Global tracking in human gliomas: a comparison with established tracking methods

Clin Neuroradiol. 2013 Dec;23(4):263-75. doi: 10.1007/s00062-013-0198-x. Epub 2013 Jan 18.

Abstract
in En , German

Purpose: Global tracking (GT) is a recently published fibre tractography (FT) method that takes simultaneously all fibres into account during their reconstruction. The purpose of this study was to compare this new method with fibre assignment by continuous tracking (FACT) and probabilistic tractography (PT) for the detection of the corticospinal tract (CST) in patients with gliomas.

Methods: Tractography of the CST was performed in 17 patients with eight low grade and nine anaplastic astrocytomas located in the motor cortex or the corticospinal tract. Diffusions metrics as fractional anisotropy (FA), mean (MD), axial (AD) and radial diffusivity (RD) were obtained. The methods were additionally applied on a physical phantom to assess their accuracy.

Results: PT was successful in all (100 %), GT in 16 (94 %) and FACT in 15 patients (88 %). The case where GT and FACT, both, missed the CST showed the highest AD and RD, whereas the one where FACT algorithm, alone, was not successfully showed the lowest AD and RD of the group. FA was reduced on the pathologic side (FApath 0.35 ± 0.16 (mean ± SD) versus FAcontralateral 0.51 ± 0.15, pcorr < 0.03). RD was increased on the pathologic side (RDpath 0.67 ± 0.29 × 10(-3) mm(2)/s versus RDcontralateral 0.46 ± 0.08 × 10(-3) mm(2)/s, pcorr < 0.03). In the phantom measurement, only GT did not detect false positive fibres at fibre crossings.

Conclusion: PT performed well even in areas of increased diffusivities indicating a severe oedema or disintegration of tissue. FACT was also susceptible to a decrease of diffusivities and to a susceptibility artefact, where GT was robust.

Ziel: Global Tracking (GT) ist eine neue Faserbahn-Darstellungsmethode, bei der simultan alle Fasern gleichzeitig in die Faserrekonstruktion mit einbezogen werden. Das Ziel dieser Arbeit war, diese Methode mit dem FACT Algorithmus und der probabilistischen Faserbahndarstellung (PT) anhand der Darstellbarkeit der Pyramidenbahn (CST) bei Gliomen zu vergleichen.

Methoden: Der CST wurde bei 17 Patienten mit acht niedrig-malignen Astrozytomen und neun anaplastischen Astrozytomen im motorischen Kortex oder der motorischen weißen Substanz dargestellt. Diffusionsmaße wie die fraktionelle Anisotropie (FA), die mittlere (MD), radiale (RD) und axiale Diffusivität (AD) wurden bestimmt. Zusätzlich wurden die Traktographie-Methoden an einem physikalischen Phantom getestet, um ihre Genauigkeit abzuschätzen.

Ergebnisse: PT war in allen (100 %), GT in 16 (94 %) und FACT in 15 Fällen (88 %) erfolgreich. Der Fall, bei dem GT und FACT den CST verfehlten, zeigte die höchste AD und RD, während der Fall, bei dem FACT allein nicht erfolgreich war, die niedrigste AD und RD aufwies. Die FA war auf der pathologische Seite signifikant geringer als auf der gesunden Seite (FApath 0,35 ± 0,16 (Mittelwert ± Standardabweichung) versus FAcontralateral 0,51 ± 0,15, pcorr < 0,03). Die RD war auf der pathologischen Seite signifikant erhöht (RDpath 0,67 ± 0,29 × 103 mm2/s versus RDcontralateral 0,46 ± 0,08 × 103 mm2/s, pcorr < 0,03). Bei der Phantommessung wurden lediglich beim GT keine falsch positiven Fasern an Faserkreuzungen gefunden.

Zusammenfassung: PT konnte immer den CST darstellen, selbst bei erhöhten Diffusionsmaßen, die auf ein schweres Ödem oder eine Gewebsdestruktion hinweisen. FACT war zusätzlich empfindlich für erniedrigte Diffusionsmaße und ein Suszeptibilitätsartefakt, wohingegen GT sich hier als robust erwies.

Publication types

  • Comparative Study
  • Evaluation Study
  • Research Support, Non-U.S. Gov't

MeSH terms

  • Algorithms*
  • Brain Neoplasms / pathology*
  • Cell Tracking / methods*
  • Diffusion Tensor Imaging / methods*
  • Female
  • Glioma / pathology*
  • Humans
  • Image Enhancement / methods
  • Image Interpretation, Computer-Assisted / methods
  • Imaging, Three-Dimensional / methods
  • Male
  • Nerve Fibers, Myelinated / pathology*
  • Pattern Recognition, Automated / methods
  • Pyramidal Tracts / pathology*
  • Reproducibility of Results
  • Sensitivity and Specificity