口腔インプラント体による

1

口腔インプラント体による

MRI

Study of metal artifacts on magnetic resonance imaging caused by dental implants

日本大学大学院松戸歯学研究科歯学専攻 福田 大河

（指導 金田 隆 教授）

2 Abstract

Dental materials can produce metal artifacts during magnetic resonance imaging (MRI)

procedures and can be problematic for clinical practice. Recently, the use of MRI for disease

diagnosis in patients with dental implants has increased. Concurrently, the range of sizes of

dental implants has also expanded in clinical practice. However, there are few reports

comparing the differences between metal artifacts in MR images owing to dental implants of

varying size and especially investigating metal artifact reduction in Diffusion-weighted

imaging (DWI). The purpose of this study was to investigate metal artifacts caused by

dental implants of various sizes (3.5 mm×8.0 mm, 3.5 mm×9.5 mm, 3.5 mm×11.0 mm,

4.5 mm×8.0 mm), and to investigate techniques for reducing metal artifacts caused by

dental implants in DWI in a phantom.

The phantom used in this study is a hollow cylinder with an outer diameter of 20 cm

and a removable rod 1.0 cm in diameter along the central axis of the phantom. MR

imaging was performed with a 1.5 T MRI machine (Philips Co. Intera Achieva 1.5 T),

using a SENSE head 8ch coil. Imaging conditions included spin echo (SE) T1, Turbo SE

(TSE) T2, short tau inversion recovery (STIR), and diffusion weighted imaging (DWI).

The TR/TE remained constant during DWI and the b-value, field of view (FOV),

rectangular field of view (RFOV), SENSE factor, frequency direction, and phase

3

direction were changed. ImageJ was used to measure changes in the gray values on

coronal images and showed changes up to 30% depending on the imaging conditions.

For all sizes of dental implants studied, the metal artifacts of on SE T1, TSE T2, and

STIR images were similar. DW images had the largest (in dimension) metal artifacts.

Results of this study decreased signal intensity was observed with a FOV from 100 to

250 mm. However, increased signal intensity was observed with a FOV that exceeded

300 mm. At the lowest RFOV the signal intensity was 50% and correspondingly

increased to 100%. A decrease in the SENSE factor resulted in signal intensity changes

from 1.0 to 3.0. Changes in the scan matrix and scan percentage increased the signal

intensity from 64 to 256.

SE T1, TSE T2, and STIR imaging conditions produced slight metal artifacts of similar

size and intensity, regardless of dental implant size. DWI techniques resulted in the

largest metal artifacts compared with SE T1, TSE T2, and STIR techniques. The most

effective imaging parameters to reduce metal artifacts due to dental implants in DWI

were: 1) FOV and RFOV set as small as possible while still ensuring coverage of the

imaging area, 2) increasing the SENSE factor as much as possible, and 3) reducing the

scan matrix and scan percentage as much as possible.

4

口腔内の金属修復物のアーチファクトによる画像診断への障害が臨床上問題となっている。近

年では

,

,

増加し

,

MR

,

顎骨の骨量や骨質などに応じ，直径や長さが異なるインプラント体を使用するインプラント治療

が増えてきた。しかしながら

,

比較した報告はあまりみられず

,

DWI

報告は未だ乏しい。

本研究の目的は

, 1.5 T

MRI

い

, 1)

MRI

, 2) DWI

けるインプラントのアーチファクト低減の検討を行うことである。

ファントームは

,

20.0 cm

,

1.0 cm

の円柱棒の先が円柱体中央に位置するように設定した。

MR

Philips

Intera

Achieva 1.5 T

,

SENSE-Head-8 coil

, SE T1

, TSE T2

強調像

, STIR

,

DWI

, DWI

(TR)

(TE)

