Protocol voor de beoordeling van de MRI artefacten, veroorzaakt door Metal implantaten voor de beoordeling van de geschiktheid van implantaten en de kwetsbaarheid van Pulse sequenties
17 mei 2018
We beschrijven een gestandaardiseerde methode om te evalueren van magnetische resonantie beeldvorming artefacten, veroorzaakt door implantaten te schatten van de geschiktheid van de implantaten voor magnetische resonantie beeldvorming en/of de kwetsbaarheid van de verschillende pols sequenties voor metalen artefacten tegelijkertijd.
Het algemene doel van deze methode is om de geschiktheid van implantaten voor magnetische resonantie beeldvorming te evalueren, of om de kwetsbaarheid van pulssequenties voor metalen artefacten te schatten. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen op het gebied van radiologie te beantwoorden, zoals de evaluatie van de MRI-geschiktheid van implantaten en de schatting van de kwetsbaarheid van pulssequenties door metalen artefacten. Het grote voordeel van deze methodologie is dat het een driedimensionale artefactevaluatie mogelijk maakt in vetonderdrukte en niet vetonderdrukte T1 en T2 wegingen tegelijkertijd.
De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de diagnose van peri-implantziekten omdat het optimalisatie van MRI-protocollen met betrekking tot vermindering van peri-implant artefacten mogelijk maakt. Voordat het fantoom voor dit protocol wordt geconstrueerd, bepaal eerst het volume van het implantaat dat zal worden bestudeerd. Hier wordt de waterverplaatsingsmethode gebruikt en het volume van de monsters was respectievelijk 0,65 milliliter en 0,73 milliliter.
Selecteer een niet-ferromagnetische plastic waterdichte doos die groter is dan de verwachte MRI-artefacten, bevestig vervolgens de positie van het implantaat in het midden van de doos met een dunne draad. Smelt vervolgens voorzichtig een mengsel van semi-synthetisch vet, water en macrogol-8-stearaat in een waterbad op 50 graden Celsius. Hier werd een 500 milliliter mengsel gebruikt voor de inbedding van elk monster.
Zodra het mengsel vloeibaar wordt, zet het vuur uit en begin langzaam te roeren. Zorg er bij het doen hiervan voor dat er geen scheiding van de vet- en waterfasen in het mengsel is. Zodra de stolling begint, giet het inbeddingsmengsel dan langzaam in de fantoombox met het implantaat, en zorg ervoor dat u geleidelijk giet om luchtinclusie te voorkomen.
Plaats ten slotte de fantoom een nacht in de koelkast op vier graden Celsius voor desiccatie en giet de volgende dag eventueel restvloeistof af. Gebruik voor het MRI-onderzoek een radiofrequentie spoel die een homogene signaalverdeling binnen het beeldvolume mogelijk maakt zonder ernstige en duidelijke signaaldalingen. Zorg ervoor dat de fantoom met het ingebedde implantaat binnen de radiofrequentiespoel in dezelfde oriëntatie wordt geplaatst als in vivo.
Plaats het midden van de fantoom in het isocentrum van de MRI. Stel vervolgens de beeldvormingssequenties in op de MRI-console en zorg ervoor dat de fantoombox, inclusief wat lucht aan de randen van de doos, binnen het beeldvolume valt. Vervolgens worden de beelden verkregen die zullen worden geëvalueerd op artefacten.
Exporteer de beelden van de MRI-console zonder compressie, bij voorkeur in DICOM-formaat. Importeer vervolgens de beelden in postverwerkingssoftware die het plaatsen van interessegebieden, of ROI's, evalueren van signaalintensiteiten, op drempelwaarden gebaseerde segmentatie en een kwantificering van gesegmenteerde volumes mogelijk maakt. Gebruik eerst de segmentatie-editor om loodrechte lijnen te plaatsen naast de buitenrand van het zichtbare artefact op de schijf met de maximale artefactgrootte om de drempel voor stapelartefacten te definiëren en om te controleren op homogene signaalverdeling.
Plaats vervolgens een achtergrond-ROI met een diameter van 10 millimeter buiten elk van de vier snijpunt. Vervolgens gebruikt u in de projectweergave het materiaalstatistieken-gereedschap om de gemiddelde signaalintensiteit en standaarddeviatie van alle voxels binnen deze vier achtergrond-ROI-waarden en voor elke achtergrond-ROI afzonderlijk te meten. Zorg ervoor dat de gemiddelde signaalintensiteit van elke achtergrond-ROI binnen 1,5 standaarddeviaties van de gemiddelde signaal van elk van de andere drie tegenhangers ligt om een homogene signaalverdeling te garanderen.
