English Title: Automatic and interactive device tracking and flow measurements for interventional magnetic resonance imaging.

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Abstract

Aufgrund des exzellenten Weichteilkontrastes, der dreidimensionalen Darstellung und funktionellen Messverfahren (z.B. Flussmessungen) bietet sich die Magnet-resonanz-tomographie für die Durchführung minimal invasiver Eingriffe mit Kathetern oder Biopsienadeln an. Ziel dieser Arbeit war es, einem Operateur die schnelle und sichere Platzierung eines Katheters in einem Blutgefäß zu ermöglichen. Hierfür wurde eine Methode zur Lokalisierung kleiner an die Katheter angebrachter Hochfrequenzspulen implementiert. Zur Darstellung der Positionen wurden zwei Strategien verfolgt. Ent-weder wurde eine kontinuierliche Positionsmessung (Zeitauflösung 20 ms) mit Mar-kierung auf einem zuvor aufgenommenen Übersichtsbild durchgeführt, oder die Posi-tionsmessung wurde mit schneller Bildgebung abgewechselt. Um dem Operateur die Arbeit am Tomographen zu erleichtern, wurde die zweite Strategie erweitert und eine automatische Nachführung der Schichtposition und -orientierung in die Mess-sequenz integriert. Ein vom Untersuchungsraum bedienbares Userinterface ermöglichte die Steuerung der wichtigsten Parameter. Um den Blutfluss im Gefäß darstellen zu können, wurde eine Flussmessung mit den Katheterspulen (Zeitauflösung 10,4 ms) entwickelt. Vergleichs-messungen bestätigten den Verlauf von Flusskurven im Tierversuch. Abwei-ch-ungen von Absolutwerten konnten durch Simulationen der Messungen, die das Sensi-tivitätsprofil der kleinen Spulen und die Dynamik der Magnetisierung berücksichtigen, erklärt werden. Mit Hilfe der automatischen Katheterverfolgung konnten 16 Nieren-embolisationen erfolgreich durchgeführt werden.

Translation of abstract (English)

Due to its excellent soft tissue contrast, its three dimensional imaging capability and the possibility to perform functional measurements (e.g. flow), magnetic resonance imaging would be preffered as modality for minimal invasive interventions with catheters or biopsy needles. The aim of this work was to allow a surgeon the fast and save catheter placement in blood vessels. Therefore a method for localization of small radio frequency coils attached to catheters was developed. For position visualization two different strategies were followed. Either a continuous position measurement (time resolution 20 ms) with marking on a previously acquired roadmap image was carried out, or the position measurement was alternated with fast imaging. In order to facilitate the surgeons work the second strategy was improved and an automatic slice repositioning and orientation was integrated. The most important parameters could be controlled interactively inside the scanner room through a dedicated user interface. For blood flow visualization a fast flow measurement by the catheter coils with a temporal resolution of 10.4 ms was implemented. Reference measurements have confirmed the shape of the flow curves in animal experiments. Deviations of the absolute velocity values could be explained by simulations taking into account the sensitivity profile of the small coils and the dynamics of the magnetization. With automatic catheter tracking 16 renal embolizations could be performed successfully in animal experiments.