{{{sourceTextContent.title}}}

Präzisionsnavigation für die nicht-invasive Zielführung im tiefen Gehirn

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Die Ruitong-Stereokamera eröffnet neue Möglichkeiten für fokussierten Ultraschall

{{{sourceTextContent.description}}}

Herkömmliche nicht-invasive Techniken zur Hirnstimulation stoßen seit langem an zwei wesentliche Grenzen: geringe räumliche Auflösung und unzureichende Eindringtiefe. Der transkranielle fokussierte Ultraschall (tFUS) bietet hier eine vielversprechende neue Lösung.

Durch die Abgabe von fokussiertem Ultraschall geringer Intensität durch den Schädel ermöglicht tFUS die nichtinvasive gezielte Beeinflussung tiefer Hirnstrukturen und überwindet damit die begrenzte Eindringtiefe und die mangelnde Fokussiergenauigkeit herkömmlicher Stimulationsmethoden. Es kann sowohl neuronale Aktivität anregen als auch hemmen und tiefe Regionen wie den Hippocampus und den Thalamus erreichen. Es wird angenommen, dass seine neuromodulatorischen Effekte mit der Aktivierung mechanosensitiver Ionenkanäle in neuronalen Membranen zusammenhängen, was eine punktgenaue Zielerfassung im Millimeterbereich ermöglicht.

Ein navigiertes transkranielles Ultraschallstimulationssystem besteht aus zwei Hauptmodulen: einem Ultraschallstimulationsmodul und einem Navigationsmodul. Innerhalb des Navigationsmoduls fungiert die optische Stereo-Tracking-Kamera als „Zentrum für räumliche Wahrnehmung“ des Systems. Durch optisches Tracking mit hoher Bildrate und hoher Präzision liefert sie die genaue räumliche Positionierung, die für eine millimetergenaue Zielerfassung erforderlich ist.

01 Das Ziel klar im Blick: Navigation für nicht-invasiven fokussierten Ultraschall

Die Verbesserung der Genauigkeit eines navigierten transkraniellen fokussierten Ultraschallsystems hängt von der Fähigkeit des Systems ab, die räumliche Position und Ausrichtung sowohl des Ultraschallwandlers als auch des Patientenkopfes in Echtzeit zu erfassen – und Bewegungen dynamisch auszugleichen.

Die von ARIEMEDI eigenständig entwickelte optische Tracking-Kamera „Ruitong PRO“ bietet eine RMS-Positionierungsgenauigkeit von 0,12 mm sowie ein weites Sichtfeld und eine hohe Bildrate. Sie vereint präzise Positionierung, Echtzeit-Tracking, 3D-Rekonstruktion und dynamische Bewegungskompensation in einem einzigen System.

Die Kamera verfolgt kontinuierlich die am Ultraschallwandler angebrachten optischen Marker und berechnet dessen Position und Ausrichtung in sechs Freiheitsgraden in Echtzeit. Mit einem einzigen Klick kann sie Millionen von Datenpunkten einer Punktwolke erfassen, um das aus der MRT abgeleitete anatomische Modell mit der physischen Position des Patienten abzugleichen.

Zudem kann sie Kopfbewegungen und Atembewegungen nahezu sofort erkennen, ein mechanisches Kompensationssystem in Echtzeit mit Positionsdaten versorgen und so dazu beitragen, das Risiko zu verringern, dass der Ultraschallfokus vom beabsichtigten Ziel abweicht.

02 Präzise, in Echtzeit und effizient: Die wichtigsten Vorteile des optischen Tracking-Systems von Ruitong für die fokussierte Ultraschallnavigation
Präzise und nicht-invasive Zielerfassung

Ein Navigationssystem für fokussierten Ultraschall kann MRT-Daten integrieren, um ein patientenspezifisches 3D-Modell des Gehirns zu erstellen. Das optische Tracking-System von Ruitong überwacht die 3D-Koordinaten des Ultraschallwandlers mit einer Genauigkeit im Submillimeterbereich und bestimmt präzise dessen Position und Ausrichtung relativ zum Kopf des Patienten.

