MEG: Hoe magnetische activiteit kan bijdragen tot een betere evaluatie van epilepsie
Dertig procent van alle epilepsiepatiënten lijdt aan zogenaamde refractaire of therapieresistente epilepsie. Een deel van hen kan aanvalsvrijheid bekomen door chirurgische verwijdering van de epileptogene zone, het deel van de hersenen dat epileptische aanvallen veroorzaakt. Het lokaliseren van deze zone vraagt een uitgebreide preheelkundige evaluatie waarbij de patiënt talrijke testen ondergaat. Validatie van de testresultaten is noodzakelijk voor optimalisering van deze evaluatie.
In het UZ te Gent komt maandelijks aan een grote ronde tafel, in een vergaderzaal met de sprekende naam Hippocampus een bont allegaartje samen van neurologen en -chirurgen, psychologen, radiologen en vele anderen. Zij staan in voor de preheelkundige evaluatie van patiënten met refractaire epilepsie en hun doel is het lokaliseren en indien mogelijk verwijderen van de epileptogene zone. Gezien deze laatste niet rechtstreeks gemeten kan worden, wordt haar locatie afgeleid uit vijf zones gedefinieerd in deze evaluatie. Hun locatie kan bepaald worden dankzij verschillende technieken, gekenmerkt door moeilijke afkortingen.
Speurtocht door de hersenen
De standaard methode bij detectie van epilepsie is EEG. Hiermee wordt elektrische activiteit van de neuronen of hersencellen gemeten. Tijdens een epileptische aanval is deze activiteit verstoord, waardoor een arts op basis van het EEG de oorsprong van de aanval in de hersenen kan bepalen, de zogenaamde ictale onset zone. Deze is niet noodzakelijk gelijk aan de epileptogene zone en kan groter of kleiner zijn. Daarnaast kenmerkt epilepsie zich ook door verstoorde activiteit tussen aanvallen door welke geen symptomen voortbrengt. Aan de hand van deze interictale epileptiforme activiteit kan de locatie van de irritatieve zone bepaald worden.
Naast EEG worden in de preheelkundige evaluatie standaard nog enkele tests verricht. Deze zijn MRI, waarmee men een foto van de hersenen maakt en controleert op letsels, FDG-PET, wat een verstoord metabolisme op kan merken, en neuropsychologische testing, waarmee hersenfuncties zoals geheugen gecontroleerd worden. Een verminderde functie vormt een aanwijzing voor een verstoorde hersenwerking in het verantwoordelijke gebied.
Magnetische activiteit in de hersenen
Bij sommige patiënten biedt de combinatie van deze testen onvoldoende zekerheid over de lokalisatie van de epileptogene zone. In de context van snijden in hersenen zijn we uiteraard better safe than sorry, dus voor deze patiënten bestaan er nóg meer lokaliserende tests. Eén hiervan is MEG of magneto-encefalografie, waarmee magnetische activiteit van de hersenen gemeten wordt. Waar EEG vooral activiteit loodrecht op het schedeloppervlak registreert, zal MEG voornamelijk parallel met de schedel meten. MEG kan zo signalen opvangen die op EEG niet zichtbaar zijn en vice versa.
Tijdens een MEG scan wordt gedurende één uur magnetische activiteit van de hersenen geregistreerd. Gezien weinig patiënten epileptische aanvallen vertonen in deze korte periode, meet MEG vooral interictale epileptiforme activiteit. Van elk afwijkend signaal wordt de oorsprong in de hersenen berekend en geprojecteerd op een MRI scan van de patiënt. Meerdere van deze signalen vormen samen een cluster die de ligging van de irritatieve zone aanwijst.
Figuur 1 Cluster van interictale epileptiforme activiteit (geel) in een patiënt met refractaire epilepsie
Gouden standaard
Deze studie had tot doel inzicht te verwerven in de accuraatheid van MEG voor het lokaliseren van de irritatieve zone, ictale onset zone en epileptogene zone bepaald door hun respectievelijke gouden standaard. Daarnaast konden resultaten verkregen bij patiënten van het UZ Gent gesitueerd worden ten opzichte van resultaten in andere referentiecentra.
