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

Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist es, die Eignung von Implantaten für die Magnetresonanztomographie zu evaluieren oder die Anfälligkeit von Pulssequenzen gegenüber Metallartefakten abzuschätzen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Radiologie zu beantworten, wie z.B. die Bewertung der MRT-Eignung von Implantaten und die Abschätzung der Vulnerabilität von Pulssequenzen aus Metallartefakten. Der Hauptvorteil dieser Methodik besteht darin, dass sie eine dreidimensionale Artefaktbewertung in fettsupprimierten und nicht fettsupprimierten T1- und T2-Gewichtungen gleichzeitig ermöglicht.

Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf die Diagnose periimplantärer Erkrankungen, da sie die Optimierung von MRT-Protokollen im Hinblick auf die Reduzierung periimplantärer Artefakte ermöglicht. Bevor Sie das Phantom für dieses Protokoll konstruieren, bestimmen Sie zunächst das Volumen des zu untersuchenden Implantats. Hier wird die Wasserverdrängungsmethode verwendet, und das Volumen der Proben wurde mit 0,65 Millilitern bzw. 0,73 Millilitern gemessen.

Wählen Sie eine wasserdichte Box aus nicht-ferromagnetischem Kunststoff, die größer ist als die erwarteten MRT-Artefakte, und fixieren Sie dann die Implantatposition in der Mitte der Box mit einem dünnen Faden. Als nächstes schmelzen Sie vorsichtig eine Mischung aus halbsynthetischem Fett, Wasser und Macrogol-8-Stearat in einem Wasserbad bei 50 Grad Celsius. Hier wurde für die Einbettung jeder Probe ein 500 Milliliter großes Gemisch verwendet.

Sobald die Mischung flüssig wird, schalte die Hitze aus und rühre sie langsam um. Achten Sie dabei darauf, dass es in der Mischung zu keiner Trennung der Fett- und Wasserphasen kommt. Sobald die Gerinnung beginnt, gießen Sie die Einbettungsmischung langsam in die Phantombox mit dem Implantat, wobei Sie darauf achten sollten, dass Sie allmählich gießen, um Lufteinschlüsse zu vermeiden.

Zum Schluss stellen Sie das Phantom über Nacht zum Trocknen bei vier Grad Celsius in einen Kühlschrank und dekantieren Sie die restliche Restflüssigkeit am nächsten Tag. Für die MRT-Untersuchung ist eine Hochfrequenzspule zu verwenden, die eine homogene Signalverteilung innerhalb des Bildgebungsvolumens ohne starke und offensichtliche Signalabfälle ermöglicht. Achten Sie darauf, das Phantom mit dem eingebetteten Implantat in der Hochfrequenzspule in der gleichen Ausrichtung zu positionieren, wie es in vivo platziert würde.

Positionieren Sie die Mitte des Phantoms in der Iso-Mitte des MRT. Richten Sie als Nächstes die Bildgebungssequenzen an der MRT-Konsole ein und stellen Sie sicher, dass sich die Phantombox, einschließlich etwas Luft an den Rändern der Box, innerhalb des Bildgebungsvolumens befindet. Erfassen Sie dann die Bilder, die auf Artefakte überprüft werden.

Exportieren Sie die Bilder von der MRT-Konsole ohne Komprimierung, vorzugsweise im DICOM-Format. Importieren Sie dann die Bilder in eine Nachbearbeitungssoftware, die das Platzieren von Interessengebieten oder ROIs, die Bewertung von Signalintensitäten, die schwellenwertbasierte Segmentierung und die Quantifizierung segmentierter Volumina ermöglicht. Um den Schwellenwert für Pile-up-Artefakte zu definieren und eine homogene Signalverteilung zu überprüfen, verwenden Sie zunächst den Segmentierungseditor, um senkrechte Linien neben dem äußeren Rand des sichtbaren Artefakts auf dem Slice mit der maximalen Artefaktgröße zu platzieren.

Platzieren Sie dann eine Hintergrund-ROI mit einem Durchmesser von 10 Millimetern außerhalb jedes der vier Schnittpunkte. Als Nächstes verwenden Sie in der Projektansicht das Materialstatistik-Tool, um die mittlere Signalintensität und die Standardabweichung aller Voxel innerhalb dieser vier Hintergrund-ROI-Werte und für jeden Hintergrund-ROI separat zu messen. Stellen Sie sicher, dass die mittlere Signalintensität jedes Hintergrund-ROI innerhalb von 1,5 Standardabweichungen des mittleren Signals jedes der anderen drei Gegenstücke liegt, um eine homogene Signalverteilung zu gewährleisten.

