Protocolo para a avaliação de MRI artefatos causados pelo Metal implantes para avaliar a adequação dos implantes e a vulnerabilidade das sequências de pulso

Resumo

Nós descrevemos um método padronizado para avaliar artefatos de ressonância magnética causados por implantes para estimar a adequação dos implantes por ressonância magnética e/ou a vulnerabilidade das sequências de pulso diferentes artefatos metálicos ao mesmo tempo.

Resumo

Como o número de scanners de ressonância magnética (MRI) e pacientes com implantes médicos está crescendo constantemente, radiologistas cada vez mais encontram artefatos de relacionados ao implante metálicos em MRI, resultando em qualidade de imagem reduzida. Portanto, a adequação de MRI de implantes em termos de volume de artefato, bem como o desenvolvimento de sequências de pulso para reduzir artefatos de imagem, está se tornando cada vez mais importante. Aqui, apresentamos um protocolo abrangente que permite uma avaliação padronizada do volume artefato de implantes na RM. Além disso, este protocolo pode ser usado para analisar a vulnerabilidade de sequências de pulso diferentes artefatos. O protocolo proposto pode ser aplicado a imagens ponderadas T1 e T2 com ou sem supressão de gordura e passivos todos os implantes. Além disso, o procedimento permite a identificação separada e tridimensional dos artefatos de perda e destruição de sinal. Como inquéritos anteriores diferem grandemente em métodos de avaliação, a comparabilidade dos seus resultados foi limitada. Assim, medidas padronizadas de volumes de artefato de MRI são necessárias para fornecer melhor comparabilidade. Isso pode melhorar o desenvolvimento da aptidão dos implantes MRI e melhor pulso sequências finalmente melhorar o atendimento ao paciente.

Introdução

MRI tornou-se uma ferramenta indispensável de diagnóstica. Como resultado, o número de sistemas de MRI usado no diagnóstico de rotina está aumentando ainda mais¹. Ao mesmo tempo, o número de pacientes com implantes está aumentando, também,^2,3. Em 2012, por exemplo, mais de 1 milhão de joelho e próteses foram realizados nos EUA sozinho⁴. A prevalência de tais implantes foi de aproximadamente 7 milhões em 2010, que corresponde a mais de 10% das fêmeas no grupo etário 80-89 anos⁵. Como resultado, a qualidade da imagem e a importância do diagnóstica dos exames de MRI estão muitas vezes prejudicados por artefatos devido os implantes metálicos, resultando em uma diminuição da acuidade diagnóstica. Portanto, a adequação de MRI dos implantes e a vulnerabilidade de artefato de sequências de pulso estão se tornando cada vez mais importante. Várias abordagens têm sido publicadas para avaliar essas características. Devido a fortes discrepâncias nos métodos de avaliação utilizados, no entanto, os respectivos resultados são difíceis de comparar.

Uma avaliação da adequação dos materiais MRI pode ser executada através do cálculo de sua susceptibilidade magnética⁶. No entanto, a vulnerabilidade das sequências de pulso diferentes artefatos não pode ser comparada com essa abordagem para um determinado implante. Vice-versa, os volumes de artefato para uma sequência de pulso determinado pode somente ser aproximadamente estimada para diferentes implantes. Além disso, a análise é frequentemente realizada com implantes artificialmente em forma de^7,8. Como o volume de material e forma têm uma influência sobre o artefato tamanho⁶, esses recursos devem ser considerados também. Como alternativa à susceptibilidade magnética, o tamanho do artefato pode ser avaliado. Frequentemente, estudos dependem apenas da avaliação qualitativa do artefato tamanho⁹ ou foco no tamanho artefato bidimensional cobrindo apenas uma fatia do implante artefato^10,11. Além disso, abordagens de segmentação manual são frequentemente utilizadas, que não é apenas demorado mas também propenso a intra e inter reader diferenças¹¹. Finalmente, protocolos, muitas vezes não permitem testar para sequências de gordura não-saturada e saturada de gordura no mesmo tempo¹². Isto, no entanto, seria desejável, uma vez que a técnica de supressão de gordura aplicada profundamente afeta o tamanho do artefato.