Zowel de irritatieve als ictale onset zone kunnen het meest nauwkeurig bepaald worden door intracraniële EEG (ICEEG). In tegenstelling tot standaard EEG worden de elektroden geïmplanteerd op of in de hersenen, om verstoringen door de schedel te omzeilen. Dit levert een grotere resolutie op, maar brengt ook risico’s met zich mee doordat de patiënt een hersenoperatie moet ondergaan voor de implantatie. Daardoor kan slechts een beperkt gebied geïmplanteerd en geregistreerd worden. Gezien de epileptogene zone niet rechtstreeks bepaald kan worden, geldt de resectieholte in patiënten die aanvalsvrijheid bekwamen als gouden standaard voor deze zone.
Zestien patiënten ondergingen MEG, ICEEG en epilepsiechirurgie. De resultaten van deze tests werden allen gelokaliseerd in een bepaald hersengebied en lokalisatie van de MEG cluster werd vervolgens vergeleken met lokalisatie van de respectievelijke zones gedefinieerd door hun gouden standaard. In een kwalitatieve analyse werd vergeleken of de MEG cluster zich in hetzelfde gebied bevond als de respectievelijke zone. In een kwantitatieve analyse werd met behulp van gespecialiseerde software de afstand van de MEG cluster tot de respectievelijke zone gemeten. Daarnaast werd onderzocht of de resultaten correleerden met chirurgische uitkomst.
Figuur 2 Vergelijking tussen de MEG cluster (geel) en de resectieholte (groen)
Voorspellende parameter voor aanvalsvrijheid?
Zoals verwacht op basis van het gemeten signaal toont MEG de grootste accuraatheid voor het identificeren van de irritatieve zone. Deze resultaten leunen aan bij deze van andere onderzoeksgroepen. Hoewel de irritatieve zone meestal groter is dan de epileptogene zone, speelt zij een belangrijke rol als leidraad bij het implanteren van intracraniële elektroden.
Wanneer de afstand van de MEG cluster tot respectievelijk de ictale onset zone en resectieholte vergeleken werd in het licht van chirurgische uitkomst, viel op dat de afstand groter was in patiënten die niet aanvalsvrij waren na de ingreep. Dit suggereert een correlatie tussen dichtere lokalisatie van de MEG cluster bij de respectievelijke zone en een verhoogde kans op aanvalsvrijheid. Het is echter belangrijk op te merken dat deze resultaten slechts een tendens weergeven. Door het kleine aantal deelnemers kon geen statistische significantie aangetoond worden.
Nood aan standaardisatie
Studies als deze dragen bij aan de validatie van MEG in de preheelkundige evaluatie van patiënten met refractaire epilepsie. Belangrijk om op te merken is echter de nood aan gestandaardiseerde meetmethodes. Wanneer MEG vergeleken wordt met de resultaten van ICEEG moet men zeker zijn dat een signaal geregistreerd met MEG opgevangen kan worden door intracraniële elektroden. Een MEG signaal dat buiten het beperkte bereik van de elektroden ontstaat zal anders nooit geverifieerd kunnen worden. In de literatuur ontbreken echter gestandaardiseerde richtlijnen rond het meetbereik van deze elektroden. Dit bemoeilijkt de validatie van technieken tegen ICEEG, en zorgt mogelijks voor een onderschatting van hun accuraatheid.
Bibliografie
1 Sander, J. Some aspects of prognosis in the epilepsies: a review. Epilepsia 34, 1007-1016 (1993).
2 Rosenow, F. & Lüders, H. Presurgical evaluation of epilepsy. Brain 124, 1683-1700 (2001).
3 Kharkar, S. & Knowlton, R. Magnetoencephalography in the presurgical evaluation of epilepsy. Epilepsy & Behavior 46, 19-26 (2015).
4 Baumgartner, C. & Pataraia, E. Revisiting the role of magnetoencephalography in epilepsy. Current Opinion in Neurology 19, 181-186, doi:10.1097/01.wco.0000218236.44969.67 (2006).
5 Lachaux, J. P., Rudrauf, D. & Kahane, P. Intracranial EEG and human brain mapping. Journal of Physiology-Paris 97, 613-628, doi:https://doi.org/10.1016/j.jphysparis.2004.01.018 (2003).
6 Fernández, I. S. & Loddenkemper, T. Electrocorticography for Seizure Foci Mapping in Epilepsy Surgery. Journal of Clinical Neurophysiology 30, 554-570, doi:10.1097/01.wnp.0000436898.10125.70 (2013).
