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9  Systemevaluierung

Dieses Kapitel stellt den Abschluss dieser Arbeit dar und zeigt schwerpunktmäßig die Untersuchungsmethoden und die Prüfergebnisse im Rahmen der Evaluierung des automatisierten Mammabiopsiesystems. Vordergründig befasst sich die Systemevaluierung mit der Ermittlung der Punktionsgenauigkeiten mehrfach wiederholter Zielansteuerungen mit vorgegebenen Zielen mit und ohne Gewebeeinfluss, sowie mit Punktionen an Phantomobjekten unter Anwendung einer praxisorientierten MRT-Schnittbildplanung und Interventionsführung. Insofern erfolgten die Untersuchungen vordringlich im Isozentrum des bereits vorgestellten 1,5T MR-Tomographen. Ferner werden mögliche Planungsfehler und die Punktionsgrenzen diskutiert. Abschliessende Aspekte beziehen sich auf eine mögliche Technik zur Abklärung von Kleintumoren unter 5 mm, auf geschätzte Interventionszeiten mit dieses Systems, sowie auf allgemeine und spezielle MR-Kompatibilitätsbetrachtungen.

9.1 Maximale Positioniergenauigkeit im MRT-Magnetfeld

Eine hohe Systempositioniergenauigkeit ist für die bioptische Abklärung speziell von kleinen Tumoren unter 10 mm Größe von großer Bedeutung, da sie sich direkt auf die Qualität der Diagnose und die Diagnosesicherheit auswirkt. Bei einer ersten Untersuchung wurde die maximal erreichbare technische Systemgenauigkeit ermittelt. Hierzu wurden vordefinierte Zielpunkte durch direkte Koordinatenvorgaben (ohne Bildgebung) im MRT-Isozentrum angesteuert.

Methode

Die Abb. 134 links stellt die im MRT-Isozentrum vorgesehene Prüfanordnung vor. Die Genauigkeitsuntersuchung basierte auf örtlich verteilte Zielpunkte (x- und y- Sollwertkoordinaten). Getroffen werden musste eine Zielplatte, die in der transversalen Ebene in einem definierten Abstand d von 30 mm (z-Koordinate) zu der für diese Prüfung verwendeten Kompressionsplatte angeordnet war. Nach erfolgter Ausrichtung des medizinischen Instrumentes an der Kompressionsplatte wurde die erreichte Zielposition mit Hilfe einer spitzen Nadel, die in die Nadelhalter des Instrumentes anstelle einer Biopsienadel eingelegt war, durch einen kleinen Farbpunkt markiert. Die Markierung der Zielpositionen erfolgte an der Zielplatte auf deren Innenseite ein Messblatt aufgeklebt war. Zur genaueren Vermessung der Markierungspunkte wurden zusätzlich drei weit auseinanderliegende Referenzpunkte farblich markiert. In der Abb. 134 rechts ist die Messsituation wiedergegeben.

Abb. 134 : links: Versuchsanordnung zur Ermittlung der Systemgenauigkeit im MRT-Isozentrum, rechts: Farbmarkierung des Messblattes an der Zielplatte mit einer speziellen Nadel.

Ergebnisse

Zur Auswertung der farblich markierten Istkoordinaten wurde das Messblatt zur genaueren Vermessung eingescannt und durch die drei markierten Referenzpunkte ein Bezugsachsensystem erstellt. Mit Hilfe dieses Bezugssystems konnten mögliche Messfehler vermieden werden. Die Istwerte wurden dann mit Hilfe einer Bildbearbeitungssoftware durch orthogonale Projektionen der markierten Punkte auf das Bezugssystem ermittelt. Die verwendete Auswertungsmethode wird durch die folgende Abbildung deutlich.


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Abb. 135 : Auswertungsmethode zur Ermittlung der Ist-Koordinaten mit dem Messblatt.

Durch Differenzbildung zwischen den vorgegeben Zielpunkten xv, yv (Sollwerte) und den erreichten Punktionskoordinaten xm, ym (Istwerte) konnten folgende Trefferabweichungen ermittelt werden.

Tab. 16 : Soll-Istwert-Abweichungen nach 10 Zielansteuerungen.

