Real-time mri in two orthogonal slices for therapy monitoring and interventional guidance

Abstract: MRI guidance can enhance lesion detection and procedural accuracy during therapeutic interventions. Commonly, fast T1-weighted or T2/T1-weighted gradient echo sequences are used for MR guidance due to their high temporal resolution; however, T2-weighting can provide enhanced tumor visualization. This work introduces a T2-weighted SSFP-Echo sequence, Ortho-SSFP-Echo, designed to acquire two orthogonal slices simultaneously by interchanging the slice selection and phase encoding directions between the slices. Since SSFP-Echo sequences are inherently prone to motion artifacts, flow compensation strategies were integrated to minimize signal dephasing. Experimental validation was conducted on a phantom and in vivo, and post-processing algorithms were applied to track the target region and evaluate motion monitoring capabilities. Subsequently, the Ortho-SSFP-Echo sequence was applied in the context of MR-guided percutaneous interventions. The Ortho-SSFP-Echo sequence was integrated into the work- flow of a device-assisted needle intervention, specifically during needle insertion. The MR- compatible assistance system, GantryMate, combined with the real-time POCC sequence for lesion targeting, facilitated accurate needle alignment. The real-time Ortho-SSFP-Echo acquisition then dynamically monitored the needle insertion process in two slices simultane- ously, with a temporal resolution of 0.45 s. The addition of the sequence has the potential to significantly improve the workflow through improved visualization and enhanced contrast. The final aspect of this work was further developing the eGantryMate assistance system for use in closed-bore MRI units to address patient access limitations during percutaneous interventions. The eGantryMate system, coupled with the real-time POCC sequence for monitoring, demonstrated high accuracy in phantom targeting experiments: the needle was inserted into fiducial targets with a precision of 1.3 ± 0.8 mm laterally and 1.8 ± 0.8 mm longitudinally. Usability experiments conducted in vivo without needle insertion showed that, on average, it took 71.1 ± 37.9 seconds to align the needle with the target. These experiments demonstrated artifact-free imaging and highlight eGantryMate’s potential to enhance the effectiveness of MR-guided interventions. In the future, combining the Ortho-SSFP-Echo sequence with eGantryMate assistance system could improve the acceptance and effectiveness of MR-guided interventions by enabling a simultaneous view of the real-time needle alignments and insertions within the magnet bore
Abstract: Der Einsatz von intraoperativen MRTs kann die Erkennung von Läsionen und die Genauigkeit des Verfahrens bei therapeutischen Eingriffen verbessern. Häufig werden dafür schnelle T1- oder T2/T1-gewichtete Gradientenechosequenzen wegen ihrer hohen zeitlichen Auflösung verwendet. T2-Gewichtung kann jedoch eine verbesserte Tumorvisualisierung ermöglichen. Diese Arbeit stellt eine T2-gewichtete SSFP-Echo-Sequenz, Ortho-SSFP-Echo, vor, die darauf ausgelegt ist, zwei orthogonale Schichten gleichzeitig zu erfassen, indem die Richtungen für die Schichtauswahl und die Phasenkodierung zwischen den Schichten getauscht wer- den. Da SSFP-Echo-Sequenzen anfällig für Bewegungsartefakte sind, wurden Strategien zur Flusskompensation integriert, um die Signaldephasierung zu minimieren. Die experi- mentelle Validierung wurde an einem Phantom und in vivo durchgeführt, und Algorithmen zur Postprocessing-Algorythmen wurden angewendet, um die Zielregion zu verfolgen und die Fähigkeiten zur Bewegungsüberwachung zu bewerten. Anschließend wurde die Ortho-SSFP-Echo-Sequenz im Kontext von MR-gesteuerten perkutanen Eingriffen eingesetzt. Die Ortho-SSFP-Echo-Sequenz wurde in den Arbeitsablauf einer gerätegestützten Nadelintervention integriert, insbesondere während der Nadelein- führung. Das MR-kompatible Assistenzsystem, GantryMate, kombiniert mit der Echtzeit- POCC-Sequenz für die Zielerfassung, erleichterte die genaue Nadelpositionierung. Die Echtzeit-Ortho-SSFP-Echo-Aufnahme überwachte dann dynamisch den Prozess der Nadele- inführung in zwei Schichten gleichzeitig. Die Sequenz hat das Potenzial, den Arbeitsablauf durch verbesserte Visualisierung und verstärkten Kontrast erheblich zu verbessern. Der letzte Aspekt dieser Arbeit war die Weiterentwickung des eGantryMate-Assistenzsystems für den Einsatz in geschlossenen MRT-Geräten, um den Zugang der Patienten während perkutaner Eingriffe zu erleichtern. Das eGantryMate-System, kombiniert mit der Echtzeit- POCC-Sequenz zur Überwachung, zeigte eine hohe Genauigkeit in Phantomerfassungsex- perimenten: die Nadel wurde mit einer Präzision von 1,3 ± 0,8 mm in lateraler und 1,8 ± 0,8 mm in longitudinaler Richtung in die Zielmarker eingeführt. Usability-Experimente, die in vivo ohne Nadeleinführung durchgeführt wurden, zeigten, dass es im Durchschnitt 71,1 ± 37,9 Sekunden dauerte, die Nadel auf das Ziel auszurichten. Diese Experimente demonstrierten artefaktfreie MRT-Bilder und unterstreichen das Potenzial von eGantryMate, die Wirksamkeit von MR-gesteuerten Eingriffen zu erhöhen. In Zukunft könnte die Kombination der Ortho-SSFP-Echo-Sequenz mit dem eGantryMate- Assistenzsystem die Akzeptanz und Effektivität von MR-gesteuerten Interventionen verbessern, indem eine gleichzeitige Darstellung der Echtzeit-Nadelausrichtung und -einführung im Rahmen der MRT-Bildgebung ermöglicht wird

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch
• Notes: Universität Freiburg, Dissertation, 2024

Classification and Topics

• Keyword: Kernspintomografie ; Therapie ; Interventionsradiologie ; Kernspintomografie ; Interventionsradiologie ; Strahlentherapie

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2025
• Creator: Hickey, Samantha
• Contributor: Bock, Michael ; Bortfeld, Thomas ; Uller, Wibke ; Klinik für Radiologie. Medizin Physik, Freiburg im Breisgau ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Medizinische Fakultät

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/261059
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2610599
• Rights: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 15.08.2025, 7:37 AM CEST