Computergestütztes Navigationssystem für CT-gesteuerte Interventionen: Ergebnisse am Phantom und im klinischen Einsatz

Zusammenfassung

Ziel: Evaluierung der technischen Anwendung und der Genauigkeit eines computerunterstützten Navigationssystems für computertomografisch(CT)-gesteuerte Interventionen am Phantom und am Patienten. Material und Methoden: Ein neues Navigationssystem (CAPPA IRAD, CAS innovations AG, Erlangen) wurde für CT-unterstützte Punktionen am Phantom und an Patienten angewendet. Das System besteht aus einem Personal Computer (PC), der Navigationssoftware, einem passiven, optischen Trackingsystem und einem Patientenrahmen. Für die Phantomstudie wurde ein Wirbelsäulenphantom in Gelmasse verwendet. Zunächst wurde das Wirbelsäulenphantom bzw. der Patient in einem Patientenfixierungssystem stabil auf dem CT-Tisch gelagert. Über der zu punktierenden Stelle wurde ein, mit optischen und CT-Markern versehener, Patientenrahmen positioniert und anschließend ein CT-Datensatz aufgenommen. Der gewonnene CT-Datensatz wurde an das Navigationssystem im Untersuchungsraum übertragen. Mithilfe der Navigationssoftware erfolgte die Planung und Festlegung des Punktionsweges zum Zielpunkt. Hiernach wurde der Nadelhalter entlang des Punktionsweges ausgerichtet und unter Führung eine Koaxialnadel zum geplanten Zielpunkt vorgeschoben. In einer Kontrollaufnahme bei platzierter Nadel wurde unter Anwendung einer speziellen Auswertesoftware der Abstand der Nadelspitze vom eigentlichen Ziel ausgewertet. Ergebnisse: Am Phantom (n = 60) betrug die mittlere Abweichung zwischen der geplanten und der realen Nadelspitze 1,1 mm. Bei Patienten (n = 15) wurden diagnostische Eingriffe an Lunge, oberem Mediastinum, Pankreas, Leber sowie Knochen und eine therapeutische Nervenwurzelinfiltration durchgeführt. In 12 von 15 Fällen erfolgte der Nadelvorschub schräg zur Schichtebene. In 9 Fällen waren nur ein Planungs- und ein Kontrollscan erforderlich, in 5 Fällen erfolgten während der Platzierung zusätzliche Kontroll- bzw. Korrekturscans. In einem Fall (Pankreaspunktion) konnte die Läsion (Durchmesser 1 cm), die lediglich in der arteriellen KM-Phase abgrenzbar war, auch nach dreimaligem Korrekturversuch aufgrund wechselnder Atemlage und Darmperistaltik nicht erreicht werden. Der Zeitaufwand zwischen Planungs-CT und korrekter Nadelposition unter Verwendung des Navigationssystems betrug durchschnittlich etwa 30 Minuten. Schlussfolgerung: Das Navigationssystem ermöglicht sichere Punktionen in angulierter Nadelführung mit guter Präzision und somit geringer Traumatisierung. Als Schwachpunkt ist vor allem die fehlende Berücksichtigung der Atemexkursionen bei der Navigation anzuführen.

Abstract

Purpose: To evaluate the technical applicability and accuracy of a navigation system for CT-guided interventional procedures in a phantom and a patient study. Materials and Methods: A novel navigation tool (CAPPA IRAD, CAS innovations AG, Erlangen, Germany) was employed for CT-guided biopsies in a phantom and in patients. The entire system consists of a PC, navigation software, an optical tracking system and a patient frame. For the phantom study, a spine phantom in wax was used. The phantom as well as the patients were placed on the CT table in a stable position and fixed within a double vacuum device. The patient frame equipped with optical and CT markers was placed above the target region, followed by acquisition of a planning scan. All data were transferred to the navigation system inside the scanning room, and with the aid of the above mentioned navigation software, the biopsy pathway was planned. Hereafter, the needle holder was aligned accordingly, and a coaxial biopsy needle was pushed forward to the planned target. An additional control scan confirmed needle position, and the navigation software was used to evaluate the distance between the target and needle tip. Results: In the phantom study (n = 60) the average deviation between the planned and documented needle tip position was 1.1 mm. In the clinical study (n = 15), we performed biopsies of the lung, the mediastinal area, the pancreas and liver and some bone biopsies as well as a therapeutic nerve root infiltration. 12 of 15 cases required oblique needle access. In 9 / 15 cases merely a single planning and control scan were required, whereas in 5 / 15 cases additional safety or correction scans were performed. In the case of pancreas biopsy, the lesion (diameter 1 centimeter) visible during the arterial phase only could not be punctured even following repeated corrections due to severe breathing artifacts and pronounced peristaltic movement of the adjacent bowel. The time between planning CT and correct needle position was about 30 minutes. Conclusion: The navigation system allows for safe interventions in case of angulated needle access with high accuracy and little tissue trauma. However, insufficient corrections for respiration movement constitute a substantial limitation of the tool.