Punkt

xV [mm]

xm [mm]

| xV - xm | [mm]

yV [mm]

ym [mm]

| yV - ym | [mm]

1

26,0

26,2

0,2

86,0

86,2

0,2

2

32,0

31,8

0,2

39,5

39,4

0,1

3

34,5

34,6

0,1

80,0

80,2

0,2

4

37,0

37,1

0,1

49,0

49,0

0

5

65,1

65,3

0,2

63,3

63,4

0,1

6

78,0

78,1

0,1

57,3

57,2

0,1

7

93,7

94,2

0,5

44,2

43,9

0,3

8

104,0

104,6

0,6

77,5

77,6

0,1

9

116,0

116,6

0,6

79,5

79,6

0,1

10

120,2

120,6

0,4

37,2

37,0

0,2

Tab. 17 : Statistische Werte zur Systemgenauigkeit bei unterschiedlichen Zielansteuerungen.

Mittelwert

Standardabweichung

Relativer Fehler (gemittelt)

[mm]

[mm]

sx [mm]

sy [mm]

[%]

[%]

0,30

0,14

0,21

0,08

0,43

0,25

Ausgehend von den ermittelten Ergebnissen konnte von einer hohen Systemgenauigkeit im Hinblick auf beliebige Zielansteuerungen ausgegangen werden. Diese Untersuchung fand jedoch unter idealen Bedingungen statt, da keine äußeren Störeinflüsse auf die Nadel z.B. durch Gewebe einwirkten. Insofern wurde eine zweite Untersuchung durchgeführt, bei der diese Einflüsse mitberücksichtigt wurden.

9.2 Positioniergenauigkeit unter Gewebeeinfluss

In Anlehnung an die vorangegangene Untersuchung hatte dieser Versuch das Ziel, die Treffergenauigkeit von Punktionen durch ein Gewebe zu ermitteln, insbesondere um den Einfluß von auftretenden äußeren Kräften auf eine MR-kompatible Biopsienadel während des Einstichs festzustellen. Die Methode und die Ergebnisse dieses Experiments wird auf der nächsten Seite beschrieben.


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Methode

Bei diesem Versuch wurde ein Stück Putenbrust zwischen zwei Kompressionsplatten eingespannt. Ähnlich wie beim vorangegangenen Experiment befand sich an der Rückseite der Kompressionsplatte eine Messblatt zur Markierung der Istkoordinaten. Das Messblatt selbst war hierzu eine Styroporplatte aufgeklebt, um die Einstiche der Biopsienadelspitze abzufangen. Die Styroporplatte war fest mit der Kompressionsplatte verbunden und parallel zur dieser ausgerichtet. Angesteuert wurden die gleichen Zielpunkte nach Tab. 16, diesmal mit einer 14 G-Stanzbiopsienadel aus Titan (Fa. Somatex), deren Spitze nach unten zeigte. Die Punktionstiefe wurde in der Art festgelegt, dass die Obturatorspitze der Biopsienadel das Messblatt leicht perforieren konnte.

Abb. 136 : Versuchsanordnung zur Ermittlung des Gewebeeinflusses auf die Punktionsgenauigkeit bei automatisierten Punktionssteuerung mit einer 14G-Biopsienadel.

Ergebnis

Die Auswertung des Messblattes, das die Abb. 137 zeigt, erfolgte nach der gleichen Methode, wie im letzten Kapitel beschrieben wurde. Entlang der x-Achse lag die durchschnittliche Nadelabweichung bei ca. 0,2 mm und ist vergleichbar mit den in der Tab. 16 und Tab. 17 angegebenen Werten. Signifikante Differenzen konnten jedoch im Vergleich zu den Messungen ohne Gewebe in der y- Richtung festgestellt werden. Die Auswertung ergab für die Nadelabweichung (Ist-Sollwert) in dieser Achsrichtung folgende Werte: Δymin= -0,8 mm, Δymax= -1,4 mm, Δymittel= -1,13 mm (über 10 Messwerte).

Die größeren Abweichungen und das negative Vorzeichen läßt auf Querkräfte schließen, die beim Nadeldurchstoß durch die Putenbrust an der asymmetrisch geschliffenen Nadelspitze unidirektional wirksam werden. Nach Abb. 137 liegt die Ursache vermutlich in einem resultierenden Biegemoment, das sich aus der Gewebekraftunddem Hebelarm (Nadelspitze-Nadelführung) zusammensetzt und die Nadel entlang der Kraftrichtung verformt.

