Методическая статья

Протокол для оценки МРТ артефактов, вызванных металлические имплантаты для оценки пригодности имплантатов и уязвимость импульсных последовательностей

DOI:

10.3791/57394

⸱

17 мая 2018 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

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

Мы опишем стандартный метод для оценки магнитно-резонансной томографии артефактов, вызванных имплантатов для оценки пригодности имплантатов для магнитно-резонансной томографии и/или уязвимость различных импульсных последовательностей для металлических артефактов одновременно.

Аннотация

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

Как постоянно растет количество магнитного резонанса (MRI) сканеры и пациентов с медицинских имплантатов, радиологи чаще сталкиваются металлический имплантат связанные артефакты в МРТ, уменьшенные изображения качества. Таким образом МРТ пригодности имплантатов объему артефакт, а также разработка импульсных последовательностей для уменьшения изображения артефактов, становятся все более и более важной. Здесь мы представляем всеобъемлющий протокол, который позволяет для стандартизированной оценки объема артефакт имплантатов на МРТ. Кроме того этот протокол может использоваться для анализа уязвимости различных импульсных последовательностей для артефактов. Предлагаемый протокол может применяться для T1 и T2 взвешенных изображений с или без жира подавления и все пассивные имплантатов. Кроме того эта процедура позволяет отдельным и трехмерных идентификации сигнал потери и скопления артефактов. Как предыдущие расследования значительно отличаются по методам оценки, сопоставимости их результатов был ограничен. Таким образом необходимо обеспечить лучшую сопоставимость стандартизированных измерения объемов МРТ артефакт. Это может улучшить развитие МРТ пригодности имплантатов и лучше импульсные последовательности, чтобы наконец улучшения ухода за пациентами.

Введение

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

МРТ стала незаменимым инструментом диагностики. В результате количество используемых в рутинной диагностики систем МРТ далее увеличивается1. В то же время количество больных с имплантатами растет также2,3. В 2012 году например, более 1 миллиона коленного сустава и суставов выполнено в США только4. Распространенность таких имплантантов была около 7 миллионов в 2010 году, что соответствует более чем 10% женщин в возрастной группе 80-89 лет5. В результате качество изображения и диагностическая значимость МРТ экзаменов часто препятствовали артефакты из-за металлических имплантатов, что приводит к снижению точности диагностики. Таким образом МРТ пригодности имплантатов и артефакт уязвимость импульсных последовательностей приобретают все большее значение. Чтобы оценить эти характеристики были опубликованы многочисленные подходы. Из-за сильной расхождения в используемых оценки методов однако соответствующие результаты трудно сравнивать.

Оценка пригодности МРТ материалов может выполняться путем расчета их магнитной восприимчивости6. Однако уязвимость различных импульсных последовательностей для артефактов не может сравниться с этим подходом для данного имплантата. Наоборот, артефакт томов для заданного импульса последовательности можно примерно оценить лишь для различных имплантатов. Кроме того анализ часто выполняется с искусственно формы имплантатов7,8. Как объем материала и формы имеют влияние на артефакт размер6, эти функции должны приниматься во внимание также. Как альтернатива магнитной восприимчивости можно оценить размер артефакт. Часто исследования полагаться только на качественной оценке артефакт размер9 или сосредоточиться на размер двумерного артефакт, только охватывающих один ломтик имплантат артефакт10,11. Кроме того ручная сегментация часто используются подходы, который является не только много времени, но также подвержены внутри и между reader различия11. Наконец протоколы часто не позволяют проверить для не насыщенный жир и жир насыщенный последовательностей на же время12. Это, однако, желательно, так как прикладной жира подавления техника глубоко влияет на размер артефакт.

