ARTICLE IN PRESS

ORIGINALARBEIT

Pra- und intraoperative Ultraschallbildgebung in der

Neurochirurgie

Christian Hansen1,5,�,��, Martin Engelhardt2,5,��, Bernhard Brendel1,5, Susanne Winter3,5, Jens Eyding4,5,

Kirsten Schmieder2,5, Helmut Ermert1,5

1 Institut fur Hochfrequenztechnik, Ruhr-Universitat Bochum2 Neurochirurgische Klinik, Ruhr-Universitat Bochum3 Institut fur Neuroinformatik, Ruhr-Universitat Bochum4 Neurologische Klinik, Ruhr-Universitat Bochum5 Kompetenzzentrum Medizintechnik Ruhr (KMR), Bochum

Eingegangen am 4. Juli 2006; akzeptiert am 29. August 2006

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Zusammenfassung

Die weiterentwickelte Anwendung von Ultraschall in derNeurochirurgie ist Thema zweier Projekte des Kompe-tenzzentrums Medizintechnik Ruhr (KMR), Bochum.In einem interdisziplinaren Projektaufbau arbeiten Inge-nieure, Neurologen und Neurochirurgen zusammen, umanwendungs- und problemorientiert neurochirurgischeFragestellungen durch innovative, ultraschallbasierteTechnologien zu beantworten: Zum einen wird so anVerfahren zur ultraschallbasierten Registrierung vonKnochenstrukturen gearbeitet, um u.a. die Navigationvon Pedikelschrauben mit hoherer Genauigkeit durch-fuhren zu konnen, als dies durch eine Punktregistrierungmittels Landmarken oder kunstlichen Markern ublicher-weise moglich ist. Zum anderen werden Konzepte zumpra- und intraoperativen Einsatz von Ultraschall-Kon-trastmitteln erarbeitet, um zerebrale Tumoren darzustel-len und deren Resektion zu uberwachen. In diesem Arti-kel werden beide Projekte und ihre bisherigen Ergebnissediskutiert sowie Moglichkeiten aufgezeigt, wie durchdiese Verfahren zukunftig die neurochirurgische Praxiserganzt oder erweitert werden kann.

Schlusselworter: Neurochirurgie, Ultraschall, Kon-trastmittel, Navigation

�Korrespondenzanschrift: Institut fur Hochfrequenztechnik, Ruhr-

niversitat Bochum, Universitatsstraße 150, D-44801 Bochum.

el.: 0234-32-23056; Fax: 0234-32-14167.��Der wissenschaftliche Anteil beider Autoren ist gleichwertig.

E-mail: christian.hansen@rub.de (C. Hansen).

. Med. Phys. 17 (2007) 273–279oi: 10.1016/j.zemedi.2007.06.005ttp://www.elsevier.de/zemedi

Pre- and intraoperative ultrasound imaging in

neurosurgery

Abstract

Advanced applications of ultrasound in neurosurgeryhave been evaluated in two projects of the Ruhr Centerof Excellence for Medical Engineering (KMR), Bo-chum, Germany. Engineers, neurologists, and neu-rosurgeons are cooperating within an interdisciplinaryproject structure, in order to practically approach neu-rosurgical problems by elaborating novel ultrasound-based technologies. On one hand, procedures have beenimplemented for an ultrasound-based registration ofbone structures, applicable, amongst others, to thehigh-accuracy navigation of pedicle screws. On the oth-er hand, concepts have been developed regarding a pre-and intraoperative application of ultrasound contrastagents for the detection of cerebral tumors and for themonitoring of surgery. In this article, both projects arediscussed on the basis of the results obtained thus farand, furthermore, potentials of these concepts are pres-ented that may complement or extend the scopes of theneurosurgical practice.

