Диагностика металлических артефактов на КТ, МРТ изображениях позвоночника
а) Терминология:
1. Синонимы:
• КТ: эффект увеличения жесткости излучения или эффект размытия изображения
• МРТ: артефакт магнитной восприимчивости
2. Определения:
• Снижение качества изображений, связанное с наличием в зоне исследования металлических протезов/имплантов
• Магнитная восприимчивость:
о Частичное намагничивание материала в условиях наведенного внешнего магнитного поля
о В области металлов, не обладающих ферромагнитными свойствами, изменение магнитного поля сканера приводит к появлению местных электрических токов
о Наличие в поле исследования тканей с различной магнитной восприимчивостью в условиях однородного магнитного поля ведет к:
- Искажению магнитного поля и, как следствие, к искажению получаемых изображений
- Появлению артефактов магнитной восприимчивости, состоящих из двух дополнительных компонентов:
Геометрические искажения + потеря сигнала в результате смещения фазы
б) Визуализация:
1. Общие характеристики:
• КТ: артефакты от металлических объектов, связанные с особенностями алгоритма реконструкции изображений (фильтра):
о Силы тока рентгеновской трубки (в мА)
о Пиковое напряжение на трубке и питч
о Состав металла, форма и положение объекта
о Полихроматическая природа рентгеновских лучей, излучаемых рентгеновской трубкой, в сочетании с элиминацией низкоэнергетических фотонов ведет к появлению артефактов усиления жесткости излучения:
- Это темные полосы в областях, содержащих плотные объекты, к которым относятся, например, кости
- Эффекты частичного объема или «недолет» фотонов в результате ослабления их энергии при прохождении через плотные (металлические) объекты в зоне исследования → артефакты размытия:
Мелкие → в виде теней, крупные → вид грубых полос и темных участков, где изображение отсутствует
Являются результатом ослабления рентгеновского излучения при прохождении его через металлические конструкции, хирургические скобки и клипсы, депозиты кальция
о Металлические объекты вызывают выраженное ослабление излучения, в результате которого изображение в некоторых областях полностью утрачиваются
о Отсутствие части данных или пустые проекции приводят к появлению на конечных изображениях классической картины «сияющей звезды» или полосовидных артефактов
о Материалы с низкими коэффициентами ослабления рентгеновского излучения характеризуются менее выраженными артефактными искажениями изображений:
- Пластик (наименьший коэффициент) < титан < тантал < нержавеющая сталь < кобальт-хромовый сплав (наибольший коэффициент)
о Состав металла, его объем, положение — наиболее важные факторы, определяющие выраженность наблюдаемых на КТ-изображениях артефактов
• При выборе того или иного металла всегда следует отдавать предпочтение некоему компромиссному варианту:
о Титановая проволока позволяет максимально снизить число артефактов на КТ-изображениях (по сравнению с кобальт-хромом или сталью), однако она в то же время обладает и наименьшей прочностью
о Титановые винты и кейджи по сравнению с танталовыми также характеризуются менее выраженными артефактами, однако если принять во внимание вопросы биосовместимости, то тантал может оказаться предпочтительней
• Выраженность металлических артефактов можно снизить путем увеличения пиковых значений напряжения на рентгеновской трубке (кВ), разряда трубки (мА*с), узкой коллимации лучей и создания тонких срезов:
о Увеличение напряжения всегда ведет к увеличению лучевой нагрузки на пациента, что необходимо учитывать при выполнении исследования у детей, лиц молодого возраста, а также у пациентов, подвергавшихся в течение короткого времени многим исследованиям
о Артефакты конусности лучевого пучка, вызванные особенностями геометрии мультиканальных КТ-сканеров можно снизить за счет более узкой коллимации лучевого пучка и уменьшения питча
• Способы ослабления выраженности артефактов, связанных с металлоконструкциями:
о Более толстые срезы, изменение алгоритмов реконструкции и расширение шкалы КТ-чисел (Хаунсфилда)
• МРТ: вопросы безопасности:
о Наличие в теле пациента импланта из нержавеющей стали не несет никакой опасности, однако следует понимать, что такие импланты становятся источниками грубых артефактов, которые могут сделать получаемые изображения неинформативными (особенно это касается изделий из стали с низким содержанием никеля)
о Титан и тантал являются источниками примерно одинаковых артефактов, которые в значительно меньшей по сравнению с нержавеющей сталью степени влияют на качество изображений
• Стандартные методы снижения выраженности МР-артефактов:
о Быстрые спин-эхо (SE) последовательности лучше, чем стандартные, которые в свою очередь лучше, чем градиентные
о Расширение области сканирования о Расширение передающих частотных полос:
- Увеличение специфических уровней абсорбции
о Расширение принимающих частотных полос:
- Снижение отношения сигнал/шум (SNR)
о Уменьшение размеров вокселя
