Registration of Supine MR Mammography with Breast Ultrasound for Surgical Planning of Breast Conserving Surgery: A Feasibility Study

Abstract

Purpose To report the feasibility, accuracy and initial clinical experience of the use of real-time magnetic resonance navigated ultrasound (rtMRnUS) in the surgical planning of breast-conserving surgery (BCS) via guide wire insertion.

Materials and Methods 29 participants were recruited into this prospective ethics committee approved study. The first 4 cases were utilized as a training set. Participants underwent a supine contrast-enhanced breast MR examination with external fiducials and corresponding ink marks placed on the skin of the affected breast to act as co-registration pairs. MR examinations included both functional and morphological images. A LOGIQ E9 ultrasound system (GE Healthcare, Milwaukee, WI, USA) equipped with a 6 – 15 MHz transducer was utilized for rtMRnUS. To facilitate point co-registration of the previously acquired MR dataset with the real-time ultrasound, co-registration pairs were identified on both imaging modalities. The following co-registration quality metrics were recorded: root mean square deviation (RMSD), lesion and global accuracies. Post co-registration guide wire insertion was performed.

Results Co-registration was successfully undertaken in all participants. Results from 25 participants are presented. The median (min, max) RMSD was 3.3 mm (0.6 mm, 8.8 mm). The global accuracy was assessed as very good (8), good (12), moderate (3) and poor (2) while the median (min, max) lesion accuracy was recorded at 8.9 mm (2.1 mm, 33.2 mm).

Conclusion The use of rtMRnUS to facilitate guide wire insertion is a feasible technique. Generally, very good or good global registration can be expected. Lesion accuracy results indicate that a median difference, in 3 D space, of 9 mm can be expected between imaging modalities.

Zusammenfassung

Ziel Bericht über die Machbarkeit, Genauigkeit und erste klinische Erfahrung beim Einsatz der Magnetresonanz-navigierten Sonografie (rtMRnUS) in Echtzeit bei der chirurgischen Planung der brusterhaltenden Operation (BCS) mittels Drahtmarkierung.

Material und Methoden 29 Patientinnen wurden in diese prospektive, von der Ethikkommission genehmigte Studie aufgenommen. Die ersten 4 Fälle dienten als Übungsreihe. Die Patientinnen unterzogen sich einer MR-Mammografie der Brust in Rückenlage mit abgespreiztem Arm an der betroffenen Seite, wie bei der Ultraschallposition. Vor der MRT wurden Passermarken mit dazugehörigen Farbmarkierungen auf der Haut der betroffenen Brust aufgetragen. Die Lage der externen Passermarken und Farbmarkierungen stellten Co-Registrierungspaare dar. Die MR-Untersuchungen beinhalteten sowohl funktionelle als auch morphologische Darstellungen. Das LOGIQ E9 Ultraschallsystem (GE Healthcare, Milwaukee, WI, USA) ausgestattet mit einem 6–15MHz Schallkopf wurde im rtMRnUS eingesetzt. Um die Punkt-Co-Registrierung des zuvor erhaltenen MR-Datensatzes und dem Echtzeit-Ultraschall zu erleichtern, wurden die Co-Registrierungspaare in beiden darstellenden Verfahren identifiziert. Die folgenden Co-Registrierungs-Qualitätsmessungen wurden aufgenommen: Der mittlerer quadratischer Fehler (RMSD = root mean square deviation), die Läsionsgenauigkeit und die globale Genauigkeit. Nach der Co-Registrierung wurde eine Drahtmarkierung eingebracht.

Ergebnisse Bei allen 25 Teilnehmern wurde die Co-Registrierung erfolgreich durchgeführt und die Ergebnisse dargestellt. Der mediane RMSD betrug 3,3 mm (min 0,6 mm; max 8,8 mm). Die globale Genauigkeit wurde als sehr gut (8), gut (12) mäßig (3) und schlecht (2) beurteilt, der Median der Läsionsgenauigkeit betrug 8,9 mm (min 2,1 mm; max 33,2 mm). Ein positiver Randstatus wurde bei 4 Teilnehmern nach rtMRnUS eine Drahtmarkierung festgestellt.

Schlussfolgerung Der Einsatz von rtMRnUS bei der Drahtmarkierung ist machbar. Im Allgemeinen kann eine sehr gute bis gute globale Registrierung erwartet werden. Die ermittelten Läsionsgenauigkeiten deuten darauf hin, dass ein medianer Unterschied von 9 mm im 3D-Raum zwischen beiden bildgebenden Verfahren erwartet werden kann.

Key words

ultrasound - MR imaging - registration - breast cancer - breast-conserving surgery

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