钯银合金对磁共振成像影响的初步研究

有些金属合金由于其出色的物理性能和生物相容性被广泛地用于口腔治疗,例如:正畸钢丝、带环、托槽、嵌体、冠、金属支架活动义齿和种植体。但是有些金属材料可以在MRI检查时产生伪影,给人体尤其是头部MRI带来干扰。20世纪80年代初,开发出的牙科用钯银合金已被临床广泛应用,其主要成分为钯、银、锡、铟、铜等。本研究就钯银合金对MRI成像的影响尤其是对头部MRI成像的影响做初步探讨。

1 材料和方法

1.1 一般资料 2008-10～2009-04选取男性志愿者3位,年龄分别为63、84、85岁。进行钯银合金固定修复体对磁共振成像影响的研究。首先选取中切牙至第二磨牙的钯银合金桩核4个,金属全冠2个,烤瓷冠1个固定于1位志愿者腹部,进行腹部磁共振检查。然后,选择2位口腔中已经装有多个钯银合金修复体(冠、桥、桩核)的患者,进行头部磁共振检查。钯银合金均由易获嘉韦瓦登特公司提供,广州新洋公司制作,主要成分:钯59.2%;银:27.9%。

1.2 仪器 采用GE、SIGNA EXCITE 1.5T和3.0T MRI扫描仪,对腹部及颅脑进行扫描。

1.3 方法 将实验材料分为3组:第1组桩核4个;第2组桩核1个,烤瓷冠1个;第3组铸造冠2个。然后把实验材料固定于志愿者右侧腹部,选用腹部包绕式柔韧表面线圈,头后进、仰卧位,线圈横轴中线对准剑突与脐连线中点。采用3.0T MRI扫描仪,常规冠状位或横断位扫描。采集模式:MS(多层),2D,3D。根据需要设定扫描范围。第1组采用FRFESE、SSFSE序列;第2、3组采用FRFESE、FSPGR序列及DW I。参数为常用参数。另外选择2位口腔中已经装有钯银合金修复体的患者。修复体分布于前牙区、双尖牙区及磨牙区。修复体类型有桩核、桥体及冠(图1、2)分别采用1.5T和3.0T磁共振仪进行颅脑MRI检查。选用高分辨头颅专用线圈,头先进、仰卧位,人体长轴与床面长轴一致。头颅正中矢状面与线圈纵轴尽量保持一致并垂直于床面,眉间线位于线圈横轴中心,在患者头颅两侧加固定软垫。常规为横断位、冠状位、矢状位。采集模式:MS(多层)、2D、3D。参数均为颅脑MRI检查所用常规参数。采用颅脑MRI检查常用序列。

2 结果

2.1 腹部MRI 各扫描序列、各角度、各个层面右侧腹部皮肤表面信号均匀、连续,邻近组织结构信号正常,形态完整均未发现伪影产生。实验用桩核与冠位置无变化,志愿者未感觉到皮肤表面有温度升高的现象。

2.2 头部MRI 在1.5T磁场中颅脑MRI大部分序列及层面未发现明显伪影,GRE序列扫描到牙齿部位时有轻微伪影产生。3.0T磁场中,仅在牙齿部位有轻微伪影,不影响颌骨及脑部。而且在3.0T磁场下产生的伪影与1.5T磁场下产生的伪影比面积略微有所增大(图3～6)

3.讨论

3.1 金属种类对磁共振成像伪影的关系 MRI是目前临床应用较多的医学影像诊断技术。MRI检查对软骨解剖结构、组织形态和病理改变的显示有很高的敏感性。任何物质放入磁场中,由于磁化率或磁性的不同,所受到的磁化程度也就不同。这一性质主要是由组成物质分子周围的电子云决定的,进而把它们分成抗磁性、顺磁性和铁磁性[1]。在进行MRI检查时,金属修复物对MRI有一定程度的影响,形成金属伪影。在磁学领域中,金属材料可以分为3种。①铁磁性金属:在磁场中很容易被磁化,且在磁化后使得原磁场大大加强;②顺磁性金属:在磁场中较易被磁化,且磁化后使得原有磁场略有加强;③抗磁性金属:不易被磁化,反而可以减弱原磁场强度[2]。金属材料中,只有Fe、Co、Ni等少数金属是铁磁性的,这类金属有很大的磁化强度和磁化系数,其饱和磁化强度的大小依次为Fe、Co、Ni。所有的碱金属都是顺磁性的,碱土金属(除Be外)也都是顺磁性的。M n等过渡族元素是顺磁性的。金属Ag和Pd等的离子所产生的抗磁性大于自由电子的顺磁性,因此是抗磁性的。任何材料都是由原子和电子所构成的,其内部既存在着产生抗磁性的因素,又存在着产生顺磁性的因素,属于哪种磁性材料,取决于哪种因素占主导地位。真正的抗磁物质并不是普遍存在的[3]。本次实验所采用的钯银合金主要是由钯、银组成的,这2种金属均为抗磁性金属,所以在1.5T磁场强度下钯银合金几乎不形成伪影。

