Abstract
Introduction: Magnetic resonance imaging (MRI) of soft tissues after total hip arthroplasty is
of clinical interest for the diagnosis of various pathologies that are usually invisible
with other imaging modalities. As a result, considerable effort has been put into
the development of metal artifact reduction MRI strategies, such as slice encoding
for metal artifact correction (SEMAC). Generally, the degree of metal artifact reduction
with SEMAC directly relates to the overall time spent for acquisition, but there is
no specific consensus about the most efficient sequence setup depending on the implant
material. The aim of this article is to suggest material-tailored SEMAC protocol settings.
Materials and Methods: Five of the most common total hip prostheses (1. Revision prosthesis (S-Rom), 2.
Titanium alloy, 3. Müller type (CoNiCRMo alloy), 4. Old Charnley prosthesis (Exeter/Stryker),
5. MS-30 stem (stainless-steel)) were scanned on a 1.5 T MRI clinical scanner with
a SEMAC sequence with a range of artifact-resolving slice encoding steps (SES: 2 – 23)
along the slice direction (yielding a total variable scan time ranging from 1 to 10 min).
The reduction of the artifact volume in comparison with maximal artifact suppression
was evaluated both quantitatively and qualitatively in order to establish a recommended
number of steps for each case.
Results: The number of SES that reduced the artifact volume below approximately 300 mm3 ranged from 3 to 13, depending on the material. Our results showed that although
3 SES steps can be sufficient for artifact reduction for titanium prostheses, at least
11 SES should be used for prostheses made of materials such as certain alloys of stainless
steel.
Conclusion: Tailoring SES to the implant material and to the desired degree of metal artifact
reduction represents a simple tool for workflow optimization of SEMAC imaging near
total hip arthroplasty in a clinical setting.
Key Points:
• Five of the most common total hip prostheses have been investigated in vitro.
• Tailored SEMAC protocols – in terms of scan duration – have been determined.
• Tailoring was similar for T1-weighted and inversion recovery SEMAC MRI.
• The suggested prosthesis-related SEMAC adaptation shortens clinical scan times.
Citation Format:
• Deligianni X, Bieri O, Elke R et al. Optimization of Scan Time in MRI for Total
Hip Prostheses: SEMAC Tailoring for Prosthetic Implants Containing Different Types
of Metals. Fortschr Röntgenstr 2015; 187: 1116 – 1122
Zusammenfassung
Einführung: Die Magnetresonanztomografie (MRT) der periprothetischen Weichteile nach Hüftendoprothetik
ist von grosser klinischer Relevanz für die Diagnose verschiedenster Erkrankungen,
die mit anderen bildgebenden Verfahren nicht darstellbar sind. Aus diesem Grund wird
viel Forschungsarbeit in die Entwicklung von MRT-Techniken zur Reduzierung von Metallartefakten
investiert. Ein Beispiel hierfür ist SEMAC – eine Methode, die mittels Schichtkodierung
dazu beiträgt, metallinduzierte Artefakte abzuschwächen. Grundsätzlich korreliert
die Stärke der Artefaktverringerung bei der Anwendung von SEMAC direkt mit der Messzeit.
Es ist jedoch bis anhin unklar, wie die Parameter der MRT-Sequenz abhängig vom Material
des Implantats am effizientesten eingestellt werden sollten. Das Ziel dieser Arbeit
ist es, SEMAC MRT-Protokolle zu optimieren, sodass sie auf die jeweiligen Implantatmaterialien
zugeschnitten sind.
Material und Methoden: Fünf der am häufigsten verwendeten Hüftprothesen (1. Revisionsprothese (S-Rom), 2.
Titanium-Legierung, 3. Müller-Typ (CoNiCrMo-Legierung), 4. Old Charnley-Prothese (Exeter
/ Stryker), 5. MS-30-Schaft (Edelstahl) wurden in einem 1,5 Tesla MRT-Scanner mit
einer klinischen SEMAC-Sequenz und unterschiedlicher Anzahl an Schichtkodierungsschritten
(SES) gemessen (2 – 23 Schritte). Die Verkleinerung der von Artefakten betroffenen
Fläche im Vergleich zur maximalen Artefaktunterdrückung wurde quantitativ und qualitativ
ausgewertet mit dem Ziel, für jede der fünf gemessenen Prothesen eine optimale Anzahl
an Schichtkodierungsschritten zu finden. Die resultierende Scanzeit variierte von
1 bis 10 min.
Ergebnisse: Die Anzahl der SES, die das Artefaktvolumen auf unter 300 mm3 reduzierte, reichte von 3 bis 13 abhängig vom Implantatmaterial. Die Ergebnisse zeigten,
dass für Titanprothesen bereits 3 SES ausreichen können, um Metallartefakte effektiv
zu reduzieren, während für Prothesen aus anderen Materialien wie Legierungen aus rostfreiem
Stahl mindestens 11 SES verwendet werden sollten.
Schlussfolgerung: Das Abstimmen der SES auf das verwendete Implantatmaterial und auf den gewünschten
Grad an Artefaktunterdrückung ist ein einfaches Mittel, um die klinische SEMAC-Bildgebung
bei Vorliegen einer Totalendoprothese des Hüftgelenks zu optimieren.
Kernaussagen:
• In vitro-Untersuchung der fünf gebräuchlichsten Totalendoprothesen für das Hüftgelenk.
• Bestimmung optimaler SEMAC-Protokolle hinsichtlich der Messzeit.
• Die Optimierungen der T1-gewichteten und der „Inversion Recovery“ SEMAC MRT-Protokolle
waren vergleichbar.
• Die vorgeschlagene Anpassung der SEMAC-Protokolle abhängig von den verwendeten Prothesen
führt zu kürzeren klinischen Messzeiten.
Key words
prostheses - imaging sequences - femur
