Akzeptanz und Anwendbarkeit eines Augmented Reality basierten Navigationssystems mit optischem Tracking für perkutane Eingriffe in der Interventionellen Radiologie – eine simulationsbasierte Phantomstudie

Zusammenfassung

Ziel

Augmented Reality (AR) projiziert bei Eingriffen zusätzliche Informationen ins Sichtfeld des Anwenders. Ziel war es, die Akzeptanz und klinische Anwendbarkeit eines AR-Systems zu evaluieren sowie Anwender verschiedener Erfahrungsstufen zu vergleichen. Untersucht wurde ein System, das ein CT-erzeugtes 3D-Modell eines Phantoms mithilfe einer HoloLens 2 ins Sichtfeld projiziert, wobei die getrackte Nadel angezeigt und live navigiert wird. Ein projiziertes Ultraschallbild dient zur Live-Kontrolle der Nadelpositionierung. Dadurch soll Strahlenexposition minimiert und Orientierung verbessert werden.

Material und Methoden

Die Akzeptanz und Anwendbarkeit des AR-Navigationssystems wurde von 10 Ärzten und Medizinstudenten mit unterschiedlichem Erfahrungsstand evaluiert, indem sie Punktionen mit dem System in einem Phantom durchführten. Anschließend wurde die benötigte Zeit verglichen und ein Fragebogen zur Bewertung der klinischen Anwendbarkeit und Akzeptanz ausgefüllt. Zur statistischen Auswertung wurden Häufigkeiten für qualitative Merkmale, Lage- und Streuungsmaße für quantitative Merkmale sowie die Spearman-Rangkorrelationen für Zusammenhänge berechnet.

Ergebnisse

9 von 10 Probanden trafen alle 5 Zielregionen im ersten Versuch und benötigten durchschnittlich 29:39 Minuten für alle Punktionen. Es bestand ein signifikanter Zusammenhang zwischen Vorerfahrung in interventioneller Radiologie, Berufsjahren und der benötigten Zeit. Insgesamt variierte die Zeit von durchschnittlich 43:00 min. bei Medizinstudenten bis 15:00 min. bei Chefärzten. Alle Probanden zeigten hohe Akzeptanz des Systems und bewerteten besonders die potenzielle klinische Anwendbarkeit, die Vereinfachung der Punktion und die Bildqualität positiv. Die Mehrheit benötigt jedoch weiteres Training für ausreichende Sicherheit in der Anwendung.

Schlussfolgerung

Das System bietet deutliche Vorteile bei Navigation und Orientierung, erleichtert während der Ausbildung perkutane Eingriffe und ermöglicht beruflich erfahrenen Ärzten kurze Eingriffszeiten. Darüber hinaus verbessert das System die Ergonomie während des Eingriffs, indem wichtige Informationen immer direkt im Sichtfeld verfügbar sind, und hat das Potenzial, insbesondere die Strahlenexposition des Personals durch Kombination von AR und Sonografie und damit verbundener Verkürzung von CT-Fluoroskopiezeiten zu reduzieren.

Kernaussagen

• AR-Navigation bietet Vorteile für die Orientierung bei perkutanen radiologischen Interventionen.

• Die Probanden möchten das AR-System im klinischen Alltag am Patienten verwenden.

• AR verbessert die Ergonomie, indem wichtige Informationen direkt im Sichtfeld verfügbar sind.

• Kombination von AR und Sonografie kann die Strahlenexposition des Personals deutlich reduzieren.

Zitierweise

• Rohmer K, Becker M, Georgiades M et al. Acceptance and feasibility of an augmented reality-based navigation system with optical tracking for percutaneous procedures in interventional radiology - a simulation-based phantom study. Fortschr Röntgenstr 2024; DOI 10.1055/a-2416-1080

