Einführung: Die Computertomographie (CT)-gestützte periradikuläre Therapie (PRT) ist ein minimalinvasiver Eingriff zur Therapie des Nervenwurzelreizsyndroms. Bei der Durchführung kommt sicherem und dosissparendem Arbeiten besondere Bedeutung zu. Sowohl zum Erlernen als auch zur Entwicklung von PRT-Techniken können Simulationen eingesetzt werden. Anatomisch realistische Phantome unterstützen dabei die Übertragbarkeit von Simulationsergebnissen in die klinische Anwendung. Daher wurde in dieser Arbeit ein neues, papierbasiertes 3D-Druckverfahren entwickelt, das die Herstellung von Interventionsphantomen ermöglichte. Darauf aufbauend wurden ein realistisches PRT-Simulationstraining und eine innovative PRT-Technik zur Nadelplatzierung anhand von CT-Scout-Bildern entwickelt und evaluiert.
Methodik: Im ersten Schritt wurde ein neues Verfahren zur Herstellung realistischer Phantome entwickelt. Hierzu wurden CT-Bilder mit kaliumiodidhaltiger Tinte auf Papier gedruckt, das anschließend zu dreidimensionalen Phantomen gestapelt wurde. Auf dieser Grundlage wurden Phantome für CT-gestützte Interventionen hergestellt, die für die nachfolgenden Arbeiten verwendet wurden. Im zweiten Schritt nahmen siebzehn Medizinstudierende an einem Simulationstraining an solchen Phantomen teil. Das Training umfasste drei Einheiten mit jeweils sechs Punktionen. Die Evaluation erfolgte anhand der Durchführungsdauer, Anzahl an CT-Aufnahmen, einer Checkliste und von Fragebögen, die von den Teilnehmern ausgefüllt wurden. Im dritten Schritt wurde ein Verfahren zur Planung und Durchführung von PRTs anhand von CT-Scout-Aufnahmen entwickelt. Zur Evaluation wurden fünfzig Scout-gestützte Punktionen mit zehn in konventioneller Freihandtechnik durchgeführten Punktionen hinsichtlich der Anzahl an CT-Aufnahmen und des Dosislängenprodukts verglichen.
Ergebnisse: Das neu entwickelte 3D-Druckverfahren lieferte CT-Phantome, die Form, Anatomie und Strahlenschwächungseigenschaften von Patienten realistisch wiedergaben. Das Simulationstraining führte zu einer Verbesserung aller gemessenen Parameter zwischen der ersten und der zweiten Trainingseinheit. Die Interventionsdauer und die Anzahl an Bildaufnahmen blieben in der dritten Trainingssitzung konstant. Allerdings machten die Teilnehmenden mehr Fehler, was durch eine Abnahme der Checklistenpunkte zum Ausdruck kam. In den Fragebögen zeigten sich die Studierenden zuversichtlich, durch das Training gut auf PRTs an Patienten vorbereitet zu sein. Die Scout-gestützte PRT- Technik ermöglichte zuverlässige Nadelplatzierungen bei signifikant weniger CT- Aufnahmen und Dosis als in der Durchführung mit Freihandtechnik.
Schlussfolgerung: Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte 3D-Druckverfahren bildete die Grundlage für realistische patientenspezifische Phantome für diagnostische und interventionelle Anwendungen in der CT. Das Simulationstraining der CT-gestützten PRT war effektiv. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass eine einzige Trainingseinheit mit fünf Punktionen genügt, um Auszubildende effektiv auf PRTs bei Patienten vorzubereiten. PRTs sind allein auf Grundlage von CT-Scoutbildern durchführbar, wodurch sich die Strahlenexposition wesentlich verringern lässt.
Introduction: Computed tomography (CT)-assisted periradicular therapy (PRT) is a minimally invasive procedure for the treatment of nerve root irritation syndrome. Safety and minimal dose exposure are of importance in performing CT-guided PRTs. Simulations can be used both for training and developing PRT techniques. Anatomically realistic phantoms support the transferability of simulation results into the clinical application. Therefore, in this work, a new paper-based 3D printing method was developed that enabled the production of realistic interventional phantoms. Based on these phantoms, a realistic PRT simulation training and an innovative PRT technique for needle placement using CT scout images were developed and evaluated.
Methods: In a first step, a new technology was developed for producing realistic phantoms. To this end, CT images were printed on paper using potassium iodide doped ink, which were then stacked to build three-dimensional phantoms. Based on these developments, phantoms were produced for CT-guided interventions, which were used for the subsequent work. In a second step, seventeen medical students participated in a simulation training on such phantoms. The training included three sessions of six punctures per session. Outcome parameters were procedure durations, number of image acquisitions, a checklist score, and questionnaires answered by the participants. In a third step, a procedure for planning and performing PRTs using CT scout images was developed. Fifty scout-guided punctures were compared with ten punctures performed using a conventional freehand technique regarding CT acquisitions and dose length products.
Results: The newly developed 3D printing technique provided CT phantoms that realistically reproduced patient shape, anatomy, and attenuation characteristics. The simulation training resulted in improvement of all measured parameters between the first and second training sessions. Procedure durations and image acquisitions remained constant in the third session. However, participants made more errors, as reflected by a decrease in checklist scores. The questionnaires showed that the participants considered themselves well prepared for PRTs on patients after the training. The scout-guided PRT technique enabled reliable needle placements and required significantly fewer CT acquisitions and lower doses than with the freehand technique.
Conclusion: The 3D printing technology developed in this work provides realistic patient-specific phantoms for diagnostic and interventional applications in CT. The simulation training of CT-guided PRTs was effective. The results indicated that a single training session with five punctures is sufficient to effectively prepare trainees for PRTs on patients. PRTs can be performed based on CT scout images alone, which can significantly reduce radiation exposure.
