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Zusammenfassung (Deutsch) Einleitung: Die kardiale Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) im geschlossenen System (Tunnel-MRT) gilt als Referenzstandard für die Funktionsanalyse des Herzens. Nachteile der Bildgebung gelten besonders für klaustrophobische und sehr adipöse Patienten. Durch die Entwicklung neuer, offener Hochfeldsysteme ab 1,0 T haben sich die technischen Voraussetzungen für die kardiovaskuläre Bildgebung in der offenen MRT deutlich verbessert. Ziel der vorliegenden, retrospektiv angelegten Arbeit ist der Vergleich von quantitativ erhobenen Bilddaten sowie der Bildqualität durch unabhängige Untersucher im herkömmlichen Tunnelsystem bei 1,5 Tesla im Vergleich zur offenen MRT bei 1,0 Tesla. Methodik: Es wurden 33 normalgewichtige Personen (Alter 20 bis 65 Jahre, 20 Männer, 13 Frauen) in die Studie eingeschlossen, davon hatten 6 eine bekannte koronare Herzkrankheit und 3 eine bioptisch gesicherte Myokarditis. Die Patienten waren in einem Signa 1,5 T TwinSpeed MRT mit Excite-Technologie der Firma General Electric (GE Healthcare Technologies, Milwaukee, WI, USA) und einem 1,0 T Panorama open MRT mit SofTone Software (Philips Medical Systems, Best, Niederlande) untersucht worden. Das Arbeitsprotokoll war für beide Geräte identisch und umfasste SSFP-Sequenzen, zu denen die 2D-FIESTA beim 1,5 T und die 2D-BTFE-Sequenzen beim offenen MRT gehörten, sowie T1- und T2-gewichtete FSE-Sequenzen mit Double-Inversion-Recovery-Technik (Black Blood) und bei 21 der 33 Patienten Triple-Inversion-Recovery-Sequenzen nach Gabe von Kontrastmittel (n = 21). Ergebnisse: Die quantitativen Ergebnisse zeigen abgesehen von den T2-gewichteten Sequenzen keine signifikanten Unterschiede in der Bildgebung bei 1,0 T im offenen System im Vergleich zum 1,5 T im Tunnelsystem. Das SNR ist im Mittel aufgrund der verminderten Feldstärke im offenen System bei allen eingesetzten Sequenzen außer der STIR-Sequenz niedriger, es nimmt jedoch nicht linear zur Abnahme der Feldstärke ab. Die Ergebnisse der Untersucher zur Gesamtqualität der Bildgebung mit und ohne Artefakte zeigten keine signifikanten Unterschiede in den beiden diagnostischen MRT- Verfahren bei den Cine- Sequenzen LA, SA und 4KB, den BBT1-, T2- und den STIR- Sequenzen. In Bezug auf die Beurteilung und Aufdeckung eines Late-Enhancement sowie eines Perfusionsdefizites zeigte sich kein signifikanter Unterschied mit den beiden MRT-Techniken. Schlussfolgerung: Performance und Durchführbarkeit sowie quantitativ erhobene Parameter der Bildgebung im 1,5 T-Tunnelsystem und im 1,0 T- offenen MRT sowie die qualitative Gesamtbeurteilung der Bildsequenzen mit und ohne Artefakte zeigen keine signifikanten Unterschiede zugunsten des geschlossenen Systems. Das offene MRT lässt sich insbesondere bei Optimierung einzelner Sequenzparameter wie des FOV und der Echozuglänge gleichwertig zum „Goldstandard“ für die Routinediagnostik kardialer Erkrankungen einsetzen. Dies ist in Bezug auf Pathologien wie ein Late- Enhancement und ein Perfusionsdefizit endgültig an einem großen Patientenkollektiv zu sichern., Cardiac magnetic resonance imaging (MRI) as a closed bore system is considered as gold standard for the functional analysis of the heart. The availability is limited for claustrophobic and obese patients. Therefore, open MRI systems were developed and improved by high-field systems at 1.0 T. Aim of this retrospective study was a comparison of quantitative image data as well as the image quality of traditional closed bore MRI at 1.5 T with an open MRI at 1.0 T by independent readers. Methods: 33 normal-weight people (aged 20 to 65 years) without cardiac diseases (n = 24), with known coronary artery disease (n = 6) or biopsy-proven myocarditis (n = 3) were included in the study. The patients were examined in a Signa 1.5T Twin Speed MRI with Excite technology from General Electric (GE Healthcare Technologies, Milwaukee, WI, USA) and a 1.0 T MRI with panoramic open SoftOne software (Philips Medical Systems, Best, Netherlands). The applied protocol was identical for both systems and included SSFP sequences at which the 2D-FIESTA (1.5 T) and the 2D-BTFE sequences in open MRI belonged, and T1- and T2-weighted FSE sequences with Double Inversion -Recovery technique (Black Blood) and triple inversion recovery sequences after substitution of contrast medium in 21 patients (n = 21). Results: The quantitative results show apart from the T2-weighted sequences no significant differences in the imaging at 1.0 T and 1.5 T systems. The SNR is lower on average except the STIR sequence, it does not decrease linearly to the field strength. The results of the readers on the quality of imaging with and without artefacts showed no differences with the two diagnostic MRI procedures at the Cine-sequences LA, SA and 4KB, the BBT1, T2- and STIR-sequences. In regard to the assessment and detection of late enhancement and a perfusion deficit showed also no significant difference with the two MRI techniques. Conclusion: Performance and feasibility as well as quantitative parameters collected in the imaging 1.5T tubes system and the 1.0 T open MRI and qualitative overall assessment of image sequences with and without artefacts show no significant differences in favour of the closed system. The open MRI can be equivalent by optimizing individual sequence parameters such as the field of view (FOV) and the echo train length for the "gold standard" for routine diagnosis of cardiac diseases. In respect to pathology a late enhancement and a perfusion deficit must be approved with a larger number of subjects.

