Pulse sequences and visualization of instruments

Summary

While initially advocated primarily for intrasurgical visualization (e. g., craniotomy), interventional MRI rapidly evolved into roles in image-guided localization for needle-based procedures, minimally invasive neurosurgical procedures, and thermal ablation of cancer. In this contest, MRI pulse sequences and scanning methods serve one of four primary roles: (1) speed improvement, (2) device localization, (3) anatomy/lesion differentiation and (4) temperature sensitivity.

The first part of this manuscript deals with passive visualization of MR-compatible needles and the effects of field strength, sequence design, and orientation of the needle relative to the static magnetic field of the scanner. Issues and recommendations are given for low-field as well as high-field scanners. The second part contains methods reported to achieve improved acquisition efficiency over conventional phase encoding (wavelets, locally focused imaging, singular value decomposition and keyhole imaging). Finally, the last part of the manuscript reports the current status of thermosensitive sequences and their dependence on spin-lattice relaxation time (T1), water diffusion coefficient (D) and proton chemical shift (δ ).

Zusammenfassung

Nachdem die interventionelle MRT zunächst nur bei neurochirurgischen Eingriffen Anwendung fand, umfaßt das Indikationsspektrum mittlerweile Biopsien, minimalinvasive neurochirurgische Therapieverfahren sowie Thermoablationen von Tumoren. Hierbei werden besondere Anforderungen an das Sequenzdesign gestellt: 1. verkürzte Meßzeit, 2. Visualisierung von Instrumenten, 3. klare Abgrenzbarkeit von Läsionen und 4. Thermosensitivität. Der erste Abschnitt der Arbeit beinhaltet die passive Visualisierung MR-kompatibler Nadeln und den Einfluß von Feldstärke, Sequenzdesign sowie der Ausrichtung der Nadel im Bezug auf das statische Magnetfeld des Tomographen. Sowohl für Niederfeld- als auch für Hochfeldtomographen werden diesbezüglich praktische Empfehlungen gegeben und erläutert. Der zweite Teil der Arbeit behandelt die verschiedenen in der Interventionellen MRT verwendeten Methoden der schnellen Bildgebung, die auf die „konventionelle“ Phasenkodierung verzichten („wavelets“, „locally focused imaging“, „singular value decomposition“ und „keyhole imaging“). Im letzten Abschnitt werden die verschiedenen Möglichkeiten thermosensitiver Sequenzen [Spin-Gitter-Relaxationszeit (T1), Wasserdiffusionskoeffizient (D) und chemische Verschiebung der Wasserprotonen (δ ) ] dargestellt.