とし

, b

, FOV, RFOV, SENSE factor,

,

それぞれ変化させて撮像した。画像の評価は

, ImageJ

,

して

30

,

5

インプラント体の大きさおよび各種撮像シークエンスについては

, SE T1

, TSE T2

像

,

STIR

,

,

響は少なく

, DWI

った。

DWI

, b

, FOV

化は

100 ~ 250 mm

, 300 mm

最大値となり

350 mm

RFOV

50 ~ 90 %

きさの変化率が見られず

, 100 %

SENSE factor

れ

,

,

ンコード方向は画素数が大きくなるにつれ

,

た。

以上の検討結果より

, SE T1

, TSE T2

,

STIR

および長さを変化させても

,

DWI

,

他のシークエンスと比較して大きなアーチファクトが見られたが

,

,

ンプラント体でアーチファクトの影響が少ない。

DWI

, FOV

保した上で可能な限り小さくする。

RFOV

上で可能な限り小さくする。

SENSE factor

周波数エンコード方向

,

くする。これらを考慮することでアーチファクトの影響を少なくできることが示唆された。

6

Keywords Magnetic resonance imaging Metal artifact Diffusion weighted imaging

Dental implants

MRI

7

磁気共鳴撮像法（

Magnetic resonance imaging ;

, MRI

,

なく任意の断面像が得られることから

,

いる。その後

,

,

腫瘍の鑑別診断，また悪性腫瘍の顎骨浸潤の診断および治療効果判定などに使用されている^1-8）。

しかしながら

,

MRI

(

,

ファクト

)

主に

spin-echo (

, SE)

T1

, T2

, short tau inversion recovery (

,

STIR)

,

, echo planar imaging (

EPI)

MRI

散強調像

(Diffusion weighted imaging

, DWI)

DWI

,

MRI

SE

拡散による信号の減衰は無視できるが

,

,

斜磁場を印加することで

,

号となる。こうして得られた画像が

DWI

DWI

,

CT

性期または急性期の脳梗塞診断に非常に有用で

,

診断にも有用であることから

, DWI

MRI

いる¹⁶⁾。これまでに

,

(

Fe, Co, Ni)

,

8

きさが異なることが報告されている^9-18)。これらの報告に加え

,

ント治療が普及するにつれ

,

MR

画像を見る機会が多くなってきた^19-21)。しかしながら

,

いる単一のインプラント体の報告であり

,

チファクトの比較

,

DWI

はあまりみられない。

本研究の目的は

, 1.5 T

MRI

い

, 1)

MRI

, 2) DWI

けるインプラントのアーチファクト低減の検討を行うことである。

試料および方法

本実験に使用したファントームは

,

20.0 cm,

30.0 cm

,

柱体中央に直径

1.0 cm

ル板であり

,

MRI

オイル

(

,

)

(Figure.

a)

柱棒の先端表面周囲にインプラント体の長さの違いにおける信号強度変化の検討のため

,

ンプラント体の直径×長さ

(mm)

, 3.5

8.0, 3.5

9.5,

3.5

11.0

100 %

チタン製のインプラント体

(

,

),

9

いにおける信号強度変化の検討のため

,

(mm)

, 3.5

8.0,

4.5

8.0,

100 %

柱棒の先端に固定した

(Figure. 1b)

トが出現するとされ

,

有用であるとされている。よって本検討はこの報告をふまえ

,

さ

(

)

MRI

磁場が均一となるようにファントームの位置を

MRI

使用した

MRI

Philips

Intera Achieva 1.5 T

,

SENSE head 8ch

coil

, 1)

MRI

トの比較については

, SE

T1

, Turbo SE

, TSE

T2

, STIR

, DWI

とした。これらの 撮像条件は

,

い本学付属病院放射線科で通常頭頸部領域に使用している撮像条件を用いた

(Table 1)

2) DWI

におけるインプラント体のアーチファクト低減の検討については

,

(TR)

ー時間

(TE), 3000/80 (TR/TE), b

1000 sec/mm

, field of view (

FOV) 250 mm,

ンコード方向の

FOV

rectangular field of view (RFOV) = 100 %, Sensitivity encoding

(SENSE) factor = 2.0,

(

)

128

×

128

, b

100, 500, 1000, 1500 sec/mm

た，

FOV

100, 150, 200, 250, 300, 350 mm

RFOV

FOV 250 mm

10

対して

50, 60, 70, 80, 90, 100 %

SENSE factor

1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0

の画素数については

64, 128, 192, 256

64, 128, 192, 256

化させた撮像もそれぞれ行った。

画像の評価は

, ImageJ (Wayne Rasband

, ver.1.50f )

