Prekirurgisk fMRI

Detaljer

Sist oppdatert søndag 18. oktober 2015 22:22

Hensikten med funksjonell MR før nevrokirurgiske operasjoner er å kartlegge hvor viktige hjernefunksjoner sitter i forhold til det området som skal opereres (f.eks. ved svulster og epilepsi), for å unngå å fjerne disse områdene under operasjonen. For motorikk er fMRI regnet å ha høy sensitivitet og spesifisitet, og kan brukes til lokalisering av motorfunksjoner. For språk er fMRI regnet for å ha lavere sensitivitet og spesifisitet da det har vist dårligere korrelasjon med direkte måling av elektriskaktivitet i hjernebarken (electrocortical mapping). Det er derfor ikke anbefalt å bruke fMRI av språk for nøyaktig lokalisering av språkområder, men heller til å evaluere hvilken hemisfære som er språk-dominant (analogt til WADA-testen).

Design av fMRI oppgaver til prekirurgisk bruk

Ved bruk av funksjonell MR før nevrokirurgiske operasjoner blir oppgavene som pasientene skal løse i MR-maskinen presentert i blokker (såkalt «block» design/paradigme). Dette kan være f.eks. fingerbevegelse hvor pasienten først ligger rolig i 30 sekunder, deretter beveger fingrene i 15-30 sekunder, for så å ligge rolig i 30 sekunder igjen. Blokk-design er foretrukket da den gir den sterkeste BOLD fMRI aktiveringen og er robust når man skal gjøre de statistiske analysene (økt statistisk styrke), slik at man sikkert kan lokalisere det kortikale området for den funksjonen man undersøker (f.eks. det primærmotoriske området for fingre). Andre mulige måter å designe fMRI undersøkelser på er «event-related», «mixed», «adaptive» og «resting state», men disse brukes lite til prekirurgisk fMRI.

 
*Blokk-design paradigme. Hvert EPI-volum langs y-aksen. Hver blokk er her på 9 volumer (27 sekunder med TR på 3000 ms). Røde blokker er pause og grønne blokker er aktivitet. 

Vår erfaring er at man bør ha minst 4 blokker med aktiv oppgaveutførelse for å få robuste aktiveringer for motorikk. Typiske motoriske oppgaver er 1) bevegelse av tær mens benet ligger i ro, 2) bevegelse av finger, for eksempel opposisjon av tommel og pekefinger, og 3) horisontal bevegelse av tunge med lukket munn og kjeve. Disse oppgavene er robuste og vil gi meget god kartlegging av motorkorteks sin utbredelse langs hele gyrus precentralis. Man kan også velge den oppgaven man forventer ligger nærmest tumoren, hvis dette er en aktuell problemstilling.

Når det kommer til språk er vår erfaring at man bør ha 5 blokker med oppgaveløsning for å få robuste aktiveringer. Typiske språkoppgaver er ord/verb-generering og setningslesing. I ordegenerering presenteres en bokstav på skjermen og personene skal komme på så mange ord som mulig inn seg som starter med den bokstaven. For hver ny blokk må det være en ny bokstav I verbgenerering får pasienten presentert et substantiv (f.eks. ball) og skal produsere et verb som naturlig hører sammen med dette (for eksempel kaste). Her presenterer man et nytt substantiv typisk hvert tredje sekund innenfor den aktive blokken. Setningslesening er å lese setninger inn i seg, og avhengig av lengden på setningen presenteres en ny setning hvert tredje til femte sekund.

*Kasus med hjernesvulst (oransje) som ligger svært nært det primærmotoriske barkområdet.  Motor fMRI aktiveringer (fra et finger-bevegelse paradigme) vises som gul-oransje områder på konvensjonelt T1-vektet MR-bilde og på overflatemodellene. Den hvite kurven på paradigme-figuren viser hvordan BOLD-signalet varierer i det primærmotoriske fingerområdet avhengig om fingrene beveges (grønne perioder) eller ikke (røde perioder).   

Det finnes mange forskjellige varianter av språk- og motor-oppgaver for prekirurgisk bruk, og det finnes ingen standard eller enighet om hvilke man bør bruke, verken nasjonalt eller internasjonalt.

Ta gjerne kontakt for utfyllende spesifikasjoner til paradigmer og parametere til sekvenser som brukes ved St. Olavs Hospital.

Referanser

1. Functional MR imaging of language processing: an overview of easy-to-implement paradigms for patient care and clinical research. Smits M, Visch-Brink E, Schraa-Tam CK, Koudstaal PJ, van der Lugt A. Radiographics. 2006 Oct;26 Suppl 1:S145-58.

2. Crossed cerebrocerebellar language lateralization: an additional diagnostic feature for assessing atypical language representation in presurgical functional MR imaging.  Méndez Orellana C, Visch-Brink E, Vernooij M, Kalloe S, Satoer D, Vincent A, van der Lugt A, Smits M. AJNR Am J Neuroradiol. 2015 Mar;36(3):518-24. doi: 10.3174/ajnr.A4147.

3. Clinical standardized fMRI reveals altered language lateralization in patients with brain tumor.Partovi S1, Jacobi B, Rapps N, Zipp L, Karimi S, Rengier F, Lyo JK, Stippich C.  AJNR Am J Neuroradiol. 2012 Dec;33(11):2151-7. doi: 10.3174/ajnr.A3137.

4. Mapping the primary motor cortex in healthy subjects and patients with peri-rolandic brain lesions before neurosurgery. Berntsen EM, Samuelsen P, Lagopoulos J, Rasmussen IA Jr, Håberg AK, Haraldseth O. Neurol Res. 2008 Nov;30(9):968-73.

5. Challenges in Identifying the Foot Motor Region in Patients with Brain Tumor on Routine MRI: Advantages of fMRI. Fisicaro RA, Jiao RX, Stathopoulos C, Petrovich Brennan NM, Peck KK, Holodny AI. AJNR Am J Neuroradiol. 2015 Aug;36(8):1488-93

6. Forslag til fMRI paradigmer fra ASFNR (American Society of Functional Neuroradiology)

7. Can fMRI safely replace the Wada test for preoperative assessment of language lateralisation? A meta-analysis and systematic review. Bauer PR, Reitsma JB, Houweling BM, Ferrier CH, Ramsey NF. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2014 May;85(5):581-8.