Het gebruik van MR-tractografie in de dagelijkse neurochirurgische

4
Neurochirurgie
Het gebruik van MR-tractografie in de
dagelijkse neurochirurgische praktijk
The use of MR-tractography in daily neurosurgical practice
Dr. G.J.M. Rutten1, dr. G. Kristo2, W. Pigmans3, dr. J. Peluso4, dr. H.B. Verheul5
Samenvatting
Kennis van de subcorticale (functionele) anatomie is belangrijk bij de planning en uitvoering van hersenoperaties. ‘Diffusion tensor imaging’-tractografie is een non-invasieve ‘magnetic resonance imaging’techniek die de grotere wittebaansystemen kan visualiseren en waarvan de informatie (genavigeerd)
gebruikt kan worden tijdens de operatie. In dit artikel beschrijven we onze ervaringen met het opzetten
van het logistieke traject dat nodig is om tractografie beschikbaar te maken voor in principe iedere
hersenoperatie. Op basis van de ervaringen bij 100 patiënten concluderen we dat ‘diffusion tensor
imaging’-tractografie een waardevolle aanvulling is op de dagelijkse neurochirurgische praktijk. Wegens
de complexiteit van de methode adviseren wij dat de analyse wordt gedaan door mensen die hiervoor
specifiek getraind zijn en dit frequent blijven doen.
(Tijdschr Neurol Neurochir 2014;115:204-11)
Summary
Knowledge of subcortical (functional) anatomy is important for planning of brain surgical procedures.
Diffusion tensor imaging tractography is a non-invasive magnetic resonance imaging technique that
is able to visualise white matter tracts. Main aim of this study is to review our experiences in setting up
the necessary workflow for use of diffusion tensor imaging tractography in daily neurosurgical practice.
We describe the lessons we learned as well as some of the clinical benefits in our first 100 patients.
We conclude that diffusion tensor imaging tracography is a valuable clinical tool in neurosurgical practice.
Due to the complexity of the method we think that data analysis should be performed by dedicated people
that have experience with a significant number of cases.
Inleiding
Het functionele belang van wittestofbanen wordt in
toenemende mate erkend bij de besluitvorming rondom
hersenoperaties.1 De grotere subcorticale baansystemen
kunnen in beeld worden gebracht met een niet-invasieve
‘magnetic resonance imaging’ (MRI)- techniek: ‘diffusion tensor imaging’(DTI).2 Dit wordt ook wel tractografie genoemd. De resultaten van tractografie komen
over het algemeen goed overeen met bevindingen uit
postmortem dissectieonderzoek en elektrische stimulatie
tijdens hersenoperaties. Klinische onderzoeksgroepen die
veel ervaring hebben met DTI-tractografie propageren
het gebruik ervan in de klinische praktijk.3-6
DTI-tractografie is al vele jaren mogelijk.7,8 Het is echter
nog steeds zo dat maar weinig neurochirurgen hier in
hun dagelijkse praktijk gebruik van (kunnen) maken.
Hiervoor lijken twee belangrijke redenen te zijn. Allereerst is de methode nog niet volledig te standaardiseren,
zoals bijvoorbeeld wel het geval is bij reguliere computer
neurochirurg, afdeling Neurochirurgie 2onderzoeker, afdeling Neurochirurgie 3radiologisch laborant, afdeling Radiologie 4radioloog, afdeling Radiologie
1
5
neurochirurg, afdeling Neurochirurgie, St. Elisabeth Ziekenhuis, Tilburg.
Correspondentie graag richten aan: Dr. G.J. Rutten, neurochirurg, St. Elisabeth Ziekenhuis, Hilvarenbeekseweg 60, 5022 GC Tilburg, tel: 0135391048, e-mailadres: [email protected].
Belangenconflict: geen gemeld. Financiële ondersteuning: geen gemeld.
Trefwoorden: DTI-tractografie, functionele anatomie, functionele neuro-imaging, tumor, witte stof.
Keywords: DTI-tractography, functional anatomy, functional neuro-imaging, tumour, white matter.
Ontvangen 27 augustus 2013, geaccepteerd 6 december 2013.
