不同材料金属烤瓷冠磁共振成像伪影的比较

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.12.013

中国组织工程研究 ›› 2014, Vol. 18 ›› Issue (12): 1883-1888.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2014.12.013

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不同材料金属烤瓷冠磁共振成像伪影的比较

冯娟，李文晋，牛金亮，王慧敏，尹文静

山西医科大学第二医院口腔科，山西省太原市 030001

修回日期:2014-01-16 出版日期:2014-03-19 发布日期:2014-03-19
通讯作者: 李文晋，副主任医师，山西医科大学第二医院口腔科，山西省太原市 030001
作者简介:冯娟，女，1987年生，山西省孝义市人，汉族，山西医科大学在读硕士，主要从事金属烤瓷冠与磁共振成像研究。
基金资助:
山西省科技厅青年科技研究基金(2011021035-4)；山西省研究生优秀创新项目(20093066)；山西省卫生厅科技攻关计划项目(20100141)；山西医科大学第二医院博士启动基金(2013-06)

Comparison of the artifacts on magnetic resonance imaging caused by different porcelain-fused-to-metals

Feng Juan, Li Wen-jin, Niu Jin-liang, Wang Hui-min, Yin Wen-jing

Department of Stomatology, the Second Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, Shanxi Province, China

Revised:2014-01-16 Online:2014-03-19 Published:2014-03-19
Contact: Li Wen-jin, Associate chief physician, Department of Stomatology, the Second Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, Shanxi Province, China
About author:Feng Juan, Studying for master’s degree, Department of Stomatology, the Second Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, Shanxi Province, China
Supported by:
the Young Science and Technology Research Foundation of Shanxi Provincial Bureau of Science and Technology, No. 2011021035-4; the Graduate Innovative Project of Shanxi Province, No. 20093066; the Scientific Tackle Key Plan of Shanxi Provincial Heath Bureau, No. 20100141; the Doctoral Initial Funding of the Second Hospital of Shanxi Medical University, No. 2013-06

摘要/Abstract

摘要：

背景：口腔内有金属烤瓷冠的患者在进行磁共振成像检查时会形成伪影，但是在临床方面鲜见有关不同材料金属烤瓷冠在磁共振成像形成伪影的定量报道。
目的：研究不同材料金属烤瓷冠在FSE T2WI序列中磁共振成像伪影的大小。
方法：在核磁室收集需做磁共振成像检查且有右下颌第一磨牙烤瓷冠修复的患者48例，分为镍铬合金烤瓷冠组、钴铬合金烤瓷冠组及纯钛烤瓷冠组。采用1.5T MRI扫描仪对所有患者进行FSE T2WI扫描，观察同一序列不同材料金属烤瓷冠患者成像伪影的大小。
结果与结论：选择金属修复体边界出现清晰的弧形高信号环带且可进行测量的样本共45例，每种材料各15例。不同材料的金属烤瓷冠患者在同一序列产生的伪影大小不同，镍铬合金烤瓷冠组、钴铬合金烤瓷冠组和纯钛烤瓷冠组的伪影分别为(321.67±33.29)，(263.53±34.95)，(143.67±31.13) mm²，3组间两两比较差异均有显著性意义(P < 0.05)。表明3种临床常用的金属烤瓷冠修复材料中，纯钛烤瓷冠形成的伪影最小，镍铬合金烤瓷冠伪影最大。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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关键词: 生物材料, 口腔生物材料, 镍铬合金烤瓷冠, 钴铬合金烤瓷冠, 纯钛烤瓷冠, 金属伪影, FSE T2WI序列, 修复, 右下颌第一磨牙, 磁共振成像

Abstract:

