Zielgenau
Software hilft bei der Gehirn-OP

Damit ein direkt ins Gehirn verabreichtes Medikament so gut wirken kann wie möglich ist Präzisionsarbeit gefragt. Eine neue Software, die eine Art dreidimensionale Straßenkarte vom Gehirn erzeugen kann, soll den Neurochirurgen dabei helfen.

BERLIN. Damit ein direkt ins Gehirn verabreichtes Medikament sein Zielgebiet möglichst genau abdeckt, muss der Neurochirurg die Katheter präzise im Hirngewebe platzieren. Dabei helfen soll das Programm Iplan Flow von Brainlab, das die Strömung von Flüssigkeiten im Hirngewebe simulieren kann. Vergangenes Jahr hat die US-amerikanische Arzneimittelbehörde FDA ihre Zulassung erteilt, nun hat Iplan Flow auch die CE-Kennzeichnung der Europäischen Union erhalten.

Auf der Grundlage von Hirnscans des jeweiligen Patienten errechnet die Software ein individuelles, dreidimensionales Modell des Denkorgans. Dann identifiziert sie die Nervenfasern, entlang derer sich Flüssigkeiten im Gehirn ausbreiten. „So entsteht eine Art dreidimensionale Straßenkarte vom Gehirn“, sagt Christoph Pedain, Produktentwickler bei Brainlab. Mit einer Strömungssimulation lässt sich anschließend voraussagen, wie sich eine Flüssigkeit von definierten Punkten aus über diese Nervenbahnen im Gewebe verbreitet.

Um eine Therapie zu planen, platziert der Anwender virtuelle Katheter in das 3D-Modell und startet die Simulation. In die Berechnung werden unter anderem Druckverhältnisse und Strömungsgeschwindigkeiten einbezogen. Der Algorithmus dient ursprünglich der Simulation von Grundwasserströmungen. Die Entwickler von Brainlab haben ihn an die elastischen Eigenschaften des Hirngewebes angepasst. Anhand einer grafischen Darstellung kann der Mediziner verfolgen, wie sich die Wirkstofflösung im virtuellen Modell ausbreitet.

Ein weiteres Analyse-Tool quantifiziert die Überschneidung des zuvor definierten, angepeilten Hirnareals mit dem tatsächlichen Ausbreitungsgebiet. „Dieser Schritt lässt sich so oft wiederholen, bis eine optimale Abdeckung des Krankheitsherdes erreicht ist“, sagt Pedain. Über ein Neuronavigationssystem hilft die Software anschließend während der Operation dabei, die Katheter in der Realität so zu platzieren, wie es im virtuellen Modell für optimal befunden wurde. Nach Angaben der Firma kann die Software sowohl die Daten von Computertomographen (CT) als auch von Magnetresonanztomographen (MRT) interpretieren und ist mit den Geräten aller großen Hersteller kompatibel. Die Genauigkeit der Simulation hänge allerdings auch von der Auflösung der dem Modell zu Grunde liegenden Bilddaten ab.

Von einer optimierten Wirkstoffverteilung erhoffen sich Mediziner vor allem Fortschritte im Kampf gegen Hirntumoren, aber auch andere Leiden des Zentralen Nervensystems. Deren medikamentöse Behandlung ist schwierig, denn zum Schutz des Gehirns verhindert die so genannte Blut-Hirn-Schranke den Eintritt größerer Moleküle aus der Blutbahn in das Gehirn. Dabei werden auch viele Medikamente heraus gefiltert. Seit etwa zehn Jahren versuchen Neurochirurgen deshalb, die Wirkstoffe über Katheter direkt in das Hirngewebe zu verabreichen, eine Methode, die als convection-enhanced delivery (CED) bezeichnet wird.

„Diese Methode könnte durch Iplan Flow deutlich verbessert werden“, sagt Rainer Wirtz, Neurochirurg am Universitätsklinikum Heidelberg. Er hat die Software bereits im Rahmen einer Studie zur Therapie von Hirntumoren angewendet. Der Mediziner ist überzeugt, dass eine optimierte Wirkstoffverteilung große Unterschiede bei der Wirksamkeit einer Therapie bewirken und zudem ihre Nebenwirkungen minimieren kann.

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