Methodenartikel

Protokoll für die Bewertung von MRI Artefakte verursacht durch Metall-Implantate um die Eignung der Implantate und die Anfälligkeit von Impulsfolgen zu bewerten

DOI:

10.3791/57394

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17. Mai 2018

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1Department of Neuroradiology, Heidelberg University Hospital, 2Department of Prosthodontics, Heidelberg University Hospital

In diesem Artikel

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wir beschreiben eine standardisierte Methode zur Evaluierung der Magnet-Resonanz-Tomographie Artefakte verursacht durch Implantate, die Eignung der Implantate für Magnet-Resonanz-Tomographie und/oder die Anfälligkeit der verschiedenen Impulsfolgen für metallische Artefakte zu schätzen gleichzeitig.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Da die Anzahl der Kernspintomographen (MRT) und Patienten mit medizinischen Implantaten ständig wächst, begegnen Radiologen zunehmend metallischen Implantat-bezogene Artefakte im MRT, was zu reduzierter Bildqualität. Daher sind die MRI-Eignung von Implantaten volumenmäßig Artefakt, sowie die Entwicklung von Impulsfolgen zu reduzieren Bildartefakte, mehr und mehr an Bedeutung. Hier präsentieren wir Ihnen ein umfassendes Protokoll für eine standardisierte Bewertung von das Artefakt-Volumen von Implantaten im MRI ermöglicht. Darüber hinaus kann dieses Protokoll verwendet werden, um die Anfälligkeit der verschiedenen Impulsfolgen für Artefakte zu analysieren. Das vorgeschlagene Protokoll kann auf T1 - und T2-gewichteten Bilder mit oder ohne Fett-Unterdrückung und alle passiven Implantate angewendet werden. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren eine separate und dreidimensionale Identifizierung Signal Verlust und Pile-Up Artefakte. Da frühere Untersuchungen unterschieden sich stark in Evaluationsmethoden, beschränkte die Vergleichbarkeit der Ergebnisse. So sind standardisierte Messungen der MRI Artefakt Bände notwendig, um bessere Vergleichbarkeit zu ermöglichen. Dies kann die Entwicklung von der MRI-Eignung der Implantate verbessern und besser Puls Sequenzen endlich Patientenversorgung zu verbessern.

Einleitung

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MRI ist ein unverzichtbares diagnostisches Instrument geworden. Infolgedessen steigt die Zahl der MRI-Systeme in der Routinediagnostik weitere1. Zur gleichen Zeit steigt die Zahl der Patienten mit Implantaten sowie2,3. Im Jahr 2012 wurden zum Beispiel mehr als 1 Million Knie- und Gelenkersatz in den USA allein4durchgeführt. Die Prävalenz von solchen Implantaten war etwa 7 Millionen im Jahr 2010, das entspricht mehr als 10 % der Frauen in der Altersgruppe 80-89 Jahre5. Infolgedessen sind die Bildqualität und die diagnostische Bedeutung der MRT-Untersuchungen durch Artefakte durch metallische Implantate, was zu einer verminderten diagnostische Genauigkeit oft beeinträchtigt. Daher wird die MRI-Eignung von Implantaten und die Artefakt-Anfälligkeit von Impulsfolgen immer wichtiger. Zahlreiche Ansätze wurden veröffentlicht, um diese Eigenschaften zu bewerten. Durch starke Unterschiede in den verwendeten Bewertungsmethoden sind jedoch die jeweiligen Ergebnisse schwer zu vergleichen.

Eine Auswertung der MRT Eignung der Materialien kann durch die Berechnung der magnetischen Suszeptibilität6durchgeführt werden. Jedoch kann nicht die besondere Gefährdung der verschiedenen Pulssequenzen Artefakte mit diesem Ansatz für ein bestimmtes Implantat verglichen werden. Umgekehrt, die Artefakt-Bände für eine gegebene Pulsfolge nur etwa für verschiedene Implantate abgeschätzt werden. Darüber hinaus erfolgt die Analyse häufig mit künstlich geformten Implantaten7,8. Das Materialvolumen und Form einen Einfluss auf das Artefakt Größe6haben, sollten auch diese Funktionen berücksichtigt werden. Als Alternative zur magnetischen Suszeptibilität kann die Artefakt-Größe ausgewertet werden. Studien setzen häufig nur auf die qualitative Bewertung der das Artefakt Größe9 oder konzentrieren sich auf die zweidimensionale Artefakt-Größe nur für eine Scheibe am Implantat Artefakt10,11. Darüber hinaus werden manuelle Segmentierung Ansätze häufig, das ist nicht nur zeitaufwändig, sondern auch anfällig für Intra - und inter - reader Unterschiede11. Zu guter Letzt erlauben Protokolle oft nicht für Fett-ungesättigten und gesättigten Fett Sequenzen auf der gleichen Zeit12testen. Hierzu wäre jedoch wünschenswert, da die angewandten Fett Unterdrückung Technik zutiefst die Artefakt-Größe betrifft.