アーチファクトの計測は

,

部相当を使用した。

ImageJ

Analyze (Plot Profile)

,

クトの最大距離を含むファントーム外形部相当の両端（境界）を設定し

(Figure.2 :

),

領域

(

ROI

)

ImageJ

,

ROI

平均値を算出した。その後

,

30

,

アーチファクトの大きさの測定を行った。アーチファクトの大きさを求める計算式は「

(

た信号強度の平均値－得られた信号強度の最小値

)

0.3

た。そして

,

(

学会

,

)

,

∆S | |

100 %

∆S ∶

S

:

S ∶

11

口腔インプラント体の大きさの違いによる

MRI

, SE T1

調像

, TSE T2

, STIR

,

DWI

,

各々

6

,

,

した。また得られた平均値の精度の確認として変動係数（標準偏差／平均

, coefficient of

variation

CV

, CV < 0.05

DWI

るインプラント体のアーチファクト低減の検討については

,

Pearson

の相関係数を用いてアーチファクトの大きさの変化率と各々の撮像条件の間の相関係数を求め

,

有意水準

(p) 0.05

,

した。

結 果

1

インプラント体の大きさを変化させた各種撮像シークエンスのアーチファクトの大きさの変

化率についての結果を

Figure. 3

SE T1

, TSE T2

径

3.5 mm

40.0 % , STIR

は

12.0 %

,

8.0 mm

4.5 mm

は

, SE T1

, TSE T2

,

52.4 %, STIR

8.9 %

DWI

はインプラント体の直径

3.5 mm

,

の変化率はインプラント体の直径×長さ

(mm)

, 3.5

8.0, 3.5

9.5, 3.5

11.0,

345.7 %,

12

401.4 %, 457.1 %,

く見られた。また

,

8.0 mm

4.5 mm

, 246.7 %

径

3.5 mm

CV

シークエンス

,

0.05

,

測定精度に問題はみられなかった。

2. DWI

撮像条件を変化させたアーチファクトの大きさの変化率について測定した結果を

Figure 4 ~

9

b

,

,

クトの大きさの変化率と

b

(Figure. 4)

FOV

, 100 ~ 250 mm

にかけてアーチファクトの大きさの変化率の減少が見られ

, 300 mm

350 mm

ではそれより減少した。また

,

FOV

(r)

(Figure. 5)

RFOV

, 50 ~ 90 %

変化せず

, 100 %

,

RFOV

(Figure. 6)

SENSE factor

ファクトの大きさの変化率の減少が見られ

,

SENSE factor

の間に有意に高い相関

(r)

(Figure. 7)

,

なるにつれアーチファクトの大きさの変化率の上昇が見られ

,

率と周波数エンコード方向の間に有意に高い相関

(r)

(Figure. 8)

13

方向も画素数が大きくなるにつれアーチファクトの大きさの変化率の上昇が見られ

,

ァクトの大きさの変化率と位相エンコード方向の間に有意に高い相関

(r)

(Figure.

9)

考 察

本実験より

,

SE T1

,

TSE T2

,

STIR

,

,

ファクトの影響は少なく

, DWI

影響が少なかった。

DWI

, b

はアーチファクトの大きさの変化率に影響がなく

, FOV

100 ~ 250 mm

チファクトの大きさの変化率の減少が見られたが

, 300 mm

350 mm

より減少した。

RFOV

50 ~ 90 %

, 100 %

時で上昇が見られた。

SENSE factor

,

化率の減少が見られた。周波数エンコード方向

,

るにつれ

,

, b

クトの大きさの変化率の影響を受けることが判明した。

1.

SE T1

, TSE T2

,

STIR

14

チファクトの大きさの変化率は一定であったが

,

,

径が長いいほうでアーチファクトの大きさの変化率が大きく見られた。

DWI

,

さが短いインプラント体でアーチファクトの大きさの変化率が小さく見られた。体軸横断像の

SE

MR

(read out)

,

ファクトの形態は静磁場方向と

read out

,

の実験では低信号域が最大の大きさを示すインプラント体と上部構造との連結部相当を使用し

た画像を用いたことから

,

ず

,

DWI

は

,

,

各々の信号に空間位置情報が得られ

,

,

では傾斜磁場の影響によりより多くの

MR

変化率が大きくなったと考えられた。また

,

,

ァクトの大きさの変化率が最も小さく見られた理由は

,

MR

く

,

の変化率の比較検討を示す式に代入した際

,

(3.5 mm, 4.5

mm)

2.

