Neuronavigation: Wie Bilddaten im Operationssaal genutzt werden

Neuronavigation bezeichnet ein computergestütztes System im Operationssaal, das zuvor aufgenommene Bilddaten des Kopfes mit der tatsächlichen Lage des Kopfes während des Eingriffs in Beziehung setzt. Auf einem Bildschirm wird dabei angezeigt, wo sich ein Instrument gerade im Verhältnis zu diesen Bilddaten befindet — in Patienteninformationen wird das oft vereinfacht als „GPS im Operationssaal" beschrieben. Der Begriff taucht häufig im Aufklärungsgespräch und später im Operationsbericht auf, etwa in Formulierungen wie „navigationsgestützte Resektion". Dieser Text erklärt allgemein, was hinter diesen Begriffen steht; wie im Einzelfall geplant und vorgegangen wird, bespricht das Behandlungsteam.

Neuronavigation ist eines von mehreren technischen Hilfsmitteln, die bei Eingriffen am Gehirn zum Einsatz kommen können. Einen Überblick über den gesamten Ablauf rund um einen operativen Eingriff bei Gliomen gibt Operation bei Gliomen — ein Überblick über Begriffe und Abläufe; dieser Artikel geht gezielt auf den Planungs- und Orientierungsteil ein.

Wozu die Planungs-MRT dient

Damit ein Navigationssystem arbeiten kann, braucht es Bilddaten, die dafür geeignet sind. Deshalb wird vor einem geplanten Eingriff häufig eine eigene Bildgebung angefertigt, die im Klinikalltag als Planungs-MRT oder Navigations-MRT bezeichnet wird. Sie unterscheidet sich von einer üblichen Verlaufskontrolle vor allem in der Art der Aufnahmen: Es werden dünnschichtige Sequenzen aufgenommen, also Bildschichten mit sehr geringem Abstand, die sich im Rechner zu einem dreidimensionalen Datensatz zusammensetzen lassen.

Häufig wird für diese Aufnahmen Kontrastmittel eingesetzt, damit sich bestimmte Strukturen im Bild besser voneinander abgrenzen lassen. Allgemeine Informationen dazu stehen in Kontrastmittel im MRT — allgemeine Information. Welche Sequenzen es gibt und was Begriffe wie T1, T2 oder FLAIR bezeichnen, erklärt T1, T2, FLAIR — was MRT-Sequenzen zeigen. Wie ein MRT-Termin organisatorisch abläuft und was man dazu mitbringt, beschreibt Den MRT-Termin gut vorbereiten.

In manchen Kliniken werden für die Planungsaufnahme zusätzlich Marker auf die Kopfhaut geklebt oder festgelegte anatomische Punkte verwendet. Diese Marker oder Punkte dienen später dazu, die Bilddaten und den tatsächlichen Kopf einander zuzuordnen. Ob und in welcher Form das geschieht, hängt vom verwendeten System und vom Vorgehen der jeweiligen Klinik ab und wird im Vorfeld erklärt.

Registrierung: Bilddaten und Kopf werden einander zugeordnet

Registrierung bezeichnet den Arbeitsschritt zu Beginn des Eingriffs, in dem das Navigationssystem lernt, welcher Punkt auf dem Bildschirm welchem Punkt am tatsächlichen Kopf entspricht. Dazu werden entweder die aufgeklebten Marker, festgelegte anatomische Punkte oder die Oberfläche des Gesichts beziehungsweise der Kopfhaut mit einem Zeigeinstrument oder einem Laser abgetastet. Das System berechnet daraus eine Zuordnung zwischen Bilddatensatz und Realität.

Der Referenzstern ist ein sternförmiger oder rahmenartiger Aufsatz mit reflektierenden Kugeln, der während des Eingriffs fest mit der Kopfhalterung verbunden ist. Eine Kamera im Operationssaal erfasst diesen Stern und die ebenfalls markierten Instrumente. Solange sich der Referenzstern nicht relativ zum Kopf verschiebt, kann das System fortlaufend berechnen, wo ein Instrument liegt. Verändert sich diese Beziehung, wird die Registrierung überprüft oder wiederholt.

Brain Shift: warum die Anzeige im Verlauf überprüft wird

Brain Shift bezeichnet die Beobachtung, dass sich Gewebe im Kopf während eines Eingriffs verschieben kann — etwa durch veränderte Lagerung, durch Abfluss von Nervenwasser, durch Schwellung oder dadurch, dass Gewebe entfernt wurde. Die Navigationsdaten stammen aber aus einer Aufnahme, die vor dem Eingriff gemacht wurde. Je weiter der Eingriff fortschreitet, desto weniger genau kann die vorab aufgenommene Bildlage die aktuelle Situation abbilden.

Brain Shift ist kein Fehler des Systems, sondern eine bekannte physikalische Eigenschaft der Situation. Deshalb wird die Navigation im Operationssaal als eines von mehreren Orientierungsmitteln verwendet und nicht als alleinige Grundlage. Ergänzend kommen — je nach Klinik und Vorgehen — weitere Verfahren zum Einsatz, die aktuelle Informationen liefern.

Ergänzende Verfahren als Begriffe

• Intraoperativer Ultraschall: Ultraschallaufnahmen, die während des Eingriffs durch die Schädelöffnung angefertigt werden und die aktuelle Lage von Strukturen darstellen.
• Intraoperatives MRT (iMRT): eine Magnetresonanztomografie, die in dafür ausgestatteten Operationssälen während des Eingriffs angefertigt werden kann; die Bilddaten lassen sich anschließend erneut in die Navigation einspielen.
• Intraoperatives Neuromonitoring: fortlaufende Messungen von Nervenbahnen und Muskelantworten während des Eingriffs. Was die Kürzel SEP, MEP oder EMG bezeichnen, erklärt Intraoperatives Neuromonitoring (IONM): SEP, MEP, Mapping und Monitoring.
• Wach-Phase des Eingriffs: ein Vorgehen, bei dem die Person in einem Abschnitt des Eingriffs ansprechbar ist und Aufgaben bearbeitet.

