Genauigkeitsevaluierung der Volumennavigation von Sonografie und Computertomografie anhand eines Phantoms

Zusammenfassung

Gegenstand und Ziel Gewebeveränderungen lassen sich bei Überlagerungen durch Gas im Magen-Darm-Trakt oder die Rippenbegrenzung sonografisch nicht darstellen, sind dagegen in der CT gut darstellbar. Die Verknüpfung von Sonografie und CT kann eine verbesserte Aussagekraft im Vergleich zur alleinigen Sonografie schaffen und als Volumennavigation im registrierten Datensatz als Hilfsmittel eingesetzt werden. Zur Diagnosesicherung eines verdächtigen Herdes ist eine Gewebeprobe nötig, die unter sonografischer Kontrolle entnommen werden kann. Auch hier lässt sich die ortskorrekte Fusion CT/Sonografie nutzen, um durch Ausschaltung von Überlagerungen im sonografischen Bild – eine Limitation der Sonografie – Herde besser darzustellen. Ob die Fusion CT/Sonografie exakt ist und welches Registrierungsprotokoll die höchste Genauigkeit aufweist, wurde in der vorliegenden Studie untersucht.

Material und Methoden Von 16 hergestellten Modellen (10 Modelle mit Erbsen [Low-Contrast-Modell], 6 Modelle mit Holzkugeln [High-Contrast-Modell] als Rundstrukturen) wurden CT-Datensätze erstellt, anhand von 3 Protokollen der Volumennavigation fusioniert und sonografisch untersucht. Die Abweichung der Probekörper wurde gemessen.

Ergebnisse Es erfolgten 1026 Messungen der Modelle mit Erbsen und 648 Messungen der Modelle mit Holzkugeln. Bei 9,9 % (102/1026) bzw. 9,9 % (64/648) der Modelle konnte eine 100 %ige Registrierungsgenauigkeit bestimmt werden. Bei 85,4 % (876/1026) bzw. 94,1 % (610/648) lag die Abweichung der Strukturen < 5 mm und bei 98,1 % (1006/1026) bzw. 99,4 % (644/648) < 10 mm. Das Registrierungsprotokoll, bei dem alle gesetzten Referenzpunkte für die Erstellung der ortskorrekten Fusion zwischen Ultraschall- und CT-Datensatz genutzt wurden, zeigte die genauesten Fusionsergebnisse.

Schlussfolgerung Die Registrierungsprotokolle der volumennavigierten Sonografie weisen eine für Biopsien ausreichend hohe Genauigkeit bei der Fusion identischer Lokalisationen auf und stellen die Grundlage für eine verbesserte volumennavigierte Biopsie dar.

Abstract

Background and objective In case of superimpositions of gas in the gastrointestinal tract or the ribs, tissue changes well detectable on computed tomography (CT) cannot be identified sonographically in a number of cases. Combining ultrasonography and CT provides enhanced information compared to sole sonography and volume navigation may be used as an effective tool. Tissue samples easily and safely obtained under sonographic guidance are often necessary to confirm the diagnosis of a suspicious focus. In these cases, the spatial fusion of CT and sonography may also be employed for improved visualization of foci by eliminating superimposition of sonographic images which is a limitation of ultrasound. This study investigated the potential benefit and improved informative value of the fusion of CT and sonography in case of superimpositions and aimed at determining the registration method with the best accuracy.

Materials and methods Sixteen models (10 models with peas [low contrast], 6 models with wooden spheres [high contrast] as round structures) were created. These models were examined by computed tomography and fused using 3 volume navigation protocols. Subsequently, volume-guided sonography was performed. The deviation of the specimens was measured.

Results In total, 1026 measurements of the pea models and 648 measurements of the wooden sphere models were carried out. A fusion accuracy of 100 % was observed in 9.9 % (102/1026) resp. 9.9 % (64/648) of the models. In 85.4 % (876/1026) resp. 94.1 % (610/648) the deviation was < 5 mm and in 98.1 % (1006/1026) resp. 99.4 % (644/648) it was < 10 mm. The registration protocol in which all reference points were used for spatial fusion proved to be the most accurate

Conclusion The registration protocols for volume-guided ultrasound have sufficient biopsy accuracy to merge identical sites and provide the basis for improved volume-navigated biopsy sampling.