インプラント体は

, DWI, SE T1

TSE T2

, STIR

15

トの大きさの変化率が大きくみられた。

SE

, 90

180

スの

2

(

, RF)

, MR

る位相方向の乱れは

180

の為

,

EPI

,

強化により臨床に用いられるようになった撮像法であり

,

SE

,

傾斜磁場をかけて多数の

MR

,

,

大きくなる^11.14.18)。以上の理由から

, SE T1

DWI

DWI

見られたと考えられた。

SE T1

TSE T2

,

ないとの報告があり^11.18)

,

STIR

, STIR

チファクトが

SE

,

STIR

SE T1

強調像よりもアーチファクトが小さく見られた。これは

,

,

で行なった撮像条件よりもマトリックス数が小さかったためと考えられた。

3. DWI

(b

)

DWI

,

(motion probing gradient :

MPG)

MPG

,

その分散の程度により

,

,

,

合には

,

,

,

,

つまり

, b

b

,

γ (MHz) , MPG

G

16

(mT/m), MPG

δ (msec),

(msec) ,

とすると

, b

b =γ

Gx

δ

(Δ

δ/3)

(s/mm

)

臨床上において

, b

T2

,

,

の程度が強くなる。一方で

, b

T2

,

,

散強調の程度が弱くなる。

b

MPG

,

,

加間隔が変化する²⁴⁾。

b

,

化することが予測された。しかしながら

,

できなかった。これは

,

MPG

δ (msec)

ぼす位相エンコード方向を変化させてないためアーチファクトは

b

と考えられる。

4. DWI

(FOV)

FOV

,

100 ~ 250 mm

さの変化率に減少傾向が見られ

, 300 mm

350 mm

FOV

は

MRI

CT

,

MRI

においては

, FOV

(

)

S / N (S:

度

, N:

)

, FOV

(

)

17

能は低下するが

S / N

, FOV

100 ~ 250 mm

強度の減少が見られたが

, FOV

,

込み

,

の実験では

,

返しアーチファクトが出現したと考える。折り返しアーチファクトは

,

しの原因となる信号を減少させる方法で抑制が可能である。従って

,

起こらない最低限の撮像範囲内の大きさの確保

(FOV)

5. DWI

(RFOV)

RFOV

50 ~ 90 %

, 100 %

上昇が見られた。

RFOV

FOV

,

しながら撮像時間の短縮を行う技術である。例えば

, RFOV

100

50

,

半分の位相エンコーディング数しか測定しないため

,

1/2

,

下しない。従って

, RFOV

,

像全体の歪みが小さくなり

,

6. DWI

(SENSE factor)

SENSE factor

,

られた。

SENSE

,

に用いる事により

k

,

SENSE

18

法を用いた場合

,

2

,

撮像時間が

1/2

FOV

1/2

を生じるが

, SENSE

ァクトを元に戻すことができる。

SENSE

れてきたが

, single shot EPI (

SS-EPI)

磁化率アーチファクトが低減する理由は

k

SS-EPI

1

RF

, k

よって磁化率の違いがある場合

,

ファクトが生じる。今回の実験において

,

SENSE factor

につれ減少がみられた。これは

, k

フトの蓄積が減少した結果と考えられる。

7. DWI

(

,

コード方向

)

