Function-based DTI fiber tracking using repetitive transcranial magnetic stimulation for language-relevant subcortical fiber tracts: feasibility and application of a novel technique in patients with left-sided perisylvian brain tumors

Die neurochirurgische Resektion von intrazerebralen raumfordernden Läsionen, welche sich in eloquenten Gehirnarealen befinden, ist heutzutage weiterhin eine Herausforderung und ein Balanceakt zwischen möglichst kompletter Resektion der Läsion und dem Erhalt der neurologischen Funktion, wie z. B. Sprache. Aus diesem Grund ist die präoperative Planung und die funktionelle Bildgebung ein wichtiges Hilfsmittel für den Neurochirurgen, um die anatomische und funktionelle Relation einer raumfordernden Läsion mit wichtigen kortikalen und subkortikalen Strukturen darzustellen und für die Operationstechnik zu integrieren. In den letzten Jahrzehnten konnte festgestellt werden, dass die Sprachfunktion des Menschen auf einem komplexen kortiko-subkortikalem Netzwerk basiert. Die Darstellung subkortikaler Strukturen hat deshalb in den letzten Jahren stetig zugenommen. Diffusion Tensor Imaging (DTI) basierte Faserrekonstruktion (fiber tracking; FT) ist eine beliebte, nicht-invasive Methode zur Faserbahndarstellung. In dieser Arbeit wurde diese Technik zusammen mit repetitiver transkranieller Magnetstimulation (rTMS) untersucht: sprachinvolvierte Kortexareale, welche mit rTMS bestimmt wurden, dienten als sogenannte “regions of interest” (ROI) für das anschließende DTI FT. Um geeignete DTI FT Einstellungen zu ermitteln, wurde dies mit sieben unterschiedlichen Einstellungen der minimalen Faserlänge (minimum fiber length; MFL) (40-100 mm) und elf unterschiedlichen Einstellungen von fraktionaler Anisotropie (FA) (0.01-0.5) durchgeführt. Die Ergebnisse wurden hinsichtlich zuvor definierter sprachinvolvierten Faserbahnen beurteilt (Traktus Kortikonuklearis, Fasciculus arcuatus, Fasciculus uncinatus, Fasciculus longitudinalis superior, Fasciculus longitudinalis inferior, Fibrae arcuatae, Kommissurenfasern, kortikothalamische Fasern, Fasciculus frontooccipitalis). Siebenunddreißig Patienten mit linkshemisphärischer perisylvischer raumfordernden Läsion wurden eingeschlossen. TMS-basiertes DTI FT war bei jedem Patienten möglich. Mindesten sechs der o. g. Sprachtrakte konnten in jedem Patienten identifiziert werden und in 86.5% war es möglich alle neun Sprachtrakte darzustellen. Weiterhin wurden fünf DTI FT Einstellungen erarbeitet die eine konstante Darstellung der Sprachtrakte, sowie ein optisch qualitativ ansprechendes Ergebnis gewährleisten konnten. Die Untersuchung von potentiellen Einflussfaktoren auf die DTI FT (Alter, Tumorentität, Volumen der Kontrastmittelaufnahme der Läsion, Volumen der T2-FLAIR Hyperintensität, Sprachfehler während der Sprachkartierung, Volumen der sprachinvolvierten Punkte und der ROI) zeigten, dass die Ergebnisse nicht signifikant von diesen Faktoren abhingen. rTMS wurde bisher verwendet zur Darstellung sprachinvolvierter kortikaler Gehirnarealen, mit der hiermit vorgestellten neuen Technik war es nun möglich auch subkortikale sprachinvolvierte Faserbahnen darzustellen und somit die Anwendbarkeit der rTMS als vorbestehende Methode zu ergänzen und erweitern. In dieser Arbeit konnte die Umsetzbarkeit dieser neuen Technik belegt werden und die Ergebnisse können in den klinischen Alltag übertragen werden zur prä- und intraoperativen Anwendung. Mit dieser neuen Technik kann in Folge die Operations- und intraoperative Sprachkartierungszeit reduziert, die Tumorresektion und der Funktionserhalt der Sprache verbessert werden.