Artículo de método

Protocolo para la evaluación de MRI artefactos causados por el Metal de los implantes para evaluar la idoneidad de los implantes y la vulnerabilidad de secuencias de pulso

DOI:

10.3791/57394

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17 de mayo de 2018

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

En este artículo

Resumen

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Se describe un método estandarizado para evaluar la proyección de imagen de resonancia magnética artefactos causados por implantes para estimar la idoneidad de los implantes para la proyección de imagen de resonancia magnética o la vulnerabilidad de secuencias de pulso diferentes artefactos metálicos al mismo tiempo.

Resumen

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

Como está en constante crecimiento el número de escáneres de resonancia magnética (MRI) y pacientes con implantes médicos, radiólogos encuentran cada vez más artefactos relacionados con el implante metálicos en RM, resultando en una calidad de imagen reducida. Por lo tanto, la idoneidad de MRI de implantes en cuanto a volumen de artefacto, así como el desarrollo de secuencias del pulso para reducir artefactos de imagen, es cada vez más importante. Aquí, presentamos un protocolo completo que permite una evaluación estandarizada del volumen del artefacto de implantes en MRI. Además, este protocolo puede utilizarse para analizar la vulnerabilidad de secuencias de pulso diferentes artefactos. El protocolo propuesto se puede aplicar a las imágenes de T1 y de T2-weighted con o sin implantes de supresión de grasa y todo pasivos. Además, el procedimiento permite la identificación separada y tridimensional de artefactos pile-up de pérdida de señal. Como investigaciones anteriores difieren grandemente en métodos de evaluación, la comparabilidad de sus resultados fue limitada. Así, las mediciones estandarizadas de volúmenes de artefacto de MRI son necesarias para proporcionar la mejor comparabilidad. Esto puede mejorar el desarrollo de la aptitud de MRI de los implantes y mejor pulso secuencias para finalmente mejorar la atención al paciente.

Introducción

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MRI se ha convertido en una herramienta diagnóstico indispensable. Como resultado, el número de sistemas de MRI en el diagnóstico rutinario está aumentando1. Al mismo tiempo, el número de pacientes con implantes está aumentando así2,3. En 2012, por ejemplo, más de 1 millón de rodilla y reemplazo de la articulación se han realizado en los Estados Unidos solo4. La prevalencia de estos implantes era aproximadamente 7 millones en 2010, que corresponde a más del 10% de las mujeres en el grupo de edad 80-89 años5. Como resultado, la calidad de imagen y el significado diagnóstico de los exámenes de MRI a menudo se deterioran por los artefactos debido a implantes metálicos, resultando en una menor precisión diagnóstica. Por lo tanto, la idoneidad de MRI de los implantes y la vulnerabilidad de artefacto de secuencias del pulso se están convirtiendo en cada vez más importante. Numerosos métodos han sido publicados para evaluar estas características. Debido a las fuertes discrepancias en los métodos de evaluación utilizados, sin embargo, los resultados son difíciles de comparar.

Una evaluación de la idoneidad de MRI de materiales puede realizarse mediante el cálculo de su susceptibilidad magnética6. Sin embargo, la vulnerabilidad de secuencias de pulso diferentes a artefactos no se puede comparar con ese enfoque para un implante determinado. Viceversa, los volúmenes de artefacto para una secuencia de pulso determinado puede sólo aproximadamente estimar para diferentes implantes. Además, el análisis se realiza a menudo con implantes en forma artificial7,8. Como el volumen de material y la forma tienen influencia sobre el artefacto tamaño6, estas características deben tenerse en cuenta también. Como alternativa a la susceptibilidad magnética, se puede evaluar el tamaño del artefacto. Con frecuencia, los estudios sólo dependen de la evaluación cualitativa de los artefacto tamaño9 o centrarse en el tamaño del artefacto dos dimensiones que sólo cubre una rebanada del implante artefacto10,11. Por otra parte, enfoques de segmentación manual se utilizan a menudo, que es no sólo desperdiciador de tiempo pero también propenso a reader intra y inter diferencias11. Por último, protocolos a menudo no permiten probar para las secuencias no saturado de grasa y grasa saturada en el mismo tiempo12. Esto, sin embargo, sería deseable, ya que la técnica de supresión grasa aplicada profundamente afecta el tamaño del artefacto.

Aquí, presentamos un protocolo que permite el confiable, semiautomático, cuantificación tridimensional, basado en el umbral de señal pérdida de pile-up y artefactos del implante entero o todos los sectores que contengan artefactos de implante visible. Además, permite probar imágenes de T1 y de T2-weighted con o sin saturación grasa. El protocolo puede utilizarse para evaluar la idoneidad de MRI de los diferentes implantes o la vulnerabilidad de secuencias de pulso diferentes artefactos metálicos para un implante determinado.

