Protokół oceny artefaktów MRI spowodowanych przez implanty metalowe w celu oceny przydatności implantów i wrażliwości sekwencji impulsów
17 maja 2018
Opisujemy ustandaryzowaną metodę oceny artefaktów obrazowania rezonansu magnetycznego spowodowanych przez implanty, aby oszacować przydatność implantów do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego i/lub podatność różnych sekwencji impulsów na artefakty metaliczne jednocześnie.
Ogólnym celem tej metody jest ocena przydatności implantów do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego lub oszacowanie podatności sekwencji impulsów na artefakty metalowe. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie radiologii, takie jak ocena przydatności implantów do rezonansu magnetycznego oraz oszacowanie podatności sekwencji impulsów na artefakty metalowe. Główną zaletą tej metodologii jest to, że pozwala ona na trójwymiarową ocenę artefaktów w jednocześnie ważeniach T1 i T2 z supresją tłuszczu i bez niej.
Implikacje tej techniki rozciągają się na diagnostykę chorób okołoimplantowych, ponieważ pozwala na optymalizację protokołów MRI w odniesieniu do redukcji artefaktów wokół implantu. Przed skonstruowaniem fantomu do tego protokołu należy najpierw określić objętość implantu, który ma być badany. Tutaj stosuje się metodę wypierania wody, a objętość próbek wynosiła odpowiednio 0,65 mililitra i 0,73 mililitra.
Wybierz wodoodporne pudełko z tworzywa sztucznego nieferromagnetycznego, które jest większe niż oczekiwane artefakty MRI, a następnie utrwal pozycję implantu na środku pudełka za pomocą cienkiej nici. Następnie ostrożnie rozpuść mieszaninę półsyntetycznego tłuszczu, wody i stearynianu makrogolu-8 w łaźni wodnej o temperaturze 50 stopni Celsjusza. W tym przypadku do zatopienia każdej próbki użyto mieszaniny o objętości 500 mililitrów.
Gdy mieszanina stanie się płynna, wyłącz ogień, a następnie zacznij powoli mieszać. Robiąc to, upewnij się, że w mieszaninie nie ma oddzielenia fazy tłuszczowej i wodnej. Następnie, gdy tylko rozpocznie się krzepnięcie, powoli wlej mieszaninę do osadzania do pudełka fantomowego z implantem, upewniając się, że nalewasz stopniowo, aby uniknąć wtrącenia powietrza.
Na koniec umieść fantom w lodówce w temperaturze czterech stopni Celsjusza na noc w celu wysuszenia i zdekantuj pozostały płyn następnego dnia. Do badania MRI należy użyć cewki o częstotliwości radiowej, która pozwala na jednorodny rozkład sygnału w objętości obrazowania bez poważnych i oczywistych spadków sygnału. Należy upewnić się, że fantom z osadzonym implantem w cewce o częstotliwości radiowej jest umieszczony w tej samej orientacji, w jakiej zostałby umieszczony in vivo.
Umieść środek fantomu w środku iso MRI. Następnie skonfiguruj sekwencje obrazowania na konsoli MRI, upewniając się, że pudełko fantomowe, w tym trochę powietrza na krawędziach pudełka, znajduje się w objętości obrazowania. Następnie uzyskaj obrazy, które będą oceniane pod kątem artefaktów.
Eksportuj obrazy z konsoli MRI bez kompresji, najlepiej przy użyciu formatu DICOM. Następnie zaimportuj obrazy do oprogramowania do przetwarzania końcowego, które pozwala na umieszczanie obszarów zainteresowania lub ROI, ocenę intensywności sygnału, segmentację opartą na progach i kwantyfikację podzielonych na segmenty objętości. Aby zdefiniować próg dla nawarstwiających się artefaktów i sprawdzić jednorodny rozkład sygnału, najpierw użyj edytora segmentacji, aby umieścić prostopadłe linie przylegające do zewnętrznej krawędzi widocznego artefaktu na wycinku o maksymalnym rozmiarze artefaktu.
Następnie umieść tło ROI o średnicy 10 milimetrów na zewnątrz każdego z czterech punktów przecięcia. Następnie, w widoku projektu, należy użyć narzędzia do statystyk materiałowych, aby zmierzyć średnią intensywność sygnału i odchylenie standardowe wszystkich wokseli w ramach tych czterech wartości ROI tła i dla każdego ROI w tle osobno. upewnij się, że średnia intensywność sygnału każdego zwrotu z inwestycji w tle mieści się w granicach 1,5 odchylenia standardowego od średniego sygnału każdego z pozostałych trzech odpowiedników, aby zagwarantować jednorodny rozkład sygnału.
Następnie oblicz próg dla nawarstwiających się artefaktów, dodając trzy odchylenia standardowe ROI tła do średniej intensywności sygnału wszystkich wokseli z czterech wartości ROI. Następnie wykonaj półautomatyczną segmentację artefaktów nawarstwiania się na podstawie progów. Użyj narzędzia do maskowania, aby zwizualizować predefiniowany zakres intensywności sygnału i ograniczyć do niego segmentację, wybierając wszystkie woksele o intensywności sygnału większej niż próg sąsiadujący z artefaktem utraty sygnału.
