The assessment of language functions in awake craniotomies

Abstract

Background: Awake brain surgery (or awake craniotomy) is a type of surgical procedure performed on the brain, while the patient is fully awake and participates in various tasks. The mapping process (positive or negative) is typically conducted with direct electrical stimulation which is used to identify eloquent brain areas and protect them from the resection. Awake craniotomy is extremely valuable in diffuse brain tumors, in which the neurosurgical team must optimize the balance between tumor removal and risk of postsurgical tumor-related language disorders. The assessed functions may differ on each patient and range from simple motor skills to communication and emotions. Although the assessment of language is considered an essential part of awake brain surgery, this field is considered extremely heterogeneous. Aims and objectives: The aims of the current doctoral dissertation were multiple. A review of the awake craniotomy literature was conducted to reveal gaps, strengths, and limitations of the current practice. The acquired information were utilized to develop a new Greek language test, specifically for intraoperative use. The test had to be standardized on Greek healthy population and validated on patients undergoing awake brain surgery, while its effectiveness was also addressed. Finally, a protocol comprised of the newly developed test, and other well-known cognitive and language tests, was used in order to investigate the pre-, intra-, and postoperative language abilities of several brain tumor patients. Materials and Methods: In order to conduct the review, I used the extended PRISMA template for scoping reviews (PRISMA-ScR). Regarding the test development, I took into account all the special restrictions of the intraoperative language assessment, and I followed proposals of other, relative studies. The normative data were acquired from a sample of healthy participants consisting of 80 consecutively selected individuals, while 80 additional individuals participated in various experiments. Data from nine brain tumor patients were used to calculate convergent and discriminant validity. The language abilities of the 21 patients that went through awake craniotomy to our institution are presented in a case series study design. Finally, the data of 8 brain tumor patients were used in order to investigate the effectiveness of the test. Results: The scoping review revealed great heterogeneity among different teams in assessment methodologies. Three standardized tests developed specifically for intraoperative use were analyzed and critically reviewed. Regarding the normative data of the developed Greek test (GLAABS), only a few interactions of demographic variables were found on the results. Most differences were found between age groups, in which older participants performed slightly worse than younger ones. Concerning its clinical use, GLAABS assisted the neurosurgeons to achieve total and subtotal tumor resections in 64% of our patients. The postoperative results revealed that the performed awake craniotomies did not significantly alter the language abilities of our patients. The mean extent of resection (approximately 86%) was found to be similar with reports in the literature regarding awake craniotomies, and higher compared to reports for general anesthesia. With respect to the linguistic deficits, our findings agree with studies that suggest a high rate of new early deficits after awake craniotomy, which dramatically decrease after a few months, with or without speech-language therapy. Conclusions: The findings from the current dissertation support the use of GLAABS in awake craniotomies in order to assist the neurosurgeons achieve greater resections without compromising the postsurgical neuropsychological functions of the patients.

