Directe Elektrische Stimulatie (DES)
PhD student: Elke De Witte Promotor: Prof. Dr. Peter Mariën
1. Introductie 2. Historiek 3. Huidige stand van zaken 4. Voor- en nadelen van DES 5. Verwachtingen in de toekomst 6. Doelstellingen project 7. Referenties
Doel hersenchirurgie: maximale resectie + minimaal risico taaluitval ‘Taalmapping’ -> identificatie functionele taalzones -> deze hersenzones behouden
(f)MRI, DTI = beeldvorming preoperatief MAAR onbetrouwbaar
Daarom: directe elektrische stimulatie (DES) = taalmapping methode intraoperatief
DES (invasieve techniek) identificatie kritische zones uitvoeren taaltaken -> wakkere patiënt stimuleren cortex -> uitval hersenzone
-> uitval taalfunctie als functionele taalzone cortex + subcortex stimuleren -> grenzen chirurgische resectie bepalen goede outcome postoperatief -> ‘Golden standard’, MAAR!
Traditioneel: resectie tumoren + behouden Broca en Wernicke gebied -> ‘statisch’ brein 1930: Penfield, Roberts e.a.
DES bij epilepsie patiënten later bij tumorresectie
1979: Ojemann -> belang taalmapping! Eloquente taalzones: niet enkel klassieke taalzones, uitgebreid cerebraal netwerk
Ontwikkeling non-invasieve technieken (fMRI, DTI) DES op achtergrond hoge interindividuele variabiliteit mbt locatie taal
-> ‘dynamisch’ brein beperkingen: lage sensitiviteit, essentieel ≠ betrokken zone, corticaal vs subcorticaal
Vernieuwingen -> DES opnieuw actueel
3.1. Preoperatieve fase 3.2. Intraoperatieve fase 3.3. Postoperatieve fase
Diagnose met CT, MRI (Fig 3) Informeren patiënt + psychologische mogelijkheden evalueren Afname taaltestbatterij (bijv. AAT, BNT,…) -> taaloutcome evalueren fMRI, DTI voor planning en sturing (Fig 4,5) Samenstelling testbatterij voor intraoperatieve fase met DES
Intraoperatieve testbatterij: testbatterij samenstellen -> restricties ▪ tijdslimiet (4 sec), positie patiënt ▪ vermoeidheid patiënt, visuele problemen welke taaltaken? ▪ literatuur: meestal benoemen, tellen; ≠ taaltaken nood aan meer specifieke, gevoelige taaltaken ▪ tumorlocatie, linguïstisch niveau, preop taaluitval ▪ selectie taaltaken uit testbatterijen en ‘home made’ taaltaken (Colle & Robert, 2005; Polczynska et al. 2009)
Intraoperatieve DES procedure volledige verdoving + plaatselijke verdoving patiënt wakker na craniotomie uitvoeren taaltaken tijdens corticale stimulatie ▪ Fig 6, 7 spontane spraak taalstoornissen worden benoemd en
geclassificeerd door logopedist
taalmapping wordt aangeduid via steriele
papiertjes op cortex (Fig 8) of via ‘grid’ (Fig 9) subcorticale mapping tijdens resectie stimulatie gespaarde weefsel ter controle van de bewaarde functionaliteit volledige narcose + sluiten van schedel
1 d postop: korte taalevaluatie, eventuele taalstoornissen? 1 w postop: uitgebreide taaltesting Eventueel start taal-/spraakrevalidatie Follow-up 6 m: permanente taalstoornis? herstel? Controle MRI: residu tumor? herval? Controle fMRI: evaluatie taal-hersen relaties -> Δ? -> reorganisatie?
4.1. Voordelen van DES 4.2. Nadelen van DES
Optimale sensitiviteit van DES ⇒ correcte identificatie essentiële taalzones ⇒ essentiële zones ≠ betrokken zones
Corticale EN subcorticale mapping Outcome wakkere chirurgie met DES ++ > outcome klassieke chirurgie zonder DES Uitgebreide resectie tumor mogelijk met DES -> betere levensverwachting
Postoperatieve outcome ++: transiënte, zelden permanente taalstoornissen DES bestudeert plasticiteit van brein DES levert nieuwe informatie over de (re)organisatie van taalfuncties in het brein
‘Localisationist’ model: klassieke taalzones
(Broca en Wernicke gebied) ‘Connectionist’ model: parallelle, interactieve netwerken in verbinding met elkaar via banen
Lagere specificiteit (vals positieve resultaten) Regionale mapping, niet volledige brein Tijdsduur + + + => Additioneel gebruik fMRI, DTI ! Duur, eist expertise van het team MAAR goede outcome -> kostenbesparend Veeleisend voor patiënt zelf (angst, stress) MAAR meestal goede tolerantie
Linguïstisch protocol gelimiteerd door restricties DES (tijd, positie…) te beperkt -> sensitieve en specifieke testen nodig zelfgemaakte taken -> onvoldoende
standaardisatie op maat gemaakte selectie per patiënt, MAAR standaardisatie noodzakelijk!