Abb. 137 : links: Meßblatt mit Punktionsstellen 1-10 (M1-M3= Referenzmarkierungen),
rechts: Querkräfte an der Biopsienadelspitze während der Gewebepunktion.

9.3 Reproduzierbarkeit der Punktionszielansteuerung

Die Reproduzierbarkeit der Zielansteuerung ist ein weiteres Kriterium zur qualitativen Bewertung des Biopsiesystems. Angelehnt an die Methode der vorgestellten Genauigkeitsuntersuchung ohne Gewebeeinfluss erfolgte auch die Evaluierung der Reproduzierbarkeit. Die Ergebnisse basieren auf fünf Zielpunktansteuerungen mit gleichen Koordinaten, wobei der erreichte Zielpunkt jeweils auf ein separates Messblatt aufgetragen wurde. Die Ergebnisse hierzu finden sich in der nachfolgenden Tabelle wieder. Es zeigte sich eine hohe mittlere Reproduzierbarkeit kleiner 0,2 mm in beiden Achsrichtungen.


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Tab. 18 : Soll-Istwert-Abweichungen bei 5 gleichen Zielpositionsansteuerungen.

Punkt

xV [mm]

xm [mm]

| xV - xm | [mm]

yV [mm]

ym [mm]

| yV - ym | [mm]

1

58

58,2

0,20

30,5

30,7

0,2

2

58

57,9

0,10

30,5

30,6

0,1

3

58

58,2

0,20

30,5

30,3

0,2

4

58

57,7

0,30

30,5

30,5

0

5

58

58,1

0,10

30,5

30,5

0

v= Sollkoordinaten, m= Istkoordinaten

Tab. 19 : Statistische Werte zur Systemreproduzierbarkeit.

Mittelwert

Standardabweichung

Relativer Fehler (gemittelt)

[mm]

[mm]

s x [mm]

s y [mm]

[%]

[%]

0,18

0,10

0,08

0,10

0,45

0,46

9.4 Punktionsgenauigkeit bei der schnittbildbasierten Planung

Die hier vorgestellte Untersuchung orientiert sich an der neu entwickelten Ablaufprozedur zur Durchführung von automatisch gesteuerten Punktionen. Schwerpunkt ist hierbei die Erprobung der gesamten Biopsieeinrichtung im MRT-Isozentrum unter der Mitwirkung der Mamma-Doppelspule sowie die Evaluierung der Systemgenauigkeit unter Berücksichtigung einer manuellen Zielplanung am Bildschirm zur Punktion von kleinen Phantomobjekten.

9.4.1 Ablauf einer Mammaintervention mit dem automatischen Biopsiesystem

Die Abb. 138 stellt hierzu die Hauptinterventionsphasen der robotergestützten Mammabiopsie vor.

Abb. 138 : Ablaufprozedur zur Durchführung der automatisierten Mammabiopsie.


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9.4.2  Methode: Prüfkonzept und Schnittbildplanung

Im Vordergrund stand die Punktion von MR-lokalisierbaren Arealen, die in einer 5 mm dicken Plexiglasplatte angeordnet waren. Die Areale hatten Durchmesser von 4 mm und 8 mm und waren mit einem MR-sensitiven Gel (Kohlenwasserstoffwachs) gefüllt, das sich nach Erwärmung auf ca. 90°C im flüssigen Zustand blasenfrei in die entsprechenden Bohrungen der Platte einbringen ließ.

Abb. 139 : Versuchsplatte mit Punktionsarealen und ihre experimentelle Anordnung.

Die Plexiglasplatte wurde bei dieser Untersuchung über zwei Haltestangen zu einer Kompressionsplatte in der transversalen Ebene, mit einem definierten Randabstand von 30 mm zur Kompressionsplatte, ausgerichtet. Zur gleichzeitigen Überprüfung der realen Anwendungssituation, wurde das Biopsiesystem komplett mit Grundrahmen, Mammafixierung, Patientenauflage zusammengesetzt, wobei die neue Mamma-Doppelspule für die Bildakquisition eingesetzt wurde. Die Punktionsplatte befand sich in etwa im mittleren Bereich der Mammaspule und wurde direkt im Isozentrum platziert.