Tijdschrif t voor Neurologie & Neurochirurgie
vol 115 - nr. 4 - december 2014
204
Neurochirurgie
tomografie (CT) en MRI-onderzoek. De techniek bepaalt
op voxel-niveau de diffusie grootte (‘mean diffusivity’)
en richting (‘fractional anisotropy’). Deze grootheden
vormen tesamen de diffusion tensor, die in ieder voxel
wordt berekend en als basis fungeert voor het reconstrueren van een baansysteem. Met behulp van ingewikkelde
algoritmen worden vervolgens voxels met vergelijkbare
diffusion tensoren verbonden. Hierbij vraagt de programmatuur om drempelwaarden van bepaalde parameters zoals bijvoorbeeld ‘mean diffusivity’, ‘fractional
anistropy’ en toegestane verandering in richting per voxel
(‘Maximum directional change’). Het gekozen algoritme
en de parameterinstellingen beïnvloeden het resultaat.
Dit deel van het analysetraject vereist daarom menselijke
besluitvorming. Dit geldt ook voor het plaatsen van zogenoemde ‘regions-of-interest’ (ROI), waarbij op anatomische gronden een begin- en een eindregio wordt gekozen
om het gewenste baansysteem te selecteren. Een tweede,
belangrijkere, reden is, dat analyse van DTI-tractografie
ervaring vereist, met name in situaties waarbij tumoren
of andere afwijkingen de normale anatomie verstoren.
Dit maakt het onzes inziens noodzakelijk dat de analyse wordt gedaan door mensen die dit vaak doen, zodat
opgedane kennis en ervaring worden geconcentreerd en
geconsolideerd. Dit hoeft niet per se de opererend neurochirurg te zijn. In het St Elisabeth Ziekenhuis zijn we
gestart met een project waarbij onderzoek en analyse
volledig worden uitgevoerd door radiologisch laboranten.
In onze opzet vult de neurochirurg alleen een klinisch
aanvraagformulier in (zie Figuur 1). De resultaten van
tractografie worden dan beschikbaar gemaakt in het
PACS en in de neuronavigatie-apparatuur in de operatiekamer.
In dit artikel beschrijven we onze ervaringen met het
opzetten van het logistieke traject dat nodig was om
tractografie beschikbaar te maken voor in principe iedere
hersenoperatie. Geleerde lessen en klinische voordelen
worden geschetst aan de hand van onze eerste 100 patiënten. We beschrijven het DTI-protocol dat is voortgekomen uit deze ervaringen zodanig dat anderen dit als
startpunt kunnen nemen indien zij DTI-tractografie
willen gaan gebruiken. Deze studie heeft nadrukkelijk
niet als doel om tractografieresultaten te valideren aan
de huidige gouden standaard (intraoperatieve elektrische
subcorticale stimulatie) of om een definitief standaardprotocol te beschrijven voor algemeen klinisch gebruik.
Voor een overzicht van de studies die gebruik van DTI
in de neurochirurgie hebben gevalideerd wordt verwezen
naar een recente publicatie in Neurosurgical Focus
(Abdullah et al, 2013).9
205
Tijdschrif t voor Neurologie & Neurochirurgie
Methode
Uitgangspunten
Bij het opzetten van een efficiënte workflow van de
MR-scanner tot in de operatiekamer werd een aantal
a priori voorwaarden gesteld: (1) De gebruiker van
DTI-informatie (in ons geval de neurochirurg) is niet
noodzakelijk een expert in deze techniek; (2) Tractografieresultaten kunnen worden geïmporteerd in een
neuronavigatie systeem voor gebruik tijdens operatie;
(3) Acquisitie, analyse en oversturen van tractografieresultaten naar de operatiekamer nemen niet meer dan
twee uur in beslag (op deze manier kan het onderzoek
een dag voor operatie, tijdens de reguliere opnamedag,
worden uitgevoerd); (4) Het gehele onderzoek wordt
uitgevoerd door radiologisch laboranten, gesuperviseerd
door een neuroradioloog of neurochirurg; (5) Er wordt
alleen gebruik gemaakt van commercieel verkrijgbare
software en hardware systemen; (6) Het aantal aan te
vragen wittestofbanen werd gelimiteerd tot vier fasciculi
met aangetoonde relevantie voor de neurochirurgische
praktijk (zie Figuur 1).
