Cerebrale arteriovenøse malformasjoner er medfødte misdannelser av hjernens blodkar, bestående av tynnveggede malformerte kar beliggende mellom arterier og vener uten et normalt kapillærnett. Slike malformasjoner fører til at blod med relativt høyt trykk shuntes direkte til venesiden via disse karene, som kan rumpere og gi en intrakranial blødning. Den årlige blødningsrisiko ved slike misdannelser er beregnet til 2 – 4 % (1).
Kirurgi, embolisering og stereotaktisk gammabestråling, enten alene eller i kombinasjon, brukes i behandlingen av slike misdannelser. Kirurgi byr på den fordel at malformasjonen kan fjernes og blødningsfaren elimineres straks. Kirurgi er imidlertid forbundet med en morbiditet i størrelsesorden 2 – 8 %, avhengig blant annet av malformasjonens størrelse og lokalisasjon (2, 3).
I en del tilfeller er kirurgi vanskelig eller umulig på grunn av malformasjonenens beliggenhet i eller nær funksjonelt viktige områder i hjernen, som for eksempel motorisk hjernebark eller Brocas område. Embolisering kan da være et behandlingsalternativ. Denne behandlingen er oftest indisert ved store malformasjoner, hvor man kan obliterere tilførselskarene uten å påvirke grener som forsyner hjernevev. Embolisering kan også by på problemer fordi det ofte er vanskelig å lukke malformasjonen helt. Komplett lukking av malformasjonen etter utelukkende embolisering har vært rapportert til å inntreffe så sjelden som i 13 % av tilfellene (4).
Stereotaktisk strålekirurgi kan brukes til å behandle små og middelstore arteriovenøse malformasjoner (<3 cm i diameter) som er uegnet for kirurgi og/eller embolisering. Vi vil i det følgende beskrive resultatene hos 85 pasienter behandlet på denne måten ved Haukeland Sykehus.
Materiale og metode
85 norske pasienter (48 kvinner) med cerebrale arteriovenøse malformasjoner ble behandlet med stereotaktisk strålekirurgi (strålekniv) ved Haukeland Sykehus i perioden oktober 1988 til juni 1996. Hos alle disse pasientene hadde vi tilgang til resultatene ved etterkontrollene. Pasientene var hjemmehørende i alle landets fem helseregioner. Ytterligere 28 utenlandske pasienter ble behandlet i samme periode, men vi har ikke klart å skaffe resultatene fra etterkontrollene av disse pasientene.
Median observasjonstid var sju år og fire måneder (spredning 51 – 144 måneder). Median alder var 34,5 år (spredning 4 – 70 år). Hos 72 pasiente (85 %) ble malformasjonen oppdaget etter en intrakranial blødning. De øvrige ble avdekket ved utredning av epilepsi, diskrete nevrologiske utfall eller hodepine. 11 pasienter hadde tidligere vært forsøkt behandlet med endovaskulær embolisering.
Flertallet av malformasjonene satt i parietallappene (27 pasienter) eller dypt i hjerneparenkymet, så som basalganglier og corpus callosum (25 pasienter). De resterende var lokalisert i øvrige hjerneavsnitt (tab 1).
Tabell 1 Anatomisk lokalisasjon av 85 cerebrale arteriovenøse malformasjoner behandlet ved Haukeland Sykehus 1989 – 96
Anatomisk lokalisasjon
Antall
Parietallapp
27
Basalganglier, thalamus, capsula interna
19
Frontallapp
12
Temporallapp
9
Corpus callosum
6
Bakre skallegrop
6
Occipitallapp
6
Totalt
85
Pasientene var henvist til stereotaktisk strålekirurgi enten fordi kirurgi var vanskelig og risikabelt på grunn av malformasjonens lokalisasjon eller fordi malformasjonen var uegnet for embolisering på grunn av dens kompliserte blodforsyning.