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll ermöglicht eine zuverlässige, halbautomatische, Schwelle-basierte, dreidimensionale Quantifizierung der Signal Verlust und Pile-Up Artefakte das gesamte Implantat oder alle Scheiben mit sichtbaren Implantat Artefakte. Darüber hinaus erlaubt es die Prüfung T1 - und T2-gewichteten Bilder mit oder ohne Fett-Sättigung. Das Protokoll kann verwendet werden, um die MRI-Eignung der verschiedenen Implantate oder die Anfälligkeit der verschiedenen Impulsfolgen für metallische Artefakte für ein bestimmtes Implantat zu bewerten.

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Protokoll

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(1) Phantom Vorbereitung

  1. Bestimmen Sie die Implantat-Volumen (z. B.mithilfe der Wasser-Verdrängung-Methode).
    Hinweis: Das Volumen der CCT-T-Probe und der Z-T-Probe gemessen 0,65 mL und 0,73 mL, beziehungsweise.
  2. Befestigen Sie die Implantatposition in der Mitte ein nicht-ferromagnetische, Kunststoff, wasserdichte Box mit einem dünnen Faden. Verwenden Sie einen Karton, der größer ist als die erwarteten MRI-Artefakte.
    Hinweis: Wenn keine groben Schätzungen der Artefakt Bände des Implantats und/oder Puls Reihenfolge des Interesses zur Verfügung stehen, führen Sie einen Test-Scan indem man das Phantom in einer Box, ca. 10 x größer als das Phantom, mit Wasser gefüllt. Die Artefakt-Bände in dieser Studie reichten von 7,3 mL (für die CCT-T-Probe) und 0,09 mL (für die Z-T-Probe).
  3. Schmelzen Sie vorsichtig eine Mischung aus VOLLSYNTHETISCHES Fett (58,8 %), Wasser (40 %) und Macrogol-8-Stearat (1,2 %), mit einem Wasserbad bei 50 ° C.
    Hinweis: Für die Beispiele in dieser Studie verwendeten wir eine 500 mL Mischung für die Einbettung von jeder Probe.
    1. Wenn die Mischung flüssig wird, stoppen Sie, Heizung und unter langsamen rühren starten Sie und beenden Sie, Heizung. Stellen Sie sicher, dass es keine Trennung der Phasen Fett und Wasser.
  4. Sobald gerinnen beginnt, beginnen Sie langsam Einbettung des Implantats mit der Mischung. Dazu den Teig einbetten langsam in die phantom Box mit dem Implantat.
    Hinweis: Gießen muss langsam erfolgen um Lufteinschlüsse zu vermeiden.
  5. Stellen Sie den phantom Koffer mit dem eingebetteten Implantat in den Kühlschrank bei 4 ° C über Nacht für Austrocknung. Am nächsten Tag entfernen Sie alle restlichen Fluid-Bauteile durch Dekantieren.

(2) MRT-Untersuchung

  1. Legen Sie das Phantom (Kasten mit dem eingebetteten Implantat) in der MRT in der gleichen Ausrichtung wie in der in-Vivo -Situation. Position der Mitte des Phantoms im Isozentrum des MRT.
  2. Verwenden Sie für Messungen eine Spule, die für eine homogene Signalverteilung in der bildgebenden Volumen ohne schwere und offensichtlich Signal Tropfen (z.B. ein Kopf Spule) ermöglicht.
  3. Wenn das MRI Planung an der MRI-Konsole scannt, sicherstellen Sie, dass das phantom ein, einschließlich etwas Luft an den Rändern der Box, in der Bildgebung Volumen.
  4. Führen Sie dann die MRT-Untersuchung.