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Protocolo

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1. preparación fantasma

  1. Determinar el volumen del implante (p. ej., utilizando el método de desplazamiento de agua).
    Nota: La medición del volumen de la muestra de CCT-T y Z T muestra 0,65 y 0,73 mL, respectivamente.
  2. Fijar la posición del implante en medio de una caja no ferromagnéticos, impermeable de plástico mediante el uso de un fino hilo. Utilice una caja más grande que el esperado artefactos de RM.
    Nota: Si no se dispone de ninguna estimaciones aproximadas de los volúmenes de artefacto de la secuencia de implante o pulso de interés realizar un análisis de la prueba colocando el fantasma en una caja de aproximadamente 10 veces más grande que el fantasma, lleno de agua. Los volúmenes de artefacto en este estudian distancia de 7,3 mL (para la muestra de CCT-T) y 0,09 mL (para la muestra Z-T).
  3. Cuidadosamente derretir una mezcla de grasa semisintética (58,8%), agua (40%) y macrogol-8-estearato (1.2%), con un baño de agua a 50 ° C.
    Nota: Para las muestras en este estudio, se utilizó una mezcla de 500 mL para la incorporación de cada muestra.
    1. Cuando la mezcla se convierte en líquido, dejará de calentar comienza con agitación lenta y dejará de calentar. Asegúrese de que no hay separación de las fases grasa y agua.
  4. Tan pronto como coagulación comienza, empezar poco a poco incorporar el implante con la mezcla. Para ello, vierta la mezcla de empotrar lentamente en la caja fantasma con el implante.
    Nota: Verter debe realizarse lentamente para evitar la inclusión de aire.
  5. Colocar el fantasma con el implante integrado en el refrigerador a 4 ° C durante la noche para la desecación. Al día siguiente, quitar partes de líquido residual por decantación.

2. examinación de MRI

  1. Coloque el fantasma (la caja con el implante integrado) en la resonancia magnética en la misma orientación que en la situación en vivo . Coloque la mitad del fantasma en el isocentro del MRI.
  2. Para las mediciones, utilizar una bobina que permite una distribución homogénea de la señal dentro del volumen de imágenes sin gotas de señal de graves y evidentes (por ejemplo, una bobina de cabeza).
  3. Cuando planificación el MRI las exploraciones en la consola del MRI, asegúrese que la caja fantasma, incluyendo algo de aire en los bordes de la caja, en el volumen de la proyección de imagen.
  4. A continuación, realizar la examinación de MRI.

3. Análisis y post-procesado de imagen

  1. Exportar las imágenes sin pérdida de calidad (por ejemplo, por la compresión) de la consola de MRI (por ejemplo, utilizando el formato DICOM). Importar las imágenes de un MRI post-procesamiento software que permite la colocación de la región de interés (ROI), evaluación de intensidades de la señal de retorno de la inversión, una segmentación basada en el umbral y una cuantificación de los volúmenes de segmentación (véase Tabla de materiales).
  2. Para definir el umbral para los artefactos de pile-up y para una distribución homogénea de la señal dentro del volumen de imágenes, colocar líneas perpendiculares entre sí y junto a la frontera exterior del artefacto visible en el segmento con el artefacto máximo tamaño ( Figura 1a).
    Nota: Artefactos de pile-up son artefactos de desplazamiento, presentando zonas con intensidades de la señal artificialmente alta. Ocurren en la dirección de segmento y la dirección de lectura.
    1. Colocar un fondo de ROI (retorno de la inversión defondo) con 10 mm de diámetro exterior cada uno de los puntos de cuatro intersección (Figura 1a). Colocar las líneas y las regiones fondo de intereses utilizando el editor de segmentación.
    2. Medir la intensidad de señal media y desviación estándar (SD) de todos los vóxeles dentro de estos 4 valores de retorno de la inversión defondo y cada ROI defondo por separado. Utilice la herramienta Estadísticas de Material en la vista de proyecto.
    3. Asegúrese de que la intensidad media de cada ROI defondo esté dentro del rango de ± 1.5 SD de la señal media de cada una de las otras 3 contrapartes para garantizar una distribución homogénea de la señal.
    4. Calcular el umbral para los artefactos de pile-up añadiendo 3 de SD de ROI defondo a la intensidad de la señal media de todos los vóxeles de estos valores de retorno de la inversiónfondo 4. Realizar una segmentación semiautomática basadas en umbrales de artefactos de pile-up mediante la selección de todos los vóxeles con las intensidades de señal mayores que el umbral adyacente al artefacto de pérdida de señal en cada rebanada. Utilice la herramienta de enmascaramiento de la editor de segmentación para visualizar la gama de intensidad de señal predefinida y restringir la segmentación que.
  3. Para definir el umbral para los artefactos de pérdida de señal, 4 regiones de interés (ROIs) en regiones que contienen aire (ROIaire; cada 10 mm de diámetro) en las esquinas de la caja fantasma y medir la intensidad de la señal media y SD de vóxeles todos dentro de estos 4 ROI Aire como se describe en el paso 3.2, usando el editor de segmentación y "Material de estadísticas", respectivamente.
    Nota: Señal pérdida artefactos con vóxeles con intensidades baja artificial de la señal. Son causadas por artefactos de defasaje y desplazamiento.
    1. Colocar un retorno de la inversión en la base del artefacto de pérdida de señal (ROICore) definida por el área conectado más grande de intensidad de señal baja (Figura 1a). Manualmente aumentar el tamaño del ROIbase hasta encontrar el mayor tamaño posible en el artefacto de pérdida de señal cuya intensidad de señal media es inferior a la media ROIaire + 3 x de la SD respectivo. Por último, medir la intensidad de la señal media y SD delnúcleodel ROI.
    2. Calcular el umbral de intensidad de señal para los artefactos de pérdida de señal mediante la adición de 3 SD del ROIbase a la media del retorno de la inversiónprincipal. Realizar una segmentación semiautomática basadas en umbrales de artefactos de pérdida de señal mediante la selección de todos los vóxeles conectados al retorno de la inversiónbase con intensidades de la señal por debajo del umbral.
    3. Utilice la herramienta de enmascaramiento de la editor de segmentación para visualizar la gama de intensidad de señal predefinida y restringir la segmentación que. Si es posible, utilice la función de "Relleno" en el grifo de "Selección" del editor de segmentación con vóxeles todos dentro de la segmentación que aún no están seleccionadas. En su caso, agregar manualmente los artefactos de pérdida adicional señal inequívoca para la segmentación.
  4. Restar el volumen de implante física del volumen del artefacto calculado para obtener el volumen de cierto artefacto. Repetir el análisis al menos 3 x. Un intervalo de tiempo de al menos dos semanas debe separar las lecturas múltiples para excluir una predisposición de aprendizaje.

