Eline Schaft

Wereldwijd hebben ongeveer 50 miljoen mensen epilepsie. Bij epilepsie ontstaat er een verstoring van de elektrische activiteit in de hersenen, wat kan leiden tot aanvallen. Voor een deel van de mensen met epilepsie werken medicijnen onvoldoende. Voor hen kan epilepsiechirurgie een mogelijke genezende behandeling zijn. Het doel van epilepsiechirurgie is het bereiken van levenslange aanvalsvrijheid. Op basis van gepubliceerde gegevens ligt het percentage patiënten dat aanvalsvrij wordt na een operatie tussen de 36 en 76%, wat laat zien dat er ruimte is voor verbetering.

Bij epilepsiechirurgie is het essentieel om de epileptogene zone volledig te verwijderen: het hersengebied dat verantwoordelijk is voor het ontstaan van de aanvallen. Het nauwkeurig lokaliseren van deze zone is lastig en gebeurt voorafgaand aan de operatie met verschillende onderzoeken, zoals een EEG, MRI en soms aanvullende geavanceerde beeldvorming. Op basis van deze onderzoeken wordt een operatieplan gemaakt. Tijdens de operatie kan dit plan worden gecontroleerd en zo nodig aangepast met behulp van intraoperatieve electrocorticografie (ioECoG), waarbij hersenactiviteit direct van het hersenoppervlak wordt gemeten. Deze signalen worden tijdens de operatie direct beoordeeld. Hierbij wordt traditioneel vooral gekeken naar twee typen afwijkende signalen, zogenaamde biomarkers: interictale pieken en hoog frequente oscillaties (HFOs). Interictale pieken zijn korte, plotselinge ontladingen van zenuwcellen die wijzen op een verhoogde prikkelbaarheid van het hersenweefsel. HFOs zijn zeer snelle ritmische ontladingen in hoge frequenties (boven de 80Hz). Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen ripples (80-250Hz) en fast ripples (250-500Hz). Over het gebruik en de klinische betekenis van pieken en HFOs bestaat nog veel discussie. Deze discussie gaat zowel over welke biomarker geschikt is voor welke patiënt, als over hoe signalen het best gemeten en geïnterpreteerd kunnen worden.

Dit proefschrift onderzoekt het potentieel van ioECoG verder dan alleen de traditionele visuele beoordeling en heeft als doel bij te dragen aan een nauwkeurigere, efficiëntere en meer geautomatiseerde afbakening van de epileptogene zone. Daarbij wordt gefocust op twee complementaire thema’s: geavanceerde signaalanalyse van ioECoG en de interpretatie van ioECoG, inclusief de klinische implementatie van hoge resolutie grids.

In Hoofdstuk 2 bestudeerden we hoe interictale pieken en HFOs zich in de tijd tot elkaar verhouden en wanneer zij gelijktijdig voorkomen. Door uitsluitend patiënten te bestuderen die aanvalsvrij zijn na de operatie, kan het verwijderde weefsel worden beschouwd als het weefsel dat verantwoordelijk was voor het ontstaan van de aanvallen. In dit onderzoek vonden we dat vooral gelijktijdig voorkomende interictale pieken en ripples vaker aanwezig zijn in het verwijderde, epileptische weefsel. Daarnaast bleken ook subtiele tijdskenmerken van deze signalen, zoals het moment waarop zij optreden, informatie te geven over welk hersenweefsel epileptisch is.

In Hoofdstuk 3 en Hoofdstuk 4 onderzochten we of specifieke signaalkarakteristieken van het ioECoG kunnen helpen bij het herkennen van epileptisch weefsel. In Hoofdstuk 3 onderzochten we of de variatie in complexiteit van het ioECoG, berekend als spectrale entropie, samenhangt met het resultaat van epilepsiechirurgie. We vonden dat deze maat zowel informatie bevat om epileptisch weefsel te onderscheiden van gezond weefsel, als informatie over de kans op aanvalsvrijheid na de operatie. In Hoofdstuk 4 is met behulp van kunstmatige intelligentie onderzocht welke frequentiecomponenten van het ioECoG bijdragen aan het onderscheiden van epileptisch en niet-epileptisch weefsel. Hierbij vonden we dat bepaalde veranderingen in het achtergrondsignaal, die niet direct met het blote oog zichtbaar zijn, toch informatief kunnen zijn. Waar we in Hoofdstuk 2 en Hoofdstuk 4 gebruik maakten van ioECoG wat gemeten was voorafgaand aan het verwijderen van het epileptisch weefsel en enkel van patiënten die aanvalsvrij zijn, gebruiken we in Hoofdstuk 3 zowel het ioECoG gemeten voorafgaand aan als na het verwijderen van het epileptisch weefsel. Deze patiëntenpopulatie bevat zowel aanvalsvrije patiënten als patiënten die na de operatie nog aanvallen hebben.

In Hoofdstuk 5 bekeken we of de manier waarop ioECoG-signalen worden weergegeven invloed heeft op het herkennen van interictale pieken en HFOS. We vergeleken verschillende weergaven van hetzelfde ioECoG-signaal en keken hoe goed de verschillende biomarkers zichtbaar waren. Hierbij vonden we dat de keuze van montage een grote invloed heeft op wat wel en niet wordt gezien, en dat sommige montages geschikter zijn dan andere voor het herkennen van specifieke biomarkers. Dit benadrukt dat de interpretatie van ioECoG niet alleen afhangt van het signaal zelf, maar ook van hoe het wordt gepresenteerd.

In Hoofdstuk 6 bestudeerden we de relatie tussen de locatie van de afwijking op MRI beelden met de locatie van ioECoG-biomarkers. Hierbij vonden we dat deze relatie verschilt per onderliggende hersenaandoening. Dit benadrukt het belang van een gepersonaliseerde interpretatie van ioECoG. In Hoofdstuk 7 beschrijven we de klinische implementatie van hoge resolutie grids om ioECoG metingen te doen. Deze grids bevatten vier keer zoveel elektroden als de traditionele grids (lage resolutie). Door gebruik te maken van deze grids worden er meer biomarkers gemeten, in het bijzonder de fast ripples, en kunnen spreidingspatronen van interictale pieken gedetailleerd in kaart worden gebracht.

De resultaten van dit proefschrift laten zien dat ioECoG waardevolle informatie kan bieden tijdens epilepsiechirurgie, maar dat geen enkele biomarker of methode op zichzelf voldoende is om epileptisch weefsel eenduidig te identificeren. Zowel interictale pieken, HFOs als meer subtiele signaalkarakteristieken verschillen in betekenis tussen patiënten en onderliggende hersenaandoeningen. Daarnaast wordt de interpretatie van ioECoG beïnvloed door technische keuzes, zoals de manier van meten en weergeven, en door praktische factoren in de operatiekamer. Door geavanceerde signaalanalyse te combineren met klinische expertise en door nieuwe meetmethoden, zoals hoge resolutie grids, zorgvuldig te implementeren, kan ioECoG zich ontwikkelen tot een meer objectief en reproduceerbaar hulpmiddel. Deze ontwikkelingen bieden perspectief op een verdere verbetering van epilepsiechirurgie, met als uiteindelijk doel een grotere kans op aanvalsvrijheid.