Neuromonitoring / Neurophysiologie / Neuromodulation

Entwicklung eines patientenspezifischen Systems für die Tiefenhirnstimulation

​Partner:

• ​Westsächsische Hochschule Zwickau- Fakultät Physikalische Technik / Informatik
• Fraunhofer IWU

Das Ziel des Vorhabens und dessen Innovation ist die Entwicklung einer patienten-spezifischen Stereotaxievorrichtung für die Tiefenhirnstimulation, das in halbautomatischer Fertigung bereits alle Raumkoordinaten implementiert und unmittelbar für die OP genutzt werden kann. Diese soll erstmalig zeitaufwendige Justierungen und Adaptionen für den jeweiligen Patienten, wie sie alle bisher genutzten Verfahren erfordern, entbehren und das Potenzial von Ungenauigkeiten und Fehleinstellungen eliminieren helfen. Tiefenhirnstimulation ist eine Behandlungstechnologie, die zur Therapie von Bewegungsstörungen wie beispielsweise Morbus Parkinson zur Minimierung der unkontrollierten Zitterbewegungen eingesetzt wird.

​System für die Rehabilitation von Parkinson Patienten

​Partner:

• Fakt Software GmbH
• HTW Dresden, Computergraphik , DREMATRIX
• Klinik am Tharandter Wald

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines klinisch wie ambulant einsetzbaren Systems für Parkinson-Patienten, das computer- und 3D-kameragestützt die Bewe-gung des Patienten registriert und die Ausführung dieser bewertet. Darüber hinaus soll die Aufzeichnung entsprechender individueller Defizite des Patienten dazu die-nen, Übungsprogramme aus einem Pool vorhandener, medizinisch begründeter Einzelbewegungen zusammenzustellen, die bei entsprechendem Training der Behebung genau dieser individuellen Störungen dienen. Dazu werden in Zusammenarbeit mit Physiotherapeuten Anforderungen erarbeitet, die einerseits das Körperbewusstsein der Patienten sowie die Bewegungsfähigkeit stärken sollen.

Umgesetzt werden soll dies als Computer-Spiel, in dem sich der Patient als Avatar selbst sieht und aufgrund einer 3D-Echzeiterkennung der Patienten-bewegungen seine eigenen Bewegungen verfolgen kann. Akustisches und visuelles Feedback, welches direkt in das Spiel integriert wird, sowie leistungsbezogene Bewertungen am Ende der Übung, sollen dem Spieler eine sofortige Einschätzung seiner Übungsabsolvierung präsentieren. Durch automatische Levelanpassungen soll der Schwierigkeitsgrad entsprechend den Fähigkeiten angepasst werden.

Topografische Anatomie des Nucleus subthalamicus in Zusammenhang mit tiefer Hirnstimulation

​Ziel der Studie ist die präoperative Optimierung der Zielpunktfestlegung und die damit verbundene Verbesserung der operativen, d.h. der neurologischen (Langzeit-) Ergebnisse. Durch die Fusionierung der CT-, MRT- und Plastinationsdaten lässt sich exemplarisch präoperativ und retrospektiv eine dreidimensionale holografische Darstellung der Elektrode im umliegenden Hirngewebe erstellen. Dadurch erhält der Operateur genaue Informationen zur Lage der Elektrode. Der Simulation der Elektrodenanlage zur Hirnstimulation, einschließlich des gesamten operativen Ablaufs, dient die simulierte Planung und Platzierung von Stimulationselektroden an der Leiche. Hierbei werden die sonst üblichen Datensätze (CT- und MRT-Aufnahmen) von Körperspendern akquiriert, welche analog zur Operation nach Datensatzerhebung und stereotaktischer Planung mit Elektroden in den STN versorgt werden. Anschließend werden korrelierende Dünnschnittplastinate des Kopfes mit Hirnstrukturen und liegenden Elektroden angefertigt (Steinke H 2002).

Die Daten zeigen sowohl die Elektrodenspitzen im Zielgebiet, als auch den Implantationskanal der Elektrode mit umliegendem Hirngewebe, Blutgefäßen und Liquorräumen - vom Kortex ausgehend bis zu den Basalganglien. An einem weiteren Präparat werden die Fasern der STN untersucht. Hieraus sollen sich variierende Stimulationseffekte, wie Nebenwirkungen bei minimalen Lageabweichungen der Elektroden ableiten lassen, welche auch Rückschlüsse auf die Pathophysiologie zulassen.

