Experimentelle Evaluierung eines Verfahrens zur kontinuierlichen 3D-Lokalisation intravaskulärer Katheter in einem Gefäßphantom

Fragestellung:

Evaluierung eines Verfahrens zur dreidimensionalen (3D) Verfolgung (Tracking) eines Gefäßkatheters mithilfe von MR-sichtbaren Markern unter experimentellen Bedingungen.

Methoden:

Als MR-sichtbare Marker wurden zwei induktiv gekoppelte, auf 1,5T abgestimmte Hochfrequenz (HF)-Spulen auf einem kommerziellen 6F-Katheter (Balt, Frankreich) angebracht (Abb.1). Die 3D-Lokalisation basiert auf einer morphologischen Bildanalyse der Signalprofile auf Projektionsbildern in drei orthogonalen Ebenen (SSFP-Sequenz: Matrix=64×64, FOV=300mm², Fourier=6/8, Pixelbandbreite=1390Hz, TR/TE=101,3/1,15ms). In einem unabhängigen Experiment wurde für diese Parameter eine absolute Genauigkeit unter 1mm ermittelt. Zur Bestimmung der Zuverlässigkeit des Trackings wurde der Katheter an 3 verschiedenen Tagen während des Vorschubs in einem anatomischen Gefäßphantom kontinuierlich abgebildet (n=450) und retrospektiv lokalisiert (Abb.2). Das Kontrast-Rausch-Verhältnis wurde nach CNR=(S_M-S_B)/S_B bestimmt, mit S_M als Maximum des Marker- und S_B als ROI-Mittelwert des Hintergrundsignals.

Ergebnisse:

Der optimale Kontrast zwischen Markersignal und Hintergrund ergab sich bei einem Flipwinkel von nur 0,3°. Das CNR lag je nach Position und Orientierung des Katheters zwischen 0,7 und 6,3. Der Katheter konnte auf 446 von 450 Bildern (99%) korrekt identifiziert werden. Die mittlere Lokalisationsdauer lag bei 46ms, womit sich eine Zeit von ≈350ms für eine vollständige 3D-Lokalisation samt Datenakquisition ergab.

Schlussfolgerungen:

Durch Kombination induktiv gekoppelter Marker mit einer morphologischen Bildanalyse ist es möglich, den Vorschub eines intravaskulären Katheters in einem Gefäßmodell zuverlässig mit rund drei Lokalisierungen pro Sekunde zu verfolgen. Nach Einbindung des Lokalisationsalgorithmus in die Pulssequenz wäre somit eine relativ sichere und schnelle Schichtnachführung möglich.

Abb.1a: Zwei auf nicht-planaren Spulen basierende Resonanzschwingkreise (Inset) wurden in einem Abstand von 77mm auf einem 6F Katheter platziert (oben) und durch einen Schrumpfschlauch vor mechanischer Beeeinträchtigung geschützt (unten). b: Experimenteller Aufbau mit anatomischen Gefäßmodell. Die Abbildung zeigt den Katheter im Gefäßsystem (Schwarzer Pfeil: Spitze des Katheters mit Schrumpfschlauch).
Abb: 2a: Die hochaufgelöste Übersichtsaufnahme zeigt die „anatomische“ Struktur des Gefäßphantoms. b: Schnelle Lokalisationsaufnahme in drei Ebenen. Die Markersignale stehen bei einem Flipwinkel von nur 0,3° in scharfem Kontrast zum Untergrund und wurden erfolgreich automatisch lokalisiert (rote Kreise).