Протокол для оценки МРТ артефактов, вызванных металлические имплантаты для оценки пригодности имплантатов и уязвимость импульсных последовательностей

Резюме

Мы опишем стандартный метод для оценки магнитно-резонансной томографии артефактов, вызванных имплантатов для оценки пригодности имплантатов для магнитно-резонансной томографии и/или уязвимость различных импульсных последовательностей для металлических артефактов одновременно.

Аннотация

Как постоянно растет количество магнитного резонанса (MRI) сканеры и пациентов с медицинских имплантатов, радиологи чаще сталкиваются металлический имплантат связанные артефакты в МРТ, уменьшенные изображения качества. Таким образом МРТ пригодности имплантатов объему артефакт, а также разработка импульсных последовательностей для уменьшения изображения артефактов, становятся все более и более важной. Здесь мы представляем всеобъемлющий протокол, который позволяет для стандартизированной оценки объема артефакт имплантатов на МРТ. Кроме того этот протокол может использоваться для анализа уязвимости различных импульсных последовательностей для артефактов. Предлагаемый протокол может применяться для T1 и T2 взвешенных изображений с или без жира подавления и все пассивные имплантатов. Кроме того эта процедура позволяет отдельным и трехмерных идентификации сигнал потери и скопления артефактов. Как предыдущие расследования значительно отличаются по методам оценки, сопоставимости их результатов был ограничен. Таким образом необходимо обеспечить лучшую сопоставимость стандартизированных измерения объемов МРТ артефакт. Это может улучшить развитие МРТ пригодности имплантатов и лучше импульсные последовательности, чтобы наконец улучшения ухода за пациентами.

Введение

МРТ стала незаменимым инструментом диагностики. В результате количество используемых в рутинной диагностики систем МРТ далее увеличивается¹. В то же время количество больных с имплантатами растет также^2,3. В 2012 году например, более 1 миллиона коленного сустава и суставов выполнено в США только⁴. Распространенность таких имплантантов была около 7 миллионов в 2010 году, что соответствует более чем 10% женщин в возрастной группе 80-89 лет⁵. В результате качество изображения и диагностическая значимость МРТ экзаменов часто препятствовали артефакты из-за металлических имплантатов, что приводит к снижению точности диагностики. Таким образом МРТ пригодности имплантатов и артефакт уязвимость импульсных последовательностей приобретают все большее значение. Чтобы оценить эти характеристики были опубликованы многочисленные подходы. Из-за сильной расхождения в используемых оценки методов однако соответствующие результаты трудно сравнивать.

Оценка пригодности МРТ материалов может выполняться путем расчета их магнитной восприимчивости⁶. Однако уязвимость различных импульсных последовательностей для артефактов не может сравниться с этим подходом для данного имплантата. Наоборот, артефакт томов для заданного импульса последовательности можно примерно оценить лишь для различных имплантатов. Кроме того анализ часто выполняется с искусственно формы имплантатов^7,8. Как объем материала и формы имеют влияние на артефакт размер⁶, эти функции должны приниматься во внимание также. Как альтернатива магнитной восприимчивости можно оценить размер артефакт. Часто исследования полагаться только на качественной оценке артефакт размер⁹ или сосредоточиться на размер двумерного артефакт, только охватывающих один ломтик имплантат артефакт^10,11. Кроме того ручная сегментация часто используются подходы, который является не только много времени, но также подвержены внутри и между reader различия¹¹. Наконец протоколы часто не позволяют проверить для не насыщенный жир и жир насыщенный последовательностей на же время¹². Это, однако, желательно, так как прикладной жира подавления техника глубоко влияет на размер артефакт.

Здесь мы представляем протокол, который позволяет для надежного, полуавтоматы, основанные на порог, трехмерные количественной сигнал потери и скопления артефактов всего имплантата, или все фрагменты, содержащие артефакты видимым имплантата. Кроме того она позволяет для тестирования T1 и T2 взвешенных изображений с или без жира насыщенность. Протокол может использоваться для оценки пригодности МРТ различных имплантантов или уязвимости различных импульсных последовательностей для металлических артефакты для данного имплантата.

протокол

1. Фантом подготовка

1. Определите объем имплантата (например, с помощью метода перемещения воды).
   Примечание: Объем примеры CCT-T и Z-T измеряется 0,65 до 0,73 мл, соответственно.
2. Исправьте положение импланта в середине неферромагнитных, пластиковые, водонепроницаемый ящик с помощью тонкой нити. Используйте больше, чем ожидаемый МРТ артефактов.
   Примечание: Если не приблизительные оценки объемов артефакт имплантата или пульс последовательности интерес доступны, выполнить тест сканирования, поместив Фантом в коробке, примерно 10 x больше, чем phantom, наполненные водой. Артефакт томов в этом исследования варьировались от 7,3 мл (для образца CCT-T) и 0,09 мл (для Z-T образца).
3. Тщательно расплава смеси и полусинтетические жира (58,8%), воды (40%), макрогол-8-стеарат (1,2%), с помощью водяной бане при температуре 50 ° C.
   Примечание: Для образцов в этом исследовании, мы использовали смесь 500 мл для встраивания каждого образца.
   1. Когда смесь станет жидкости, остановить Отопление и начать с медленно помешивая и остановить Отопление. Убедитесь, что нет разделения фаз жира и воды.
4. Как только начинается свертывания, медленно Начните внедрение имплантата с смеси. Для этого залейте внедрения смесь медленно в Фантом коробку с имплантатов.
   Примечание: Заливка должна выполняться медленно чтобы избежать включения воздуха.
5. Поместите поле Фантом с встроенный имплантата в холодильнике при температуре 4 ° C на ночь для сушки. Следующий день, удалите любой остаточной жидкости частей декантации.

