Background: Before surgical removal of brain tumors, it is crucial to maximize understanding of its spatial relation to function-bearing areas to guide decision-making and planning. The goal of surgery is to maximize extent of resection, while avoiding damage to functional areas. Tumors related to suspected language-eloquent areas present a particular challenge due to the complex and distributed nature of language function on the one hand and the debilitating consequences of postoperative language deficits on the other hand. The gold standard for localization of language function is direct cortical stimulation (DCS) during awake craniotomy. However, the procedure is highly invasive and patient eligibility is limited due to utmost patient compliance and centre-competence demands. Moreover, DCS primarily aids in the preservation of cortical integrity. However, damage to subcortical white matter tracts is also associated with permanent functional deficits. Novel, non-invasive diagnostic tools such as navigated transcranial magnetic stimulation (nTMS) and diffusion tensor imaging fiber tracking (DTI-FT) have emerged over the past decades and are being employed to locate and visualize language function. This work explores different implementations of these non-invasive tools for preoperative visualization of the language network. Methods: In their study, Silva et al. conducted DTI-FT of language fascicles based on anatomical landmarks, nTMS-derived functional data as well as a combination of both. Different approaches were assessed for clinical utility in a multinational expert survey. Additional endpoints such as success in visualizing five principal language tracts as well as volumes of resulting tractograms were studied. Results: Results indicate that anatomy-based DTI-FT, even in the presence of a tumor, poses a reliable method for identification of major language tracts. Resulting tractograms were considered more useful than tractograms based solely on functional data. nTMS-based tractography failed to reliably reveal principal language tracts and tractogram volumes were lower compared to landmark-based DTI-FT. However, additional incorporation of functional data derived from nTMS can further augment the visualizations and improve clinical usefulness in some cases. Conclusion: DTI-FT presents an indispensable and important tool for preoperative interrogation of language pathways. The incorporation of functional data from nTMS language mappings into DTI-FT presents a promising challenge. Here we show that nTMS has the ability to enhance representations, but cannot solely replace landmark-based DTI-FT of important fiber tracts. Further research is warranted in the quest for defining and validating optimal strategies in the heterogenous landscape of protocols for functional DTI-FT of the language network.
Hintergrund: Vor der chirurgischen Entfernung von Hirntumoren ist es entscheidend, die räumliche Beziehung zu funktionalen Arealen zu verstehen, um eine fundierte Planung zu ermöglichen. Ziel der Operation ist es, das Resektionsausmaß zu maximieren und eine Schädigung funktioneller Bereiche zu vermeiden. Tumore, die in Relation zu mutmaßlich sprach-tragenden Arealen stehen, stellen aufgrund der komplexen und verteilten Lokalisierung von Sprachfunktion, sowie der einschränkenden Folgen postoperativer Sprachdefizite eine besondere Herausforderung dar. Goldstandard für die Lokalisierung von Sprachfunktion ist die Wachkraniotomie und direkte kortikale Stimulation (DCS). Die Eignung der Patienten für dieses invasive Verfahren ist jedoch aufgrund der hohen Anforderungen an Compliance und Kompetenz begrenzt. Außerdem dient die DCS lediglich der Identifizierung kortikaler Areale, obwohl insbesondere die Schädigung subkortikaler Bahnen mit dauerhaften funktionellen Defiziten verbunden ist. Neue, nicht-invasive diagnostische Methoden wie die navigierte transkranielle Magnetstimulation (nTMS) und das Diffusion Tensor Imaging Fiber Tracking (DTI-FT) werden in den letzten Jahrzehnten vermehrt zur Lokalisierung funktionaler Areale eingesetzt. In dieser Arbeit werden verschiedene Umsetzungen dieser Methoden zur präoperative Visualisierung des Sprachnetzwerks untersucht. Methoden: In ihrer Studie führten Silva et al. DTI-FT von Sprachbahnen auf Grundlage anatomischer Landmarken, nTMS-basierter Daten sowie einer Kombination durch. Die verschiedenen Ansätze wurden in einer multinationalen Expertenbefragung auf ihren klinischen Nutzen hin untersucht. Zusätzlich wurden Endpunkte wie der Erfolg bei der Visualisierung von fünf Hauptsprachbahnen sowie die Volumina der resultierenden Traktogramme untersucht. Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigen, dass anatomiebasierte DTI-FT selbst bei Vorhandensein eines Tumors eine zuverlässige Methode zur Identifizierung wichtiger Sprachbahnen darstellt. Resultierende Traktogramme wurden als nützlicher erachtet als Traktogramme, die aus-schließlich auf funktionellen Daten basieren. Außerdem konnte die nTMS-basierte Traktographie wichtige Sprachbahnen nicht zuverlässig aufdecken, und die Traktogrammvo-lumina waren im Vergleich zum Landmark-basierten Ansatz geringer. Eine zusätzliche Einbeziehung funktioneller Daten, kann jedoch die auf anatomiebasierten Visualisierungen verbessern und in einigen Fällen den klinischen Nutzen erhöhen. Schlussfolgerung: Die DTI-FT ist ein unverzichtbares Instrument für die präoperative Untersuchung von Sprachbahnen. Die Einbeziehung funktioneller TMS-Daten in DTI-FT stellt eine vielversprechende Herausforderung dar. Hier zeigen wir, dass nTMS die Fähigkeit hat, die Darstellungen zu verbessern, aber nicht allein die anatomiebasierte DTI-FT wichtiger Faserbahnen ersetzen kann. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um für funktionelle DTI-FT des Sprachnetzwerks optimale Strategien zu definieren und zu validieren.
