Download PDF
Radiologie up2date 2016; 16(02): 127-144
DOI: 10.1055/s-0042-105421
Muskuloskelettale Erkrankungen
© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Reduktion von Metallartefakten in der muskuloskelettalen Bildgebung

Reduction of metal artefacts in musculoskeletal imaging
R. Sutter
,
T. Dietrich
Further Information

Publication History

Publication Date:
14 June 2016 (online)

Also available at
   Permissions and Reprints All articles of this category

Zusammenfassung

Gelenkprothesen und andere orthopädische Implantate werden bei vielen Patienten mit muskuloskelettalen Erkrankungen eingesetzt. Während diese Operationen häufig ein gutes klinisches Ergebnis zeigen, sind im Verlauf bei vielen Patienten radiologische Untersuchungen notwendig. Orthopädische Implantate führen jedoch in der MRT und der CT zu starken Metallartefakten. Dieser Artikel stellt mehrere grundlegende Methoden sowie fortgeschrittene Techniken zur Reduktion dieser Artefakte für MRT und CT vor, um eine diagnostische Untersuchung bei Patienten mit Metallimplantaten zu ermöglichen. MRT und CT werden so zu wichtigen und zuverlässigen Modalitäten, um Patienten mit Gelenkprothesen und orthopädischen Implantaten zu untersuchen.

Abstract

Joint replacement and other orthopaedic implants are utilized in many patients with musculoskeletal disorders. While these operations commonly show a good clinical result, a substantial number of patients need to undergo postoperative imaging during follow-up. The presence of orthopaedic implants induces severe metal artefacts at MRI and CT. We review several basic methods and advanced techniques for reducing metal artefacts at MRI and CT in order to enable a diagnostic examination in patients with metal implants. With the use of these techniques, MRI and CT are important and reliable modalities to examine patients with joint replacement and orthopaedic implants.

Kernaussagen

  • Der menschliche Körper besteht aus einer Vielzahl von Gewebearten, die eine unterschiedliche Magnetisierbarkeit, die sog. magnetische Suszeptibilität aufweisen. Am stärksten verändert wird das Magnetfeld dabei durch ferromagnetische Substanzen.

  • Grundtypen von Metallartefakten in der MRT sind Dephasierung mit Verlust oder Akkumulation von Bildsignal, geometrische Distorsion sowie ungenügende Fettunterdrückung.

  • MRT-Metallartefakte können aus der Bildebene selbst stammen (In-Plane-Artefakte) oder aus den benachbarten Bildebenen (Through-Plane-Artefakte).

  • Da ein direkter Zusammenhang zwischen Feldstärke und Artefaktgröße besteht, ist für die MRT-Metallbildgebung eine magnetische Flussdichte von 1,5 T gegenüber 3 T klar im Vorteil.

  • Einfache Methoden zur MRT-Artefaktkorrektur sind die Erhöhung der Empfängerbandbreite, die Wahl einer kleinen Schichtdicke und Voxelgröße sowie der Einsatz von Turbo-Spin-Echo-Sequenzen.

  • Die STIR-Sequenz erlaubt eine deutlich homogenere Fettunterdrückung in der MRT als die spektrale Fettsaturierung, insbesondere wenn ein optimierter Inversionspuls zur Anwendung kommt.

  • Fortgeschrittene Methoden zur MRT-Artefaktkorrektur sind die Dixon-Technik, das View-Angle-Tilting sowie die ebenenübergreifende Artefaktkorrektur (SEMAC, MAVRIC).

  • Die 2 hauptsächlichen Verursacher von CT-Metallartefakten sind die Absorption der Röntgenphotonen sowie Aufhärtungsartefakte.

  • Konservative Techniken zur Reduktion von CT-Metallartefakten sind die Erhöhung der Röntgenröhrenspannung wie auch des Röntgenröhrenstroms, was allerdings mit einer erhöhten Strahlendosis einhergeht.

  • Eine dünnere Kollimation sowie eine anschließende Rekonstruktion dickerer Bildschnitte reduziert CT-Metallartefakte.

  • Die projektionsbasierte Artefaktkorrektur (MAR/O-MAR/i-MAR/SEMAR) ermöglicht eine deutliche Reduktion der Metallartefakte in den Weichteilen. Diese Methoden führen jedoch regelmäßig zu Pseudoosteolysen in direkter Nachbarschaft zum Metallimplantat, was eine diagnostische Beurteilung des Knochens stark einschränkt.

  • Die spektrale CT-Bildgebung mit virtueller monochromatischer Röntgenstrahlung erlaubt, Aufhärtungsartefakte zu vermeiden.