Здесь мы представляем протокол, который позволяет для надежного, полуавтоматы, основанные на порог, трехмерные количественной сигнал потери и скопления артефактов всего имплантата, или все фрагменты, содержащие артефакты видимым имплантата. Кроме того она позволяет для тестирования T1 и T2 взвешенных изображений с или без жира насыщенность. Протокол может использоваться для оценки пригодности МРТ различных имплантантов или уязвимости различных импульсных последовательностей для металлических артефакты для данного имплантата.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. Фантом подготовка

  1. Определите объем имплантата (например, с помощью метода перемещения воды).
    Примечание: Объем примеры CCT-T и Z-T измеряется 0,65 до 0,73 мл, соответственно.
  2. Исправьте положение импланта в середине неферромагнитных, пластиковые, водонепроницаемый ящик с помощью тонкой нити. Используйте больше, чем ожидаемый МРТ артефактов.
    Примечание: Если не приблизительные оценки объемов артефакт имплантата или пульс последовательности интерес доступны, выполнить тест сканирования, поместив Фантом в коробке, примерно 10 x больше, чем phantom, наполненные водой. Артефакт томов в этом исследования варьировались от 7,3 мл (для образца CCT-T) и 0,09 мл (для Z-T образца).
  3. Тщательно расплава смеси и полусинтетические жира (58,8%), воды (40%), макрогол-8-стеарат (1,2%), с помощью водяной бане при температуре 50 ° C.
    Примечание: Для образцов в этом исследовании, мы использовали смесь 500 мл для встраивания каждого образца.
    1. Когда смесь станет жидкости, остановить Отопление и начать с медленно помешивая и остановить Отопление. Убедитесь, что нет разделения фаз жира и воды.
  4. Как только начинается свертывания, медленно Начните внедрение имплантата с смеси. Для этого залейте внедрения смесь медленно в Фантом коробку с имплантатов.
    Примечание: Заливка должна выполняться медленно чтобы избежать включения воздуха.
  5. Поместите поле Фантом с встроенный имплантата в холодильнике при температуре 4 ° C на ночь для сушки. Следующий день, удалите любой остаточной жидкости частей декантации.

2. МРТ исследование

  1. Место Фантом (коробка с встроенный имплантата) в МРТ в ту же ориентацию как ситуации в естественных условиях . Положение в середине phantom в изоцентр МРТ.
  2. Для измерений используйте катушки, которая позволяет для распределения однородной сигнала в пределах изображений тома без капли тяжелой и очевидный сигнал (например, голову катушки).
  3. При планировании МРТ сканирование на консоли МРТ, убедитесь, что поле Фантом, включая некоторые воздуха на краях поля, внутри изображений тома.
  4. Далее выполните обследование МРТ.