Aqui, apresentamos um protocolo que permite a confiança, semi-automática, tridimensional, baseado em limite de quantificação dos artefatos de perda e pile-up sinal do implante inteiro ou todas as fatias contendo artefatos de implante visível. Além disso, permite testar imagens ponderadas T1 e T2 com ou sem gordura-saturação. O protocolo pode ser usado para avaliar a adequação de MRI de diferentes implantes ou a vulnerabilidade das sequências de pulso diferentes artefatos metálicos para um determinado implante.

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Protocolo

1. preparação fantasma

1. Determine o volume do implante (por exemplo, usando o método de deslocamento de água).
   Nota: O volume da amostra CCT-T e a amostra Z-T medido 0,65 mL e 0,73 mL, respectivamente.
2. Corrigi a posição do implante no meio de uma caixa de não-ferromagnetic, plástica, à prova d'água, usando um fio fino. Use uma caixa maior que a esperada artefatos de MRI.
   Nota: Se não há estimativas aproximadas de volumes de artefato da sequência de implante e/ou pulso de interesse estão disponíveis, executar uma verificação de teste colocando o fantasma em uma caixa, de aproximadamente 10 x maior do que o fantasma, cheio de água. Os volumes de artefato no presente estudam variou de 7,3 mL (para a amostra de CCT-T) e 0,09 mL (para o exemplo de Z-T).
3. Cuidadosamente, derreter uma mistura de gordura semi-sintéticos (58,8%), água (40%) e macrogol-8-estearato (1.2%), utilizando um banho de água a 50 ° C.
   Nota: Para as amostras neste estudo, foi utilizado uma mistura de 500 mL para a incorporação de cada amostra.
   1. Quando a mistura torna-se fluido, pare de aquecer e começar com agitação lenta e pare de aquecer. Certifique-se de que não há nenhuma separação das fases de gordura e água.
4. Assim que coagulação começa, lentamente, começa a incorporar o implante com a mistura. Para isso, despeje a mistura de encastre lentamente na caixa fantasma com o implante.
   Nota: Derramamento deve ser executada lentamente para evitar inclusão de ar.
5. Coloque a caixa fantasma com o implante incorporado no refrigerador a 4 ° C durante a noite para dessecação. No dia seguinte, remova quaisquer peças fluidas residuais por decantação.

2. exame de ressonância magnética

1. Coloque o fantasma (caixa com o implante incorporado) no MRI na mesma orientação como a situação na vivo . Posição no meio do fantasma no isocentro do MRI.
2. Para medições, use uma bobina, que permite uma distribuição homogênea do sinal dentro do volume de imagens sem gotas de grave e evidente sinal (por exemplo, uma bobina de cabeça).
3. Quando planear o MRI varreduras no console do MRI, certifique-se de que a caixa fantasma, incluindo um pouco de ar nas bordas da caixa, é dentro do volume de imagens.
4. Em seguida, execute o exame de MRI.

