Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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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Protocol
1. preparación fantasma
- 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. - 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). -
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.- 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.
- 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. - 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
- 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.
- 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).
- 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.
- A continuación, realizar la examinación de MRI.
3. Análisis y post-procesado de imagen
- 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).
-
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.- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
-
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.- 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.
- 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.
- 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.
- 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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Representative Results
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%; CCT). El material de la corona de la muestra Z-T representa un material paramagnético bajo (Zirconia 92%; Z). Además, se evaluaron cuatro secuencias diferentes, no saturados de grasa, de T2-weighted para comparar su vulnerabilidad a los artefactos de metal. En concreto, las técnicas de adquisición de losa múltiple con un gradiente de inclinación de ángulo de vista basado en la perfección de un muestreo con contrastes de aplicación optimizada con evoluciones diferentes ángulo flip (MSVAT-espacio), rebanada de codificación para artefactos metálicos corrección (SEMAC) y sus homólogos convencionales espacio y eco de la vuelta del turbo (TSE) fueron evaluados (ver tabla 1 para los parámetros de la secuencia detallada). Las exploraciones de MRI fueron realizadas en un sistema de MRI de 3T (véase la Tabla de materiales) y se utilizó una bobina de superficie multiusa de 16 canales. La variación de los parámetros de la secuencia de pulso tiene un fuerte impacto en el tamaño del artefacto. Por lo tanto, parámetros de la secuencia de pulso fueron elegidos tan cerca como sea posible a las utilizadas en el en vivo las exploraciones de MRI dentales para aumentar la transferibilidad de los resultados. El análisis fue realizado 3 x por dos evaluadores independientes. Para comparaciones múltiples, un análisis de dos vías de varianzas y test de Tukey post hoc fueron utilizados.
El análisis de datos revela diferencias entre las muestras y las secuencias aplicadas. En todas las secuencias, los volúmenes de artefacto combinado (la suma de la pérdida de la señal y el pile-up) de la muestra de CCT-T fueron mayores en comparación con la muestra de T Z (P < 0.001; Figura 2 y figura 3). Dentro de la misma secuencia, el volumen del artefacto de la muestra de CCT-T fue 19.3 x (SEMAC) a 39,6 x (MSVAT-espacio) más grande que el volumen del artefacto de las contrapartes de Z-T.
La opción de secuencia de pulso tenía un impacto significativo en el volumen del artefacto así (figura 2 y figura 3). Con respecto a la muestra de CCT-T, los volúmenes más pequeños del artefacto se observaron TSE, SEMAC y los artefactos más grande para el espacio (P < 0,001). Además, MSVAT-espacio reducido significativamente el volumen del artefacto en comparación con el espacio (P < 0.001; 3,8 vs 7,3 mL). En cambio, no observaron diferencias significativas fueron entre el MSVAT-espacio, TSE y SEMAC para la muestra de T Z. El volumen del artefacto para Z-T fue mayor en el espacio y se redujo significativamente por espacio de MSVAT (P < 0,05; 0.26 vs 0,1 mL).
