Perioperative Funktionsanalyse mit navigierter transkranieller Magnetstimulation bei Patienten mit Hirntumoren und chronischer zerebrovaskulärer Insuffizienz

Abstract

Hintergrund Die transkranielle Magnetstimulation(TMS) ist die einzige Methode, die es auf nicht-invasive Weise erlaubt neurophysiologische Vorgänge des Neokortex mittels magnetisch induzierter elektrischer Stimulation analog dem Goldstandard der direkten Kortexstimulation zu untersuchen. Durch den zusätzlichen Einsatz der Neuronavigation (nTMS) sind topographische Messungen nunmehr mit einer hohen räumlichen Auflösung möglich. Hieraus ergibt sich für die nTMS ein hohes Potenzial als nicht invasives Messinstrument zur präoperativen Visualisierung eloquenter Kortexareale sowie Funktionsprüfung neuronaler Netzwerke. Um eloquente Areale bei veränderten anatomischen Verhältnissen sicher detektieren und erkrankungsbedingte Veränderungen von physiologischer Fluktuation sicher unterscheiden zu können, ist eine hohe Ergebnisstabilität über die Zeit sowie zwischen den Untersuchern nötig. So wird In der ersten Publikation die Anwendbarkeit des Verfahrens wie auch Reproduzierbarkeit zwischen zwei Untersuchern und Untersuchungszeitpunkten für die Kartierung des Motorkortex bei Patienten mit perirolandischen Tumoren und gesunden Probanden geprüft. Ziel der zweiten Publikation war es mittels repetitiver nTMS für die Sprachfunktion relevante Kortexareale bei Patienten mit linkshemisphärischen Raumforderungen wie auch einer gesunden Kontrollgruppe zu detektieren und charakterisieren. Abschließend wurde in der letzten Publikation das plastische Potenzial des motorischen Systems am Beispiel von Patienten mit chronischer zerebrovaskulärer Insuffizienz vor und nach einer operativen Revaskularisierung dargestellt. Methoden Zunächst wurde die Inter- und Intra-Untersucher-Variabilität des Systems für die topografische Kartierung des Motorkortex bei gesunden Probanden wie auch Patienten mit perirolandischen Tumoren mittels nTMS Einzelpulsstimulation untersucht. Mittels repetitiver nTMS wurden spracheloquente Areale über beiden Hemisphären bei Probanden wie auch Patienten dargestellt und charakterisiert. In der letzten Studie wurde die Änderung der kortikospinalen Erregbarkeit, das Verhältnis von synaptischer Bahnung und Hemmung, wie auch die Reorganisation motorischer Repräsentation bei Patienten mit einer zerebrovaskulären Insuffizienz sowohl prä- wie auch postoperativ untersucht. Ergebnisse Mit der navigierten transkraniellen Magnetstimulation sind Untersuchungen zur Erregbarkeit sowie Repräsentation funktioneller Kortexareale, sowohl bei gesunden wie auch bei Hirntumorpatienten mit einer hohen Intra- und Interuntersucherreliabilität möglich. Mittels der repetitiven nTMS konnten in beiden Gruppen sprachrelevante Areale dargestellt und zudem bei Patienten eine kompensatorisch erhöhte Beteiligung der rechten Hemisphäre an der Sprachverarbeitung gezeigt werden. Nach Wiederherstellung einer suffizienten Hirnperfusion konnte bei Patienten mit hämodynamischer Insuffizienz eine Rekonstitution der kortikalen Errregbarkeit und der motorischen Repräsentationsfläche parallel zum Rückgang der klinischen Symptome beobachtet werden. Diskussion und Zusammenfassung Die navigierte transkranielle Magnetstimulation ist ein nicht-invasives Messinstrument zur Evaluation des kortikospinalen Erregbarkeitsniveaus und präoperativen Visualisierung eloquenter Kortexareale. Die Darstellung der kompensatorischen Reorganisation der funktionellen Kortexarchitektur, erlaubt nicht nur eine individualisierte Operationsplanung, sondern könnte auch als ein potenzieller Verlaufs- und Prognoseparameter dienen.

Background Navigated transcranial magnetic stimulation is the only method to measure neurophysiological changes of the cortex through a magnetically induced stimulus analogous to the gold standard of direct electrical stimulation Due to the additional use of neuronavigation high resolution topographic measurements can be performed. Therefore nTMS has a high value as a non-invasive tool to visualize eloquent cortical areas preoperatively and test the function of neuronal networks In order to detect eloquent areas in altered anatomy and distinguish between disease-induced changes and physiological fluctuations, stable results between investigators and timepoints are needed. The first publication investigates the usefulness of this method as well as reproducibility of results across time and between different examiners for the motor mapping in healthy subjects and patients with brain tumors affecting the motor cortex. The goal of the second publication was to detect and characterize speech eloquent areas by means of repetitive nTMS in patients with left hemispheric brain tumors and healthy subjects. Finally, the last publication describes the plastic potential of the motor system exemplified by patients with occlusive cerebrovascular disease undergoing operative revascularization. Methods At first the system’s intraexaminer and test-retest variability was tested for single pulse nTMS motor mapping in healthy subjects and patients with tumors in the vicinity of the primary motor cortex. By means of repetitive nTMS speech eloquent areas were detected and characterized on both hemispheres in subjects and patients. The last study evaluated the change in corticospinal excitability, the relation to inhibition and facilitation and reorganization of motor representation in patients with occlusive cerebrovascular disease pre- and postoperatively. Results Navigated transcranial magnetic stimulation allows for the evaluation of the excitability and representation of functional cortical areas in healthy subjects and brain tumor patients with a high intra- examiner and test-retest reliability. By means of repetitive nTMS a compensatory increased involvement of the left hemisphere in language processing was detected in patients suffering from a left hemispheric lesion. After reconstitution of the cerebral perfusion corticospinal excitability and motor representation recovered in patients with occlusive cerebrovascular disease parallel to the relieve of clinical symptoms. Conclusion Navigated transcranial magnetic stimulation is a reliable non-invasive tool to evaluate corticospinal excitability and visualize eloquent cortical areas preoperatively. Characterizing the compensatory reorganization of functional cortical architecture might not only enable individualized surgical planning but might also be a potential prognostic and follow-up parameter.