Dies trägt dazu bei, dass der Ultraschallfokus die beabsichtigte Hirnregion erreicht und gleichzeitig die Bestrahlung von Nicht-Zielbereichen reduziert wird. Eine solche Präzision ist besonders wichtig bei der Zielerfassung tiefer Hirnkerne oder anatomisch variabler Läsionen, die mit Erkrankungen wie Epilepsie und Bewusstseinsstörungen assoziiert sind.

Echtzeit-Zielerfassung

Das optische Navigationssystem von Ruitong kann den Verlauf des Ultraschallstrahls und die Zielposition visualisieren und unterstützt so das Bedienpersonal dabei, den Brennpunkt auf die beabsichtigte Hirnregion auszurichten und die Auswirkungen von Nebenkeulen sowie eine unbeabsichtigte Bestrahlung zu minimieren.

Selbst wenn der Ultraschallwandler über einen relativ großen Bereich bewegt wird, verfolgt das System kontinuierlich seine optischen Marker und gleicht Positionsabweichungen in Echtzeit aus, wodurch eine stabile und kontinuierliche Stimulation gewährleistet wird.

Höhere Effizienz im Arbeitsablauf

Die herkömmliche manuelle Registrierung von Orientierungspunkten und der Abgleich mit standardisierten Kopfmodellen können zeitaufwendig sein und anatomische Unterschiede zwischen den Patienten möglicherweise nicht ausreichend berücksichtigen.

Durch die Integration von optischer Verfolgung und 3D-Rekonstruktion kann die Ruitong-Stereokamera den Ultraschallwandler, den Kopf des Patienten und das medizinische Bildgebungsmodell innerhalb von Sekunden schnell registrieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Arbeitsabläufen kann dies die Vorbereitungszeit erheblich verkürzen, wiederholte Positionierungsversuche minimieren und den Komfort für den Patienten verbessern – insbesondere für Kinder, ältere Erwachsene und Patienten mit Bewegungsstörungen.

03 Von der präzisen Positionierung zum präzisen Eingriff: Anwendungen und Zukunftspotenzial

Dank der stabilen räumlichen Referenz, die die Ruitong-Kamera liefert, zeigen navigierte transkranielle Ultraschallsysteme in einem wachsenden Spektrum klinischer Forschungsbereiche vielversprechende Ergebnisse:

Alzheimer-Krankheit: gezielte Stimulation des Hippocampus und des Default-Mode-Netzwerks zur Untersuchung möglicher Verbesserungen der kognitiven Funktionen.
Epilepsie: gezielte Stimulation des Thalamus oder der Regionen um einen epileptischen Herd herum, um eine mögliche Verringerung der Anfallshäufigkeit zu untersuchen.
Bewusstseinsstörungen: Stimulation des Thalamus oder des retikulären Aktivierungssystems im Hirnstamm zur Unterstützung der Forschung zur Wiederherstellung des Bewusstseins.
Psychiatrische Erkrankungen: Modulation des präfrontalen Kortex oder des limbischen Systems; erste Studien berichten von vielversprechenden Ergebnissen bei Depressionen und Angstzuständen.

Die durch Stereosicht ermöglichte Positionierungsgenauigkeit und der reibungslose Arbeitsablauf können mehr als nur eine einzelne Behandlungssitzung verbessern. Sie bieten zudem eine reproduzierbare räumliche Referenz für wiederholte Behandlungen, die multimodale Datenerfassung und die Entwicklung individueller Behandlungsprotokolle.

Die navigierte transkranielle Ultraschallstimulation kombiniert die nicht-invasiven Vorteile des fokussierten Ultraschalls niedriger Intensität mit der millimetergenauen Präzision der bildgesteuerten Navigation.

Das Herzstück dieser Integration ist die optische Stereo-Tracking-Kamera von Ruitong – das „Präzisionsauge“ des Systems. Durch die Bereitstellung genauer, zuverlässiger und in Echtzeit erfasster 3D-Raumdaten unterstützt sie den Übergang der Navigation bei der fokussierten Ultraschallbehandlung im Tiefenhirn von einer ungefähren Positionierung hin zu präzisen, zielgerichteten Eingriffen.