Strålekilder og stråledoser
Maskinens (gammaknivens) ioniserende stråler kommer fra 201 stavformede Co60 -kilder, 10 mm lange og 1 mm i diameter. Strålekildene er ordnet slik inne i maskinen at strålene fra hver kilde møtes i sentrum av en halvkule (5). Strålekildene blir fokusert av et blendersystem (kollimatorsystem), og man kan variere mellom fire ulike blenderåpninger (4 mm, 8 mm, 14 mm og 18 mm). Hver enkelt av de 201 strålene gir på sin vei inn mot fokus minimal vevsskade, men i målvolumet (malformasjonen), hvor energien blir samlet, møtes strålene fra enkeltkildene slik at energien konsentreres og forårsaker en lokalisert skade avgrenset til den aktuelle malformasjon. Etter forutgående angiografi og magnettomografi blir malformasjonen plassert ved hjelp av stereotaktisk teknikk i dette strålesentrum.
Et viktig prinsipp i strålekirurgien er å oppnå en meget skarp doseavsettelse i det aktuelle målvolumet, slik at stråledosen til omliggende hjerne eller nervevev blir liten. Dette kan oppnås ved å plassere den bratteste dosegradienten (30 – 70 % isodosekurve) i kanten av malformasjonen. Strålefeltet blir derfor tilpasset malformasjonens form og størrelse så nøyaktig som mulig. Vi oppnådde dette ved å bruke flere isosentre (strålefelter), slik at målvolumet ble fylt opp med stråling. Hos flertallet av pasienten (65 %) brukte vi to eller flere isosentre. Bare hvis malformasjonen er tilnærmet kuleformet, kan man nøye seg med ett isosenter.
Selve behandlingen er relativt standardisert med hensyn til valg av doser og isodosekurve. Vi tilstrebet å dekke periferien av malformasjonen med en isodosekurve så nær 50 %-isodosekurven som mulig og forsøkte å gi en stråledose nær 25 Gy langs periferien av malformasjonen (tab 2). 25 Gy gitt til 50 – 70 %-isodosekurve gir en tilstrekkelig høy dose til å obliterere malformasjonen og samtidig gi et så skarpt dosefall mot omliggende hjernevev at dette ikke blir stråleskadet. De 20 malformasjonene med et volum større enn 4 cm³ ble behandlet med en gjennomsnittlig periferidose på 19,5 Gy, mens malformasjonene som var mindre enn 4 cm³, i gjennomsnitt fikk en dose på 23,4 Gy til kanten av malformasjonen. Bare malformasjoner mindre enn 4 cm³ kan dekkes med et strålefelt som har så skarpt dosefall mot omliggende hjernevev at man overalt i hjernen kan gi en så høy dose som 25 Gy i kanten av malformasjonen uten å risikere skade av omliggende hjernevev. Hos 74 pasienter (87 %) var stråledosen til periferien av karnøstet fra 20 til 30 Gy (tab 2). Hos 55 pasienter (65 %) brukte vi to eller flere isosentre, slik at formen på strålefeltet skulle samsvare best mulig med malformasjonens utseende.
Tabell 2 Stråledosen gitt til kanten av malformasjonen (periferidosen)
Stråledose
Antall pasienter
< 20 Gy
8
20 – 25 Gy
26
25 – 30 Gy
48
> 30 Gy
3
Totalt
85
Behandlingsprosedyre
I lokalbedøvelse ble en stereotaktisk ramme festet til kraniet med fire skruer. Deretter ble det foretatt en T2-vektet koronar og aksial MR-undersøkelse og en konvensjonell cerebral angiografi slik at malformasjonens størrelse, form og plassering i et tredimensjonalt stereotaktisk system kunne beregnes. Informasjonen ble overført elektronisk til et doseplanleggingsprogram, hvoretter dosens størrelse og form ble beregnet. Deretter ble pasienten plassert i maskinen (gammakniven) slik at malformasjonen ble beliggende i strålenes fokus (skjæringspunkt) (6). Behandlingstiden (bestrålingstiden) varierte med malformasjonens kompleksitet, fra minimum ca. sju minutter til maksimalt ca. 100 minutter.
