Anwendung der Diffusions-Tensor-Bildgebung in der Neurochirurgie

ZusammenfassungKenntnis über Integrität und Lage von Nervenfasern, die eloquente Hirnregionen vernetzen, kann wichtig sein, um einen neurochirurgischen Eingriff zu planen und eine maximale Resektion des kranken Gewebes bei gleichzeitiger minimaler Schädigung des gesunden, funktionsrelevanten Gewebes zu erreichen. Die Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) ist bislang die einzige Methode, die es ermöglicht, präoperativ einen Einblick in den individuellen Verlauf der Nervenfasern zu erhalten. Dabei werden die Nervenfasern allerdings nicht direkt abgebildet, sondern indirekt aus der Richtungsverteilung der Diffusion von Wassermolekülen erschlossen, die maßgeblich durch den Verlauf der großen Faserbündel beeinflusst wird. Von der Akquisition diffusionsgewichteter Aufnahmen bis zur Rekonstruktion und Abbildung der Nervenfaserbündel werden mehrere Repräsentationsebenen durchlaufen und eine Vielzahl von Verarbeitungsschritten auf die Daten angewendet. Für die Interpretation der Ergebnisse ist die genaue Kenntnis der dabei auftretenden Probleme wichtig. Insbesondere das peritumorale Hirnödem, der intraoperative Brain-Shift, Artefakte der MR-Bildgebung sowie die Limitationen der angewandten mathematischen Modelle und Algorithmen stellen Entwickler und Anwender vor Herausforderungen.

Knowledge about integrity and location of fibre tracts arising from eloquent cortical areas is important to plan neurosurgical interventions and to allow maximization of resection of pathological tissue while preserving vital white matter tracts. Diffusion Tensor Imaging (DTI) is so far the only method to get preoperatively an impression of the individual complexity of nerve bundles. Thereby nerve fibres are not mapped directly. They are derived indirectly by analysis of the directional distribution of diffusion of water molecules which is influenced mainly by large fibre tracts. From acquisition to reconstruction and visualisation of the fibre tracts many representational stages and working steps have to be passed. Exact knowledge about problems of Diffusion Imaging is important for interpretation of the results. Particularly, brain tumor edema, intraoperative brain shift, MR-artefacts and limitations of the mathematical models and algorithms challenge DTI-developers and applicants.