Fiber Tracking

Als Fiber Tracking oder auch Diffusions-Tensor-Bildgebung bezeichnet man die Visualisierung von Faserbündeln, welche funktionelle Zentren im Gehirn (z. B. die motorische Sprachproduktion und das Sprachverständnis) miteinander verbinden. Man kann diese Visualisierung entweder in die präoperative Zugangsplanung einbeziehen oder auch direkt während der Operation in das Operationsmikroskop des Chirurgen während der Operation einblenden lassen.

Die ersten Veröffentlichungen zur Diffusions-Tensor-Bildgebung erfolgten bereits in den 80er Jahren *,*. Die Technologie wurde seitdem ständig weiter verbessert. Das Verfahren nutzt dabei einen Effekt, den fliessendes Wasser auf die kernspintomografische 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 Kernspintomografie des Wasserglases an jedem Punkt eine sogenannte «Isotropie», also eine Richtungsunabhängigkeit, messen. Im Gehirn befindet sich Wasser zum einen in Blutgefässen, zum anderen im Gewebe innerhalb der Nervenzellen und den sie umgebenden Bindegewebszellen. In grösseren Faserbündeln fliesst Wasser bevorzugt in Richtung der Fasern. Man spricht von einer «fokalen Anisotropie», also einer Richtungsabhängigkeit. Diese lässt sich durch spezielle kernspintomografische Messungen für jeden Punkt im Gehirn bestimmen und wird durch einen «Eigenvektor» beschrieben.

Eine Weiterentwicklung der Methodik stellte die 1999 erstmals von Sinisa Pajevic und Carlo 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 wurde es beispielsweise möglich, beispielsweise die Pyramidenbahn als starke, tiefblaue Struktur darzustellen, die die Nervenzellen im Hirnmantel, mit dem Rückenmark verbindet, was unter anderem für die Bewegung von Armen und Beinen essenziell ist.

Trotz dieser Fortschritte bestanden weiterhin Einschränkungen in der bildgebenden Auflösung. Im Jahr 2012 wurde dann das sogenannte High Definition Fiber Tracking (HDFT) entwickelt, basierend auf der bisherigen Technologie *. Damit konnten nun auch sich überkreuzende Faserverbindungen bis auf wenige Ausnahmen korrekt dargestellt sowie Ursprungs- und Zielpunkt der Faserverbindung präziser bestimmt werden. Für die heutige neurochirurgische Anwendung hat dieses neue Verfahren grundlegende Möglichkeiten in der Operationsplanung eröffnet, da mit dem High Definition Fiber Tracking nun auch akkurat der exakte Verlauf der Hirnnerven dargestellt werden konnte, was bislang nur eingeschränkt möglich war *. Ebenso können mit dieser neuen Methodik nun auch wichtige Faserbündel wie beispielsweise die Sehbahn präzise dargestellt werden. Dies macht Eingriffe in Nähe dieser funktionellen Zentren viel sicherer für den Patienten.

Wenn sich Hirntumoren in der Nähe funktioneller Bahnen befinden, setzen wir das Fiber Tracking standardmässig bei unserer Operationsplanung ein. Dies betrifft vor allem Tumoren nahe dem Sprach-, Seh- oder Bewegungszentrum. Vor der Operation wird die Visualisierung der Bahnen beim Patienten individuell erstellt und der Zugang zum Tumor entsprechend geplant.

Das Ziel ist dabei eine radikale Entfernung auch bei Tumoren in wichtigen funktionellen Arealen des Gehirns eine radikale Entfernung. Zusammen mit der elektrophysiologischen intraoperativen Testung erreichen wir so für unsere Patienten eine maximale Radikalität bei minimaler Invasivität und wichtigem Funktionserhalt.

Die Planung basiert dabei auf Daten, die ein Computer errechnet hat und die prinzipiell auch durch technische Fehler beeinflusst sein können. Ausserdem ist die Auflösung der zugrundeliegenden Magnetresonanztomografien (MRT oder MRI von engl. Magnetic Resonance Imaging) begrenzt, so dass nicht einzelne Nerven, sondern nur Bündel von vielen tausend Nervenfasern gemeinsam untersucht werden können. Trotz moderner bildgebender Verfahren wie dem High Definition Fiber Tracking ergeben sich auch weiterhin 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.

Damit Operationen für den Patienten zukünftig noch sicherer werden, bilden die Erforschung und Weiterentwicklung von innovativen Techniken wie das Fiber Tracking bei uns am Inselspital einen eigenen Forschungsschwerpunkt.