Bereken vervolgens de drempel voor stapelartefacten door drie standaarddeviaties van de achtergrond-ROI toe te voegen aan de gemiddelde signaalintensiteit van alle voxels van de vier ROI-waarden. Voer vervolgens een semi-automatische op drempelwaarden gebaseerde segmentatie van stapelartefacten uit. Gebruik de maskeringstool om het vooraf gedefinieerde signaalintensiteitsbereik te visualiseren en beperk de segmentatie ertoe, door alle voxels met signaalintensiteiten groter dan de drempel naast het signaalverliesartefact te selecteren.
Om de drempel voor signaalverliesartefacten te definiëren, plaats eerst vier ROI's in luchtbevattende gebieden met een diameter van 10 millimeter op de hoeken van de fantoombox en meet vervolgens de gemiddelde signaalintensiteit en standaarddeviatie van alle voxels binnen deze gebieden. Plaats vervolgens een ROI in het hart van het signaalverliesartefact dat wordt gedefinieerd door het grootste samenhangende gebied van lage signaalintensiteiten. Vergroot vervolgens handmatig de grootte van deze ROI tot de grootst mogelijke grootte zoals gedefinieerd op het scherm hier.
Meet vervolgens de gemiddelde signaalintensiteit en standaarddeviatie van deze kern-ROI. Bereken ook de signaalintensiteitsdrempel voor signaalverliesartefacten zoals hier te zien is. Voer vervolgens een semi-automatische op drempelwaarden gebaseerde segmentatie van deze artefacten uit door alle voxels te selecteren die verbonden zijn met de kern-ROI met signaalintensiteiten onder deze drempel.
Gebruik de maskeringstool van de segmentatie-editor om het vooraf gedefinieerde signaalintensiteitsbereik te visualiseren en beperk de segmentatie ertoe. Gebruik indien mogelijk de vulfunctie in de segmentatie-editor om alle nog niet geselecteerde voxels op te nemen. Trek het fysieke implantaatvolume af van het berekende artefactvolume om het ware artefactvolume te verkrijgen en herhaal deze analyse minstens drie keer.
Er moet een tijdsinterval van minimaal twee weken tussen deze meerdere metingen liggen om eventuele leerbias uit te sluiten. Typische positionering van de interessegebieden voor het meten van de drempels voor stapelartefacten en signaalverdeling in signaalverliesartefacten is hier te zien. De blauwe contour vertegenwoordigt de semi-automatische segmentatie voor signaalverliesartefacten.
De kleine rode gebieden komen overeen met het resultaat van stapelartefacten. Tandheelkundige implantaten die verschillende enkele kronen ondersteunen en in de fantooms worden gebruikt, zijn hier te zien. Deze grafieken tonen het gemiddelde driedimensionale
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een gestandaardiseerde methode voor het evalueren van artefacten bij magnetic resonance imaging (MRI) die worden veroorzaakt door implantaten. De methode is erop gericht de geschiktheid van deze implantaten voor MRI en de gevoeligheid van verschillende pulssequenties voor metallische artefacten te beoordelen.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk gebied
- Radiologie
- Magnetische Resonantie Imaging
- Biomedische Techniek
Achtergrond
- Metalen implantaten kunnen artefacten veroorzaken in MRI-scans.
- Het begrijpen van deze artefacten is cruciaal voor een nauwkeurige beeldvorming.
- De evaluatie van de MRI-geschiktheid van implantaten is essentieel voor de patiëntveiligheid.
- Deze methode maakt een uitgebreide beoordeling van artefacten onder verschillende beeldvormingscondities mogelijk.
Doel van de studie
- Om de geschiktheid van implantaten voor MRI te evalueren.
- Om de gevoeligheid van polsequenties voor metaalartefacten in te schatten.
- Om MRI-protocollen te optimaliseren om peri-implantaatartefacten te verminderen.
Gebruikte methoden
- Driedimensionale evaluatie van artefacten bij vetonderdrukte en niet-vetonderdrukte T1- en T2-wegingen.
- Waterverplaatsingsmethode om het volume van het implantaat te bepalen.
- Meting van monstervolumes om de impact van artefacten te beoordelen.
- Constructie van een fantoom voor het testen van MRI-protocollen.
Belangrijkste resultaten
- De methode maakt een gelijktijdige evaluatie van verschillende beeldvormingscondities mogelijk.
- Volumemetingen van de monsters werden geregistreerd als 0,65 en 0,73 milliliters.