Abb. 140 : Anordnung des Biopsiesystems vor und nach der Positionierung in die Versuchslage.

Bei dieser Untersuchung wurden die Punktionskoordinaten manuell aus den MR-Schnittbildern ermittelt. Die für die Zielbestimmung benötigten Informationen wurden dabei aus coronaren und transversalen Schnittbildern mit folgendem Hintergrund ermittelt.

  1. Coronare Schnittführung: Auffindung und Zuordnung der Kompressionsplatten, sowie Verifizierung der z-Koordinate über den Abstand der Punktionsplatte (Zielort) vom Kompressionsplattenrand (z-Referenz) und Festlegung der transversalen Schnittbildführung.
  2. Transversale Schnittführung: Festlegung eines Referenzkoordinatensystems mit Hilfe der Kompressionsplattenmarker, Abgleich der z-Koordinate über die Schnittbilddifferenz, Darstellung der x-y-Schnittbildebene mit Punktionszielen, Ausmessung der x-y-Istkoordinaten.


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Zur Auffindung der Kompressionsplatten im MR-Schnittbild enthalten diese 1 bis 4 MR-lokalisierbare Marker, die um einen definierten Abstand vom Referenzmarker versetzt sind, siehe Abb. 141 links. Die Referenzmarker setzten sich aus gelgefüllten Kunststoffbehältern mit einem Innenlumen von 4mm Durchmesser zusammen, die Positionsmarker entstanden durch direkte Befüllung der Kompressionsplattenbohrungen (∅= 6-8mm). Die Abb.9-8 rechts zeigt das gemessene coronare Schnittbild durch die Markerebene der vier Platten, wobei die Platten 1-3 und 2-4 ein Kompressionspaar bilden. Da die Gelmarker zu wenig Volumen für die MR-Messung hatten, wurde die im Bild dargestellte Flasche zur Erhöhung des H-Anteiles im Isozentrum platziert. Für die Bildgebung wurde eine schnelle Gradienten-Echo-Sequenz mit 40 Schichten und einer Schichtdicke von 3mm verwendet.

Abb. 141 : links: Referenz- und Positionsmarker an der Kompressionsplatte, rechts: coronares Schnittbild durch die Markerebene der vier Kompressionsplatten.

Ausgehend von dem coronaren Schnittbild erfolgte die Festlegung der für die schnittbildbasierte Zielplanung relevanten transversalen Schnittebenen.

Abb. 142 : links: Kompressionsplattenmarker im transversalen Schnittbild (um 180° gedreht), rechts: Zielareale im transversales Schnittbild (um 180° gedreht).

Eine grundlegende Voraussetzung für diese schnittbildbasierte Zielplanung war die Erstellung eines Bezugsrahmens im transversalen Schnittbild der Punktions- bzw. Kompressionsplatte. Zu beachten war hierbei die richtige Lage der unteren Rahmeneckpunkte, die möglichst zentrisch in beiden Referenzmarker liegen sollten. Im Anschluß an die Rahmenplazierung wurde dieser in die transversale Zielschnittebene kopiert und die Punktionsareale (x-y- Ebene) durch orthogonale Projektion der Zielorte auf den Bezugsrahmen bestimmt. Ein Beispiel hierzu zeigen die nachfolgenden Abbildungen.

Abb. 143 : li.: Bezugsrahmen in der Kompressionsplatte, re.: kopierter Rahmen in der Zielplatte.


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9.4.3  Positionierung und Punktion

Die Punktionen erfolgten, wie die Abb. 144 zeigt, von der Fußseite (caudal) und über die rechtsseitig angeordnete Kompressionsplatte, deren Abstand zum Zielobjekt ca. 30 mm betrug. Zur besseren Kontrolle wurde die Mammaspule und die Patientenauflage entfernt. Die Versuchsanordnung und die Hauptschritte des Biopsiesystems vor den einzelnen Zielpunktionen sind in der folgenden Abbildung wiedergegeben.

Abb. 144 : links: Versuchsanordnung im MRT-Isozentrum, rechts: a) Kalibrierung, b) Anfahren des Punktionskanals, c) Ausrichtung der Biopsienadel in die Zielposition.