Key words

CT-guided intervention - biopsy - CT - interventional procedures - navigation system

Literatur

• 1 Neuerburg J, Gunther R W. Percutaneous biopsy of pancreatic lesions.  Cardiovasc Intervent Radiol. 1991;  14 43-49
• 2 Honnef D, Wildberger J E, Schubert H. et al . Computertomografisch gesteuerte Interventionen bei Kindern.  Fortschr Röntgenstr. 2007;  179 605-612
• 3 Morello F A, Wright K C, Lembo T M. New suction guide needle designed to reduce the incidence of biopsy-related pneumothorax: experimental evaluation in canine model.  Radiology. 2005;  235 1045-1049
• 4 Gottschalk Jr A, Strotzer M, Feuerbach S. et al . CT-gesteuerte perkutane Gastrostomie: Technischer Erfolg, Früh- und Spätkomplikationen.  Fortschr Röntgenstr. 2007;  179 387-395
• 5 Thomas M, Schulz T, Schmidt F. et al . MRT-gesteuerte Stanzbiopsie der Schulter: Möglichkeiten und Erfahrungen an einem vertikal offenen 0,5-T-System.  Fortschr Röntgenstr. 2005;  177 1276-1283
• 6 Fritz J, Pereira P L. MR-gesteuerte Schmerztherapie: Prinzipien und klinische Applikationen.  Fortschr Röntgenstr. 2007;  179 914-924
• 7 Kimura T, Naka N, Minato Y. et al . Oblique approach of computed tomography guided needle biopsy using multiplanar reconstruction image by multidetector-row CT in lung cancer.  Europ Radiol. 2004;  52 206-211
• 8 Frederick P R, Brown T H, Miller M H. et al . A light-guidance system to be used for CT-guided biopsy.  Radiology. 1985;  154 535-536
• 9 Reuther G. A device for CT-guided needle punctures: technical note.  Cardiovasc Intervent Radiology. 1991;  14 191-194
• 10 Gangi A, Kastler B, Arhan J M. et al . A compact laser beam guidance system for interventional CT.  J Comput Assist Tomogr. 1994;  18 326-328
• 11 Miaux Y, Guermazi A, Gossot D. et al . Laser guidance system for CT-guided punctures.  Radiology. 1995;  194 282-284
• 12 Klöppel R, Wike W, Weiße T. et al . CT-gesteuerte Intervention mittels Lasermarkierungs- und Zielhilfe.  Fortschr Röntgenstr. 1997;  167 194-197
• 13 Pereles F S, Baker M, Baldwin R. et al . Accuracy of CT biopsy; laser guidance versus conventional freehand techniques.  Academic Radiology. 1998;  5 766-770
• 14 Jacobi V, Thalhammer A, Kirchner J. Value of a laser guidance system for CT interventions: a phantom study.  Europ Radiol. 1999;  9 137-140
• 15 Moissonnier P, Bordeau W, Delisle F. et al . Accuracy testing of a new stereotactic CT-guided brian biopsy device in the dog.  Res Vet Sci. 2000;  68 243-247
• 16 Reuther G. A device for CT-guided needle punctures: technical note.  Cardiovasc Intervent Radiol. 1991;  14 191-194
• 17 Pereles F S, Ozgur H T, Lund P J. et al . Potentials of a new laser guidance system for percutaneous musculoskeletal procedures.  Skeletal Radiol. 1998;  27 18-21
• 18 Krombach G A, Schmitz-Rode T, Braband K. et al . Erste Erfahrungen mit einem neuen optischen Zielsystem (SimpliCT) für CT-gesteuerte Punktionen.  Fortschr Röntgenstr. 2000;  172 557-560
• 19 Holzknecht N, Helmberger T, Schoepf U J. et al . Evaluation eines elektromagnetischen virtuellen Zielsystems (CT-Guide) für die Durchführung von CT-Interventionen.  Fortschr Röntgenstr. 2001;  173 612-618
• 20 Khan M F, Dogan S, Maataoui A. et al . Accuracy of biopsy needle navigation using the Medarpa system-computed tomography reality superimposed on the site of intervention.  Eur Radiol. 2005;  15 2366-2374
• 21 Bücker A, Schmitz-Rode T, Wein B. et al . Circular spirit level guidance system for CT- and MR-guided punctures.  Comput Assist Tomogr. 1999;  23 552-554
• 22 Spies V, Butz B, Altjohann C. et al . CT-gesteuerte Biopsien, Drainagen und perkutane Gastrostomien: Vergleich der Punktionssteuerung mit und ohne CT-Fluoroskopie.  Fortschr Röntgenstr. 2000;  172 374-380
• 23 Mellenberg D E, Sato Y, Thompson B H. et al . Personel exposure rates during simulated biopsies with a real-time CT scanner.  Acad Radiol. 1999;  6 687-690
• 24 Fuss M, Salter B J, Cheek D. et al . Repositioning accuracy of a commercially available thermoplastic mask system.  Radiother Oncol. 2004;  71 339-345
• 25 Nevinny-Stickel M, Sweeney R A, Bale R J. et al . Reproducibility of patient positioning for fractionated extracranial stereotactic radiotherapy using a double-vacuum technique.  Strahlenther Onkol. 2004;  180 117-122
• 26 Nagel M. Bildbasierte, computerunterstützte Navigation für die interventionelle Radiologie. Dissertation Friedrich Alexander Universität Erlangen-Nürnberg; Institut für Medizinische Physik 2006
• 27 Gerhards A, Mildenberger P, Herber S. et al . Möglicher Nutzen und Auswirkung einer Lipiodolmarkierung auf die Histologie beim hepatozellulären Karzinom.  Fortschr Röntgenstr. 2005;  177 1380-1386
• 28 Lucey B C, Varghese J C, Hochberg A. et al . CT-guided intervention with low radiation dose: feasibility and experience.  Am J Roentgenol. 2007;  188 1187-1194
• 29 Spies V, Butz B, Altjohann C. et al . CT-gesteuerte Biopsien, Drainagen und perkutane Gastrostomien: Vergleich der Punktionssteuerung mit und ohne CT-Fluoroskopie.  Fortschr Röntgenstr. 2000;  172 374-380
• 30 Biederer J, Plathow C, Schoebinger M. et al . Reproducible Simulation of Respiratory Motion in Porcine Lung Explants.  Fortschr Röntgenstr. 2006;  178 1067-1072