インプラントの適合性とパルス シーケンスの脆弱性を評価するためにインプラントの金属による MRI アーチファクトの評価のためのプロトコル

要約

磁気共鳴イメージングのためのインプラントの適合性および/または金属アーティファクトに対する異なるパルス シーケンスの脆弱性を推定するためのインプラントに磁気共鳴画像アーチファクトを評価する標準化された手法について述べる同時に。

要約

磁気共鳴画像 (MRI) スキャナー、医療用インプラント症例の数が増え続けて、放射線科医はますます縮小画像品質の結果、MRI に金属インプラント関連成果物を発生します。したがって、イメージのアーティファクトを軽減するパルス シーケンスの開発と同様、アーティファクト ボリュームの面でインプラントの MRI 適合性は、ますます重要になって。ここでは、MRI 上のインプラントのアーティファクト ボリュームの標準化された評価を可能にする包括的なプロトコルを提案する.さらに、このプロトコルは、成果物に対する異なるパルス シーケンスの脆弱性を分析する使用できます。提案プロトコルは、T1 と T2 強調画像脂肪抑制およびすべて受動的なインプラントの有無に適用できます。さらに、このストアド プロシージャは、信号の損失と盛り上がりのアーチファクトの別と三次元の識別できます。前の調査はすこぶる評価方法とその結果の比較可能性は限られていた。したがって、MRI アーチファクト ボリュームの標準化された測定がよりよい比較を提供するために必要です。これは、インプラントの MRI 適合性の開発を改善しより良い最終的に患者のケアを改善するためにシーケンスをパルスします。

概要

MRI は、診断に欠かせないツールになっています。その結果、定期的な診断に使用される MRI システムの数には、¹が一層強まっています。同時に、インプラントの患者数は^2,3も高まっています。2012 年に、例えば、以上 100 万の膝と関節置換術で行われている米国だけで⁴。このようなインプラントの有病率は約 700 万 2010年では、年齢グループの 80 ~ 89 歳⁵女性の 10% 以上に相当します。その結果、画像品質と MRI 検査の診断的意義は、金属製インプラントは、診断精度を低下の結果による成果物によってしばしば障害者します。したがって、インプラントの MRI 適合性とパルス シーケンスのアーティファクトの脆弱性は、ますます重要になっています。多数のアプローチは、これらの特性を評価するために公開されています。使用される評価の方法で厳密な差異は、それぞれの結果が、比較するは難しいです。

材料の MRI 適合性の評価は、その磁化率⁶を計算することによって実行できます。ただし、成果物に対する異なるパルス シーケンスの脆弱性は、与えられたインプラントのアプローチでは比較できません。その逆、与えられたパルス シーケンスのアーティファクト ボリュームのみ概算できます別のインプラント。さらに、分析はしばしば人工的に形をしたインプラント^7,8で実行されます。材料の容積や形状、アーティファクト サイズ⁶に影響を及ぼすが、これらの機能に同様にアカウントが考慮必要があります。帯磁する代わりに、アイテムのサイズを評価できます。頻繁に研究はインプラント アーティファクト^10,11の 1 つのスライスをカバーして二次元アイテム サイズ焦点またはアーティファクト サイズ⁹の定性的な評価に依存します。また、マニュアルでのセグメンテーションのアプローチは、時間がかかるだけでなく、イントラ間読みだし違い¹¹にもなりやすいですしばしば、使用されます。最後に、プロトコルよくできないように同じ時間¹²- 脂肪-飽和脂肪飽和し、シーケンスをテストします。これは、ただし、望ましいでしょう、応用脂肪抑制法深くアーティファクトのサイズに影響を与えるので。

ここでは、プロトコルは、信頼性の高い、半自動を信号の損失と盛り上がりの成果物の全体のインプラントやインプラントの目に見える成果物を含むすべてのスライスの閾値に基づく、三次元定量化を提案します。さらに、T1 と T2 強調画像脂肪飽和の有無をテストできます。プロトコルは、異なるインプラントの MRI 適合性または特定のインプラントの金属の人工物に異なるパルス シーケンスの脆弱性を評価する使用することができます。

プロトコル

1. ファントムの準備

1. インプラントのボリューム (例えば、水変位法を用いた) を決定します。
   注: CCT T サンプルと Z T サンプル量測定 0.65 mL と 0.73 mL は、それぞれ。
2. 非磁性、プラスチック、防水ボックスの真ん中に細い糸を使用してインプラントの位置を修正します。予想される MRI 成果物よりも大きいボックスを使用します。
   注: 興味のインプラントおよび/またはパルス シーケンスのアーティファクト ボリュームの概算値を使用できない場合は、テスト スキャンを実行ボックスに、約 10 倍にもファントム、ファントムを配置することによって、水で満たされました。このアーティファクト ボリュームは研究 (CCT T サンプル) の 7.3 ミリリットルから 0.09 mL (Z T サンプル) の範囲。
3. 慎重に 50 ° C の水浴を使用して半合成脂肪 (58.8%)、水 (40%)、ステアリン酸マクロゴール-8 (1.2%) の混合物を溶融します。
   注意: 本研究でサンプルは、各サンプルの埋め込みを 500 mL の混合物を使用しました。
   1. 混合物では、液体になると、暖房を停止、ゆっくり攪拌しながら、開始し、加熱を停止します。脂肪と水の段階の分離がないことを確認します。
4. すぐに凝固が始まると、徐々 に混合物でインプラントを埋め込むことが開始されます。インプラントとファントムのボックスに埋め込みの混合物をゆっくり注ぐ。
   注: は、空気混入を避けるためにゆっくりと実行する必要があります注ぐ。
5. 4 ° c 乾燥で一晩冷蔵庫に埋め込まれたインプラントに幻のボックスを配置します。次の日は、デカンテーションによって任意の残留流体部品を削除します。