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Resultados

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Con el protocolo antes mencionado, se evaluó el volumen del artefacto de 2 implantes dentales diferentes de coronas diferentes apoyo titanio (T; vea la Tabla de materiales) [aleación no preciosa de porcelana fusionada a metal (CCT-T) y monolítica zirconio (Z-T); Figura 1b y 1C. La muestra de CCT-T representa una composición material altamente paramagnética predecir grandes artefactos (cobalto cromo de 61%, 21% y tungsteno 11%...

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Discusión

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El número de pacientes con metálico implantes y actualmente está aumentando el número de exámenes de MRI1,2,3. En el pasado, los exámenes de MRI se evitaron después de reemplazo de la articulación. Hoy en día, MRI no sólo se solicita para la proyección de imagen a tales pacientes pero debe también permitir la evaluación de complicaciones directamente adyacente a artroplastia común. Así, la seguridad de MRI y la idoneidad de MRI ...

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Divulgaciones

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Tim Hilgenfeld, Franz S. Schwindling y Alexander Juerchott recibieron fondos de una beca postdoctoral de la Facultad de medicina de la Universidad de Heidelberg. El estudio fue apoyado en parte por el Dietmar Hopp-Stiftung (proyecto no. 23011228). Los autores han declarado explícitamente que no hay ningún conflicto de intereses en relación con este artículo.

Agradecimientos

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Los autores como gracias Stefanie Sauer, farmacéutico en el Departamento de farmacia Heidelberg Hospital Universitario, por sus contribuciones al fantasma de MRI. Además, nos gustaría agradecer a productos de NORAS MRI GmbH (Höchberg, Alemania) y sobre todo Daniel Gareis por proporcionar un prototipo de la bobina multiuso de 16 canales. Además, estamos agradecidos por la buena cooperación con GmbH de SIEMENS Healthcare (Erlangen, Alemania) y sobre todo Mathias Nittka por su ayuda en la configuración de la secuencia.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Aqua B. Braun EcotainerB. Braun Melsungen AG, Melsungen, Alemania
Grasa semisintética: Witepsol W25Caelo Caesar & Loretz GmbH, Hilder, Alemania4051
Macrogol-8-estearatoCaelo Caesar & Loretz GmbH, Hilder, Alemania3023
Caja de plástico: no especificada
Implantes: Nobel ReplaceNobel Biocare, Zü rich, Suiza Baño
de agua Haake S5PThermo Scientific, Waltham, MA, EE. UU
Cilindro de medición Blaubrand Eterna, Clase A, Boro 3.3BRAND GmbH + Co Kg, Wertheim, Alemania32708
Bobina: VariedadNoras MRI products GmbH, Hö chberg, Alemania
resonancia magnética: Magnetom TrioSiemens Healthcare GmbH, Erlangen, Alemania
Software de posprocesamiento: Amira 6.4Thermo Scientific, Waltham, MA, EE. UU.
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Referencias

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