Einleitung: Die in dieser Promotionsschrift vorgelegten Originalarbeiten wurden allesamt in einem 1,0-Tesla-MRT mit offenem Scannerkonzept durchgeführt. Es handelt sich um Studien sowohl zu diagnostischer (1.+2.) sowie interventionell-therapeutischer (3.) Bildgebung. 1.+2.: Ein nicht invasives 2D-Time-of-Flight-Magnetresonanz-Angiographie-Protokoll ohne Kontrastmittel (TOF-MRA) bzw. ein triggered-angiography-non-contrast-enhanced- Protokoll (TRANCE-MRA) wurden für die arterielle Darstellung der unteren Extremität mit der digitalen Subtraktionsangiographie (DSA) als Goldstandard, verglichen. 3.: Die Ergebnisqualität der im oMRT in nahezu Echtzeit-Bildgebung durchgeführten minimalinvasiven Zystenaspiration wurde an Patienten mit symptomatischen, nervenkomprimierenden lumbosakralen Zysten untersucht. Methodik: 1.+2.: Es wurden 1134 bzw. 1782 Gefäßdurchmesser (TOF-MRA bzw. TRANCE-MRA) in jeweils 81 definierten Segmenten prospektiv gemessen und mit der entsprechenden DSA patientenspezifisch bei 7 (4 Frauen, 3 Männer; Durchschnittsalter: 68 Jahre) bzw. 11 Patienten (8 Männer, 3 Frauen; Durchschnittsalter: 66 Jahre) verglichen. Aufgrund evidenter Symmetrie (rechts/links) wurden die 81 Segmente zu 41 Segmenten für eine höhere statistische Aussagekraft konsolidiert. 3.: 11 Patienten mit symptomatischen lumbosakralen Zysten wurden mittels interventioneller Freihand- Zystenaspiration behandelt. Ergebnisse: 1.: Für die 41 symmetrischen Segmente konnten 25 ausgezeichnete, sehr gute und gute (n=11 > 0,8; n=4 > 0,7; n=10 > 0,5), 7 mäßige bis geringe (n=4 > 0,3 und n=3 ≤ 0,3), sowie 2 statistisch nicht aussagekräftig korrelierbare, 3 inverse und 4 nicht messbare Korrelationen verzeichnet werden. Die arterielle Becken- und Oberschenkel- Hauptstrombahn erzielte die besten Korrelationen und ließ sich am solidesten darstellen. 2.: Insgesamt wurden 34 ausgezeichnete, sehr gute und gute (n=13 > 0,8, n=0 > 0,7; n=11 > 0,5), sowie 4 mäßige bis geringe (n=2 > 0,3; n=2 ≤ 0,3) Korrelationen erhoben. In der Becken-Bein-Etage wurden alle Segmente in der DSA vergleichsweise etwas größer gemessen als in der TRANCE-MRA. In der Oberschenkeletage maßen 6 Segmente kleiner, 3 gleich und 2 größer als in der DSA. In der Unterschenkeletage waren bis auf den Tractus tibiofibularis die gemessenen Segmente in der TRANCE-MRA größer. Schlussfolgerung: 1. Die TOF-MRA ist im oMRT in ca. 60-90 Minuten durchführbar und führt zu guten Ergebnissen in der Visualisierung der arteriellen Hauptstrombahn des Beckens sowie der Oberschenkeletage, während die Visualisierung der Unterschenkeletage optimierungsbedürftiger ist. 2. Die TRANCE-MRA ist in ca. 50 Minuten durchführbar. Gefäßdurchmesser werden im Vergleich zur DSA in größeren Arterien dabei tendenziell etwas kleiner, in kleineren etwas größer gemessen. 3. Jeder Patient verspürte eine Besserung nach erfolgreicher Zystenaspiration. Im Follow-up nach einem Jahr konnten keine Rezidive verzeichnet werden., Introduction: All original studies presented in this doctorate thesis were implemented in an open MRI at 1.0 Tesla. They deal with diagnostic (1+2) and interventional-therapeutic (3) imaging. 1+2: A non-invasive non-contrast- enhanced 2D-time-of-flight-magnetic-resonance-angiography-protocol (TOF-MRA) respectively triggered-angiography-non-contrast-enhanced-protocol (TRANCE-MRA) were compared for the arterial imaging of the lower extremity using the digital subtraction angiography (DSA) as the gold standard. 