Schlüsselwörter

Bildfusionierung - Navigation - Modell - CT - Ultraschall

Key words

Image fusion - navigation - model - CT - ultrasound

• Literatur

• 1 Antoch G, Kanja J, Bauer S. et al. Comparison of PET, CT, and dual-modality PET/CT imaging for monitoring of imatinib (STI571) therapy in patients with gastrointestinal stromal tumors. J Nucl Med 2004; 45 (03) 357-365
• 2 Burgmans MC, den Harder JM, Meershoek P. et al. Phantom study investigating the accuracy of manual and automatic image fusion with the GE Logiq E9: implications for use in percutaneous liver intervention. Cardiovasc Intervent Radiol 2017; 40 (06) 914-923
• 3 Dietrich CF, Ignee A, Höpfner M. Volumennavigation. In: Dietrich CF, Nürnberg D. Hrsg. Interventioneller Ultraschall: Lehrbuch und Atlas für die Interventionelle Sonographie. Stuttgart: Thieme; 2011: 549-564
• 4 Du Plessis WM. Allgemeines Abdomen: Untersuchung. In: Du Plessis WM. Hrsg. Sono-Grundkurs für Tiermediziner: Ultraschalldiagnostik bei Hund und Katze – verstehen, erkennen, interpretieren. Stuttgart: Schattauer; 2014: 25-31
• 5 Ewertsen C, Hansen KL, Henriksen BM. et al. Improving accuracy for image fusion in abdominal ultrasonography. Diagnostics 2012; 2: 34-41
• 6 Ewertsen C, Henriksen BM, Torp-Pedersen S. et al. Characterization by biopsy or CEUS of liver lesions guided by image fusion between ultrasonography and CT, PET/CT or MRI. Ultraschall Med 2011; 32 (02) 191-197
• 7 Förster GJ, Laumann C, Nickel O. et al. SPET/CT image co-registration in the abdomen with a simple and cost-effective tool. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2003; 30 (01) 32-39
• 8 GE Healthcare. Kurzbedienungsanleitung Volume Navigation. LOGIQ E9, SW 1.0.4. 2009: 1-7
• 9 Gervais DA, McGovern FJ, Arellano RS. et al. Renal cell carcinoma: clinical experience and technical success with radio-frequency ablation of 42 tumors. Radiology 2003; 226 (02) 417-424
• 10 Giesel FL, Mehndiratta A, Locklin J. et al. Image fusion using CT, MRI and PET for treatment planning, navigation and follow up in percutaneous RFA. Exp Oncol 2009; 31 (02) 106-114
• 11 Goerres GW, Burger C, Schwitter MR. et al. PET/CT of the abdomen: optimizing the patient breathing pattern. Eur Radiol 2003; 13: 734-739
• 12 Goetz MP, Callstrom MR, Charboneau JW. et al. Percutaneous image-guided radiofrequency ablation of painful metastases involving bone: a multicenter study. J Clin Oncol 2004; 22 (02) 300-306
• 13 Hedrick WR, Hykes DL, Starchmann DE. Basic ultrasound physics. In: Hedrick WR, Hykes DL, Starchmann DE. eds. Ultrasound Physics and Instrumentation. 4th ed.. St. Louis, Missouri: Mosby; 2005: 1-22
• 14 Holm HH. Interventional ultrasound in Europe. Ultrasound Med Biol 1998; 24 (06) 779-791
• 15 Howard MH, Nelson RC, Paulson EK. et al. An electronic device for needle placement during sonographically guided percutaneous intervention. Radiology 2001; 218: 905-911
• 16 Jung EM, Friedrich C, Hoffstetter P. et al. Volume navigation with contrast enhanced ultrasound and image fusion for percutaneous interventions: first results. PLoS One 2012; 7 (03) e33956
• 17 Kettenbach J, Kronreif G, Figl M. et al. Robot-assisted biopsy using ultrasound guidance: initial results from in vitro tests. Eur Radiol 2005; 15 (04) 765-771
• 18 Marks L, Young S, Natarajan S. MRI-ultrasound fusion for guidance of targeted prostate biopsy. Curr Opin Urol 2013; 23 (01) 43-50
• 19 Mauri G, Cova L, De Beni S. et al. Real-time US-CT/MRI image fusion for guidance of thermal ablation of liver tumors undetectable with US: results in 295 cases. Cardiovasc Intervent Radiol 2015; 38 (01) 143-151
• 20 Mende U, Krempien R, Hassfeld S. et al. 3D-ultrasound: a valuable adjunct for therapy planning and follow-up of head and neck tumours. Ultraschall Med 2002; 23 (02) 101-107
• 21 Middleton WD, Hiskes SK, Teefey SA. et al. Small (1.5 cm or less) liver metastases: US-guided biopsy. Radiology 1997; 205 (03) 729-732
• 22 Minami Y, Chung H, Kudo M. et al. Radiofrequency ablation of hepatocellular carcinoma: value of virtual CT sonography with magnetic navigation. Am J Roentgenol 2008; 190 (06) W335-341
• 23 Mohr A, Jung EM, Stroszczynski C. et al. New economic training model for installing ultrasound-guided drainages. Z Gastroenterol 2014; 52 (11) 1257-1262
• 24 Nahles G. Evaluation der navigierten Ultraschall-Biopsie mit NaviBiopsy im Vergleich zur mechanisch geführten und zur Freihand-Biopsie am Biopsie-Phantom [Dissertation med. dent.]. Berlin: Freie Universität Berlin; 2007
• 25 Olschewski S. Entwicklung von Phantomen für die interventionelle Sonographie zum Erlernen von Punktions-, Biopsie- bzw. Drainagetechniken [Dissertation med.]. Regensburg: Universität Regensburg; 2016
• 26 Sorbi D, Vazquez-Sequeiros E, Wiersema MJ. A simple phantom for learning EUS-guided FNA. Gastrointest Endosc 2003; 57 (04) 580-583
• 27 Stattaus J, Kuehl H, Ladd S. et al. CT-guided biopsy of small liver lesions: visibility, artifacts, and corresponding diagnostic accuracy. Cardiovasc Intervent Radiol 2007; 30 (05) 928-935
• 28 Thanos L, Mylona S, Pomoni M. et al. Primary lung cancer: treatment with radio-frequency thermal ablation. Eur Radiol 2004; 14: 897-901
• 29 Wood BJ, Ramkaransingh JR, Fojo T. et al. Percutaneous tumor ablation with radiofrequency. Cancer 2002; 94 (02) 443-451
• 30 Xu S, Kruecker J, Turkbey B. et al. Real-time MRI-TRUS fusion for guidance of targeted prostate biopsies. Comput Aided Surg 2008; 13 (05) 255-264
• 31 Yu SC, Liew CT, Lau WY. et al. US-guided percutaneous biopsy of small (< or = 1-cm) hepatic lesions. Radiology 2001; 218 (01) 195-199