# Development and evaluation of ultrasound navigation for free-hand biopsies of small masses in the head and neck area

## TL;DR

A new ultrasound navigation system was developed to improve free-hand biopsies of small masses in the head and neck area.

## Contribution

The novel system enables real-time 3D tracking and navigation without preoperative imaging or monitor use.

## Key findings

- The system successfully targeted 8 out of 10 phantom masses of 8 mm in size.
- An average deviation of 2.5 mm was measured in a dedicated evaluation phantom.
- The system allows bimanual operation without holding the ultrasound probe during biopsy.

## Abstract

Der Ultraschall als wichtiges Bildgebungsverfahren im Kopf-Hals-Bereich ist leicht verfügbar, dynamisch, kostengünstig und ohne Strahlenbelastung. Eingriffe in der komplexen Kopf-Hals-Anatomie erfordern eine gute Orientierung, die durch Navigationssysteme unterstützt wird.

Entwicklung eines neuen ultraschallkontrollierten Navigationssystems zur Punktion kleiner Zielstrukturen im Kopf-Hals-Bereich.

Es wurde ein Halsphantom mit sonographierbaren Raumforderungen (RF; Größe: 8–10 mm) konstruiert. Diese wurden automatisch mittels eines ResNet-50-basierten tiefen neuronalen Netzes segmentiert. Der Ultraschallkopf (UK) wurde mit einem individuell hergestellten Trackingtool versehen.

Die Positionen von Ultraschallgerät, RF und Punktionsnadel wurden im Weltkoordinatensystem erfasst. In 8 von 10 Fällen wurde eine 8 mm große RF getroffen. Die durchschnittliche Abweichung wurde mit 2,5 mm in einem speziellen Evaluationsphantom berechnet. Die getrackte Biopsienadel wird durch auditives Feedback ausgerichtet und zur RF navigiert.

Herausragende Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Navigationssystemen sind: Verzicht auf präoperative Schnittbildgebung, automatische dreidimensionale Echtzeitregistrierung, welche die intraoperative Gewebeverschiebungen berücksichtigt, Beibehaltung der optischen Achse des Operateurs auf den Situs, ohne dass auf einen Navigationsmonitor geschaut werden muss, und beidhändiges Arbeiten ohne Halten des UK während der Punktion. Insgesamt lässt sich das beschriebene Funktionsmuster außer für Nadelbiopsien auch in der offenen Kopf-Hals-Chirurgie anwenden.

Zusätzliche Informationen sind in der Online-Version dieses Artikels (10.1007/s00106-023-01385-9) enthalten.