Use of statistical parametric mapping to facilitate the identification of affected areas of the brain on PET images of patients with epilepsy

Ing. Martin Kojan, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

FDG-PET zobrazování metabolismu mozku je jedním ze základů v procesu lokalizace zóny počátku záchvatu u pacientů s farmakorezistentní epilepsií. Vizuální analýza PET bývá spolehlivá při lateralizaci SOZ, je však spojena s velkou mírou variability hodnocení mezi lékaři. Zavedli jsme proto kvantifikující přístup pomocí statistického srovnání (SPM) pro srovnání skupin pacientů s kontrolní skupinou a porovnání změn mezi skupinami pacientů z hlediska více proměnných, jako je doba trvání epilepsie a histopatologické nálezy, a pooperační výsledky. Zjistili jsme významné změny v metabolismu u pacientů s MTLE / HS ve srovnání s kontrolami, uvnitř i vně temporálního laloku a většinou ipsilaterálně ke straně HS. Zjistili jsme také významné rozdíly mezi těmito pacienty, s ohledem na pooperační výsledek, stupeň HS a přítomnost záchvatů v anamnéze pacienta. V posledních letech byly vyvinuty nové neinvazivní funkční metody zobrazování mozku. ASL je snadno dostupné neinvazivní vyšetření pomocí MRI, které měří perfuzi mozku pomocí magneticky značené krve. Publikovali jsme studii porovnávající přínosnost ASL v lokalizaci SOZ u pacientů s MR negativní epilepsií a porovnávali ho s SPM-PET analýzou. Dospěli jsme k závěru, že ASL je užitečnou metodou pro předoperační hodnocení také u nelezionální epilepsie. Podle výsledků Wilcoxonových testů však nemůžeme zamítnout nulovou hypotézu že tyto metody mají stejnou prediktivní sílu. Jsou zapotřebí rozsáhlejší studie, které by prokázali, zda by ASL mohlo být použito jako doplňkové vyšetření k FDG-PET, nebo, zda by mohlo nahradit FDG-PET v budoucnosti úplně.

Abstract:

FDG-PET imaging of the brain metabolism is one of the stepping stones in the process of localization of the seizure onset zone in patients with drug-resistant epilepsy. The visual analysis of PET was reliable in lateralizing the SOZ; however, visual analysis is associated with large variability among investigators. We introduced quantifying statistical comparison (SPM) to compare patient groups with the control group and compare changes between patient groups in terms of multiple variables such as epilepsy duration and histopathological findings, and postoperative outcomes. We found significant changes in metabolism in MTLE/HS patients compared to controls, either inside or outside the temporal lobe and mostly ipsilateral to the side of HS. We also found significant differences among these patients regarding the postoperative outcome, degree of HS, and presence of insults in the patient history. In recent years new non-invasive functional brain imaging methods were introduced. ASL is an easily accessible non-invasive MRI technique that measures brain perfusion using magnetically labeled blood as a tracer. We published a study comparing the usefulness of the ASL in the SOZ localization in patients with MR negative epilepsy, comparing it with the SPM-PET analysis. We concluded that ASL is a helpful method for presurgical evaluation also in non-lesional epilepsy. However, according to the Wilcoxon signed-rank tests results, we cannot reject the null hypothesis and assume that these methods have the same predictive power. More extensive studies are needed to establish whether ASL could be used as a complementary procedure to FDG-PET or could replace FDG-PET.

Keywords

Epilepsy, PET, neuroimaging, hypometabolism, perfusion, seizure onset zone, SPM

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 8. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 18. 10. 2021
• Supervisor: prof. MUDr. Ivan Rektor, CSc.
• Reader: Ing. Radek Janča, Ph.D., MUDr. Vlastimil Šulc, Ph.D., prof. MUDr. Jakub Otáhal, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Neurosciences / Neurosciences