Den fokuserte gammabestrålingen vil over tid føre til endotelproliferasjon og intimafibrose i de malformerte karene, med forsnevring av lumen og til sist obliterasjon av karene (7). Dette er en langsom prosess, og pasientene må derfor ofte følges med etterkontroller i flere år, før man kan fastslå om malformasjonen er forsvunnet.
Etterkontroller
Pasientene ble kontrollert hver sjette måned med CT- eller MR-undersøkelse inntil malformasjonen røntgenologisk ble vurdert å være obliterert. Kontrollene ble da avsluttet med en cerebral angiografi for å verifisere at nidus virkelig var forsvunnet og at det ikke var gjenværende arteriovenøse fistler. Vi har brukt angiografi for å evaluere sluttresultatet, fordi denne undersøkelsen gir den beste informasjonen om størrelse på eventuell gjenværende fistel.
Resultater
Obliterasjon
Et vellykket resultat av behandlingen er total obliterasjon av malformasjonen (fig 1, fig 2). Angiografisk bekreftet lukking av malformasjonen ble oppnådd hos 65 av 85 pasienter (77 %). Effekten av behandlingen var best ved malformasjoner med et volum mindre enn 1 cm³ (85 % obliterert), dårligst ved malformasjoner større enn 4 cm³ (50 % obliterert) (tab 3). Effekten av behandlingen er langsom, og først etter tre år vil de fleste malformasjoner være lukket (fig 3). Hos 12 av de 20 pasientene hvor malformasjonen ikke ble obliterert, ble malformasjonen vurdert (ut fra blodfløde og volum) til å være redusert i størrelse.
Figur 1 Vellykket behandling av en middelstor parietalt beliggende arteriovenøs malformasjon. a) Til venstre: Isodosekurven superponert på den ”preoperative” angiografiundersøkelsen, som ble foretatt med hodet festet i stereotaktisk ramme (sees som millimeterskalaer på begge sider av hodet). b) Til høyre: Angiografikontroll etter 28 måneder. Malformasjonen er nå borte, mens de normale kar i området er upåvirket av behandlingen. De to grovkalibrede arterier som fylte malformasjonen forfra, har nå samme kaliber som resten av de normale arteriene
Figur 2 Total obliterasjon av en 4 cm³ stor arteriovenøs malformasjon ved lamina quadrigeminalis. a, b) Øverst: Side- og frontangiogrammer før behandlingen med svært tidlige kontrastfylling av den dilaterte vena Galeni (i tidlig arteriell fase). c, d) Nederst: Angiografikontroll 36 måneder etter stereotaktisk strålekirurgi
Figur 3 Grafisk fremstilling av tiden som går fra behandling til malformasjonen er lukket. De fleste malformasjonene er lukket etter 36 måneder, og kun få vil lukke seg etter den tid
Tabell 3 Betydningen av størrelsen av de behandlede arteriovenøse malformasjoner. Resultatene etter 2. gangs behandling ikke inkludert
Malformasjonenes størrelse(volum i cm³)
Antall malformasjoner behandlet
Antall obliterert (%)
< 1 cm³
41
35 (85)
1 – 4 cm³
24
20 (83)
> 4 cm³
20
10 (50)
Totalt
85
65 (77)
Pasienter med restmalformasjoner som ikke var lukket etter minst tre år, ble forsøkt behandlet på nytt hvis ikke malformasjonens volum var for stort eller den tidligere gitte stråledose ikke var for høy. Fem pasienter ble behandlet på nytt. Hos to av disse pasientene ble malformasjonen lukket, mens de tre resterende pasienter fremdeles har en åpen malformasjon.