Keywords: Neurosurgery, ultrasound, contrast agent,navigation

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Einleitung

Der Einsatz von Ultraschall ist in der Neurochirurgie ins-besondere intraoperativ ein anerkanntes und etabliertesVerfahren, das beispielsweise zur Lokalisation von sub-kortikal gelegenen intrakraniellen Lasionen genutzt wird[1,2]. Der Einsatz von Ultraschall ist intraoperativ ohnegroßen Aufwand und mit nur geringen Kosten moglich,so dass wahrend einer Operation Ultraschallbilder erfasstund z.B. als Erganzung zur konventionellen Navigationverwendet werden konnen. Da konventionelle Navigati-onssysteme zumeist auf der Basis von praoperativ erho-benen CT (Computertomographie)- oder MRT(Magnet-resonanztomographie)-Volumendaten des Patienten ar-beiten, ist eine Erganzung dieser Navigation immer dannvon großer Bedeutung, wenn sich die geometrische Lagevon zu operierenden Strukturen wahrend oder durch dieOperation verandert. Dann namlich stimmt der durch dieRegistrierung bestimmte, geometrische Bezug zwischenden in den Bilddaten abgebildeten anatomischen Struktu-ren und der aktuellen Position und Lage dieser Strukturenim Operationssaal nicht mehr uberein. Ultraschall kannhier zur Aktualisierung des praoperativ erhobenen Bild-datensatzes genutzt werden, um so z.B. einen Ausgleichdes Brain-shifts zu ermoglichen [3]. Neben dieser Ergan-zung kann Ultraschall allerdings auch direkt im Rahmender Navigation zur Registrierung verwendet werden.Wahrend konventionell entweder anatomische Struktu-ren (sog. Landmarken) oder auch kunstliche Marker (sog.fiducial markers) fur eine Punktregistrierung verwendetwerden, kann alternativ auch die Position von Knochenmittels intraoperativer Bildgebung bestimmt und regis-triert werden. Der erste Teil dieses Artikels bezieht sichauf diesen Aspekt und beschreibt Moglichkeiten der Re-gistrierung von Knochenstrukturen fur die Navigationvon Pedikelschrauben.

Neben den Einsatzmoglichkeiten von Ultraschall imRahmen der Navigation wurde von einigen Gruppen auchversucht, diese Diagnostik zur intraoperativen Resek-tionskontrolle bei Operationen von Hirntumoren zu nut-zen [4]. Problematisch ist hierbei allerdings die Interpre-tation der intraoperativ gewonnenen Ultraschalldaten.Das manuell bearbeitete Gewebe, beispielsweise eine Tu-mor-Resektionshohle, lasst sich aufgrund echoreicherDarstellung schlecht bis gar nicht von Tumorgewebe dif-ferenzieren [4,5]. Kostenaufwendige Verfahren (z.B. derEinsatz von intraoperativen MRT- oder CT-Systemen)bieten alternative Methoden der Resektionskontrolle, diejedoch ebenfalls Schwierigkeiten in der Darstellung ma-nuell bearbeiteten Gewebes beinhalten. Zur Losung dieserProblematik bietet es sich an, neben der morphologischenDarstellung im Ultraschallbild auch die Gewebefunkti-onalitat anhand der Perfusion zu beurteilen, um auf dieseWeise Tumorgewebe von gesundem Gewebe abzugren-zen. Ultraschallkontrastmittel konnen hier eingesetzt wer-

den, um die Perfusionsrate und/oder das Blutvolumen se-miquantitativ zu bestimmen. In der Neurologie hat sichbeispielsweise die Perfusionsabbildung von zerebralenIschamien mittels kontrastmittelspezifischer Ultraschall-abbildungstechniken erfolgreich bewahrt [6,7]. Erste kli-nische Fallserien in großeren Patientenkollektiven lassenauf eine baldige Verwendung als Zusatzdiagnostik hoffen.Der zweite Teil dieses Artikels widmet sich diesem Aspektund beschreibt Moglichkeiten der pra- und intraoperati-ven Darstellung von intrakraniellen Tumoren mit Ultra-schallkontrastmitteln.

