Prächirurgische Diagnostik

Manche Erkrankungen des Gehirns können es notwendig machen, die betroffenen Hirnteile chirurgisch zu entfernen. Beispiele für solche Fälle sind medikamentös nicht hinreichend behandelbare Epilepsien oder Hirntumore.

Um das erkrankte Hirngewebe präzise zu lokalisieren und gesunde, für wichtige Funktionen verantwortliche Hirnbereiche zu schützen, muss das Gehirn zuvor „kartiert“ werden. Ziel dieser Kartierung ist es, Ort und Ausdehnung der unterschiedlichen Hirnareale sowie des erkrankten Gewebes möglichst genau zu bestimmen.

Das Potential der Neurotechnologie

Implantierte Tiefenelektroden ebenso wie gitterartige Folien-Elektroden (auch Grid- und Streifen-Elektroden genannt) stellen die präziseste Möglichkeit dar, das Gehirn zu kartieren. Tiefenelektroden messen dabei die Hirnaktivität in tieferen Hirnregionen. Grid- und Streifen-Elektroden liegen auf der Oberfläche des Gehirngewebes auf und ermöglichen eine gebündelte Kommunikation mit den lokal vorhanden Gruppen von Nervenzellen.

Weil sie in direktem Kontakt mit dem Hirngewebe stehen, können beide Elektroden-Varianten die elektrischen Signale des Gehirns mit einer besseren Auflösung erfassen als externe Elektroden, die etwa beim Elektroenzephalogramm (EEG) zum Einsatz kommen (Enatsu & Mikuni, 2016).

Um eine hinreichende Diagnose zu gewährleisten, werden die Elektroden über einen Zeitraum von einigen Tagen bis Wochen implantiert. Während dieser Zeit werden über die Elektroden elektrophysiologische Signale aufgenommen, bei Bedarf wird auch elektrisch stimuliert. In verschiedenen Fällen, so z.B. bei der Entfernung von Hirntumoren, ist der Einsatz der Elektroden zumeist auf die Dauer der Operation begrenzt, währen der das erkrankte Hirngewebe entfernt wird.

Stand der Forschung und Technik

Bereits seit mehreren Jahrzehnten werden sowohl Grid- und Streifen-Elektroden wie auch Tiefenelektroden erfolgreich für das Kartieren des Gehirns in der prä-chirurgischen Diagnostik eingesetzt. Neuere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Elektroden in einer höheren Kontaktdichte, noch präzisere Diagnose-Ergebnisse erzielen könnten (Hermiz et al., 2018; Wang et al., 2017).

Die bisher in der klinischen Praxis genutzten Grid- und Streifen-Elektroden werden in der Regel noch zu großen Teilen in manueller Fertigung hergestellt. In hohen Kontaktdichten führt dies zu sehr harten und steifen Produkten.

Lösungen auf Basis von CorTec-Technologie

Die °AirRay Cortical Electrode umfasst ein Set an Grid- und Streifen-Elektroden für die prä-chirurgische Diagnostik. Sie werden in einem patentierten lasergestützten Verfahren hergestellt und sind mit ihren Produkt-Eigenschaften ideal für die Kartographie des Gehirns:

  • Die Elektroden sind dünn und weich, weshalb sie sich flexibel an die gekrümmte Hirnoberfläche anpassen.
  • Eine spezielle Verzahnung des Materials verhindert ein Herauslösen der Kontakte aus dem Grid. Die Elektroden können somit ein erhöhtes Maß an Patienten-Sicherheit bieten.

Die Zulassung der °AirRay Cortical Electrode für den klinischen Gebrauch bei der FDA ist in Vorbereitung. In Einzelfällen wurde die Elektroden-Technologie  bereits erfolgreich für patientenindividuelle Sonderanfertigungen in der prächirurgischen Diagnostik eingesetzt.

Die spezielle Herstellungstechnik von CorTec ermöglicht prinzipiell hohe Kontaktdichten, ohne die Elektroden sehr hart und steif zu machen. Der Zulassungsantrag der °AirRay Cortical Electrode beinhaltet derartige Designs allerdings aktuell nicht.

Weiterführende Links und Literatur

Fachliteratur

 

Invasive Evaluations for Epilepsy Surgery: A Review of the Literature.

Enatsu R, Mikuni N.

Neurol Med Chir (Tokyo). 2016 May 15;56(5):221-7. doi: 10.2176/nmc.ra.2015-0319. Epub 2016 Mar 4. Review.

 

Sub-millimeter ECoG pitch in human enables higher fidelity cognitive neural state estimation.

Hermiz J, Rogers N, Kaestner E, Ganji M, Cleary DR, Carter BS, Barba D, Dayeh SA, Halgren E, Gilja V.

Neuroimage. 2018 Aug 1;176:454-464. doi: 10.1016/j.neuroimage.2018.04.027. Epub 2018 Apr 18.

 

Mapping the fine structure of cortical activity with different micro-ECoG electrode array geometries.

Wang X, Gkogkidis CA, Iljina O, Fiederer LDJ, Henle C, Mader I, Kaminsky J, Stieglitz T, Gierthmuehlen M, Ball T.

J Neural Eng. 2017 Oct;14(5):056004. doi: 10.1088/1741-2552/aa785e. Epub 2017 Jun 9.