80 pictures. In all cases the positive and negative stimulation spots were checked statistically. Language positive spots in the craniotomy were further recorded in the same MRI data set. Subsequently the stored rnTMS and DCS language-positive spots were compared against each other with regard to their spatial correspondence and anatomical distribution. In addition the rnTMS and DCS mappings were classified in a cortical parcelling system (Corina) and finally the performance of both methods was assessed with respect to the following five types of linguistic error qualities: no-response, semantic, hesitation, phonological and performance errors.
Results:
Statistical analysis of the positive and negative stimulation spots as well as spatial correlation analysis of the rnTMS and DCS language-positive spots in the recorded MRI datasets revealed a sensitivity of 35% and a positive predictive value of 16% for the rnTMS. The specificity and negative predictive value on the other hand were determined to be significantly higher and resulted in values of 90% and 96%, respectively. Regarding the anatomical distribution 73% of the DCS speech-positive points were located in the pars opercularis and the pars triangularis in the frontal operculum. In the supramarginal gyrus as well as the dorsal part of the upper temporal gyrus 24% of the DCS positives spots could be evaluated. Comparing the rnTMS speech positivity to DCS, more spots were distributed over a large number of gyri. No correlation in the error quality within the overlaps could be found.
Conclusion:
With the herein established rnTMS protocol we were able to predict language negativity in the vast majority of the previously examined rnTMS areas. However, compared to DCS, with regard to assessment of positive language points the established rnTMS protocol lacked accuracy. Nontheless, rnTMS can be considered a reliable diagnostic tool to allocate essential language sites with simultaneous postoperative re-mapping via rnTMS. Future improvement of the protocol might possibly aid in reliable language point assignment.
