3特斯拉新金属组织标记物的MRI问题评估

摘要

目的．评估3特斯拉用于定位组织异常切除区域的金属组织标记物的MRI问题。材料和方法．一种新设计的金属组织标记物(Achieve marker, CareFusion, Vernon Hills, IL)用于标记活检部位，特别是在乳房，评估了MRI问题，包括确定磁场相互作用(即平移吸引力和扭矩)的标准化测试，MRI相关的加热，以及3特斯拉的人工产物。使用充满盐水的胶凝体来测定标记物的温度变化。MRI的比吸收率较高(全身平均SAR, 2.9-W/kg)。采用t1加权、自旋回波和梯度回波脉冲序列评估MRI伪影。结果．该标记显示最小的磁场相互作用(2度偏转角度和无扭矩)。mri相关的加热仅比背景加热(即没有组织标记存在的加热)高0.1°C。被视为局部信号丢失的伪影相对于标记的大小和形状来说是相对较小的。结论．根据研究结果，对于接受3特斯拉或更低剂量MRI检查的患者，新的金属组织标记物是可接受的，或“有条件磁共振成像”(使用当前的标记术语)。

1.介绍

随着磁共振成像(MRI)越来越多地用于描述异常组织，特别是乳腺病变，对“可见”且相对无害的组织标记物的需求也随之增加。组织标记通常与活检程序联合使用，以标记软组织中的位置，为将来的外科手术。例如，标记物可以用来定位肿瘤，并允许监测病变的生长或复发[1- - - - - -3.]．具体来说，乳腺活检组织标记物通常用于后续肿瘤切除时的肿瘤定位[2，3.]．

对于由金属制成的组织标记物，在使用这些植入物的患者中执行MRI程序可能存在相关问题，特别是使用高场强(即3特斯拉)磁共振系统[4，5]．因此，这项研究的目的是评估一种新开发的金属组织标记物，使用标准化测试技术来表征磁场相互作用、核磁共振相关的加热和3特斯拉的人工制品。当存在金属植入物时，这些测试程序对于确保MRI设置中的患者安全至关重要[4，5]．

2.材料和方法

2．1．组织标志

一种新开发的金属组织标记(Achieve marker, 3毫米长;伊利诺斯州弗农希尔斯CareFusion公司12口径，99.9%黄金材质)(图1)，用于评估3特斯拉的MRI问题。该标记物的特征包括，它与获得的活检组织的大小相同，并且具有一种特殊设计的结构(即不规则的表面，允许周围组织生长)，一旦它被部署到组织中，就可以防止迁移。标记物由一个近似于活检设备大小的输送设备提供(Achieve biopsy device, CareFusion, Vernon Hills, IL)，因此允许精确放置。

2．2．磁场的相互作用

2.2.1。平移的吸引力

如前所述，使用偏转角度方法确定组织标记在3特斯拉处的平移吸引力[6- - - - - -13]．标记悬挂在一根20厘米长的轻型绳(小于标记重量的10%)上，这根细绳连接在一个固定在测试仪器上的量角器的0度位置[6- - - - - -13]．仪器被放置在3特斯拉MR系统(Excite, HDx, Software 14X)中。M5, General Electric Healthcare, Milwaukee, WI)位于3-T MR系统的最高“患者可及”空间梯度磁场点[6- - - - - -13]．这一点的空间梯度磁场值是用高斯计(Extech 480823电磁场和极低频计;在离轴位置，距MR系统等中心74厘米处，发现为720高斯/厘米[7- - - - - -13]．从垂直位置到最接近1度的偏斜角度测量了三次，并计算其平均值[6- - - - - -13]．

2.２.２.转矩

如前所述，使用标准化测试定性地确定了组织标记物的磁场感应扭矩[7- - - - - -10，12]．该测试包括将标记放置在一个带有毫米标记的扁平塑料网格上，相对于3特斯拉静态磁场的方向，方向为45度。然后仪器被放置在MR系统的中心，在那里力矩对金属物体的影响是已知的最大的[7- - - - - -10，12]．仔细观察标记物相对于静磁场旋转的运动情况，并重复三次，使种植体旋转360度。分别沿标记物的短轴和长轴方向计算其转矩的平均值，其刻度如下:0:无转矩;+1:扭矩轻微或低，种植体轻微移动但未与磁场对齐;+2:扭矩适中，记号笔最终对准磁场;+3:强扭矩，记号笔与磁场迅速对准;+4:扭矩非常强，植入物与磁场对齐非常迅速有力[4，11- - - - - -15]．