Registrierung praoperativer Volumendatensatze

mit Ultraschall

Chirurgische Eingriffe an der Wirbelsaule, wie z.B. dasSetzen von Pedikelschrauben, erfordern eine hohe Genau-igkeit. Um eine eingriffsbedingte Traumatisierung zu ver-meiden und die Operation moglichst minimal-invasivdurchzufuhren, ist der Operateur auf technische Un-terstutzung wahrend der Operation angewiesen. Zu die-sem Zweck konnen mittels bildgebender Systeme, ubli-cherweise eines Fluoroskops, intraoperativ Bilder akqui-riert werden, in denen sowohl die Anatomie als auch diechirurgischen Instrumente abgebildet werden. Eine voll-standige Orientierung ist dabei jedoch nur dann moglich,wenn die Bilddaten als Volumendatensatz vorliegen. Dadie meisten aktuell eingesetzten Fluoroskope allerdingsnur zwei Ebenen abbilden und zusatzlich dieses Vorgehenmit einer Strahlenbelastung fur den Patienten und denOperateur verbunden ist, erscheint diese Technik nur be-dingt geeignet. Eine andereMoglichkeit besteht darin, Na-vigationssysteme einzusetzen, die die Instrumente zur Ori-entierung des Chirurgen in praoperativ erhobenen CT-oder MRT-Bilddaten einblenden. Um eine genaue Ein-blendung zu gewahrleisten, muss mittels einer vorherigenRegistrierung ein geometrischer Bezug zwischen der Posi-tion und Lage der relevanten Korperregionen im Operati-onssaal und deren Abbildung in den Bilddaten hergestelltwerden. Die intraoperative Lokalisierung der Knochen ge-schieht konventionell durch eine Punktregistrierung ent-weder mittels kunstlicher Marker oder anhand von Land-marken. Der Einsatz kunstlicher Marker ist nur begrenztmoglich, da diese vor der CT- bzw. MRT-Aufnahme ent-weder extrakutan aufgebracht werden und somit ihre Po-sition bezuglich des Wirbelkorpers verandern konnen,oder alternativ durch einen vorherigen Eingriff starr mitdem Wirbelkorper verbunden werden mussten. Anatomi-sche Landmarken konnen unter Verlust der Minimal-invasivitat zur Registrierung verwendet werden, indemTeile der Knochen freigelegt und mit einem Zeiger abge-tastet werden. Eine wesentlich weniger invasive Moglich-keit besteht darin, die Position der Knochen mit

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intraoperativem Ultraschall zu bestimmen. Dies ist Ge-genstand des hier vorgestellten Projektes.

Methode

Zur Bildgebung wird ein Siemens Sonolines Omnia miteinem Linear-Array (7.5L40, Mittenfrequenz: 7,5MHz)eingesetzt. Fur die genaue Lokalisierung der Knochen-strukturen im Operationssaal ist die exakte Lokalisierungder Ultraschallbildebene notwendig. Hierfur wird eineReferenzbasis am Ultraschallwandler angebracht, derenPosition mit einem optischen Verfolgungssystem (PolarisKamerasystem, NDI) bestimmt werden kann (Abb. 1a).Die raumliche Beziehung zwischen dieser Referenzbasisund der Ultraschallbildebene ist zunachst unbekannt undwird durch einen Kalibrierungsvorgang vor der Operationermittelt [8]. Die Genauigkeit der Kalibrierung begrenztunmittelbar die Genauigkeit der Registrierung. Wahrendder Operation wird zunachst ein Volumendatensatz des zuoperierenden Wirbelkorpers akquiriert (Abb. 1b). Nacheiner groben Vorregistrierung anhand von Landmarkenauf der Hautoberflache wird dieses Volumen durch die ei-gentliche Registrierung auf den CT-Volumendatensatzabgebildet. Die Registrierung wird hierzu als Optimie-rungsproblem formuliert und mittels evolutionarer Algo-rithmen gelost [9,10]. Ziel ist es dabei, die im Ultraschall-volumen abgebildeten Knochenoberflachen auf dieentsprechenden Strukturen im CT-Datensatz mittelseiner Oberflachen-zu-Volumen-Registrierung abzubilden.Hierbei ist insbesondere die unterschiedliche Darstellungvon Knochen im Ultraschallbild und im CT-Bild zuberucksichtigen. Abhangig von der Schallstrahlrichtungkommt es bei der Ultraschalldarstellung zu dorsalenAbschattungen und zu einer starken Reflexion an derKnochenoberflache, die allerdings nur bei annahernd or-thogonalem Auftreffen des Schallstrahls auch im Ultra-schallbild sichtbar ist. Es werden daher zur Losung

Abbildung 1. (a) Intraoperatives Setup wahrend der ultraschallba

schallwandlers wird mit einer aktiven Referenzbasis erfasst. Zusatz

(b) Schematische Skizze zur Erfassung des Ultraschall-Volumenda

des Optimierungsproblems vor der Registrierung imCT-Volumendatensatz jene Knochenstrukturen extra-hiert, die auch im Ultraschallbild sichtbar sein werden.