Ausgehend vom transversalen Schnittbild der Zielplatte nach Abb. 144 und 145, wurden sechs Areale mit 8 mm Durchmesser vermessen und erfolgreich getroffen. Die 4 mm großen Areale wurden aus Kollisionsgründen (nur bei größeren Nadelinklinationswinkel mit dem Rand der Plexiglasplatte) nicht in diesen Versuch mit einbezogen. Zur Ermittlung der Punktionsgenauigkeit wurden die Punktionsstellen anhand eines Kontrollbildes (Abb. 145) mit identischer Schnittbildführung ausgewertet und mit den Zielvorgaben aus dem Planungsbild sowie den realen Zielplattenkoordinaten verglichen. Die Ergebnisse dieser Genauigkeitsuntersuchung zeigt die Tabelle 20.

Abb. 145 : links: MR-Schnittbild mit den Punktionsstellen 1-6 (weiße Pfeile), rechtes Bild: Zielplatte mit gekennzeichneten Punktionzielen.


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Tab. 20 : Theoretische Zielkoordinaten (xZ, yZ der Platte), Schnittbildzielkoordinaten (xSB, ySB) vor der Punktion und Schnittbild-Punktionskoordinaten (xP, yP) mit Soll-Istwert-Abweichungen.

Pos.

xZ

yZ

xSB

yS

xSB-xZ

ySB-yZ

xP

yP

xP-xSB

yP-ySB

xP-xZ

yP-yZ

 

Wertangaben in [mm]

1

86

90

86,6

89,8

0,6

-0,2

87,1

89,4

0,5

-0,4

1,1

-0,6

2

50,5

90,3

51,1

90

0,6

-0,3

51,5

89,9

0,4

-0,1

1

-0,4

3

108,5

67,9

109

67,7

0,5

-0,2

109,5

67,2

0,5

-0,5

1

-0,7

4

68,1

71,6

68,8

71,3

0,7

-0,3

69,3

70,6

0,5

-0,7

1,2

-1

5

9,5

67,5

10,2

67,4

0,7

-0,1

10,6

67,3

0,4

-0,1

1,1

-0,2

6

67,8

35,3

68,5

35,1

0,7

-0,2

68,7

35

0,2

-0,1

0,9

-0,3

Aus den ermittelten Abweichungen in Tab. 20 resultieren die folgenden Mittelwerte und Standardabweichungen für diesen Versuch in der x- und y- Koordinatenachse.

x-Achse:
mittlere Schnittbildabweichung vom theoretischen Zielpunkt= + 0,63 mm (0,08 mm)
mittlere Punktionsabweichung vom Schnittbild= + 0,42 mm (0,12 mm)
mittlere Punktionsgesamtabweichung= + 1,05 mm ± 0,10 mm

y-Achse:
mittlere Schnittbildabweichung vom theoretischen Zielpunkt= - 0,22 mm (0,08 mm)
mittlere Punktionsabweichung vom Schnittbild= + 0,32 mm (0,26 mm)
mittlere Punktionsgesamtabweichung= - 0,53 mm ± 0,29 mm

Bemerkungen

Bei Betrachtung des Kontrollbildes und der Tabellendifferenzwerte Δ(x,y)SB-Z läßt sich approximativ ein positiver Offsetfehler in der x-Richtung erkennen, auf dem die höhere Punktionsgesamtabweichung xp-xz basiert. Ein richtungsabhängiger Inklinationsfehler ist hierbei auszuschließen, da diese in beiden Richtungen erfolgte. Insofern läßt sich die Ursache auf eine geringe Zielplanungsungenauigkeit am Bildschirm zurückführen. Die relativ gleichmäßige Abweichung xP-xSB läßt einen weiteren Offsetfehler erkennen, der ein Kalibrier- bzw. Justierfehler des medizinischen Instrumentes sein kann. Ein allgemeiner Fehler, der die Treffergenauigkeit pauschal beeinflusst, liegt in der Lage- und Abbildungsungenauigkeit der, für die Planung und Auswertung herangezogenen MR-Schnittebene. Die daraus resultierende Abweichung der z-Koordinate wie auch der ebenen Koordinaten kann insbesondere bei größeren Inklinationswinkeln zu Positionierungs- und Auswertungsfehlern führen. Dadurch könnten sich die relativ größeren Punktionsdifferenzen ΔyP-SB bei Pos. 3 und 4 erklären, bei denen größere Nadelinklinationswinkel vorlagen.