7 Knowlton, R. C. et al. Magnetic source imaging versus intracranial electroencephalogram in epilepsy surgery: a prospective study. Annals of neurology 59, 835-842, doi:10.1002/ana.20857 (2006).
8 Siegel, A. M. et al. The role of intracranial electrode reevaluation in epilepsy patients after failed initial invasive monitoring. Epilepsia 41, 571-580 (2000).
9 Fisher, R. S. et al. Epileptic seizures and epilepsy: definitions proposed by the International League Against Epilepsy (ILAE) and the International Bureau for Epilepsy (IBE). Epilepsia 46, 470-472 (2005).
10 Moshé, S. L., Perucca, E., Ryvlin, P. & Tomson, T. Epilepsy: new advances. The Lancet 385, 884-898, doi:https://doi.org/10.1016/S0140-6736(14)60456-6 (2015).
11 Fisher, R. S. et al. ILAE official report: a practical clinical definition of epilepsy. Epilepsia 55, 475-482 (2014).
12 Sander, J. W. The epidemiology of epilepsy revisited. Current Opinion in Neurology 16, 165-170 (2003).
13 Duncan, J. S., Sander, J. W., Sisodiya, S. M. & Walker, M. C. Adult epilepsy. The Lancet 367, 1087-1100, doi:https://doi.org/10.1016/S0140-6736(06)68477-8 (2006).
14 Kwan, P. & Sander, J. W. The natural history of epilepsy: an epidemiological view. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry 75, 1376-1381, doi:10.1136/jnnp.2004.045690 (2004).
15 Scheffer, I. E. et al. ILAE classification of the epilepsies: position paper of the ILAE Commission for Classification and Terminology. Epilepsia 58, 512-521 (2017).
16 Temkin, N. R. Antiepileptogenesis and seizure prevention trials with antiepileptic drugs: meta‐analysis of controlled trials. Epilepsia 42, 515-524 (2001).
17 Schachter, S. C. Current evidence indicates that antiepileptic drugs are anti-ictal, not antiepileptic. Epilepsy Research 50, 67-70, doi:https://doi.org/10.1016/S0920-1211(02)00069-4 (2002).
18 Shorvon, S. & Farmer, P. Epilepsy in developing countries: a review of epidemiological, sociocultural, and treatment aspects. Epilepsia 29, S36-S54 (1988).
19 Placencia, M. et al. The characteristics of epilepsy in a largely untreated population in rural Ecuador. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry 57, 320-325, doi:10.1136/jnnp.57.3.320 (1994).
20 Kwan, P. & Brodie, M. J. Early identification of refractory epilepsy. New England Journal of Medicine 342, 314-319 (2000).
21 Kwan, P. et al. (Wiley Online Library, 2010).
22 Hitiris, N., Mohanraj, R., Norrie, J., Sills, G. J. & Brodie, M. J. Predictors of pharmacoresistant epilepsy. Epilepsy Research 75, 192-196, doi:https://doi.org/10.1016/j.eplepsyres.2007.06.003 (2007).
23 Wiebe, S., Blume, W. T., Girvin, J. P. & Eliasziw, M. A randomized, controlled trial of surgery for temporal-lobe epilepsy. New England Journal of Medicine 345, 311-318 (2001).
24 Laxer, K. D. et al. The consequences of refractory epilepsy and its treatment. Epilepsy & Behavior 37, 59-70, doi:https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2014.05.031 (2014).
25 Carrette, E., Vonck, K. & Boon, P. The Management of Pharmacologically Refractory Epilepsy. International Journal of Clinical Reviews (2011).
26 Keller, C. J. et al. Heterogeneous neuronal firing patterns during interictal epileptiform discharges in the human cortex. Brain 133, 1668-1681 (2010).
27 Phal, P. M. et al. Qualitative Comparison of 3-T and 1.5-T MRI in the Evaluation of Epilepsy. American Journal of Roentgenology 191, 890-895, doi:10.2214/AJR.07.3933 (2008).
28 Van Gompel, J. J. et al. INTRACRANIAL ELECTROENCEPHALOGRAPHY WITH SUBDURAL GRID ELECTRODES: TECHNIQUES, COMPLICATIONS, AND OUTCOMES. Neurosurgery 63, 498-506, doi:10.1227/01.Neu.0000324996.37228.F8 (2008).
