Multimodal and multiparametric imaging for reliable preoperative localization of brain function in the border zone of brain tumors
Medical Physics, Biomedical Technology
Nuclear Medicine, Radiotherapy, Radiobiology
Final Report Abstract
Ziel der operativen Behandlung des Glioblastoms (GB) ist es, möglichst viel Tumormasse zu entfernen, da die Rezidivrate signifikant mit dem Ausmaß der Tumorresektion korreliert. Hierfür ist allerdings häufig ein Balanceakt zwischen möglichst radikaler Verminderung der Tumormasse und gleichzeitig maximalem Schutz der Hirnfunktionen erforderlich. Insbesondere der Schutz kortikaler Strukturen der wichtigsten Hirnfunktionen in unmittelbarer Nachbarschaft zur Läsion ist für das klinische Outcome und die postoperative Lebensqualität der Patienten entscheidend. In der präoperativen Diagnostik ist die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) für die Lokalisierung eloquenter Areale die bildgebende Methode der Wahl. Eine wesentliche Limitation der fMRT besteht allerdings darin, dass es bei Läsionen in unmittelbarer Nähe des eloquenten Areals zu einer läsionsinduzierten neurovaskulären Entkopplung (NVE) kommen kann. Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Zuverlässigkeit der bildgebungsgestützten Lokalisierung der kortikalen Strukturen wichtiger Hirnfunktionen im Randbereich von Hirntumoren mit innovativen MRT-Methoden und einem multimodalem Ansatz aus fMRT und MEG zu verbessern. Die im Rahmen des Projektes entwickelten MRT-Methoden zur nichtinvasiven Darstellung des Sauerstoffmetabolismus und der Neovaskularisation erlauben neue Einblicke in die Pathophysiologie von Hirntumoren, die auch einen wesentlichen Beitrag in der radiologischen Routinediagnostik liefern können. Die Projektziele wurden daher erweitert, um die Vorteile der neuen Methode einer wesentlich größeren Patientengruppe (alle Erstdiagnosen und Followups) zukommen zulassen. Die rasche Übernahme in die klinische Routine unterstreicht den Stellenwert der Technik. Klinische Studien zur Evaluation laufen aktuell. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde ein neuer DFG-Antrag gestellt. Die Korrelation der komplementären Methoden zur Lokalisierung kortikaler Funktionsareale (fMRT und MEG) ergab eine hohe räumliche Kongruenz beider Bildgebungsmodalitäten. Der BOLD-Effekt, als Grundlage des fMRTs, kann daher allgemein betrachtet als zuverlässiger Surrogatmarker für neuronale Aktivität verwendet werden. Wie wir im Rahmen des Projekts allerdings zeigen konnten, muss die fMRT-Datenauswertung bei Hirntumorpatienten sorgfältig durchgeführt werden (siehe nächster Punkt). Unsere Ergebnisse der Korrelation von kortikalen Lokalisationen der Sensomotorik und Sprachfunktion haben gezeigt, dass es in unserer Patientenkohorte keine vollständige Unterdrückung des BOLD-Effekts (blood oxygenation dependent effect) gab. Dieses Ergebnis war überraschend. Tatsächlich kam es zu einer teilweise erheblichen Reduzierung des BOLD-Effektes (neurovaskuläre Schwächung) und damit zu falsch negativen Ergebnissen in der Lokalisation kortikaler Aktivität unter den Standardbedingungen des fMRT-Daten-Postprocessings. Diese Ergebnisse zeigen die Wichtigkeit, dass bei dieser Patientengruppe auf festgelegte Grenzwerte für die fMRT-Auswertung nicht vertraut werden darf. Die Grenzwerte müssen vielmehr während der Auswertung variiert werden, um der läsionsinduzierten Schwächung des BOLD-Effekts entgegenzuwirken. Unser multimodeler Ansatz aus fMRT und MEG lieferte deutliche Hinweise für Reorganisation von motorischer Aktivität und Sprachfunktion bei Patienten mit Hirntumoren in der Nähe dieser Strukturen. Mit diesem Wissen können zukünftig möglicherweise radikalere Resektionen in den nicht mehr aktiven Funktionsarealen durchgeführt werden, um ein verbessertes Patienten-Outcome zu erzielen. Durch die beschriebenen Herausforderungen in der Projektorganisation und den dadurch verursachten Verzögerungen in der Projektdurchführung konnte die Korrelation der Daten aus der physiologischen MRT mit den Ergebnissen für Reorganisation und Schwächung des BOLD-Effekts noch nicht abgeschlossen werden. Die Auswertung ist zurzeit im Gange und soll Einblick in die physiologischen Ursachen dieser Phänomene bringen.
Publications
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