Wittestofbanen
We selecteerden vier wittestofbanen waarvan in de literatuur inmiddels duidelijk de klinische relevantie is
bewezen. Deze vier baansystemen kunnen ook tijdens
operatie worden gedetecteerd met elektrische stimulatie,
en dit geeft een goede indruk van de klinische bruikbaarheid en de kwaliteit van de data. De gekozen wittebaansystemen zijn: de tractus corticospinalis, de optische
radiatio (genicostriate tractus), de arcuate fasciculus en
de fasciculus fronto-occipitalis inferior (respectievelijk
CST, OR, AF en IFOF). Er is weinig discussie over
het klinische belang van grote baansystemen die direct
projecteren op primaire corticale gebieden, zoals de CST
en OR. Over de subcorticale systemen die een kritische
rol spelen bij taal is wel nog veel discussie. Zowel vanuit
een neurowetenschappelijk als klinisch oogpunt is er in
toenemende mate bewijs voor een ‘dual-stream model’
voor taal, dat wezenlijk anders is dan het klassieke neurologische model. In het klassieke model is de AF de
belangrijkste verbinding tussen de gebieden van Broca
en Wernicke. In het nieuwe model representeert de AF
het dorsale pad, dat vooral betrokken lijkt bij fonologie
en articulatie.6,10 Daarnaast is er een ventraal pad dat
vooral betrokken lijkt bij semantische processen, en dat
vermoedelijk loopt via de IFOF. Het is belangrijk te
onderkennen dat er een voortdurende discussie gaande
is in de literatuur over de precieze anatomische en functionele definities van de baansystemen die taal- en
andere cognitieve functies mediëren.
vol 115 - nr. 4 - december 2014
4
Functioneel imaging protocol
We maken gebruik van één imaging protocol voor zowel
functionele MRI als DTI. Dit protocol omvat twee
fMRI-onderzoeken (gericht op respectievelijk handmotoriek en taal), een DTI-onderzoek, een ‘resting state
connectivity scan’ (voor onderzoeksdoeleinden) en anatomische scans voor neuronavigatie (doorgaans een T1gewogen opname met contrast en/of een ‘fluid-attenuated
inversion recovery’(FLAIR)). Het voordeel hiervan is dat
we met een enkel standaardprotocol de klinische fMRIen DTI-vragen kunnen beantwoorden. Ander voordeel
is dat alle patiënten op eenzelfde manier kunnen worden
voorgelicht over hun MRI-onderzoek. Informatie over
het onderzoek wordt na het poliklinische bezoek meegegeven op een instructie DVD en is ook te zien via internet
http://www.youtube.com/watch?v=TZ5AYYp3BF4. In
dit artikel worden alleen de resultaten van DTI-tractografie beschreven.
Training van radiologisch laboranten
Vijf laboranten waren gemotiveerd om DTI-tractografie
te leren. Alvorens werd gestart bij patiënten, volgden de
laboranten cursussen (bijvoorbeeld via de school of MRI,
www.esmrmb.org) en werden zij herhaaldelijk getraind
door experts (GK, GR). Daarnaast werd in de literatuur
gezocht naar de nieuwste DTI-protocollen en werd zowel
de DTI-tractografie als de analysesoftware veelvuldig
geoefend. Een van de laboranten (WP) heeft zich in het
bijzonder bekwaamd in tractografie en fungeert in de
praktijk als aanspreekpunt voor de andere laboranten
en clinici. Plaatsing van ROIs vergt het meeste tijd en
training. In beginsel volgden we voor ROI-plaatsing
een protocol zoals is beschreven door Wakana et al. in
een verhelderend artikel.11 We hebben echter geleidelijk
aan een aantal veranderingen doorgevoerd die tot een
eigen, en onzes inziens makkelijker bruikbaar, protocol
hebben geleid (zie Tractografieprotocol). Alhoewel de
leercurve na 100 patiënten is afgevlakt blijft een voortdurende feedback tussen laboranten, neuroradiologen
en neurochirurgen van vitaal belang om de protocollen
verder te optimaliseren.
Tractografieprotocol
Alle scans werden uitgevoerd op een Philips Achieva 3T
MRI-scanner. Voor details van het scanprotocol voor
de diffusie gewogen scans (‘diffusion weighted imaging’
(DWI)-scans) en de postprocessing wordt verwezen naar
Kristo et al, 2012.12 Resolutie van de beelden is 2 x 2 x 2
mm, acquisitietijd is zes minuten. De ruwe databestanden worden overgestuurd naar een planningscomputer
voor analyse (Medtronic met StealthViz softwarepakket).
