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为解决金属植入物在 MRI 中导致的几何畸变（MD）量化问题，研究人员开展相关研究，得出可靠量化方法，有助于提高 MRI 引导治疗的空间准确性。
在现代医学领域，磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）凭借其高软组织对比度和非电离特性，成为临床诊断和治疗的重要帮手。想象一下，医生通过 MRI，能够清晰地看到人体内部的软组织，就像拥有了透视眼，为疾病的诊断提供了关键依据。然而，金属植入物的出现却打破了这份美好。当患者体内有金属植入物时，在 MRI 检查中会产生一系列问题，其中金属诱导的几何畸变（Metal-induced Geometric Distortions，MD）尤为棘手。
MD 就像是 MRI 图像中的 “捣乱分子”，它会严重影响 MR 图像的空间准确性，进而影响目标区域、体积和危险器官的定位。这对于 MRI 引导的治疗，如放射治疗（Radiotherapy）和各学科的导航手术（Navigated Surgery）来说，简直是一大障碍。比如在宫颈癌的腔内近距离放射治疗中，基于 MRI 的治疗计划原本可以更好地勾勒肿瘤轮廓，提高局部肿瘤控制率和患者总体生存率，但 MD 的存在却可能让这一切大打折扣。而且，目前关于 MD 的研究还存在诸多不足。已有的研究大多集中在评估各种金属植入物产生的信号损失和堆积伪影（Signal Loss and Pile-up Artifacts，SLPUA），对 MD 的研究相对较少。已有的 MD 量化研究也存在方法局限性，无法全面、准确地评估 MD，不同序列和植入物之间的比较也缺乏公平性。
为了攻克这些难题，来自德国海德堡大学医院神经放射学系和弗莱堡大学医学中心放射学系的研究人员 Hao Li、Ali C. ?zen 等人展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为解决金属植入物在 MRI 中的问题带来了新的希望。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展此项研究。首先是精心设计了一种 3D 晶格体模（3D lattice phantom），该体模由丙烯酸树脂制成，内部有毛细管，提供了 9360 个可用于几何畸变分析的交叉点。接着，使用两种金属样本，即钛牙种植体搭配非贵金属合金牙冠和不锈钢支架，模拟临床常见情况。在成像方面，利用 3-Tesla MRI 系统和不同的成像序列（如 VIBE 和 SPACE）进行扫描，并依据 NEMA 标准测量信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR） 。最后，通过自定义的 MATLAB 算法自动计算几何畸变，该算法涉及图像分割、交叉点坐标计算、参考点选择等复杂步骤，还对噪声诱导误差（Noise-induced Error，NE）和信号损失及堆积伪影体积进行了校正和评估。
研究结果主要包括以下几个方面：
- 金属样本产生的 MD 差异：不同金属样本在体模中产生的 MD 不同。以 VIBE5 序列为例，不锈钢支架在距离植入物中心 4.0 - 4.8cm 或信号损失区域边界 1.6 - 2.4cm 的区域，MD 超过 1mm；非贵金属合金冠支持的植入物受影响区域相对较小。而且，两种样本材料中，频率编码方向（MD-F）受影响最为显著。
- 可靠性和准确性分析：计算 MD 的可靠性评估显示，无论是否进行 NE 校正，组内相关系数（Intraclass Correlation Coefficient，ICC）均高于 0.99，表明可靠性极高。与 CT 作为金标准对比，校正 NE 后的平均 NE 在 X、Y、Z 方向分别仅为 0.016mm、0.007mm、0.007mm，仅占体素大小的 2.6%、1.6%、1.8%，体现了该方法的高准确性。
- SNR 对失真评估的影响：SNR 对测量的 MD 有显著影响（p 值 < 0.001），随着 SNR 增加，总 MD 减少。例如，VIBE1 和 VIBE5 之间，不锈钢支架和非贵金属合金冠支持的植入物的 MD 差异分别达到 36.3%（1936.8mm）和 41.9%（1816.2mm） 。不过，NE 校正能大幅降低 SNR 的影响，使两种材料的 MD 最大差异分别降至 17.5%（222.3mm）和 30.7%（208.5mm）。
- 伪影影响区域的 MD 估计：比较 VIBE5 和 SPACE 序列发现，SPACE 的伪影影响体积比 VIBE5 大 98.5%。不同序列在各子区域可测量交叉点的百分比差异很大，如在子区域 1 中，VIBE5 和 SPACE 可评估的交叉点百分比分别为 9.4% 和 6.3% 。通过指数增长拟合估计伪影严重区域的 MD，两种序列的 R2 均大于 0.99，且测量的 MD 比非线性拟合估计的 MD 低 34.9%（VIBE5）和 34.0%（SPACE）。
研究结论和讨论部分指出，该研究提供了一种精确可靠的方法，能够在金属诱导伪影存在的情况下，对空间和方向编码的畸变进行量化。研究明确了信号损失 / 堆积伪影体积和 SNR 是测量准确性的重要混杂因素，并提出了降低其影响的策略。此方法不仅可以比较不同材料和序列导致的畸变，还能通过优化 MRI 协议和定义植入物特定的 MD 轮廓，提高 MRI 引导治疗的空间准确性，改善治疗结果，减少治疗风险。例如，在近距离放射治疗中，能更精确地定位治疗部位，减少对健康组织的损伤。
然而，该研究也存在一些局限性。NE 校正不能完全消除 NE，尤其是对于极低 SNR 的协议。而且，每个协议至少需要测量 3 次来计算 NE，增加测量次数虽可能提高校正准确性，但会延长扫描时间。未来研究将探索使用该方法获得的 MD 轮廓来校正体内图像中的 MD。
总体而言，这项研究为解决金属植入物在 MRI 中的几何畸变问题提供了重要的理论和技术支持，在临床应用中具有广阔的前景，有望推动 MRI 引导治疗技术的进一步发展，为患者带来更好的治疗效果。
