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Wir beschreiben eine standardisierte Methode zur Evaluierung der Magnet-Resonanz-Tomographie Artefakte verursacht durch Implantate, die Eignung der Implantate für Magnet-Resonanz-Tomographie und/oder die Anfälligkeit der verschiedenen Impulsfolgen für metallische Artefakte zu schätzen gleichzeitig.
Da die Anzahl der Kernspintomographen (MRT) und Patienten mit medizinischen Implantaten ständig wächst, begegnen Radiologen zunehmend metallischen Implantat-bezogene Artefakte im MRT, was zu reduzierter Bildqualität. Daher sind die MRI-Eignung von Implantaten volumenmäßig Artefakt, sowie die Entwicklung von Impulsfolgen zu reduzieren Bildartefakte, mehr und mehr an Bedeutung. Hier präsentieren wir Ihnen ein umfassendes Protokoll für eine standardisierte Bewertung von das Artefakt-Volumen von Implantaten im MRI ermöglicht. Darüber hinaus kann dieses Protokoll verwendet werden, um die Anfälligkeit der verschiedenen Impulsfolgen für Artefakte zu analysieren. Das vorgeschlagene Protokoll kann auf T1 - und T2-gewichteten Bilder mit oder ohne Fett-Unterdrückung und alle passiven Implantate angewendet werden. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren eine separate und dreidimensionale Identifizierung Signal Verlust und Pile-Up Artefakte. Da frühere Untersuchungen unterschieden sich stark in Evaluationsmethoden, beschränkte die Vergleichbarkeit der Ergebnisse. So sind standardisierte Messungen der MRI Artefakt Bände notwendig, um bessere Vergleichbarkeit zu ermöglichen. Dies kann die Entwicklung von der MRI-Eignung der Implantate verbessern und besser Puls Sequenzen endlich Patientenversorgung zu verbessern.
MRI ist ein unverzichtbares diagnostisches Instrument geworden. Infolgedessen steigt die Zahl der MRI-Systeme in der Routinediagnostik weitere1. Zur gleichen Zeit steigt die Zahl der Patienten mit Implantaten sowie2,3. Im Jahr 2012 wurden zum Beispiel mehr als 1 Million Knie- und Gelenkersatz in den USA allein4durchgeführt. Die Prävalenz von solchen Implantaten war etwa 7 Millionen im Jahr 2010, das entspricht mehr als 10 % der Frauen in der Altersgruppe 80-89 Jahre5. Infolgedessen sind die Bildqualität und die diagnostische Bedeutung der MRT-Untersuchungen durch Artefakte durch metallische Implantate, was zu einer verminderten diagnostische Genauigkeit oft beeinträchtigt. Daher wird die MRI-Eignung von Implantaten und die Artefakt-Anfälligkeit von Impulsfolgen immer wichtiger. Zahlreiche Ansätze wurden veröffentlicht, um diese Eigenschaften zu bewerten. Durch starke Unterschiede in den verwendeten Bewertungsmethoden sind jedoch die jeweiligen Ergebnisse schwer zu vergleichen.
Eine Auswertung der MRT Eignung der Materialien kann durch die Berechnung der magnetischen Suszeptibilität6durchgeführt werden. Jedoch kann nicht die besondere Gefährdung der verschiedenen Pulssequenzen Artefakte mit diesem Ansatz für ein bestimmtes Implantat verglichen werden. Umgekehrt, die Artefakt-Bände für eine gegebene Pulsfolge nur etwa für verschiedene Implantate abgeschätzt werden. Darüber hinaus erfolgt die Analyse häufig mit künstlich geformten Implantaten7,8. Das Materialvolumen und Form einen Einfluss auf das Artefakt Größe6haben, sollten auch diese Funktionen berücksichtigt werden. Als Alternative zur magnetischen Suszeptibilität kann die Artefakt-Größe ausgewertet werden. Studien setzen häufig nur auf die qualitative Bewertung der das Artefakt Größe9 oder konzentrieren sich auf die zweidimensionale Artefakt-Größe nur für eine Scheibe am Implantat Artefakt10,11. Darüber hinaus werden manuelle Segmentierung Ansätze häufig, das ist nicht nur zeitaufwändig, sondern auch anfällig für Intra - und inter - reader Unterschiede11. Zu guter Letzt erlauben Protokolle oft nicht für Fett-ungesättigten und gesättigten Fett Sequenzen auf der gleichen Zeit12testen. Hierzu wäre jedoch wünschenswert, da die angewandten Fett Unterdrückung Technik zutiefst die Artefakt-Größe betrifft.
Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll ermöglicht eine zuverlässige, halbautomatische, Schwelle-basierte, dreidimensionale Quantifizierung der Signal Verlust und Pile-Up Artefakte das gesamte Implantat oder alle Scheiben mit sichtbaren Implantat Artefakte. Darüber hinaus erlaubt es die Prüfung T1 - und T2-gewichteten Bilder mit oder ohne Fett-Sättigung. Das Protokoll kann verwendet werden, um die MRI-Eignung der verschiedenen Implantate oder die Anfälligkeit der verschiedenen Impulsfolgen für metallische Artefakte für ein bestimmtes Implantat zu bewerten.
(1) Phantom Vorbereitung
(2) MRT-Untersuchung
3. Analyse und Nachbearbeitung von Bildern
Mit dem genannten Protokoll bewertet wir das Artefakt-Volumen von 2 verschiedene Dental-Implantate aus Titan (T; siehe Tabelle of Materials) unterstützt unterschiedliche Kronen [Porzellan verschmolzen auf Metall nicht-Edelmetall-Legierung (CCT-T) und monolithischen Zirkonia (Z-T); Abbildung 1 b und 1 c]. Die CCT-T-Probe stellt eine höchst PARAMAGNETISCHE Materialzusammensetzung Vorhersage große Artefakte (Kobalt 61 %, 21 % und Wolfram Chrome 11 %; CCT). Das Krone-Material der Z-T-Probe stellt eine niedrige paramagnetischen Material (Zirkonia 92 %; (Z). Darüber hinaus vier unterschiedliche, nicht-Fett-gesättigte, T2-gewichtete Sequenzen wurden ausgewertet, um ihre Anfälligkeit für Metall-Artefakte zu vergleichen. Insbesondere die Techniken der mehrere Platte Übernahme mit einem Blick-Winkel kippen Gradienten basiert auf einer Probenahme Perfektion mit anwendungsoptimierten Kontraste mit verschiedenen flipwinkel Entwicklungen (MSVAT-Platz), Scheibe, die Codierung für Metall Artefakt Korrektur (SEMAC), und ihren konventionellen Pendants Raum und Turbo-Spin-Echo (TSE) wurden ausgewertet (siehe Tabelle 1 für die genaue Ablauf-Parameter). MRT-Aufnahmen auf einem 3 t MRT-System ausgeführt wurden (siehe die Tabelle der Materialien) und eine 16-Kanal Mehrzweck Oberfläche Spule verwendet wurde. Die Variation der Sequenz pulsparameter hat einen starken Einfluss auf die Artefakt-Größe. So wurden die pulsparameter Sequenz so nah wie möglich an diejenigen in der in-Vivo dental MRI-Scans verwendet, um die Übertragbarkeit der Ergebnisse zu erhöhen ausgewählt. Die Analyse wurde durchgeführt 3 X durch zwei unabhängige Gutachter. Für multiple Vergleiche eine zwei-Wege-Analyse der Abweichungen und post-Hoc Tukey Tests verwendet wurden.