Tijdschrif t voor Neurologie & Neurochirurgie
Figuur 1. Aanvraagformulier dat de neurochirurg invult voor functioneel MRI- en/of DTI-onderzoek. Een zestal specifieke vragen
kunnen worden beantwoord met het onderzoeksprotocol.
De software past eerst een aantal automatische correcties
toe, onder andere voor beweging. Vervolgens worden
via een deterministische methode de banen gevisualiseerd door telkens ROIs te plaatsen (zie Figuur 2, pagina
207). We werken hierbij zoveel mogelijk met standaard
parameterinstellingen. Bij de grote meerderheid van
patiënten hoeven hier geen wijzigingen in te worden
aangebracht. In een enkel geval is toch ‘trial-and-error’
nodig om het gewenste eindresultaat te bereiken (door
veranderen van parameters of duidelijk anders plaatsen
van de ROIs). Omdat de baansystemen niet altijd meer
op hun oorspronkelijke anatomische positie lopen, of
soms zelfs niet meer (geheel) intact lijken te zijn, kan dit
een lastig proces zijn. Er is dan namelijk geen gewenst
eindresultaat om naar toe te werken.
Gebruik van tractografie-informatie tijdens operatie
DTI-tractografiegegevens worden van het planningsstation via intranet doorgestuurd naar de neuronavigatiesystemen in de operatiekamer. Elk baansysteem wordt
met een vaste kleur gecodeerd. Deze banen kunnen,
indien gewenst, afzonderlijk worden gevisualiseerd tegen
vol 115 - nr. 4 - december 2014
206
Neurochirurgie
Figuur 2. Tractografieprotocol. Plaatsing van Regions Of Interest (ROIs) gebeurt op een scan die een combinatie is van een
T1-gewogen anatomische MRI-scan en een diffusie gewogen scan (waarbij de kleuren de richting aangeven van de diffusie
richting: rood = links-rechts; groen = anterieur-posterieur; blauw = craniaal-caudaal). Bij de analyse van ‘diffusion tensor imaging’
(DTI)-tractografie wordt zoveel mogelijk gewerkt met standaard parameterinstellingen. Bij veruit de meerderheid van de patiënten
hoeft dit niet te worden aangepast. Relevante parameters zijn: FA Start Value: 0.20; ADC Stop Value: 0.10; Seed Density: 1; Maximum
Directional Change: 45°; Min Fiber Length: 50 mm.
A - tractus corticospinalis (CST) Er worden twee ROIs in het axiale vlak geplaatst. De eerste ROI omvat de ipsilaterale cerebrale
pedunkel. Een tweede ROI omvat de precentrale gyrus, en specifiek de ‘hand knob’, die doorgaans vrij eenvoudig te herkennen is
2 07
Tijdschrif t voor Neurologie & Neurochirurgie
vol 115 - nr. 4 - december 2014
4
de achtergrond van een anatomische scan ( zie Figuur 3,
pagina 209 en Figuur 4, pagina 210). Chirurgisch instrumentarium, zoals de CUSA, kan worden genavigeerd
zodat het voor de neurochirurg inzichtelijk wordt wanneer de resectie een specifiek baansysteem van interesse
nadert (hierbij is een marge in te stellen zodat het
instrument als het ware vooruit kijkt).
Resultaten
Met training en oefening kan DTI-tractografie zelfstandig worden uitgevoerd door radiologisch laboranten. Alhoewel moeilijk in te schatten denken we dat een
ieder die zich in deze techniek bekwaamt toch tenminste
enkele tientallen patiënten moet hebben gedaan om
de meest voorkomende moeilijkheden zelf te kunnen
oplossen. Dan nog zal men af en toe tegen problemen
aanlopen, en is het belangrijk dat er experts zijn om op
terug te vallen. Deze kennis is niet voorhanden bij commerciële partijen en is ook niet uit de boeken te halen.
