Bestimmung der elektrischen Eigenschaften menschlichen Gehirngewebes

Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit und Permittivität  von gesundem und tumorösem Hirngewebes durch intrakranielle Messungen in Patienten.

Das Ziel des Projektes ist die Erhebung verlässlicher und statistisch relevanter Daten zur Leitfähigkeit σ und relativen Permittivität ε im lebenden menschlichen Hirngewebe in Abhängigkeit von der Frequenz. Die Kenntnis dieser elektrischen Materialparameter ist Voraussetzung für die Berechnung elektrischer Felder und Stromdichten im Gehirn in einer Reihe von Anwendungen, wie zum Beispiel der invasiven und nichtinvasiven Hirnstimulation durch DBS, TMS, tACS und tDCS, der Bestimmung der spezifischen Absorbtionsrate (SAR) des Hirngewebes im Bereich des Mobilfunks, sowie der Modellierung der Quellen von EEG und MEG.

Ein weiteres Ziel ist die Untersuchung der Möglichkeit, mit Hilfe von Impedanzmessungen zwischen gesundem und tumorösem Hirngewebe zu unterscheiden. Diese Differenzierung ist für die Resektion von intrazerebralem Tumorgewebe von großer Bedeutung, da das Ausmaß der Resektion (restlose Entfernung des Tumors) ein wichtiger Parameter für das Überleben ist, während der Schutz von gesundem Gewebe die Gefahr postoperativer neurologischer Ausfälle minimiert. Somit könnte nicht nur die Überlebenszeit, sondern auch die Lebensqualität der Patienten verbessert werden.

Im intraoperativen Setting soll bei Patienten, die einem intrazerebralen Eingriff unterzogen werden müssen, im Zuge des operativen, transkortikalen Zugangs Messungen durchgeführt werden. Für diese Studie werden an der Klinik für Neurochirurgie des Universitätsklinikums Leipzig Patienten rekrutiert, die an einem intrakraniellen intraparenychmatösen Prozess leiden. Für die Planung des operativen Zugangsweges und der Messpunkte werden die im Rahmen der präoperativen Diagnostik verwendeten 3D-MRT und CT-Datensätze herangezogen. Die bei der Messung applizierten Ströme liegen weit unter den Grenzwerten der Stimulation. Zur Anwendung kommen operativ standardmäßig verwendete Stimulationselektroden und ein dazugehöriger für die intraoperative Neurostimulation zugelassener Neurostimulator. Während der Messung werden die Strom- und Spannungskennlinien aufgenommen und im Anschluss die elektrischen Materialeigenschaften unter Zuhilfenahme physikalischer Modelle und numerischer Simulationen bestimmt. Die aktive Messzeit beschränkt sich dabei auf einige Millisekunden. Es besteht das Ziel, eine Patientenzahl von ca. 100 zu erreichen. Für die Gesamtdauer der Studie wird ein Zeitraum von 3 Jahren veranschlagt.

Prinzipielle Vorgehensweise bei der intrakraniellen Impedanzmessung während einer Tumoroperation. Auf dem Zugangsweg wird die Impedanz von gesunder grauer und weißer Substanz gemessen. Im Zielgebiet des Tumors wird ebenfalls eine Impedanzmessung durchgeführt.
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