Ergebnisse

Exemplarisch sind in Abbildung 2 Ergebnisse einer ultra-schallbasierten Registrierung eines Wirbelkorpers (L5) ei-ner 54-jahrigen Frau dargestellt. Abbildung 2a und d zei-gen Schichten (transversal und sagittal) aus einem praope-rativ erhobenen CT-Volumendatensatz. Rot markiertsind die in der dargestellten Ebene sichtbaren Volumen-elemente, die aufgrund ihrer spateren Darstellbarkeit im3D-Ultraschalldatensatz zur Registrierung verwendetwerden. Abbildung 2b, c, e und f zeigen die korrespondie-renden Ultraschallebenen aus den intraoperativ akquirier-ten Ultraschall-Volumendaten. Zu erkennen ist die durchAbschattung und Reflexionen bedingte unvollstandigeDarstellung des Wirbelkorpers. Die Volumenelemente,die zur Registrierung verwendet wurden, sind in richtigerPosition rot eingetragen. Zur quantitativen Bestimmungder Genauigkeit dieses Verfahrens wurde anhand einesPhantoms, bestehend aus drei Kunststoffwirbeln in einemWasserbecken, die ultraschallbasierte Registrierung invitro mit einer hochprazisen Punktregistrierung vergli-chen. Die Punktregistrierung erfolgte mittels mehrerereindeutig festgelegter Positionen am Beckenrand undkonnte so als exakt angesehen werden. Das Ergebnis die-ser Genauigkeitsmessung war eine ortsabhangige Abwei-chung, die im Bereich des Pedikels maximal 1,5mm undgemittelt als RMS ausgedruckt 0,7mm betrug (Abb. 3).

Perfusionsabbildung zerebraler Tumoren mit

Ultraschallkontrastmitteln

Zur Abbildung der Gewebeperfusion mit Ultraschall wer-den ublicherweise Ultraschallkontrastmittel eingesetzt,

sierten Registrierung. Die Position des steril uberzogenen Ultra-

lich ist am Wirbelkorper eine passive Referenzbasis angebracht.

tensatzes des zu operierenden Wirbelkorpers.

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maximalRSM

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Abbildung 3. Ergebnisse der Genauigkeitsanalyse am Kunststoff-Phantom. Vergleich der ultraschallbasierten Registrierung der

Knochenstrukturen mit einer hochprazisen Punktregistrierung. Mittlere Abweichungen (RMS) (a) und maximale Abweichung (b)

(Die Farbtabellen sind unterschiedlich skaliert.).

Abbildung 2. Bildebenen (transversal [oben] und sagittal [unten]) eines praoperativ erhobenen CT-Volumendatensatz (a,d) sowie die

korrespondierenden Ultraschallbildebenen aus den intraoperativ erfassten Ultraschall-Volumendaten (b,c,e,f). Die zur Registrie-

rung geeigneten und verwendeten Volumenelemente sind nach erfolgter Optimierung in richtiger Position rot dargestellt.

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um die Ruckstreuung des sonst eher echoarmen Blutes zuerhohen. Sie werden inravenos appliziert und bestehen aushullenstabilisierten Gasblaschen mit einem Durchmesservon wenigen Mikrometern und einer Halbwertszeit, die inAbhangigkeit von der Hullenart bei einigenMinuten liegt.Sie sind somit (zumeist) lungengangig und storen dieHamodynamik nicht. Ein Ubergang vom Blut in die Zel-len ist nicht gegeben. Obwohl ihre Große unter dem Auf-losungsvermogen konventioneller Ultraschallsystemeliegt, sind sie echostarke Streuer, die sich besonders durchihre nichtlinearen Oszillationen im Schallfeld oder durchihre schallinduzierte Zerstorung anhand des Ultraschall-Empfangsechos detektieren lassen. Hierzu werden spezi-elle bildgebende Verfahren eingesetzt (z.B. Phasen-Inver-sionstechnik), die Nichtlinearitaten ortsaufgelost im Em-pfangsecho registrieren. Auch wenn die Zerstorung desKontrastmittels selbst auch Nichtlinearitaten hervorruft,wird großtenteils die Zerstorung des Kontrastmittelsdurch den Einsatz sehr geringer Sendeleistungen vermie-den. Ebenfalls sonographisch einsetzbare Dopplerverfah-ren sind zur Perfusionsdarstellung ohne Kontrastmittel