Patiënten
In de periode september 2010 - maart 2013 ondergingen
100 patiënten in totaal 107 MRI-onderzoeken volgens
ons standaard functionele imaging-protocol. Mediane
leeftijd van de patiënten was 46 jaar (minimum 17, maximum 71 jaar). Alle patiënten hadden supratentorieel
gelegen tumoren of vasculaire afwijkingen (41 laaggradige gliomen, 40 hooggradige gliomen, 6 meningeomen,
2 AVMs, 4 cavernomen, 4 metastasen, 1 dermoid cyste,
1 epidermoid cyste and 1 intraventriculaire cyste). De
resultaten werden in PACS gezet samen met een (kwalitatief) verslag van de bevindingen door de neuroradioloog. Indien relevant werd een schatting gemaakt van
de minimale afstand tussen de laesie en baansysteem.
Desgevraagd werden DTI-tractografieresultaten naar de
operatiekamer verstuurd via intranet. Bij 17 patiënten
werden tijdens een wakkere operatie een of meer subcorticale banen gevonden met elektrische subcorticale
stimulatie. Precieze kwantitatieve validatie werd door ons
niet gedaan; hier zitten nog veel haken en ogen aan en is
tot op heden een onopgelost probleem in de literatuur.
Discussie
Commerciële bedrijven die software hebben ontwikkeld
voor analyse van DTI-tractografie adverteren vaak met
het feit dat de verschillende baansystemen op een eenvoudige en snelle manier zijn te visualiseren door de
(chirurgische) gebruiker. Het is inderdaad zo dat bijvoorbeeld de CST over het algemeen makkelijk is te visualiseren bij gezonde vrijwilligers. Dit hoeft echter nog niet
te betekenen dat de resultaten altijd correct zijn vanuit
functioneel-anatomisch perspectief. Daar komt bij dat bij
patiënten met een ruimte-innemende afwijking DTItractografie een veel moeilijker proces van ‘trial-anderror’ kan zijn, en dat soms zelfs de gewenste baansystemen niet worden gevonden. Juist dan is voldoende
ervaring vereist. Vanuit dit oogpunt lijkt het ons belangrijk om de analyse te laten doen door een vaste groep
aan de hand van anatomische kenmerken.16 Incidenteel is de precentrale gyrus op anatomische gronden niet goed te herkennen,
bijvoorbeeld door massa effect van een tumor of anatomische varianten in het gyrus-sulcus patroon (bijvoorbeeld een dubbele
precentrale sulcus). In dat geval kan fMRI-informatie worden gebruikt om de ROI met meer zekerheid te plaatsen.
B - arcuate fasciculus (AF) De AF wordt vaak, maar niet altijd, als een onderdeel gezien van een veel groter baansysteem, de
fasciculus longitudinalis superior (SLF). Er is echter geen consensus over de precieze nomenclatuur; de anatomische en functionele
beschrijvingen van AF en SLF variëren in de literatuur.17 Voor bepalen van de AF zijn we afgeweken van het protocol van Wakana et al.11
Twee grote ROIs worden geplaatst op sagittale doorsneden zodanig dat de subcortex wordt omvat. De meest anterieur gelegen
ROI omvat tenminste het achterste deel van de gyrus frontalis inferior en medius, en het onderste deel van de centrale windingen.
Het is belangrijk om niet alleen het pars triangularis en pars opercularis te omvatten (die doorgaans als de klassieke locatie van het
gebied van Broca worden gezien) maar in ieder geval ook het onderste en anterieure deel van de precentrale gyrus mee te nemen
(dit is de ventrale premotor cortex). De AF eindigt namelijk vaak in dit laatste gebied.18 Een tweede ROI wordt geplaats op de temporoparieto-occipitale overgang.
C - fasciculus fronto-occipitalis inferior (IFOF) Beide ROIs worden in het coronale vlak geplaatst. De eerste ROI omvat de
frontaalkwab (op een sagittale snede bevindt deze zich net anterieur van het genu van het corpus callosum). De tweede ROI omvat
de occipitaalkwab (op een sagittale snede bevindt deze zich ter hoogte van het splenium van het corpus callosum).
D - optische radiatio (OR) De eerste ROI wordt geplaatst in coronale vlak en omvat de occipitaal kwab (als bij IFOF). Een tweede
kleinere ROI wordt geplaatst ter hoogte van de nucleus geniculatus lateralis in het sagittale vlak. Mocht de OR niet goed in beeld
komen kan een ROI naast de ventrikel worden geplaatst (middelste plaatje). Soms is ook nog plaatsing van een aanvullende ROI
nodig in het verloop van Meyer’s loop of dienen de standaard DTI-parameters wat te worden veranderd (met name verhogen van
de ‘maximum directional change’).