9.4.4 Punktionsgrenzen für kleine Areale

Der Punktionserfolg hängt von mehreren Faktoren ab, wie z.B. von der Beschaffenheit des Gewebes, der Durchdringungsfähigkeit bzw. Gewebedichte der Zielregion, der Schnittbildgenauigkeit, der technischen Systemgenauigkeit, der Biopsiemethode und vom Zustand des Instrumentes bzw. der Nadel ab. Die Versuche haben gezeigt, dass mit dem neu entwickelten Biopsiesystem eine hohe technische Punktionsgenauigkeit erreicht werden kann. Dies bringt insofern einen großen Vorteil, dass der Gesamtpositionierungsfehler durch unvermeidbare Nadeldurchbiegungen während der Gewebepunktion oder aufgrund schnittbildtechnischer Planungsfehler gering bleibt. Berücksichtigt man dennoch unter den genannten Aspekten eine mögliche Nadelabweichung vom realen Zielpunkt in einem Bereich von ca. ± 1-2 mm in alle Richtungen, so würde sich die minimale Zielgröße unter Berücksichtigung einer 2 mm starken Biopsienadel auf schätzungsweise 4 - 6 mm begrenzen. Dies macht insofern auch Sinn, da für die konventionelle Stanzbiopsietechnik eine Durchdringung des Zielareals eine wichtige Voraussetzung für eine sichere Biopsie ist. Areale unter 4 mm Grösse lassen sich vermutlich ohne spezielle Instrumente nur schwer abklären. In einem abschließenden Versuch wurde hierzu ein ca. 6 mm [Seite 118↓]großes Zielobjekt (Kaper) in einem Speckstück in einer Tiefe von 28 mm punktiert. Das Punktionsergebnis zeigt der Schnittbildvergleich, siehe Abb. 146, vor und nach der Punktion. Die ermittelten Abweichungen vom Zielpunkt sind trotz des relativ festen Punktionskörpers gering und betragen in der x-Richtung 0,7 mm und in der y-Richtung 0,2 mm.

Abb. 146 : Schnittbilder vor und nach der Punktion eines Speckstückes mit eingelagertem Zielobjekt von ca. 6 mm Größe

(die Schlieren haben eine fototechnische Ursache).

Da eine Läsion unter 4 mm Größe vermutlich mehr durch den Schrägnadelanschliff weggedrückt als durchstossen wird, wäre eine Stanzbiopsie möglicherweise praktisch besser durchführbar, wenn der Zielpunkt etwas unterhalb der Läsion angesetzt wird. Wie die Abb. 147 prinzipiell zeigt, würde die Nadel in diesem Fall die Läsion heben und diese schließlich über die Eigenspannungen des Gewebes in die seitliche Kerbe drücken.

Abb. 147 : Biopsietechnik für kleine Läsionen.

Die im oberen Abschnitt dargestellte Methodik setzt neben der hohen technischen Genauigkeit eine eindeutige Schnittbilddiagnostik und -planung mit scharfer Abgrenzung der Läsion voraus. Ein limitierender Faktor im Hinblick auf die Treffgenauigkeit liegt hier insbesondere bei einem ungünstigen Verhältnis zwischen der Tumorgröße und der räumlichen Schnittbildlage vor, so dass eine nicht eindeutige Schnittbildzuweisung die Folge sein kann. Nach Abb. 148 besteht demnach die Möglichkeit, dass der Tumor entweder genau innerhalb einer Schicht oder über zwei oder mehrere Schichten verteilt ist. Ist der Tumor in mehreren Schichten abgebildet wirkt sich dieser Zustand nachteilig für die exakte Zielkoordinatenbestimmung in z-Richtung über die transversalen Schnitebenen aus, wie es bei der automatischen Koordinatenbestimmung (DICOM-Applikation) der Fall ist. Eine Vermeidung des entstehenden Fehlers kann durch eine Zusatzkontrolle im coronaren Schnittbild erfolgen.

Abb. 148: links: optimale Tumorlage (A) und Zuordnungsprobleme (B,C,D) nach [23] , rechts: Positionierungsfehler bei falscher Schichtwahl.