Analyse der Daten zeigt Unterschiede zwischen Proben und die angewandte Sequenzen. In allen Sequenzen, die kombinierte Artefakt Bände (die Summe der Signalverlust und Pile-Up) der CCT-T Probe waren größer im Vergleich zu den Z-T-Probe (P < 0,001; Abbildung 2 und Abbildung 3). In der gleichen Reihenfolge, das Artefakt der CCT-T-Probe betrug 19,3 x (SEMAC) bis 39,6 x (MSVAT-Platz) größer als das Artefakt Volumen des Z-T-Pendants.
Die Wahl der Pulsfolge hatte einen signifikanten Einfluss auf das Artefakt Volumen sowie (Abbildung 2 und Abbildung 3). Bezüglich der CCT-T-Probe, die kleinste Artefakt-Bände für TSE und SEMAC und die größte Artefakte für den Raum beobachtet wurden (P < 0,001). Darüber hinaus MSVAT-Raum deutlich reduziert die Artefakt-Volumen im Vergleich zum Raum (P < 0,001; 3,8 vs. 7,3 mL). Im Gegensatz dazu wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen MSVAT-Raum, TSE und SEMAC für die Z-T-Probe beobachtet. Das Artefakt-Volumen für Z-T war größte im Raum und wurde durch MSVAT-Raum deutlich reduziert (P < 0,05; 0,26 vs. 0,1 mL).
Abbildung 1: ROI-Positionierung und Implantat-Samples. (ein) dieses Panel zeigt eine typische Positionierung der Regionen von Interesse (ROIs) zur Messung der Schwellenwerte für Pile-Up Artefakte und Signalverteilung (ROIB = ROIHintergrund) und signal-Verlust Artefakte (ROIA = ROILuft ; ROIC = ROIKern). Die blaue Kontur ähnelt das Ergebnis die semiautomatische Segmentierung für Signal Verlust Artefakte innerhalb dieser Schicht. Die kleinen roten Bereiche entsprechen dem Ergebnis des Pile-Up Artefakte. (b und c) Diese Tafeln zeigen Bilder der verwendeten Implantate unterstützen verschiedene Einzelkronen. Kobalt-Chrom-Wolfram-Titan (CCT-T); Zirkon-Titan (Z-T). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: Artefakt Volumenmessungen. (a und b) Dies sind Balkendiagramme zeigen die Mittelwerte mit Standardabweichungen des dreidimensionalen Artefakt Volumens des gesamten Proben für alle 4 ausgewerteten Sequenzen Implantat nach Abzug der physischen Implantat-Volumen. Falls zutreffend, werden separate Standardabweichung Fehlerindikatoren für Signal Verlust und Pile-Up Artefakte gegeben. P ≤ 0,05; P≤ 0,001 Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3: Darstellung von Artefakten. Diese Platten machen die Artefakt-Bände der gesamten Implantate (obere Reihe). Die blaue farbige Bereiche repräsentieren Signal Verlust Artefakte und die rot gefärbten Bereiche repräsentieren Pile-Up Artefakte. Die Tafeln zeigen die farbigen Quellbilder (untere Zeile) für alle ausgewerteten T2-gewichteten Sequenzen. Panel (ein) ist der Kobalt-Chrom-Wolfram-Titan (CCT-T) Probe und zentrale (b) der Probe Zirkonia-Titan (Z-T). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Sequenz | TR/TE [ms] | Voxel-Größe [mm3] | FOV [mm2] | Matrix | Auslesen Bandbreite [Hz/Px] | Scheiben |
Slice Codierung Schritte oder Oversampling [%] | MWST | Zeit [Min: SEK] |
RAUM | 2.500/131 | 0,55 x 0,55 x 0,55 | 140 x 124 | 256 x 256 | 501 | 72 | 55,6 | Nein | 14:02 |
MSVAT-RAUM | 2.500/199 | 0,55 x 0,55 x 0,55 | 140 x 84 | 256 x 256 | 528 | 72 | 55,6 | Ja | 06:04 |
US$ | 5.100/44 | 0,59 x 0,59 x 1,5 | 150 x 150 | 256 x 256 | 592 | 25 | Nein | Nein | 03:36 |
SEMAC | 5.100/45 | 0,59 x 0,59 x 1,5 | 150 x 150 | 256 x 256 | 592 | 25 | 4 | Ja | 06:19 |
Tabelle 1: Parameter aller verwendeten Sequenzen.