3: The quality of the almost real-time imaging results of minimally invasive cyst aspiration performed in an oMRI was investigated on patients suffering from nerve- compressing lumbosacral cysts. Methods: 1+2: 1134 respectively 1782 vascular diameters (TOF-MRA respectively TRANCE-MRA) in 81 defined segments each were prospectively measured in 7 patients (4 women, 3 men; average age 68), respectively 11 patients (8 men, 3 women; average age 66) and compared with the corresponding DSA. For symmetry considerations (right/left), 81 segments were consolidated to 41 segments for a higher statistical validity. 3: 11 patients with symptomatic lumbosacral cysts were treated using interventional freehand cyst aspiration. Results: 1: For the 41 symmetric segments, a total of 25 excellent, very good and good correlations (n=11 > 0.8; n=4 > 0.7; n=10 > 0.5), 7 mediocre to low (n=4 > 0.3 and n=3 ≤ 0.3), 2 statistically insignificantly correlatable, 3 inverse and 4 non-measurable correlations were determined. The pelvic and femoral arteries achieved the best correlations with the most reliable images. 2: A total of 34 excellent, very good and good (n=13 > 0.8, n=10 > 0.7; n=11 > 0.5), as well as 4 mediocre to low (n=2 > 0.3; n=2 ≤ 0.3) correlations were ascertained. At pelvis-leg-level, the results of the DSA-measured segments were slightly larger compared to TRANCE-MRA. At thigh level, the measurements of 6 segments were smaller, 3 the same and 2 larger than measured with DSA. At lower leg level, segments measured with TRANCE-MRA were larger except the tractus tibiofibularis. 3: Seven of eleven cysts in the lumbosacral area were aspirated successfully. Four cysts (8.8±3.8 mm) could not be aspirated. Conclusion: 1. The TOF-MRA in the oMRI takes approximately 60-90 minutes with good visualization results for the pelvic and femoral arteries. The visualization results of the lower leg level require improvement. 2. The TRANCE-MRA takes approximately 50 minutes. Compared to the DSA, the measurements of vascular diameters tend to be slightly smaller in larger and slightly larger in smaller arteries. 3\. All patients felt better after successful cyst aspiration. No relapses were recorded during the follow- up one year later.

Ziel dieser Arbeit war es, den praktischen Wert eines Spulenprototypen für interventionelle Eingriffe im offenen MRT zu evaluieren. Für die Phantommessungen, mit insgesamt sechs gängigen Zusatzempfangsspulen, sowie der sogenannten „Butterfly“-Spule, fanden fünf unterschiedliche Sequenzen Verwendung. Es zeigte sich, dass Abdomenspulen für interventionelle Bildgebung keine Alternative zu Oberflächenspulen bieten. Bei großen Winkeln zwischen statischem Feld und Spule, die einer Bauchlage des Patienten entsprechen, erreichte der Prototyp sequenzabhängig eine gleichwertige oder höhere Signalqualität gegenüber gängigen Modellen. Demgegenüber steht die vermehrte Störanfälligkeit des Prototypen gegenüber herkömmlichen Oberflächenspulen., The aim of this study was to evaluate the practical value of a prototype coil for interventional procedures in the open MRI. For the phantom measurements, with a total of six conventional coils, as well as the so-called "Butterfly" coil, five different sequences were used. It was found that body-coils offer no alternative to surface coils for interventional imaging. At large angles between the static field and coil, corresponding to a prone position of the patient, the prototype achieved an equivalent or higher sequence-dependent signal quality compared to current models. In contrast to this, the susceptibility of the prototype for disturbance was increased.

