neurosurgeryНейрохирургияRussian journal of neurosurgery1683-32952587-7569Издательский дом "МедИНК"10.17650/1683-3295-2021-23-1-62-73neurosurgery-1012Research ArticleОРИГИНАЛЬНАЯ РАБОТАORIGINAL REPORTКоличественная оценка степени вовлеченности пирамидного тракта при внутримозговых опухоляхThe quantitative evaluation of cortico-spinal tract involvement in malignant intracerebral tumorshttps://orcid.org/0000-0001-5326-9685ЕрмолаевА. Ю.ErmolaevA. Yu.

Антон Юрьевич Ермолаев

Россия, 603155 Нижний Новгород, ул. Минина, 34

Россия, 603126 Нижний Новгород, ул. Деловая, 11 / 1

11 / 1 Delovaya St., Nizhny Novgorod 603126, Russia

34 Minina St., Nizhny Novgorod 603155, Russia

anton_ermolaeff@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9484-6992КравецЛ. Я.KravetsL. Ya.

Россия, 603155 Нижний Новгород, ул. Минина, 34

Россия, 603126 Нижний Новгород, ул. Деловая, 11 / 1

11 / 1 Delovaya St., Nizhny Novgorod 603126, Russia

34 Minina St., Nizhny Novgorod 603155, Russia

https://orcid.org/0000-0003-2069-1710КлюевЕ. А.KlyuevE. A.

Россия, 603155 Нижний Новгород, ул. Минина, 34

Россия, 603126 Нижний Новгород, ул. Деловая, 11 / 1

11 / 1 Delovaya St., Nizhny Novgorod 603126, Russia

34 Minina St., Nizhny Novgorod 603155, Russia

https://orcid.org/0000-0002-5723-7389ЯшинК. С.YashinK. S.

Россия, 603155 Нижний Новгород, ул. Минина, 34

Россия, 603126 Нижний Новгород, ул. Деловая, 11 / 1

11 / 1 Delovaya St., Nizhny Novgorod 603126, Russia

34 Minina St., Nizhny Novgorod 603155, Russia

https://orcid.org/0000-0002-9429-5350ЛобановаЕ. В.LobanovaE. V.

Россия, 603155 Нижний Новгород, ул. Минина, 34

Россия, 603126 Нижний Новгород, ул. Деловая, 11 / 1

11 / 1 Delovaya St., Nizhny Novgorod 603126, Russia

34 Minina St., Nizhny Novgorod 603155, Russia

https://orcid.org/0000-0002-7519-0959МедяникИ. А.MedyanikI. A.

Россия, 603155 Нижний Новгород, ул. Минина, 34

Россия, 603126 Нижний Новгород, ул. Деловая, 11 / 1

11 / 1 Delovaya St., Nizhny Novgorod 603126, Russia

34 Minina St., Nizhny Novgorod 603155, Russia

ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России; ГБУЗ НО «Нижегородский областной клинический онкологический диспансер» Минздрава РоссииРоссияPrivolzhsky Research Medical University; Nizhny Novgorod Regional Clinical Oncology DispensaryRussian Federation20210405202123162‑73Copyright © Ермолаев А.Ю., Кравец Л.Я., Клюев Е.А., Яшин К.С., Лобанова Е.В., Медяник И.А., 20212021Ермолаев А.Ю., Кравец Л.Я., Клюев Е.А., Яшин К.С., Лобанова Е.В., Медяник И.А.Ermolaev A.Y., Kravets L.Y., Klyuev E.A., Yashin K.S., Lobanova E.V., Medyanik I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.therjn.com/jour/article/view/1012

Цель исследования – разработать метод количественной оценки степени вовлеченности пирамидного тракта при злокачественных внутримозговых опухолях.

