Durchblick im Faserdschungel

19. August 2005
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Head-Up Displays sind ein aktueller Trend in puncto Sicherheit in Autos oder auf Motorrädern. Um mehr Sicherheit geht es auch im neurochirurgischen OP-Saal, beispielsweise um einen Tumor zu entfernen. Das Head-Up nennt sich hier OP-Mikroskop. Seit neuestem ist auch der Verlauf wichtiger Faserbündel im Mikroskop sichtbar. Fibertracking in Kombination mit einem Navigations-System macht es möglich...

Chirurgen verlassen sich heute weitgehend auf die Hilfe computergestützter Navigationssysteme. Verbesserte Mikroskop-Integration, schärfere Bilder, automatische Fusion der verschiedenen bildgebenden Verfahren – um nur einige Beispiele zu nennen -, haben die operativen Eingriffe auch in der Neurochirurgie sicherer gemacht. Der einzige Nachteil bis dato: Die Navigations-Software kann nur die funktionellen Bereiche der Gehirnoberfläche für die 3D-Navigation bildlich darstellen. Nervenbahnen, speziell die in Nachbarschaft einer Geschwulst, bleiben auf dem OP-Mikroskop unsichtbar. Der Chirurg weiß zwar aus Erfahrung, wo und wie die Faserverbindungen verlaufen. Unsicherheit entsteht aber immer dann, wenn ein faustdicker Tumor die anatomischen Verhältnisse der Nervenbahnen stark verschoben hat. Diese Konstellation erhöht die Gefahr, Verbindungen versehentlich zu kappen. Ist davon beispielsweise das Seh- oder Bewegungszentrum betroffen, kann das für den Patienten schwere Lähmungen oder Sehbehinderungen zur Folge haben.

Fibertracking im Navigator

Die Gefahr für den Tumor-Patienten zu bannen, daran wird an mehreren Forschungseinrichtungen gearbeitet. Die Verfahren, die in der Vergangenheit entwickelt wurden, so Dr. Christopher Nimsky, geschäftsführender Oberarzt an der Neurochirurgischen Klinik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen, waren aufwändig, zeitintensiv und nicht standardisiert. Seinem Team von Neurochirurgen ist es zusammen mit dem Medizintechnik-Unternehmen BrainLAB gelungen, eine effizientere Technologie zu entwickeln. Ziel war, den Verlauf von Nervenfasern im Gehirn während einer Operation im OP-Mikroskop sichtbar zu machen. Für die Navigations-basierte Hirnchirurgie kann das Ergebnis als entscheidender Durchbruch gewertet werden. Die Lösung lautet: Integration von 3D-Navigation und Fibertracking in einem einzigen Software-System. Der besondere Vorteil der kooperativen Entwicklung: „Mit der Integration des Fibertracking in ein Standard-Navigationssystem ist es jetzt vielen Neurochirurgischen Kliniken möglich, diese neue Technologie zum Nutzen ihrer Patienten einzusetzen“,“ erklärt Nimsky. In der Testphase wurden bereits 32 Patienten mit einem Hirnstamm-Gliom erfolgreich operiert.

Verfolgungsjagd in der weißen Hirnsubstanz

Unter Fibertracking werden Techniken zusammengefasst, die die visuelle Darstellung von Nervenbahnen bzw. Faserverbindungen und deren Verlauf im Gehirn ermöglichen. Die Basis für die Faserverfolgung liefert die Diffusionstensor-Bildgebung (DTI), eine MRT-gestützte Methode, die bereits aus der klinischen Diagnostik des Schlaganfalls bekannt ist. Von zentralem Interesse ist dabei die Struktur der weißen Hirnsubstanz, die im wesentlichen aus Faserbündeln besteht. Anhand der gemessenen Diffusionseigenschaften kann die Orientierung der Nervenfasern bestimmt und deren Verlauf rekonstruiert werden. In der Sprache der Kliniker wird dazu die Richtungsabhängigkeit (Anistrophie) des Diffusionskoeffizienten, der sich aus der mittleren, in einer bestimmten Zeit zurückgelegten Wegstrecke der Wassermoleküle berechnet, genutzt. Dem Verfahren kommt entgegen, dass sich die Wassermoleküle im Gewebe entlang der Fasern schneller bewegen als senkrecht zu ihnen. In der Diagnostik hat das Verfahren schon heute den Vorteil, dass die Verbindungen der Nervenzellen in vivo untersucht werden können.

Automatische Einspielung des DTI Fibertracking

Um den Verlauf wichtiger Nervenbahnen für die Navigation bildlich zur Verfügung zu stellen, wurde von BrainLAB das bewährte Navigationssystem “VectorVision” um das Modul “iPlan Fibertracking” erweitert. Bisher musste der Verlauf der Nervenbahnen von Hand in die diagnostischen Bildaufnahmen eingezeichnet werden. Die neue Faserverfolgungs-Software integriert die mit komplizierten Algorithmen berechneten Orientierungs-Daten automatisch und in farbiger Darstellung in das System der Neuro-Navigation. Alle diese Daten kann der Chirurg nun während der Operation abrufen und in die Navigation einbinden. Die Software wurde bereits in den USA und in Deutschland verkauft. Die Software läuft auf einer BrainLAB planning station unter Windows XP.

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