2．3.核磁共振相关加热的评价

2.3.1。幻影和实验设置

使用3特斯拉/128-MHz MR系统(Excite, HDx, Software 14X)评估组织标志物的mri相关加热。M5, General Electric Healthcare, Milwaukee, WI)。该标准化程序涉及使用美国测试和材料协会(ASTM)国际塑料模体，用10cm的凝胶生理盐水(即1.32 g/L NaCl加10g /L聚丙烯酸蒸馏水)填充模拟人体组织[7- - - - - -10，14]．使用该配方，凝胶盐水的室温(22℃)电导率为0.47-S/m。根据ASTM国际体模和用于评估的MRI条件的分析，组织标记物被放置在与植入物相切的最高均匀电场位置，以确保极端的加热条件[7- - - - - -10，14]．由于缺乏灌注，这种检测方法是金属植入物极端核磁共振相关加热的一个例子[7- - - - - -10，14]．

2.3.2。温度记录

使用荧光测温系统(型号3100,LumaSense Technologies, Santa Clara, CA)在组织标记上记录温度[7- - - - - -10]．荧光测温探针(型号SFF-2, LumaSense Technologies, Santa Clara, CA)被放置在标记的末端，以获得有代表性的温度记录，直到已知植入物的“末端”在核磁共振相关加热过程中温度最高[5，7- - - - - -10]．

2.3.3。核磁共振成像条件

MRI使用发射/接收射频(RF)体线圈在3特斯拉进行。选取MRI参数生成MR系统报告，全身平均比吸收率(SAR)为2.9-W/kg。相关量热计值为2.7-W/kg。选择标记位置(即MRI的中心位置或解剖区域)和切片位置来包含整个组织标记。

2.3.4。试验协议

带有组织标记物的体模被放置在3特斯拉MR系统中，并给予超过24小时的时间来平衡。实验前后测量了MR系统的室温，确认在此期间没有发生大于0.2°C的变化。然后对幻影进行15分钟的核磁共振成像。在MRI前后立即确认相对于标记物的正确荧光测温探头位置。本文报告了附着在组织标记物上的温度探头所记录的最高温度变化。

“背景”温度也被记录在凝胶盐填充的ASTM国际模体中，测量温度的荧光测温探头位置和时间间隔与测量组织标记温度(作为核磁共振相关加热评估的一部分)时使用的相同[7- - - - - -10，14]．还报告了从这一评估中获得的最高温度变化。

２.４.评估的工件

与金属组织标记物相关的文物在3特斯拉进行评估。标记物被连接到一个塑料框架上，并被放置到一个充满钆掺杂的生理盐水的塑料幻影中，这提供了一个高信号背景[6- - - - - -10]．MRI使用发射/接收射频头线圈(即增加信噪比)和以下脉冲序列:t1加权，自旋回波，重复时间，500毫秒;回声的时间,20-msec;矩阵大小，256 × 256;截面厚度,10毫米;视场，24厘米;激发数，2;带宽，16khz，梯度回波脉冲序列(GRE)，重复时间，100毫秒;回声的时间,15-msec;翻转角度30°; matrix size, 256 × 256; section thickness, 10-mm; field of view, 24-cm; number of excitations, 2; bandwidth, 16 kHz [6- - - - - -10]．成像平面的位置包括长轴和短轴的组织标记物。图像显示参数(即窗口和水平设置，放大率等)以一致的方式选择和应用，以获得工件尺寸的准确测量。使用MR系统自带的平面测量软件(精度和分辨率±10%)测量每个脉冲序列和与组织标记物相关的成像平面的最大伪影大小的横截面面积[6- - - - - -10]．值得注意的是，这种评估伪影的标准化技术已经在许多先前的研究中使用，这些研究对金属植入物伪影进行了表征，因此，提供了一种可接受的比较方法[5- - - - - -10]．

3.结果

对组织标记物的磁场相互作用评估得出的平均偏转角为度。在定性评价中，marker没有显示扭矩(即旋转对准)(即平均扭矩值，0，无扭矩)。mri相关的加热评估显示，体模中存在组织标记时，温升的最高变化为1.7°C。相比之下，背景温度评估期间记录的最高温升为1.6°C。因此，与体模中金属组织标记物存在相关的温升为0.1°C。

表中总结了组织标记物的伪影结果1．伪影表现为低信号强度的信号空洞，相对于标记物的大小和形状来说相对较小，没有明显的MR图像失真。GRE脉冲序列(图2(一个))产生的伪影比t1加权的自旋回波脉冲序列更大(图2 (b))作金属组织标记。

4.讨论

在摘取组织样本时，可在病人体内放置组织标记，作为标志，代表摘取组织的位置，供日后的外科参考[2，3.，16]．活检通常会切除整个病变;因此，插入一个标记，以便在稍后的时间很容易发现该地点，这已成为一种常见的做法[2，3.，15- - - - - -17]．

