Protokoll für die Bewertung von MRI Artefakte verursacht durch Metall-Implantate um die Eignung der Implantate und die Anfälligkeit von Impulsfolgen zu bewerten

Zusammenfassung

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.

Zusammenfassung

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.

Einleitung

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 sowie^2,3. 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 Implantaten^7,8. 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 Artefakt^10,11. 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.

Protokoll

(1) Phantom Vorbereitung

1. Bestimmen Sie die Implantat-Volumen (z. B.mithilfe der Wasser-Verdrängung-Methode).
   Hinweis: Das Volumen der CCT-T-Probe und der Z-T-Probe gemessen 0,65 mL und 0,73 mL, beziehungsweise.
2. Befestigen Sie die Implantatposition in der Mitte ein nicht-ferromagnetische, Kunststoff, wasserdichte Box mit einem dünnen Faden. Verwenden Sie einen Karton, der größer ist als die erwarteten MRI-Artefakte.
   Hinweis: Wenn keine groben Schätzungen der Artefakt Bände des Implantats und/oder Puls Reihenfolge des Interesses zur Verfügung stehen, führen Sie einen Test-Scan indem man das Phantom in einer Box, ca. 10 x größer als das Phantom, mit Wasser gefüllt. Die Artefakt-Bände in dieser Studie reichten von 7,3 mL (für die CCT-T-Probe) und 0,09 mL (für die Z-T-Probe).
3. Schmelzen Sie vorsichtig eine Mischung aus VOLLSYNTHETISCHES Fett (58,8 %), Wasser (40 %) und Macrogol-8-Stearat (1,2 %), mit einem Wasserbad bei 50 ° C.
   Hinweis: Für die Beispiele in dieser Studie verwendeten wir eine 500 mL Mischung für die Einbettung von jeder Probe.
   1. Wenn die Mischung flüssig wird, stoppen Sie, Heizung und unter langsamen rühren starten Sie und beenden Sie, Heizung. Stellen Sie sicher, dass es keine Trennung der Phasen Fett und Wasser.
4. Sobald gerinnen beginnt, beginnen Sie langsam Einbettung des Implantats mit der Mischung. Dazu den Teig einbetten langsam in die phantom Box mit dem Implantat.
   Hinweis: Gießen muss langsam erfolgen um Lufteinschlüsse zu vermeiden.
5. Stellen Sie den phantom Koffer mit dem eingebetteten Implantat in den Kühlschrank bei 4 ° C über Nacht für Austrocknung. Am nächsten Tag entfernen Sie alle restlichen Fluid-Bauteile durch Dekantieren.

(2) MRT-Untersuchung

1. Legen Sie das Phantom (Kasten mit dem eingebetteten Implantat) in der MRT in der gleichen Ausrichtung wie in der in-Vivo -Situation. Position der Mitte des Phantoms im Isozentrum des MRT.
2. Verwenden Sie für Messungen eine Spule, die für eine homogene Signalverteilung in der bildgebenden Volumen ohne schwere und offensichtlich Signal Tropfen (z.B. ein Kopf Spule) ermöglicht.
3. Wenn das MRI Planung an der MRI-Konsole scannt, sicherstellen Sie, dass das phantom ein, einschließlich etwas Luft an den Rändern der Box, in der Bildgebung Volumen.
4. Führen Sie dann die MRT-Untersuchung.

