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Tiefe Blicke ins Hirn

3D-Aufnahmen und Künstliche Intelligenz bieten Medizinern am Dresdner Uniklinikum neue Chancen bei Diagnose und Therapie von Multipler Sklerose.

Von Steffen Klameth
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Vorher, nachher: Dr. Hagen Kitzler (links) erklärt Frank Borchard anhand von MRT-Aufnahmen, wie sich die Läsionen in seinem Gehirn innerhalb von neun Monaten verändert haben.
Vorher, nachher: Dr. Hagen Kitzler (links) erklärt Frank Borchard anhand von MRT-Aufnahmen, wie sich die Läsionen in seinem Gehirn innerhalb von neun Monaten verändert haben. © Ronald Bonß

Wenn Frank Borchard durch die Stadt spaziert, hat er stets einen Wanderstock dabei. Früher ist er damit auf 4000er in den Alpen gestiegen. Heute nennt er die Gehhilfe „mein Geländer“. Denn selbst auf ebenen Wegen kann er inzwischen schnell ins Straucheln kommen. Eine elektronische Orthese, versteckt unterm rechten Hosenbein, gibt bei jedem Schritt einen leichten Stromschlag ab – das Signal für den Fuß, dass er sich von der Erde lösen muss. Bei gesunden Menschen kommt der Impuls vom Hirn. Frank Borchard ist krank. Er hat Multiple Sklerose, kurz MS.

Der 60-Jährige teilt die Diagnose mit Millionen Menschen. Allein in Deutschland geht man von mindestens 200.000 Betroffenen aus. Die MS ist eine chronische Erkrankung, bei der das eigene Immunsystem Entzündungen im Zentralen Nervensystem auslöst und Zellen tötet. Die Patienten spüren die Auswirkungen auf ganz verschiedene Weise: Müdigkeit, Schmerzen, Sehstörungen, Probleme beim Wasserlassen. Oder, wie bei Frank Borchard, als Gehbehinderung.

„Wegen der sehr unterschiedlichen Symptome und Verlaufsformen wird die Multiple Sklerose auch als Krankheit mit den tausend Gesichtern bezeichnet“, sagt Professor Tjalf Ziemssen. Der Neurologe ist Gründer und Leiter des MS-Zentrums am Universitätsklinikum Dresden. Es gehört zu den größten seiner Art in Deutschland und betreut monatlich rund 1.000 Patienten. Niemand kann voraussagen, wen die Krankheit eines Tages trifft. Häufig bekämen die Menschen lange Zeit gar nichts von den Veränderungen in ihrem Kopf mit, sagt Ziemssen. „Aber je früher man Defizite erkennt, desto größer sind die Chancen, dass man einen schweren Verlauf verzögern oder gar stoppen kann.“ Eine Heilung gibt es bislang nicht.

Frank Borchard war in dieser Beziehung die meiste Zeit seines Lebens unverdächtig. Bis der passionierte Sportler bei einem Halbmarathon in Würzburg auf den letzten Kilometern die Kontrolle über seine Füße verlor. „Ich bin regelrecht ins Ziel gestolpert“, erinnert er sich an jeden Sonntag im Mai 2017. Nach verschiedenen Funktionstests tippten die Ärzte auf eine MS-Erkrankung. Eine Nervenwasserprobe und eine MRT-Untersuchung bestätigten schließlich den Verdacht.

Professor Tjalf Ziemssen ist Facharzt für Neurologie und Leiter des MS-Zentrums am Uniklinikum Dresden.
Professor Tjalf Ziemssen ist Facharzt für Neurologie und Leiter des MS-Zentrums am Uniklinikum Dresden. ©  Ronald Bonss

Klinische Untersuchungen liefern wichtige Hinweise auf körperliche Defizite. Das Krankheitsbild einer MS könnten sie aber gerade mal zu zehn Prozent erfassen, erklärt Ziemssen. Auch Veränderungen seien so schwer messbar. Ein erfahrener Arzt könne zwar feststellen, ob ein Patient schlechter läuft als beim letzten Mal. Aber: „Man weiß nicht, wie viel schlechter zum Beispiel die Kraft oder das Sehen geworden sind.“

Gerade diese Veränderungen sind für Neurologen aber wichtig, um die Betroffenen rechtzeitig und adäquat behandeln zu können. Hier kommen den Medizinern immer bessere Messsysteme zu Hilfe. Als Frank Borchard vor wenigen Tagen wieder zur Untersuchung im Dresdner Uniklinikum war, absolvierte er unter anderem eine Ganganalyse. Dabei wurde er mit Sensoren an Händen und Beinen ausgestattet und spazierte über einen ebenfalls mit Sensoren bestückten Teppich. „Diese Daten sind objektiv und gut vergleichbar“, sagt Ziemssen.

Man könnte annehmen, dass dieser Satz erst recht auch für die Bilder aus dem Magnetresonanztomografen gelten. Die Grauwert-Aufnahmen zeigen die Existenz und das Ausmaß der Schädigungen im Hirngewebe und im Rückenmark, die von Entzündungen ausgehen. Radiologen erkennen diese Läsionen anhand weißer Flecken. Mal größer, mal kleiner und immer wieder woanders. Das Problem: „Für das MRT gibt es keine Qualitätsstandards“, sagt Ziemssen. Ob ein Radiologe die Schnittbilder in drei oder fünf Millimeter dicken Schichten anfertige, sei ganz ihm selbst überlassen. In der Praxis gehe Schnelligkeit häufig vor Genauigkeit. Entsprechend groß sei die Gefahr, dass auch mal etwas übersehen werde. Vergleiche sind damit kaum möglich.