3. pós-processamento e análise de imagem

1. Exporte as imagens sem perda de qualidade (por exemplo, por compressão) do console do MRI (por exemplo, usando o formato DICOM). Importe as imagens em ressonância pós-processamento de software que permite a colocação da região de interesse (ROI), avaliar a intensidade do sinal ROI, uma segmentação baseada no limiar e uma quantificação dos volumes de segmentação (ver Tabela de materiais).
2. Para definir o limite para artefatos pile-up e verificar se há uma distribuição homogênea do sinal dentro do volume de imagens, colocar linhas perpendiculares uns aos outros e adjacente à borda externa do artefato visível na fatia com a (de tamanho máximo de artefato Figura 1a).
   Nota: Engavetamento artefatos são artefatos de deslocamento, apresentando áreas com intensidades de sinal artificialmente elevado. Eles ocorrem na direção de fatia e a direção de leitura.
   1. Coloque um fundo ROI (ROI_fundo) com 10 mm de diâmetro exterior de cada um dos pontos de interseção de quatro (Figura 1a). Coloque as linhas e as regiões de fundo de interesses, usando o editor de segmentação.
   2. Medir a intensidade de sinal média e desvio padrão (SD) de todos os voxels dentro destes 4 valores ROI_fundo e para cada ROI_fundo separadamente. Use a ferramenta de Estatísticas de Material na vista do projeto.
   3. Verifique se a intensidade de sinal médio de cada ROI_fundo está dentro do intervalo de ± 1,5 SD do sinal médio de cada um dos outros 3 pares para garantir uma distribuição homogênea de sinal.
   4. Calcule o limiar para artefatos pile-up, adicionando 3 SD de ROI_fundo para a intensidade de sinal médio de todos os voxels destes 4 valores de ROI_fundo . Execute uma segmentação semi-automática baseado em limite de artefatos pile-up, selecionando todos os voxels com as intensidades de sinal maiores que o limite do adjacente para o artefato de perda de sinal em cada fatia. Use a ferramenta de mascaramento do editor de segmentação para visualizar a escala de intensidade de sinal predefinidos e restringir a segmentação para isso.
3. Para definir o limite para artefatos de perda de sinal, coloque 4 regiões de interesse (ROIs) em regiões que contêm ar (ROI_ar; de 10 mm de diâmetro) nos cantos da caixa fantasma e medir a intensidade de sinal médio e SD de voxels todos dentro dessas 4 ROI _Ar como descrito no passo 3.2, usando o editor de segmentação estatísticas e de "Material", respectivamente.
   Nota: Artefatos de perda de sinal presente com voxels com intensidades de sinal baixo artificial. Eles são causados por artefatos de sismogramas e deslocamento.
   1. Coloque um ROI no núcleo do artefato de perda de sinal (ROI) do_núcleodefinido pela maior área conectada de intensidades de sinal baixo (Figura 1a). Manualmente, aumente o tamanho do ROI_núcleo até que encontra-se o maior tamanho possível dentro do artefato de perda de sinal cuja intensidade média do sinal é menor do que a média ROI_ar + 3 x do SD respectivo. Finalmente, medir a intensidade de sinal médio e SD do ROI_Core.
   2. Calcular o limiar de intensidade de sinal para artefatos de perda de sinal, adicionando 3 SD do ROI_Core para a média do ROI_Core. Execute uma segmentação semi-automática baseado em limite de artefatos de perda de sinal, selecionando todos os voxels conectados ao ROI_Core com intensidades de sinal abaixo do limiar.
   3. Use a ferramenta de mascaramento do editor de segmentação para visualizar a escala de intensidade de sinal predefinidos e restringir a segmentação para isso. Se possível, use a função de "Preenchimento" na torneira "Seleção" do editor de segmentação para incluir todos os voxels dentro a segmentação que ainda não estão selecionados. Se for o caso, adicione manualmente os artefatos de perda de sinal inequívoco adicionais para a segmentação.
4. Subtraia o volume físico de implante do volume calculado artefato para obter o volume de artefato verdadeiro. Repetir a análise de pelo menos 3 x. Um intervalo de tempo pelo menos duas semanas deve separar as várias leituras para excluir um viés de aprendizagem.

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Resultados

Foram avaliados com o protocolo acima referido, o volume de artefato de 2 diferentes implantes feitos de titânio (T; consulte a Tabela de materiais) apoio diferente de coroas [Liga não-preciosas de porcelana fundida--metal (CCT-T) e monolítico zircônia (Z-T); Figura 1b e 1C]. A amostra de CCT-T representa uma composição de material altamente paramagnética, prevendo grandes artefatos (cobalto cromo de 61%, 21% e o tungs...

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Discussão

O número de pacientes com metálicos para implantes e o número de exames de MRI atualmente está aumentando^1,2,3. No passado, os exames de MRI foram evitados após as substituições de articulações. Hoje, no entanto, MRI não é requerido apenas para imagens tais pacientes mas também deve permitir a avaliação de complicações diretamente adjacente à artroplastia conjunta. Assim, a segurança de MRI e adequação de MRI...

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Materiais

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