2. МРТ исследование

1. Место Фантом (коробка с встроенный имплантата) в МРТ в ту же ориентацию как ситуации в естественных условиях . Положение в середине phantom в изоцентр МРТ.
2. Для измерений используйте катушки, которая позволяет для распределения однородной сигнала в пределах изображений тома без капли тяжелой и очевидный сигнал (например, голову катушки).
3. При планировании МРТ сканирование на консоли МРТ, убедитесь, что поле Фантом, включая некоторые воздуха на краях поля, внутри изображений тома.
4. Далее выполните обследование МРТ.

3. анализ и пост-обработка изображений

1. Экспорт изображения без потери качества (например, путем сжатия) из консоли МРТ (например, в формате DICOM). Импорт изображений в МРТ постобработки программное обеспечение, которое позволяет для размещения регионе интересов (ROI), оценки ROI интенсивности сигнала, на основе порогового значения сегментации и количественная оценка объемов сегментации (см. Таблицу материалы).
2. Чтобы определить порог для скопления артефакты и проверить для распределения однородной сигнала в пределах изображений тома, место линии перпендикулярно друг к другу и прилегающих к внешней границы видимой артефакт на срез с максимальной артефакт (размер Рисунок 1a).
   Примечание: Скопления артефакты, перемещение артефактов, представляя с районами с искусственно завышенных сигнал света. Они происходят в направлении среза и индикация направления.
   1. Место на фоне ROI (рентабельность_фон) с 10 мм в диаметре за пределами каждой из четырех пересечение точек (рис. 1a). Место линий и фон областей интересов, с помощью редактора сегментации.
   2. Измерьте интенсивность сигнала среднее и стандартное отклонение (SD) всех вокселей в течение этих 4 значения ROI_фона и для каждого ROI_фон отдельно. Используйте инструмент Статистики материал в представлении проекта.
   3. Убедитесь, что означает сигнал интенсивность каждого ROI_фон находится в пределах диапазона SD ± 1,5 среднее сигнала каждого из 3 других партнеров обеспечить распределение однородной сигнала.
   4. Рассчитайте порог для скопления артефакты, добавив 3 SD ROI_фон означает сигнал интенсивность всех вокселей этих 4 значения ROI_фона . Выполните полуавтоматический на основе порогового значения сегментации скопления артефактов, выбрав все вокселей с интенсивностью сигнала превышает порог, прилегающих к артефакт потери сигнала в каждом срезе. Используйте средство маскирование сегментации редактора для визуализации диапазон интенсивности предопределенные сигнала и ограничить сегментации к нему.
3. Чтобы определить порог для артефактов потери сигнала, место 4 областей интересов (ROI) в воздухе содержащих регионах (ROI_{воздуха}; каждый 10 мм в диаметре) в углах окна Фантом и измерить интенсивность средняя сигнала и SD всех вокселей в течение этих 4 ROI _{Воздуха} как описано в шаге 3.2, используя редактор сегментации и «Статистика материала», соответственно.
   Примечание: Сигнал потери артефакты с вокселей, имеющих искусственные сигнал низкого уровня интенсивности. Они вызваны dephasing и перемещения артефактов.
   1. Место ROI в ядре артефакт потери сигнала (_CoreROI) определяется крупнейших районе сигнал низкого уровня интенсивности (рис. 1a). Вручную увеличьте размер ROI_ядро , пока не будет найден наибольший возможный размер в артефакт потери сигнала, интенсивность которого означает сигнал ниже, чем средняя рентабельность_{воздуха} + 3 x соответствующих SD. Наконец Измерьте интенсивность средняя сигнала и SD ROI_ядро.
   2. Расчет порога интенсивности сигнала для артефактов потери сигнала, добавив 3 SD ROI_Core к среднему ROI_ядро. Выполните полуавтоматический на основе порогового значения сегментации артефактов потери сигнала, выбрав все вокселей подключен к ROI_ядро с интенсивностью сигнала ниже порога.
   3. Используйте средство маскирование сегментации редактора для визуализации диапазон интенсивности предопределенные сигнала и ограничить сегментации к нему. Если возможно используйте функцию «Заполнить» нажмите «Выбор» редактора сегментации в включить все вокселей в сегментации, которые еще не выбран. Если применимо, вручную добавьте артефакты потери дополнительных недвусмысленного сигнала к сегментации.
4. Вычтите объем физической имплантата из вычисляемых артефакт тома для получения истинной артефакт объема. Повторить анализ по крайней мере 3 x. Интервал времени, по крайней мере две недели следует отделить несколько чтений исключить обучения уклоном.

Результаты

С вышеупомянутым протоколом, мы оценили объем артефакт 2 разных зубные имплантаты из титана (T; см. Таблицу материалов) поддержки различных коронки [фарфора плавленый металло неблагородных сплавов (CCT-T) и монолитных Цирконий (Z-T); Рисунок 1b и ...

Обсуждение

Количество больных с металлических имплантатов и количество экзаменов МРТ в настоящее время растет^1,2,3. В прошлом удалось избежать МРТ экзамены после суставов. Сегодня МРТ испрашивается не только для визуализации таких пациентов одна?...

Материалы

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