Komplikasjoner
Seks pasienter fikk nye nevrologiske utfall eller symptomer som følge av behandlingen. Den mest alvorlige komplikasjon oppstod hos en pasient med en 10,3 cm³ stor arteriovenøs misdannelse lokalisert i motorisk hjernebark. Pasienten fikk en uttalt høyresidig hemiparese sju måneder etter behandling, til tross for at periferidosen var redusert til 16 Gy pga. malformasjonens størrelse og nærhet til funksjonelt viktig hjernevev. Pasientens pareser gikk senere noe tilbake, og malformasjonen er obliterert. Denne pasienten var tidligere vurdert med tanke på kirurgi ved to andre nevrokirurgiske avdelinger, men risikoen ved kirurgi ble vurdert til å være så høy at stereotaktisk strålekirurgi ble ansett å være det eneste mulige behandlingsalternativ. Preoperativt ble risikoen også ved stereotaktisk strålekirurgi vurdert til å være relativt betydelig, noe pasienten ble informert om.
Av de resterende fem pasienter med komplikasjoner fikk én pasient synsfeltutfall, én pasient fikk en lett facialisparese, en tredje pasient fikk lette koordinasjonsforstyrrelser, én pasient utviklet epilepsi, mens den femte pasienten fikk et lokalt hjerneødem som måtte behandles med steroider i en periode. Den siste pasienten utviklet senere også en behandlingstrengende epilepsi. Begge pasientene som utviklet epilepsi, er godt kontrollert medikamentelt. Bivirkningene oppstod 7 – 10 måneder etter behandling. Fem av seks pasienter som fikk komplikasjoner etter behandlingen, hadde malformasjoner som var større enn 1 cm³.
Reblødning
Fem pasienter (6 %) fikk intrakraniale blødninger i løpet av observasjonstiden. To døde som følge av dette. Av de tre andre pasientene ble én operert og malformasjonen fjernet, én ble behandlet på nytt med full obliterasjon, mens malformasjonen hos den siste pasienten med blødning var lukket ved kontroll seks måneder etter reblødningen, antakelig som følge av den primære behandling. Malformasjonene hos tre pasienter blødde i løpet av det første året etter behandling, mens to pasienter hadde malformasjoner som blødde henholdsvis 14 og 20 måneder etter behandlingen. Bare malformasjoner som allerede hadde blødd minst én gang før behandlingen, blødde på nytt i observasjonstiden. Malformasjoner som var oppdaget på grunn av andre symptomer enn blødning, blødde heller ikke i observasjonstiden. Reblødning forekom både i de mindre og i de middels store malformasjonene.
Diskusjon
Vi har i denne studien undersøkt effekten av stereotaktisk strålekirurgi av små og middelstore arteriovenøse malformasjoner ved Haukeland Sykehus. Det er over 30 år siden den første pasienten ble behandlet på denne måte (8). Behandlingsmetoden er i økende grad tatt i bruk rundt om i verden.
Obliterasjonsfekvensen oppgis i andre studier til å være ca. 80 % (9, 10), noe som samsvarer godt med våre funn. Pasientens alder, lokalisasjonen og størrelsen på karnøstet er alle faktorer som trolig påvirker resultatet av behandlingen (11, 12). Sjansen for obliterasjon var mindre hvis volumet var større enn 4 cm³. Andre har funnet en liknende sammenheng mellom vellykket behandling og størrelse av malformasjonen (9, 12). Årsaken til den lave obliterasjonsraten ved store malformasjoner i vår studie skyldes nok at vi reduserte periferidosen for å redusere stråledosen mot omliggende hjernevev for å skåne dette.
Kun ti av våre pasientene var under 16 år. Det er tidligere rapportert at barn responderer bedre på strålebehandling enn voksne (12). Det lave antallet unge pasienter i vår studie vil derfor totalt sett kunne tenkes å ha bidratt til en lavere obliterasjonsfrekvens.