Die Magnetresonanztomografie (MRT) stellt einen bedeutsamen Pfeiler in der modernen Schnittbildgebung dar. Trotz biologischer Unschädlichkeit, existieren zahlreiche Veröffentlichungen über MRT-assoziierten Distress. Die vorgestellte Studie beantwortet die Frage, ob ein speziell entwickeltes, interaktives Beleuchtungskonzept zu einer messbaren Reduktion der akuten, MRT-assoziierten Stressreaktion beim Patienten führt. Die randomisierte, kontrollierte, bizentrische Studie schloss insgesamt 106 Patienten ein. MRT-Untersuchungen der Experimentalgruppe (n=56) erfolgten unter zusätzlicher Verwendung des Ambient Experience (Version 2.0), wohingegen Kontrollpatienten (n=50) eine Standard MRT-Untersuchung erhielten. Alle Untersuchungen fanden im offenen Hochfeld-MRT („1.0 T Panorama HFO®“) der Standorte Campus Charité Mitte beziehungsweise Unfallkrankenhaus, Berlin statt. Der Studieneinschluss erfolgte als ad-hoc Stichprobe bei klar definierten Ausschlusskriterien zwischen Juni und Dezember 2009. Die primären Zielparameter umfassten objektive und subjektive Messungen der psychoneuroendokrinen Stressreaktion. Hierbei bildeten die intraindividuellen Differenzen der Speichelcortisolkonzentration, der Herzfrequenz und ausgewählter Emotionen gemessen mittels validierter Messmethoden zu drei Messzeitpunkten im Untersuchungszyklus die akute Stressreaktion ab. Sekundäre Zielparameter dienten dem Beweis der Gruppenvergleichbarkeit hinsichtlich MRT-abhängiger Stressrisikofaktoren. Das mittlere Stichprobenalter lag bei 46 (+-14) Jahren, die durchschnittliche Untersuchungsdauer bei 37 (+-15,89) Minuten. Experimental- und Kontrollgruppe waren bezüglich soziodemografischer Merkmale, Untersuchungseigenschaften sowie MRTassoziierter Stressrisikofaktoren vergleichbar zusammengesetzt (alle p>0,05). In der Experimentalgruppe stieg die relative Speichelcortisolkonzentration bezogen auf den Ruhewert im Mittel zunächst um 0,0089 (+-0,0053) μg/dl an, um dann im Untersuchungsverlauf um durchschnittlich -0,0022 (+-0.111) μg/dl abzufallen. Kontrollpatienten wiesen stetig fallende mittlere Konzentrationen von -0,0158 (+-0,67) μg/dl zum ersten Messzeitpunkt und -0,033 (+-0,09) μg/dl im Untersuchungsverlauf auf. Die mittleren Herzfrequenzen nahmen bei den Experimentalpatienten um -4,6 (+-6,73) Schläge/min und bei den Kontrollpatienten um -6,2 (+-10,14) Schläg/min im Untersuchungsverlauf ab. Weiterhin reduzierte sich die Zustandsangst bei den Experimentalpatienten um durchschnittlich -4,4 (+-8,34) und bei der Kontrolle um -3,13 (+-7,39) State-Punkte im Mittel. Hierbei waren die Unterschiede zwischen Experimental- und Kontrollgruppe für keinen der primären Zielparameter statistisch signifikant (alle p>0,05). Im Rahmen der randomisierten kontrollierten Studie konnte, bei ausgewogener Gruppenverteilung der Stressrisikofaktoren, keine Reduktion der MRT- assoziierten, akuten Stressreaktion durch die Anwendung des Ambient Experience® gezeigt werden. Obwohl die Studie in einer der neuesten Gerätegenerationen offener Bauweise erfolgte, ließ sich bei 29% der untersuchten Patienten bedeutsamer Stress nachweisen., Magnet resonance imaging (MRI) is a widely used cross-sectional imaging modality. Although biologically harmless, literature highlights problems with MRI associated patient distress. The present trial was designed to evaluate if a specially developed interactive animation tool can help reduce patients’ distress. It furthermore gives an overview about the occurrence and severity of acute stress reaction within a modern open designed MRI setting. The randomized, controlled bi-centered trial included 106 patients, mean age 46 (+-14). Patients in the study group (n=56) were allowed to make use of Ambient Experience® (Version 2.0) during the examination, whereas patients in the control group (n=50) received a standard MRI examination in the same device („1.0 T Panorama HFO®“) based at Campus Charité Mitte or Unfallkrankenhaus, Berlin. Patients were scheduled to the trial between June and December 2009 as an ad-hoc sample, if no exclusion criteria was presented. The primary outcome measures comprised the intraindividual differences in cortisol concentration in saliva, heart-rate as well as selected emotions at different time points during the examination meassured in a Cortisol Assay, via Pulseoxymetrie, State-scale of the STAI and via Visual Analogue Scales. Secondary outcome measures were defined in order to demonstrate group comparability regarding potential bias. The mean duration of MRI was 37 (+-15,89) minutes. Both groups were comparable regarding sociodemographic characteristics, examination properties as well as MRIassociated stress risk factors (all p>0,05). In the study group cortisol increased in mean by 0,0089 (+-0,0053) μg/dl followed by a decrease of -0,0022 (+-0.111) μg/dl. Control group patients showed a constant decrease from avarage cortisol concentrations of -0,0158 (+-0,67) μg/dl at the first measurement to -0,033 (+-0,09) μg/dl at the second measurement. The average heart rate decreased in study group by -4,6 (+-6,73) bpm and -6,2 (+-10,14) bpm in control patients. The state fear diminished by -4,4 (+-8,34) points in average in the study group and by -3,13 (+-7,39) points in the control group. Statistically significant group dependent differences were not demonstrated. Clinically significant increase of salivary cortisol was shown for 11% of the patients. 5,7% of the sample had significant increase in heart rate. 18% of patients had relevant stress. 14% rated themselves as nervous and 9,4% very afraid. Within the scope of this RCT no stress reducing effect for Ambient Experience was demonstrated. Although this trial took place with one of the most modern and patient centered MRI design, relevant stress was found for 29% of the sample.

