Improved diagnostics of lung cancer by using electromagnetic based navigation to better target suspicious lesions in the lungs

Lungekreft utredning og behandling

Slik utredning og behandling er høyt prioritert i Helsedirektoratet. Nøyaktig og tidlig påvisning og kartlegging av lungekreft og tilhørende lymfeknuter er avgjørende i stadieinndelingen, og avgjør om behandlingen blir kurativ eller lindrende. Bronkoskopi og Ultralydbronkoskopi (EBUS) er sentrale redskap denne prosessen. Vi tilstreber rask og nøyaktig påvisning av lungekreft med hjelp av navigert bronkoskopi/EBUS, og målet er bedret overlevelse

Prosjektsamarbeid

Høyteknologi (elektromagnetisk navigasjon) og eksperter fra Sintef og lungeleger fra St. Olavs hospital med tilknytning til ISB, DMF, NTNU danner basis for utvikling og studie av navigert bronkoskopi og EBUS, med integrert elektromagnetsik veiledning og sporing for nøyaktig lokalisering og prøvetaking. Vi har utført Fantom-, Dyremodell- og humanstudier de siste årene, og en velfungerende navigasjonsplattform er etablert. Prosjektet har både nasjonale og internasjonale kontakter. Innovasjonspotensiale er tilstede for ulike komponenter (HW og SW) i navigasjonsplattformen.

Midler og produksjon

Tildeling midler fra Samarbeidsorganet kom i 2011, en ha etablert forskningsplattform for navigert bronkoskopi, og PhD ble sluttført sept 2012 (HO Leira, 5 artikler) som nå er Postdoc med Hanne Sorger som PhD. Hun ble tatt opp i april 2013 ved doktorgradsstudiet på DMF, NTNU. Samme midler har på fjerde året finansiert 100% ingeniørstilling ved Sintef og dette året 50% PhD stilling,¨og en har midler ut dette året. Gruppa har videre 2 manuskript til review og et abstract presentert Juni 2014, Heidelberg, Tyskland).

Publikasjoner 2010 – 2013

1. A novel research platform for electromagnetic navigated bronchoscopy using cone beam CT imaging and an animal model. Leira HO, Amundsen T, Tangen GA, Bø LE, Manstad-Hulaas F, Langø T. Minim Invasive Ther Allied Technol 2011; 20 (1): 30-41.

2. Navigated bronchoscopy with electromagnetic tracking - Cone beam CT influence on tracking and registration accuracy. Leira HO, Hofstad EF, Bø LE, Langø T, Amundsen T. J Bronchol Intervent Pulmonol 2011; 18: 329-336

3. Accuracy of electromagnetic tracking with a prototype field generator in an interventional OR setting. Lars Eirik Bø, Håkon Olav Leira, Geir ArneTangen, Erlend Fagertun Hofstad, Tore Amundsen, Thomas Langø. Medical Physics 2012; 39 (1): 399-406

4. A novel in-vivo method for lung segment movement tracking. Leira HO, Tangen GA, Hofstad EF, Langø T, Amundsen T. Physics in Medicine and Biology 2012; 57 (4): 1071-86

5. Bronchoscope-induced displacement of lung targets – First in-vivo demonstration of effect from wedging maneuver in navigated bronchoscopy. Leira HO, Langø T, Hofstad EF, Sorger H, Amundsen T. J Bronchology Interv Pulmonol. 2013 Jul; 20 (3): 206-12.