Tijdschrif t voor Neurologie & Neurochirurgie
vol 115 - nr. 4 - december 2014
208
Neurochirurgie
Figuur 3. Een 47-jarige patiënt met een links insulair laaggradig glioom (dit is dezelfde patiënt als in Figuur 2). Klinisch alleen
epilepsie; radiologisch duidelijk tumorprogressie. Screenshot van het Medtronic navigatiesysteem zoals de chirurg dit te zien krijgt
tijdens de operatie. Een viertal baansystemen is in kleur gevisualiseerd ten opzichte van een FLAIR-opname van de hersenen.
Groen: tractus corticospinalis, paars: fasciculus arcuatus, geel: fasciculus fronto-occipitalis inferior, rood: radiatio optica. Er werd
een subtotale resectie verricht van de tumor; postoperatief geen neurologische uitval.
mensen. In ons ziekenhuis zijn dit specifiek getrainde
radiologisch laboranten, en hierdoor is het mogelijk geworden om DTI-tractografie te gebruiken in de dagelijkse
neurochirurgische praktijk op een logistieke manier die
vergelijkbaar is met het verkrijgen van structurele MRI’s.
Tractografie kent methodologische beperkingen en ook
een relatief lage ruimtelijke resolutie. Zo is de techniek
bijvoorbeeld minder gevoelig voor de wittestofbanen in
het meer laterale deel van de motor cortex, waarschijnlijk
ten gevolge van kruisende baansystemen die met eenvoudige deterministische methodieken niet van elkaar
te onderscheiden zijn.13 Oedeem of tumor-infiltratie kan
de tractografieresultaten beïnvloeden.3,6 Daarnaast zijn
de resultaten ook afhankelijk van de analysemethode;
er zijn significante verschillen beschreven tussen de
resultaten van verschillende softwarepakketten voor het
bepalen van de CST.14 Het nadeel van het gebruik van
commerciële systemen is dat de details van de algoritmen
niet bekend zijn bij de gebruiker. Neurochirurgen en
neuroradiologen dienen zich bewust te zijn van het feit
dat commerciële systemen onvoldoende zijn gevalideerd
in patiëntenstudies, en niet altijd met een druk op de
knop klinisch relevante resultaten opleveren.
2 09
Tijdschrif t voor Neurologie & Neurochirurgie
De uiteindelijke betrouwbaarheid van DTI-tractografie
is een optelsom van de onnauwkeurigheden tijdens de
verschillende stappen in het acquisitie- en analysetraject.
De methode zelf levert goed reproduceerbare resultaten
op. Wij vonden in test-hertest-studies een 2 mm onzekerheid voor CST en AF.12,13 Dit is acceptabel voor klinisch
gebruik. Plaatsing van de ROIs kan een additionele
(menselijke) fout introduceren, die vanuit onze klinische
ervaringen bezien weinig significant lijkt. Dit stemt
overeen met de conclusies van Wakana et al, die de
reproduceerbaarheid, en met name de inter-rater variabiliteit, van tractografieresultaten formeel onderzochten.
Zij deden dit bij onderzoekers uit verschillende instituten, maar ook bij onderzoekers zonder enige tractografie-ervaring die specifiek eerst werden getraind. De
reproduceerbaarheid was hoog onder al deze onderzoekers, en de tractografieresultaten voor de CST, AF en
IFOF waren nauwkeurig genoeg om anatomische verschillen tussen individuen te detecteren. Het enige baansysteem met een lagere reproduceerbaarheid was de
OR. Dit komt overeen met onze eigen ervaring. De OR
is in onze optiek het lastigste baansysteem om goed te
vinden. Hierbij lijkt de sterke curvatuur ter hoogte van
Meyer’s loop een belangrijke rol te spelen.
vol 115 - nr. 4 - december 2014
4
Figuur 4. Een 46-jarige patiënte met een links temporaal laaggradig glioom. Klinisch (subjectieve) klachten passende bij aandachtsen concentratie stoornissen die ook werden geobjectiveerd bij neuropsychologisch onderzoek; dit onderzoek vond ook discrete
fatische stoornissen die in een poliklinisch gesprek niet waren opgevallen. Screenshot van het Medtronic navigatiesysteem toont
FLAIR-opnamen met de baansystemen in kleur (de oranje gebieden representeren informatie van de functionele MRI-onderzoeken).
