Resection of Malignant Brain Tumors in Eloquent Cortical Areas: A New Multimodal Approach Combining 5-ALA and Intraoperative Monitoring

Abstract

Objective: Several studies have revealed that the gross-total resection (GTR) of malignant brain tumors has a significant influence on patient survival. Frequently, however, GTR cannot be achieved because the borders between healthy brain and diseased tissue are blurred in the infiltration zones of malignant brain tumors. Especially in eloquent corOtical areas, resection is frequently stopped before total removal is achieved to avoid causing neurological deficits. Interestingly, 5-aminolevulinic acid (5-ALA) has been shown to help visualize tumor tissue intraoperatively and, thus, can significantly improve the possibility of achieving GTR of primary malignant brain tumors. The aim of this study was to go one step further and evaluate the utility and limitations of fluorescence-guided resections of primary malignant brain tumors in eloquent cortical areas in combination with intraoperative monitoring based on multimodal functional imaging data.

Methods: Eighteen patients with primary malignant brain tumors in eloquent areas were included in this prospective study. Preoperative neuroradiological examinations included MR imaging with magnetization-prepared rapid gradient echo (MPRAGE), functional MR, and diffusion tensor imaging sequences to visualize functional areas and fiber tracts. Imaging data were analyzed offline, loaded into a neuronavigational system, and used intraoperatively during resections. All patients received 5-ALA 6 hours before surgery. Fluorescence-guided tumor resections were combined with intraoperative monitoring and cortical as well as subcortical stimulation to localize functional areas and fiber tracts during surgery.

Results: Twenty-five procedures were performed in 18 consecutive patients. In 24% of all surgeries, resection was stopped because a functional area or cortical tract was identified in the resection area or because motor evoked potential amplitudes were reduced in an area where fluorescent tumor cells were still seen intraoperatively. Grosstotal resection could be achieved in 16 (64%) of the surgeries with preservation of all functional areas and fiber tracts. In 2 patients presurgical hemiparesis became accentuated postoperatively, and 1 of these patients also suffered from a new homonymous hemianopia following a second resection.

Conclusions: The authors’ first results show that tumor resections with 5-ALA in combination with intraoperative cortical stimulation have the advantages of both methods and, thus, provide additional safety for the neurosurgeon during resections of primary malignant brain tumors in eloquent areas. Nonetheless, more cases and additional studies are necessary to further prove the advantages of this multimodal strategy.

Anaplastische Astozytome und Glioblastome sind die häufigsten primären Hirntumoren und machen abhängig von der Altersgruppe 60 bis 90 % aller Hirntumoren aus. In mehreren Studien wurde nachgewiesen, dass eine Komplettresektion des Tumors eine direkte Auswirkung auf die Überlebenszeit dieser Patienten hat. In vielen Fällen kann jedoch keine Totalresektion erreicht werden, da die Grenzen zwischen gesundem Hirngewebe und Tumorgewebe, besonders in Infiltrationszonen, nicht eindeutig sind. Vor allem bei der Resektion von Hirntumoren in eloquenten Hirnarealen wird die Resektion häufig zu früh abgebrochen, um neurologische Defizite durch Verletzung von Funktionsarealen und Hirnbahnen zu vermeiden. Es gibt mehrere bildgebende Verfahren wie fMRI, DTI und transkranielle Magnetstimulation mit denen Funktionsareale und Faserbahnen präoperativ dargestellt werden können. Obwohl diese Methoden für die OP-Planung sehr hilfreich sind, sind sie nicht immer hundertprozentig verlässlich. Aus diesem Grund ist das Brainmaping mit Hilfe der direkten kortikalen Stimulation und der transkraniellen Elektrostimulation noch immer der Goldstandard um intraoperativ Funktionsareale und Faserbahnen zu lokalisieren und zu monitoren.

Die erst vor einigen Jahren in die Neurochirurgie eingeführte fluoreszenzgestützte Tumorresektion von primär malignen Hirntumoren mit 5-ALA stellte einen Quantensprung in der intraoperativen Tumorvisualisierung dar. In eloquenten Hirnarealen besteht jedoch die Gefahr, dass durch eine höhere Radikalität der Resektion die Wahrscheinlichkeit steigt neurologische Defizite zu verursachen. Dieses Problem wird in der wissenschaftlichen Literatur jedoch nicht angesprochen. Es stellt sich daher die Frage wie man mit der fluoreszenzgestützten Tumorresektion eine Tumortotalresektion erreichen kann ohne dabei neurologische Defizite zu verursachen. Um dieses Ziel zu erreichen wurde eine neue multimodale Methode entwickelt, in der die fluoreszenzgestützte Tumorresektion unter permanentem intraoperativen Neuromonitoring durchgeführt wird.

In einer prospektiven Studie wurden an 18 konsekutiven Patienten mit primär malignen Hirntumoren in eloquenten Hirnarealen insgesamt 25 operative Eingriffe durchgeführt. Die Patientengruppe setzte sich aus 12 Männern und 6 Frauen mit einem mittleren Alter von 55 Jahren (27 bis 76 Jahren) zusammen. 5-ALA wurde für die fluoreszenzgestützte Tumorresektion eingesetzt und wurde von allen Patienten sehr gut vertragen. Während aller Operationen konnten Funktionsareale und Hirnbahnen mit Hilfe der kortikalen und subkortikalen Stimulation eindeutig lokalisiert werden. Die histopathologische Auswertung zeigte, dass in dieser Studie insgesamt 15 Patienten mit einem Glioblastom und drei mit einem anaplastischen Oligodendrogliom WHO Grad III eingeschlossen wurden.

Obwohl alle Tumoren in eloquenten Hirnarealen lokalisiert waren konnte im Rahmen dieser Studie bei 64 % aller Eingriffe eine Tumortotalresektion erreicht werden. In insgesamt 24% der Operationen musste die Resektion aufgrund eines eindeutig lokalisierten Funktionsareals oder einer Hirnfaserbahn beziehungsweise wegen einer Latenzerhöhung oder Amplitudenminderung eines MEPs abgebrochen werden. Nur ein Patient in dieser Studie hatte nach der Operation ein neues neurologisches Defizit und zwei weitere eine Akzentuierung eines bereits präoperativ bestandenen Defizits.

Unsere Ergebnisse zeigen eindeutig, dass die Kombination der fluoreszenzgestützten Tumorresektion mit dem intraoperativen Monitoring eine notwendige Ergänzung der fluoreszenzgestützten Tumorresektion darstellt. Durch den Einsatz der neuen Methode kann man auch bei Tumortotalresektionen in eloquenten Hirnarealen bessere funktionelle Ergebnisse erreichen.