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Fibertracking
Moderne magnetresonanztomographische Verfahren erlauben neben einer hochauflösenden Darstellung der Struktur des Gehirnes auch eine Analyse der Konnektivität, also der Verbindungen zwischen den einzelnen Bereichen und Zentren.
Definition
Das Fibertracking beschreibt die Visualisierung von Bahnen Systemen beziehungsweise Faserbündeln die funktionelle Zentren im Gehirn (z.B. die motorische Sprachproduktion und das Sprachverständnis) untereinander verbinden. Die Darstellung dieser Bahnen Systeme wird Fibertracking genannt. Man kann diese entweder in die präoperative Zugangsplanung einbeziehen als auch direkt in das Operationsmikroskop des Operateurs während der Operation einblenden lassen.
rste Veröffentlichungen der Diffusions-Tensoren erfolgten in den 80er Jahren.
Das Verfahren nutzt einen Effekt aus, den fliessendes Wasser auf die kernspintomographische Bildgebung ausübt. In einem Wasserglas beispielsweise kann Wasser in alle Richtungen gleichmässig fließen. Eine Bevorzugung irgendeiner Richtung besteht dabei nicht. Man könnte so bei einer Kernspintomographie des Wasserglases an jedem Punkt eine so genannte «Isotropie» messen. Im Gehirn befindet sich Wasser zum einen in Blutgefäßen. Zum anderen findet es sich auch im Gewebe innerhalb der Nervenzellen und den darum liegenden Bindegewebszellen. In größeren Faserbündeln kann Wasser also bevorzugt in Richtung der Fasern fließen. Man spricht von einer «fokalen Anisotropie». Diese lässt sich durch spezielle kernspintomographische Messungen für jeden Punkt im Gehirn bestimmen und wird durch einen «Eigenvektor» beschrieben.
Eine Weiterentwicklung stellte die 1999 erstmals von Pajevic und Pierpaoli gezeigte Farbcodierung dar, bei der Fasern in Kopf-Fuss-Richtung blau dargestellt, Fasern in links-rechts-Richtung rot dargestellt und Fasern in vorn-hinten-Richtung grün dargestellt sind. Dadurch war es möglich, beispielsweise die Pyramidenbahn als starke tief blaue Struktur darzustellen (siehe Bild). Diese verbindet die Nervenzellen im Hirnmantel, welche zum Beispiel für die Bewegung von Armen und Beinen essenziell sind, mit dem Rückenmark.
Klinische Bedeutung
Bei Tumoren die sich in der Nähe funktioneller Bahnen befinden ist das Fibertracking ein standardisierter Bestandteil unserer Operationsplanung. Dies betrifft vor allem Tumore nahe dem Sprach-, Seh- und Bewegungszentrum. Bereits im Vorfeld der Operation wird die Darstellung der Bahnen Systeme beim Patienten individuell geplant und in die Zugangsplanung mit einbezogen.
Das Ziel ist somit auch bei Tumoren in wichtigen funktionellen Arealen des Gehirns eine radikale Entfernung. Zusammen mit der elektrophysiologischen intraoperativen Testung erreichen wir so eine maximale Radikalität bei minimaler Invasivität unter wichtigem Funktionsherhalt.
Bei der Planung handelt es sich um durch den Computer rekonstruierte Daten, die prinzipiell durch technische Fehler beeinflusst werden können zum anderen ist die Auflösung der zugrundeliegenden Kernspintomographien begrenzt und es können nicht einzelne Nerven, sondern nur Bündel von vielen tausend Nervenfasern gemeinsam untersucht werden. Dadurch ergeben sich auch unerwartete Abbrüche der rekonstruierten Fasern an Kreuzungsstellen und im Bereich von Fasern, die auf engem Raum die Verlaufsrichtung ändern. Die relevanten Fasern herauszusuchen, auf ihre Plausibilität zu prüfen und sie für die Verwendung zur Operationsplanung vorzubereiten, ist Aufgabe eines Spezialisten.
Diese Techniken werden ständig weiterentwickelt. An unserem Zentrum sind Erforschung und Weiterentwicklung dieser Techniken sowie deren Einsatz zur Verbesserung der Sicherheit von operativen Eingriffen ein eigener Forschungsschwerpunkt.
Literatur
- Le Bihan D, Breton E. Imagerie de diffusion in vivo par résonance magnetique nucleaire. CR Acad Sci Paris 1985;301:1109 –1112.
- Merboldt KD, Hanicke W, Frahm J. Self-diffusion NMR imaging using stimulated echoes. J Magn Reson 1985;64:479 – 486.
- Taylor DG, Bushell MC. The spatial mapping of translational dif fusion coefficients by the NMR imaging technique. Phys Med Biol 1985;30:345–349.
- Stieglitz LH, Fichtner J, Andres R, Schucht P, Krahenbuhl AK, Raabe A, et al: The silent loss of neuronavigation accuracy: a systematic retrospective analysis of factors influencing the mismatch of frameless stereotactic systems in cranial neurosurgery. Neurosurgery 72:796-807, 2013
- Henning Stieglitz L, Seidel K, Wiest R, Beck J, Raabe A: Localization of primary language areas by arcuate fascicle fiber tracking. Neurosurgery 70:56-64; discussion 64-55, 2012