Development of a Permanently Controllable Rotating Biopsy Device, Part I: Theoretical Considerations and In-Vitro Results for Five Different Prototypes

Zusammenfassung

Ziel: Entwicklung verschiedener Prototypen permanent steuerbarer Rotationsbiopsie-Instrumente mit Evaluation des effizientesten Prototyps in Rinderherzbiopsien. Material und Methoden: Es wurden 5 verschiedene Prototypen von 18-Gauge-Rotationsbiopsie-Instrumenten entworfen und konstruiert, 4 (1 – 4) mit verschiedenartigen Bohrerkonfigurationen und ein (5) Kanülentyp mit helikal eingebogener Schneidelanzette. Als Biopsiegewebe diente Rinderherz, wobei jeweils n = 100 Biopsate pro Prototyp gewonnen wurden. Es wurde eine quantitative Analyse bezüglich der Gewebefragmentation, der Länge in mm und des Gewichts in mg durchgeführt. Bei der statistischen Analyse wurden der Chi-quadrat-Test für die Gewebefragmentation und der Kruskal-Wallis-Test für die Parameter Länge und Gewicht berechnet. Ergebnisse: Prototyp 5 wies die höchste Rate eines einteiligen Biopsiefragments in n = 66 Fällen und die niedrigste Rate an Leerbiopsien in n = 11 Fällen auf. Mittlere Länge/Gewicht lagen bei 4,15 mm/ 3,91 mg für Prototyp 1, 1,80 mm/ 1,66 mg für Prototyp 2, 4,61 mm/ 3,28 mg für Prototyp 3, 5,20 mm/ 3,74 mg für Prototyp 4 und 9,57 mm/ 6,97 mg für Prototyp 5. In den 3 Kategorien war Prototyp 5 den Prototypen 1 – 4 jeweils signifikant überlegen mit p < 0,001. Schlussfolgerung: Der Biopsiekanülentyp mit helikal eingebogener Schneidelanzette erwies sich als effizientester Prototyp und kann nun kompetitiv gegen etablierte automatische Stanzbiopsiesysteme in-vitro getestet werden.

Abstract

Purpose: To develop different prototypes of permanently controllable rotating biopsy devices with determination of the most efficient prototype in biopsies in bovine myocardium. Materials and Methods: Five different prototypes of 18-gauge rotating biopsy devices were designed and constructed, four (1 – 4) with various drill-like cutting edges and one (5) cannula type with a lancet-like helically bent cutting edge. Using bovine myocardium as the biopsy tissue, n = 100 specimens per prototype were obtained, and a quantitative analysis including tissue fragmentation, length in mm and weight in mg was carried out. For statistical analysis, the chi-square test for tissue fragmentation and Kruskal-Wallis test for the parameters length and weight were calculated. Results: Prototype 5 showed the highest rate of extraction of one-fragment specimens in n = 66 cases and the lowest rate of failure to obtain tissue in n = 11 cases. The mean length/weight were 4.15 mm/ 3.91 mg for prototype 1, 1.80 mm/ 1.66 mg for prototype 2, 4.61 mm/ 3.28 mg for prototype 3, 5.20 mm/ 3.74 mg for prototype 4, and 9.57 mm/ 6.97 mg for prototype 5. In all three categories, prototype 5 was significantly superior to the prototypes 1 – 4 with p < 0.001. Conclusion: The cannula type with a lancet-like helically bent cutting edge proved to be the most efficient prototype and may now be tested competitively against established automated biopsy devices in vitro.

experimental study - instrumentation - biopsy - technical aspects - efficacy studies - prototype

References

• 1 Timpert K I, Schmutz J, Steinke K. Massive zerebrale Luftembolie nach Computertomographie-gesteuerter Lungenbiopsie.  Fortschr Röntgenstr. 2006;  178 441-443
• 2 Hiraki T, Fujiwara H, Sakurai J. et al . Nonfatal systemic air embolism complicating percutaneous CT-guided transthoracic needle biopsy: four cases from a single institution.  Chest. 2007;  132 684-690
• 3 Lattin Jr G, O’Brien W Sr, McCrary B. et al . Massive systemic air embolism treated with hyperbaric oxygen therapy following CT-guided transthoracic needle biopsy of a pulmonary nodule.  J Vasc Interv Radiol. 2006;  17 1355-1358
• 4 Yeow K M, See L C, Lui K W. et al . Risk factors for pneumothorax and bleeding after CT-guided percutaneous coaxial cutting needle biopsy of lung lesions.  J Vasc Interv Radiol. 2001;  12 1305-1312
• 5 Yeow K M, Su I H, Pan K T. et al . Risk factors of pneumothorax and bleeding: multivariate analysis of 660 CT-guided coaxial cutting needle lung biopsies.  Chest. 2004;  126 748-754
• 6 Foert E, Frericks B B, Klambeck M. Arterielle Gasembolie während CT-gestützter Lungenbiopsie: Behandlung mit hyperbarer Sauerstofftherapie.  Fortschr Röntgenstr. 2008;  180 672-673
• 7 Hopper K D, Abendroth C S, Sturtz K W. et al . CT percutaneous biopsy guns: comparison of end-cut and side-notch devices in cadaveric specimens.  Am J Roentgenol. 1995;  164 195-199
• 8 vanSonnenberg E, Casola G, Ho M. et al . Difficult thoracic lesions: CT-guided biopsy experience in 150 cases.  Radiology. 1988;  167 457-461
• 9 Szolar D H, Preidler K W, Kugler C. et al . Durchleuchtungsgezielte perkutane Feinnadelbiopsie der Lunge mit der ROTEX-Nadel. Ergebnisse bei 890 Patienten mit fokalen Lungenläsionen.  Fortschr Röntgenstr. 1994;  161 505-511
• 10 Osseiran K, Muller K M, Apel C. et al . Die CT-gestützte perthorakale Punktion von peripheren Lungenrundherden mit Hilfe einer speziellen Punktionsnadel.  Pneumologie. 2005;  59 369-375
• 11 Hopper K D, Baird D E, Reddy V V. et al . Efficacy of automated biopsy needles in the pygmy pig.  Radiology. 1990;  176 671-676
• 12 Hopper K D, Abendroth C S, Sturtz K W. et al . Automated biopsy devices: a blinded evaluation.  Radiology. 1993;  187 653-660
• 13 Franiel T, Fritzsche F, Staack A. et al . Histopathologische Qualität von Prostatastanzzylindern: Vergleich einer MR-kompatiblen Biopsienadel mit einer im Ultraschall eingesetzten ferromagnetischen Biopsienadel.  Fortschr Röntgenstr. 2006;  178 1212-1218
• 14 Meier-Meitinger M, Nagel M, Kalender W. et al . Computergestütztes Navigationssystem für CT-gesteuerte Interventionen: Ergebnisse am Phantom und im klinischen Einsatz.  Fortschr Röntgenstr. 2008;  180 310-317
• 15 Honnef D, Wildberger J E, Schubert H. et al . Computertomografisch gesteuerte Interventionen bei Kindern.  Fortschr Röntgenstr. 2007;  179 605-612