Einleitung: Die klinische Anwendung der Laser-induzierten Thermotherapie (LITT) als lokales Verfahren zu thermischen Ablation solider Malignome, insbesondere der Leber, wird erschwert durch die Notwendigkeit einer Umlagerung des Patienten nach der CT-gestützten Applikatorpositionierung in ein konventionelles Tunnel-MRT-System. Hierin, sowie in der Reduktion des Applikatordurchmessers, liegen die Möglichkeiten zur Verbesserung des Verfahrens. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Prozessoptimierung der MR-gestützten LITT durch die Evaluierung eines neu entwickelten miniaturisierten Kathetersystems sowie deren vollständige Anwendung als durchgängige Prozedur in einem offenen Hochfeld-MRT (oMRT). Material und Methoden: Ein miniaturisiertes koaxial aufgebautes 6 French (F) Teflon- Kathetersystem mit einem geschlossenen Kühlkreislauf und einer Laserfaser mit einem 30 mm flexiblem Streukörper (30 mm diffuser tip, Somatex, Deutschland) wurden mit einem 1064 nm Nd:YAG Laser (Dornier Medilas Fibertom 5100, Germany) konnektiert. Es folgte die ex-vivo Testung des Kathetersystems an nicht perfundierter Schweineleber bezüglich der maximalen energetischen Belastbarkeit (bis 36 kJ, n = 210 pro Applikator), dem optimalen Kühlmittelfluss sowie der maximal induzierbaren Nekrosegrößen im Vergleich zum konventionellen 9F System (Power-Applikator®, Somatex, Deutschland). Im Rahmen einer in-vivo Machbarkeitsstudie an zwei weiblichen Jungschweinen wurde das Verfahren anschließend mit beiden Kathetersystemen auf seine generelle Durchführbarkeit in einer Sitzung in einem interventionellen 1,0 Tesla MRT- System überprüft. Zielgebend waren hier die Umsetzung der MR-Fluoroskopie- gestützten Applikatorpositionierung mit einer 18 Gauge Titan-Punktionskanüle (BTFE TE/TR = 7/2,5 ms, FA = 30°, FOV = 200 x 200 mm, Voxel size = 2 x 2 x 8 mm, Dynamic scan time = 1 s), die kontinuierliche Prozesskontrolle mittels MR- Thermometrie, basierend auf der T1-Methode, sowie die farbkodierte Darstellung der thermischen Lasereffekte anhand der PRF-Methode. Ergebnisse: Der Grenzwert der maximalen Applikatorbelastbarkeit stellte sich für das 6F Kathetersystem bei einer Leistung von 24 W über 20 Minuten ein (28,8 kJ), während mit dem 9F Katheter Leistungen bis 30 Watt über 20 Minuten (36,6 kJ) appliziert werden konnten. Unter maximaler Belastung konnten ex-vivo Ablationsvolumina von 33 ± 4,4 cm³ mit dem 6F beziehungsweise 35,8 ± 4,9 cm³ mit dem 9F Kathetersystem erzeugt werden. Bei gleichen applizierten Energien bestand kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Nekrosegrößen beider Kathetersysteme (p≤0,05). Ein Kühlmittelfluss von 15 ml/min wurde für den 6F Applikator als annehmbarer Kompromiss aus reduziertem Systemdruck und hinreichender Kühlfunktion erachtet. Die in-vivo Durchführung der LITT im oMRT produzierte ein gut sichtbares Nadelartefakt während der MR-Fluoroskopie gestützten Applikatorpositionierung. Die thermischen Lasereffekte konnten mit einer 15 ms TE Gradientenecho-Sequenz adäquat dargestellt werden. Die farbkodierte Visualisierung erfolgte postinterventionell und zeigte eine bewegungs- und suszeptibilitätsbedingte Aktefaktanfälligkeit. Diskussion: Bei nahezu gleichem