DTI toont dat de AF (paars) en IFOF (geel) een nauwe relatie hebben met het posterieure deel van de tumor. De mediale (functionele)
grens van de tumor wordt gevormd door de IFOF en OR (rood); tijdens een wakkere operatie werden IFOF en OR gelokaliseerd
(doordat met elektrische stimulatie hier respectievelijk fatische en visuele stoornissen werden opgewekt). De postoperatieve MRI
toont geen rest. Behoudens een (tijdelijk) syndroom van Bonnet was er geen neurologische uitval.
In hoeverre tractografieresultaten overeenkomen met
de werkelijkheid, en dus de anatomische baan correleert
met zijn veronderstelde functie, is niet precies bekend.
Validatie kent methodologische moeilijkheden en een
werkelijke gouden standaard techniek ontbreekt. In de
praktijk wordt elektrische stimulatie als gouden standaard genomen, maar deze techniek kent zelf ook tekortkomingen. Bello et al hebben een ruime ervaring met
het gebruik van DTI-tractografie tijdens operatie.15 Zij
beschrijven een hoge correlatie en een sensitiviteit van
meer dan 95% wanneer DTI-tractografie van motoren taalbanen wordt vergeleken met de bevindingen van
intraoperatieve elektrische stimulatie. In onze studie
werd op kwalitatieve gronden een goede overeenkomst
gevonden tussen de DTI-informatie en de resultaten
van stimulatie. In onze ervaring vergroot de DTI-informatie de functioneel-anatomische kennis en vergemakkelijkt het de anatomische oriëntatie tijdens de operatie.
We vinden dat het ook de effectiviteit van de stimulatieprocedure ten goede komt, in overeenstemming met
ervaringen in de literatuur.15
Tijdschrif t voor Neurologie & Neurochirurgie
Wanneer tractografieresultaten worden gebruikt tijdens
de operatie wordt de grootste fout geïntroduceerd door
de ‘brain shift’. Gedurende de operatie deformeert het
brein, zijn de preoperatief verkregen resultaten niet meer
accuraat en kan de fout oplopen tot boven de 10 mm.
Toch maakt dit tractografie-informatie niet a priori
onbruikbaar, want een groot deel van de informatie zit
in de relatieve positie van de baansystemen en de laesie.
Het gebruik van DTI-informatie in de neuronavigatieapparatuur vergroot onze functioneel-anatomische kennis en is behulpzaam bij het sneller vinden van de
subcorticale banen met elektrische stimulatie. Dit is in
overeenstemming met de bevindingen in de literatuur.15
Wij concluderen dat DTI-tractografie een waardevolle
aanvulling is op de neurochirurgische praktijk. Het
vergroot de ‘awareness’ van de subcorticale functionele
anatomie, leidt tot een beter begrip van klinische
symptomatologie en draagt bij aan een betere pre- en
peroperatieve risico-inschatting. Bovendien is het behulpzaam bij het bepalen van de route naar dieper gelegen
afwijkingen. Een van de belangrijkste lessen die wij
vol 115 - nr. 4 - december 2014
210
Neurochirurgie
Aanwijzingen voor de praktijk
1.
Ondanks de methodologische complexiteit van ‘diffusion tensor imaging’-tractografie, is deze techniek te
implementeren in de (workflow van de) dagelijkse neurochirurgische praktijk.
2.
‘Diffusion tensor imaging’-tractografie is een waardevolle bron van informatie bij de planning en de uitvoering
van hersenoperaties.
3.
De tractografie-analyse dient te worden gedaan door mensen met training en ervaring, en niet noodzakelijkerwijs door de opererend neurochirurg.
4.