Keywords

Metal artefacts - joint replacement - implants - musculoskeletal imaging - MRI - CT
 

  • Literatur

  • 1 Beswick AD, Wylde V, Gooberman-Hill R et al. What proportion of patients report long-term pain after total hip or knee replacement for osteoarthritis? A systematic review of prospective studies in unselected patients. BMJ open 2012; 2: e000435
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 2 Miller TT. Imaging of joint replacements. Seminars in musculoskeletal radiology 2015; 19: 1-2
    Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
  • 3 Hargreaves BA, Worters PW, Pauly KB et al. Metal-induced artifacts in MRI. AJR 2011; 197: 547-555
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 4 Liebl H, Heilmeier U, Lee S et al. In vitro assessment of knee MRI in the presence of metal implants comparing MAVRIC-SL and conventional fast spin echo sequences at 1.5 and 3 T field strength. J Magn Reson Imaging 2014;
    PubMedGoogle Scholar
  • 5 Ulbrich EJ, Sutter R, Aguiar RF et al. STIR sequence with increased receiver bandwidth of the inversion pulse for reduction of metallic artifacts. AJR Am J Roentgenol 2012; 199: W735-742
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 6 Rampton JW, Young PM, Fidler JL et al. Putting the fat and water protons to work for you: a demonstration through clinical cases of how fat-water separation techniques can benefit your body MRI practice. AJR Am J Roentgenol 2013; 201: 1303-1308
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 7 Sutter R, Ulbrich EJ, Jellus V et al. Reduction of Metal Artifacts in Patients with Total Hip Arthroplasty with Slice-encoding Metal Artifact Correction and View-Angle Tilting MR Imaging. Radiology 2012; 265: 204-214
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 8 Koch KM, Brau AC, Chen W et al. Imaging near metal with a MAVRIC-SEMAC hybrid. Magn Reson Med 2011; 65: 71-82
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 9 Sutter R, Stoel BC, Buck FM et al. Internal Derangements of Joints-Past, Present, and Future. Invest Radiol 2015; 50: 601-614
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 10 Worters PW, Sung K, Stevens KJ et al. Compressed-sensing multispectral imaging of the postoperative spine. J Magn Reson Imaging 2013; 37: 243-248
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 11 Bachschmidt TJ, Sutter R, Jakob PM et al. Knee implant imaging at 3 Tesla using high-bandwidth radiofrequency pulses. J Magn Reson Imaging 2015; 41: 1570-1580
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 12 den Harder JC, van Yperen GH, Blume UA et al. Off-resonance suppression for multispectral MR imaging near metallic implants. Magn Reson Med 2015; 73: 233-243
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 13 Lee MJ, Kim S, Lee SA et al. Overcoming artifacts from metallic orthopedic implants at high-field-strength MR imaging and multi-detector CT. Radiographics 2007; 27: 791-803
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 14 Pessis E, Campagna R, Sverzut JM et al. Virtual monochromatic spectral imaging with fast kilovoltage switching: reduction of metal artifacts at CT. Radiographics 2013; 33: 573-583
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 15 Link TM, Berning W, Scherf S et al. CT of metal implants: reduction of artifacts using an extended CT scale technique. J Comput Assist Tomogr 2000; 24: 165-172
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 16 Gondim Teixeira PA, Meyer JB, Baumann C et al. Total hip prosthesis CT with single-energy projection-based metallic artifact reduction: impact on the visualization of specific periprosthetic soft tissue structures. Skeletal Radiol 2014; 43: 1237-1246
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 17 Huang JY, Kerns JR, Nute JL et al. An evaluation of three commercially available metal artifact reduction methods for CT imaging. Phys Med Biol 2015; 60: 1047-1067
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 18 Guggenberger R, Winklhofer S, Osterhoff G et al. Metallic artefact reduction with monoenergetic dual-energy CT: systematic ex vivo evaluation of posterior spinal fusion implants from various vendors and different spine levels. Eur Radiol 2012; 22: 2357-2364
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 19 Han SC, Chung YE, Lee YH et al. Metal artifact reduction software used with abdominopelvic dual-energy CT of patients with metal hip prostheses: assessment of image quality and clinical feasibility. AJR Am J Roentgenol 2014; 203: 788-795
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 20 Bamberg F, Dierks A, Nikolaou K et al. Metal artifact reduction by dual energy computed tomography using monoenergetic extrapolation. Eur Radiol 2011; 21: 1424-1429
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 21 Mangold S, Gatidis S, Luz O et al. Single-source dual-energy computed tomography: use of monoenergetic extrapolation for a reduction of metal artifacts. Invest Radiol 2014; 49: 788-793
    CrossrefPubMedGoogle Scholar