Ablationsvermögen des 6F Kathetersystems konnte durch die Miniaturisierung eine Reduktion des Punktionstraumas erreicht werden. Aus den Ergebnissen der MR-gestützten Zielnavigation und Applikatorpositionierung sowie der online Thermometrie konnte gezeigt werden, dass die vollständige Durchführung der LITT im offenen Hochfeld-MRT ein sicheres und effektives Verfahren ist., Purpose: The clinical use of laser-induced thermotherapy (LITT) as an alternative local ablative technique for the treatment of solid tumors is being complicated by the necessity of two different imaging modalities for CT- guided tumor targeting and MR-controlled thermometry. Moving the patient from the CT-unit into the MRI is time consuming and may cause infections or dislocations of the applicator. By combining both of these work steps into a single imaging modality, and through the use of applicators with smaller diameters, the treatment of LITT could become safer, less invasive and more effective. Therefore, the aim of this study was to evaluate the feasibility and safety of a novel miniaturized LITT applicator for the ablation of liver malignancies in an open high-field MRI. Materials and Methods: A miniaturized 6 French (F) double-tubed protective catheter with a closed cooling circuit was used with a flexible laser fiber (30 mm diffuser tip, Somatex, Germany), connected to a 1064 nm Nd:YAG laser (Dornier Medilas Fibertom 5100, Germany) and tested in non-perfused porcine livers in reference to maximum energy deposition (up to 36 kJ, n = 210/applicator) of the established 9F system (Somatex, Germany). Two live pigs were treated to test the feasibility of MR- fluoroscopy-guided applicator positioning with an 18 gauge puncture needle (BTFE TE/TR = 7/2,5 ms, FA = 30°, FOV = 200 x 200 mm, voxel size = 2 x 2 x 8 mm, Dynamic scan time = 1 s), online-thermometry during LITT in an interventional 1.0 T MRI system, based on the T1-method, and the color-coded visualization of thermal laser effects, based on the PRF-method. Results: In- vitro, the size of coagulation using the 6F system with maximum applicable power of 24 W for 20 min (28,8 kJ) was 33 ± 4.4 cm³, whereas with the 9F system energies up to 30 W for 20 min (36 kJ) could be applied, producing coagulation volumes of 35,8 ± 4,9 cm³. At equal energy settings no statistically significant difference regarding the size of coagulation could be detected between the two applicator systems. For the 6F applicator a flow- rate of 15 ml/min of the cooling saline solution was regarded to be an acceptable compromise between a reduced system pressure and a sufficient applicator cooling. In-vivo, applicator guidance and monitoring of thermal effects were accurate and controllable. The color-coded visualization of thermal laser effects was performed postinterventionally and showed artefacts from intra-operative movement and susceptibility gradients. Discussion: Despite the slightly reduced coagulation volumes of the 6F system, a reduction of puncture-induced trauma was achieved with the minimization of the applicator. The results suggest that performing both, MR-guided tumor targeting and online-thermometry in an open high-field MRI is safe and effective.