о Ориентация направления кодирования частоты вдоль длинной оси металлоконструкции (так, чтобы артефакт проецировался на саму конструкцию)
о Низкая напряженность магнитного поля
о STIR-последовательности являются альтернативным методом подавления жировой ткани, который в меньшей степени зависит от однородности основного магнитного поля
• Локализация артефактов:
о Артефакты от межтеловых кейджей, вентральных пластин + винтов, других металлических конструкций локализуются в области межпозвонковых дисков
о Артефакты от педикулярных винтов проецируются в области корней дуг позвонков
о Артефакты от задних стабилизирующих стержней, межостистых проволочных фиксаторов располагаются в области задних элементов позвонков
• Размеры:
о Вариабельны
• Морфология:
о Центральная зона низкого сигнала, нечеткие границы, пространственные искажения сигнала, неровная периферическая зона усиления сигнала
2. Рентгенологические данные:
• Рентгенография:
о Позволяет оценить положение металлоконструкций
3. КТ при металлических артефактах:
• Бесконтрастная КТ:
о Отсутствие части данных вследствие поглощения лучей металлическими имплантами приводят к появлению на конечных изображениях классической картины «сияющей звезды» или полосовидных артефактов
4. MPT при металлических артефактах позвоночника:
• Т1-ВИ:
о Ограниченная центральная зона отсутствия сигнала, окруженная по периферии «гало» из усиленного сигнала, появление которого связано с пространственными искажениями сигнала
• Т2-ВИ:
о Ограниченная центральная зона отсутствия сигнала, окруженная по периферии «гало» из усиленного сигнала, появление которого связано с пространственными искажениями сигнала
о Выраженность артефактов уменьшается при использовании режимов FSE
• T2*GRE:
о Режимы градиентного эхо в условиях металлоконструкций характеризуются появлением артефактов с размытием изображений, выраженность которых усиливается при увеличении времени эхо
5. Несосудистые интервенционные рентгенологические исследования:
• Миелография:
о Может применяться в случаях, когда большое количество артефактов препятствуют получению информативной МР-картины
о Исследование в условиях флюороскопии для выбора наиболее информативных (в условиях экранирования части структур металлоконструкциями) проекций
6. Рекомендации по визуализации:
• Наиболее оптимальный метод диагностики:
о Наиболее оптимальные режимы МР-исследования: FSE > стандартный SE > GRE
• Протокол исследования:
о КТ: тонкосрезовая спиральная КТ позволяет получить более качественные изображения, чем использовавшиеся ранее КТ-сканеры (с дискретным формированием каждого среза)
о МРТ: оптимальные режимы исследования не должны включать градиентное эхо:
- Предпочтительными являются режимы FSE
- В оптимальном режиме FSE промежутки между эхо должны оставаться короткими (длина эхо-трейна при этом не имеет большого значения)
- Эффективны режимы одноимпульсного FSE с использованием только половины данных пространства Фурье (HASTE)
- Не следует прибегать к гибридным режимам исследования, включающим GRE и SE-компоненты
- Частоты, используемые для селективного насыщения жировой ткани, в условиях металлоконструкций обеспечивают очень низкое качество изображений
- Ориентация направления кодирования частоты вдоль длинной оси педикулярного винта позволяет снизить выраженность артефактов (за исключением области за верхушкой винта)
(Слева) MPT: артефакт от протеза шейного межпозвонкового диска. Эффекты искажения изображений в наибольшей степени выражены в направлении кодирования частот.
(Справа) На томограмме этого пациента визуализируется артефакт магнитной восприимчивости от межтелового кейджа. Факторы, влияющие на характер регистрируемых артефактов, включают состав металла (металлы, не обладающие ферромагнитными свойствами, являются источником менее выраженных артефактов), размеры импланта (артефакты от более крупных имплантов могут в большей степени экранировать окружающие структуры) и ориентация металлического объекта относительно направления внешнего магнитного поля.
1. Костная ткань/остеофиты:
• Низкая интенсивность сигнала и четкие границы во всех режимах исследования: жировой костный мозг может характеризоваться высокой интенсивностью Т1-сигнала
2. Газ:
• Отсутствие протонов → отсутствие сигнала
• Пузырьки газа в эпидуральном или субарахноидальном пространстве ятрогенного происхождения
• Феномен вакуума при дегенеративных изменениях межпозвонковых дисков
3. Гематома:
• Низкая интенсивность Т2-сигнала, связанная с накоплением дезоксигемоглобина
4. Грыжа диска:
• Дегидратация или кальцификация диска, приводящие к снижению интенсивности сигнала
• Пузырьки газа вследствие феномена вакуума в области смежных участков диска
(Слева) МРТ после корпорэктомии С5 с пластикой опорным костным трансплантатом из малоберцовой кости: нет артефактов магнитной восприимчивости. Винты в телах смежных позвонков несколько искажены. Размеры артефактов увеличиваются пропорционально увеличению угла между длинной осью винта и направлением основного магнитного поля.
