Accuracy and Feasibility of Frameless Stereotactic and Robot-Assisted CT-Based Puncture in Interventional Radiology: a Comparative Phantom Study

Zusammenfassung

Ziel: Phantomstudie zur Genauigkeit von 3-D-navigierter und roboterassistierter Punktion anhand CT-Bilddaten mit den Schichtdicken 1, 3 und 5 mm. Materialien und Methoden: 300 Punktionen wurden mit der durch die Stealth Station TREONplus navigierten Atlas-Zielvorrichtung und 150 Punktionen mithilfe des Innomotion-Systems durchgeführt. Konische Zielmarker wurden mit Kirschner-Drähten punktiert. Der Euklidische Abstand zwischen Ziel und Drahtspitze sowie der Normalabstand des Zielpunkts vom Draht wurde in Kontroll-CTs gemessen. Ergebnisse: Das Navigationssystem ergab eine mittlere Euklidische Abweichung von 1,94 ± 0,912, 2,2 ± 1,136 und 2,74 ± 1,166 mm für die jeweilige Schichtdicke von 1, 3 und 5 mm. Als mittlerer Normalabstand ergab sich jeweils 1,64 ± 0,919, 1,84 ± 1,189 und 2,48 ± 1,196 mm. Das Roboter-assistierte System ergab eine mittlere Euklidische Abweichung von jeweils 1,69 ± 0,772, 1,91 ± 0,673 und 2,30 ± 0,881 mm, wohingegen der mittlere Normalabstand jeweils 1,42 ± 0,78, 1,60 ± 0,733 und 1,98 ± 1,002 mm war. Es konnte kein signifikanter Genauigkeitsunterschied sowohl zwischen 1 und 3 mm Schichtdicke als auch zwischen den Systemen festgestellt werden (p > 0,05). Bei 5 mm-Schichten ist das Innomotion-System überlegen, obwohl die Ungenauigkeit verglichen mit dünneren Schichten signifikant höher ist (p < 0,05). Der Zeitaufwand ist mit ˜30 min größer beim Innomotion-System als beim Navigationssystem (˜18 min), in der Anwendbarkeit ist das Navigationssystem überlegen. Schlussfolgerung: Die Systeme liefern vergleichbare Genauigkeiten. 3 mm-Schichten sind ausreichend. Die Anwendung am Patienten dürfte für beide Systeme sicher und verlässlich sein.

Abstract

Purpose: To compare the accuracy of frameless stereotactic and robot-assisted puncture in vitro based on computed tomography (CT) imaging with a slice thickness of 1, 3, and 5 mm. Materials and Methods: 300 punctures were carried out with help of the Atlas aiming device guided by the optical navigation system Stealth Station TREONplus and 150 punctures were guided by the robotic assistance system Innomotion. Conically shaped rods were punctured with Kirschner wires. The accuracy was evaluated on the basis of control CTs by measuring the Euclidean distance between the wire tip and target and the normal distance between the target and wire. Results: With the Stealth Station a mean Euclidean distance of 1.94 ± 0.912, 2.2 ± 1.136, and 2.74 ± 1.166 mm at a slice thickness of 1, 3 and 5 mm, respectively, was reached. The mean normal distance was 1.64 ± 0.919, 1.84 ± 1.189, and 2.48 ± 1.196 mm, respectively. The Innomotion system resulted in a mean Euclidean distance of 1.69 ± 0.772, 1.91 ± 0.673, and 2.30 ± 0.881 mm, respectively, while the mean normal distance was 1.42 ± 0.78), 1.60 ± 0.733, and 1.98 ± 1.002 mm, respectively. A statistical significance between accuracies with both systems with 1 mm and 3 mm slices could not be detected (p > 0.05). At a slice thickness of 5 mm, the robot was significantly more accurate, but not as accurate as when using thinner slices (p < 0.05). The procedure time is longer for the Innomotion system (˜30 vs. ˜18 min), and the practicability is higher with the Stealth Station. Conclusion: The systems yield comparable accuracy. A slice thickness of 3 mm is adequate. Application of both methods in patient treatment can be expected to be safe and reliable.

Key words

percutaneous - frameless stereotactic navigation - robot-assisted puncture - accuracy evaluation - phantom study

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