Non-invasive temperature mapping of intradiscal laser ablation in an 1.0T open MRI

An der Charité - Universitätsmedizin Berlin wird am offenen Hochfeld- Magnetresonanz (MR)-Tomograph die intradiskale Laserablationstherapie klinisch etabliert. Eine dynamische Akquise von MR-Daten während minimalinvasiver Hochtemperatur- Verfahren eröffnet die Möglichkeit, Hitzeverteilungen im Gewebe mittels MR-Thermometrie zu überwachen. Die vorliegende Arbeit, bestehend aus drei Einzelstudien, beinhaltet Optimierung, Analyse und Bewertung von Schnittbildgebung und Temperaturberechnungen die der Prozesskontrolle dieses interventionsradiologischen Verfahrens dienen. Das Artefaktverhalten von Punktionsnadeln wurde in Kombination mit Pulssequenzen für Intervention und thermometrische Kontrolle untersucht. Titan/NiTiNol- Punktionsnadeln zeigten bei 1 Tesla das günstigste Artefaktverhalten. Mit einer ungespoilten Gradientenecho(GE)-Pulssequenz, die bezüglich ihrer Echozeit (TE) parametrisiert wurde, konnten durch maximal tolerable Bildartefakte (> 5 mm) die größtmöglichen Echozeiten ermittelt werden (TEMax = 12 ms - 15 ms). Drei Methoden der MR-Thermometrie (basierend auf der Änderung der Protonenresonanzfrequenz (PRF) und der durch die temperaturabhängige T1-Relaxationszeit induzierten Signaländerung (T1) sowie die Methode der Komplexen Differenzen (CD), welche die Temperaturabhängigkeit von Magnituden- und Phasendaten kombiniert) wurden mit in-vitro Experimenten evaluiert. Eine modifizierte Pulssequenz mit zwei Siganalauslesen wurde validiert. Die Temperaturempfindlichkeit unter Verwendung von PRF-Thermometrie war quantitativ (> 1,23 °C) und qualitativ optimal. Der Vorteil für eine klinische Anwendung besteht bei dieser Pulssequenz in der Akquise detailgenauer unterlegter Magnitudenbilder für die Temperaturkarten.In an open 1.0 Tesla magnetic resonance scanner intradiscal laser-ablation therapy was clinically established. Real-time MR monitoring excellently depicts anatomic detail of the musculoskeletal system and provides continuous MR-thermometry, which may help increase patient safety. This work includes optimization, analysis and assessment of imaging as well as temperature calculation. We studied in vitro evaluation of needle artefacts and image quality for musculoskeletal laser-interventions. Titan/NiTiNol-Puncture needles produced the smallest needle artefacts. Concerning a thermometric gradient echo sequence, artefacts remained >5 mm, and the SNR reached its maximum at an echo time of 15 ms. Three methods of non-invasive MR-thermometry based on the signal void caused by T1-relaxation time decrease (T1), the temperature dependent proton resonance frequency (PRF) shift and a combination of both methods with complex differences (CD) were compared in simulating in vitro thermal ablation. Temperature accuracy and reliability of temperature distribution were the main assessment criteria. We validated an unspoiled gradient-recalled echo pulse sequence with dual echo acquisition. The optimum temperature sensitivity was found using PRF ( >1.23°C). Magnitude images with an initial short echo time permit high image detail of the heat-induced lesion in combination with thermographic imaging using the long echo time