29 Baillet, S. Magnetoencephalography for brain electrophysiology and imaging. Nature neuroscience 20, 327-339 (2017).
30 Vrba, J. & Robinson, S. E. Signal Processing in Magnetoencephalography. Methods 25, 249-271, doi:https://doi.org/10.1006/meth.2001.1238 (2001).
31 Knowlton, R. C. & Shih, J. Magnetoencephalography in Epilepsy. Epilepsia 45, 61-71, doi:10.1111/j.0013-9580.2004.04012.x (2004).
32 Barkley, G. L. & Baumgartner, C. MEG and EEG in epilepsy. Journal of clinical neurophysiology 20, 163-178 (2003).
33 George, J. S. et al. Mapping Function in the Human Brain with Magnetoencephalography, Anatomical Magnetic Resonance Imaging, and Functional Magnetic Resonance Imaging. Journal of Clinical Neurophysiology 12, 406-431 (1995).
34 Engel Jr, J. Surgery for seizures. New England Journal of Medicine 334, 647-653 (1996).
35 De Tisi, J. et al. The long-term outcome of adult epilepsy surgery, patterns of seizure remission, and relapse: a cohort study. The Lancet 378, 1388-1395 (2011).
36 Hader, W. J. et al. Cortical dysplastic lesions in children with intractable epilepsy: role of complete resection. Journal of Neurosurgery: Pediatrics 100, 110, doi:10.3171/ped.2004.100.2.0110 (2004).
37 Morrell, F., Whisler, W. W. & Bleck, T. P. Multiple subpial transection: a new approach to the surgical treatment of focal epilepsy. Journal of neurosurgery 70, 231-239 (1989).
38 Rathore, C. & Radhakrishnan, K. Prognostic Significance of Interictal Epileptiform Discharges After Epilepsy Surgery. Journal of Clinical Neurophysiology 27 (2010).
39 Genow, A. et al. Epilepsy surgery, resection volume and MSI localization in lesional frontal lobe epilepsy. NeuroImage 21, 444-449, doi:https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2003.08.029 (2004).
40 Rassi‐Neto, A., Ferraz, F. P., Campos, C. R. & Braga, F. M. Patients with epileptic seizures and cerebral lesions who underwent lesionectomy restricted to or associated with the adjacent irritative area. Epilepsia 40, 856-864 (1999).
41 De Tiege, X. et al. Clinical added value of magnetic source imaging in the presurgical evaluation of refractory focal epilepsy. Journal of neurology, neurosurgery, and psychiatry 83, 417-423, doi:10.1136/jnnp-2011-301166 (2012).
42 Carrette, E. et al. Predictive factors for outcome of invasive video-EEG monitoring and subsequent resective surgery in patients with refractory epilepsy. Clinical Neurology and Neurosurgery 112, 118-126, doi:https://doi.org/10.1016/j.clineuro.2009.10.017 (2010).
43 Santiuste, M. et al. Simultaneous Magnetoencephalography and Intracranial EEG Registration: Technical and Clinical Aspects. Journal of Clinical Neurophysiology 25 (2008).
44 Knowlton, R. C. et al. Magnetoencephalography in partial epilepsy: Clinical yield and localization accuracy. Annals of Neurology 42, 622-631, doi:https://doi.org/10.1002/ana.410420413 (1997).
45 Huiskamp, G., Agirre-Arrizubieta, Z. & Leijten, F. Regional differences in the sensitivity of MEG for interictal spikes in epilepsy. Brain topography 23, 159-164 (2010).
46 Ergene, E., Shih, J. J., Blum, D. E. & So, N. K. Frequency of Bitemporal Independent Interictal Epileptiform Discharges in Temporal Lobe Epilepsy. Epilepsia 41, 213-218, doi:https://doi.org/10.1111/j.1528-1157.2000.tb00142.x (2000).
47 Baumgartner, C., Pataraia, E., Lindinger, G. & Deecke, L. Neuromagnetic Recordings in Temporal Lobe Epilepsy. Journal of Clinical Neurophysiology 17 (2000).