Ontwikkelingen, vernieuwingen van de non-invasieve technieken Betere integratie van multimodale data in neuronavigatiesystemen Verbetering van wakkere procedure (anesthesie, DES, grid, training) Correlaties tussen verschillende data
⇒ verbeterde/nieuwe kennis ivm huidige taal-brein
modellen en brein plasticiteit
Gestandaardiseerd taalprotocol voor DES ⇒ intraoperatief comfort ++, talige outcome ++,
quality of life ++, dure revalidatie - ⇒ wetenschappelijke betrouwbaarheid ++ ⇒ extra analyses/ vergelijkingen mogelijk
Meer vergelijkingen wakker vs klassiek aantal beperkt in literatuur, ≠ methoden betrouwbare basis om type chirurgie te selecteren
Longitudinale follow-up van pre- tot postop! minimum 2 jaar postoperatief meer patiënten en meer gedetailleerde info bepalen van risicofactoren en evalueren van talige
outcome, quality of life
6.1. Ontwikkelen en standaardiseren van een wetenschappelijke betrouwbare taaltestbatterij 6.2. Evalueren en vergelijken van de outcome na DES versus de outcome zonder DES 6.3. Onderzoeken van de organisatie van taalfuncties in het brein via DES en fMRI, DTI
Protocol -> algemene en specifieke taaltaken Normering in gezonde populatie (150 pers.) Testbatterij pre-, en postoperatief Intraoperatief: op maat gemaakte selectie locatie tumor + linguïstisch niveau preop uitval Intraoperatief comfort ++, outcome ++,
quality of life ++, revalidatie --
40 patiënten met DES (studiegroep) 40 patiënten zonder DES (controlegroep) Evaluatie talige outcome + quality of life AZ Sint-Lucas, ZNA Middelheim, UZ Leuven Longitudinaal preop – postop (2 jaar) Gestandaardiseerde taaltestbatterij Vergelijkingen -> positief effect van DES?
Pre- en postoperatief fMRI, DTI Intraoperatief DES Anatomoklinische correlaties ⇒ identificatie eloquente taalzones
Correlaties tussen DES en fMRI ⇒ studie (re)organisatie taalfuncties in brein ⇒ evaluatie huidige taal-brein modellen
Ali, M.A., Fadel, N.A., Abouldahab, H.A. (2009). Awake craniotomy versus general anesthesia for managing eloquent cortex low grade gliomas. Neurosciences, 14(3), 263- 272. Bertani, G., Fava, E., Cascaceli, G., et al. (2009). Intraoperative Mapping and Monitoring of Brain Functions for the Resection of Low-grade Gliomas: Technical Considerations. Neurosurg Focus. 2009;27(4):E4. Bizzi, A. (2009). Presurgical mapping of verbal language brain tumors with functional magnetic resonance imaging and magnetic resonance tractography. Neuroimag. Clin. N Am ,19, 573-596. Colle, H., Muller, P., Robert, E. (2005). Wakkere craniotomieën met „asleep-awake asleep anesthesia. Neurochirugie, 106(4), 170-176. De Benedictis, A., Mortis-Gasser, S., Duffau, H. (2010). Awake Mapping Optimizes the Extent of Resection for Low-Grade Gliomas in Eloquent Areas. Neurosurgery., 66(6), 1074-1084. Duffau, H. (2005). Lessons from brain mapping in surgery for low-grade glioma: insights into associations between tumour and brain plasticity. Lancet Neurol., 4, 476-486. Duffau, H., Gatignol, P., Mandonnet, E., et al. (2005). New insights into the anatomo functional connectivity of the semantic system: a study using cortico-subcortical electrostimulations. Brain, 128, 797-810. Duffau, H., Lopes, M., Arthuis, F., et al. (2005). Contribution of intraoperative electrical stimulations in surgery of low grade gliomas: a comparative study between two series without and with functional mapping in the same institution. J Neurol Neurosurg Psychiatry, 76, 845-851
Duffau, H. (2006). Brain plasticity: from pathophysiological mechanisms to therapeutic applications. Journal of Clinical Neuroscience, 13, 885-897. Duffau, H. (2007). Contribution of cortical and subcortical electrostimulation in brain glioma surgery: Methodological and functional considerations. Clinical Neurophysiology, 37,373-382. Duffau, H. (2008). The anatomo-functional connectivity of language revisited, new insights provided by electrostimulation and tractography. Neuropsychologia, 46, 927 934. Duffau, H., Gatignol, P., Mandonnet, E., et al. (2008). Intraoperative subcortical stimulation mapping of language pathways in a consecutive series of 115 patients with Grade II glioma in the left dominant hemisphere. J Neurosurg., 109, 461-471. Duffau, H. (2009). A personal consecutive series of surgically treated 51 cases of insular WHO Grade II glioma: advances and limitations. J Neurosurg 110:696–708. Duffau, H. (2009). Surgery of low-grade gliomas: towards a 'functional neurooncology'. Curr Opin Oncol. 21(6):543-9. Duffau, H., Moritz-Gasser, S., Gatignol, P. (2009). Functional outcome after language mapping for insular World Health Organization Grade II gliomas in the dominant hemisphere: experience with 24 patients. Neurosurg Focus, 27 (2), 1-10. Duffau, H. (2010). New Insights into Pre-, Intra- and Post-Operative Brain Mapping in Low- Grade Glioma Surgery: Towards a Longitudinal Study of Cerebral Plasticity, Current Medical Imaging Reviews, 6/4(246-253), 1573-4056 (2010).
