Parallele Echtzeitbildgebungstechniken für die interventionelle Magnetresonanztomographie - Müller, Sven (2006)
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.
Keywords: Deutsches Krebsforschungszentrum; Hochschulschrift; Parallelverarbeitung; Echtzeitbildverarbeitung; Kernspintomografie