3. анализ и пост-обработка изображений

  1. Экспорт изображения без потери качества (например, путем сжатия) из консоли МРТ (например, в формате DICOM). Импорт изображений в МРТ постобработки программное обеспечение, которое позволяет для размещения регионе интересов (ROI), оценки ROI интенсивности сигнала, на основе порогового значения сегментации и количественная оценка объемов сегментации (см. Таблицу материалы).
  2. Чтобы определить порог для скопления артефакты и проверить для распределения однородной сигнала в пределах изображений тома, место линии перпендикулярно друг к другу и прилегающих к внешней границы видимой артефакт на срез с максимальной артефакт (размер Рисунок 1a).
    Примечание: Скопления артефакты, перемещение артефактов, представляя с районами с искусственно завышенных сигнал света. Они происходят в направлении среза и индикация направления.
    1. Место на фоне ROI (рентабельностьфон) с 10 мм в диаметре за пределами каждой из четырех пересечение точек (рис. 1a). Место линий и фон областей интересов, с помощью редактора сегментации.
    2. Измерьте интенсивность сигнала среднее и стандартное отклонение (SD) всех вокселей в течение этих 4 значения ROIфона и для каждого ROIфон отдельно. Используйте инструмент Статистики материал в представлении проекта.
    3. Убедитесь, что означает сигнал интенсивность каждого ROIфон находится в пределах диапазона SD ± 1,5 среднее сигнала каждого из 3 других партнеров обеспечить распределение однородной сигнала.
    4. Рассчитайте порог для скопления артефакты, добавив 3 SD ROIфон означает сигнал интенсивность всех вокселей этих 4 значения ROIфона . Выполните полуавтоматический на основе порогового значения сегментации скопления артефактов, выбрав все вокселей с интенсивностью сигнала превышает порог, прилегающих к артефакт потери сигнала в каждом срезе. Используйте средство маскирование сегментации редактора для визуализации диапазон интенсивности предопределенные сигнала и ограничить сегментации к нему.
  3. Чтобы определить порог для артефактов потери сигнала, место 4 областей интересов (ROI) в воздухе содержащих регионах (ROIвоздуха; каждый 10 мм в диаметре) в углах окна Фантом и измерить интенсивность средняя сигнала и SD всех вокселей в течение этих 4 ROI Воздуха как описано в шаге 3.2, используя редактор сегментации и «Статистика материала», соответственно.
    Примечание: Сигнал потери артефакты с вокселей, имеющих искусственные сигнал низкого уровня интенсивности. Они вызваны dephasing и перемещения артефактов.
    1. Место ROI в ядре артефакт потери сигнала (CoreROI) определяется крупнейших районе сигнал низкого уровня интенсивности (рис. 1a). Вручную увеличьте размер ROIядро , пока не будет найден наибольший возможный размер в артефакт потери сигнала, интенсивность которого означает сигнал ниже, чем средняя рентабельностьвоздуха + 3 x соответствующих SD. Наконец Измерьте интенсивность средняя сигнала и SD ROIядро.
    2. Расчет порога интенсивности сигнала для артефактов потери сигнала, добавив 3 SD ROICore к среднему ROIядро. Выполните полуавтоматический на основе порогового значения сегментации артефактов потери сигнала, выбрав все вокселей подключен к ROIядро с интенсивностью сигнала ниже порога.
    3. Используйте средство маскирование сегментации редактора для визуализации диапазон интенсивности предопределенные сигнала и ограничить сегментации к нему. Если возможно используйте функцию «Заполнить» нажмите «Выбор» редактора сегментации в включить все вокселей в сегментации, которые еще не выбран. Если применимо, вручную добавьте артефакты потери дополнительных недвусмысленного сигнала к сегментации.
  4. Вычтите объем физической имплантата из вычисляемых артефакт тома для получения истинной артефакт объема. Повторить анализ по крайней мере 3 x. Интервал времени, по крайней мере две недели следует отделить несколько чтений исключить обучения уклоном.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

С вышеупомянутым протоколом, мы оценили объем артефакт 2 разных зубные имплантаты из титана (T; см. Таблицу материалов) поддержки различных коронки [фарфора плавленый металло неблагородных сплавов (CCT-T) и монолитных Цирконий (Z-T); Рисунок 1b и 1 c]. CCT-T образец представляет весьма парамагнитных состав материала, предсказывая большие артефакты (кобальт 61%, хром 21% и вольфрама 11%; ССТ). Корона материала образца Z-T пред...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Количество больных с металлических имплантатов и количество экзаменов МРТ в настоящее время растет1,2,3. В прошлом удалось избежать МРТ экзамены после суставов. Сегодня МРТ испрашивается не только для визуализации таких пациентов однако, должны также позволяют оценить осложнений непосредственно прилегающих к совместной эндопротезирование. Таким образом МРТ безопасности и пригодности МРТ имплантатов, а также надежные пульс послед...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Тим Hilgenfeld, Франц S. Schwindling и Александр Juerchott получил финансирование от докторантура стипендий на медицинский факультет Гейдельбергского университета. Исследование было поддержано в части Stiftung Дитмар Хопп (проект № 23011228). Авторы явно заявили, что не существует никакого конфликта интересов в связи с этой статьей.

Благодарности

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

Авторы хотели бы поблагодарить Stefanie Sauer, фармацевт в Департамент из аптеки Хайдельбергском университете, за ее вклад в Фантом МРТ. Кроме того мы хотели бы поблагодарить НОРАС МРТ продукты GmbH (Höchberg, Германия) и особенно Daniel Gareis за предоставление прототип 16-канальный многофункциональный катушки. Кроме того мы благодарны за любезное сотрудничество с SIEMENS Healthcare GmbH (Эрланген, Германия) и особенно Матиас Nittka за их помощь в последовательности установки.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Aqua B. Braun EcotainerB. Braun Melsungen AG, Мельзунген, Германия
Полусинтетический жир: Witepsol W25Caelo Caesar & Loretz GmbH, Хильдер, Германия4051
Макрогол-8-стеаратCaelo Caesar & Loretz GmbH, Hilder, Германия3023
Пластиковая коробка: не указана
Имплантаты: Nobel ReplaceNobel Biocare, Zü rich, Швейцария
Водяная баня Haake S5PThermo Scientific, Waltham, MA, США
Измерительный цилиндр Blaubrand Eterna, Class A, Boro 3.3BRAND GmbH + Co Kg, Wertheim, Германия32708
Катушка: VarietyNoras MRI products GmbH, Hö Хберг, Германия
МРТ: Magnetom TrioSiemens Healthcare GmbH, Эрланген, Германия
Программное обеспечение для постобработки: Amira 6.4Thermo Scientific, Уолтем, Массачусетс, США