Dr. Hagen Kitzler ist Ärztlicher Leiter für den Bereich MRT-Forschung und selbst Radiologe. Am Dresdner Uniklinikum leitet er eine Forschungsgruppe, die sich mit der Entwicklung quantitativer MRT-Techniken für die MS und für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer beschäftigt. Er kennt noch die Zeit, als die Geräte lediglich reine Schnittbilder des Gehirns in jeweils einer Ausrichtung und hohen Abständen lieferten. Heute verfügt das Klinikum über fünf 3-Tesla-MRT, die dreidimensionale Aufnahmen ermöglichen: „Damit kann ich das Hirn in hoher Auflösung und jeglicher Schnittebene absuchen.“, sagt Kitzler.

An einem überdimensionalen Wandbildschirm zeigt er das Ergebnis. Mit Hilfe einer PC-Maus dreht und wendet er das Hirn, bis er eine Läsion erfasst hat. Noch ein kleines Stück weiter, und der Fleck ist wieder verschwunden. Noch ein Stück weiter, und an anderer Stelle taucht ein neuer, größerer Fleck auf. Die Augen des Fachmanns können sogar noch mehr Details erkennen: Veränderungen der Hirnrinde etwa, chronisch aktive Läsionen und Defekte, die auf eine Zerstörung der der Nervenzellfortsätze hindeuten. Heute weiß man, dass Schäden an diesen Axonen im frühen Stadium noch kompensiert werden können. Später führen sie direkt zu den Behinderungen, die typisch für MS-Patienten sind.

Wenn Professor Ziemssen seinen Patienten zum ersten Mal so ein MRT-Ergebnis zeigt, stellen sie die immer gleiche Frage: Kann man an den Schäden im Hirn erkennen, wo sich das auf den Körper auswirkt? Die Antwort des Arztes: Jein. Es sei bekannt, dass beispielsweise Entzündungen im Bereich des Sehnerves Sehunschärfen erzeugen können. Herde in Hirnstamm und Kleinhirn wiederum werden mit Schluck- und Sprechstörungen sowie Schwindel in Verbindung gebracht. Aber, betont Ziemssen: „Nicht jedes Areal im Hirn ist direkt einer bestimmten Körperfunktion zugeordnet.“ Übrigens: Auch Gedankenlesen funktioniere so nicht.

Für Neuroradiologen bieten die 3D-Aufnahmen aus den Tiefen des Gehirns dennoch einen bisher nicht gekannten Vorteil: Sie ermöglichen erstmals einen objektiven Vergleich – und damit sichere Aussagen zum Verlauf der Krankheit. Sind seit der letzten Untersuchung neue Schäden dazugekommen? Sind die Läsionen größer geworden – oder vielleicht verschwunden? Außerdem kann anhand des dreidimensionalen MRTs auch das Hirnvolumen bestimmt werden. „Normalerweise verlieren wir jedes Jahr maximal ein halbes Prozent an Hirnvolumen“, erklärt Kitzler. „Bei MS-Patienten kann es ein Prozent oder mehr sein“, ergänzt Ziemssen. Der größere Verlust deutet auf ein beschleunigtes Absterben von Hirngewebe hin.

Beim Vergleich alter und neuer MRTs vom selben Hirn kommt den Radiologen modernste Technik zu Hilfe. „Der Computer kann die Unterschiede viel schneller, viel präziser und permanent präzise erkennen“, sagt Kitzler. Binnen zehn Minuten liefert die Software die Auswertung – halbautomatisch, wie der Arzt betont. „Wir müssen immer schauen, ob die Hinweise auf Veränderungen echt sind.“. Das sei auch aus Sicherheitsgründen so gewollt. Selbst die beste Technik kann sich irren.

Zumal sie selbst noch Lernende ist. Die Software aus dem Hause Siemens Healthineers ist ein Prototyp; das Dresdner Uniklinikum gehört weltweit zu den ersten Einrichtungen, die sie im Rahmen einer internationalen Studie nutzen dürfen und den Entwicklern im Gegenzug bei der Weiterentwicklung helfen. Je mehr Daten zur Verfügung stehen, desto besser wird das System. In der Fachwelt hat sich dafür der Begriff Künstliche Intelligenz eingebürgert. Dr. Kitzler spricht lieber technisch korrekt von einem „mehrschichtigen tiefen Lernen der Maschine“.

Den Nutzen haben letztlich nicht nur die Wissenschaftler, sondern auch und vor allem Patienten wie Frank Borchard. Auf Grundlage der MRT-Bilder haben ihm die Mediziner um Tjalf Ziemssen ein Medikament empfohlen, das ins Immunsystem eingreift. Die Infusion sei jedenfalls „kein Schnupfenspray“, sagt Borchard. Es könne auch niemand vorhersagen, ob das Medikament hilft, seine Erkrankung aufzuhalten. Das wird er erst in einem halben Jahr wissen. Dann werden die Ärzte wieder in seinen Kopf schauen und auch mit Hilfe der MRT-Analyse sehen, ob sich dort etwas verändert hat.

Die Studie

  • Der Software-Prototyp „MS PATHS Image Evaluation“ (MSPie) ermöglicht erstmals standardisierte 3D-MRT-Aufnahmen für Diagnose- und Therapieentscheidungen.
  • Die Erprobung erfolgt im Rahmen einer Studie, an der neben dem Uniklinikum unter anderem die Johns Hopkins Universität und die Cleveland Klinik beteiligt sind.
  • Die Teilnahme steht prinzipiell allen Patienten offen, die am MS-Zentrum in Dresden behandelt werden.
  • Zurzeit werden weltweit etwa 17.000 Patienten im Rahmen der Studie versorgt, das Ziel sind 35.000 Patienten.