Publikationsverlauf

Eingereicht: 08. April 2024

Angenommen nach Revision: 05. September 2024

Artikel online veröffentlicht:
04. Oktober 2024

• References

• 1 Moosburner S, Remde C, Tang P. et al. Real world usability analysis of two augmented reality headsets in visceral surgery. Artificial Organs 2019; 43: 694-698 DOI: 10.1111/aor.13396. (PMID: 30485464)
• 2 Elmi-Terander A, Nachabe R, Skulason H. et al. Feasibility and Accuracy of Thoracolumbar Minimally Invasive Pedicle Screw Placement With Augmented Reality Navigation Technology. Spine (Phila Pa 1976) 2018; 43: 1018-1023
• 3 Scherl C, Stratemeier J, Rotter N. et al. Augmented Reality with HoloLens in Parotid Tumor Surgery: A Prospective Feasibility Study. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec 2021; 83: 439-448
• 4 Al Janabi HF, Aydin A, Palaneer S. et al. Effectiveness of the HoloLens mixed-reality headset in minimally invasive surgery: a simulation-based feasibility study. Surg Endosc 2020; 34: 1143-1149 DOI: 10.1007/s00464-019-06862-3. (PMID: 31214807)
• 5 Jiang T, Yu D, Wang Y. et al. HoloLens-Based Vascular Localization System: Precision Evaluation Study With a Three-Dimensional Printed Model. J Med Internet Res 2020; 22: e16852
• 6 Okachi S, Matsui T, Sakurai M. et al. Real-time ultrasound-guided thoracentesis simulation using an optical see-through head-mounted display: a proof-of-concept study. J Ultrason 2024; 24: 20240012
• 7 Wauben LSGL, van Veelen MA, Gossot D. et al. Application of ergonomic guidelines during minimally invasive surgery: a questionnaire survey of 284 surgeons. Surg Endosc 2006; 20: 1268-1274
• 8 El Shallaly G, Cuschieri A. Optimum view distance for laparoscopic surgery. Surg Endosc 2006; 20: 1879-1882 DOI: 10.1007/s00464-005-0162-1. (PMID: 17031749)
• 9 HoloLens 2—Overview, Features, and Specs | Microsoft HoloLens. o. J..
• 10 Park BJ, Hunt SJ, Nadolski GJ. et al. Augmented reality improves procedural efficiency and reduces radiation dose for CT-guided lesion targeting: a phantom study using HoloLens 2. Sci Rep 2020; 10: 18620 DOI: 10.1038/s41598-020-75676-4. (PMID: 33122766)
• 11 Solbiati M, Passera KM, Rotilio A. et al. Augmented reality for interventional oncology: proof-of-concept study of a novel high-end guidance system platform. Eur Radiol Exp 2018; 2: 18 DOI: 10.1186/s41747-018-0054-5. (PMID: 30148251)
• 12 Bettati P, Chalian M, Huang J. et al. Augmented Reality-Assisted Biopsy of Soft Tissue Lesions. Proc SPIE Int Soc Opt Eng 2020; 11315: 113150W DOI: 10.1117/12.2549381. (PMID: 32528216)
• 13 Damm R, El-Sanosy S, Omari J. et al. Ultrasound-assisted catheter placement in CT-guided HDR brachytherapy for the local ablation of abdominal malignancies: Initial experience. Fortschr Röntgenstr 2019; 191: 48-53 DOI: 10.1055/a-0636-4055. (PMID: 30308690)
• 14 Farshad-Amacker NA, Kubik-Huch RA, Kolling C. et al. Learning how to perform ultrasound-guided interventions with and without augmented reality visualization: a randomized study. Eur Radiol 2023; 33: 2927-2934
• 15 Costa N, Ferreira L, de Araújo ARVF. et al. Augmented Reality-Assisted Ultrasound Breast Biopsy. Sensors (Basel) 2023; 23: 1838
• 16 Pfefferle M, Shahub S, Shahedi M. et al. Renal biopsy under augmented reality guidance. Proc SPIE Int Soc Opt Eng 2020; 11315: 113152W DOI: 10.1117/12.2550593. (PMID: 32476704)
• 17 Li H, Yan W, Zhao J. et al. Navigate biopsy with ultrasound under augmented reality device: Towards higher system performance. Computers in Biology and Medicine 2024; 174: 108453
• 18 Bettati P, Young J, Rathgeb A. et al. An augmented reality-guided biopsy system using a high-speed motion tracking and real-time registration platform. Proc SPIE Int Soc Opt Eng 2024; 12928: 129281G DOI: 10.1117/12.3008573. (PMID: 38708142)
• 19 Lin MA, Siu AF, Bae JH. et al. HoloNeedle: Augmented Reality Guidance System for Needle Placement Investigating the Advantages of Three-Dimensional Needle Shape Reconstruction. IEEE Robotics and Automation Letters 2018; 3: 4156-4162
• 20 Nicolau SA, Pennec X, Soler L. et al. An augmented reality system for liver thermal ablation: Design and evaluation on clinical cases. Medical Image Analysis 2009; 13: 494-506 DOI: 10.1016/j.media.2009.02.003. (PMID: 19282234)