Vi behandlet arteriovenøse malformasjoner i alle hjerneavsnitt, med en overvekt av lokalisasjoner i dype strukturer og nær funksjonelt viktige områder, ettersom disse lokalisasjonene gjør kirurgisk ekstirpasjon besværlig og risikabelt. Den anatomiske fordeling av malformasjonene likner den i andre studier (13). Behandling av dyptsittende malformasjoner er på grunn av nærheten til viktige strukturer ofte mer komplisert enn behandling av overflatiske karnøster. Stråledosene må ofte reduseres, og strålefeltets størrelse gjøres mindre for å unngå at viktige strukturer helt eller delvis blir beliggende i et område med uakseptabelt høy stråledose. Når stråledosen således blir mindre, reduseres også mulighetene for at malformasjonen skal obliterere, og en eventuell lukking tar lengre tid (10).
De fleste malformasjoner oblitererer 2 – 3 år etter behandlingen, men obliterasjon kan likevel skje etter dette, selv om dette er sjelden. Malformasjoner som oblitererte senere enn to år etter behandlingen, var imidlertid blitt mindre ved tidligere angiografikontroller. For annen gangs behandling er observasjonstiden foreløpig for kort til å si noe om det endelige resultatet.
En stor del av de malformasjoner vi behandlet, lå i eller nær funksjonelt viktige områder i basalganglier, capsula interna, corpus callosum, bakre skallegrop eller parietalt. Det er derfor ikke overraskende at komplikasjonsfrekvensen var noe høyere enn hva enkelte andre har rapportert (9). Steiner og medarbeidere (1) har tidligere vist at stereotaktisk strålekirurgi av dyptliggende malformasjoner har en vesentlig høyere komplikasjonsrate (om lag 9 %) enn behandling av malformasjoner med overflatisk beliggenhet. Dyptliggende malformasjoner har trolig en høyere blødningsrisiko (11, 14, 15). Stereotaktisk strålekirurgi er da ofte det eneste realistiske behandlingsalternativ. Ubehandlet regnes blødningsrisikoen å ligge på om lag 4 %. På denne bakgrunn anser vi en komplikasjonsfrekvens på 7 % som akseptabel.
Fem pasienter (6 %) fikk en blødning i løpet av observasjonstiden etter behandlingen. Antallet er omtrent som forventet ut fra det naturlige forløpet. Pasientene fikk altså en blødning fordi de hadde en malformasjon og ikke som en konsekvens av behandlingen. Man regner med at blødningsfaren opphører når malformasjonen er obliterert, altså i de fleste tilfellene 2 – 3 år etter behandling. Blødningsfrekvensen i latenstiden før malformasjonen obliterer er i andre studier oppgitt til å være mellom 2 % og 5 % (12, 14). En stor del (85 %) av de malformasjonene som vi behandlet hadde blødd, og et ikke ubetydelig antall var lokalisert dypt i hjernevevet. Dette er begge faktorer som øker risikoen for nye blødninger. Nye blødninger, også fra bestrålte malformasjoner, er alvorlig. To av våre fem pasienter døde, mens to andre pasienter fikk pareser, den ene forbigående. Antall pasienter er lite og observasjonstiden kort. Vi kan derfor ikke konkludere med at stereotaktisk strålekirurgi i seg selv, uten obliterasjon, gir noen beskyttelse mot nye blødninger. Dette gjelder både malformasjoner som er uendret og i de tilfeller hvor behandlingen har ført til volumreduksjon. Vår oppfatning er, i likhet med andres (10), at en persisterende malformasjon innebærer en risiko for blødning så lenge den er til stede.
Fordelene ved stereotaktisk strålekirurgi som behandlingsmetode for arteriovenøse malformasjoner er at den er skånsom, at morbiditeten er lav og at det ikke er mortalitet knyttet til selve behandlingen. De andre behandlingsmodalitetene (kirurgi, embolisering) er forbundet med større risiko. Ulempene er at behandlingen bare kan brukes på forholdsvis små malformasjoner og at effekten (obliterasjonen) først kommer etter et par år, slik at det er en reblødningsfare inntil obliterasjon eventuelt er inntruffet.
Vår konklusjon er at små og middelstore arteriovenøse malformasjoner effektivt kan behandles ved hjelp av stereotaktisk strålekirurgi og at risikoen ved denne type behandling er akseptabel.