3. Analyse und Nachbearbeitung von Bildern

1. Exportieren Sie die Bilder ohne Qualitätsverlust (z.B.durch Kompression) von der MRI-Konsole (z. B.im DICOM-Format). Importieren Sie die Bilder in ein MRI, Post-processing-Software, die für die Platzierung der Region Interessen (ROI), Evaluierung von ROI Signalintensitäten, eine Schwelle-basierte Segmentierung und eine Quantifizierung der Segmentierung Bände (siehe Tabelle der Materialien) erlaubt.
2. Um die Schwelle für Pile-Up Artefakte definieren und überprüfen Sie, ob eine homogene Signalverteilung in der bildgebenden Volumen, platzieren Sie Zeilen senkrecht zueinander und angrenzend an die äußere Grenze des sichtbaren Artefakts auf der Scheibe mit dem maximalen Artefakt Größe ( Abbildung 1a).
   Hinweis: Pile-Up Artefakte sind Verschiebung Artefakte, Gebiete mit künstlich hohe Signalintensitäten präsentieren. Sie treten in der Scheibe und der Anzeige-Richtung.
   1. Legen Sie einen Hintergrund Rendite (ROI im_Hintergrund) mit 10 mm Durchmesser außerhalb aller vier Schnittpunkte (Abbildung 1a). Legen Sie die Linien und den Hintergrund Regionen der Interessen mit der Segmentierung-Editor.
   2. Messen Sie die mittlere Signalintensität und Standardabweichung (SD) von allen Voxel innerhalb dieser 4 ROI_Hintergrund Werte und für jede ROI_Hintergrund separat. Verwenden Sie das Werkzeug Material Statistiken in der Projektansicht.
   3. Sicherstellen Sie, dass die mittlere Signalintensität jeder ROI_Hintergrund im Bereich von ± 1,5 SD von das mittlere Signal von jedem der anderen 3 Kollegen garantieren eine homogene Signalverteilung.
   4. Berechnen Sie die Schwelle für Pile-Up Artefakte, indem Sie die mittlere Signalintensität alle Voxel 4 ROI_Hintergrund Werte 3 SD ROI_Hintergrund hinzufügen. Führen Sie eine halbautomatische Schwelle-basierte Segmentierung des Pile-Up Artefakte durch Auswahl von alle Voxel mit der Signalintensitäten größer als der Schwellenwert angrenzend an das Signal Verlust Artefakt in jede Scheibe. Verwenden Sie Maskenwerkzeug des Editors Segmentierung zu visualisieren die vordefinierten Signalbereich Intensität und die Segmentierung zu beschränken.
3. Um die Schwelle für Signal-Verlust-Artefakte zu definieren, legen Sie 4 Regionen der Interessen (ROIs) in Luft-haltigen Regionen (ROI_Luft; je 10 mm Durchmesser) an den Ecken des Feldes phantom und messen die mittlere Signalintensität und SD von allen Voxel innerhalb dieser 4 ROI zu _Luft wie in Schritt 3.2, beschrieben mit dem Segmentierung Editor und "Material Statistics", beziehungsweise.
   Hinweis: Signal Verlust Artefakte mit Voxel mit künstlich niedrigen Signalintensitäten präsent. Sie entstehen durch Kapitaltheorie und Verschiebung Artefakte.
   1. Legen Sie einen ROI im Kern das Signal Verlust Artefakt (ROI_Kern) definiert durch den größten verbundenen Bereich der niedrigen Signalintensitäten (Abbildung 1a). Manuell Vergrößern des ROI_Kern bis die größte mögliche Größe innerhalb der Signal Verlust Artefakt, dessen mittlere Signalintensität niedriger als der Mittelwert ROI_Luft + 3 X der jeweiligen SD ist, gefunden wird. Zu guter Letzt Messen Sie die mittlere Signalintensität und SD des ROI_Kern.
   2. Die Signalschwelle Intensität für Signal-Verlust-Artefakte zu berechnen, indem 3 SD des ROI_Kern der Mittelwert der ROI-_Kern. Führen Sie eine halbautomatische Schwelle-basierte Segmentierung der Signal Verlust Artefakte durch Auswahl von alle Voxel verbunden mit dem ROI-_Kern mit Signalintensitäten unterhalb der Schwelle.
   3. Verwenden Sie Maskenwerkzeug des Editors Segmentierung zu visualisieren die vordefinierten Signalbereich Intensität und die Segmentierung zu beschränken. Verwenden Sie nach Möglichkeit die "Füllung" Funktion Tippen Sie "Auswahl" des Editors Segmentierung im alle Voxel innerhalb der Segmentierung enthalten, die noch nicht ausgewählt sind. Ggf. manuell fügen Sie weitere eindeutige Signal Verlust Artefakte hinzu, die Segmentierung.
4. Subtrahieren Sie die physischen Implantat Lautstärke aus dem berechneten Artefakt, das wahre Artefakt Volumen zu erhalten. Wiederholen Sie die Analyse mindestens 3 X. Einem Zeitabstand von mindestens zwei Wochen sollten mehrere Lesevorgänge um ein lernen Voreingenommenheit auszuschließen trennen.

Ergebnisse

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 %...

Diskussion

Die Zahl der Patienten mit metallischen Implantaten und die Anzahl der MRI-Untersuchungen steigt derzeit^1,2,3. 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 Imp...

Materialien

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