The significance of (repetitive) navigated transcranial stimulation in preoperative functional diagnostics of patients with brain tumors in eloquent areas

Einleitung: Es existiert eine Vielzahl an nicht-invasiven Methoden zur präoperativen Bestimmung der räumlichen Verhältnisse zwischen einem Gehirntumor und funktionell relevanten Strukturen. Ziel dieser Arbeit ist es, den Stellenwert der (repetitiven) navigierten transkraniellen Magnetstimulation ((r)nTMS) in diesem Einsatzgebiet zu untersuchen. Methoden: 100 Patienten mit Tumoren nahe dem motorischen Cortex erhielten präoperativ eine nTMS-Untersuchung. Es wurden die interhemisphärischen Quotienten für den “Resting Motor Threshold”, für die Latenzen und Amplituden der abgeleiteten MEP berechnet. 50 Patienten mit Hirntumoren in eloquenten Arealen erhielten präoperativ eine MRT und nTMS. Die Stimulationspunkte, die zur Ableitung eines MEP führten und sich in unmittelbarer Tumornähe befanden, wurden in die “fiber tracking” (FT)-Software eingespielt und als Ausgangspunkte für die Faserbahndarstellung benutzt. Der individuelle “Fractional Anisotropy Threshold” wurde bestimmt. Das FT wurde mit einem “FA”-Wert von 75% und 50% des “FAT” und nach konventionellem Ansatz durchgeführt. Die Ergebnisse der verschiedenen Faserbahndarstellungen wurden zur Operationsplanung und -durchführung herangezogen und bezüglich ihres Nutzens bewertet. Bei 15 rechtshändigen Probanden und 50 rechtshändigen Patienten mit linkshemisphärischen Gliomen wurde eine Kartierung der Sprachareale mithilfe eines Objektbenennungsparadigmas und der rnTMS bihemisphärisch durchgeführt. Die induzierten Fehler wurden in vier Kategorien eingeteilt und den korrespondierenden Kortexarealen zugeordnet. Ergebnisse: Unterschiede der interhemisphärischen Latenzwerte sind kaum aufgetreten: Abweichungen verdienen besondere Aufmerksamkeit. Ein hoher interhemisphärischer RMT-Quotient oder ein niedriger interhemisphärischer Amplitudenquotient kann auf eine bevorstehende Dekompensation motorischer Funktionen hinweisen. Das TMS-basierte FT führte in 46% der Fälle zu einer Änderung der chirurgischen Strategie (der konventionelle Ansatz in 22%). Es erleichterte intraoperativ Orientierung und elektrische Stimulation in 56% der Fälle. Das FT mit 75% (FAT) wurde als am nützlichsten angesehen. Bei den Probanden sind Sprachfehler überwiegend über der linken Hemisphäre aufgetreten. Bei den Patienten waren die Fehler insgesamt häufiger und über beide Hemisphären ähnlich verteilt. Die vorherrschenden Fehlerkategorien bei den Gesunden waren dysarthrische, bei den Kranken semantische Fehler. Schlussfolgerung: (r)nTMS ist eine sichere, präzise und objektive Methode zur präoperativen Lokalisation funktioneller Strukturen. Sie liefert wertvolle Informationen über den Zustand des motorischen Systems und trägt zu einem besseren Verständnis der funktionellen Neuroanatomie bei Hirntumorpatienten bei.Introduction: A great number of non-invasive methods exist to identify the spatial relationship between a brain tumour and functionally relevant anatomical structures in order to minimise the risk of postoperative functional impairment. The aim of this study is to investigate the significance of (r)nTMS for this purpose. Methods: A hundred patients with tumours in or near the motor cortex underwent nTMS mapping preoperatively. The interhemispheric ratios for the resting motor threshold, the latencies and amplitudes of the elicited MEPs were calculated. Fifty patients with brain tumours in eloquent areas underwent preoperative MRI and nTMS. Stimulation spots evoking MEPs closest to the tumour were imported into the fibre tracking software and set as seed points for tractography. The individual FA threshold was determined. Fibre tracking was performed at an FA value of 75% and 50% of the individual FAT and according to the conventional approach. Results of tractography of either method were presented to the surgeon for preoperative planning, integrated into the navigation system and its impact rated. Fifteen right-handed healthy volunteers and fifty right-handed patients with left- sided gliomas were examined with a picture-naming task combined with rnTMS applied over both hemispheres. Induced errors were classified into four categories and assigned to their respective cortical areas according to the coil position during stimulation. Results: Almost no interhemispheric differences in latencies occurred, so clinicians should be suspicious if they do. A high interhemispheric RMT ratio or a low interhemispheric MEP amplitude ratio may suggest immanent deterioration of the motor status. TMS-based fibre tracking results modified surgical strategy in 46% of the cases, whereas the conventional fibre tracking results did in 22%. Tractography results facilitated intraoperative orientation and electrical stimulation in 56% of the cases. Tracking at 75% (FAT) was considered most beneficial by the surgeons. In healthy volunteers, errors occurred almost exclusively over the left hemisphere. In patients, errors were more frequent and induced at a comparative rate over both hemispheres. The dominant error type in volunteers was dysarthria, whereas in patients semantic errors were most frequent. Conclusion: (r)nTMS is a safe, precise and objective method for the preoperative identification of functional structures. It provides clinicians with useful information about the status of the motor system and contributes to a better understanding of the functional neuroanatomy in brain tumour patients