Englische Übersetzung des Titels: Optimized pulse sequences for interventional magnetic resonance imaging with a robotic assistance system

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Abstract

In dieser Arbeit wurden neue Pulssequenzen für die automatische Instrumentenverfol¬gung und die schnelle Magnetresonanz (MR)- Bildgebung entwickelt, die es erlauben, im Inneren von MR-Tomographen die Lage und Ausrichtung von Instru¬menten schnell zu detektieren und ihre Bewegung zu über¬wachen. Für die Verfolgung eines passiven Mar¬ker¬systems wurde dazu ein Kreuz¬korre¬la¬tions¬algo¬rithmus mit an¬schlie¬ßender Schwer¬punkts¬analyse entwickelt, der ein robotisches As¬sistenz¬system auto¬matisch mit Sub-Pixel-Genauigkeit (x < 0,6 mm) lokali¬sie¬ren kann. Um die Bewegung eines starren Instruments (z.B. einer Nadel) mit hoher Abtastrate ver¬folgen zu können, wurde ein MR-Bildgebungsverfahren realisiert, das durch die Ein¬schrän¬kung des Gesichts¬felds auf einen schmalen Streifen um die geplante Instrumen¬ten¬trajektorie eine Reduk¬tion der Messzeit auf wenige Hundert Millisekunden erreicht. Hierzu wurde erst¬mals eine Gra¬dientenechobildakquisition mit einer LocalLook-Technik (par¬tielle Anre¬gung des Volumens) oder einer Signal¬unter¬drückung mit Sättigungspulsen (outer volume sup¬pres¬sion) kombiniert. Die Techniken wurden so konzipiert, dass der dyna¬mi¬sche Gleichgewichts¬zu¬stand der Mag¬netisierung in den Sequenzvarianten PSIF, FLASH und trueFISP nicht gestört wurde. Mit Hilfe von numerisch optimierten Simulationen wurde die Magnetisierungsdynamik analy¬siert, und die Ergebnisse wurden mit Phantomexperimenten verglichen. Bei einer Re¬duktion des Gesichtsfelds in Phasenkodierrichtung auf 12,5% konnten so bis zu 6 Bilder/s akquiriert werden. In abschließenden Tierversuchen konnte mit diesen Puls¬se¬quen¬zen die schnelle und zuver¬lässige Vi¬sua¬li¬sierung einer Nadelspitze während einer perkutanen, MR-geführten Inter¬vention mithilfe eines robo¬tischen Assis¬tenz¬systems gezeigt werden.

Übersetzung des Abstracts (Englisch)

In this work new pulse sequences for automatic instrument tracking and fast magnetic resonance (MR) imaging were developed to detect the position and orientation of instru¬ments and to monitor their movements inside MR systems. For the tracking of a passive marker system a cross correlation algorithm with a sub¬sequent center of mass calculation were developed which automatically localize a robotic assistance system with sub pixel precision (x < 0.6 mm). To guide the movement of a rigid instrument (e.g. a needle) with high sampling rate an MRI method was developed that reduces the acquisition time down to few hun¬dred milliseconds by restricting the field of view to a small stripe around the instru¬ment trajectory. For this, a gradient echo image acquisition was combined for the first time with a LocalLook technique (inner volume excitation) or with outer volume suppression. These techniques were realized without disturbing the dynamic steady state in the sequence variants PSIF, FLASH, and trueFISP. The magnetization dynamics were analyzed by means of numerical optimized simu¬lations. Results were compared with phantom experiments. With a field of view re¬duction of 12.5% an update rate of 6 images/s could be achieved. Finally, animal experi¬ments demonstrated the fast and reliable needle tip visuali¬zation during a percuta¬neous MR-guided intervention with the help of a robotic assistance system.