MR-tomographische Temperaturquantifizierung bei 1,5 T in vitro: Vergleich von schnellen T₁-Parameterbildern und einer phasensensitiven Sequenz

Zusammenfassung

Ziel: Ziel unserer Untersuchungen war die Bestimmung der Wertigkeit von schnellen T₁-Parameterbildern und einer phasensensitiven Sequenz zur MR-tomographischen Temperaturquantifizierung. Material und Methoden: Der Versuchsaufbau erlaubte sowohl eine homogene Erwärmung als auch die laserinduzierte, interstitielle Thermotherapie (Nd: YAG, 1064 nm) von Gewebeproben (Schweinehirn, -leber, -muskel) in vitro. In insgesamt 60 Experimenten wurden zum einen Tt-Parameterbilder basierend auf einer Turbo-FLASH-Sequenz mit mehreren Stützstellen zur Erfassung der T₁-Relaxationszeitveränderungen (Mehrpunkt-Turbo-FLASH-Sequenz) berechnet und zum anderen die temperaturbedingte Phasenverschiebung mittels einer 2D-FLASH-Sequenz gemessen. Ergebnisse: Die Schwankungsbreite der T₁-Relaxationszeiten von 4 unterschiedlich konzentrierten wäßrigen Lösungen von Gadolinium-DTPA (0,0125-1,0 mmol/l) war geringer als 5 %. Die T₁-Parameter-bilder ergaben während homogener Erwärmung von Schweinehirn eine lineare Korrelation (r >0,98) zwischen Temperatur und T₁-Relaxationszeiten. Die Temperaturkoeffizienten betrugen 11,0 ± 0,42 ms/°C. Während Laserbestrahlung wurden Abweichungen von der linearen Korrelation beobachtet. Die mit der Phasenmethode während homogener Erwärmung bestimmten Temperaturkoeffizienten der chemischen Verschiebung für die unterschiedlichen Gewebearten variierten nur gering (Hirn: 0,0098 ± 0,0002 ppm/°C; Muskel: 0,0109 ± 0,0003 ppm/°C; Leber: 0,0093 ± 0,0002 ppm/°C). Die während interstitieller Lasertherapie durch Phasenverschiebung berechneten Temperaturen korrelierten eng (r = 0,99) mit den gemessenen Temperaturen. Schlußfolgerung: Aufgrund der weitgehenden Gewebeunabhängigkeit und der hohen Genauigkeit ergeben sich für die Überwachung von thermischen Therapieverfahren in vitro bei 1,5 Tesla Vorteile für die Phasenmethode im Vergleich zu T₁-Parameterbilden.

Summary

Purpose: To determine the value of fast TVmaps and a phase-sensitive sequence for temperature quantification with MR imaging. Materials and methods: The experimental setup allowed both homogeneous heating as well as laser-induced interstitial thermotherapy (Nd:YAC, 1064 nm) of tissue specimens (pig brain, liver and muscle) in vitro. A total of 60 experiments were performed. T₁-maps were calculated by means of a multi-point-turbo-FLASH sequence. Additionally, the temperature dependent phase shift was determined with a 2D-FLASH sequence. Results: The T₁-relaxation times of four different aqueous solutions of gadolinium-DTPA (0.125-1.0 mmol/l) varied by less than 5 %. During homogeneous heating, the T₁-maps revealed a linear correlation (r >0.98) between temperature and T₁-relaxation times. The temperature coefficients were 11.0 ± 0.42 ms/°C. Variations of the linear correlation were observed during laser irradiation. There was only slight variation of the temperature coefficients of the chemical shift during homogeneous heating of different tissues (brain: 0.0098 ± 0.0002 ppm/°C; muscle: 0.0109 ± 0.0003 ppm/°C; liver: 0.0093 ± 0.0002 ppm/°C). The temperatures calculated during laser therapy based on the phase shift correlated strongly (r = 0.99) to the measured temperatures. Conclusion: Due to the considerable tissue independence and high accuracy, the phase mapping method is superior to Trmaps for monitoring thermal therapy modalities at 1.5 T in vitro.

Schlüsselwörter:

Laserinduzierte, interstitielle Thermotherapie - MR-Thermometrie - T₁ -Parameterbilder - Phasenverschiebung - Interventionelles MR

Key words:

Lasers, interstitial therapy - Magnetic resonance, guidance - Magnetic resonance, interventional - Magnetic resonance, thermometry