Wertigkeit verschiedener MR-Sequenzen bei einer Feldstärke von 1,5- und 3,0 Tesla für die Analyse von Knorpeldefekten der Patella im Tiermodell

Zusammenfassung

Ziel: Vergleichende MR-tomographische und makroskopische Evaluation der Wertigkeit verschiedener Sequenzen und Feldstärken bei der Knorpeldefektdetektion und -vermessung am Tiermodell. Material und Methode: Nach offener operativer Setzung von retropatellären Knorpelschäden unterschiedlicher Fläche, Tiefe und Lokalisation an 8 Schafskadaverknien wurden diese mittels fettsaturierter (FS) protonendichtegewichteter (PD-)Fast-Spinecho-(FSE)- und 2D- und 3D-Gradientenecho-(GE-)Sequenzen am 1,5-T- und 3,0-T-MRT untersucht. Die Aufnahmen wurden von zwei unabhängigen Radiologen geblindet analysiert unter Einteilung der Patellarückfläche in 15 virtuelle Lokalisationssegmente. Die Ergebnisse wurden mit den makroskopisch vermessenen Läsionen hinsichtlich Lokalisation, Fläche und Tiefe verglichen. Ergebnisse: Die höchste Sensitivität (67,1 %) und Treffsicherheit (85,4 %) sowie der höchste positive (87,3 %) und negative (84,7 %) Vorhersagewert bei der Läsionsdetektion wurden mittels der 3,0-T-FS-3D-GE-Sequenz erzielt. Die höchste Spezifität (95,6 %) erreichte die 3,0-T-FS-2D-GE-Sequenz, wobei die übrigen Sequenzen jedoch nur um maximal 2,6 % unterlegen waren. Grundsätzlich waren die 3D-GE-Sequenzen den FS-2D-GE- (3,0 T: p < 0,05; 1,5 T: p < 0,05) und insbesondere den FS-PD-FSE-Sequenzen signifikant (3,0 T: p < 0,01; 1,5 T: p < 0,05) überlegen. Bei der Läsionsflächenbestimmung war ebenfalls die 3,0-T-FS-3D-GE-Sequenz allen übrigen Sequenzen überlegen (korrekte Messungen: 50,0 %), der 1,5-T-FS-3D-GE-Sequenz nur gering (46,9 %, p > 0,05), den übrigen Sequenzen jedoch deutlich (28,1 - 40,6 %, gegenüber 1,5-T-FS-PD-FSE: p < 0,05, gegenüber anderen Sequenzen: p > 0,05). Die Läsionstiefenbestimmung erfolgte am zuverlässigsten mit der 1,5-T-FS-3D-GE-Sequenz (korrekte Messungen: 53,1 %), gefolgt von der 3,0-T-FS-3D-GE-Sequenz (50,0 %, Unterschiedssignifikanz: p > 0,05). Schlussfolgerungen: Die Feldstärke von 3,0 Tesla bietet nur bei Verwendung von fettsaturierten 3D- oder 2D-GE-Sequenzen Vorteile gegenüber dem 1,5-T-MRT bei der Knorpelläsionsdetektion, jedoch nicht bei Verwendung von fettsaturierten protonendichtegewichteten SE-Sequenzen. Bei der Knorpelläsionsflächen- und -tiefenbestimmung konnte keine Überlegenheit der höheren Feldstärke festgestellt werden.

Abstract

Purpose: Comparison of MRI and macropathologic evaluation using various sequences and field strengths in the detection, localization and measurement of cartilage defects in an animal model. Materials and Methods: After open creation of retropatellar cartilage defects of various widths, depths and locations in 8 cadaveric sheep knee joints, the knees were examined using a fat-suppressed (FS), proton density-weighted (PD) fast spin echo (FSE), and 2D and 3D gradient echo (GE) sequences on 1.5 T and 3.0 T MR scanners. The images were analyzed by two independent radiologists in a blinded manner, by dividing the patella into 15 virtual segments. The results were correlated with the macropathologic findings with regards to location, width, and depth of the defects. Results: The highest sensitivity (67.1 %), diagnostic accuracy (85.4 %), positive (87.3 %), and negative (84.7 %) predictive values in detecting defects were obtained using the 3.0 T FS-3D-GE sequence. The highest specificity (95.6 %) yielded the 3.0 T FS-2D-GE sequence, with the other sequences inferior by no more than 2.6 %. In general, FS-3D-GE sequences were superior to FS-2D-GE (3.0 T: p < 0.05; 1.5 T: p < 0.05) and especially to FS-PD-FSE sequences (3.0 T: p < 0.01; 1.5 T: p < 0.05). In determining the defects’ widths, the 3.0 T FS-3D-GE sequence was superior to all other sequences (correct measurements: 50.0 %), with only slight superiority to the 1.5 T FS-3D-GE sequence (46.9 %, p > 0.05) but clear superiority to the other sequences (28.1 - 40.6 %, vs. 1.5 T FS-PD-FSE: p < 0.05, vs. other sequences: p > 0.05). To determine the defects’ depths, the 1.5 T FS-3D-GE sequence was most reliable (correct measurements: 53.1 %), followed by the 3.0T FS-3D-GE sequence (50.0 %, significance of difference: p > 0.05). Conclusion: In detecting cartilage defects, the field strength of 3.0 Tesla was only superior to 1.5 T MRI using fat-saturated 3D- or 2D-GE-sequences but not in fat-saturated proton density-weighted SE-sequences. In determination of depth and length of the defects, the higher field strength was not advantageous.

Key words

1.5T MRI - 3.0T MRI - cartilage - chondromalacia - spin echo - gradient echo

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