Funktionelle Neuronavigation - Korrelation von präoperativen Daten der funktionellen Kernspintomographie mit dem navigationsunterstützten intraoperativen neurophysiologischen Monitoring

Abstract

Hintergrund: Die operative Behandlung von Läsionen in der unmittelbaren Nähe des Sulcus centralis stellt den Neuro-chirurgenvor eine besondere Herausforderung. Zwar korreliert eine radikale Tumorresektion mit einer erhöhten Lebenserwartung, aufgrund der funktionellen Bedeutung der Zentralregion besteht jedoch die Gefahr einer erhöhten Operationsmorbidität. Deshalb fällt der prä-und intraoperativen Identifikation kortikaler Funktionsareale eine ent-scheidendeBedeutung zu. Verschiedene Techniken zur Darstellung der patientenspezifischen funktionellen und morphologischen Topo- graphiehaben es in den letzten Jahren ermöglicht, sowohl präoperativ nicht- invasiv, als auch direkt intraoperativ den Sulcus centralis mit den angrenzenden Gyrizu identifizieren. Hierzu zählen u.a. die Techniken der funktionellen Bildgebung, wie der fMRT sowie intraoperativ die Ableitung somatosensibelevozierter Potenziale oder die direkte kortikale Stimulation (MCS) des Motorkortex. Methodik: Ziel dieser Studie war es, die räumliche Auflösung der fMRT im Bereich des primären motorischen Kortex (fingertapping Paradigma, BrainVoyager®2000) mit der intraoperativen IOM- Ortung(kombinierte SEP-Phasenumkehr / MCS-Mapping, Viasys Endeavor®) zu vergleichen. Hierzu wurden die fMRT-Daten und die IOM- Stimulationskoordinatenvon 21 Patienten (12 Männer, 9 Frauen, mittleres Alter: 56,2 Jahre, 13 präzentraleTx, 8 postzentrale Tx) mit Hilfe eines rahmenlosen Navigationsverfahrens (Mayfield ACCISS II®) fusioniert und bezüglich ihrer Ortsgenauigkeit korreliert. Mit Hilfe der Abstandsberechnung nach Euklid wurde die Abweichung der Koordinaten (fMRT max.; fMRT max.-Projektionauf Kortexniveau; MCS max. Kortexoberfläche) zueinander berechnet. Die statistische Korrelation wurde nach Pearson und Spearmanermittelt. Ergebnisse: Mit Hilfe der Kombination aus SEP-Phasenumkehr und des MCS-Mappingkonnte der primäre motorische Kortex, bzw. der Sulcus centralis in 100% der Fälle (21/21) identifiziert werden.Die fMRT lokalisierte in allen 21 Fällen die Lage der motorischen Funktion (korreliert zum intraoperativen Stimulationserfolg) korrekt frontal, bzw. parietal zur Läsion. Jedoch zeigte der Punkteabstand im Raum zwischen den Ober-flächenkoordinatender MCS (Hand-/Fingerareal) und denen der fMRT (bzw. der fMRT-Projektion) eine räumliche Abweichungen zwischen 6,8 und 27,5 mm. In 5 Fällen betrug die Diskordanzweniger als 10 mm, in 15 Fällen zwischen 10 und 20 mm und in einem Fall mehr als 20 mm. Ein Zusammenhang zwischen der Tumorart, dem *Tumor-volumenincl. seiner Ausdehnung unter Kortexniveau sowie der prä-operativen neurologischen Symptomatik und dem Ausmaßder räum-lichenAbweichung zwischen MCS und fMRT ließsich statistisch nicht nachweisen (*r<0,27 ). Schlussfolgerungen: Das IOM muss weiterhin als Goldstandard für die Lokalisation motorisch eloquenter Hirnareale bei Eingriffen in der Zentralregion angesehen werden. Zwar kann die fMRT bereits präoperativ wichtige Informationen über die individuelle funktionelle Topographie geben die mit 10 bis 20 mm Abweichung zur direkten Kortexstimulation jedoch schlechte Ortsauflösung schränkt ihre unkritische Verwendung für die Funktionelle Navigation ohne eine intraoperative neurophysiologische Kontrolle deutlich ein. Nach Ansicht der Autoren muss daher eine rein fMRT-gesteuerteTumorresektion zum aktuellen Zeitpunkt noch abgelehnt werden.

Background: The surgical treatment of lesions in or around the central region confronts the neurosurgeon with a great challenge. Radical tumor resection leads to a better outcome but it also bears the risk of postoperative neurological deficit due to the functional importance of the central region. Throughout the last couple of years different techniques made it possible to identify the patient s specific functional and anatomical topography. The central sulcus and the adjacent gyri can be identified before surgery non- invasively and directly during surgery. Among other technical methods functional visualization through fMRI as well as electrocortical stimulation of the central region during surgery are part of these techniques. Methods: The intention of this study was to compare the spatial congruence between fMRI-data of the central region (finger tapping paradigm, Brain Voyager® 2000) and the intraoperative neurophysiological monitoring (combined SEP-phase reversal / MCS-mapping, Viasys Endeavor®). To accomplish this goal the fMRI and IOM- data of 21 patients (12 men and 9 women, mean age: 56,2 years, 13 precentral and 8 postcentral lesions) were implemented into a neuronavigation system (Mayfield Acciss II) and correlated regarding the spatial congruence. The distances between the coordinates (fMRI max.; fMRI max. -projection to the cortex surface; MCS max. of the cortex surface) were calculated with the formula of Euclid. The statistical correlation was determined by the methods of Pearson and Spearman. Results: Through SEP-phase reversal and MCS-mapping the primary motor cortex as well as the central sulcus was identified in 100% of the cases (21/21). The fMRI localized the motor function (correlated to the intraoperative stimulation) in 21 cases in correct frontal respectively parietal position to the lesion. The data analysis showed that the visualized anatomical topographic results received from fMRI (respectively fMRI- projection) deviated from those received via IOM-data (hand-/finger-region) between 6,8 and 27,5mm. In five cases the difference was less than 10mm, in 15 cases between 10 and 20mm, and in one case more than 20mm. A coherence between the tumor dignity, the *tumor volume (including its expansion under the cortex surface) as well as the neurological status before surgery and the spatial deviation between MCS and fMRI has been ruled out statistically (*r< 0,27). Conclusion: The IOM-technique still has to be considered as the gold standard for the localization of eloquent functional motor regions in central region tumor surgery. FMRI can provide important information of the individual functional topography before surgery. Considering the spatial incongruence between 10 and 20 mm compared to the direct cortex stimulation this leads to an insufficient spatial resolution and to the limitation of Functional Neuronavigation . An uncritical implementation without data confirmation through IOM during surgery should be avoided. Following the authors opinion exclusive functional MRI guided central region tumor surgery has to be rejected nowadays.