Θεωρητικό υπόβαθρο: Η κρανιοτομή σε αφύπνιση (awake craniotomy) είναι μία νευροχειρουργική επέμβαση για χωροκατακτητικές εξεργασίες του εγκεφάλου, όπου ο ασθενής αφυπνίζεται και αφού αποκτήσει πλήρη συνείδηση καλείται να συμμετάσχει σε διάφορες δοκιμασίες. Κατά το στάδιο αυτό επιτελείται η διαδικασία της χαρτογράφησης η οποία διεξάγεται με άμεσο ηλεκτρικό ερεθισμό (direct electrical stimulation) και έχει στόχο τον εντοπισμό ευγενών εγκεφαλικών περιοχών και κατ’ επέκταση την προστασία τους από την εκτομή. Στους διηθητικούς όγκους, η διαδικασία αυτή μπορεί να είναι αρκετά απαιτητική καθώς ο νευροχειρουργός πρέπει να ισορροπεί ανάμεσα στην μέγιστη αφαίρεση του παθολογικού ιστού και τον κίνδυνο μετεγχειρητικών γλωσσικών διαταραχών (ογκολογική αφασία). Οι λειτουργίες που αξιολογούνται διαφέρουν σε κάθε ασθενή και κυμαίνονται από απλές κινητικές δεξιότητες έως επικοινωνία και συναισθήματα. Αν και η εκτίμηση της γλώσσας θεωρείται αναπόσπαστο κομμάτι των κρανιοτομών σε αφύπνιση αυτό το πεδίο θεωρείται εξαιρετικά ετερογενές. Στόχος: Οι στόχοι της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν πολλαπλοί. Αρχικά, διεξήχθη ανασκόπηση της βιβλιογραφίας σχετικά με την αξιολόγηση του λόγου κατά τη διάρκεια κρανιοτομών σε αφύπνιση, προκειμένου να αποκαλυφθούν κενά, δυνατά σημεία και περιορισμοί των υπαρχόντων πρακτικών. Οι πληροφορίες που αποκτήθηκαν χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη ενός νέου, ελληνικού τεστ, ειδικά για διεγχειρητική χρήση. Το τεστ έπρεπε να σταθμιστεί σε ελληνικό υγιή πληθυσμό και να ελεγχθεί η εγκυρότητά του σε ασθενείς, ενώ εξετάστηκε επίσης η αποτελεσματικότητά του ως διεγχειρητικό αξιολογητικό εργαλείο. Τέλος, ένα πρωτόκολλο αποτελούμενο από το προαναφερθέν τεστ, καθώς επίσης και από άλλες γνωστές γνωστικές και γλωσσικές δοκιμασίες, χρησιμοποιήθηκε για τη διερεύνηση των προ-, δια- και μετεγχειρητικών γλωσσικών ικανοτήτων αρκετών ασθενών με χωροκατακτητικές εξεργασίες του εγκεφάλου. Υλικά και μέθοδοι: Προκειμένου να διεξαχθεί ο έλεγχος της βιβλιογραφίας, χρησιμοποιήθηκε το εκτεταμένο πρότυπο PRISMA για διερευνητική ανασκόπηση (scoping review, PRISMA-ScR). Όσον αφορά την ανάπτυξη των δοκιμασιών, ελήφθησαν υπ’ όψιν όλοι οι ειδικοί περιορισμοί της διεγχειρητικής γλωσσικής αξιολόγησης καθώς επίσης και προτάσεις άλλων, σχετικών μελετών. Οι νόρμες αποκτήθηκαν από ένα δείγμα υγιών συμμετεχόντων αποτελούμενο από 80 άτομα, ενώ 80 επιπλέον άτομα συμμετείχαν σε διάφορα πειράματα. Τα δεδομένα από 9 ασθενείς με όγκο στον εγκέφαλο χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της συμβατικής και διακριτικής εγκυρότητας (convergent and discriminant validity). Οι γλωσσικές ικανότητες των 21 ασθενών που υποβλήθηκαν σε κρανιοτομή σε αφύπνιση στην νευροχειρουργική κλινική του Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου Λάρισας παρουσιάζονται σε μορφή μελέτης σειράς περιπτώσεων (case series). Τέλος, τα δεδομένα 8 ασθενών με όγκο στον εγκέφαλο αξιοποιήθηκαν προκειμένου να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα του τεστ. Αποτελέσματα: Η διερευνητική ανασκόπηση αποκάλυψε μεγάλη ετερογένεια στις μεθοδολογίες αξιολόγησης. Επίσης εντοπίστηκαν και αναλύθηκαν κριτικά τρία σταθμισμένα αξιολογητικά εργαλεία, ανεπτυγμένα ειδικά για διεγχειρητική χρήση. Η ανάλυση των δεδομένων στάθμισης του ελληνικού τεστ που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής (GLAABS) αποκάλυψε ελάχιστες αλληλεπιδράσεις των δημογραφικών μεταβλητών στα αποτελέσματα. Οι περισσότερες διαφορές εντοπίστηκαν μεταξύ των ηλικιακών ομάδων, όπου οι ηλικιωμένοι συμμετέχοντες παρουσίασαν ελαφρώς χειρότερες επιδόσεις από τους νεότερους. Όσον αφορά την κλινική του χρήση, το GLAABS βοήθησε τους νευροχειρουργούς να επιτύχουν ολικές και υφολικές εκτομές όγκων στο 64% των ασθενών. Τα μετεγχειρητικά αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι οι κρανιοτομίες σε αφύπνιση δεν άλλαξαν στατιστικώς σημαντικά τις γλωσσικές ικανότητες των ασθενών μας. Το μέσο εύρος εκτομής (περίπου 86%) βρέθηκε να είναι αφενός παρόμοιο με αναφορές στη βιβλιογραφία σχετικά με τις κρανιοτομές σε αφύπνιση και αφετέρου υψηλότερο σε σύγκριση με επεμβάσεις χωρίς αφύπνιση. Όσον αφορά τα γλωσσικά ελλείμματα, τα ευρήματά συμφωνούν με μελέτες που αναφέρουν υψηλό ποσοστό νέων πρώιμων ελλειμμάτων μετά από κρανιοτομή σε αφύπνιση, τα οποία μειώνονται δραματικά μετά από μερικούς μήνες, με ή χωρίς λογοθεραπεία. Συμπεράσματα: Τα ευρήματα από τη παρούσα διατριβή υποστηρίζουν τη χρήση του GLAABS σε κρανιοτομίες σε αφύπνιση, προκειμένου να βοηθήσουν τους νευροχειρουργούς να επιτύχουν μεγαλύτερες εκτομές χωρίς να διακυβεύονται μετεγχειρητικά οι λειτουργίες του λόγου των ασθενών.