Tiefe Hirnstimulation (DBS)

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Die tiefe Hirnstimulation (im Weiteren als DBS von engl. Deep Brain Stimulation bezeichnet) ist ein modernes Therapieverfahren aus dem Bereich der funktionellen Neurochirurgie, also jenem Teilbereich der Neurochirurgie, der pathologische Hirnfunktionen moduliert, um Symptome neurologischer Erkrankungen zu lindern. Die Forschung der letzten 30 Jahre konnte zeigen, dass mit Hilfe der DBS viele Erkrankungen erfolgreich therapiert werden können.

Die DBS bleibt auch weiterhin Gegenstand intensiver Grundlagen- und klinischer Forschung. Die Anzahl der Erkrankungen, für die die DBS sich als potenziell wirksame Therapiemassnahme herausstellt, wächst stetig an. Auch die stetige technische Weiterentwicklung der Neuro-Stimulatoren und Stimulationselektroden sowie die Verbesserung bildgebender Verfahren in der Medizin tragen zum immensen Entwicklungspotenzial dieses Behandlungsverfahrens bei.

Im Folgenden beschreiben wir, wie eine typische DBS-Operation am Inselspital abläuft, mit welchen Risiken die Operation verbunden ist und was wir tun, um unser Wissen und die Qualität der Behandlung stetig zu verbessern.

Wie läuft eine DBS-Operation ab?

Patientenselektion

Vor der eigentlichen Operation ist eine sehr gute Patientenselektion die Voraussetzung für den Therapieerfolg. Nicht alle Patienten sind für eine DBS-Operation geeignete Kandidaten. Die Indikation muss interdisziplinär von Neurologen, Neurochirurgen, Neuropsychologen und Psychiatern diskutiert und gemeinsam gestellt werden. Alle potenziellen Kandidaten werden am Inselspital im Rahmen eines solchen interdisziplinären Boards besprochen. Hierbei werden die Indikation, Vor- und Nachteile gewisser Behandlungsalternativen zur DBS (fokussierter Ultraschall), der genaue Zielpunkt mit den zu erwartenden Wirkungen und Nebenwirkungen im Kontext mit dem jeweiligen Erkrankungsbild des Patienten und seinen individuellen Bedürfnissen diskutiert. Kriterien wie die Operabilität und andere Begleitfaktoren (z. B. neuropsychologische Befunde, psychiatrische Begleiterkrankungen) werden dabei auch berücksichtigt.

Operation

Alle Patienten erhalten im Vorfeld der Operation ein qualitativ hochwertiges MRI des Kopfes. Anhand der MRI-Bilder wird der präzise anatomische Zielpunkt für die DBS identifiziert. Die Operation erfolgt in den meisten Fällen mit einem Stereotaxierahmen.

Bei der stereotaktischen Methode erfolgt die fixe Anlage des Stereotaxierahmens an den Schädel des Patienten in der Regel unter Lokalanästhesie. Der Rahmen enthält ein Koordinatensystem, das für die zielgenaue Einführung der Elektroden von Bedeutung ist. Nach Anlage des Stereotaxierahmens erfolgt eine Bildgebung des Kopfes, meistens eine Computertomografie (CT). Dieses «Stereotaxie-CT» wird mittels Software passgenau auf das MRI des Patienten überlagert und dient dazu, jeden Punkt im Gehirn (auf dem MRI selektiert) gewissen spezifischen Koordinaten am Rahmen zuzuordnen. Diese Koordinaten können am Rahmen später eingestellt werden und ermöglichen das millimetergenaue Einführen der Elektroden an den gewünschten Zielpunkt. Nach Durchführung des CT begibt sich der Patient in Begleitung des Chirurgen und Betreuers in den Operationssaal, wo die Operation unter streng sterilen Bedingungen durchgeführt wird.

Die Operation selbst kann schlafend in Vollnarkose oder wach in Lokalanästhesie durchgeführt werden. Die Operation beim wachen Patienten bietet die Möglichkeit, während des Eingriffs Messungen und klinische Testungen am Patienten durchzuführen und so die richtige Platzierung der Elektrode zu überprüfen. Konkret bedeutet dies, dass die Elektrode während der Operation in Millimeterschritten in Richtung des geplanten Zielpunkts eingeführt wird und bei jedem Schritt die elektrophysiologische Aktivität der umliegenden Nervenzellen gemessen und ausgewertet wird. Am Zielpunkt angelangt kann beim wachen Patienten eine neurologische Untersuchung unter intraoperativer Teststimulation über die Elektrode erfolgen und damit das Wirkungs- und Nebenwirkungsspektrum gemessen werden. Bei fehlender Wirkung der Stimulation oder raschem Erreichen von Nebenwirkungen kann die Elektrode neu platziert und erneut getestet werden.

Die Operation kann allerdings nicht bei allen Patienten im wachen Zustand erfolgen. Zum Beispiel bei Patienten mit starker Dystonie muss die Operation schlafend unter Vollnarkose durchgeführt werden. Weltweit gehen mehr Zentren dazu über, auch Patienten mit Morbus Parkinson oder Tremor primär schlafend zu operieren. Die Befürworter der DBS unter Vollnarkose begründen dies mit der Verbesserung der modernen Bildgebung, die ein präzises und genaues Implantieren der Elektrode an den gewünschten Zielpunkt ermöglicht. Zudem verkürzt sich die Operationszeit, und die Operation ist für den Patienten weniger stressig und dadurch angenehmer *, *, *.