3. Analyse und Nachbearbeitung von Bildern

  1. Exportieren Sie die Bilder ohne Qualitätsverlust (z.B.durch Kompression) von der MRI-Konsole (z. B.im DICOM-Format). Importieren Sie die Bilder in ein MRI, Post-processing-Software, die für die Platzierung der Region Interessen (ROI), Evaluierung von ROI Signalintensitäten, eine Schwelle-basierte Segmentierung und eine Quantifizierung der Segmentierung Bände (siehe Tabelle der Materialien) erlaubt.
  2. Um die Schwelle für Pile-Up Artefakte definieren und überprüfen Sie, ob eine homogene Signalverteilung in der bildgebenden Volumen, platzieren Sie Zeilen senkrecht zueinander und angrenzend an die äußere Grenze des sichtbaren Artefakts auf der Scheibe mit dem maximalen Artefakt Größe ( Abbildung 1a).
    Hinweis: Pile-Up Artefakte sind Verschiebung Artefakte, Gebiete mit künstlich hohe Signalintensitäten präsentieren. Sie treten in der Scheibe und der Anzeige-Richtung.
    1. Legen Sie einen Hintergrund Rendite (ROI imHintergrund) mit 10 mm Durchmesser außerhalb aller vier Schnittpunkte (Abbildung 1a). Legen Sie die Linien und den Hintergrund Regionen der Interessen mit der Segmentierung-Editor.
    2. Messen Sie die mittlere Signalintensität und Standardabweichung (SD) von allen Voxel innerhalb dieser 4 ROIHintergrund Werte und für jede ROIHintergrund separat. Verwenden Sie das Werkzeug Material Statistiken in der Projektansicht.
    3. Sicherstellen Sie, dass die mittlere Signalintensität jeder ROIHintergrund im Bereich von ± 1,5 SD von das mittlere Signal von jedem der anderen 3 Kollegen garantieren eine homogene Signalverteilung.
    4. Berechnen Sie die Schwelle für Pile-Up Artefakte, indem Sie die mittlere Signalintensität alle Voxel 4 ROIHintergrund Werte 3 SD ROIHintergrund hinzufügen. Führen Sie eine halbautomatische Schwelle-basierte Segmentierung des Pile-Up Artefakte durch Auswahl von alle Voxel mit der Signalintensitäten größer als der Schwellenwert angrenzend an das Signal Verlust Artefakt in jede Scheibe. Verwenden Sie Maskenwerkzeug des Editors Segmentierung zu visualisieren die vordefinierten Signalbereich Intensität und die Segmentierung zu beschränken.
  3. Um die Schwelle für Signal-Verlust-Artefakte zu definieren, legen Sie 4 Regionen der Interessen (ROIs) in Luft-haltigen Regionen (ROILuft; je 10 mm Durchmesser) an den Ecken des Feldes phantom und messen die mittlere Signalintensität und SD von allen Voxel innerhalb dieser 4 ROI zu Luft wie in Schritt 3.2, beschrieben mit dem Segmentierung Editor und "Material Statistics", beziehungsweise.
    Hinweis: Signal Verlust Artefakte mit Voxel mit künstlich niedrigen Signalintensitäten präsent. Sie entstehen durch Kapitaltheorie und Verschiebung Artefakte.
    1. Legen Sie einen ROI im Kern das Signal Verlust Artefakt (ROIKern) definiert durch den größten verbundenen Bereich der niedrigen Signalintensitäten (Abbildung 1a). Manuell Vergrößern des ROIKern bis die größte mögliche Größe innerhalb der Signal Verlust Artefakt, dessen mittlere Signalintensität niedriger als der Mittelwert ROILuft + 3 X der jeweiligen SD ist, gefunden wird. Zu guter Letzt Messen Sie die mittlere Signalintensität und SD des ROIKern.
    2. Die Signalschwelle Intensität für Signal-Verlust-Artefakte zu berechnen, indem 3 SD des ROIKern der Mittelwert der ROI-Kern. Führen Sie eine halbautomatische Schwelle-basierte Segmentierung der Signal Verlust Artefakte durch Auswahl von alle Voxel verbunden mit dem ROI-Kern mit Signalintensitäten unterhalb der Schwelle.
    3. Verwenden Sie Maskenwerkzeug des Editors Segmentierung zu visualisieren die vordefinierten Signalbereich Intensität und die Segmentierung zu beschränken. Verwenden Sie nach Möglichkeit die "Füllung" Funktion Tippen Sie "Auswahl" des Editors Segmentierung im alle Voxel innerhalb der Segmentierung enthalten, die noch nicht ausgewählt sind. Ggf. manuell fügen Sie weitere eindeutige Signal Verlust Artefakte hinzu, die Segmentierung.
  4. Subtrahieren Sie die physischen Implantat Lautstärke aus dem berechneten Artefakt, das wahre Artefakt Volumen zu erhalten. Wiederholen Sie die Analyse mindestens 3 X. Einem Zeitabstand von mindestens zwei Wochen sollten mehrere Lesevorgänge um ein lernen Voreingenommenheit auszuschließen trennen.

