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Arbeitsgruppe Neuroimaging und neurofunktionelle Bildgebung

Die Arbeitsgruppe Neuroimaging und funktionelle Bildgebung der Abteilung für Neuroradiologie beschäftigt sich mit:

  1. der funktionellen Kernspintomographie (fMRT),
  2. der Lokalisation von Faserbahnen im Gehirn anhand von diffusionsgewichteten Daten (MR-Traktographie),
  3. weiteren Untersuchungen zur Struktur des menschlichen Gehirns (MR-Morphometrie),
  4. Durchblutungsmessungen mit und ohne Kontrastmittel (kontrastverstärkte Perfusion und Arterial-Spin-Labeling) sowie
  5. nichtinvasiven Bestimmungen von mechanischen Gewebeeigenschaften (MR-Elastographie) und von Stoffwechselprodukten im Gehirn (MR-Spektroskopie).

Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass sie mit einem höheren Aufwand komplizierter Datenaufzeichnungs- und -verarbeitungsschritte einhergehen, die dann teilweise nicht mehr am MR-Gerät sondern 'offline' erfolgen.

In der Patientenversorgung bieten wir diese Methoden an, um vor neurochirurgischen und anderen Eingriffen wichtige, 'eloquente' Hirnareale und Faserbahnen, z.B. der Sprachverarbeitung, zu lokalisieren (Abbildung 1). Dadurch können sie bei der Operationsplanung und -navigation besser geschützt werden. Das ist zum Beispiel vor der Entfernung oder Verkleinerung mancher Hirntumoren zum Erhalt der entsprechenden Funktionen hilfreich und notwendig, um die Lebensqualität unserer Patienten auch nach der Operation besser zu bewahren.

Es ist heute möglich, solche Eingriffe bereits am Computer zu planen (Abbildung 2). Bei dieser virtuellen Neurochirurgie simuliert der Neuroradiologe für den Operateur den Bezug der funktionell wichtigen, aktiven Hirnregionen zu der zu entfernenden Läsion. Die multimodale Anwendung der oben genannten Verfahren gestattet dann, zum Beispiel einen Hirntumor und seine Mehrdurchblutung in den besonders aggressiven Anteilen zusammen mit den zu schützenden, sprachtragenden Hirngebieten und Faserbahnen (Abbildung 3) vor dem Eingriff so genau wie möglich erfassen. Gleichermaßen können Stoffwechselprodukte, die innerhalb eines Tumors auf Gebiete mit hoher Zellvermehrungsrate hindeuten, in diese Planung einbezogen werden (metabolisches ‚Hot-Spot-Imaging’).

Neben diesem Mapping vor neurochirurgischen Eingriffen führen wir auch Ruhezustandsmessungen und vor cochleären Implantationen fMRT-Untersuchungen des Hörsystems durch (Abbildung 4).

Die Arbeitsgruppe Neuroimaging arbeitet seit Jahren eng mit anderen, international renommierten Institutionen auf diesem Gebiet zusammen, so mit dem Massachusetts General Hospital und dem Martinos Center for Biomedical Imaging der Havard-Universität und dem FMRIB Centre der Universität Oxford. Dadurch werden die fortschrittlichsten Software-Entwicklungen - wie FSL und FreeSurfer - nicht nur genutzt sondern auch passend zu den klinischen Anwendungen von uns in der Entwicklung mitgestaltet. Der Arbeitsgruppenleiter ist Adjunct Member am FMRIB Oxford, hat selbst mehrere FSL und FreeSurfer-Kurse organisiert (zuletzt 2010 in Heidelberg), und seine Arbeit ist durch zahlreiche Preise wie den Lucien-Appel-Price der Europäischen und den Kurt-Decker-Preis der Deutschen Gesellschaft für Neuroradiologie ausgezeichnet worden. Er wird regelmäßig als Redner zu den wichtigen internationalen Fachkongressen dieses Forschungsbereichs wie der Human Brain Mapping Conference, der ISMRM und der ESMRM eingeladen und hat dort entsprechende Fortbildungen ausgerichtet. In der Entwicklung kooperiert die Arbeitsgruppe eng mit industriellen Partnern, wie Siemens Medical, Noras MRI Products und Optoacoustics Ltd..

Die Arbeitsgruppe bietet eine gesonderte Mapping-Sprechstunde für Patienten an. Da die oben genannten Verfahren wichtige Grenzen hinsichtlich ihrer Aussagekraft besitzen und nur zusammen mit klinischen und anderen Daten sinnvoll zu integrieren sind, wird die Indikation zu derartigen Untersuchungen auf der Grundlage einer genauen klinischen Untersuchung und zusammen mit den bereits zur Verfügung stehenden Voraufnahmen der in Frage kommenden Patienten gestellt.

Zur Terminvergabe können Sie über nrad.anmeldung@med.uni-heidelberg.de mit uns Kontakt aufnehmen.

Abbildung 1 (zum Vergrößern bitte auf das Bild klicken) Präneurochirurgisches Mapping spracheloquenter Hirnareal (in Blau-Hellblau) und probabilistische Traktographie des Bogenbündels (in Rot-Gelb anhand funktioneller und in Grün anhand anatomischer Masken) bei einem Patienten mit einem niedriggradigen hirneigenen Tumor des linken Schläfen- und Insellappens.
Abbildung 2 (zum Vergrößern bitte auf das Bild klicken) Wie Abbildung 1 bei einem Patienten mit einem niedriggradigen Tumor des linken Scheitellappens (Sprachaktivierungen in Rot-Gelb, Faserbahnen in Blau-Hellblau). Zusätzlich zum Bogenbündel ist hier der Fasciculus fronto-occipitalis inferior dargestellt, der semantische Sprachfunktionen erfüllt. Im Bild unten wurde die virtuelle Durchführbarkeit der neurochirurgischen Entfernung des Tumors geprüft.
Abbildung 3 (zum Vergrößern bitte auf das Bild klicken) Wie Abbildung 1 bei einem links frontalen Hirntumor. Zusätzlich zum Sprachmapping (in Rot-Gelb) und zur Traktographie (in Blau-Hellblau) wurde hier im Rahmen des multimodalen Tumor-Imaging die Mehrdurchblutung von Tumoranteilen (in Grün-Hellgrün) nichtinvasiv mit Arterial-Spin-Labeling untersucht.
Abbildung 4 (zum Vergrößern bitte auf das Bild klicken) Funktionelles MRT bei Neurofibromatose Typ II, das die Stimulierbarkeit des auditorischen Systems vom Hirnstamm bis zur Hörrinde belegt (links). Die betroffene Patientin erhielt daraufhin ein cochleäres Implantat (rechts), was ihr eine deutliche Verbesserung ihres Hörvermögens bis zum Führen von Telefongesprächen ermöglichte.

Diplom-/Doktorarbeiten

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Webressourcen und ausgewählte Literatur

ESMRMB-Kurs 2011
FSL-Kurs 2007/2010
ISMRM 2014 Syllabus "fMRI and Traktography for Clinical Applications"

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