Evaluation der navigierten Ultraschall-Biopsie mit NaviBiopsy im Vergleich zur mechanisch geführten und zur Freihand-Biopsie am Biopsie-Phantom

Abstract

Der medizinische Ultraschall hat sich in der Vergangenheit als wichtigstes Hilfsmittel der bildgesteuerten Biopsie behauptet. Die stetige technische Verbesserung und die ubiquitäre Verfügbarkeit hatten daran einen großen Anteil. Die korrekte Koordination der Bildinformation und der Nadelführung waren bei den überwiegend eingesetzten Freihandtechniken vom Behandler zu leisten. Dessen Erfahrung und Können entschieden somit über den Erfolg der Behandlung. Die vorliegende Untersuchung befasste sich mit der Evaluation des neu entwickelten optischen Navigationsassistenten NaviBiopsy an einem Biopsiephantom. NaviBiopsy (Methode 3) sollte mit den etablierten Verfahren der ultraschallgezielten Biopsie verglichen werden. Das waren die Freihandtechnik (Methode 1) und die Biopsie mit mechanischer Führungshilfe am Ultraschallkopf (Methode 2). In einem ersten Experiment biopsierte ein in der Ultraschallbiopsie unerfahrener Arzt mit den 3 verschiedenen Biopsiemethoden jeweils 50 Erbsen, die in 3cm Tiefe in einer Paraffin-Matrix eingebettet waren. Die Biopsiezeiten, die Trefferquote und die Anzahl der bis zur Biopsie nötigen Vorschübe der Nadel wurden erfasst und ausgewertet. Der Anteil der Biopsien mit nur einem Nadelvorschub lag für NaviBiopsy bei 100%, bei der mechanischer Führung bei 90% und bei der Freihandtechnik bei 58%. Die Trefferquote lag bei der Navigation und der mechanischen Führung bei 100%. Die Freihandmethode war mit 92% weniger effizient. Die Zeitunterschiede waren nicht signifikant. Im zweiten Experiment wurden in gleicher Weise mit den drei Methoden Erbsen in einer Gelmatrix biopsiert. Im Unterschied zum ersten Experiment wurden die Biopsien durch 5 in der Ultraschallbiopsie erfahrene Ärzte durchgeführt. Sie biopsierten mit den drei Methoden jeweils 20 Erbsen. Der zweite Unterschied zum ersten Experiment lag in der Zeitmessung. Die Versuchszeit für eine Biopsie wurde diesmal in die Zielzeit (bis zum Eindringen der Nadel in das Phantom) und die Biopsiezeit (bis zum Abschluß der Biopsie) aufgeteilt. Für alle Untersucher zeigte sich erneut ein Zuwachs an Treffsicherheit (Methoden 1= 88%; 2 = 92%; 3= 98%) und Präzision des Nadelvorschubs (Methode 1= 84%; 2= 80%; 3= 92% mit nur einem Nadelvorschub). Drei der Untersucher, die schon früher mit optischen Navigationsgeräten gearbeitet hatten, erreichten kürzere Ziel- und Biopsiezeiten mit dem neuen Navigationsassistenten. Die Experimentatoren des zweiten Experiments füllten einen Fragebogen aus, der das NaviBiopsy-System bewertete. Die Bewertung durch die navigationserfahrenen Untersucher fiel besser aus, obwohl alle Untersucher hinsichtlich der Treffsicherheit und der Präzision profitiert hatten. Die Zeitunterschiede der Methoden waren für die klinische Biopsiedurchführung unerheblich. Interessanterweise wurden die Unterschiede offenbar individuell sehr deutlich empfunden. Dies zeigte sich an der subjektiven Bewertung der Biopsiemethoden, die dem Zeit-Ranking analog erfolgte. Die Benutzerfreundlichkeit und die Effizienz des Systems konnten anhand der vorliegenden Experimente nachgewiesen werden. Die Handhabung der Komponenten war intuitiv und konnte die Arbeit der Behandler qualitativ verbessern. Die eigenen Ergebnisse wurden weitgehend durch die aktuelle Literatur unterstrichen. Besonders der weniger geübte Arzt gewann durch die Navigation ein höheres Maß an Sicherheit und konnte erfolgreicher biopsieren. Angesichts des hohen Stellenwerts der ultraschallgezielten Biopsie in allen Fachbereichen war dies für die Patienten von erheblicher Bedeutung. Die Etablierung von Navigationssystemen dieser Art könnte z.B. die Diagnostik maligner Herdbefunde beschleunigen, wenn der erstuntersuchende Facharzt dadurch zur selbständigen ultraschallgezielten Biopsie befähigt würde. Die ohnehin niedrige Komplikationsrate ultraschallgezielter Biopsien könnte weiter gesenkt werden und bei bisher schwer mit Ultraschall zu biopsierenden Befunden könnte die Applikationsreichweite noch erweitert werden. Insgesamt war die Navigationsunterstützung für ultraschallgezielte Biopsien eine zukunftsweisende Technologie, deren Etablierung in der klinischen Medizin weiter vorangetrieben werden sollte.

Medical ultrasound has become the most valuable tool of guided biopsy. The continuous technical improvement and ubiquist availability was of importance for this development. The correct coordination of imaging and needle placement was in charge of the operator. His or her experience and skill accounted for a successful treatment. This study dealt with the evaluation of the new developped optical navigation assistant NaviBiopsy on a biopsy phantom. NaviBiopsy was compared to well established methods of ultrasound guided biopsies. These were the freehand technique and the mechanically guided technique. The first experiment was about an unexperienced operator who biopted 50 peas with each of the three methods. The peas were embedded at 3 cm in a paraffin matrix. Biopsy times, Hitting scores and the number of feed motions of the needle were analyzed. Only one needle feeding was needed in 100% when using NaviBiopsy, in 90% when using mechanical device and in 58% when using the freehand technique. The score-rate was 100% for NaviBiopsy and the mechanical device. The freehand technique was less effective with 92%. Time differences were not significant. Similarly the second experiment dealt with pea-biopsies in a gel-matrix. Contrary to the first experiment the biopsies were performed by 5 experienced operators. 20 peas were biopted with each of the 3 methods. The second difference was about time measurement. The time for one biopsy was divided in an aim-time (from the start until the needle was put into the matrix) and biopsy-time (until the end of the biopsy procedure). Again there was a better score-rate for all operators (Method 1=88%; 2=92%; 3=98%) and a higher rate of one time needle feeding (Method 1=84%; 2=80%; 3=92%). Two operators who dealt with navigation systems before had shorter aim- and biopsy-times with NaviBiopsy. The 5 operators filled in a questionnaire to valuate the NaviBiopsy system. The valuation of the two navigation-experienced operators was better though all operators had better hit-scores and precision with NaviBiopsy. The time-differences between the 3 methods were not relevant for clinical workflow. On the other hand the individual time profile was reflected by the subjective valuation which was similar to the time-ranking. The usability and the efficacy of NaviBiopsy could be proved by this study. The handling of the components was intuitive and the biopsies were performed with better quality. Our own results were supported by recent literature. Especially the unexperienced operator profited from the navigation device. In view of the great importance of ultrasound guided biopsies for all medical scopes this was a circumstance of importance for our patients. For instance the diagnosis of malignant tumours could be accelerated if the first diagnosing doctor was enabled to perform a needle biopsy by him/ herself. The low rate of complications in ultrasound guided biopsies could be even reduced and targets which were hard to reach with this technique before could become accessible. Overall the navigation device for ultrasound guided biopsies was a forward-looking technique, which was worth to be established in medical use.