nicht geeignet, da die Blutflussgeschwindigkeiten in denKapillaren fur eine eindeutige Erfassung zu gering sind.

Methode

Im Rahmen einer prospektiven Studie werden Patientenmit Hirntumoren, die sich zu einer elektiven Operation inder Neurochirurgischen Klinik vorstellten, pra- und in-traoperativ mit Ultraschall und unter Bolus-Applikationvon 1,5ml des Kontrastmittels Sonovues (Bracco) unter-sucht. Das Ziel ist eine Differenzierung von normalemHirngewebe in Abgrenzung zu Tumorodem und Tumor-gewebe [11]. Fur die Untersuchungen wird ein SiemensSonolines Elegra verwendet, das zur kontrastmittelspezi-fischen Abbildung im THI-Mode (THI: Tissue HarmonicImaging, hier speziell Phasen-Inversionstechnik) betrie-ben wird. Die praoperative Untersuchung wird trans-kraniell mit einem Phased-Array (2.5PL20, Mittenfre-quenz: 2,5MHz) von kontralateral durchgefuhrt, um dieDistanz zur Pathologie und den abzubildenden Bereich zu

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Inte

nsität [a

.u.]

0 20 40 60 80

Zeit [s]

Peak -Width

Peak-

Intensity

Time-to-PeakBaseline

Abbildung 4. (a) Intraoperatives Setup wahrend der intrakraniellen, kontrastmittelgestutzten Perfusionsabbildung mit Ultraschall.

Es wird ein steril uberzogener Ultraschallwandler mit kleiner Auflageflache verwendet, um die Trepanation klein zu halten. (b)

Exemplarischer Zeit-Intensitats-Verlauf fur einen Bildpunkt nach Bolus-Applikation des Kontrastmittels. Nach Anpassung einer

Modellfunktion werden Parameter wie z.B. Peak-Intensity, Peak-Width oder Time-to-Peak unter Berucksichtigung der Grundhel-

ligkeit (Baseline) extrahiert.

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erhohen. Die Sendeleistung wird patientenspezifisch andie Schalleigenschaften des Knochenfensters (Kalottendi-cke) angepasst und liegt wahrend der transkraniellen Un-tersuchung bei 60% bis 100%. Aufgrund der starkenakustischen Dampfung durch das Knochenfenster wirdauch bei diesen Sendeleistungen die Zerstorung des Kon-trastmittels intrazerebral klein gehalten. Intraoperativwird nach der Kraniotomie ein steril bezogener Schall-wandler mit kleiner Auflageflache (Endokavitares Cur-ved-Array: 6.5EC10, Mittenfrequenz: 6,5MHz) zur Bild-gebung verwendet (Abb. 4a) Ultraschallaufnahmen wer-den intraoperativ vor, wahrend und nach der Resektionakquiriert, um Tumorreste zu identifizieren und dieMoglichkeit einer Resektionskontrolle zu beurteilen. Furdie kontrastmittelspezifischen Aufnahmen wird die Sen-deleistung auf 5% heruntergeregelt, um eine Zerstorungder Mikroblaschen zu vermeiden. Zur Vergroßerung desAbstandes zum Tumor und zur Verbesserung der An-kopplung wird ein Gelkissen verwendet; eine entstandeneResektionshohle wird mit Kochsalzlosung (0,9% NaCl)aufgefullt. Sowohl pra- als auch intraoperativ werden dieUltraschalldaten bei einer Bildfrequenz von 1 Bild proSekunde uber einen Zeitraum von 80 Sekunden gespei-chert. Aus den aufgenommenen Bildserien werdenortsaufgelost Zeit-Intensitats-Verlaufe berechnet. An-schließend wird fur jeden Bildpunkt eine Modellfunk-tion angepasst, aus der Parameter wie Peak-Intensity,Time-to-Peak und Peak-Width extrahiert werden (Abb. 4b).Die Perfusion des Tumors wird mittels dieser Parameterabgebildet und im Vergleich zu normal perfundiertemHirngewebe analysiert.