Die Zahl der Patienten mit metallischen Implantaten und die Anzahl der MRI-Untersuchungen steigt derzeit1,2,3. In der Vergangenheit wurden MRT-Untersuchungen nach Gelenkersatz vermieden. Heute MRI ist nicht nur für solche Patienten imaging angefordert aber sollte auch für die Bewertung von Komplikationen direkt angrenzend an gemeinsamen Endoprothetik erlauben. MRT-Sicherheit und MRI Eignung der Implantate sowie die robuste Impulsfolgen für Metall Artefakt Unterdrückung werden somit immer wichtiger13. Für die Beurteilung der Eignung der MRI volumenmäßig Artefakt präsentieren wir Ihnen ein umfassendes, zeiteffizient Protokoll. Es ermöglicht eine zuverlässige, dreidimensionale Auswertung Signal Verlust und Pile-Up Artefakte als Indikator für Scheibe Verzerrungen für Fett-unterdrückt und nicht Fett unterdrückt T1 - und T2-gewichteten Impulsfolgen.
Für einige Schritte, Protokoll ist besondere Aufmerksamkeit erforderlich, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen. Nach dem Schmelzen der einbettenden Substanz und vor dem Einbetten des Implantats ist es sehr wichtig, die Einbettung Substanz lange genug während Abkühlung beginnt und seine Veränderungen der Aggregatzustand (flüssig zu fest), als Fett und Wasser leicht trennen, auch in Phasen zu rühren das Vorhandensein von Emulgator. Darüber hinaus ist es wichtig, langsam das phantom-Feld mit dem Einbetten von Luftblasen zu vermeiden. Dies ist entscheidend, denn Luft und Signal Verlust Artefakte beide Nullsignals, führen zu einer Überschätzung des Artefakts führen würde.
Eine hohe und homogene Signal ist notwendig, um eine genaue Bewertung der Artefakt-Volumen zu ermöglichen. Wenn die höchste Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) von Oberfläche Spulen erreicht wird, ist es wichtig, vorher testen, ob die Empfindlichkeit des Profils und die Spule Positionierung ermöglicht eine homogene signal innerhalb der Phantom (wie oben beschrieben), so dass die Schwelle-basierte Segmentierung kann ohne Segmentierung Fehler ausführen.
Im Vergleich mit anderen Studien analysieren große Implantaten (z.B.Hüfte oder Knie-Ersatz oder Spondylodese), verwendet dieses Protokoll kleine Implantate, in einigen Fällen verursacht Artefakt Volumen weit unter 1 mL. Selbst unter diesen schwierigen Bedingungen konnten signifikante Unterschiede in der Artefakt-Bänden zwischen verschiedenen Proben und verschiedenen Pulssequenzen erkannt werden. Daher kann eine hohe Messgenauigkeit dieses Protokolls übernommen werden, ermöglichen eine genaue Auswertung des MRT Artefakt Volumens der komplexen Implantate in Bezug auf ihre stoffliche Zusammensetzung und Form. Darüber hinaus kann das Protokoll angewendet werden, um die Anfälligkeit der verschiedenen Impulsfolgen für Metall-induzierte Artefakte, die durch ein bestimmtes Implantat verursacht zu vergleichen.
