Avaliação de próteses de Si3N4/diamante por ressonância magnética

Abstract

A Ressonância Magnética (RM) é uma modalidade imagiológica que tem permitido grandes avanços na área do diagnóstico médico. Tem vindo a ser cada vez mais utilizada para avaliação pós-operatória em variadas situações. No entanto, existem alguns obstáculos à obtenção de imagens de qualidade. Esses obstáculos são, muitas vezes, provocados pela presença de material cirúrgico, como é caso das próteses da anca, que devido às suas características, dão origem a artefactos de suscetibilidade magnética que prejudicam a qualidade da imagem. O desenvolvimento de novos materiais tem demonstrado vantagens no que respeita aos artefactos provocados por estes em exames imagiológicos. Os cerâmicos de nitreto de silício (Si3N4) revestidos por diamante nanocristalino obtido por deposição química em fase vapor (CVD), desenvolvido nos laboratórios do Centro de Investigação em Materiais Cerâmicos e Compósitos (CICECO) da Universidade de Aveiro, é um novo material candidato à utilização em próteses articulares, nomeadamente na cabeça do fémur em próteses da anca. Estes cerâmicos apresentam excelentes características de resistência ao desgaste e de biocompatibilidade. Um estudo prévio com Tomografia Computorizada (TC) apresentou bons resultados com diminuição dos artefactos metálicos. Não são conhecidos estudos que avaliem o seu comportamento no contexto da RM. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento imagiológico deste novo material, Si3N4 revestido a nanodiamante, em RM e compará-lo com materiais atualmente comercializados. Para tal, utilizou-se um fantoma com características que não colocam em causa a segurança na realização dos testes no ambiente de RM. Foram utilizadas amostras de cabeças do fémur de próteses da anca de diferentes materiais nomeadamente Cobalto-Crómio, Oxinium, Zirconia-Toughened Alumina, Nitreto de Silício e Nitreto de Silício revestido com diamante. As imagens foram adquiridas em condições similares em dois equipamentos de RM, um de 3T no Instituto de Ciências Nucleares Aplicadas à Saúde (ICNAS) e outro de 1,5T no Centro de Tomografia Computorizada de Aveiro (CENTAC), procedendo-se posteriormente à análise das imagens, quantificação de artefactos e à comparação dos artefactos causados pelos diferentes materiais. Os resultados alcançados no contexto do presente estudo permitem evidenciar propriedades imagiológicas promissoras dos cerâmicos Si3N4/diamante, uma vez que os artefactos produzidos por estes cerâmicos são reduzidos quando comparados com os originados por outros materiais atualmente utilizados no fabrico deste tipo de próteses.

Magnetic resonance imaging (MRI) is an imaging modality that has allowed major advances in medical diagnostics. It has been increasingly used for postoperative evaluation in different situations. However, there are some obstacles to obtain quality images. These obstacles are often caused by the presence of surgical material, as it is the case of hip prostheses. Hip prostheses characteristics give rise to magnetic susceptibility artifacts that affects image quality. The development of new materials has shown advantages regarding artifacts in diagnostic imaging. Ceramic Silicon Nitride (Si3N4) coated nanocrystalline diamond obtained by Chemical Vapor Deposition (CVD) developed in CICECO – Centre for Research in Ceramics and Composites Materials at the University of Aveiro is a new candidate to be used in joint prostheses, namely in hip prostheses of femur head. This ceramics material has excellent characteristics of wear resistance and biocompatibility. A previous study with CT showed good results since metal artifacts were reduced. Yet, no previous studies assessing Si3N4 coated nanocrystalline diamond behavior in MRI are found. This study is aimed at evaluating the imaging performance of this new material, Si3N4 coated nanocrystalline diamond in MRI, and comparing it with materials currently marketed. For this purpose, a phantom which does not jeopardize safety in testing MRI was used. Samples of hip prostheses femoral heads made of different materials, namely Cobalt-Chromium (CC), Oxinium (OX), Zirconia-Toughened Alumina (ZTA), Silicon Nitride (NS) and Silicon Nitride coated with diamond (NSD) were used. Images were acquired in two MRI equipments under similar conditions, a 3T at the Institute of Nuclear Sciences Applied to Health (ICNAS) and a 1.5T at the Centre of Computed Tomography of Aveiro (CENTAC). Images analysis, artifacts quantification and comparison of artifacts caused by different materials were performed. The results obtained in this study show promising imaging properties of Si3N4/diamond. The artifacts produced by this material are reduced when compared to those generated by other materials currently used in hip prostheses manufacture.