Relevanz suszeptibilitätsinduzierter geometrischer Fehlkodierungen für die Validität MR-basierter Knorpelvolumen- und -dickenmessungen im Kniegelenk - Relevance of Susceptibility-induced Geometrical Distortion for the Accuracy of MR-based Cartilage Volume and Thickness Measurement

Abstract

Schlüsselwörter: Gelenkknorpel, Kniegelenk, Magnetresonanztomographie, Suszeptibilitätsar-tef akte, Finite-Elemente-Modelle Ziel der Studie war die Analyse der Relevanz suszeptibilitätsinduzierter geometrischer Fehlkodierungen für die Validität MR-basierter Knorpelvolumen-und -dickenmessungen im menschlichen Kniegelenk. Neun Kniegelenkspräparate wurden sagittal bei einer Auflösung von 2 0,31 0,31 mm 3 mit einer fettunterdrückten Gradientenechosequenz in der MRT untersucht, sowohl bei normaler wie bei gedrehter Orientierung der frequenz-und phasenkodierenden Gradienten. Anschließend wurden CT-arthrographische Datensätze angefertigt. Auf Basis von 3-D-Rekonstruktionen wurde das Knorpelvolumen sowie mit einem 3-D-Minimaldistanz-Algorithmus die Knorpeldickenverteilung der Patella, des Femur und der Tibia bestimmt. Unabhängig von der Gradientenorientierung ergab sich eine hohe Übereinstimmung des Knorpelvolumens und der maximalen Knorpeldicke zwischen MRT und CT-Arthrographie. Bei normaler Gradientenorientierung wurde das Volumen in der MRT um durchschnittlich 2,5 % und bei gedrehten Gradienten um 2,3 % überschätzt. Die maximale Knorpeldicke wurde in der MRT bei normaler Gradientenorientierung um 0,24 Intervalle (von 0,5 mm) und bei gedrehten Gradienten um 0,22 Intervalle unterschätzt. An keiner der Gelenkflächen ergab sich ein relevanter Unterschied zwischen den Verfahren. Es kann gezeigt werden, daß -bei Verwendung hochauflösender, fettunterdrückter Gradientenechosequenzen -suszeptibilitätsinduzierte geometrische Fehlkodierungen keinen nennenswerten Effekt für die Validität MR-basierter Knorpelvolumen-und -dickenbestimmungen im Kniegelenk haben. Die MRT eignet sich damit für die Erstellung patienten-spezifischer Finite-Elemente-Modelle zur Analyse der Druckübertragung in synovialen Gelenken sowie zur präoperativen Planung chirurgischer Interventionen.Key words: Articular cartilage -knee joint -magnetic resonance imaging -susceptibility artefacts -finite element analysis The aim of the present study was to analyze the relevance of susceptibility-induced geometrical distortion to the accuracy of MR-based cartilage volume and thickness measurement in the human knee joint. Nine cadaveric knee joints were imaged in the sagittal plane with MRI at a resolution of 2 0.31 0.31 mm 3 , using a fat-suppressed gradient echo sequence, with a normal gradient orientation and also with the frequency-and phase-encoding directions changed. CT arthrographic data sets were then obtained. On the basis of 3-D constructions, we determined the cartilage volume and, with a 3-D minimal distance algorithm, the thickness distribution, of the patella, femur and tibia. Irrespective of the gradient orientation, good agreement was observed between MRI and CT arthrography in terms of cartilage volumes and maximum cartilage thickness. With a normal gradient orientation the volume was overestimated by 2.5 % in MRI, and 2.3 % when the gradiente were changed. The maximum cartilage thickness was underestimated by 0.24 intervals (interval « 0.5 mm) with ...