Improved Diagnostic MRI around Metallic Implants

改进金属植入物周围的 MRI 诊断

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY This project will develop new technology for high-resolution soft-tissue MRI immediately adjacent to orthopaedic metallic implants, an area that is “invisible” to current imaging techniques. We will leverage a novel high- performance 0.55 Tesla MRI platform and will develop new software and tools that are optimized for this platform and application. Finally, we evaluate the new metal MRI technology in two patient cohorts where it can immediately impact patient management: hip replacement and spinal fixation. Rationale: Orthopaedic metal implants are used extensively to treat late-stage osteoarthritis (total joint replacements), degenerative disc disease (spinal fixations), and fracture stabilization following trauma or bone resection. These implants fail in 10%-40% of cases, and accurate non-invasive imaging with soft-tissue contrast is essential for the evaluation of the underlying cause of hardware failure, and in surgical decision making and planning. At present, there is a major unmet need for high quality soft tissue imaging immediately adjacent to the metal surface to assess, for example, adverse local tissue response or nerve root impingement. State-of-the-art multi-spectral imaging (MSI) led to major improvements ~10 years ago, and the technology has plateaued. Innovation: We leverage a novel 0.55T MRI system that will soon be commercially available, which alone promises reduced image artifacts, because it provides much stronger imaging gradients relative to the susceptibility-induced gradients and field shifts, higher-bandwidth RF pulses, uniform RF transmission, and new opportunities for improved encoding and reconstruction. We also propose reimagined MSI pulse sequences to offer further improvements in signal-to- noise ratio, encoding time, and artifact. Approach: Our specific aims are: 1) to adapt standard metal MSI approaches for the 0.55T MRI platform to primarily assess the improvement of the 0.55T system alone due to reduced off-resonance; 2) to redesign improved metal MSI approaches that leverage the gradient-to-B0 and RF performance of the 0.55T MRI platform to compensate for lost SNR efficiency, while improving spatial resolution and artifact suppression and offering fat/water separation; and 3) to compare 0.55T MRI and 3T MRI protocols in patients with hip and spine implants, both to assess the improvement from the system alone and from redesigned MSI sequences. Broader Impact: This project aims to demonstrate improved capability to image closer to implant surfaces than what is possible at conventional 1.5T and 3T field strengths, and the impact in the context of post-surgical evaluation of hip-replacements and spinal fixations. This will broadly benefit the use of MRI in patients with metal, including orthopedic and non-orthopedic implants.
项目概要 该项目将开发紧邻骨科的高分辨率软组织 MRI 新技术 金属植入物,这是当前成像技术“看不见”的区域,我们将利用一种新颖的高通量成像技术。 性能0.55 Tesla MRI平台,并将开发针对该平台优化的新软件和工具 最后,我们在两个患者队列中评估了新的金属 MRI 技术。 立即影响患者管理:髋关节置换术和脊柱固定原理:骨科金属。 植入物广泛用于治疗晚期骨关节炎(全关节置换术)、退行性椎间盘 疾病(脊柱固定)以及创伤或骨切除后的骨折稳定性这些植入物失败。 10%-40%的病例,准确的软组织对比无创成像对于评估 硬件故障的根本原因以及手术决策和计划。 对紧邻金属表面的高质量软组织成像进行评估的主要未满足需求, 例如,不良的局部组织反应或神经根撞击。最先进的多光谱成像(MSI)。 大约 10 年前带来了重大改进,并且该技术已趋于稳定:我们利用了一种新颖的技术。 0.55T MRI系统即将投入商用,仅此一项就有望减少图像伪影, 因为它提供了相对于磁化率引起的梯度和场更强的成像梯度 频移、更高带宽的射频脉冲、均匀的射频传输以及改进编码和传输的新机会 我们还提出了重新构想的 MSI 脉冲序列,以进一步改进信号到- 噪声比、编码时间和伪像:我们的具体目标是:1) 适应标准金属 MSI。 0.55T MRI 平台的方法主要评估单独 0.55T 系统的改进,因为 2) 重新设计改进的金属 MSI 方法,利用梯度到 B0 和 RF 0.55T MRI 平台的性能可补偿损失的 SNR 效率,同时提高空间分辨率 伪影抑制并提供脂肪/水分离;3) 比较 0.55T MRI 和 3T MRI 协议 在髋关节和脊柱植入物的患者中,既评估单独系统的改善,也评估系统的改善 重新设计的 MSI 序列具有更广泛的影响:该项目旨在展示改进的成像能力。 比传统的 1.5T 和 3T 场强更接近种植体表面,并且影响 髋关节置换和脊柱固定的术后评估背景这将广泛有利于使用。 金属患者的 MRI,包括骨科和非骨科植入物。

项目成果

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