DTI-Traktographie der cerebro-cerebellären Bahnen und klinische Evaluation der Ataxie bei Patienten nach Behandlung von Tumoren der hinteren Schädelgrube im Kindes- und Jugendalter

Abstract

Einleitung: Tumoren des Zentralnervensystems im Kindes- und Jugendalter entstehen häufig in der hinteren Schädelgrube. Die Überlebensrate für diese Tumoren konnte in den letzten Jahrzehnten verbessert werden. Allerdings weisen die Patienten nach zumeist intensiver Therapie Einschränkungen der Lebensqualität auf. Hierzu zählt unter anderem die Ataxie, deren neuroanatomische Substrate, die für das unterschiedliche Ausmaß der Ataxie verantwortlich sind, noch weitgehend unklar sind. Möglicherweise liegen der Entwicklung von ataktischen Langzeitdefiziten cerebro-cerebelläre Verbindungen zugrunde, deren differenzierte Untersuchungen jedoch noch ausstehen. Die vorliegende Arbeit untersucht posttherapeutische Veränderungen in der strukturellen Integrität der afferenten und efferenten Bahnen der reziproken cerebro-cerebellären Verbindungen sowie deren Zusammenhang mit dem Schweregrad der Ataxie bei Patienten mit Hirntumoren der hinteren Schädelgrube im Vergleich zu gesunden Probanden. Methode: Mittels Diffusion Tensor Imaging (DTI)-Traktographie wurden die cerebro-ponto-cerebellären (CPC) und cerebello-thalamo-cerebralen (CTC) Bahnen bei Patienten nach Behandlung von Tumoren der hinteren Schädelgrube im Kindes- und Jugendalter sowie bei gesunden Probanden dargestellt. Die fraktionelle Anisotropie (FA) und die Volumina der rekonstruierten Bahnen wurden bestimmt. Der statistische Zusammenhang zwischen den gemessenen DTI-Traktographiedaten und dem Schweregrad der Ataxie wurde analysiert. Die Evaluation der Ataxie erfolgte mittels „International Cooperative Ataxia Rating Scale (ICARS)“. Ergebnisse: Es wurden 10 Patienten mit pilozytischem Astrozytom (PA) und 9 mit Medulloblastom (MB) sowie 20 gesunde Probanden eingeschlossen. Der ICARS-Score war bei MB-Patienten gegenüber PA-Patienten signifikant erhöht. Bei der Volumenanalyse wurde eine signifikante Abnahme in der bilateralen CTC-Bahn bei MB-Patienten und in der linken CTC-Bahn bei PA-Patienten beobachtet. Die CPC-Bahn bot ausschließlich bei PA-Patienten ein signifikant reduziertes Volumen. Der ICARS-Score wies einen signifikanten Zusammenhang mit der Volumenreduktion der CTC-Bahn auf, wobei sich dies nicht für die CPC-Bahn bestätigte. Patienten mit Cerebellärem-Mutismus-Syndrom (CMS) boten die stärkste Volumenreduktion der CTC-Bahn und höhere ICARS-Scores im Vergleich mit Patienten ohne CMS. Die FA-Analyse für die gesamte CPC- und die gesamte CTC-Bahn zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen. Signifikant reduzierte FA-Werte fanden sich im Pedunculus cerebellaris superior (PCS) beider Patientengruppen, wobei im bilateralen PCS bei MB-Patienten und im linken PCS bei PA-Patienten ein signifikanter Zusammenhang mit dem ICARS-Score vorlag. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass insbesondere die Veränderung der CTC-Bahn zum Ausmaß der ataktischen Langzeitdefizite bei Kindern und Jugendlichen nach Behandlung von Tumoren der hinteren Schädelgrube beizutragen scheint. Die DTI-Traktographie kann dazu beitragen, die CTC-Bahn als relevante Struktur besser zu identifizieren und möglicherweise bei der Operation besser zu schonen, so dass assoziierte Spätfolgen reduziert werden können.Introduction: Tumors in the central nervous system of children and adolescents develop frequently in the posterior fossa. The survival rate of patients presenting with these tumors has improved in recent years. However, survivors usually experience restrictions in quality of life especially following intensive therapy. One in particular, Ataxia, of which the neuroanatomical substrates responsible for variations presented in the degree of ataxia remain largely unknown. Cerebrocerebellar connections are possible causes of long-term ataxia, notwithstanding differentiated studies have yet to be undertaken. This study focuses on post-therapeutic alterations in the structural integrity of the afferent and efferent tracts of the reciprocal cerebrocerebellar pathways and their relationship with the severity of ataxia in posterior fossa tumor survivors compared with healthy peers. Methods: Diffusion Tensor Imaging (DTI) tractography was used to visualize the cerebro-ponto-cerebellar (CPC) and cerebello-thalamo-cerebral (CTC) tracts of patients having undergone childhood posterior fossa tumor treatments as also healthy peers. The fractional anisotropy (FA) and volume of the reconstructed tracts were determined. The statistical relationship between these DTI-tractography data and the severity of ataxia was assessed. The degree of ataxia was evaluated using the “International Cooperative Ataxia Rating Scale (ICARS)”. Results: The study included ten patients with pilocytic astrocytoma (PA), nine with medulloblastoma (MB), and twenty healthy peers. ICARS scores were significantly higher in MB-patients compared with the PA-patients. The analysis of tract volume showed a significant decrease in the bilateral CTC-pathway in MB-patients and in the left-hand CTC-pathway in PA-patients. The CPC-pathway presented a significant volume reduction in PA-patients only. The ICARS score exhibited a significant relationship with the volume reduction of the CTC-pathway, but not with the CPC-pathway. Patients with cerebellar mutism syndrome (CMS) presented the most significant reductions in CTC-pathway volume and higher ICARS scores in comparison with patients without CMS. FA analysis for the entire CPC- and CTC-pathway showed no significant differences between the groups. Significantly lower FA values were found within the superior cerebellar peduncle (SCP) of both patient groups, and presented a significant relationship with the ICARS scores in bilateral SCP in MB-patients and in the left SCP in PA-patients. Conclusion: The results of this study suggest that the alteration of the CTC-pathway is of particular significance in contributing to the degree of long-term ataxia after childhood posterior fossa tumor treatments. DTI-tractography could contribute to improving the identification and even intraoperative preserving the important CTC-pathway in order to reduce the associated late effects