Figura 1: muestras de posicionamiento y de implante ROI. (a) este panel muestra una colocación típica de las regiones de interés (ROIs) para la medición de los umbrales para los artefactos de acumulación y distribución de señal (ROIB = ROI defondo) y artefactos de la pérdida de la señal (ROIA = ROIaire ; Retorno de la inversiónC = retorno de la inversiónbase). El contorno azul se asemeja al resultado de la segmentación semiautomática para artefactos de pérdida de señal dentro de ese segmento. Las pequeñas áreas rojas corresponden al resultado de artefactos de pile-up. (b y c) estos paneles muestran imágenes de utilizado implantes dentales apoyando diferentes coronas individuales. Cobalto-cromo-tungsteno-titanio (CCT-T); Zirconia-titanio (Z-T). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: medición de volumen de artefacto. (a y b) Estos son gráficos de barras que muestra que los valores promedios con las desviaciones de estándar del volumen artefacto tridimensional de todo el implantación de las muestras para todas las secuencias de evaluación 4 después de restar el volumen de implantes físicos. Si procede, se dan barras de error desviación estándar separado para artefactos pile-up de pérdida de señal. P ≤ 0.05; P≤ 0.001 haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: aspecto de los artefactos. Estos paneles hacen que los volúmenes de artefacto de los implantes todos (fila superior). El azul había coloreado áreas representan artefactos de pérdida de señal y el rojo había coloreado las áreas representan artefactos de pile-up. Los paneles muestran las imágenes de color de la fuente (fila inferior) para todas las secuencias de T2-weighted evaluadas. Panel (a) es de la muestra de cobalto-cromo-tungsteno-titanio (CCT-T) y panel (b) de la muestra de titanio zirconio (Z-T). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Secuencia de | TR/TE [ms] |
Tamaño de voxel [m3] |
CAMPO DE VISIÓN [mm2] |
Matriz de | Lectura Ancho de banda [Hz/Px] |
Rebanadas de |
Slice codificación de pasos o oversampling [%] |
IVA | Tiempo [segs] |
| ESPACIO | 2.500/131 | 0.55 x 0.55 x 0.55 | 140 x 124 | 256 x 256 | 501 | 72 | 55,6 | No | 14:02 |
| MSVAT-ESPACIO | 2.500/199 | 0.55 x 0.55 x 0.55 | 140 x 84 | 256 x 256 | 528 | 72 | 55,6 | Sí | 6:04 |
| TSE | 5.100/44 | 0,59 0,59 x 1,5 | 150 x 150 | 256 x 256 | 592 | 25 | No | No | 3:36 |
| SEMAC | 5.100/45 | 0,59 0,59 x 1,5 | 150 x 150 | 256 x 256 | 592 | 25 | 4 | Sí | 6:19 |
Tabla 1: Parámetros de todas las secuencias usadas.
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Discussion
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 de los implantes, así como las secuencias de pulso robusto para supresión de artefactos metálicos, se están convirtiendo en cada vez más importante13. Para la evaluación de la idoneidad de MRI en términos de volumen de artefacto, presentamos un protocolo eficiente y completa. Permite una evaluación confiable, tridimensional de señal pérdida de pile-up y artefactos como indicador de las distorsiones de la rebanada para las secuencias de pulso gordo-suprimidas y no gordo-suprimidas T1 y de T2-weighted.
Para algunos pasos de protocolo, atención especial es necesaria para lograr el mejor resultado posible. Después de la fusión de la sustancia de inclusión y antes de incorporar el implante, es muy importante remover la sustancia de inclusión tiempo suficiente mientras empieza a enfriar y sus cambios de estado de agregación (líquido a sólido), como sus fases de grasa y agua fácilmente separadas, incluso en la presencia de un agente emulsionante. Además, es importante llenar lentamente el cuadro fantasma con la sustancia de inclusión para evitar burbujas de aire. Esto es crucial porque aire y señal pérdida artefactos tanto resultan en cero señal, que daría lugar a una sobreestimación del artefacto.
Una señal alta y homogénea es necesaria para permitir una evaluación exacta del volumen del artefacto. Si el cociente más alto de señal a ruido (SNR) se consigue mediante bobinas de superficie, es crucial probar de antemano que la sensibilidad del perfil y el posicionamiento de la bobina permite una homogénea de la señal dentro del fantasma (como se describe anteriormente), así que la segmentación de umbral puede ejecutar sin errores de segmentación.
En comparación con otros estudios analizando implantes grandes (p. ej., cadera o rodilla reemplazos o espondilodesis), este protocolo utiliza implantes pequeños, en algunos casos causando volúmenes artefacto muy por debajo de 1 mL. Incluso bajo estas difíciles condiciones, podríamos detectar diferencias significativas en los volúmenes de artefacto entre diferentes muestras y secuencias de pulsos diferentes. Así, puede suponerse una exactitud de medición alta de este protocolo, lo que permite una evaluación precisa del volumen de artefacto de MRI de implantes complejos en cuanto a su composición material y forma. Por otra parte, el protocolo puede aplicarse para comparar la vulnerabilidad de secuencias de pulso diferentes artefactos de metal-inducida causada por un implante determinado.