2. MRI 検査

1. 体内の状況のように同じ向きで MRI ファントム (埋め込まれたインプラントとボックス) を配置します。MRI のアイソ センターの中の幻の中間を位置します。
2. 測定、(例えば、頭部コイル) の重度かつ明白な信号低下なし画像ボリューム内で均一信号分布を可能にするコイルを使用します。
3. MRI コンソールでスキャン、MRI を計画するときは、ボックスの端にいくつかの空気を含む幻のボックスがイメージングのボリューム内にあるを確認します。
4. 次に、MRI 検査を実行します。

3. 画像解析と後処理

1. MRI のコンソール (例えば、DICOM 形式を使用して) から (例えば、圧縮によって) の品質を損なうことがなく画像をエクスポートします。後処理ソフトウェア評価 (材料の表を参照してください) 分割ボリュームの定量化、しきい値に基づくセグメンテーション、ROI 信号強度の利益率 (ROI) の領域を配置することができます MRI で画像をインポートします。
2. パイルアップ アーティファクトのしきい値を定義して、イメージング ボリューム内で均一な信号の分布を確認、線目に見える人工物の外側の境界線に隣接して互いに垂直に配置最大アイテム サイズ (スライス図 1 a)。
   注: パイルアップ アーティファクト、変位成果物、人工的に高い信号強度とエリアを呈したします。彼らは、スライス方向読み出し方向に発生します。
   1. それぞれ 4 つの交点 (図 1 a) の外の直径で 10 mm 背景 ROI (投資収益率の_背景) を配置します。行と興味セグメンテーション エディターを使用して背景領域を配置します。
   2. 平均信号強度とすべてボクセルごとの投資収益率の_背景これら 4 つの投資収益率_の背景値内の標準偏差 (SD) を個別に測定します。プロジェクト ビューでマテリアルの統計ツールを使用します。
   3. それぞれの投資収益率の_背景の平均信号強度が均一な信号の流通を保証する他の 3 つの対応のそれぞれの平均信号の ± 1.5 SD の範囲内にあることを確認します。
   4. パイルアップ アーティファクトのしきい値を計算するには、これらの 4 つの投資収益率_の背景値のすべての画素の平均信号強度に 3 SD の関心領域の_背景をします。パイルアップ成果物の半自動閾値に基づく領域分割を実行するには、すべてのスライスの信号損失アーティファクトに隣接するしきい値より大きい信号強度を持つすべての画素を選択します。セグメンテーション エディターのマスキング ツールを使用して、事前定義されたシグナル強度の範囲を視覚化し、それを分割を制限します。
3. 信号損失アーチファクトのしきい値を定義するには、利益 (ROIs) の 4 地域が、含気領域 (ROI_空気; 各直径 10 mm) 幻のボックスのコーナーで、これら 4 ROI 内すべてのボクセルの SD 平均信号強度を測定_空気手順 3.2、セグメンテーション エディターと「材料統計」、をそれぞれ使用。
   注: 人工低信号強度を有するボクセルと信号損失の成果物を提示します。位相緩和と変位の成果物によって引き起こされます。
   1. 低信号強度 (図 1 a) の最も大きい接続された領域によって定義される信号損失アーティファクト (ROI_コア) のコアに ROI を配置します。手動で平均信号強度が平均投資収益率_空気+ それぞれの SD の 3 倍より低い信号損失の成果物の内で可能な最大サイズが見つかるまでは、投資収益率_コアのサイズを増やします。最後に、平均信号強度を測定、投資収益率_コアの SD。
   2. 3 を追加することによって信号損失アーチファクトの信号強度閾値を計算する投資収益率_コアの平均に投資収益率_コアの SD。信号損失アーチファクトの半自動閾値に基づく領域分割を実行するには、しきい値を下回る信号強度と ROI_コアに接続されているすべての画素を選択します。
   3. セグメンテーション エディターのマスキング ツールを使用して、事前定義されたシグナル強度の範囲を視覚化し、それを分割を制限します。可能であれば、タップ セグメンテーション エディターの「選択」で「塗りつぶし」関数を使用して、選択されていない分割内すべてのボクセルを含めます。該当する場合は、手動で追加の明確な信号損失アーチファクトをセグメンテーションに追加します。
4. 真のアーティファクトのボリュームを取得する計算されたアーティファクト ボリュームから物理的なインプラント ボリュームを減算します。少なくとも 3 解析を繰り返す x。少なくとも 2 週間の間隔学習バイアスを除外する複数の読み取りを分ける必要があります。

結果

上記プロトコルを評価したアーティファクト 2 異なる歯科インプラント製チタン (T; 参照テーブルの材料) サポート異なる樹冠量 [金属磁器非貴金属合金 (CCT T) とモノリシックジルコニア (Z T);図 1 bと1 c]。CCT T サンプルを表す大きな成果物の予測高常磁性材料組成 (コバルト 61%、クロム 21%、およびタングステン 11%;CCT)。Z ...

ディスカッション

金属と患者数のインプラントし、MRI 検査数は現在^1,2,3を増加しています。過去には、関節置換術後後 MRI 検査は避けた。今日、MRI はこのような患者をイメージングのみ要求されませんしかし、また合併症の評価のため人工関節置換術に隣接できるはず。したがって、MRI の安全や金属アーチファクト抑制のため堅牢なパル?...

資料

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