[論文レビュー] Complementary structural and functional abnormalities to localise epileptogenic tissue

Jonathan Horsley, Rhys H. Thomas+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2023

Advanced Neuroimaging Techniques and ApplicationsMedicine被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、拡散強調MRI（dMRI）由来の構造的結合異常と、くも膜下電気脳図（iEEG）由来の機能的異常を組み合わせることで、薬物耐性局灶性てんかんにおけるてんかん巣の局在化が著しく向上することを示している。両モodalitiesにおける最大の異常を切除した患者では、てんかん発作の自由度が15倍に向上した（p=0.008）。また、統合された意思決定ツリーは、43例の患者の84％で外科的予後を正しく予測した。これは、術前計画において両者の相乗的価値を示している。

ABSTRACT

When investigating suitability for surgery, people with drug-refractory focal epilepsy may have intracranial EEG (iEEG) electrodes implanted to localise seizure onset. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging (dMRI) may be acquired to identify key white matter tracts for surgical avoidance. Here, we investigate whether structural connectivity abnormalities, inferred from dMRI, may be used in conjunction with functional iEEG abnormalities to aid localisation and resection of the epileptogenic zone (EZ), and improve surgical outcomes in epilepsy. We retrospectively investigated data from 43 patients with epilepsy who had surgery following iEEG. Twenty five patients (58%) were free from disabling seizures (ILAE 1 or 2) at one year. For all patients, T1-weighted and diffusion-weighted MRIs were acquired prior to iEEG implantation. Interictal iEEG functional, and dMRI structural connectivity abnormalities were quantified by comparison to a normative map and healthy controls respectively. First, we explored whether the resection of maximal (dMRI and iEEG) abnormalities related to improved surgical outcomes. Second, we investigated whether the modalities provided complementary information for improved prediction of surgical outcome. Third, we suggest how dMRI abnormalities may be useful to inform the placement of iEEG electrodes as part of the pre-surgical evaluation using a patient case study. Seizure freedom was 15 times more likely in those patients with resection of maximal dMRI and iEEG abnormalities (p=0.008). Both modalities were separately able to distinguish patient outcome groups and when combined, a decision tree correctly separated 36 out of 43 (84%) patients based on surgical outcome. Structural dMRI could be used in pre-surgical evaluations, particularly when localisation of the EZ is uncertain, to inform personalised iEEG implantation and resection.

研究の動機と目的

• 薬物耐性局焦点性てんかんにおけるてんかん巣（EZ）の局在化において、dMRI由来の構造的結合異常とiEEG由来の機能的異常が補完的であるかどうかを調査すること。
• dMRIとiEEGの異常を統合することで、単独で用いる場合と比較して外科的予後を予測する精度が向上するかどうかを評価すること。
• 術前評価における個別化されたiEEG電極配置を支援するためのdMRIの有用性を検討すること。

提案手法

• iEEGインプラント手術の前に行われた43例のてんかん患者のT1強調および拡散強調MRIデータの後向き分析。
• 健常対照群から得られた標準化dMRIマップを用いて、構造的結合異常を定量化した。
• 間欠発作時iEEGデータを標準化機能マップと比較して、機能的iEEG異常を定量化した。
• 意思決定ツリー・モデルを用いて、dMRIおよびiEEG異常を統合し、外科的予後（1年後のてんかん発作の自由度）を予測した。
• 最大dMRIおよびiEEG異常の切除範囲と外科的予後との相関を評価した。
• 患者1例の症例研究を通じて、dMRI異常がiEEG電極配置を最適化する手がかりとしてどのように活用できるかを示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最大の構造的（dMRI）および機能的（iEEG）異常を切除することで、てんかんの外科的予後が改善するか？
• RQ2 dMRIとiEEGの異常は、術後てんかん発作の自由度を予測する上で補完的な情報を提供するか？
• RQ3 dMRI由来の構造的結合異常は、EZ局在が不確実な症例において、最適なiEEG電極配置を支援できるか？

主な発見

• 最大dMRIおよびiEEG異常を切除した患者では、てんかん発作の自由度が15倍に向上した（p=0.008）。
• dMRIおよびiEEGの両方の異常は、てんかん発作の自由度あり／なしの2群を別々に有意に区別できた。
• 統合された意思決定ツリー・モデルは、両モダリティを用いて43例中36例（84％）を外科的予後に関して正しく分類した。
• dMRI異常は、EZ局在が不確実な場合に特に有用な独立した情報として、術前計画に貢献した。
• dMRIとiEEGのデータ統合により、単独で用いる場合よりも、予測精度が向上した。
• 症例研究では、dMRI異常が、てんかん巣の局在をより正確に特定するための標的的iEEG電極配置を支援できることが示された。