Se han sugerido numerosos métodos con diferente complejidad para la evaluación de los artefactos metálicos. Para la comparación de secuencias de pulso diferentes, Fritz et al usaron una graduación cualitativa para evaluar la vulnerabilidad de cada secuencia11. Otros, como Zho et al., determinada en volúmenes de artefacto (pérdida de señal y pile-up) de plano midiendo la distancia más grande y a través de artefactos de plano contando el número de sectores se ve afectada por artefactos10. Ambos métodos, sin embargo, no consideran el volumen completo del artefacto, que puede resultar en el bajo- o sobreestimación del volumen del artefacto. Eso también se aplica a algunos estudios que utilizan la segmentación manual11. Porque este es un enfoque muy desperdiciador de tiempo, a menudo solamente uno o dos rebanadas central son evaluados de manera visual, dejar de lado las restantes proporciones de artefacto.
Estudios en vitro , autores utilizan a menudo agarosa o gelatina como la sustancia empotrar14,15. Ambos materiales pueden ser manejados fácilmente y garantizan suficiente señal en imágenes T2 y T1-weighted. Sin embargo, no permiten la evaluación de secuencias gordo-suprimidas en cualquier ponderación. Esto representa un gran inconveniente, ya que tiene un profundo impacto en el volumen del artefacto de supresión grasa y se utiliza regularmente para identificar las complicaciones relacionadas con el implante (p. ej., edema y acumulaciones de líquido adyacentes al implante en los casos de infección, partículas de la enfermedad, o lesión aséptica dominada linfocito vasculitis-asociados)13,16,17.
Hay que reconocer algunas limitaciones del presente Protocolo. En primer lugar, no permite en vivo la cuantificación del volumen del artefacto, como la diferenciación del volumen completo artefacto requiere una señal homogénea de fondo. Para evaluaciones en vivo , pueden utilizarse otros métodos como la medición de la susceptibilidad magnética. En segundo lugar, este protocolo permite la detección de artefactos del pile-up (como un indicador de las distorsiones de la rebanada) sólo directamente adyacente al artefacto de pérdida de señal. Sin embargo, distorsiones de corte adicional pueden esperarse más allá así como el artefacto de pérdida de señal. Por esta razón es probable que se subestima la cantidad de distorsiones.
En conclusión, este protocolo puede ayudar a estandarizar los futuros estudios evaluar el volumen del artefacto de MRI de los implantes y la vulnerabilidad de secuencias de pulso a los artefactos metálicos. Esto podría ayudar a optimizar la idoneidad de MRI de los implantes y la secuencia de técnicas para finalmente mejorar la atención al paciente.
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Disclosures
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.
Acknowledgments
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.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aqua B. Braun Ecotainer | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | ||
| Semisynthetic fat: Witepsol W25 | Caelo Caesar & Loretz GmbH, Hilder, Germany | 4051 | |
| Macrogol-8-stearate | Caelo Caesar & Loretz GmbH, Hilder, Germany | 3023 | |
| Plastic box: not specified | |||
| Implants: Nobel Replace | Nobel Biocare, Zürich, Switzerland | ||
| Water bath Haake S5P | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | ||
| Measuring cylinder Blaubrand Eterna, Class A, Boro 3.3 | BRAND GmbH + Co Kg, Wertheim, Germany | 32708 | |
| Coil: Variety | Noras MRI products GmbH, Höchberg, Germany | ||
| MRI: Magnetom Trio | Siemens Healthcare GmbH, Erlangen, Germany | ||
| Postprocesing software: Amira 6.4 | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA |
References
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