Traktografie, DTI und funktionelle MRT

Für die Planung werden manchmal zusätzliche Bilddaten erhoben, die nicht die Form, sondern bestimmte Eigenschaften des Gewebes darstellen. DTI steht für Diffusions-Tensor-Bildgebung. Dabei wird gemessen, in welche Richtungen sich Wassermoleküle im Gewebe bevorzugt bewegen. Aus diesen Messungen lassen sich rechnerisch Verläufe von Nervenfaserbündeln darstellen; dieses Darstellungsverfahren wird Traktografie genannt. Die farbigen Faserbilder, die man aus Berichten kennt, entstehen auf diese Weise.

Die funktionelle MRT (fMRT) misst Veränderungen des Blutflusses in bestimmten Hirnregionen, während die untersuchte Person eine Aufgabe bearbeitet — zum Beispiel die Hand bewegt, still Wörter bildet oder Sätze anhört. Daraus entstehen Karten, die zeigen, in welchen Regionen während der Aufgabe eine Aktivitätsänderung gemessen wurde.

Beide Verfahren liefern Zusatzinformationen für die Planung. Sie sind rechnerische Darstellungen und werden vom Behandlungsteam zusammen mit allen anderen Informationen eingeordnet. Was daraus für einen einzelnen Fall folgt, entscheidet das Ärzteteam gemeinsam mit der betroffenen Person, häufig nach Besprechung in einer interdisziplinären Tumorkonferenz.

Wie der Begriff im Bericht auftaucht

Im Operationsbericht steht Neuronavigation meist knapp in der Beschreibung des Vorgehens, etwa als „unter Neuronavigation" oder „navigationsgestützt". Manchmal wird ergänzt, welche Datensätze eingespielt waren, ob Faserdarstellungen verwendet wurden oder ob ein intraoperativer Ultraschall zum Einsatz kam. Wie ein solcher Bericht insgesamt aufgebaut ist und welche Abschnitte darin üblich sind, beschreibt Den Operationsbericht verstehen: Aufbau, Begriffe, Ablage.

Fragen, die man dem Team stellen kann

• Wird für die Planung eine eigene MRT-Aufnahme gemacht, und wann findet sie statt?
• Werden dafür Marker auf die Kopfhaut geklebt, und wie lange bleiben sie dort?
• Werden zusätzliche Aufnahmen wie DTI oder funktionelle MRT angefertigt, und was passiert dabei?
• Welche Aufgaben werden bei einer funktionellen MRT gestellt und wie kann ich mich darauf einstellen?
• Kommen im Operationssaal ergänzende Verfahren wie Ultraschall oder intraoperatives MRT zum Einsatz?
• Wo kann ich die Berichte zu diesen Untersuchungen später anfordern?

Solche Fragen sind als Sammlung gedacht, aus der man auswählen kann. Hilfreich ist es, sie vor dem Termin aufzuschreiben und zum Gespräch mitzunehmen.

Häufige Fragen

Was macht ein Neuronavigationssystem genau?

Es setzt vorab aufgenommene Bilddaten des Kopfes mit der tatsächlichen Kopfposition während des Eingriffs in Beziehung und zeigt auf einem Bildschirm an, wo sich ein markiertes Instrument im Verhältnis zu diesen Bilddaten befindet. Es ist ein Orientierungshilfsmittel und wird im Operationssaal zusammen mit anderen Informationen verwendet.

Warum wird vor dem Eingriff eine eigene MRT gemacht?

Für die Navigation werden Aufnahmen mit sehr geringem Schichtabstand gebraucht, die sich zu einem dreidimensionalen Datensatz zusammensetzen lassen. Eine übliche Verlaufskontrolle erfüllt diese technischen Anforderungen nicht immer. Wann diese Aufnahme stattfindet, legt die Klinik fest.

Was bedeutet Registrierung?

Registrierung bezeichnet den Arbeitsschritt zu Beginn des Eingriffs, in dem das System lernt, welcher Punkt in den Bilddaten welchem Punkt am tatsächlichen Kopf entspricht. Dazu werden Marker, festgelegte anatomische Punkte oder die Oberfläche abgetastet.

Was ist Brain Shift?

Brain Shift bezeichnet die Verschiebung von Gewebe im Verlauf eines Eingriffs gegenüber der Lage in den vorab aufgenommenen Bildern, etwa durch Lagerung, Abfluss von Nervenwasser oder entnommenes Gewebe. Deshalb wird die Navigationsanzeige im Verlauf mit weiteren Verfahren abgeglichen.

Was bezeichnen DTI und Traktografie?

DTI steht für Diffusions-Tensor-Bildgebung und misst, in welche Richtungen sich Wassermoleküle im Gewebe bevorzugt bewegen. Traktografie bezeichnet die rechnerische Darstellung von Nervenfaserverläufen aus diesen Messungen. Beides sind Darstellungsverfahren, die das Behandlungsteam zusammen mit allen anderen Informationen einordnet.

Neuronavigation und die zugehörigen Planungsverfahren sind technische Hilfsmittel zur Orientierung. Sie treffen keine Aussage über einen einzelnen Fall und ersetzen keine Einschätzung durch Fachpersonal. Was in einer konkreten Situation geplant ist, welche Aufnahmen dafür nötig sind und welche Verfahren im Operationssaal vorgesehen sind, bespricht das Behandlungsteam im Aufklärungsgespräch.