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Parallele Echtzeitbildgebungstechniken für die interventionelle Magnetresonanztomographie

Müller, Sven

English Title: Real Time Parallel Image Reconstruction for Interventional Magnetic Resonance Imaging

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PDF, German
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Abstract

In dieser Arbeit wurden Verfahren und Messtechniken entwickelt, um interventionelle Eingriffe mit Hilfe eines klinischen Magnetresonanz (MR)-Tomographen durchführen zu können. Die Zielstellung war, die Vorteile der MR-Tomographie (der exzellente Weichteilkontrast und die gute dreidimensionale Darstellung der Pathologie) mit schneller Bildgebung in Echtzeit so zu kombinieren, dass minimalinvasive Eingriffe unter MR-Kontrolle an stark bewegten Organen, wie z.B. dem schlagenden Herzen, durchgeführt werden können. Um dieses Ziel zu erreichen, mussten vier Bedingungen erfüllt werden: Die Messzeit pro Bild musste unter 0,2 s bei einer Bildauflösung von 1 mm reduziert werden. Dies war insbesondere bei Interventionen im Herzen notwendig, um einzelne Zyklen aber auch kleinere Gefäße aus der Umgebung darstellen zu können. Dieses Ziel wurde erreicht, indem die normalerweise nacheinander (und daher zeitaufwändig) in Phasenkodierschritten akquirierten Bilddaten durch Daten ersetzt wurden, die aus der komplementären Information verschiedener Empfangsspulen stammten. Zur Bildrekonstruktion war somit neben der diskreten Fouriertransformation auch lineare Algebra nötig, um ein Bild mit unverminderter Auflösung und frei von Faltungsartefakten aus den parallel akquirierten Messdaten zu rekonstruieren. Der Vorteil dieser auch als parallele Bildgebung bezeichneten Technik ist die Beschleunigung der Bildakquisition ohne eine Reduktion der Bildauflösung. Um diesen Vorteil in der interventionellen MR nutzen zu können, wurde im zweiten Teil dieser Arbeit das Konzept der dynamischen Spulenselektion entwickelt. Ziel des auf diesem Konzept basierenden Algorithmus ist es, die Empfangsspulen zu selektieren, deren komplementäre Informationen konstruktiv für die Bildrekonstruktion sind. Dieses Verfahren ermöglicht neben der Echtzeitfähigkeit der Bildrekonstruktion die Reduktion von Faltungsartefakten und die Erhöhung des lokalen Signal-Rausch-Verhältnisses in den rekonstruierten MR-Bildern. Der dritte Schwerpunkt dieser Arbeit war die Entwicklung und Implementierung einer neuen Projektionstechnik, mit der die sichere und schnelle Lokalisierung der aktiven Katheter möglich wurde. Im letzten Teil der Arbeit wurde der segmentierte Wellenleiter entwickelt, mit dem es gelang, die Gefahr der HF-Erwärmung deutlich zu reduzieren. Mit Hilfe dieser Neuentwicklungen war es in mehreren Tierexperimenten möglich, einen Katheter unter MR-Kontrolle sicher ins Herz zu navigieren.

Translation of abstract (English)

This thesis describes the development of procedures and techniques for implementing interventional invasion using a clinical magnetic resonance tomograph (MRT). The intention was to combine the advantages of MRI (excellent soft tissue contrast and good 3D imaging capability) with real-time imaging in order to realize minimal invasive techniques on the fast moving organs, e.g. beating heart. To achieve this, four conditions must be fulfilled: the acquisition time per image should be reduced to 0.2 sec with an image resolution of 1 mm. This is important for interventions of the heart to visualize both individual beating cycles and the small vessels from the surrounding area. The intention is reached by substituting the acquired image data with usual successive phase encoding steps (i.e. time-consuming) by the data obtained from complementary information of the different receive coils. Linear algebra is needed for the image reconstruction in addition to discrete Fourier transformation in order to get an image from parallel acquisition measurement data without reduced resolution and folding artifacts. The advantage of this technique, also known as parallel imaging, is acceleration of image acquisition without reduction of image resolution. To use this advantage in interventional MR the concept of dynamic coil selection is introduced in the second part of this thesis. The intention of algorithm based on this concept is to select receive coils according to the provided complementary information. This procedure allows the reduction of folding artifacts and increase in local Signal-to-Noise Ratio in the reconstructed MR-image during real-time image reconstruction. The third emphasis of this thesis is a development and implementation of the new projection technique, which can provide more stable and fast localization of the active catheter. The final part of the thesis describes the development of the segmented wave guide which substantially helps to reduce the danger of HF-heating. With a help of these new developments it is possible to navigate a catheter into a heart under MR-control during several animal experiments.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Semmler, Prof. Dr. Wolfhard
Date of thesis defense: 27 July 2006
Date Deposited: 27 Jul 2006 14:13
Date: 2006
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: NMR-Tomographie, Paralleler Algorithmus, Parallelverarbeitung, Interventionsradiologie, Heidelberg / Deutsches Krebsforschungszentrum
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