Planung und Optimierung von Hirntumor-Operationen

Die navigierte transkranielle Magnetstimulation kombiniert mit der DTI-basierten Faserbahndarstellung verbessert die Planung und den Erfolg von Hirntumoroperationen. Mithilfe einer genauen und differenzierten Operationsplanung bewahren wir Patientinnen und Patienten vor unerwünschten neurologischen Defiziten und können dabei so viel des Tumors wie möglich entfernen. Die Arbeitsgruppe von Dr. med. Tizian Rosenstock, Junior Digital Clinician Scientist des BIHs, forscht über diese Technologien, um die Behandlungsqualität der Patientinnen und Patienten weiter zu optimieren.

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Projekteiter

Kooperation und Zusammenarbeit

Dr. med. Tizian Rosenstock ist Stipendiat des Junior Digital Clinician Scientist Programms des Berlin Institute of Health (BIH), so dass die Arbeitsgruppe von der Expertise und Unterstützung des BIHs zusätzlich profitiert. Zur Planung und Durchführung komplexer statistischer Analysen arbeiten wir eng mit dem Institut für Biometrie der Arbeitsgruppe von PD Dr. Ulrike Grittner zusammen, um Patientinnen und Patienten bzgl. ihres individuellen Operationsrisikos fundiert beraten zu können. Mit Prof. Dr. Christoph Lippert als Leiter des Lehrstuhls „Digital Health & Machine Learning“ des Hasso Plattner Instituts haben wir einen ausgewiesenen Experten als Kooperationspartner für die Entwicklung der Machine Learning Analysen und entsprechender Software Tools gewinnen können.

Für spezielle Forschungsfragen arbeiten wir mit anderen Arbeitsgruppen verschiedener internationaler Universitäten zusammen: MD Anderson Cancer Center – University of Texas (Prof. Dr. Sujit Prabhu), King’s College Hospital London (Prof. Dr. Francesco Vergani), Inselspital – Universitätsspital von Bern (Dr. med. Kathleen Seidel), Neurochirurgie der Universität von Messina (Dr. Giovanni Raffa), Technische Universität München (Prof. Dr. med. Sandro Krieg), Uniklinik Köln (Dr. med. Carolin Weiß Lucas), Vivantes Klinikum Neukölln (PD Dr. med. Andreas Jödicke, Fr. Ina Bährend), Helios Klinikum Berlin-Buch (PD Dr. med. Yu-Mi Ryang).

Projekte

TMS-Motormapping und präoperative Risikostratifizierung

Mithilfe des motorischen Mappings und einer DTI-basierten Darstellung der Pyramidenbahn können wir das individuelle Risiko für eine neue postoperative Parese (=neue motorische Schwäche) objektiv berechnen. Die Untersuchung hilft aber nicht nur bei der Patientenberatung, sondern hat auch einen entscheidenden Einfluss auf die Operationsplanung und -strategie. Die genaue räumliche Analyse zwischen Tumorgewebe, welches zu entfernen gilt, und funktionellen Gehirnarealen, die man auf keinen Fall schädigen darf, spielt eine Schlüsselrolle. Wir sind so in der Lage, Patientinnen und Patienten mit vordiagnostiziertem, „inoperablem Hirntumor“ eine Perspektive zu bieten.

Im Rahmen einer multizentrischen Studie werden wir mithilfe neuartiger Analysetechnologien (Machine Learning) neue Erkenntnisse gewinnen, um die Operationsplanung und Behandlungsqualität weiter zu verbessern.

TMS-Sprachmapping

Die Anwendung der navigierten transkraniellen Magnetstimulation zur Identifikation Sprach-eloquenter Hirnareale als präoperative Diagnostik ist erstmals von Lioumis et al. 2012 beschrieben worden. Mithilfe einer repetitiven Stimulation (rTMS) setzt man im Gehirn eine sog. funktionelle Läsion. Das heißt, zum Zeitpunkt der Stimulation werden fokal Neurone gehemmt. Sollte die Patientin oder der Patient während der Stimulation nicht mehr in der Lage sein zu sprechen, ist dies ein indirekter Hinweis, dass das stimulierte Hirnareal an der Sprachverarbeitung beteiligt ist. In einem Vergleich mit der direkten kortikalen Stimulation, was dem aktuellen Gold-Standard zur Identifikation Sprach-eloquenter Areale entspricht, wurde eine hohe Sensitivität (90%) und eine mäßige Spezifität (24%) nachgewiesen (Picht et al. 2013). Seitdem wird die Technik stetig in einer internationalen Konsensusgruppe verbessert und publiziert (Krieg et al. 2017). Erste Veröffentlichungen zeigen zudem die Möglichkeit auf, die Qualität einer MRT-DTI-basierten Faserbahndarstellung des Sprachnetzwerkes mithilfe der Daten der TMS zu verbessern (Raffa et al. 2016).  