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Matsumoto, M., Koike, S., Kashima, S., Awai, K. Geographic distribution of CT, MRI and PET devices in Japan: a longitudinal analysis based on national census data. PLoS ONE. 10 (5), (2015).
  2. Cram, P., et al. Total knee arthroplasty volume, utilization, and outcomes among medicare beneficiaries. JAMA. 308 (12), 1227-1236 (1991).
  3. Jordan, R. A., Micheelis, W. Fünfte Deutsche Mundgesundheitsstudie (DMS V). , Deutscher Zahnärzte Verlag DÄV. Köln. (2016).
  4. Steiner, C., Andrews, R., Barrett, M., Weiss, A. HCUP projections mobility/orthopedic procedures 2003 to 2012. , U.S. Agency for Healthcare Research and Quality. Rockville. Report #2012-03 (2012).
  5. Kremers, H., et al. Prevalence of total hip and knee replacement in the United States. The Journal of Bone and Joint Surgery. 97 (17), 1386-1397 (2015).
  6. Schenck, J. The role of magnetic susceptibility in magnetic resonance imaging: MRI magnetic compatibility of the first and second kinds. Medical Physics. 23 (6), 815-850 (1996).
  7. Filli, L., et al. Material-dependent implant artifact reduction using SEMAC-VAT and MAVRIC: a prospective MRI phantom study. Investigative Radiology. 52 (6), 381(2017).
  8. Klinke, T., et al. Artifacts in magnetic resonance imaging and computed tomography caused by dental materials. PloS ONE. 7 (2), (2012).
  9. Lee, J., et al. Usefulness of IDEAL T2-weighted FSE and SPGR imaging in reducing metallic artifacts in the postoperative ankles with metallic hardware. Skeletal Radiology. 42 (2), 239-247 (2013).
  10. Zho, S. -Y., Kim, M. -O., Lee, K. -W., Kim, D. -H. Artifact reduction from metallic dental materials in T1-weighted spin-echo imaging at 3.0 tesla. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 37 (2), 471-478 (2013).
  11. Fritz, J., et al. Compressed sensing SEMAC: 8-fold accelerated high resolution metal artifact reduction MRI of Cobalt-Chromium knee arthroplasty implants. Investigative Radiology. 51 (10), 666(2016).
  12. Aguiar, M., Marques, A., Carvalho, A., Cavalcanti, M. Accuracy of magnetic resonance imaging compared with computed tomography for implant planning. Clinical Oral Implants Research. 19 (4), 362-365 (2008).
  13. Talbot, B. S., Weinberg, E. P. MR imaging with metal-suppression sequences for evaluation of total joint arthroplasty. RadioGraphics. 36 (1), 209-225 (2015).
  14. Ai, T., et al. SEMAC-VAT and MSVAT-SPACE sequence strategies for metal artifact reduction in 1.5T magnetic resonance imaging. Investigative Radiology. 47 (5), 267-276 (2012).
  15. Smeets, R., et al. Artefacts in multimodal imaging of titanium, zirconium and binary titanium-zirconium alloy dental implants: an in vitro study. Dento Maxillo Facial Radiology. 46 (2), 20160267(2016).
  16. Nawabi, D. H., et al. MRI predicts ALVAL and tissue damage in metal-on-metal hip arthroplasty. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (2), 471-481 (2014).
  17. Cooper, H. J., et al. Early reactive synovitis and osteolysis after total hip arthroplasty. Clinical Orthopaedics and Related Research. 468 (12), 3278-3285 (2010).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

pile up12

Похожие статьи