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9.5  Interventionszeiten

Die Gesamtinterventionszeit setzt sich bei dieser MR-gestützten Mammaintervention (ohne Patientenpositionierung) hauptsächlich aus den folgenden Einzelzeiten zusammen:

Im Rahmen der Evaluierung an Phantommodellen konnten hierzu näherungsweise folgende Interventionszeiten ermittelt werden:

  1. Schnittbilderstellung: (Übersichtsscan, coronarer und transversaler Scan). Mit der Gradienten-Echo-Sequenz GE(FFE) und 40 Schnittbilder pro Scan --> ca. 5-10 min.
  2. Punktionsplanung: Auswahl der relevanten Schnittebenen und der Zielregion, sowie Festlegung des Bezugssystems und der Zielkoordinaten --> ca. 5 min.
    Punktionsplanung mittels DICOM-Export: Auswahl der relevanten Bildfolge und Export zum Biopsierechner, Auswahl der transversalen Interventionsebene, des Bezugssystems (Lokalizers) und der Zielpunktes --> ca. 5 min.
  3. Aufbau und Einrichtung des Biopsiesystems: Einsetzen des Interventionssystems (Fuß- oder Kopfseite) inkl. Schläuche und elektrische Leitungen, Aktivieren der Steuerung, Eingabe der Lochplattenparameter und der Zielkoordinaten --> ca. 10 min. (Bei der DICOM-unterstützten Version entfällt die manuelle Zielkoordinateneingabe).
  4. Positionierung: Die Navigationzeit umfaßt zum einen die Kalibrierzeit, sowie die Ausrichtungsdauer des medizinischen Instrumentes an der Punktionsplatte.
    Folgende Systemkalibrierzeiten (inkl. Anfahrweg von der Grundstellung aus) wurden gemessen: Rechte Kompressionsplatte --> 20 s, Linke Kompressionsplatte --> 65 s.

    Für die Instrumentenpositionierung lassen sich aufgrund der unterschiedlichen Ansteuerungspositionen keine pauschalen Zeiten nennen. Da die Dynamik des Positioniersystems aufgrund der festen Antriebsbeziehungen bekannt ist, lassen sich für die Einzelachsbewegungen folgende relative Positonierzeiten angeben:

    - Lineare Positionierzeit [mm/s]: x-Achse: 0,4; y-Achse: 0,6; z-Achse: 0,4
    - Inklinationszeit [°/s]: vertikal: 0,48; horizontal: 0,36

    Bei den durchgeführten Tests, die an der rechten Kompressionsplatte erfolgten, lagen die mittleren Positionierzeiten bei ca. 47 s.
  5. Punktion und Biopsie: Im Anschluß an die Positionierung wird zunächst die Biopsietiefe eingestellt. Dies ist ein manueller Vorgang der in einer Minute abgeschlossen sein kann. Die Zeit für den automatisierten Ablauf: Spannen der Biopsienadel, Nadelvorschub (Mamma), Biopsie und Nadelrückzug beträgt insgesamt ca. 8 s, wobei das Auslösen der Biopsie aufgrund der Trägheit des Nitinol-Aktuators die meiste Zeit (3-4 s) in Anspruch nimmt. Insgesamt --> 2 min.

Aus den ermittelten Einzelzeiten läßt sich näherungsweise eine erforderliche Interventionszeit von der Bildgebung bis zur Durchführung der ersten Biopsie von ca. 30 – 40 min angeben, die auch durch Tests bestätigt wurde. Für die interventionelle MR-Diagnostik ist diese Untersuchungszeit im Vergleich zu den heutigen Untersuchungszeiten kurz, so dass das diese Methode sowohl in technischer und wirtschaftlicher Sicht sehr effizient ist. Zu längeren Interventionszeiten könnten jedoch z.B. wiederholte Kontrollaufnahmen, dynamische Kontrastmittelaufnahmen, die Applikation von Lokalanästhesiemitteln, aber auch Interventionsplanungen bei schwer nachweisbaren Läsionen führen.