- De bevindingen kunnen bijdragen aan de optimalisatie van MRI-protocollen.
- De implicaties strekken zich uit tot de diagnose van peri-implantaataandoeningen.
Conclusies
- Deze gestandaardiseerde methode verbetert de evaluatie van MRI-artefacten.
- Het biedt waardevolle inzichten voor het verbeteren van MRI-beeldvorming bij patiënten met implantaten.
- Toekomstige toepassingen kunnen leiden tot betere diagnostische resultaten in de radiologie.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Gestandaardiseerde evaluatie van MRI-artefacten door metalen implantaten is cruciaal voor het verminderen van risico's met betrekking tot de compatibiliteit van apparaten en het optimaliseren van beeldvormingsprotocollen in translationeel en preklinisch onderzoek. Kwantitatieve meting van het artefactvolume maakt een objectieve vergelijking van implantaatontwerpen en impulssequenties mogelijk, wat bijdraagt aan voorspellende betrouwbaarheid bij beslismomenten op basis van beeldvorming. Dit protocol verbetert de reproduceerbaarheid en vergelijkbaarheid binnen de gehele portfolio, wat een directe impact heeft op de ontwikkeling van apparaten en de integratie van de beeldvormingsworkflow.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt systematische analyse van interacties tussen implantaten en MRI-velden mogelijk voor mechanische risicoreductie.
- Ondersteunt de functionele validatie van apparaatontwerpen door artefactprofielen te kwantificeren onder verschillende beeldvormingscondities.
- Vergemakkelijkt voorspellend vertrouwen in de compatibiliteit tussen apparaat en beeldvorming voor triage van portfolio's in een vroeg stadium.
Screening & Assayontwikkeling
- Bereidt gevalideerde fantomsystemen voor voor reproduceerbare kwantificering van artefacten over verschillende polssequenties heen.
- Standaardiseert de meting van artefacten, waardoor een betrouwbare onderlinge vergelijking van beeldvormingsprotocollen en implantaattypen mogelijk wordt.
- Levert kwantitatieve resultaten voor het screenen van de kwetsbaarheid van polssequenties en het optimaliseren van beeldvormingsparameters.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijgt artefactevaluatie uit met ziektespecifieke beeldvormingsscenario's, wat de translationele continuïteit ondersteunt.
- Maakt risico-gecorrigeerde voortgang van implantaatkandidaten mogelijk op basis van de artefactlast in klinisch relevante MRI-sequenties.
- Biedt een basis voor biomarker-afstemming door signaalverlies en pile-up artefacten in drie dimensies te onderscheiden.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit protocol integreert het proces vanaf de vroege fase van apparaatontwikkeling tot aan de preklinische validatie via beeldvorming, ter ondersteuning van iteratieve optimalisatie van zowel de implantaatmaterialen als de MRI-pulssequenties.
- Ontdekkingsbiologie: Kwantificeert artefactprofielen om interacties tussen apparaat en beeldvorming te verduidelijken en mechanische ambiguïteit te verminderen.
- Screening: Stelt reproduceerbare, kwantitatieve artefactmetrieken vast voor de screening van protocollen en apparaten.
- Analytica: Biedt gestandaardiseerde volumetrische read-outs voor artefactvergelijking en statistische analyse.
- Translationeel onderzoek: Slaat een brug tussen in vitro artefactbeoordeling en in vivo beeldvormingseisen voor preklinische continuïteit.
- Bedrijfsbrede herbruikbaarheid: Biedt een herbruikbare, gestandaardiseerde workflow voor de doorlopende evaluatie van apparaten en beeldvormingsprotocollen.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in de compatibiliteit van apparaten met MRI en vermindert onzekerheid bij beeldvorming.
- Operationele waarde: Bevordert standaardisatie en reproduceerbaarheid bij de beoordeling van artefacten tussen verschillende teams en studies.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen voor de verdere ontwikkeling van apparaten en de selectie van beeldvormingsprotocollen.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van implantaat- en beeldvormingskandidaten mogelijk op basis van kwantitatieve artefactgegevens.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in MRI-fysica, artefactanalyse en kwantitatieve beeldvorming.
- Vereist toegang tot MRI-scanners, compatibele fantomen en geavanceerde software voor beeldanalyse.
- Vraagt om strikte standaardisatie van beeldvormingsparameters en analysedrempels tussen teams.
- Aanpasbaar aan diverse implantaattypen en MRI-pulssequenties met protocolspecifieke aanpassingen.
- Afhankelijk van consistente ROI-plaatsing en segmentatiepraktijken om vergelijkbaarheid te waarborgen.