(Справа) МРТ после подзатылочной краниэктомии и окципитоспондилодеза с фиксацией пластиной Выраженность артефактов можно уменьшить за счет уменьшения области сканирования, использования матриц высокого разрешения, уменьшения толщины среза и высокой мощности градиента.
г) Патология. Общие характеристики:
• Этиология:
о При передних дискэктомиях шейного отдела позвоночника достаточное для появления артефактов количество частичек металла может появляться в зоне контакта с костью металлических сверел или аспирационных катетеров:
о Источниками артефактов магнитной восприимчивости после дискэктомий и спондилодезов на шейном уровне могут быть микроскопические частички никеля, меди и цинка
д) Клинические особенности:
1. Клиническая картина:
• Наиболее распространенные симптомы/признаки:
о Обычно бессимптомное течение, обычные послеоперационные изменения
2. Демография:
• Возраст:
о Любой
• Пол:
о Половая предрасположенность отсутствует
• Эпидемиология:
о В 5% случаев дискэктомий на уровне шейного отдела позвоночника металлические артефакты, наблюдаемые при лучевых методах исследования, ограничивают визуализацию дурального мешка на этом уровне
(Слева) Артефакт магнитной восприимчивости при исследовании в режиме SE/FSE (потеря и искажение сигнала) проецируется вдоль направления кодирования частот.
(Справа) С целью минимизации выраженности артефактов направление кодирования частот следует ориентировать вдоль длинной оси металлоконструкций (так, чтобы артефакт проецировался на эти металлоконструкции). При наличии в поле исследования педикулярных винтов направление кодирования частот должно быть ориентировано спереди назад. Расширение частотной полосы приемника, максимальное увеличение длины эхо-трейна, уменьшение толщины срезов и времени эхо также позволяют уменьшить выраженность артефактов магнитной восприимчивости.
е) Диагностическая памятка:
1. Следует учесть:
• После передней дискэктомии/спондилодеза на уровне шейного отдела позвоночника в зоне костного блока всегда обнаруживается небольшое число металлических артефактов:
о Они являются результатом контакта металлических инструментов с костной тканью
• Размеры МР-артефактов от педикулярных винтов коррелируют с уменьшением соотношения между размерами области сканирования и числа пикселей в направлении кодирования частот
2. Советы по интерпретации изображений:
• Минимизировать выраженность артефактов от педикулярных винтов позволяет ориентирование градиента кодирования частот параллельно длинной оси винта и использование режимов FSE
• При наличии в области исследования металлоконструкций достаточно выполнять срезы толщиной 3-4 мм, более тонкие срезы могут быть менее информативны вследствие большей выраженности артефактов
ж) Список использованной литературы:
1. Hakky М et al.: Application of basic physics principles to clinical neuroradiology: differentiating artifacts from true pathology on MRI. AJR Am J Roentgenol. 201 (2):369-77, 2013
2. Stradiotti P et al: Metal-related artifacts in instrumented spine. Techniques for reducing artifacts in CT and MRI: state of the art. Eur Spine J. 18 Suppl 1:102-8, 2009
3. Lee MJ et al: Overcoming artifacts from metallic orthopedic implants at high-field-strength MR imaging and multi-detector CT. Radiographics. 27(3):791 -803,2007
4. Buckwalter KA et al: Multichannel CT Imaging of Orthopedic Hardware and Implants. Semin Musculoskelet Radiol. 10(1):86-97, 2006
5. Chang SD et al: MRI of spinal hardware: comparison of conventional T1-weighted sequence with a new metal artifact reduction sequence. Skeletal Radiol. 30(4):213-8, 2001
6. Viano AM et al: Improved MR imaging for patients with metallic implants. Magn Reson Imaging. 18(3):287-95, 2000
7. Henk CB et al: The postoperative spine. Top Magn Reson Imaging. 10(4):247-64, 1999
8. Rudisch A et al: Metallic artifacts in magnetic resonance imaging of patients with spinal fusion. A comparison of implant materials and imaging sequences. Spine. 23(6):692-9, 1998
9. Suh JS et al: Minimizing artifacts caused by metallic implants at MR imaging: experimental and clinical studies. AJR Am J Roentgenol. 171 (5): 1207-13,1998
10. Taber KH et al: Pitfalls and artifacts encountered in clinical MR imaging of the spine. Radiographics. 18(6): 1499-521, 1998