48 Pataraia, E., Lindinger, G., Deecke, L., Mayer, D. & Baumgartner, C. Combined MEG/EEG analysis of the interictal spike complex in mesial temporal lobe epilepsy. NeuroImage 24, 607-614, doi:https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2004.09.031 (2005).
49 Tamilia, E. et al. Assessing the localization accuracy and clinical utility of electric and magnetic source imaging in children with epilepsy. Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology 130, 491-504, doi:10.1016/j.clinph.2019.01.009 (2019).
50 Jung, W. Y., Pacia, S. V. & Devinsky, O. Neocortical Temporal Lobe Epilepsy: Intracranial EEG Features and Surgical Outcome. Journal of Clinical Neurophysiology 16 (1999).
51 Salanova, V., Markand, O. & Worth, R. Temporal lobe epilepsy surgery: outcome, complications, and late mortality rate in 215 patients. Epilepsia 43, 170-174 (2002).
52 Holtkamp, M., Sharan, A. & Sperling, M. R. Intracranial EEG in predicting surgical outcome in frontal lobe epilepsy. Epilepsia 53, 1739-1745, doi:https://doi.org/10.1111/j.1528-1167.2012.03600.x (2012).
53 Téllez-Zenteno, J. F., Ronquillo, L. H., Moien-Afshari, F. & Wiebe, S. Surgical outcomes in lesional and non-lesional epilepsy: A systematic review and meta-analysis. Epilepsy Research 89, 310-318, doi:https://doi.org/10.1016/j.eplepsyres.2010.02.007 (2010).
54 Schiller, Y., Cascino, G. D. & Sharbrough, F. W. Chronic Intracranial EEG Monitoring for Localizing the Epileptogenic Zone: An Electroclinical Correlation. Epilepsia 39, 1302-1308, doi:https://doi.org/10.1111/j.1528-1157.1998.tb01328.x (1998).
55 Kim, D. et al. Accuracy of MEG in localizing irritative zone and seizure onset zone: Quantitative comparison between MEG and intracranial EEG. Epilepsy research 127, 291-301, doi:10.1016/j.eplepsyres.2016.08.013 (2016).
56 Wyllie, E. et al. Clinical outcome after complete or partial cortical resection for intractable epilepsy. Neurology 37, 1634-1634, doi:10.1212/wnl.37.10.1634 (1987).
57 Bartolomei, F. et al. What is the concordance between the seizure onset zone and the irritative zone? A SEEG quantified study. Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology 127, 1157-1162, doi:10.1016/j.clinph.2015.10.029 (2016).
58 Knowlton, R. C. et al. Effect of epilepsy magnetic source imaging on intracranial electrode placement. Annals of Neurology: Official Journal of the American Neurological Association and the Child Neurology Society 65, 716-723 (2009).
59 Sutherling, W. W. et al. Influence of magnetic source imaging for planning intracranial EEG in epilepsy. Neurology 71, 990-996, doi:10.1212/01.wnl.0000326591.29858.1a (2008).
60 Rampp, S. et al. Magnetoencephalography for epileptic focus localization in a series of 1000 cases. Brain 142, 3059-3071, doi:10.1093/brain/awz231 (2019).
61 Almubarak, S. et al. The correlation of magnetoencephalography to intracranial EEG in localizing the epileptogenic zone: a study of the surgical resection outcome. Epilepsy research 108, 1581-1590 (2014).
62 Minassian, B. A. et al. Magnetoencephalographic localization in pediatric epilepsy surgery: comparison with invasive intracranial electroencephalography. Annals of Neurology: Official Journal of the American Neurological Association and the Child Neurology Society 46, 627-633 (1999).
63 RamachandranNair, R. et al. MEG Predicts Outcome Following Surgery for Intractable Epilepsy in Children with Normal or Nonfocal MRI Findings. Epilepsia 48, 149-157, doi:https://doi.org/10.1111/j.1528-1167.2006.00901.x (2007).
64 Knowlton, R. C. et al. Functional imaging: II. Prediction of epilepsy surgery outcome. Annals of Neurology 64, 35-41, doi:https://doi.org/10.1002/ana.21419 (2008).
65 Tenney, J. R., Fujiwara, H., Horn, P. S. & Rose, D. F. Comparison of magnetic source estimation to intracranial EEG, resection area, and seizure outcome. Epilepsia 55, 1854-1863, doi:10.1111/epi.12822 (2014)