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Ergebnisse

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Mit dem genannten Protokoll bewertet wir das Artefakt-Volumen von 2 verschiedene Dental-Implantate aus Titan (T; siehe Tabelle of Materials) unterstützt unterschiedliche Kronen [Porzellan verschmolzen auf Metall nicht-Edelmetall-Legierung (CCT-T) und monolithischen Zirkonia (Z-T); Abbildung 1 b und 1 c]. Die CCT-T-Probe stellt eine höchst PARAMAGNETISCHE Materialzusammensetzung Vorhersage große Artefakte (Kobalt 61 %, 21 % un...

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Diskussion

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Die Zahl der Patienten mit metallischen Implantaten und die Anzahl der MRI-Untersuchungen steigt derzeit1,2,3. In der Vergangenheit wurden MRT-Untersuchungen nach Gelenkersatz vermieden. Heute MRI ist nicht nur für solche Patienten imaging angefordert aber sollte auch für die Bewertung von Komplikationen direkt angrenzend an gemeinsamen Endoprothetik erlauben. MRT-Sicherheit und MRI Eignung der Implantate sowie die robuste Impul...

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Offenlegungen

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Tim Hilgenfeld, Franz S. Schwindling und Alexander Juerchott finanziell von ein Postdoc-Stipendium von der medizinischen Fakultät der Universität Heidelberg. Die Studie wurde zum Teil durch die Dietmar-Hopp-Stiftung (Projekt Nr. 23011228) unterstützt. Die Autoren haben ausdrücklich erklärt, dass es keine Interessenkonflikte im Zusammenhang mit diesem Artikel gibt.

Danksagungen

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Die Autoren möchten Stefanie Sauer, Apotheker in der Abteilung der Apotheke Universitätsklinikum Heidelberg, für ihre Verdienste um das MRI Phantom bedanken. Darüber hinaus möchten wir NORAS MRI Produkte GmbH (Höchberg, Deutschland) und vor allem Daniel Gareis danken für die Bereitstellung eines Prototyps der 16-Kanal-Mehrzweck-Spule. Darüber hinaus sind wir dankbar für die angenehme Zusammenarbeit mit SIEMENS Healthcare GmbH (Erlangen, Deutschland) und vor allem Mathias Nittka für ihre Unterstützung im Sequenz-Setup.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Aqua B. Braun EcotainerB. Braun Melsungen AG, Melsungen, Deutschland
Halbsynthetisches Fett: Witepsol W25Caelo Caesar & Loretz GmbH, Hilder, Deutschland4051
Macrogol-8-stearatCaelo Caesar & Loretz GmbH, Hilder, Deutschland3023
Kunststoffbox: nicht angegeben
Implantate: Nobel ReplaceNobel Biocare, Zü rich, Schweiz
Wasserbad Haake S5PThermo Scientific, Waltham, MA, USA
Messzylinder Blaubrand Eterna, Class A, Boro 3.3BRAND GmbH + Co Kg, Wertheim, Deutschland32708
Spule: VarietyNoras MRI products GmbH, Hö chberg, Deutschland
MRT: Magnetom TrioSiemens Healthcare GmbH, Erlangen, Deutschland
Nachbearbeitungssoftware: Amira 6.4Thermo Scientific, Waltham, MA, USA

Referenzen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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Schlagwörter

ArtefaktvolumenSignalverlustPile up Artefaktefettunterdr ckte BildgebungT1 gewichtete BilderT2 gewichtete BilderPhantomherstellung

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