Mit Neuromodulation können viele Parkinson-Patienten vom Zittern und anderen leidbringenden Symptomen dieser Krankheit befreit werden. Ein kleines elektronisches Gerät, der Neuromodulator, das unter der Haut im Rumpf des Patienten implantiert wird, erzeugt kurze elektrische Impulse, die über einen Platindraht an eine Elektrode im Hirn geleitet werden. Eine Bedingung für den Erfolg des Eingriffs ist die präzise Lokalisation des Zielgewebes.
Diese tiefliegende Struktur - der sogenannte Nucleus subthalamicus - ist aber mit den bisherigen bildmedizinischen Verfahren nicht sichtbar. Ein neues Computersystem hebt diesen Nachteil auf: «Damit können auf präzise Weise Hirnstrukturen sichtbar gemacht werden, die bisher nur schwer vom umgebenden Gewebe zu unterscheiden waren», erklärt Jean-Philippe Thiran vom Laboratorium für Signalverarbeitung der ETH Lausanne. Er leitete das Nationalfonds-Projekt, das in Zusammenarbeit mit dem neurochirurgischen Dienst des waadtländischen Kantonsspitals durchgeführt wurde.
Derartige kaum sichtbare Strukturen können zwar annähernd mit Hilfe eines Hirnatlas lokalisert werden. Ob in gedruckter oder in digitaler Form basieren solche Werke allerdings auf Gewebeschnitten des Gehirns einer Person, die ihren Körper der Anatomie überlassen hat. Abgebildet wird also das Gehirn eines bestimmten Individuums. Nun gleicht aber kein Gehirn dem anderen - in grossen Zügen ist dieses Organ immer gleich organisiert, in den Einzelheiten aber sind Grösse und Form seiner verschiedenen Strukturen von einem Menschen zum andern verschieden.
Atlas dem Patienten angepasst
«Mit dem von uns entwickelten System lassen sich Tafeln aus dem Hirnatlas durch gezielte Änderungen individuell gestalten», erklärt Jean-Philippe Thiran. Das Ergebnis ist in etwa vergleichbar, als hätte man bei einem elastischen Modell die Proportionen der verschiedenen Teile durch Ziehen oder Pressen so geändert, dass sie dem Gehirn des untersuchten Patienten entsprechen. «Die Änderung wird aber nicht gleichmässig im ganzen Volumen des im Atlas dargestellten Gehirns durchgeführt», betont Jean-Philippe Thiran. «Sie kann von einer Hirnregion zur anderen verschieden sein.»
Die Forscher haben ihr Projekt in zwei Etapen durchgeführt. Zuerst haben sie einen neuen digitalisierten Hirnatlas ausgehend von Gewebeschnitten erstellt. Auf Gewebeschnitten ist es möglich, Strukturen wie den Nucleus hypothalamicus zu erkennen, die durch bildmedizinische Verfahren kaum feststellbar sind. Diese Strukturen werden in die Tafeln des Atlas eingetragen, ähnlich wie in eine geographische Karte den Umriss eines Landes ohne natürliche Grenze.
In der zweiten Etappe wurde eine Software entwickelt, mit welcher sich die Tafeln des Atlas für jeden mit Hilfe des Systems untersuchten Patienten individuell gestalten lassen. Zu diesem Zweck vergleicht das System die Tafeln des Atlas mit den Hirnbildern des Patienten, die mit einem herkömmlichen bildmedizinischen Verfahren, zum Beispiel der magnetischen Kernresonanz, erhalten werden. Dann ändert es die Proportionen der verschiedenen, auf den Tafeln abgebildeten Strukturen derart, dass sie mit den Hirnbildern des Patienten übereinstimmen. So lässt sich am Bildschirm zum Beispiel die genaue Form und Lage des Nucleus hypothalamicus des untersuchten Patienten erkennen und diese Hirnregion sogar mit einer kontrastierenden Farbe verdeutlichen.
Hilfe für den Neurochirurgen
Künftig kann sich der Neurochirurg auf diese inhaltsreicheren und präziseren Bilder stützen. Diese helfen ihm, zum Beispiel die Elektrode eines Neuromodulators besser zu positionieren, was auch zu einer höheren Erfolgsrate des Eingriffs führen sollte. Er konnte bisher mit Hilfe des Patienten die Tiefe der Elektrode justieren. Diese lässt sich hingegen nicht seitlich bewegen.
Parkinson ist nicht das einzige Hirnleiden, bei welchem Medizin und Patient vom neuen Bildverfahren profitieren können. Dieses kann zum Beispiel auch Hirnblutungen lokalisieren. Und längerfristig wird es sogar denkbar, dass ein Roboter die Elektroden unter der Kontrolle des Bildsystems einsetzt.