Intraoperative Neuronavigation von Hirntumoren unter Einschluss des Tractus corticospinalis mit Hilfe von Diffusion Tensor Imaging und Fiber Tracking

Abstract

Ziel:
Durch Integration des Fiber Tracking in die intraoperative Neuronavigation sollten die Lage der kortikospinalen Bahnen bei der Operation von Hirntumoren dargestellt und gleichzeitig die Lokalisation der Trajektorien mit einer unabhngigen Methode auf Ortsgenauigkeit berprft werden.
Patienten und Methodik:
Dazu wurden bei 21 Patienten MR-Untersuchungen mit Diffusion Tensor Imaging (DTI) durchgefhrt, die Tensorenfelder berechnet und die Bahnenverlufe mittels eines modifizierten Line-Propagation-Algorithmus bestimmt. Der Algorithmus kann die Richtung der Haupteigenvektoren auch ber Faserkreuzungen hinweg verfolgen. Das Tracking im peritumoralen dem ist durch die dort herabgesetzte fraktionale Anisotropie (FA) erschwert, so dass in diesen Fllen eine Modifizierung der Stopp-Kriterien des Algorithmus erforderlich war. Nach Koregistrierung der berechneten Trajektorien mit hochaufgelsten dreidimensionalen (3-D) Datenstzen und Umwandlung in das DICOM-Format wurden die Daten in ein neurochirurgisches Navigationssystem eingespeist.
Ergebnisse:
In allen 21 Fllen konnten die kortikospinalen Bahnen dargestellt werden. Dies wurde von den Neurochirurgen als sehr hilfreich empfunden, um eine Schdigung der Bahnen zu vermeiden. Whrend der Tumorentfernung wurde die Position der Bahnen bei 13 Patienten mittels elektrophysiologischer kortikaler und in 10 Fllen mit subkortikaler Stimulation berprft und mit der Position der Trajektorien im Navigationssystem verglichen. In allen 13 Fllen war die kortikale Stimulation erfolgreich und besttigte die Position des Gyrus praecentralis, aus dem die Trajektorien entsprangen. Eine positive Antwort auf die subkortikale Stimulation in der Wand der Tumorhhle wurde dagegen nur in fnf von zehn Fllen erreicht, bei denen der Abstand zwischen Stimulationsort und Position der virtuellen Bahnen 1 cm war. In allen Fllen mit negativem Ergebnis war der Abstand grer.
Schlussfolgerung:
Wenn sich die Zuverlssigkeit des beschriebenen Fiber Tracking bei weiteren Untersuchungen besttigt, sollte die Methode als wichtige Komponente in die Neuronavigationssysteme aufgenommen werden.
Purpose:
To include information about the position of the corticospinal tract into intraoperative neuronavigation of brain tumor surgery, and to check the topographic correctness of fiber tracking by an independent method.
Patients and Methods:
The authors performed diffusion tensor imaging (DTI) in 21 patients, computed diffusion tensor fields, and carried out fiber tracking by means of a modified line-propagation algorithm. The algorithm is able to follow the direction of the mean eigenvectors across voxels in areas of fiber crossings. Tracking in peritumoral edema with reduced fractional anisotropy (FA) was facilitated by alteration of the stopping criteria of the algorithm. After coregistration of the trajectories with high-resolution three-dimensional (3-D) data sets and conversion to DICOM format, the data were transferred to a neurosurgical navigation system. During removal of the tumor, the position of the tracts was checked by electrophysiological stimulation of the precentral cortex in 13 patients and by subcortical stimulation of the walls of the resulting cavity in ten and compared to the position of the trajectories as shown by the navigation system.
Results:
The corticospinal tracts could be demonstrated in all cases including those with severe edema. Their inclusion into the navigation system was regarded to be helpful during surgery to avoid damage to these tracts. The position of the precentral gyrus from which the trajectories originated could be confirmed by cortical stimulation in all cases. Positive responses to subcortical stimulation, however, were achieved in five cases only in which the stimulation was performed in close vicinity to the virtual tracts. In the other five patients, the distance between the stimulation position and the trajectories was > 1 cm.
Conclusion:
If the reliability of the fiber tracking technique can be confirmed by further intraoperative electrophysiological verification of the tract position, this method should be included into neuronavigation systems.