Zur intraoperativen Resektionskontrolle ist der B-Mode Ultraschall (US) trotz breiter Verfügbarkeit und einfacher Anwendung aktuell auf Grund mangelnder Differenzierung von Tumor, Tumorgrenzen, Tumorödem und Tumorresten nur teilweise geeignet. Eine Lösung für dieses Problem könnte die Anwendung von Ultraschallkontrastmittel zur Tumordarstellung und Resektionskontrolle sein. Hierzu wurde bei 15 Patienten ein intraoperativer Ultraschall, jeweils vor und nach Kontrastmittelgabe durchgeführt. Die Aufnahme erfolgte nach Einbindung in die Neuronavigation (LOCALITE®) mit einer Linear-, bzw. Sektorsonde und anschließender 3D Rekonstruktion des Ultraschalldatensatzes. Nach Segmentierung der Tumore im präoperativen MRT, im 3D US mit und ohne KM wurden die Daten ausgewertet. Hierzu erfolgte der Vergleich der Tumorvolumina. Es zeigte sich im Vergleich zum MRT ein tendenziell höherer Overlapping Index (Dice Similarity Index) bei kontrastverstärktem Ultraschall ohne statistische Signifikanz.
Vor Resektion des Hirntumors wurden transdurale Ultraschalldatensätze sowohl ohne als auch mit Kontrastmittelapplikation akquiriert. Von dem Ultraschallkontrastmittel SonoVue wurden sowohl vor als auch nach Resektion 2,4 ml intravenös über eine Applikationspumpe (VueJect von Bracco Imaging) appliziert. Dabei handelt es sich um Mikrobläschen (Durchmesser 1µm), welche mit einem echogenen Gas (Schwefelhexafluorid) gefüllt sind.
Durch Übertragung der Ultraschall- und zugehörigen Trackingdaten konnte im Navigationssystem eine Rekonstruktion der Ultraschalldaten erfolgen, bei welcher die entsprechenden Videobilder in die korrespondierende Voxelebene des Volumens abgebildet wurden. Bei Auftreten von Mehrfachinformationen für ein Voxel erfolgte eine Mittelung. In Abbildung 1 sind präoperativer MRT Datensatz und überlagert der rekonstruierte Ultraschalldatensatz zu sehen. Postoperativ wurden die Tumore im MRT, im US-3D Datensatz ohne KM und im US-3D Datensatz mit KM mit der Software ITK-SNAP segmentiert. Die Extrahierung des Tumors im MRT konnte mit halb-automatischen Verfahren durchgeführt werden („deformable model“) [6]. Ein Seed-Point wird im Zentrum des Tumors initialisiert und verformt sich so, dass die segmentierte Region alle Voxel mit ähnlichen Graustufen enthält. Bei schlecht abgrenzbarer Echogenität im 3D-US wurde manuell segmentiert. Über die im Navigationssystem gespeicherten Transformationsmatrizen konnten sowohl MRT als auch 3D Ultraschalldatensatz in das Referenzkoordinatensystem transformiert und somit überlagert werden. Wenn die Tumoren schlecht überlagert waren durch, z.B. durch aufgetretenen Brainshift, wurden mit Hilfe eines ITK-basierten Programms die beste Translation berechnet und angewendet. Die Visualisierung wurde mit der Open Source Software MITK (Medical Imaging Interaction Toolkit) durchgeführt.
Die Datenanalyse wurde mit VALMET realisiert. Hier wurden die einzelnen Tumorvolumina dargestellt und Vergleichparametern berechnet. Als markante Parameter dienen der Overlapping- Index (Dice similarity Index) und die Hausdorff - Distanz als maximale Abweichung innerhalb der Tumorvolumina.
Abb 1: In das präoperative MRT integrierter Datensatz 3D Ultraschall mit Kontrastmittel 3
Alle Tumore zeigten während der Untersuchung eine deutliche Kontrastmittelaufnahme. Das verwandte Kontrastmittel zeigte keine ungewünschte pharmakologische Wirkung (allergische Reaktion etc.).
Der Fehler in der Neuronavigation, welcher durch die Patientenregistrierung bedingt war, beschränkte sich in allen Fällen auf < 1,5 mm. Beim Vergleich der Tumorvolumina zeigte sich jeweils im Vergleich zum präoperativen 3D MRT ein höherer Overlapping - Index sowie eine geringere Hausdorff - Distanz bei den kontrastmittelverstärkten Ultraschallaufnahmen (Tab 1). Die tendenziellen Unterschiede ergeben im T-Test mit p < 0.5 kein signifikanten Ergebnis. MRT/ cUS MRT/ US
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Ziel der vorliegenden Untersuchung war die Evaluierung der Aussagekraft des 3D rekonstruierten kontrastmittel verstärkten intraoperativen Ultraschalls im Rahmen der mikrochirurgischen Entfernung des Tumors. Die vorliegenden Daten belegen in einer ersten Pilotstudie, dass die Informationen aus dem Ultraschallbild mit Kontrastmittel dem BMode Bild in einzelnen Parametern überlegen sind. Inwieweit bei den verschiedenen Hirntumoren eine bessere Darstellung von Tumorresten versus Resektionsrand möglich ist, müssen weitere Untersuchungen zeigen. Die 3D Rekonstruktion ermöglicht neben der verbesserten Orientierung auch eine Vergleichbarkeit mit prä- und postoperativem MRT als Goldstandard. Die bisherigen Ergebnisse stimmen optimistisch, dass in der Zukunft der 3D-Ultraschall mit Kontrastmittel eine echte intraoperative Alternative bietet. 5