Материалы и методы

Материалы и методы. В ретроспективное исследование включено 62 пациента, которые перенесли хирургическое вмешательство в университетской клинике Приволжского исследовательского медицинского университета в 2017–2019 гг.: 16 – с метастазами, 29 – с контрастируемыми при магнитно-резонансной томографии (МРТ) глиомами III–IV степени злокачественности и 17 – с неконтрастируемыми глиомами II–III степени злокачественности. Протокол ведения пациентов включал предоперационную DTI-трактографию; интраоперационный нейромониторинг моторной функции с фиксацией минимальной силы тока прямой электростимуляции при получении моторного ответа; пред- и послеоперационную оценку двигательной функции в соответствии со шкалой MRC. Индекс вовлеченности тракта (ИВТ) рассчитывали посредством программной обработки данных предоперационных МРТ и МРТ-трактографии как отношение периметра части тракта, «погруженного» в патологический МРТ-сигнал, к площади его поперечного сечения.

Результаты

Результаты. Значения ИВТ от 0 до 1,75 были взаимосвязаны со степенью дооперационного пареза: большему значению ИВТ пирамидного тракта соответствовала большая выраженность пареза по MRC (p <0,001, n = 62). Анализ значений ИВТ и результатов интраоперационной электростимуляции показал, что риск контакта с трактом возрастает при увеличении ИВТ (B0 = −1,6; Bi = 6,61; χ2 = 30,53; n = 62, p <0,001). Прогностическое значение ИВТ ниже при повторном хирургическом вмешательстве и лучевой терапии в анамнезе.

Выводы

Выводы. Построение двухмерной модели взаимодействия опухоли и тракта с количественным выражением степени его вовлеченности (ИВТ) может быть использовано как дополнительный источник объективной информации при планировании первичного хирургического лечения у пациентов с внутримозговыми опухолями.

The aim of the study was development of the method for preoperative quantitative evaluation of pyramidal tract and tumor relationship in malignant intracerebral tumors.

Materials and methods

Materials and methods. The retrospective analysis of 62 patients underwent surgery at the Department of Neurosurgery of Privolzhsky Research Medical University in 2017–2019, was performed. The patients were divide in 3 groups: metastatic brain tumor (n = 16); contrast-enhanced gliomas (grade III–IV); contrast-nonenhanced gliomas (grade II–III). The following protocol was implemented for all patients: preoperative DTI-tractography; intraoperative direct subcortical electrical stimulation with fixation of the minimum current intensity at receiving the motor response; pre- and postoperative motor function assessment using MRC-scale. Tract Involvement Index (TII) based on the ratio of the perimeter of the part of the tract involvement in pathological MRI-signal to its cross-section area was calculated using image processing of preoperative MRI and MRI-tractography data.

Results

Results. The association between TII values (from 0 to 1.75) and the severity of pre-operative paresis was demonstrated. We have discovered that the greater value of the pyramidal TII was corresponded to the greater severity of the paresis in MRC (p <0.001, n = 62). The analysis of TII values and intraoperative motor direct subcortical mapping results showed an increase in risk of contact with a tract at higher TII value (B0 = −1.6; Bi = 6.61; χ2 = 30.53; n = 62, p <0.001). The TII demonstrates better prognostic value in patients without radiation therapy in anamnesis.

Conclusions

Conclusions. The method for preoperative quantitative evaluation of pyramidal tract and tumor relationship using TII calculation can provide additional information for planning surgical treatment in patients with intracerebral tumors without radiation treatment in the history.

