The Effectiveness of CT Metal Artifact Reduction Technique and Its Contribution to Radiological Evaluation in Lumbar Stabilization

Lomber Stabilizasyonda BT Metal Artefakt Azaltma Tekniğinin Etkinliği ve Radyolojik Değerlendirmeye Katkısı

Özet

Objective: Metal artifact reduction (MAR) systems, which have been patented by the firms and specific to them, have been developed to reduce the losses in the images, which are caused by artifacts, and to increase the diagnostic value of computed tomography (CT). The objective of this study is to determine the effectiveness of the MAR technique, which minimizes the image loss caused by metal artifacts in CTs taken for the lumbar spinal region where metallic implants are located, and its contributions to radiological evaluation. Method: Patients with spinal stabilization, whose CT imaging records of both standard and smartMAR (SMAR) reconstruction were performed between June 2020 and March 2021 and could be accessed, were evaluated. Critical anatomical structures were defined as: spinal canal (SC), neural foramen (NF), and prevertebral-paravertebral area (P-PA). The image quality of critical anatomical structures were evaluated using a 5-point image quality scale for soft tissue (400/35 HU) and bone window settings (2.500/480 HU) on standard and SMAR reconstructed CT images. In addition, the size of the flame artifact was measured and recorded in millimeters in standard and SMAR images. Results: Of the 24 patients with lumbar spinal stabilization who met the inclusion criteria, 8 were male, and 16 were female (66%). The age range was determined to be between 26 and 82 years (mean=60). The stabilization of all patients was in the form of posterior transpedicular screw and rod fixation. The radiation dose distribution ranged between 3.23 and 14.1 millisieverts (mSv) (mean=8.95 mSv). The worst visualization score was obtained on SC imaging, which was evaluated in the soft tissue window. In bone window evaluations of these structures, the visualization scores (median) in standard and SMAR imaging’s were found to be 3 and 4 (Z=-3.926, p<0.001) for SC, 4 and 5 for NF (Z=-3.666, p<0.001), and 4 and 5 (Z=-4.203, p<0.0001) for P-PA, respectively. These differences were also significant. Bone cortex visualization score (median), measured on bone window images, were determined to be 4 (minimum:2, maximum:5) and 5 (minimum:4, maximum:5) (Z=-4.028, p<0,0001) in standard and SMAR imagings, respectively. As an objective criterion, the flame artifact length, which was evaluated only in bone window images, was 26 mm on average (standard deviation ±9.78) (minimum:8, maximum:54 mm) in standard imaging, whereas it decreased to 3.66 mm (standard deviation ±2.54) (minimum:0, maximum:7 mm) in reconstructions via SMAR. Conclusion: The MAR technique significantly reduces the artifacts occurring with standard techniques in adjacent tissues applied for medical treatment purposes and allows a clearer evaluation of this region by the radiologist. The use of this technique enhances the quality of CT images and the diagnostic value of radiological examination. However, there is a need for the development of MAR software for optimal imaging.

Abstract

Amaç: Radyolojik görüntülerde artefakta bağlı oluşan kayıpları azaltmak ve çekilen bilgisayarlı tomografinin (BT) tanısal değerini artırmak üzere firmalara özel patentli metal artefaktı azaltma (MAR) sistemleri geliştirilmiştir. Bu çalışmanın amacı, metalik implantların bulunduğu lomber spinal bölgeye yönelik çekilen BT’lerde, metal artefaktından kaynaklanan görüntü kayıplarını minimalize etmeye yarayan MAR tekniğinin etkinliğini ve radyolojik değerlendirmeye katkılarını belirlemektir. Yöntem: Haziran 2020-Mart 2021 tarihleri arasındaki dönemde, spinal stabilizasyonu olan hem standart hem de smartMAR (SMAR) rekonstrüksiyon uygulanmış BT kayıtlarına ulaşılan hastalar değerlendirildi. Kritik anatomik yapılar olarak tanımlanan spinal kanal (SK), nöral foramenler (NF) ve prevertebral-paravertebral alan (P-PA), standart ve SMAR rekonstrüksiyonlu BT görüntülerinde, yumuşak doku (400/35 HU) ve kemik pencere (2,500/480 HU) için 5 puanlı görüntü kalite ölçeği kullanılarak değerlendirildi. Ayrıca, alev artefaktının boyu standart ve SMAR’li görüntülerde milimetre olarak ölçülerek kaydedildi. Bulgular: Çalışmaya dahil edilme kriterlerini karşılayan lomber spinal stabilizasyonlu 24 hastanın, 8’i erkek ve 16’sı kadındı (%66). Yaş aralığı 26-82 yaş arasında (ortalama=60) bulundu. Hastaların hepsinin stabilizasyonu posterior transpediküler vida ve rod fiksasyon şeklindeydi. Radyasyon doz dağılımı 3,23 ile 14,1 milliSievert (mSv) (ortalama=8,95 mSv) arasındaydı. En kötü vizualizasyon skoru yumuşak doku penceresinde değerlendirilen SK görüntülemesinde elde edildi. Bu yapıların kemik pencere değerlendirmelerinde, SK için vizualizasyon skorları (medyan) standart ve SMAR’li görüntülemelerde sırasıyla 3 ve 4 (Z=-3,926, p<0,001), NF için 4 ve 5 (Z=-3,666, p<0,001), P-PA için 4 ve 5 (Z=-4,203, p<0,0001) olarak bulundu. Bu farklar da istatistiki olarak anlamlıydı. Kemik pencere görüntülerinde ölçüm yapılan kemik korteks vizualizasyon skoru (medyan), standart ve SMAR’li çekimlerde sırasıyla 4 (minimum:2, maksimum:5) ve 5 (minimum:4, maksimum:5) (Z=-4,028, p<0,0001) olarak bulundu. Objektif kriter olarak değerlendirilen alev artefakt boyu standart çekimlerde ortalama 26 mm (standart sapma ±9,78) (minimum:8, maksimum:54 mm) iken SMAR’li rekonstrüksiyonlarda 3,66 mm’ye (standart sapma ±2,54) (minimum:0, maksimum:7 mm) düştü. Sonuç: MAR tekniği, komşu dokularda oluşan artefaktları belirgin olarak azaltmakta ve radyolog tarafından bu bölgenin daha net değerlendirilebilmesine imkan vermektedir. Bu tekniğin kullanımı, BT görüntülerinin kalitesini ve radyolojik incelemenin tanısal değerini artırır. Ancak optimal görüntüleme için MAR yazılımlarının geliştirilmesine ihtiyaç vardır.