3.2 磁场强度和扫描序列与MRI伪影的关系 磁场强度是MRI系统固有的内在参数之一,不能被人为改变。理论上可以认为磁场强度与伪影严重程度关系密切。相同的材料在高磁场强度形成的伪影大于低磁场形成的伪影[4]。高磁场有更高的的信噪比以及更加先进的检查序列,为其在临床上开拓了更为广阔的应用领域。由于其成像过程的复杂性,对各种影响因素比中低场更加敏感,尤其在腹部的伪影表现更为明显。所以本研究中第一个实验采用腹部MRI检查。第二个实验中,在3.0T的磁场中伪影要比在1.5T磁场中的明显。

脉冲序列(pulse sequence)又叫扫描序列,是指由一定带宽、一定幅度的射频脉冲和梯度脉冲组成的脉冲程序。金属材料产生的伪影还与扫描使用的脉冲序列有关[5]。由于不同的扫描序列具有不同的射频脉冲和相位,这就使口腔内金属修复体不仅使其毗邻组织的磁共振成像发生畸变,而且影像畸变的表现形式及累及范围也会因扫描序列的不同而有明显差异[6]。目前临床常用的扫描序列中,快速自旋回波序列(FSE)因有数个180°脉冲,且180°脉冲和回波间隔很短,所以自旋质子不易失相位,伪影较轻。相反,梯度回波序列(GRE)因无180°脉冲,而自旋回波序列(SE)只有一个 180°脉冲,自旋质子容易失去相位导致伪影较严重。梯度回波(GRE)序列、平面回波采集技术(EPI),采用一连串的梯度场极性翻转来读取回波信号,由于没有施加180°复位脉冲,因此这种信号读取方式容易受到局部磁场不均匀干扰而形成伪影。弥散加权成像(DW I)会对这种磁场的不均匀非常敏感而产生磁敏感伪影,导致局部出现图像变形信号缺如,边缘部分有异常高信号出现,其中以EPI更为敏感。通过此次研究发现,在做颅脑磁共振检查时,在GRE序列扫描时钯银合金修复体影响MRI,有伪影产生。有学者比较了多种口腔材料在GRE、SET1W I和SET2W I中的伪影情况,指出GRE序列伪影最明显[7]。

图1 ,2 两位志愿者的口内修复体情况。 图3 为志愿者A在1.5T场强,GRE序列头部MRI伪影。 图4 为志愿者A在3.0T场强,GRE序列头部MRI伪影。 图5 为志愿者B在1.5T场强,GRE序列头部MRI伪影。 图6 为志愿者B在3.0T场强,GRE序列头部MRI伪影

3.3 金属修复体的数量、体积和形态与磁共振成像伪影的关系 以前研究表明金属磁化率的大小直接关系到是否产生磁化伪影。有学者研究表明,颌面部MRI质量不受纯钛、金或银汞合金制作的口腔金属修复体的影响[8]。孙樱林、刘玉华报道[9],金属材料数量越多,在MRI成像时产生的伪影也会越大、越多。增加镍铬合金冠的数量,MRI的伪影范围扩大,伪影层数增多。如果这种数量的改变是在沿着梯度磁场场强的方向上,那么各层伪影面积的改变会更加明显,并且每个实验冠产生的伪影,范围都会有所扩大。如果这种数量的改变是在垂直梯度磁场场强的方向上,那么涉及伪影的层数会明显增多,但每个实验冠产生的伪影大小不会有明显改变。另外,MRI伪影的大小与金属修复体的体积大小呈正相关[10].相同材料的金属修复体,体积加大,参与失相位的质子数也会增加,同时,静磁场不均匀的区域也增加,因此体积大的修复体产生的伪影必然要大。

伪影的大小还与修复体的几何形态密切相关。Tominaga T等[11]研究认为,短丝、薄板状的修复体产生的伪影最小。理论上,无论梯度场方向如何,金属修复体长度增加,伪影增加。当修复体的宽度增加时,所产生的伪影也增加。Starcuk Z,Bartusek K等学者研究发现金属伪影的产生主要与金属的种类、形状、位置和修复体的方向有关[12]。证实了上述理论的正确性。综合以上研究成果,本次实验直接采用了多个且形态多样的钯银合金修复体。

实验结果显示这4个桩核、2个铸造冠、1个烤瓷冠在3.0T的主磁场中,常规扫描序列均没有伪影产生,不影响MRI检查的准确性。究其原因,在本次实验所采用的钯银合金中含钯59.2%、银27.9%均为抗磁性物质,所以此合金抗磁性较为明显,在磁场中不易被磁化,不影响M RI检查。充分说明,磁共振金属伪影的产生与金属种类密切相关[13]。在颅脑MRI检查时,志愿者口内均有10个以上的钯银合金修复体,在部分序列中产生伪影。这一点充分说明磁共振伪影与金属材料的量密切相关,随着金属材料量的增加,伪影可以从无到有,由少变多,由小变大。二者之间为正变关系。钯银合金修复体形态和位置的变化对成像影响不大。

本研究得出以下结果:①钯银合金固定修复体在磁共振检查时没有热效应和投射效应,对患者和仪器是安全的。装有钯银合金固定修复体的患者可以做磁共振检查。②钯银合金固定修复体在做M RI检查与在低场强的磁场中没有显著的伪影,在高场强的磁场中,有轻微伪影,但只局限于牙齿,不影响周边组织结构及器官的成像。③建议给装有钯银合金固定修复体的患者做磁共振检查时尽量使用低磁场,并且最好不要用GRE序列。

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