Bildgeführte Hirnchirurgie

Integration von MRT-, fMRT- und PET-Daten in die Neuronavigation

Als erster interdisziplinärer Arbeitsgruppe weltweit ist es den Abteilungen Neurochirurgie (Prof. Dr. Hans-Peter Richter), Röntgendiagnostik (Prof. Dr. Hans-Jürgen Brambs) und Nuklearmedizin (Prof. Dr. Sven Norbert Reske) der Universität Ulm gelungen, moderne Verfahren der Bildgebung für die Mikroskop-basierte navigierte Hirnchirurgie kombinatorisch zu nutzen. Die Methodik verbindet Standard-Kernspintomographie (MRT), funktionelle Kernspintomographie (fMRT) und Positronen-Emissionstomographie (PET). 1995 begann die von Prof. Richter geleitete Abteilung Neurochirurgie mit der navigativen Chirurgie. Seitdem wurden mehr als 400 Patienten nach dem Verfahren operiert.

Hirntumoren unterscheiden sich in ihrem Aussehen selbst unter dem Operationsmikroskop häufig nicht von normalem Hirngewebe. Das ist dann besonders problematisch, wenn ein solcher Tumor eloquente Hirnregionen tangiert, also in der Nähe von Sprach- oder Bewegungszentrum liegt. Die Kernspintomographie (MRT) ist heute die Methode der Wahl zum Nachweis eines Hirntumors. Allerdings gibt sie nicht immer dessen reales Ausmaß wieder. Am narkotisierten Patienten aber kann das Sprachzentrum bei der Operation klinisch nicht geprüft werden. Infolgedessen verbindet sich mit der Notwendigkeit möglichst radikaler Entfernung des Tumors die Gefahr, dass gegebenenfalls wichtige neurologische Funktionen geschädigt werden.

Die MRT zeigt nicht, wo Sprache, Bewegung oder z.B. das Kurzzeitgedächtnis lokalisiert sind. Jedoch gelingt dies der sogenannten funktionellen Kernspintomographie (fMRT). Nach Fusion der Datensätze von MRT und fMRT weiß man, wo diese Funktionen in bezug auf den Tumor liegen, ob sie durch ihn verlagert sind und wohin, und ob sich beispielsweise sprachrelevante Regionen innerhalb des Tumors selbst befinden, was einer Operation entgegenstände. Da sich aber nicht ausschließen lässt, dass der im MRT sichtbare Tumor nicht mit dem eigentlichen Tumor kongruent ist, bedarf es einer weiteren diagnostischen Maßnahme zur präzisen Ortung: Die zuverlässige Abgrenzung gegenüber Umgebungsreaktionen wird von einer Methode gewährleistet , welche die Stoffwechselaktivität des Tumors abbildet – von der Positronen-Emissionstomographie (PET) mit radioaktiv markiertem C11-Methionin.

Bei der Operation eines Patienten mit im Kernspintomogramm (MRT) diagnostiziertem Hirntumor in oder nahe einer eloquenten Region geht der Chirurg nun folgendermaßen vor: Auf die Kopfhaut werden mehrere Marker aufgeklebt, die sowohl im funktionellen Kernspintomogramm als auch im PET erkannt werden und bis zur Operation aufgeklebt bleiben. Die fMRT- und PET-Bilder werden aufeinander abgestimmt (Matching) und direkt in das Navigationssystem integriert (eine Marker-freie und damit noch genauere Methodik befindet sich zur Zeit in Erprobung). Zu Beginn der Operation wird der Kopf des Patienten in ein Fixationssystem eingespannt. Dann können die Hautmarker mit dem OP-Mikroskop angefahren und die Schnittbilder (fMRT und PET) mit dem Operationsfeld abgeglichen werden. Während des Eingriffs hat der Operateur die Möglichkeit, die Bilder jederzeit in sein Mikroskop-Gesichtsfeld einzublenden. Auch die Resektionsgrenzen, die bereits vor der Operation festgelegt werden, lassen sich in jeder Ebene des Mikroskop-Fokus sichtbar machen. Ungenauigkeiten, verursacht durch den sogenannten Brain-Shift, das sind Volumenverlagerungen nach chirurgischen Manipulationen (Verkleinerung des Tumors mit daraus resultierendem Nachrücken des umgebenden Gewebes) sind weniger ausgeprägt als anfangs vermutet. Durch Lagerung des Operationsfeldes am höchsten Punkt wird der Liquorabfluß aus dem Kopf minimiert und damit der Brain-Shift reduziert.

In einem Vorversuch (1997-1999) wurden bei 23 Patienten die fMRT-Informationen über Lage und Ausdehnung von Motorcortex und Sprachzentrum indirekt in das Navigationssystem eingespielt. Zur Sicherstellung, dass dabei keine Fehler unterlaufen, war es damals noch erforderlich, den Motorcortex elektrophysiologisch zu orten. Das Brocasche Sprachzentrum musste während der Operation am wachen Patienten identifiziert werden. Diese Form des Sprachmonitorrings setzt allerdings voraus, dass der Patient, der hierbei unter einer erheblichen emotionalen Belastung steht, nicht nur kooperationsbereit, sondern auch kooperationsfähig ist. Im Juni 1999 gelang erstmalig die Integration der Bilddaten. Seitdem wurden 20 Patienten unter direkter funktioneller bzw. multimodaler Navigation operiert. Seit Anfang 2000 ist es möglich, auch die PET-Daten in der Neuronavigation direkt zu verarbeiten.

Die mit dieser aufwendigen Technik behandelten Patienten hatten sämtlich Tumoren in der Nähe eloquenter Hirnregionen. In diesen Fällen bestand bislang Anlass zu der großen Sorge, dass durch die Operation Lähmungen, Sprachstörungen oder beides bewirkt werden könnten. Dank der Kenntnis der genauen Lagebeziehung zwischen Tumor und funktionell wichtigen Zentren ist der Operateur jetzt wesentlich sicherer. Vordem musste er sich allein auf den Gewebeeindruck unter der Operation verlassen. Die nach der neuen Methodik operierten Patienten, die vor dem Eingriff keine neurologischen Defizite aufwiesen, hatten auch danach keine. In der Hälfte der Fälle, wo präoperative neurologische Störungen vorlagen, trat Besserung ein, die andere Hälfte blieb unverändert. Derzeit wird bei Patienten mit Hirntumoren untersucht, ob das Gewebe Tumorzellen enthält, das im normalen Kernspintomogramm tumorverdächtig ist, im PET aber tumorfrei zu sein scheint.