评估植入物所引起的 MRI 伪影和脉冲序列易损性评估的协议

摘要

我们描述了一种标准化的方法来评估植入物引起的磁共振成像工件, 以估计植入物对磁共振成像的适用性和/或不同脉冲序列对金属工件的易损性。同时。

摘要

随着磁共振成像 (mri) 扫描仪和医用植入物的数量不断增加, 放射科医生在 MRI 中越来越多地遇到与金属植入相关的工件, 从而降低了图像质量。因此, 植入物体积的 MRI 适配性以及脉冲序列的发展对减少图像工件的作用越来越重要。在这里, 我们提出了一个全面的协议, 允许对植入物体积的 MRI 的标准化评估。此外, 该协议还可用于分析不同脉冲序列对工件的易损性。所提出的协议可以应用于 T1 和 T2-weighted 图像, 有或不含脂肪抑制和所有被动植入物。此外, 该程序还实现了信号丢失和堆积工件的分离和三维识别。由于以往的调查在评价方法上差异很大, 结果的可比性有限。因此, 必须对 MRI 工件体积进行标准化测量, 以提供更好的可比性。这可能会改善植入物 MRI 的适用性和更好的脉搏序列, 以最终改善病人的护理。

引言

MRI 已成为不可缺少的诊断工具。因此, 常规诊断中使用的 MRI 系统的数量进一步增加了¹。同时, 植入物的患者数量也在增加,^2,3。例如, 在 2012年, 超过100万膝关节置换术在美国单独执行了⁴。在 2010年, 这种植入物的流行率约为 700万, 这相当于80-89 岁⁵年龄组中10% 以上的女性。因此, MRI 检查的图像质量和诊断意义往往因金属植入物造成的工件受损, 导致诊断准确性降低。因此, 植入物的 MRI 适用性和脉冲序列的工件易损性变得越来越重要。已经发表了许多方法来评估这些特点。然而, 由于使用的评价方法存在很强的差异, 因此很难对各自的结果进行比较。

通过计算其磁化率⁶, 可以对材料的 MRI 适用性进行评估。然而, 不同的脉冲序列对工件的脆弱性不能与给定植入物的方法相比。反之亦然, 给定脉冲序列的工件卷只能粗略估计不同的植入物. 此外, 分析通常使用人工成形的植入物^7,8。由于材料体积和形状对工件大小有影响⁶, 因此也应考虑这些特性。作为磁易感性的替代品, 工件的尺寸可以被评估。通常, 研究只依赖于工件大小⁹的定性评估, 或者只关注二维工件大小, 仅覆盖种植工件的一个切片^10,11。此外, 通常使用手动分割方法, 这不仅费时费力, 而且容易产生内部和读者之间的差异¹¹。最后, 协议通常不允许在¹²的同时测试非 fat 饱和和饱和脂肪的序列。然而, 这是可取的, 因为应用脂肪抑制技术深刻影响工件的大小。

在这里, 我们提出一个协议, 它允许可靠的, 半自动的, 基于阈值的, 三维量化的信号丢失和堆积工件的整个植入物, 或所有切片包含可见植入物工件。此外, 它允许测试 T1 和 T2-weighted 图像有或不含脂肪饱和度。该协议可用于评估不同植入物的 MRI 适宜性, 或不同脉冲序列对特定种植体金属工件的易损性。

研究方案

1. 幻像准备

1. 使用水驱方法确定种植体体积 (例如)。
   注: CCT t 样品的容积和 Z t 样品分别测量了0.65 毫升和0.73 毫升。
2. 使用细螺纹固定在非铁磁、塑料、防水盒中间的植入位置。使用大于预期的 MRI 工件的框。
   注: 如果没有对植入物和/或脉冲序列的工件体积进行粗略估计, 则通过将幻像放置在一个盒子中, 在大约10x 大于幻影的范围内填充水来进行测试扫描。本研究的工件体积范围从7.3 毫升 (CCT t 样本) 和0.09 毫升 (Z T 样品) 不等。
3. 小心融化合成脂肪 (58.8%), 水 (40%) 和 macrogol-8-stearate (1.2%) 的混合物, 使用水浴在50°c。
   注: 对于本研究中的样品, 我们使用了500毫升混合物来嵌入每个样品。
   1. 当混合物变成液体时, 停止加热, 开始缓慢搅拌, 停止加热。确保不存在脂肪和水相的分离。
4. 一旦凝血开始, 慢慢开始植入与混合物。为此, 将嵌入的混合物慢慢倒入与植入物的幻框。
   注: 浇注必须缓慢, 以避免空气夹杂。
5. 将幻框与嵌入的植入物放入冰箱, 在4摄氏度过夜, 以干燥。第二天, 通过迁去除任何残余流体部分。