周波数エンコード方向

,

率は

,

Scan matrix

向のマトリックス数を設定するパラメータであり

, 64 ~ 1024

16

可能である。一方で

Scan percentage

方向のマトリックス数の割合を示す。この値を下げることで撮像時間が短縮すると同時に

,

19

分解能が低下する。 通常

, MRI

ド方向からなる¹¹⁾。

MRI

ンコード方向にするかは

MRI

は位相の違いでスライスの位置情報を認識する。それに対して周波数エンコード方向では周波数

の違いでスライス内の位置情報を認識する。位相エンコード方向にはアーチファクトとして

aliasing artifacts

motion artifacts

,

SE

chemical shift artifacts

,

積が位相エンコード方向にも蓄積されていくため

,

チファクトの大きさの変化率の上昇が見られたと考える。

結 語

口腔インプラント体の大きさの違いによるアーチファクトの比較については，

SE T1

,

TSE T2

,

STIR

,

ファクトの変動はほとんど見られなかった。

DWI

低減には

, 1. FOV

2. RFOV

ド方向に留意し撮像領域を確保した上で可能な限り小さくする。

3. SENSE factor

響しない程度で可能な限り大きくする。

4.

,

は画質に影響しない程度で可能な限り小さくする。これらを考慮することで金属アーチファクト

20

文 献

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, MRI

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,

,

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,

,

,

. EPI

パラメータの検討

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24 Figure. 1 Phantom (a) and dental implants (b)

(a)

(b)

25

Table 1 Imaging sequences and conditions

Sequences TR (msec)

TE (msec)

FOV (mm)

Thickness (mm)

Matrix NSA TI (msec)

SE T1 500 15 250 5 256 2

TSE T2 5000 100 250 5 256 2

STIR 2500 60 250 5 256 6 180

DWI 3000 80 250 10 128 1

26

Figure 2 An example of measurement of signal intensity area including the largest sizes

of metal artifacts

Measurement of metal artifacts were the largest dimension of low signal intensity area on

MR images.

27

Figure. 3 Rate of Change in Size of Artifact (%) and imaging techniques.

*CV<0.05 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

SE T1 TSE T2 STIR DWI

Rate of Change in Size of Artifact (%)

3.5 × 8.0 mm 3.5 × 9.5 mm 3.5 × 11.0 mm 4.5 × 8.0 mm

28

Figure 4 Rate of Change in Size of Artifact (%) : b values

0 100 200 300 400 500

100 500 1000 1500

Rate of Change in Size of Artifact (%)

b value (sec /mm ² )

3.5 × 8.0 mm

3.5 × 9.5 mm

3.5 × 11.0 mm

4.5 × 8.0 mm

29 Figure 5 Rate of Change in Size of Artifact (%) : FOV

0 100 200 300 400 500 600 700

100 150 200 250 300 350

Rate of Change in Size of Artifact (%)

FOV (mm)

3.5 × 8.0 mm 3.5 × 9.5 mm 3.5 × 11.0 mm 4.5 × 8.0 mm

p= 0.03 r= －0.83 p= 0.01 r= －0.91 p= 0.07

30

Figure 6 Rate of Change in Size of Artifact (%) : RFOV

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

50 60 70 80 90 100

Rate of Change in Size of Artifact (%)

RFOV (%)

3.5 × 8.0 mm 3.5 × 9.5 mm 3.5 × 11.0 mm 4.5 × 8.0 mm

p= 0.15 p= 0.15 p= 0.15

31

Figure 7 Rate of Change in Size of Artifact (%) : SENSE factor

0 100 200 300 400 500 600

1 1.5 2 2.5 3

Rate of Change in Size of Artifact (%)

SENSE

3.5 × 8.0 mm 3.5 × 9.5 mm 3.5 × 11.0 mm 4.5 × 8.0 mm

p= 0.01 r= －0.94 p= 0.01 r= －0.95 p= 0.18

32

Figure 8 Rate of Change in Size of Artifact (%) : scan matrix

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

64 128 192 256

Rate of Change in Size of Artifact (%)

scan matrix

3.5 × 8.0 mm 3.5 × 9.5 mm 3.5 × 11.0 mm 4.5 × 8.0 mm

p= 0.10 p= 0.10

p= 0.05 r= 0.94

33

Figure 9 Rate of Change in Size of Artifact (%) : scan percentage

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

64 128 192 256

Rate of Change in Size of Artifact (%)

scan percentage

3.5 × 8.0 mm 3.5 × 9.5 mm 3.5 × 11.0 mm 4.5 × 8.0 mm

p= 0.07 p= 0.13 p= 0.05 r= 0.94