6. Navigation technology. Navigasjonteknologi blir benyttet innenfor stadig flere kliniske områder. Frank Lindseth, Thomas Langø, Tormod Selbekk, Geir Arne Tangen, Erlend Fagertun Hofstad, Geirmund Unsgård, Frode Manstad Hulaas, Tore Amundsen, Ronald Mårvik, Toril A Nagelhus Hernes. Kirurgen 2012; Nr 2: 98-101

7. Navigated bronchoscopy - A technical review. Reynisson, Leira, Hernes, Hofstad, Scali, Sorger, Amundsen, Lindseth, Langø. Under review

8. Automatic registration of CT images to patient during the initial phase of bronchoscopy – a clinical pilot study. Hofstad, Sorger, Leira, Tangen, Amundsen, Langø. Under review

I dette PhD-prosjektet har vi utviklet et bildeveiledningssystem for bronkoskopi. Bronkoskopi er skopi-undersøkelse av lungene, og en hjørnestein i utredning av lungekreft og andre lungesykdommer. Ved bronkoskopi føres et fleksibelt instrument med videokamera ned i luftveiene, og gjennom en arbeidskanal i bronkoskopet kan legen ta prøver av lungevev og luftveier.

Luftveiene er komplekse, de deler seg over 20 ganger før de ender opp i alveolene, de små blærene i lungene hvor utveksling av oksygen og karbondioksid foregår. Det er derfor vanskelig å orientere seg, og en liten sykelig forandring – f.eks. en liten svulst – kan være svært vanskelig å nå selv om vi vet nøyaktig hvor den befinner seg ut fra radiologiske undersøkelser.

Vi utvikler derfor et bildeveiledningssystem, som ligner GPS, for bronkoskopi. Sentralt i dette er datasystemet CustusX, et forskningsverktøy utviklet av SINTEF Medisinsk teknologi i Trondheim. Dette verktøyet har vært brukt i mange år allerede i veiledningssystemer for andre deler av kroppen.

I det nyutviklede navigasjonssystemet bruker vi et sporingsverktøy basert på magnetfelt. En sendeboks lager et elektromagnetisk felt inne i pasienten og sensorer koblet til bronkoskopet og annet prøvetakingsutstyr kan fastslå sin posisjon i lungen med omtrent 1 mm nøyaktighet. Utstyrets posisjon blir vist i pasientens eget CT-bilde.

Denne avhandlingen presenterer den tidlige utviklingen av systemet og forskning knyttet til ulike aspekter av navigert bronkoskopi.

Artikkel 1 presenterer den tidlige brukbarhetsutprøvningen. Vi fant at CustusX og det elektromagnetiske sporingssystemet var godt egnet også for navigert bronkoskopi av gris.

I artikkel 2 og 3 har vi beskrevet stabilitetstesting av utstyret i en avansert operasjonsstue. Elektrisk strøm og metall kan påvirke det elektromagnetisk feltet som vi benytter i vårt sporingssystem. I den første brukbarhetstestingen fant vi at røntgenapparatet i operasjonsstua forårsaket store forstyrrelser i magnetfeltet, som nærmest gjorde sporingssystemet ubrukelig for vårt formål. Vi gjennomførte derfor en nærmere vurdering av forstyrrelsene for å finne løsninger

1. A novel research platform for electromagnetic navigated bronchoscopy using cone beam CT imaging and an animal model. Leira HO, Amundsen T, Tangen GA, Bø LE, Manstad-Hulaas F, Langø T. Minim Invasive Ther Allied Technol 2011; 20 (1): 30-41.

2. Accuracy of electromagnetic tracking with a prototype field generator in an interventional OR setting. Lars Eirik Bø, Håkon Olav Leira, Geir ArneTangen, Erlend Fagertun Hofstad, Tore Amundsen, Thomas Langø. Medical Physics 2012; 39 (1): 399-406

3. Navigated bronchoscopy with electromagnetic tracking - Cone beam CT influence on tracking and registration accuracy. Leira HO, Hofstad EF, Bø LE, Langø T, Amundsen T. J Bronchol Intervent Pulmonol 2011; 18: 329-336

4. A novel in-vivo method for lung segment movement tracking. Leira HO, Tangen GA, Hofstad EF, Langø T, Amundsen T. Physics in Medicine and Biology 2012; 57 (4): 1071-86

5. Bronchoscope-induced displacement of lung targets – First in-vivo demonstration of potentially important effect of the wedging maneuver. Leira HO, Langø T, Hofstad EF, Amundsen T. Submitted – J Bronchol Intervent Pulmonol Jan 2013