Gil-Robles, S., Duffau, H. (2010). Surgical Management of WHO Grade II gliomas in eloquent areas: The necessity of preserving a margin around functional structures. Neurosurgical Focus, 28 (2), E8. Graetz, P., De Bleser, R., & Willmes, K. (1992). Aachen Aphasia Test, Dutch edition. Lisse: Swets & Zeitlinger. Gupta, D.K., Chandra, P.S., Ojha, B.K., et al. (2007). Awake craniotomy versus surgery under general anesthesia for resection of intrinsic lesions of eloquent cortex – A prospective randomised study. Clinical Neurology and Neurosurgery, 109(4), 335-343. Ilmberger, J., Ruge, M., Kreth, F.-W., et al. (2008). Intraoperative mapping of language functions: a longitudinal neurolinguistic analysis. J Neurosurg.,109, 583-592. Julius, J., Manninen, P., Lai, J., et al. (2009). The history of awake craniotomy for brain tumor and its spread into Asia. Surgical Neurology, 71, 621–625. Kaplan, E., Goodglass, H., & Weintraub, S. (1983); Mariën, P., Mapaey, E., Vervaet, A., Saerens, J., & De Deyn, P.P. (1998). Boston Naming Test. Philadelphia: Lea & Febiger. Mandonnet,E., Winkler,P. A., Duffau,H. (2010).Direct electrical stimulation as an input gate into brain functional networks:principles, advantages and limitations. Acta Neurochir,185-193. McDermott, KB, Watson, JM, Ojemann, G. (2005). Presurgical language mapping. Amercian Pyschological Society, 14(6), 291-295. Palese, A., et al. (2008). The Experience of Patients Undergoing Awake Craniotomy: In the Patients' Own Words. A Qualitative Study. Cancer Nurs. , 31(2):166-172. Pereira, L.C.M., Oliveira, K.M., LAbbate, G.L., et al. (2009). Outcome of fully awake craniotomy for lesions near the eloquent cortex: analysis of a prospective surgical series of 79 supratentorial primary brain tumors with long follow-up. Acta Neurochir., 151, 1215-1230.
Polczynska, M. (2009). New tests for language mapping with intraoperative electrical stimulation of the brain to preserve language in individuals with tumors and epilepsy: A preliminary follow-up study. Poznan Studies in Contemporary Linguistics, 45(2à, 261-279. Reihmeier, T., Krammer, M., Gumprecht, H., et al. (2003). Neuronavigation combined with electorphysiological monitoring for surgery of lesions in eloquent brain areas in 42 cases: a retrospective comparison of the neurological outcome and the quality of resection with a control group with similar lesions. Invasive Neurosurg., 46(2), 65-71. (enkel abstract) Robert, E. (2005). Linguistic procedure in “awake neurosurgery”. Stem-, Spraak- en Taalpathologie, 13, 54-64. Robert, E., Duffau, H., Colle, H. (2006). Peroperatieve functionele taalmapping via directe elektrische stimulaties. In E. Robert, & P. Mariën (Eds.), Afasie (z)onder woorden: Diagnostische en therapeutische ontwikkelingen (pp.159-193). Antwerpen, Apeldoorn: Garant. Sacko, O., Lauwers-Cances, V., Brauge, D., Sesay, M., Brenner, A., Roux, FE. (2011). Awake craniotomy vs. surgery under general anaesthesia for resection of supratentorial lesions. Neurosurgery, 68 (5), 1192-1199. Serletis, D., Bernstein, M. (2007). Prospective study of awake craniotomy used routinely and nonselectively for supratentorial tumors. J. Neurosurg., 107, 1-6. Tonn, J.C. (2007). Awake craniotomy for monitoring of language function: benefits and limits. Acta Neurochir., 149, 1197-1198. Young, R.J., Brennan, N., Fraser, J.F., Brennan, C. (2010). Advanced imaging in brain tumour surgery. Neuroimaging Clin N Am. 20(3):311-35.