Ergebnisse

Exemplarisch werden in Abbildung 5 In-vivo-Ergebnisseeines 61-jahrigen Mannes prasentiert, der zwei intrazere-brale Metastasen eines malignen Melanoms aufwies. Ab-bildung 5a zeigt zunachst ein Ultraschallbild im THI-Mo-de, das nach erfolgter Kraniotomie vor der Resektion undvor Gabe von Kontrastmittel aufgenommen wurde. InAbbildung 5b ist ein entsprechendes Ultraschallbild glei-cher Bildebene dargestellt, das wahrend der Kontrastmit-telanflutung aufgenommen wurde. Beide Bilder wurdenbei gleichen Gerateeinstellungen aufgenommen. Insbe-sondere wurden, wie beschrieben, die Sendeleistung unddie Empfangsverstarkung angepasst. Schon bei rein visu-ellem Vergleich dieser Aufnahmen ist die Hyperperfusiondes Tumorgewebes zu erkennen. Daruber hinaus werdenauch innerhalb des Tumors Strukturen erkennbar, die vorKontrastmittelgabe nicht zu sehen waren. So erkennt maninnerhalb des oberen Tumors einen nekrotischen und da-mit hypoperfundierten Bereich, der intensitatsarm abge-bildet wird, und innerhalb des unteren Tumors ein querdurch diesen verlaufendes Blutgefaß, das intensitatsstarkdargestellt wird. Ein solcher visueller Vergleich be-schrankt sich allerdings nur auf die Intensitatsunterschie-de zweier Bilder. Anatomisch oder auch pathologisch be-dingte zeitliche Verzogerungen in der Anflutung des Kon-trastmittels werden so nicht berucksichtigt, so dass z.B.verzogert hyperperfundierte Bereiche nicht erkannt wer-den. Eine weitergehende Analyse des gesamten Zeit-Intensitats-Verlaufs und die Auswertung z.B. der Peak-Intensity als Parameter fur das Blutvolumen konnen

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Abbildung 5. (a) Intraoperativ nach Kraniotomie erfasstes Ultraschallbild im THI-Mode vor der Resektion und vor der Kontrast-

mittelanflutung. Zwei Metastasen sind neben der Falx zu erkennen. Die Sendeleistung und Empfangsverstarkung wurden bereits

angepasst. (b) Intraoperativ nach Kraniotomie erfasstes Ultraschallbild im THI-Mode vor der Resektion wahrend der Kontrast-

mittelanflutung. Aufgrund einer Hyperperfusion des Tumorgewebes nehmen beide Metastasen mehr Kontrastmittel auf und werden

echostarker dargestellt als ohne Kontrastmittel. Intratumorose Strukturen werden erkennbar. (c) Parameterbild der Peak-Intensity,

die ortsaufgelost aus den entsprechenden Zeit-Intensitats-Verlaufen extrahiert wurde. Die zu einzelnen Zeitpunkten beobachtbare

Hyperperfusion der Tumoren lasst sich auch nach quantitativer Auswertung der gesamten Bildserie erkennen.

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vollstandigere Ergebnisse liefern. Eine solche Darstellungder Peak-Intensity ist in Abbildung 5c gegeben. Auch hierheben sich die Tumoren durch eine hohere Peak-Intensityhervor.

