Hintergrund Die neurochirurgische Resektion von links-hemisphärischen Hirntumoren kann postoperativ zu Sprachdefiziten führen. In dieser Dissertation wird die Rolle von nicht-invasiven, bildgebenden Methoden zur Analyse der strukturellen Verbindungen des Sprachnetzwerks für die präoperative Risikoeinschätzung und operative Planung von Hirntumoren in Spracharealen untersucht. Methoden In drei Studien wurden Patient*innen mit links-hemisphärischen Hirntumoren (Tuncer et al., 2021: n=50, Silva et al., 2022: n=30, Ntemou et al., 2023: n=52) eingeschlossen. In Tuncer et al., 2021 wurde auf Grundlage der präoperativen Traktografie der fünf Haupt- sprachfasertrakte (Fasciculus arcuatus [AF], Frontal Aslant Tract [FAT], Fasciculus fronto-occipitalis inferior [IFOF], Fasciculus longitudinalis inferior [ILF], Fasciculus uncinatus [UF]) mittels diffusionsgewichteter Magnetresonanztomografie (MRT) in Kombination mit postoperativer MRT-Bildgebung das Ausmaß chirurgischer Traktverletzungen bestimmt. Die Verletzung von Trakten wurde mit der postoperativen Sprachfunktion korreliert und auf dieser Basis Regressions-basierte Risikomodelle errechnet. In Silva et al., 2022 erhielten Patient*innen präoperativ sowohl eine Traktografie der Sprachfasertrakte als auch eine Kartierung der Sprachareale mittels navigierter transkranieller Magnetsti- mulation (nTMS). Auf dieser Basis wurden verschiedene Traktografie-Protokolle (in Kombination mit nTMS) in Hinsicht auf ihre Eignung in der operativen Planung anhand qualitativer Expertenbefragung verglichen. In Ntemou et al., 2023 wurde die Beziehung zwischen der Involvierung von Hirnarealen durch den Tumor und Sprachdefiziten in spezifischen linguistischen Modalitäten aufsteigender Komplexität anhand von Voxel-basiertem Lesion-Symptom-Mapping (VLSM) analysiert. Ergebnisse Die chirurgische Verletzung von Knotenpunkten innerhalb der weißen Substanz war mit einem signifikant höheren Risiko einer postoperativen Aphasie assoziiert: die temporo- parieto-okzipitale Übergangszone (temporo-parietales Segment des AF sowie mittleres Segment des IFOF; OR: 23,04) sowie der Temporalstamm (mittlere Segmente des IFOF, ILF und UF; OR: 21,96). Die Anatomie-basierte Darstellung der Sprachfasertrakte erwies sich als geeignetster Ansatz für die operative Planung und Risikoeinschätzung anhand der Expertenbefragung, während nTMS-basierte Traktografie-Methoden als weniger geeignet eingeschätzt wurden. In der VLSM-Analyse war die Involvierung des AF mit der Benennung von einfachen Objekten und der Benennung von Handlungen assoziiert, während die Involvierung des IFOF mit der Benennung zusammengesetzter Nomina assoziiert war. Schlussfolgerungen Das perioperative Risiko von Hirntumorpatienten, ein Sprachdefizit zu erleiden, kann mithilfe der Traktografie des Sprachnetzwerkes abgeschätzt werden. Insbesondere die Anatomie-basierte Darstellung ist geeignet für den Einsatz in der chirurgischen Planung. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass verschiedenen linguistischen Prozessen unterschiedliche Netzwerke innerhalb des Gehirns zugrunde liegen. Zukünftige Risikomodelle sollten für eine ganzheitliche Vorhersage diese Aspekte berücksichtigen.
Background Neurosurgical resection of left-hemispheric brain tumors may lead to postoperative language deficits. This dissertation investigates the role of non-invasive, imaging-based methods to analyze the structural connections of the language network for preoperative risk assessment and surgical planning of brain tumors in language areas. Methods Patients with surgically treated left-hemispheric brain tumors were included in three different studies (Tuncer et al., 2021: n=50, Silva et al., 2022: n=30, Ntemou et al., 2023: n=52). In Tuncer et al., 2021 preoperative diffusion MRI-based tractography of the 5 main language-related fiber tracts (Arcuate Fasciculus [AF], Frontal Aslant Tract [FAT], Inferior Fronto-Occipital Fasciculus [IFOF], Inferior Longitudinal Fasciculus [ILF], Uncinate Fasciculus [UF]) combined with postoperative MRI was used to determine the surgical injury of tracts. Tract injury was then correlated with postoperative language function and regression-based models for prediction of postoperative language deficits were calculated. In Silva et al., 2022, patients underwent preoperative tractography of the language network as well as navigated transcranial magnetic stimulation (nTMS)-based mapping of the cortical language areas. On this basis, different tractography protocols (in combination with nTMS) were assessed by experts and compared regarding their usefulness in surgical planning. In Ntemou et al., 2023, the relationship between the tumorous involvement of brain areas and language deficits in specific linguistic modalities of varying complexity was analyzed using Voxel-based Lesion-Symptom-Mapping (VLSM). Results Surgical injury to distinct functional nodes within the white matter was associated with a significantly higher risk of postoperative aphasia: the temporo-parieto-occipital junction (temporo-parietal segment of the AF and middle segment of the IFOF; OR: 23.04) and the temporal stem (middle segments of the IFOF, ILF and UF; OR: 21.96). Anatomy- based visualization of the language tracts was found to be the most suitable approach for surgical planning and risk assessment based on expert opinion, while nTMS-based tractography methods were found to be less suitable. In the VLSM analysis, involvement of the AF was associated with naming of simple objects and sentence naming, while involvement of the IFOF was associated with naming of compounds. Conclusions The risk of brain tumor patients developing a language deficit can be assessed using tractography-based imaging of the language network. Anatomy-based visualization is particularly suitable for use in surgical planning. In addition, linguistic processes of different complexity are associated with distinct parts of the language network. Future risk models should take these aspects into account for a holistic prediction.