Neurochirurgen en neuroradiologen dienen zich bewust te zijn van het feit dat de commerciële systemen
onvoldoende zijn gevalideerd in patiëntenstudies, en niet altijd met een druk op de knop klinisch relevante
resultaten opleveren.
leerden is, dat ervaring onontbeerlijk is bij de analyse en
het klinisch gebruik van DTI-informatie. Wij adviseren
dat de analyse wordt gedaan door mensen die hiervoor
specifiek getraind zijn en dit frequent blijven doen. In
onze huidige praktijk worden de meeste tractografieresultaten inmiddels verkregen zonder tussenkomst van
neuroradioloog of neurochirurg. Tractografie is op een
snelle en effectieve manier beschikbaar gekomen in de
klinische praktijk, ook voor neurochirurgen die geen
ervaring met deze techniek hebben. Zij zijn enthousiast
over deze nieuwe bron van informatie.
surgery. Acta Neurochir (Wien) 2013;155:437-48.
7. Hoogland IC, Verhoeff JJ, Van Walderveen MA, et al. Nieuwe MRI-technieken voor de diagnostiek van hersentumoren. Tijdschr Neurol Neurochir
2008;109:284-92.
8. Nimsky C, Ganslandt O, Fahlbusch R. Implementation of fiber tract navigation.
Neurosurgery 2006;58:ONS-303.
9. Abdullah KG, Lubelski D, Nucifora PG, et al. Use of diffusion tensor imaging
in glioma resection. Neurosurg Focus 2013;34:E1.
10. Duffau H, Capelle L, Denvil D, et al. Usefulness of intraoperative electrical
subcortical mapping during surgery for low-grade gliomas located within
eloquent brain regions: functional results in a consecutive series of 103 patients.
J Neurosurg 2003;98:764-78.
Acknowledgment
De auteurs danken prof. N. Ramsey voor zijn hulp bij
de MRI-protocollen.
11. Wakana S, Caprihan A, Panzenboeck MM, et al. Reproducibility of quantitative
tractography methods applied to cerebral white matter. Neuroimage
2007;36:630-44.
12. Kristo G, Leemans A, De Gelder B, et al. Reliability of the corticospinal tract
Referenties
and arcuate fasciculus reconstructed with DTI-based tractography: implications
1. Duffau H, Capelle L, Sichez N, et al. Intraoperative mapping of the subcortical
for clinical practice. Eur Radiol 2012;23(1):28-36.
language pathways using direct stimulations. An anatomo-functional study.
13. Kristo G, Leemans A, Raemaekers M, et al. Reliability of two clinically relevant
Brain 2002;125:199-214.
fiber pathways reconstructed with constrained spherical deconvolution. Magn
2. Jbabdi S, Johansen-Berg H. Tractography: where do we go from here? Brain
Reson Med 2013;70(6):1544-56.
Connect 2011;1:169-83.
14. Burgel U, Madler B, Honey CR, et al. Fiber tracking with distinct software
3. Bello L, Gambini A, Castellano A, et al. Motor and language DTI Fiber Tracking
tools results in a clear diversity in anatomical fiber tract portrayal. Zentralbl
combined with intraoperative subcortical mapping for surgical removal of
Neurochir 2009;70:27-35.
gliomas. Neuroimage 2008;39:369-82.
15. Bello L, Castellano A, Fava E, et al. Intraoperative use of diffusion tensor
4. Castellano A, Bello L, Michelozzi C, et al. Role of diffusion tensor magnetic
imaging fiber tractography and subcortical mapping for resection of gliomas:
resonance tractography in predicting the extent of resection in glioma surgery.
technical considerations. Neurosurg Focus 2010;28:E6.
Neuro Oncol 2012;14(2):192-202.
16. Yousry TA, Schmid UD, Alkadhi H, et al. Localization of the motor hand area
5. Hayashi Y, Kinoshita M, Nakada M, et al. Correlation between language
to a knob on the precentral gyrus. A new landmark. Brain 1997;120:141-57.
function and the left arcuate fasciculus detected by diffusion tensor imaging
17. Catani M, Thiebaut de Schotten M. A diffusion tensor imaging tractography
tractography after brain tumor surgery. J Neurosurg 2012;117(5):839-43.
atlas for virtual in vivo dissections. Cortex 2008;44:1105-32.
6. Vassal F, Schneider F, Sontheimer A, et al. Intraoperative visualisation of
18. Bernal B, Altman N. The connectivity of the superior longitudinal fasciculus:
language fascicles by diffusion tensor imaging-based tractography in glioma
a tractography DTI study. Magn Reson Imaging 2010;28:217-25.
211
Tijdschrif t voor Neurologie & Neurochirurgie
vol 115 - nr. 4 - december 2014