опухоли мозгаопухоли пирамидного трактаDTI-трактографияинтраоперационный нейрофизиологической мониторингпрямая электростимуляцияbrain tumorsmotor areas tumor surgerydiffusion tensor tractographyintraoperative neurophysiological monitoringdirect electrical stimulationReferencesField A.S., Alexander A.L., Wu Y.C. et al. Diffusion tensor eigenvector directional color imaging patterns in the evaluation of cerebral white matter tracts altered by tumor. J Magn Reson Imaging 2004;20(4):555–62. DOI: 10.1002/jmri.20169.Field A.S., Alexander A.L., Wu Y.C. et al. Diffusion tensor eigenvector directional color imaging patterns in the evaluation of cerebral white matter tracts altered by tumor. J Magn Reson Imaging 2004;20(4):555–62. DOI: 10.1002/jmri.20169.Witwer B.P., Moftakhar R., Hasan K.M. et al. Diffusion-tensor imaging of white matter tracts in patients with cerebral neoplasm. J Neurosurg 2002;97(3):568–75. DOI: 10.3171/jns.2002.97.3.0568.Witwer B.P., Moftakhar R., Hasan K.M. et al. Diffusion-tensor imaging of white matter tracts in patients with cerebral neoplasm. J Neurosurg 2002;97(3):568–75. DOI: 10.3171/jns.2002.97.3.0568.Celtikci P., Fernandes-Cabral D.T., Yeh F.-C. et al. Generalized q-sampling imaging fiber tractography reveals displacement and infiltration of fiber tracts in low-grade gliomas. Neuroradiology 2018;60(3):267–80. DOI: 10.1007/s00234-018-1985-5.Celtikci P., Fernandes-Cabral D.T., Yeh F.-C. et al. Generalized q-sampling imaging fiber tractography reveals displacement and infiltration of fiber tracts in low-grade gliomas. Neuroradiology 2018;60(3):267–80. DOI: 10.1007/s00234-018-1985-5.Jellison B.J., Field A.S., Medow J. et al. Diffusion tensor imaging of cerebral white matter: a pictorial review of physics, fiber tract anatomy, and tumor imaging patterns. AJNR Am J Neuroradiol 2004;25(3):356–69.Jellison B.J., Field A.S., Medow J. et al. Diffusion tensor imaging of cerebral white matter: a pictorial review of physics, fiber tract anatomy, and tumor imaging patterns. AJNR Am J Neuroradiol 2004;25(3):356–69.Gao B., Shen X., Shiroishi M.S. et al. A pilot study of pre-operative motor dysfunction from gliomas in the region of corticospinal tract: evaluation with diffusion tensor imaging. PloS One 2017;12(8):e0182795. DOI: 10.1371/journal.pone.0182795.Gao B., Shen X., Shiroishi M.S. et al. A pilot study of pre-operative motor dysfunction from gliomas in the region of corticospinal tract: evaluation with diffusion tensor imaging. PloS One 2017;12(8):e0182795. DOI: 10.1371/journal.pone.0182795.Кадыров Ш.У., Коновалов А.Н., Пронин И.Н. МР-трактография в диагностике и выборе нейрохирургического доступа при опухолях подкорковых узлов. Журнал «Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко» 2018;82(1):78–85.Kadyrov Sh.U., Konovalov A.N., Pronin I.N. MR tractography in diagnosis and choice of a neurosurgical approach to basal ganglia tumors. Zhurnal “Voprosy Neirokhirurgii” im. N.N. Burdenko = Burdenko’s Journal of Neurosurgery 2018;82(1):78–85. (In Russ.). DOI: 10.17116/neiro201882178-85.Pujol S., Wells W., Pierpaoli C. et al. The DTI challenge: toward standardized evaluation of diffusion tensor imaging tractography for neurosurgery. J Neuroimaging 2015;25(6):875–82. DOI: 10.1111/jon.12283.Pujol S., Wells W., Pierpaoli C. et al. The DTI challenge: toward standardized evaluation of diffusion tensor imaging tractography for neurosurgery. J Neuroimaging 2015;25(6):875–82. DOI: 10.1111/jon.12283.Жуков В.Ю., Горяйнов С.А., Огурцо- ва А.А. и др. Диффузионно-тензорная трактография и интраоперационный нейрофизиологический мониторинг в хирургии внутримозговых опухолей. Журнал «Вопросы нейрохирургии» им. Н.Н. Бурденко. 