Erste Studien legen zwar nahe, dass die Operation beim schlafenden Patienten zu vergleichbaren Ergebnissen führt wie die Operation beim wachen Patienten, allerdings zeigen Arbeiten unserer eigenen Gruppe, dass die Kombination aus Elektrophysiologiemessung und klinischer Testung beim wachen Patienten einen direkten Einfluss auf die optimale Platzierung der Elektrode hat und damit Faktoren wie technische Ungenauigkeiten der Bildgebung, des Stereotaxierahmens und der Nervengewebeverschiebung (brain shift) kompensieren kann *.

Welche Erkrankungen können mit DBS behandelt werden?

Die häufigsten Indikationen für die DBS betreffen den Bereich der Bewegungsstörungen. Hier bilden den Hauptteil Patienten mit idiopathischem Parkinsonsyndrom, des Weiteren Patienten mit Tremorerkrankungen und Dystonien*, *, *. Daneben kommt die DBS als Behandlungsalternative bei schweren Formen von Zwangsstörungen, die nicht auf die Standardtherapie ansprechen, zum Einsatz. Hierzu zählen beispielsweise das Tourette-Syndrom, Depressionen und chronische Schmerzsyndrome wie Cluster-Kopfschmerzen oder Schmerzen nach Schlaganfall. Aktuell erforscht und klinisch geprüft wird die DBS als Option zur Behandlung von Alzheimer-Demenz, Anorexie, Chorea-Huntington und Multisystematrophie (MSA) u. v. m.

Wie wird die DBS-Therapie am Inselspital weiterentwickelt?

Segmentierte DBS-Elektroden für die direktionelle Stimulation

Bisher bestanden die auf dem Markt erhältlichen DBS-Elektroden aus 4 Ringkontakten, die entlang der vertikalen Achse der Elektrode angeordnet waren und ein eher kugelförmiges elektrisches Feld um die Elektrode (360°) erzeugten. Pionierarbeiten unserer Arbeitsgruppe führten zur Entwicklung einer segmentierten Elektrode, die eine gerichtete Stimulation ermöglicht. Anstatt ein kugelförmiges, sich in alle Richtungen ausbreitendes elektrisches Feld zu generieren, ermöglichen segmentierte Elektroden eine im Raum gezieltere Ausrichtung des elektrischen Felds. Dies hilft uns, dass Strukturen mit einem positiven klinischen Effekt (z. B. Tremorunterdrückung bei Parkinson oder essenziellem Tremor) gezielter stimuliert werden können. Gleichzeitig können Strukturen, deren Stimulation mit unerwünschten Nebenwirkungen einhergeht (z. B. Missempfindungen oder Sprechstörungen) besser vermieden werden. Erste Studien konnten belegen, dass dieses theoretische Konzept auch in der Praxis funktioniert *, *.

Patientenspezifische Planung mittels Traktografie bei Tremor

Bei der tiefen Hirnstimulation ist der klassische Zielpunkt zur Behandlung von Tremor der motorische Thalamus (Nucleus ventralis intermedius oder VIM). Auf konventionellen MRI-Aufnahmen sind die Thalamuskerne allerdings nicht voneinander abgrenzbar und identifizierbar. Daher kombiniert man zur Planung des VIM die MRI-Bildgebung des Patienten mit klassischen stereotaktischen Koordinaten, die sich als historisch effektive Mittelwerte zur Anpeilung des VIM geeignet haben.

Moderne bildgebende Verfahren, insbesondere die Diffusionsbildgebung (DWI), ermöglichen eine näherungsweise Darstellung anatomischer Faserbündel. Diese auf mathematischen Modellen beruhenden Bildgebungsverfahren sind allgemein bekannt als diffusion tensor imaging (DTI oder Diffusions-Tensor-Bildgebung). Forschungsarbeiten von anderen Arbeitsgruppen sowie unserer eigenen Arbeitsgruppe legen nahe, dass die Stimulation des sogenannten cerebellothalamischen Trakts (CTT) bzw. des dentatorubrothalamischen Trakts (DRTT) für den tremorsupprimierenden Effekt verantwortlich ist *, **, *. Ermöglicht durch moderne bildgebende Verfahren wie DWI/DTI können die Faserbahnen mittels dem Verfahren der Traktografie modelliert werden. Eine individuelle, patientenspezifische Planung des optimalen Zielpunkts zur Behandlung des Tremors wird so möglich.

Vereinfachung der postoperativen Programmierung

Die Entwicklung einer neuen Generation von segmentierten Elektroden, die es ermöglichen, das elektrische Feld gezielt in eine gewünschte Richtung auszurichten, ist vielversprechend, was die Ausweitung der therapeutischen Möglichkeiten angeht. Erste Pilotstudien belegen dies. Allerdings stellen die zusätzlichen Möglichkeiten der Programmierung dieser Elektroden auch grosse Anforderungen an den behandelnden Arzt und den Patienten. Der empirische Ansatz beim Finden der besten Stimulationsparameter ist äusserst zeitaufwendig und kann mehrere Stunden pro Testung in Anspruch nehmen.

Einer unserer Forschungsschwerpunkte ist daher die Entwicklung einer automatisierten Programmierung der DBS-Elektroden. Dabei sollen bildgebende Verfahren zur Analyse der Elektrodenpositionen in Bezug zu den umgebenden anatomischen Strukturen sowie elektrophysiologische Verfahren zur Detektierung symptomspezifischer Potenziale kombiniert werden, um eine klinisch effektive Stimulation vorherzusagen *.

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