中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2021

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2022年8月31-9月2日 | 上海世博展览馆1&2号馆

 

国际医疗器械展览会思研||不同材料的植入物在核磁共振成像中伪影的差异性研究

2022-06-01

研究背景

在创伤和重建手术中,接骨板和螺钉对截骨或骨折后的断端进行固定和重建是经常需要使用的。对于存在因骨缺损或恶性肿瘤等原因需要进行一期或二期重建的情况,目前重建的接骨板以钛金属为主。对于此类患者,定期的磁共振检查,影像随访非常重要。国际医疗器械展览会Medtec中国展根据在现场收集到一些关于CT成像方面的研发制造的痛点,了解到由于缺少相应的研究方法与研究结果数据支撑,金属植入物在磁共振检查中的伪影效应,可能降低影像学评价的质量,影响对于临床疗效和并发症的随访。磁共振的伪影诱导程度与患者依从性、植入物的尺寸、配置、材料、磁场强度、扫描方案、序列参数等相关。通常可通过选择不易诱发伪影的材料,或改变MRI的参数来减少伪影。目前所有植入物中,除了钛金属外,聚乳酸、镁、玻璃纤维增强复合材料(GFRC)是目前临床广泛应用的植入物材料,具有较好的疲劳强度,磁共振下不易诱导伪影,可能成为固定和重建的替代材料。

研究方法

开展了一项体外试验,研究分析不同材质、不同尺寸的接骨板在3T磁共振下的伪影诱导情况。选取的接骨板有可吸收材料(PLLA、PDLLA、MG),不可吸收材料GFRC,和钛(Ti)。在Ti接骨板组,将传统微型接骨板、不同厚度的锁定板与计算机辅助制造的锁定板进行比较。将选择的不同厂家、不同型号尺寸的接骨板包埋在琼脂凝胶中,在3T的MRI中,使用T1W和T2W序列,以头颈部标准成像方案进行扫描。并分别采用不同的伪影消除技术进行测试(层编码金属伪影校正和超短回波时间)。由两名独立的研究人员进行读片测量,取两者平均值。分别测量每种材料的接骨板在T1W和T2W序列中长宽高,与接骨板的实际尺寸进行比较,计算绝对高估值和相对高估值,相对高估值(百分比)以MR图像测量的尺寸除以接骨板实际的尺寸,来比较伪影程度。

研究结果和结论

01
磁共振扫描序列、材料及接骨板尺寸对伪影的影响
(1)所有接骨板的绝对高估值和相对高估值,在T2W序列均显著高于T1W (p<0.01)。
(2)钛接骨板与可吸收材料接骨板(聚乳酸和镁)相比,绝对高估值和相对高估值均更高。 (3)比较各种不同的钛接骨板发现其绝对高估值与接骨板的厚度显著相关(p<0.001,cor=0.579),但与接骨板长度和高度无关。

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02
不同伪影减少技术效果
(1)超短回波时间(UTE)
使用UTE显著降低伪影:与UTE_长TE扫描相比(27.11±17.84),使用UTE时,植入物尺寸高估绝对值(23.15±18.34)显著降低(p<0.001);使用UTE序列,对本研究中所有金属接骨板(Ti和MG)的伪影均有显著减少,对Ti接骨板和MG接骨板的伪影减少相当。
植入物尺寸影响UTE伪影减少程度:比较不同接骨板,TIT 1.0(TI)的伪影减少绝对量最低,平均值为1.64±0.98mm,TIT 2.8(TI)的伪影减少绝对量最高,为6.67±5.93mm。尺寸越大的接骨板伪影减少越多。
植入物定位影响伪影减少程度:通过UTE测量的高度(7.19±3.95mm)的伪影减少的平均绝对值显著高于(p<0.05)植入物长度(2.20±0.81 mm)和厚度(2.48±1.15mm)。本研究中,接骨板的高度是位于MRI扫描的Z轴,这与已知的植入物定位会影响伪影程度一致。

(2)层编码金属伪影校正(SEMAC)
使用SEMAC显著降低伪影:使用SEMAC(22.587±17.35726)时,植入物尺寸高估绝对总量比不使用(28.286±19.46587)显著降低(p<0.001)。
植入物尺寸影响SEMAC伪影减少程度:使用SEMAC时,TIT 1.0 (TI)的伪影减少绝对量最低(1.22±0.73mm),其次是MG(3.67±2.71),而伪影减少绝对量的平均值最高的是TIT 2.8(TI)(8.62±5.93mm)。
不同方向的伪影减少程度是不均匀:使用SEMAC测量,对植入物长度平均伪影绝对值(7.10±4.10mm),显著(p<0.05)高于高度(5.07±3.69 mm)和厚度(4.92±4.73mm)。与UTE相比,SEMAC对于植入物长度和厚度的伪影减少更优(p<0.05)。

下图是本研究中选择的各种接骨板,及其在各个MRI序列中的图像。


SEMAC,层编码金属伪影校正;UTE,超短回波时间

通过本研究的结果,发现通过使用伪影更少的替代材料(包括MG、聚乳酸和GFRC)植入物,可以满足临床获得高质量的影像学图像的需求;如必须使用Ti金属植入物时,也可以通过适当尺寸、厚度和高度的植入物,可能有助于提高MRI的图像质量。此外,两种伪影减少技术均能显著减少在Ti接骨板的伪影程度,伪影减少绝对值随植入物尺寸增加而增加。

国际医疗器械展览会Medtec中国展根据以上的所有数据以及结果,意识到SEMAC和UTE在减少MRI中Ti诱导金属伪影方面可能发挥一定的作用,本研究的结果与之前的研究一致。但目前仍缺少UTE和SEMAC应用于头颈部肿瘤诊断的特异性和敏感性的临床证据,需要在未来的研究中进一步验证。

来源:MedRobot