Es ergeben sich vier Teilziele:

1. Visualisierung der Elektrodenlage im topografischen Zusammenhang durch CT, MRT und Dünnschnittplastination
2. Erstellung eines Referenzmodells aus den CT-, MRT- und Plastinationsdatensätzen, Erstellung eines Leitfadens und Beschreibung potentiell gefährdeter Strukturen zur Standardisierung der Operation. Detaillierte neuroanatomische Beschreibung des Zielgebietes
3. Histologischer Nachweis von Faserverbindungen in den STN
4. Anwendung der Erkenntnisse aus der Struktur der STN zur Patientenversorgung, indem diese als digitales Modell in ein chirurgisches Assistenzsystem integriert werden. Das Assistenzsystem begleitet und unterstützt den Operateur während der Implantation, indem alle relevanten Informationen (Planung, prä- und intraoperative Bildgebung, Referenzmodell, Elektrodenvorschub, Neuromonitoring, Patientenreaktion) situationsgerecht an einem Display zentral am Situs präsentiert werden.
   

​Funktionelle intraoperative Navigation mithilfe der TMS des motorischen Kortex bei Patienten mit Hirntumoren in der Nähe der Zentralregion

​Das Projekt beschäftigt sich mit der Einbindung der transkraniellen Magnetstimulation (TMS MagVenture MagPro R30 Denmark) in den klinischen Alltag als ergänzendes Verfahren zur Darstellung funktioneller Daten im MRT und die intraoperative Nutzung dieser mithilfe der Neuronavigation. Eingeschlossen werden Patienten mit einer Raumforderung in der Nähe des motorischen Kortex. Die Patienten werden präoperativ, direkt postoperativ und im Verlauf nach 3 Monaten klinisch-neurologisch untersucht. Es wird ein kranialer MRT-3D-Datensatz angefertigt, dann erfolgt die transkranielle Stimulation. Die Daten können mithilfe des Navigationssystems (Localite TMS Navigator Germany) direkt auf den MRT-Datensatz übertragen werden. Es erfolgt die Auswertung der klinischen Befunde und der Ergebnisse der transkraniellen Stimulation. Ziel ist es, die transkranielle Stimulation in den klinischen Alltag zu etablieren um durch die Darstellung der funktionellen Daten intraoperativ eine qualitative Verbesserung der Versorgungsqualität zu erreichen.

​Entwicklung eines Systems, zur feinmotorischen Ansteuerung gelähmter Extremitäten wie bei Querschnittsgelähmten

​In Deutschland erleiden pro Jahr ca. 12.000 Personen Wirbelsäulentraumen, welche potentiell immer auch Risiken einer Rückenmarksverletzung in sich bergen. An der Entwicklung von Schnittstellen zwischen Gehirn und verloren gegangener neurologischer Funktion bzw. deren prothetischen Ersatz arbeitet weltweit nur eine überschaubare Anzahl an Forschergruppen. Dennoch gelingt es im Ansatz, die reine Intention bzw. den gezielten Gedanken zu nutzen, um Ströme zu generieren, die letztlich dieses funktionelle Defizit helfen auszugleichen. Derzeit gelingt es nur in Einzelfällen, eine Signalübertragung zur gelähmten Extremität herzustellen. Diese Versorgung entspricht nicht dem Anspruch eines standardisierten Vorgehens. Das Ziel ist die Entwicklung eines Systems zur Vermittlung motorischer bzw. Bewegungsimpulse bei (querschnitts-) gelähmten Patienten zur feinmotorischen Willkürmotorik von vormals gelähmten Gliedmaßen unter Nutzung von Hirnimpulsen.
Die dafür notwendigen Algorithmen zur Signalerkennung, -verarbeitung und -übertragung sollen dabei so konzipiert werden, dass vor allem auch eine routinemäßige Versorgung querschnittsgelähmter Patienten möglich wird. Es ist zudem eine Überbrückung nicht restaurierbarer Nervenabschnitte erforderlich. Diese Innovation würde einen bedeutenden gesellschaftlichen Nutzen darstellen. Die Mobilität von Behinderten zu erhöhen, soll im Fokus des Bemühens stehen.

Perioperative Traktographie der Pyramidenbahn und des Sprachnetzwerkes zur Risikostratifikation, Abschätzung des Rehabilitationspotentials und Untersuchung der Neuroplastizität nach neurochirurgischen Eingriffen​​