2. MRI 检查

1. 将幻像 (带有嵌入植入物的框) 置于 MRI 中与体内情况相同的方向。在 MRI 的 isocenter 中定位幽灵的中间位置。
2. 对于测量, 使用线圈, 允许在成像体积内均匀的信号分布, 没有严重和明显的信号下降 (例如, 头线圈)。
3. 当在 mri 控制台上规划 mri 扫描时, 请确保幻像盒 (包括方框边缘的一些空气) 在成像量内。
4. 接下来, 进行 MRI 检查。

3. 图像分析和后处理

1. 从 MRI 控制台 (例如, 使用 DICOM 格式) 导出图像, 而不会造成任何质量损失 (例如压缩)。在 MRI 后处理软件中导入图像, 允许放置感兴趣的区域 (roi)、评估 ROI 信号强度、基于阈值的分割以及分割卷的量化 (请参见材料表)。
2. 要定义堆积工件的阈值, 并检查成像卷内的均匀信号分布, 请将线条垂直放置, 并与切片上可见工件的外部边界相邻, 并将工件大小设置为最大值 (图 1a)。
   注: 堆积工件是置换工件, 呈现具有人为高信号强度的区域。它们出现在切片方向和读出方向上。
   1. 将背景 roi (roi_背景) 置于四个相交点 (图 1a) 之外的直径10毫米。使用细分编辑器将感兴趣的线条和背景区域放在一起。
   2. 分别测量这些 4 roi_背景值和每个 roi_背景中所有素的平均信号强度和标准偏差 (SD)。在 "项目" 视图中使用工具材料统计信息。
   3. 确保每个 ROI_背景的平均信号强度在其他3个对应的平均信号的 1.5 SD 范围内, 以保证均匀的信号分布。
   4. 通过将 roi 的 3 SD_背景添加到这些 4 ROI_背景值的所有素的平均信号强度, 计算堆积工件的阈值。对堆积工件进行半自动阈值分割, 方法是选择所有素, 其信号强度大于每个切片中与信号丢失工件相邻的阈值。利用分割编辑器的掩蔽工具对预定义的信号强度范围进行可视化, 并对其进行分割。
3. 要定义信号损耗工件的阈值, 请将4个感兴趣的区域 (ROIs) 放在包含空气的区域 (ROI_air; 每10毫米直径) 在幻像框的拐角处, 测量这些 4 ROI 内所有素的平均信号强度和 SD。_Air , 如步骤3.2 中所述, 分别使用分段编辑器和 "材料统计"。
   注意: 信号损耗工件存在于具有人工低信号强度的素。它们是由 dephasing 和置换工件造成的。
   1. 将 ROI 置于信号丢失工件 (roi_核心) 的核心, 由低信号强度的最大连通区域 (图 1a) 定义。手动增加 ROI_核心的大小, 直到信号丢失工件中最大可能的大小, 其平均信号强度低于平均 ROI_空气+ 各自 SD 的3x。最后, 测量 ROI_核心的平均信号强度和 SD。
   2. 通过将 roi_核心的 3 SD 添加到 roi_核心的平均值, 计算信号损耗工件的信号强度阈值。通过选择所有连接到 ROI_核心且信号强度低于阈值的素, 执行基于半自动阈值的信号丢失工件分割。
   3. 利用分割编辑器的掩蔽工具对预定义的信号强度范围进行可视化, 并对其进行分割。如果可能, 请在细分编辑器的分路 "选择" 中使用 "填充" 函数, 以包括尚未选定的分割中的所有素。如果适用, 请手动将其他明确的信号丢失工件添加到分割中。
4. 从计算工件体积减去物理种植体体积, 以获得真正的工件体积。重复分析至少3x。至少两周的时间间隔应将多次读取分开, 以排除学习偏差。

结果

通过上述协议, 我们评估了2种不同牙种植体的工件体积 (T; 参见材料表) 支持不同的冠 [瓷熔化对金属非贵金属合金 (CCT t) 和整体氧化锆 (Z T);图 1b和1c]。CCT T 样品代表高度顺磁性材料组分预测大文物 (钴 61%, 铬21% 和钨 11%;CCT)。Z T 样品的冠材料代表低顺磁性材料 (氧化锆 92%;Z). 此外, 评估了四种不同的、非脂肪饱和的 T2-weighted ?...

讨论

金属植入物患者的数量和 MRI 检查的数量目前正在增加^1,2,3。在过去, 关节置换术后, MRI 检查被避免。然而今天, MRI 不仅被要求成像这样的病人, 但也应允许评估并发症直接毗邻关节置换术。因此, 植入物的 mri 安全性和 mri 适用性以及金属工件抑制的鲁棒脉冲序列正变得越来越重要¹³。为评价 MRI 在工件体积方面...

材料

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