Die MRT stellt eines der wesentlichen diagnostischen Verfahren in der Medizin dar und hat sich zur Bildgebung für alle Organsysteme etabliert. Seit über 10 Jahren wird die MRT zunehmend auch zur Steuerung und Kontrolle therapeutischer Interventionen eingesetzt. Die MRT kombiniert Eigenschaften wie hoher Weichteilkontrast, freie Wahl der Schichtebene, Verzicht auf ionisierende Strahlung, mit der Fähigkeit zur funktionellen Bildgebung, wie der Darstellung von Temperaturveränderungen in Körpergeweben und physiologischen Vorgängen wie Perfusion und Diffusion. Dies prädestiniert die MRT, um Therapieverfahren von perkutanen Tumorablationen über endovaskuläre und endoskopische Interventionen bis hin zur offenen Chirurgie zu unterstützen und zu überwachen. So ist die Einführung des offen konfigurierten Hochfeld-MRT bei 1.0 Tesla eine wichtige Innovation der letzten Jahre. Dieses MRT-System unterstützt alle Optionen der modernen MRT-Bildgebung, erlaubt einen direkten Zugang zum Patienten und ermöglicht somit die Verwendung des MRT als hochwertige interventionelle Bildgebungsmodalität. In den vorliegenden Arbeiten wurden Untersuchungen zur MR Navigation, Echtzeitbildgebung (MR Fluoroskopie) und zum Artefaktverhalten innovativer MR-kompatibler Interventionsinstrumente im offenen Hochfeld-MRT durchgeführt. Weitere Arbeiten überprüften die Spin-Gitter-Relaxationszeit T1 und Protonenresonanzfrequenz PRF zur Temperaturbestimmung im Gewebe (MR Thermometrie) bei hyperthermen Laser-Therapieverfahren. Abschließend wurde nach den Prinzipien der translationalen Medizin die klinische Anwendung minimal-invasiver Interventionen - spinale Schmerztherapie, Aspiration spinaler Zysten, Diskographie/Diskoblock, Lasertherapie Osteiodosteom und LITT der Leber - im offenen Hochfeld-MRT evaluiert. Die Ergebnisse zeigen die relevanten technischen Möglichkeiten und das große Potential des offenen Hochfeld-MRT als Bildsteuerungsmodalität. Diese Techniken können supplementär zu den anderen bildgebenden Verfahren (US, Fluoroskopie, CT) angewendet werden, insbesondere bei Interventionen, die unter diesen Modalitäten aufgrund schlechter Visualsierung, limitierten Zugangs oder fehlender Monitoringeigenschaften problematisch sind. Die vorgestellten Techniken können darüber hinaus die Qualität minimal-invasiver Therapien steigern und das Indikationsspektrum erweitern. Um die interventionelle MRT weiter voranzubringen, bedarf es einer kontinuierlichen Forschung und Entwicklung durch interventionelle Radiologen, interventionell und operativ tätige Kollegen anderer Fachdisziplinen sowie durch Physiker und Ingenieure. Nur durch eine multidisziplinäre Interaktion kann es zukünftig gelingen, diese komplexe Technologie und die dadurch ermöglichten Interventionen in die klinische Routine einzuführen., Magnetic resonance imaging (MRI) is a major clinical diagnostic tool, having become an established imaging modality for all organ systems. For over a decade now, MRI has been increasingly used for guiding and monitoring therapeutic interventions. MRI combines high soft tissue contrast, multiplanar capabilities, and absence of ionizing radiation with the provision of functional information, for instance, on temperature changes in biological tissues or physiologic processes such as perfusion and diffusion. With these capabilities, MRI is an excellent candidate for assisting and monitoring a range of interventional procedures from percutaneous tumor ablation to endovascular and endoscopic interventions, to open surgery. The recent advent of open 1.0-Tesla high-field MR scanners is an important advance. Open- configuration MRI systems provide all options of state-of-the art MR imaging while at the same time enabling direct access to the patient and thereby allowing use of MRI as a sophisticated interventional imaging modality. The present studies investigated MR navigation, real-time imaging (MR fluoroscopy), and the occurrence of artifacts associated with the use of novel MR-compatible interventional instruments in an open high-field MR imager. Other studies investigated spin-lattice relaxation time, T1, and proton resonance frequency, PRF, for monitoring tissue temperatures (MR thermometry) during laser-induced hyperthermia. Finally, in accordance with the principles of translational medicine, we evaluated clinical applications of a series of minimally invasive interventions – spinal pain treatment, aspiration of spinal cysts, discography/discoblock, laser treatment of osteoid osteoma, and laser- induced thermotherapy (LITT) of the liver – in an open high-field MR system. The results outlined illustrate the major technical capabilities and the excellent potential of open high-field MRI as an image-guidance modality. MRI can be used as an adjunct to other imaging modalities (US, fluoroscopy, CT), especially when performing interventions where these modalities are limited due to poor visualization, inadequate access, or failure to ensure adequate monitoring. The techniques discussed can also improve the quality of minimally invasive interventions and expand their range of application. To further advance interventional MRI, continuous research and development activities are needed involving interventional radiologists, interventionalists and surgeons from other specialties, and physicists and engineers. This multidisciplinary effort is a prerequisite for the translation of this complex technology and the interventional options it provides to a clinical environment.