Aby zdefiniować próg dla artefaktów utraty sygnału, najpierw umieść cztery ROI w obszarach zawierających powietrze o średnicy 10 milimetrów w rogach pudełka fantomowego, a następnie zmierz średnią intensywność sygnału i odchylenie standardowe wszystkich wokseli w nich. Teraz umieść zwrot z inwestycji w rdzeniu artefaktu utraty sygnału zdefiniowanego przez największy połączony obszar o niskiej intensywności sygnału. Następnie ręcznie zwiększ rozmiar tego ROI do największego możliwego rozmiaru, jak zdefiniowano na ekranie tutaj.
Na koniec zmierz średnią intensywność sygnału i odchylenie standardowe tego podstawowego zwrotu z inwestycji. Oblicz również próg intensywności sygnału dla artefaktów utraty sygnału, jak pokazano tutaj. Następnie wykonaj półautomatyczną segmentację tych artefaktów opartą na progu, wybierając wszystkie woksele połączone z rdzeniowym zwrotem z inwestycji o intensywności sygnału poniżej tego progu.
Użyj narzędzia do maskowania w edytorze segmentacji, aby zwizualizować predefiniowany zakres intensywności sygnału i ograniczyć do niego segmentację. Jeśli to możliwe, użyj funkcji wypełnienia w edytorze segmentacji, aby uwzględnić wszystkie woksele, które nie zostały jeszcze wybrane. Odejmij fizyczną objętość implantu od obliczonej objętości artefaktu, aby uzyskać rzeczywistą objętość artefaktu, i powtórz tę analizę co najmniej trzy razy.
Przedział czasowy wynoszący co najmniej dwa tygodnie powinien oddzielać te wielokrotne odczyty, aby wykluczyć wszelkie błędy w uczeniu się. Typowe rozmieszczenie obszarów zainteresowania do pomiaru progów dla artefaktów nawarstwiania się i dystrybucji sygnału w artefaktach utraty sygnału jest widoczne tutaj. Niebieski kontur reprezentuje półautomatyczną segmentację artefaktów utraty sygnału.
Małe czerwone obszary odpowiadają wynikom nawarstwiania się artefaktów. Implanty dentystyczne podtrzymujące różne pojedyncze korony stosowane w fantomach są tutaj widoczne. Wykresy te pokazują średnią trójwymiarową objętość artefaktu dla każdej próbki implantu z odchyleniami standardowymi po odjęciu fizycznej objętości implantu.
Oceniono cztery sekwencje MRI. Pokazano tu renderingi tomów artefaktów dla implantu kobaltowo-chromowo-wolframowo-tytanowego i implantu z tlenku cyrkonu. Niebieskie obszary reprezentują artefakty utraty sygnału, a czerwone obszary reprezentują artefakty nawarstwienia.
Poniżej widzimy kolorowe obrazy źródłowe dla wszystkich ocenianych sekwencji ważonych T-2. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby wybrać identyczne parametry sekwencji, jak w przypadku skanowania Invivo, aby umożliwić dokładne przeniesienie wyników in vitro. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak oceniać utratę sygnału i artefakty nawarstwiania się w ustandaryzowany sposób.
Pozwala to ocenić przydatność implantów do rezonansu magnetycznego lub podatność sekwencji impulsów na artefakty metalowe.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia znormalizowaną metodę oceny artefaktów w obrazowaniu rezonansem magnetycznym (MRI) wywołanych przez implanty. Metoda ta ma na celu ocenę przydatności tych implantów do badań MRI oraz podatności poszczególnych sekwencji impulsowych na artefakty metaliczne.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Radiologia
- Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego
- Inżynieria biomedyczna
Wstęp
- Implanty metalowe mogą powodować artefakty w obrazowaniu MRI.
- Zrozumienie tych artefaktów jest kluczowe dla uzyskania dokładnych obrazów.
- Ocena przydatności implantów do badania MRI jest niezbędna dla bezpieczeństwa pacjenta.
- Metoda ta pozwala na kompleksową ocenę artefaktów w różnych warunkach obrazowania.
Cel badania
- Ocena przydatności implantów do badania MRI.
- Oszacowanie podatności sekwencji impulsowych na artefakty metaliczne.
- Optymalizacja protokołów MRI w celu redukcji artefaktów okolimplantowych.
Zastosowane metody
- Trójwymiarowa ocena artefaktów w obrazowaniu T1 i T2 z tłumieniem oraz bez tłumienia sygnału z tłuszczu.
- Metoda wypierania wody w celu określenia objętości implantu.
- Pomiar objętości próbek w celu oceny wpływu artefaktów.
- Konstrukcja fantoma do testowania protokołów MRI.