Zahlreiche Methoden mit verschiedenen Schwierigkeitsgraden sind für die Bewertung von metallischen Artefakten vorgeschlagen worden. Für den Vergleich der verschiedenen Pulssequenzen Fritz Et Al. eine qualitative Ranking die Anfälligkeit der einzelnen Sequenz11Auswertung verwendet. Andere, wie Zho Et Al., im Flugzeug Artefakt (Signalverlust und Pile-Up) Volumen durch Messung der größten Entfernung und durch Flugzeug Artefakte durch zählen der Anzahl der Scheiben durch Artefakte10bestimmt. Beide Methoden berücksichtigen jedoch nicht die vollständige Artefakt-Lautstärke, verursachen die unter- oder Überschätzung des Artefakts Volumen. Das gilt auch für einige Studien, die manuelle Segmentierung11verwendet. Denn dies ist eine sehr zeitaufwendige Ansatz, sind oft nur ein oder zwei zentralen Scheiben auf visueller Basis, vernachlässigen die restlichen Artefakt Proportionen ausgewertet.
Für in-vitro- Studien verwenden Autoren oft Agarose oder Gelatine wie die Einbettung Substanz14,15. Beide Materialien können leicht behandelt werden und genügend Signal in T2 - und T1-gewichteten Bildern garantieren. Sie erlauben jedoch nicht für die Bewertung von Fett unterdrückt Sequenzen Gewichtung. Dies ist einen großen Nachteil, da Fett Unterdrückung einen tiefgreifenden Einfluss auf das Artefakt-Volumen hat und regelmäßig zum Implantat-bedingte Komplikationen (z.B., Ödem und angrenzend an das Implantat in Fälle von Infektionen, Fluid Sammlungen zu identifizieren dient Partikel-Krankheit, oder aseptische Lymphozyten dominierten Vaskulitis-Associates Läsion)13,16,17.
Einige Einschränkungen dieses Protokolls müssen anerkannt werden. Erstens ist es nicht in Vivo Quantifizierung des Volumens Artefakt zulassen, wie die Differenzierung des kompletten Artefakt Volumens eine homogene Hintergrundsignal erfordert. Für in Vivo Auswertungen können andere Methoden, wie z. B. die Messung der magnetischen Suszeptibilität verwendet werden. Zweitens kann dieses Protokoll für die Erkennung von Pile-Up Artefakte (als Indikator für Scheibe Verzerrungen) nur direkt angrenzend an das Signal-Verlust-Artefakt. Zusatzakku Verzerrungen ist jedoch über das Signal Verlust Artefakt auch rechnen. Deshalb ist es wahrscheinlich ist, dass die Menge an Verzerrungen unterschätzt wird.
Abschließend kann dieses Protokoll helfen, um zukünftige Studien bewerten das MRI Artefakt Volumen von Implantaten und die Anfälligkeit von Impulsfolgen für metallische Artefakte zu standardisieren. Dies könnte helfen, optimieren die MRI-Eignung der Implantate und Techniken zur Verbesserung der Patientenversorgung schließlich Sequenz.
Tim Hilgenfeld, Franz S. Schwindling und Alexander Juerchott finanziell von ein Postdoc-Stipendium von der medizinischen Fakultät der Universität Heidelberg. Die Studie wurde zum Teil durch die Dietmar-Hopp-Stiftung (Projekt Nr. 23011228) unterstützt. Die Autoren haben ausdrücklich erklärt, dass es keine Interessenkonflikte im Zusammenhang mit diesem Artikel gibt.
Die Autoren möchten Stefanie Sauer, Apotheker in der Abteilung der Apotheke Universitätsklinikum Heidelberg, für ihre Verdienste um das MRI Phantom bedanken. Darüber hinaus möchten wir NORAS MRI Produkte GmbH (Höchberg, Deutschland) und vor allem Daniel Gareis danken für die Bereitstellung eines Prototyps der 16-Kanal-Mehrzweck-Spule. Darüber hinaus sind wir dankbar für die angenehme Zusammenarbeit mit SIEMENS Healthcare GmbH (Erlangen, Deutschland) und vor allem Mathias Nittka für ihre Unterstützung im Sequenz-Setup.
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 |
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