TMS-Mapping bei Kindern

Ähnlich wie bei Erwachsenen ermöglicht eine präoperative Analyse wichtiger funktioneller Zentren, v.a. der Sprache und der Motorik, auch bei Kindern eine bessere Patientenberatung und eine bessere chirurgische Planung. Erstmalig haben wir ein Sprach-TMS mit Darstellung des Sprachnetzwerkes eines 6-jährigen Jungen mit einem Sprach-eloquenten Hirntumor veröffentlicht. Mithilfe der Ergebnisse konnte eine komplette Entfernung des Hirntumors erzielt werden, ohne dass ein neues neurologisches Defizit postoperativ auftrat. Mit verschiedenen Projekten arbeiten wir an einer kontinuierlichen Verbesserung der Funktionsanalyse bei Kindern. 

Behandlung einer postoperativen Parese nach Hirntumorresektion mithilfe der TMS

Aus der Schlaganfall-Forschung ist bekannt, dass eine resultierende Hemiparese auch Folge eines unausgeglichenen Erregungsniveaus zwischen der betroffenen Hemisphäre und der nicht-betroffenen Hemisphäre ist. Nach aktuellem Kenntnisstand entsteht die Hemiparese nicht nur durch die ischämische Schädigung von Neuronen ipsiläsional. Es kommt auch zu einer ausbleibenden Hemmung callosal der gesunden Hemisphäre. Folglich entsteht durch eine „über-aktive“ gesunde Hemisphäre eine überschießende Hemmung der ischämischen Hemisphäre (Perez  et al., 2009). Der Einsatz der TMS zur Unterbindung dieses Mechanismus hat gezeigt, dass sich Patientinnen und Patienten schneller und besser nach einem Schlaganfall erholen. 

 

Doktoranden

Dr. med. univ. Luca Leandro Silva

Doktor

Rutvik Khakhar

Doktor

Mehmet Salih Tuncer

Doktorand

Louis Grützmacher

Doktorand

Quellen

1.     Rosenstock T, Picht T, Schneider H, Koch A, Thomale UW. Left perisylvian tumor surgery aided by TMS language mapping in a 6-year-old boy: case report. Childs Nerv Syst. 2018. doi: 10.1007/s00381-018-3944-1.

2.     Schwarzer V, Bährend I, Rosenstock T, Dreyer FR, Vajkoczy P, Picht T. Aphasia and cognitive impairment decrease the reliability of rnTMS language mapping. Acta Neurochir (Wien). 2018;160(2):343-356.

3.     Zdunczyk A, Schwarzer V, Mikhailov M, Bagley B, Rosenstock T, Picht T, Vajkoczy P. The Corticospinal Reserve Capacity: Reorganization of Motor Area and Excitability As a Novel Pathophysiological Concept in Cervical Myelopathy. Neurosurgery. 2018;83(4):810-818.

4.     Rosenstock T, Giampiccolo D, Schneider H, Runge SJ, Bährend I, Vajkoczy P, Picht T. Specific DTI seeding and diffusivity-analysis improve the quality and prognostic value of TMS-based deterministic DTI of the pyramidal tract. Neuroimage Clin. 2017;16:276-285.

5.     Rosenstock T, Grittner U, Acker G, Schwarzer V, Kulchytska N, Vajkoczy P, Picht T. Risk stratification in motor area-related glioma surgery based on navigated transcranial magnetic stimulation data. J Neurosurg. 2017;126(4):1227-1237.

6.     Rosenstock T, Hermann KG. Septic Sacroiliitis Following Corticosteroid Injection in a Patient Under Anti-Tumor Necrosis Factor Therapy. J Clin Rheumatol. 2015;21(6):320-1.