Artefakte und Ferromagnetismus von Metallegierungen in der Kernspintomographie

Zusammenfassung

Verursachen verschiedene, in der Orthopädie gebräuchliche, Metallegierungen messbar unterschiedliche Artefakte (Störsignale) in der Kernspintomographie? Gibt es artefaktreduzierende Sequenzen? Wird durch das Hochfrequenzmagnetfeld eine messbare Anziehungskraft auf die einzelnen Legierungen ausgeübt?

Untersucht wurden 12 Metallegierungen (Allergieplättchen) von 3 Herstellern. Je 6 Plättchen wurden in einem Kunststoffbehälter in Ultraschallgel eingebettet. Zunächst wurde 2-mal eine sensible Standard-T1-Gradientenechosequenz (TE=4,1 ms; TR=9,4) koronar durchgeführt (Matrix 128/256). Die größte erzeugte Artefaktfläche inklusive der Plättchenfläche wurde auf einer “Philips Easy Vision Workstation” berechnet. Alle Plättchen wurden 10-mal vermessen und die durchschnittliche Artefaktfläche ermittelt. Danach wurden mit dem gleichen Versuchsaufbau 8 unterschiedliche Sequenzen im MRT gefahren und vermessen, exemplarisch wurden die Ergebnisse für Stahl dargestellt. In einer 3. Untersuchung wurde jedes einzelne Plättchen in einem zweidimensionalen Koordinatensystem positioniert und dem Hochfrequenzmagnetfeld ausgesetzt um eine Positionsabweichung der Plättchen zu ermitteln.

Unterschiedliche Titanlegierungen verursachten in der T1-Standardsequenz unterschiedliche durchschnittliche Artefaktflächen von 245 mm² (Ti6Al4V) bis 349 mm² (Ti5Al2,5Fe). Die Artefaktflächen bei den Chrom-Kobald-Legierungen maßen zwischen 600 und 651 mm². Die größten, durch Eisenlegierungen verursachten Störflächen lagen zwischen 902 mm² (316L oder Fe18Cr10NiMo) und 950 mm² (Fe22Cr10Ni4Mn2MoNb).

Die Größe der Artefaktflächen (Ausdehnung) in den unterschiedlichen Sequenzen lag bei Edelstahl (Fe18Cr10NiMo) zwischen 411 mm² (T1TSE) und 2027 mm² (EPI/3D/SPIR). Es entstanden unterschiedliche Störbilder. Keines der Metallplättchen veränderte in dem Magnetfeld seine Position.

Die Größe der Artefaktflächen in der MRT hängt von der Zusammensetzung der Metallegierung ab und ist von der gewählten Sequenz abhängig. Bei Turbospinechosequenzen treten die geringsten Störungen durch Artefakte auf. Die magnetische Anziehungskraft des Hochfrequenzfelds im MRT auf die Metallegierungen, die untersucht wurden, kann vernachlässigt werden. Für Patienten besteht bei den untersuchten Legierungen/Implantate anscheinend keine Lockerungsgefahr.

Abstract

The authors evaluated the significance of different metal alloys used in orthopaedic surgery in producing artefacts during magnetic resonance imaging. Several MRI sequences were tested and magnetic effects evaluated.

Twelve discs made of different metal alloys from three manufacturers were examined. These discs were placed in a plastic box with a defined position in ultrasound gel. Then a sensitive, standard T1 weighted gradient echo sequence (TE: 4.1 ms; TR 9.4) was carried out in a coronal plane (Matrix 128/256). A Phillips Easy Vision workstation was used for image analysis. The largest area of artefact formation, including the surface size of the disc, was calculated using a special software program. In order to minimise the measurement error all discs were measured 10 times and the average value was determined. Then eight different sequences were run and measured in the same way. In a second series, all discs were placed separately on metric paper and subjected to the magnetic field of the MRI in order to detect possible motion secondary to the magnetic field applied.

The different titanium alloys showed average distortion areas of from 245 mm² (Ti6Al4V) to 349 mm² (Ti5Al2.5Fe). Cobalt chrome alloys yielded differences of between 600 mm² and 651 mm² and iron alloys of between 902 mm² (316L or Fe18Cr10NiMo) and 950 mm² (Fe22Cr10Ni4Mn2MoNb) on average for the standard T1 weighted gradient echo.

The artefact areas were dependent on the different sequences performed. For steel, (Fe18Cr10NiMo) areas of from 411 mm² (T1TSE) to 2027 mm² (EPI/3D/SPIR) were measured. All sequences studied produced different artefact pictures. None of the materials tested showed changes in position secondary to ferromagnetism.

The size of signal distortion by MRI depends on the alloy making up the implanted material and the sequences used. The smallest artefacts occurred with the turbo-spin-echo sequences (TSE).

The alloys tested in our study seem to carry no risk for patients of ferromagnetically induced secondary loosening caused by MRI scanning.