Zusammenfassung und Ausblick

Der Einsatz von Ultraschall in der Neurochirurgie ist Ge-genstand vieler Forschungsarbeiten, die sich u.a. damitbeschaftigen, praoperative CT- oder MRT-Datensatze ul-traschallbasiert intraoperativ an aktuelle Orts- und Form-veranderungen anzupassen oder auch Ultraschall als

zusatzliches Verfahren einzusetzen, um z.B. Tumoren zulokalisieren. Eingang in den klinischen Alltag haben dieseTechniken großtenteils allerdings noch nicht gefunden. Indiesem Artikel wurden zwei Aspekte anhand von zur Zeitbearbeiteten Projekten des KMR exemplarisch diskutiert,die das Potential von ultraschallbasierten Verfahren furdie Neurochirurgie aufzeigen: Die Verwendung von Ul-traschallkontrastmitteln eroffnet neue Moglichkeiten,nicht nur die Morphologie zur Diagnose und Ube-rwachung gerade intraoperativ einzusetzen, sondern dar-uber hinaus auch die Perfusion und damit die Funktiona-litat von Gewebe mit in die Diagnostik einzubeziehen.Dabei ist es in einem ersten Schritt im klinischen Alltag

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moglich, rein visuell ohne weitergehende Analyse der Zeit-Intensitats-Verlaufe nur die Anflutung von Kontrastmit-tel nach einer Bolus-Applikation zu beobachten und eineHyper- und/oder Hypoperfusion zu erkennen. Dies istauch bei anderer Applikationsart des Kontrastmittels(z.B. bei uber einen Perfusor regelbarer, konstanter Kon-zentration) moglich. Um diese Beobachtungen zu quanti-fizieren und auch zu objektiven Ergebnissen zu gelangen,erweitert eine Analyse der Zeit-Intensitats-Verlaufe undder daraus extrahierten Parameter dieses Verfahren. Obsich letztendlich somit auch eine Resektionskontrolle rea-lisieren lasst, bleibt durch den weiteren Projektverlauf zuvalidieren. Im Bereich der Navigation stellt Ultraschallein bildgebendes Verfahren dar, das weitestgehend auf-wandsfrei in den klinischen Alltag integriert werden kann.Verglichen mit intraoperativen CT- oder MRT-Systemenbietet Ultraschall hier eine sehr elegante Moglichkeit, ak-tuelle Bilddaten zu erfassen. Der Aspekt der ultraschall-basierten Registrierung von Knochenstrukturen wurde indiesem Zusammenhang diskutiert. Allerdings ist ein nochumfassenderer Einsatz von Ultraschall zur registrierungs-freien Navigation denkbar. So ist es gerade bei intrakrani-ellen Operationen leicht moglich, nach der Trepanationdie Navigation ganzlich auf der Basis aktueller Ultra-schall-Volumendatensatze durchzufuhren. Es konnten sowahrend des Eingriffs mehrmals 3D-Ultraschallda-tensatze aufgenommen werden, nach denen dann die wei-tere Operationsdurchfuhrung geplant wird. Dies wurdeden Einsatz der praoperativen CT- oder MRT-Datennach erfolgter Kraniotomie uberflussig machen. Insbe-sondere ein aufwandiger Ausgleich des Brain-shifts inden praoperativen Daten ist dann nicht mehr notig. Vor-aussetzung hierfur ist allerdings eine breitere Akzeptanzder Modalitat Ultraschall in der Neurochirurgie, die ohnejede Frage im Vergleich zum CT oder MRT bezuglich derBildqualitat Nachteile aufweist. Diese Nachteile werdenhaufig aber vom Operateur subjektiv verstarkt wahrge-nommen, da dieser durch den klinischen Alltag an CT-und MRT-Aufnahmen gewohnt ist. Da sich intrazerebra-le Strukturen jedoch auch im Ultraschallbild gut visuellabgrenzen lassen, steht einem solchen Einsatz objektivnichts im Wege. Die Aktualitat des Datensatzes ware um-gekehrt gerade ein wesentlicher Vorteil fur die Operati-onsplanung. Kombiniert konnte zukunftig eine Perfus-ionsabbildung mit konstanter Kontrastmittelkonzentrati-

on fur eine ultraschallbasierte, registrierungsfreie Naviga-tion eingesetzt werden.

Danksagung

Diese Arbeit basiert auf zwei Projekten des Kompetenz-zentrums Medizintechnik Ruhr (KMR), Bochum, gefor-dert durch das Bundesministerium fur Bildung und For-schung (BMBF, Fordernummer 13N8079). Wir dankenSiemens Medical Solutions fur zusatzliche Unterstutzung.

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