Berechnen Sie dann den Schwellenwert für Pile-up-Artefakte, indem Sie drei Standardabweichungen des Hintergrund-ROI zur mittleren Signalintensität aller Voxel der vier ROI-Werte addieren. Führen Sie als Nächstes eine halbautomatische, auf Schwellenwerten basierende Segmentierung von Pile-up-Artefakten durch. Verwenden Sie das Maskierungswerkzeug, um den vordefinierten Signalintensitätsbereich zu visualisieren und die Segmentierung darauf zu beschränken, indem Sie alle Voxel auswählen, deren Signalintensitäten größer als der Schwellenwert neben dem Signalverlustartefakt sind.

Um den Schwellenwert für Signalverlustartefakte zu definieren, platzieren Sie zunächst vier ROIs in der Luft mit Bereichen mit einem Durchmesser von 10 Millimetern an den Ecken der Phantombox und messen Sie dann die mittlere Signalintensität und die Standardabweichung aller Voxel darin. Platzieren Sie nun einen ROI im Kern des Signalverlustartefakts, das durch den größten verbundenen Bereich mit niedrigen Signalintensitäten definiert ist. Vergrößern Sie dann manuell die Größe dieses ROI auf die größtmögliche Größe, die hier auf dem Bildschirm definiert ist.

Messen Sie abschließend die mittlere Signalintensität und die Standardabweichung dieses Kern-ROI. Berechnen Sie außerdem den Schwellenwert für die Signalintensität für Signalverlustartefakte, wie hier gezeigt. Führen Sie dann eine halbautomatische, auf Schwellenwerten basierende Segmentierung dieser Artefakte durch, indem Sie alle Voxel auswählen, die mit dem Kern-ROI verbunden sind und deren Signalintensitäten unter diesem Schwellenwert liegen.

Verwenden Sie das Maskierungswerkzeug des Segmentierungseditors, um den vordefinierten Signalintensitätsbereich zu visualisieren und die Segmentierung darauf einzuschränken. Nutzen Sie nach Möglichkeit die Füllfunktion im Segmentierungseditor, um alle Voxel einzubeziehen, die noch nicht ausgewählt sind. Subtrahieren Sie das physische Implantatvolumen vom berechneten Artefaktvolumen, um das wahre Artefaktvolumen zu erhalten, und wiederholen Sie diese Analyse mindestens dreimal.

Ein Zeitintervall von mindestens zwei Wochen sollte zwischen diesen multiplen Reads liegen, um jegliche Lernverzerrung auszuschließen. Hier ist die typische Positionierung der interessierenden Regionen für die Messung der Schwellenwerte für Pile-up-Artefakte und der Signalverteilung in Signalverlustartefakten zu sehen. Die blaue Kontur stellt die halbautomatische Segmentierung für Signalverlustartefakte dar.

Die kleinen roten Flächen entsprechen dem Ergebnis von Anhäufungsartefakten. Hier sind Zahnimplantate zu sehen, die verschiedene Einzelkronen tragen, die in den Phantomen verwendet werden. Diese Diagramme zeigen das mittlere dreidimensionale Artefaktvolumen für jede Implantatprobe mit Standardabweichungen nach Subtraktion des physischen Implantatvolumens.

Es wurden vier MRT-Sequenzen ausgewertet. Hier werden Renderings der Artefaktvolumina für ein Kobalt-Chrom-Wolfram-Titan-Implantat und ein Zirkonoxid-Titan-Implantat gezeigt. Die blauen Bereiche stellen Signalverlustartefakte dar, und die roten Bereiche stellen Pile-up-Artefakte dar.

Unten sehen wir die farbigen Quellbilder für alle ausgewerteten T-2-gewichteten Sequenzen. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, identische Sequenzparameter wie beim Invivo-Scan zu wählen, um eine genaue Übertragbarkeit der In-vitro-Ergebnisse zu ermöglichen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Signalverluste und Pile-up-Artefakte standardisiert bewertet werden können.

Auf diese Weise können Sie die MRT-Eignung von Implantaten oder die Anfälligkeit von Pulssequenzen für Metallartefakte beurteilen.