Główne wyniki
- Metoda ta umożliwia jednoczesną ocenę różnych warunków obrazowania.
- Pomiary objętości próbek wyniosły 0.65 oraz 0.73 milliliters.
- Wyniki mogą pomóc w optymalizacji protokołów MRI.
- Wnioski mają zastosowanie w diagnostyce chorób okołowszczepowych.
Wnioski
- Ta znormalizowana metoda usprawnia ocenę artefaktów w obrazowaniu MRI.
- Dostarcza ona cennych informacji w celu poprawy obrazowania MRI u pacjentów z implantami.
- Przyszłe zastosowania mogą prowadzić do lepszych wyników diagnostycznych w radiologii.
Najczęściej Zadawane Pytania
Znaczenie dla przemysłu
Znormalizowana ocena artefaktów MRI powstałych w wyniku zastosowania metalowych implantów jest kluczowa dla minimalizacji ryzyka związanego z kompatybilnością urządzeń oraz optymalizacji protokołów obrazowania w badaniach translacyjnych i przedklinicznych. Ilościowy pomiar objętości artefaktów umożliwia obiektywne porównanie konstrukcji implantów i sekwencji impulsów, co zwiększa pewność predykcyjną w punktach decyzyjnych opartych na obrazowaniu. Niniejszy protokół zwiększa powtarzalność i porównywalność w całym portfolio, wpływając bezpośrednio na rozwój urządzeń oraz integrację z procesem obrazowania.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia systematyczną analizę oddziaływań między implantem a polami MRI w celu mechanistycznej redukcji ryzyka.
- Wspiera walidację funkcjonalną projektów urządzeń poprzez kwantyfikację profilów artefaktów w różnych warunkach obrazowania.
- Ułatwia przewidywanie kompatybilności urządzeń z obrazowaniem w celu wczesnej selekcji projektów z portfela.
Przesiewanie i opracowywanie testu
- Przygotowuje zwalidowane systemy fantomowe do powtarzalnej kwantyfikacji artefaktów w różnych sekwencjach impulsowych.
- Standaryzuje pomiar artefaktów, umożliwiając wiarygodne porównywanie protokołów obrazowania i typów implantów.
- Dostarcza danych ilościowych do badania podatności sekwencji impulsowych na artefakty oraz optymalizacji parametrów obrazowania.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Ujednolica ocenę artefaktów z obrazowymi scenariuszami istotnymi dla danej choroby, wspierając ciągłość translacyjną.
- Umożliwia dostosowany do ryzyka postęp w doborze kandydatów na implanty w oparciu o obciążenie artefaktami w klinicznie istotnych sekwencjach MRI.
- Stanowi podstawę do ujednolicenia biomarkerów poprzez rozróżnienie artefaktów utraty sygnału i spiętrzenia sygnału w trzech wymiarach.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejszy protokół integruje procesy od wczesnego etapu opracowywania urządzenia po przedkliniczną walidację obrazowania, wspierając iteracyjną optymalizację zarówno materiałów implantów, jak i sekwencji impulsów MRI.
- Biologia odkrywcza: Ilościowe określanie profili artefaktów w celu wyjaśnienia interakcji między urządzeniem a obrazowaniem oraz zmniejszenia niejednoznaczności mechanistycznej.
- Przesiewanie: Ustanawianie powtarzalnych, ilościowych metryk artefaktów do przesiewania protokołów i urządzeń.
- Analityka: Dostarczanie zestandaryzowanych odczytów objętościowych do porównywania artefaktów i analizy statystycznej.
- Badania translacyjne: Łączenie oceny artefaktów in vitro z wymaganiami obrazowania in vivo w celu zapewnienia ciągłości przedklinicznej.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferowanie ponownego użycia zestandaryzowanego przepływu pracy do bieżącej ewaluacji urządzeń i protokołów obrazowania.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognoz dotyczącą kompatybilności urządzenia z MRI i zmniejsza niepewność obrazowania.
- Wartość operacyjna: Wspiera standaryzację i powtarzalność oceny artefaktów pomiędzy zespołami i badaniami.
- Wartość strategiczna: Stanowi podstawę do podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu prac nad urządzeniem oraz do wyboru protokołu obrazowania.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację kandydatów na implanty i metody obrazowania z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o ilościowe dane dotyczące artefaktów.
Uwagi dotyczące implementacji
- Wymaga wiedzy specjalistycznej z zakresu fizyki MRI, analizy artefaktów i obrazowania ilościowego.
- Wymaga dostępu do skanerów MRI, kompatybilnych fantomów oraz zaawansowanego oprogramowania do analizy obrazów.
- Wymaga rygorystycznej standaryzacji parametrów obrazowania i progów analizy pomiędzy zespołami.
- Możliwość adaptacji do różnych typów implantów i sekwencji impulsów MRI poprzez dostosowania specyficzne dla protokołu.
- Zależność od spójnych praktyk wyznaczania ROI i segmentacji w celu zapewnienia porównywalności.