关于用于乳腺组织的标志物，2013年，预计美国将新增232340例女性浸润性乳腺癌确诊病例[18]．随着这些诊断所伴随的立体定向MRI和超声引导活检的普及，需要一种组织标志物，在使用这些模式时能够永久可见，不会移动，也不会给患者带来风险。最近，一种新的具有这些重要特征的组织标记物被开发出来，并在本研究中进行了评价。

对于任何金属植入物，都涉及使用MRI的安全方面和其他潜在问题[4，5]．在进行MRI检查之前，对患者进行筛查的标准是确定患者是否有金属植入物，如果是这样，则必须审查MRI特异性标记信息(即，通常在使用说明的为确保患者安全)，并仔细遵循。标签信息根据“MR条件”信息(即，已证明在指定MR环境中，指定使用条件下不会造成已知危害的项目)，显示给定植入物可接受的特定参数[19]．重要的是，标签中所述的条件是由在体外为评估植入物的核磁共振问题而进行的核磁共振测试[4，5，19]．

在目前的研究中,一个新开发的,金属组织标记进行了核磁共振测试使用标准化测试过程考虑到当前临床MR系统,只要3特斯拉利用评估的磁场相互作用和相对高,全身平均SAR水平在加热应用评估。而其他组织标记则接受了核磁共振成像测试[6，8，20.- - - - - -22]，据我们所知，其中几个标记的评估没有按照美国食品和药物管理局推荐的可接受的标准化测试(即遵循ASTM国际文件)[23]．因此，目前尚不清楚有这些特定组织标志物的患者使用MRI的相对风险。

4．1.磁场的相互作用

接受评估的金属组织标记物显示出2度偏转角度，在3特斯拉时没有扭矩。因此，在3特斯拉或更低的MRI环境中，该标记物的移动或移位没有相关风险。这些结果并不令人惊讶，因为用于制造这种植入物的材料(金)具有较低的磁化率值，因此，相关的磁场相互作用将较小[5，24]．

4．2．MRI-Related加热

将金属物体暴露在核磁共振成像下，在某些条件下可能会引起发热[4，5，15]．因此，作为确保患者安全的核磁共振检查的一部分，一个标准化的在体外对金属植入物的温度上升进行了评估[4，5，15]．组织标记物记录的温度变化表明，在相对较高的全身平均SAR水平(2.9-W/kg)进行MRI时，最高温度变化仅比最高本底温度高0.1°C。很明显，这种最低限度的温度上升不会对使用这种植入物的病人造成危险。虽然可以使用更高的全身平均SAR水平(即，目前的SAR上限是4-W/kg)，但这被认为是不必要的，因为实验设置涉及非灌注的凝胶生理盐水培养基，因此，创造了植入物加热的极端情况。

4．3．工件

在接受MRI检查的患者中，金属植入物的存在通常会导致低强度信号丢失，在严重的情况下，会导致图像失真[4，5，7- - - - - -10，20.，21]．影响金属制品大小的一个主要因素是材料的磁化率[24]．由金制成的组织标记物(99.99%)所观察到的伪影表现为局部信号丢失，相对于其大小和形状而言，其大小相对较小(请参阅图)2(一个)和2 (b))．梯度回波脉冲序列(即，代表mri相关伪影的一种极端情况)，通常用于乳房或其他组织的评估，产生的伪影比t1加权自旋回波脉冲序列更大。

值得注意的是，Genson等人的一项研究[20.]评估了一系列组织标记物，发现这些标记物产生的信号空洞是标记物直径的2至6倍，这是潜在的问题，因为如果伪影的范围太广，后续病变检测可能会受到影响。由于金的磁化率值较低[24，比以前用于金属标记的其他材料低，这种新标记物似乎非常适合于MRI应用，其中伪影的程度是一个重要的考虑因素[6，20.- - - - - -22]．

5.结论

对金属组织标记物进行的MRI检查结果表明，这种植入是可接受的或“有条件的磁共振”(即，使用当前的MRI标记术语)[19，24对于接受3特斯拉或更低剂量MRI检查的患者来说。这些信息对于筛查需要进行MRI检查的患者具有重要意义。

此外，该组织标记物的MRI检测结果可以应用于其他尺寸相同或更小的金属线规(12 - 18个量规)制成的其他金标记物，因为其结果明显小于被检测的标记物。该指南已经应用于其他植入物的MRI评估，包括动脉瘤夹、止血夹和耳科植入物，这些植入物已经接受了MRI测试[7，12，25]．

利益冲突

这项调查得到了伊利诺伊州弗农希尔斯CareFusion公司无限制拨款的部分支持。

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