2016;80(1):5–18.Zhukov V.Yu., Goriaynov S.A., Ogurtsova A.A. et al. Diffusion tensor imaging tractography and intraoperative neurophysiological monitoring in surgery of intracranial tumors located near the pyramidal tract. Zhurnal “Voprosy Neirokhirurgii” im. N.N. Burdenko = Burdenko’s Journal of Neurosurgery 2016;80(1):5–18. (In Russ.). DOI: 10.17116/neiro20168015-18.Tunç B., Ingalhalikar M., Parker D. et al. Individualized map of white matter pathways: connectivity-based paradigm for neurosurgical planning. Neurosurgery 2016;79(4):568–77. DOI: 10.1227/NEU.0000000000001183.Tunç B., Ingalhalikar M., Parker D. et al. Individualized map of white matter pathways: connectivity-based paradigm for neurosurgical planning. Neurosurgery 2016;79(4):568–77. DOI: 10.1227/NEU.0000000000001183.University of Edinburgh Department of Surgery. Aids to the examination of the peripheral nervous system Medical Research Council (Great Britain). Memorandum No. 45. London, 1976.University of Edinburgh Department of Surgery. Aids to the examination of the peripheral nervous system Medical Research Council (Great Britain). Memorandum No. 45. London, 1976.Prabhu S.S., Gasco J., Tummala S. et al. Intraoperative magnetic resonance imaging-guided tractography with integrated monopolar subcortical functional mapping for resection of brain tumors. Clinical article. J Neurosurg 2011;114(3):719–26. DOI: 10.3171/2010.9.JNS10481.Prabhu S.S., Gasco J., Tummala S. et al. Intraoperative magnetic resonance imaging-guided tractography with integrated monopolar subcortical functional mapping for resection of brain tumors. Clinical article. J Neurosurg 2011;114(3):719–26. DOI: 10.3171/2010.9.JNS10481.Bonney P.A., Conner A.K., Boettcher L.B. et al. A simplified method of accurate postprocessing of diffusion tensor imaging for use in brain tumor resection. Oper Neurosurg (Hagerstown) 2017;13(1):47–59. DOI: 10.1227/NEU.0000000000001181.Bonney P.A., Conner A.K., Boettcher L.B. et al. A simplified method of accurate postprocessing of diffusion tensor imaging for use in brain tumor resection. Oper Neurosurg (Hagerstown) 2017;13(1):47–59. DOI: 10.1227/NEU.0000000000001181.Bucci M., Mandelli M.L., Berman J.I. et al. Quantifying diffusion MRI tractography of the corticospinal tract in brain tumors with deterministic and probabilistic methods. Neuroimage Clin 2013;3:361–8. DOI: 10.1016/j.nicl.2013.08.008.Bucci M., Mandelli M.L., Berman J.I. et al. Quantifying diffusion MRI tractography of the corticospinal tract in brain tumors with deterministic and probabilistic methods. Neuroimage Clin 2013;3:361–8. DOI: 10.1016/j.nicl.2013.08.008.Kis D., Mate A., Kincses Z.T. et al. The role of probabilistic tractography in the surgical treatment of thalamic gliomas. Neurosurgery 2014;10 Suppl 2:262–72. DOI: 10.1227/NEU.0000000000000333.Kis D., Mate A., Kincses Z.T. et al. The role of probabilistic tractography in the surgical treatment of thalamic gliomas. Neurosurgery 2014;10 Suppl 2:262–72. DOI: 10.1227/NEU.0000000000000333.Tsolaki E., Downes A., Speier W. et al. The potential value of probabilistic tractography- based for MR-guided focused ultrasound thalamotomy for essential tremor. Neuroimage Clin 2018;17:1019–27.Tsolaki E., Downes A., Speier W. et al. The potential value of probabilistic tractography- based for MR-guided focused ultrasound thalamotomy for essential tremor. Neuroimage Clin 2018;17:1019–27.Brandsma D., Stalpers L., Taal W. et al. Clinical features, mechanisms, and management of pseudoprogression in malignant gliomas. Lancet Oncol 2008;9(5):453–61. DOI: 10.1016/S1470-2045(08)70125-6.Brandsma D., Stalpers L., Taal W. et al. Clinical features, mechanisms, and management of pseudoprogression in malignant gliomas. Lancet Oncol 2008;9(5):453–61. DOI: 10.1016/S1470-2045(08)70125-6.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.