Correlazione tra infiltrazione preoperatoria di fasci di sostanza bianca e localizzazione della recidiva nei glioblastomi

Introduction Glioblastoma multiforme is a primary cerebral neoplasm of the glial series with a poor prognosis. Surgery is the first step in treatment and plays both a diagnostic and cytoreductive role. Regrowth occurs in most cases in the region adjacent to the surgical cavity, while more rarely there are distant intraparenchymal lesions. It is likely that the extent of peritumoral neoplastic infiltration is at least partly related to the location of the primary neoplasm and its relationship with the surrounding structures and in particular with the white matter bundles, whose matrix is less dense and therefore mechanically more permissive. Indeed, studies performed on DTI images suggest that the direction and speed of tumour cell growth depend on the structure of the white matter fibre network and the density gradient of the extracellular matrix surrounding these fibres. The aim of this retrospective study is to evaluate whether there is a correlation between the bundles infiltrated by glioblastoma before exeresis and the probability of localisation of recurrence at the level of these bundles. Materials and methods The study adopted a multidisciplinary approach, using both direct and indirect approaches to quantify WM structural disconnections. Direct approaches are based on tractography, indirect approaches on brain atlases, i.e. reference models that allow estimating which regions of WM are most susceptible to tumour infiltration. For the direct approach we used Elements (BrainLAB AG, Munich, Germany), for the indirect one three different software: 3D Slicer, FSL and BCBToolkit. 80 patients undergoing GBM IDH wild-type exeresis who had preoperative MRI images with availability of FLAIR AND T1CE sequences as well as MRI images acquired in the first 72h after surgery and at the time of first disease recurrence were included in the study. The preop FLAIR and T1CE sequences were merged and from the image obtained, the total tumour volume was segmented by semi-automatic method using 3D Slicer software. The segmented volumes were normalised according to BCBtoolkit's MNI152 atlas using FSL software. Finally, the intersection volumes between each bundle and the total volume of the neoplasm were calculated using Tractotron in BCBtoolkit. After that, the segmentation, normalisation and calculation of intersections were also done on T1CE enhancing recurrences. Results For statistical analysis, a threshold value of 0.5 was set to consider one bundle involved. An overall statistical analysis was performed taking into account 23 bundles of the 80 patients in the sample for a total of 1840 bundles. Of 519 bundles affected by the tumour at recurrence, 471 were also affected before surgical exeresis (90.8%). The remaining 48 bundles of the 519 with recurrence (9.2%) were not affected preoperatively. All results proved to be statistically significant. Discussion The starting hypothesis was supported by the high % of bundles affected by recurrence, provided they were already affected preoperatively. In general, the study suggests a strong tendency for the recurrent tumour to recur on the same bundles, a correlation that will have to be further investigated by considering the type of bundles most involved and investigating the factors determining this correlation.

Introduzione Il glioblastoma multiforme è una neoplasia cerebrale primitiva della serie gliale con prognosi infausta. La chirurgia rappresenta il primo passo del trattamento e riveste sia un ruolo diagnostico, sia di citoriduzione. La ricrescita avviene nella maggior parte dei casi nella regione adiacente alla cavità chirurgica, mentre più raramente si assiste alla comparsa di lesioni intraparenchimali a distanza. È verosimile che l’estensione dell’infiltrazione neoplastica peritumorale sia almeno in parte correlata alla localizzazione della neoplasia primitiva e ai suoi rapporti con le strutture circostanti e in particolare con i fasci di sostanza bianca, la cui matrice è meno densa e quindi meccanicamente più permissiva. Studi eseguiti su immagini DTI suggeriscono, infatti, che la direzione e la velocità di crescita delle cellule tumorali dipendano dalla struttura della rete di fibre della sostanza bianca e dal gradiente di densità della matrice extracellulare che circonda tali fibre. Obiettivo di questo studio retrospettivo è valutare se vi sia una correlazione tra i fasci infiltrati dal glioblastoma prima dell’intervento di exeresi e la probabilità di localizzazione della recidiva a livello degli stessi. Materiali e metodi Lo studio ha adottato un approccio multidisciplinare, utilizzando sia approcci diretti che indiretti per quantificare le disconnessioni strutturali della WM. Gli approcci diretti si basano sulla trattografia, quelli indiretti su atlanti cerebrali, ovvero modelli di riferimento che permettono di stimare quali regioni della WM sono più suscettibili all'infiltrazione tumorale. Per l’approccio diretto ci si è avvalsi dell’uso di Elements (BrainLAB AG, Monaco, Germania), per quello indiretto di tre diversi software: 3D Slicer, FSL e BCBToolkit. Sono stati inclusi nello studio 80 pazienti sottoposti a exeresi di GBM IDH wild-type che avessero immagini di RM preoperatorie con disponibilità di sequenze FLAIR E T1CE, nonché di immagini di risonanza acquisite nelle prime 72h dopo l’intervento chirurgico e al momento della prima recidiva di malattia. Le sequenze FLAIR e T1CE preoperatorie sono state fuse e dall'immagine ottenuta si è proceduto alla segmentazione del volume totale del tumore mediante metodica semiautomatica utilizzando il software 3D Slicer. I volumi segmentati sono stati normalizzati secondo l'atlante MNI152 di BCBtoolkit avvalendosi del software FSL. Infine, con l'uso di Tractotron presente in BCBtoolkit sono stati calcolati i volumi di intersezione tra ciascun fascio e il volume totale della neoplasia. Successivamente la segmentazione, la normalizzazione e il calcolo delle intersezioni sono state fatte anche sulle recidive enhancing in T1CE. Risultati Per le analisi statistiche è stato settato un valore soglia di 0.5 per considerare un fascio coinvolto. È stata svolta un’analisi statistica complessiva che ha tenuto conto di 23 fasci degli 80 pazienti del campione per un totale di 1840 fasci. Su 519 fasci interessati dal tumore alla recidiva, 471 lo erano anche prima dell’exeresi chirurgica (90.8%). Gli altri 48 fasci dei 519 con recidiva (9.2%) non erano interessati nel preoperatorio. Tutti i risultati si sono dimostrati statisticamente significativi. Discussione L’ipotesi di partenza è stata avvalorata dall’elevata % di fasci colpiti dalla recidiva, posto che lo fossero già nel preoperatorio. In generale, lo studio suggerisce una forte tendenza del tumore recidivo a ripresentarsi sugli stessi fasci, correlazione che dovrà essere approfondita considerando il tipo di fasci più coinvolti e indagando i fattori che determinano questa correlazione.