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9.6  Aspekte zur MR-Kompatibilität

Zur Bewertung der MR-Kompatibilität medizinischer Instrumente und Geräte wurde von Kahn et. al. eine Klassifikation [ 52 ] vorgeschlagen, welche den MRT-Raum in vier Kompatibilitätsbereiche aufteilt und das Instrument bzw. Gerät einem dieser Bereiche zuordnet. Die Bewertung dieses Biopsiesystems orientiert sich an dieser Klassifizierung und erweitert sie in Bezug um einige Aspekte.

MR-Kompatibilitätsklasse Ia: Invasiv eingesetztes Gerät oder Instrument im Bereich der interessierenden anatomischen Region, das auch während der Bildgebung im Körper verbleiben kann, den Bildgebungsprozess nicht wesentlich stört und keine störenden magnetischen Kräfte auf den Körper ausübt.

MR-Kompatibilitätsklasse Ib: Nicht-invasives Gerät oder Instrument, das auch während der Bildgebung in direktem Kontakt zum Untersuchungsobjekt bzw. in unmittelbarer Nähe zu der interessierenden anatomischen Region stehen kann, die Bildgebung nicht stört und auch keine störenden magnetischen Kräfte ausübt.

MR-Kompatibilitätsklasse IIa: Gerät oder Instrument, das im Planungs- und Untersuchungsbereich (Isozentrum) auch während der Bildgebung aktiv verwendet werden kann, jedoch in einem definierten Mindestabstand zum Untersuchungsobjekt bzw. Bildgebungsvolumen für artefaktefreie Schnittbilder platziert werden muß.

MR-Kompatibilitätsklasse IIb: Gerät oder Instrument, das im Planungs- und Untersuchungsbereich verwendet werden kann, aber während der Bildgebung deaktiviert und in einem definierten Mindestabstand zum Untersuchungsobjekt bzw. zum Bildgebungsvolumen für artefaktefreie Schnittbilder platziert werden muß .

MR-Kompatibilitätsklasse III: Gerät oder Instrument, das im Untersuchungsbereich (Isozentrum) angewendet werden kann, jedoch während der Bildgebung aus diesem vollständig entfernt werden muß.

MR-Kompatibilitätsklasse IVa: Gerät oder Instrument, das im MR-Magnetraum und während der Bildgebung aktiv angewendet werden kann, dabei aber in einem größeren Abstand zum Untersuchungsbereich bzw. in schwächere Feldlinienbereiche platziert werden muß.

MR-Kompatibilitätsklasse IVb: Gerät oder Instrument, das im MR-Magnetraum verwendet werden kann, aber zur Vermeidung von Bildstörungen während der Bildgebung deaktiviert und in einem größeren Abstand zum Untersuchungsbereich bzw. in schwächere Feldlinienbereiche platziert werden muß.

Für das gesamte automatisierte Biopsiesystem läßt sich aufgrund der unterschiedlichen Module und funktionellen Aufgaben keine allgemeine Kompatibilitätsklasse angeben. Die einzelnen Systemmodule können nach der o.g. Klassifizierung aber wie folgt zugeordnet werden:

Ia) Biopsienadel,

Ib) Kompressionsplatten, Patientenauflage, Mammaspule,

IIa) Grundrahmen, Fixationssystem, medizinisches Instrument,

IIb)Navigationssystem,

IVa/b)Gerätesteuerung (a: bei deaktiviertem Piezomotorsystem).

Bei der Erprobung des Biopsiesystems im Untersuchungs- und Streubereich des MR-Tomographen konnten keine nachteiligen Bildstörungen wie z.B. Rauschen, Verzerrungen oder Auslöschungen in den Schnittbildern, was durch Soll/Ist-Größenvergleiche an Phantomobjekten nachgewiesen wurde, festgestellt werden. Bildstörungen infolge elektrischer Effekte (EM-Störungen) blieben wegen der Deaktivierung der Motorensysteme bzw. der gesamten Gerätesteuerung aus. Abbildungserscheinungen machten sich in den kompressionsplattennahen Schnittebenen bemerkbar, als Folge der Materialsuszeptibilitäten des Plattenwerkstoffs. Diese könnten vorteilhafterweise zur Identifizierung der Plattenlage herangezogen werden. Störende magnetische Kraftwirkungen auf das Navigationssystem konnten sowohl im MRT-Streubereich als auch im Isozentrum nicht beobachtet werden.


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02.09.2004