Einleitung: Ziel der Studie war es, aufzuzeigen, welche Möglichkeiten der Modifikation eines PMMA-Zementes bestehen, um diesen für interventionelle Anwendungen in MRT-Systemen zu visualisieren. Material und Methoden: Die Visualisierung des PMMA-Zementes durch Zusatz von wässrigen Kontrastmittellösungen bildete die Grundlage dieser Arbeit. Analysiert wurde der Einfluss von Dotarem®, Teslascan™, Endorem™ und einer Manganchlorid-Lösung auf das Signal angefertigter Zementproben in einer diagnostischen, sowie in einer zeitlich optimierten T1 TSE-Sequenz, in Abhängigkeit von der Kontrastmittelkonzentration und der Menge zugesetzter Kontrastmittellösung. In einem weiteren Schritt wurden die neuen Materialeigenschaften des modifizierten PMMA-Zementes betrachtet und abschließend eine MRT-gestützte Kyphoplastie an einer humanen Kadaverwirbelsäule durchgeführt. Ergebnis: Trotz der hydrophoben PMMA-Zementeigenschaften konnten nahezu homogene Dispersionen aus den Kontrastmittellösungen und den Zementkomponenten hergestellt werden. Die daraus angefertigten Zementproben enthielten auch nach dem Aushärtungsprozess in dem Maße Wasserstoffprotonen, dass sie in der MRT- Bildgebung visualisiert werden konnten. Die beste Signalquantität wurde durch den Zusatz einer Gd-DOTA-Lösung erreicht. Die Simulation der Kypholastie an humanen Kadaverwirbelsäulen konnte verdeutlichen, dass mit entsprechenden Vertebro- oder Kyphoplastie-Kanülen eine transpedikuläre Punktion und mittels Kyphoplastieballon auch eine Wirbelkörperaufrichtung unter MRT-Monitoring möglich ist. Der modifizierte PMMA-Zement zeigte in den verwendeten T1-Sequenzen ein hypointenses Signal gegenüber der humanen Wirbelkörpermatrix und ließ sich dennoch von Luft und Knochenmatrix abgrenzen. Durch Anwendung von fettsupprimierenden Techniken konnte jedoch auch ein Positivkontrast mit einem deutlich hyperintensen Zementsignal erreicht werden. Die Prüfung der Materialeigenschaften des modifizierten PMMA-Zementes ergab eine Abnahme der Zementhärte und eine Abnahme der Steifigkeit. Conclusion: Die Visualisierung des PMMA-Zementes ist durch Zusatz von Kontrastmittellösungen möglich, mit der Folge, dass die Materialeigenschaften verändert werden. Ob die resultierenden Eigenschaften nachteilig sind, muss vorerst offen bleiben. Es gibt durchaus Anhaltspunkte, die dafür sprechen, dass die derzeit verwendeten, unphysiologisch harten PMMA-Zemente zu Anschlussfrakturen der angrenzenden Wirbelkörper führen. Daraus ließe sich ableiten, dass die Anwendung des flexibleren, modifizierten PMMA-Zementes sogar vorteilhaft sein kann. Durch die Verwendung eines für die MRT modifizierten PMMA-Zementes könnte die postinterventionelle Diagnostik, wie auch die Therapie unter Anwendung der MRT-Bildgebung und ohne Strahlenexposition von Patient oder Interventionalist durchgeführt werden., Introduction: It was this study's goal to illustrate the interventional and imaging possibilities of a modified PMMA-cement in magnetic resonance imaging. Materials und Methods: Visualizing the PMMA cement with an added contrast agent was the basis of this study. The influence of Dotarem®, Teslascan™, Endorem™ and a dedicated manganese-chloride solution on the image signal of the evaluated cement was analyzed in diagnostic and a scan duration adapted T1 TSE sequence in relation to the concentration the contrast agent and the amount added contrast solution. In a further step, the material characteristics of the new, modified PMMA cements were investigated and evaluated in MR-guided kyphoplasty in human cadaveric lumbar spines. Results: Despite the hydrophobic PMMA cements, an almost homogeneous dispersion of contrast agents and cement components could be achieved. The resulting cement specimens contained sufficient amounts of water even after hardening to allow visualization on MR images. The best signal intensity was achieved with the addition of a Gd-DOTA-solution. The simulated kyphoplasty in human cadaveric lumbar spines illustrated that the erection of a human vertebral body is possible under MR-guidance with appropriate vertebro- and kyphoplasty cannulas. The modified PMMA cement had hypointense signal characteristics in the applied T1 sequences compared to the vertebral bodies' matrix and could be differentiated from both air and bone matrix. A positive contrast with a markedly hyperintense cement signal was rendered with fat-suppression techniques. The assessment of material characteristics of the modified PMMA cement showed a reduction of the cement's rigidity and stiffness. Conclusion: The visualization of PMMA cement is possible with the addition of contrast solution with subsequently altered material characteristics. If the resulting material characteristics are a disadvantage is unclear at this time. There are certain aspects which suggest that the currently used unphysiologically rigid PMMA cements may cause fractures of adjacent vertebral bodies. This would mean that a more flexible modified PMMA cement might actually be advantageous. The use of a PMMA cement modified for visualization in the MRI could help facilitate radiation-free post-interventional diagnostics and MR-guided therapy for both the patient and the treating physician.