BACKGROUND: The patients with porcelain-fused-to-metal crowns who do examination of magnetic resonance imaging (MRI) can cause artifacts. In recent years, researching for MRI artifacts of different porcelain-fused-to-metal materials has been some progress, but there are less quantitatively reports on the MRI artifacts of different porcelain-fused-to-metal materials.
OBJECTIVE: To evaluate the artifact sizes shown on fast spin-echo T2-weighted sequence caused by different kinds of porcelain-fused-to-metal crowns.
METHODS: Forty-eight lower right first molar crown patients who had MRI examination in MRI room were enrolled. The patients were divided into nickel-chromium alloy group, cobalt-chromium alloy group and titanium crown group. All patients were examined with fast spin-echo T2-weighted sequences by means of 1.5 T MRI apparatus. MRI artifacts areas of same sequence on the MRI images of different porcelain-fused-to-metal materials were analyzed with variance test.
RESULTS AND CONCLUSION: Forty-five cases appearing to have high signal samples with clearly curved boundary zone that can be measured were selected, 15 cases for each material. Different artifact sizes were produced on the same sequence of different porcelain-fused-to-metal materials, which were (321.67±33.29) mm² in the nickel-chromium alloy group, (263.53±34.95) mm2 in the cobalt-chromium alloy group, and (143.67±31.13) mm2 in the titanium crown group. There were significant differences between groups (P < 0.05). The artifact size is smallest for the titanium crown and largest for the nickel-chromium alloy crown.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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Key words: biocompatible materials, metal ceramic alloys, magnetic resonance imaging

中图分类号:

R318

冯娟，李文晋，牛金亮，王慧敏，尹文静. 不同材料金属烤瓷冠磁共振成像伪影的比较[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(12): 1883-1888.

Feng Juan, Li Wen-jin, Niu Jin-liang, Wang Hui-min, Yin Wen-jing. Comparison of the artifacts on magnetic resonance imaging caused by different porcelain-fused-to-metals [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(12): 1883-1888.

图/表（结果） 1

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引言

口腔修复医学是近年来发展迅速的学科，随着现代科技的发展而迅速发展，与口腔组织学、解剖生理学、影像学、材料学等众多学科密切关联，不仅极大改变了人们的社会生活，也促进了口腔修复技术的发展。在修复治疗中全冠、嵌体、高嵌体、超嵌体、嵌体冠、贴面等仍是牙体保存修复的主体材料与方法^[1]。金属烤瓷全冠也称烤瓷溶附金属修复体，兼具金属的强度与烤瓷的美观，其外观质感逼真，色泽稳定，耐磨性和抗折力强，具有一定的耐腐蚀性，在临床应用十分广泛^[2]。

从1926年合翼X射线胶片第一次在口腔使用到1978年诺丁汉大学和阿伯丁大学的物理学家们取得了第一幅人体磁共振图像^[3]，口腔与影像就交织联系在一起。磁共振成像即MRI，是将人体组织的生物氢质子群环绕在外加静磁场中发生的变化，通过环绕在人体周围的接受圈接收后产生感应电流，将该电流放大并转换成数字信号，经计算机处理信号后获得特定组织的磁共振图像^[4]。

磁共振成像可以从多方向断层，从三维乃至三维以上空间观察人体或某局部病变的解剖及其构成细胞的生理、病理、生化活动，由此得到高对比度的解剖学图像，以其出色的软组织分辨力，在临床中被广泛应用于头颈部病变的诊断。约50%以上患者在头部磁共振成像检查中是为诊断颅脑部位的疾病^[5]。磁共振成像可以清晰地显示口腔颌面部的组织解剖结构，包括颌面部骨骼、肌肉、头颈部淋巴结、血管、舌、牙及牙槽骨、涎腺与颞下颌关节等。随着磁共振成像检查技术的发展，更多的新技术应用于临床，磁共振成像在口腔颌面部的应用越来越广泛，一方面能更好地显示病变组织形态变化，另一方面用于辅助鉴别诊断、评价磁共振成像新技术在口腔颌面部的应用及研究方向。

伪影是指磁共振成像图像中与实际解剖结构不相符的信号，可以表现为图像的变形、重叠、缺失、模糊等。磁共振成像伪影主要造成3个方面的问题：图像质量下降甚至无法分析；掩盖病灶造成漏诊；出现假病灶造成误诊^[6]。根据磁共振成像形成的原因可以将伪影分为：操作相关的伪影；图像处理相关的伪影，如软件的问题形成的伪影；硬件相关的伪影，如静磁场不均匀造成的伪影；患者相关的伪影如患者运动、生理性运动造成的伪影，磁敏感性伪影(金属伪影)；环境相关的伪影，如射频泄漏或干扰造成的伪影。

佩戴金属烤瓷冠的人群在进行磁共振成像检查时会产生金属伪影^[7]。根据磁化率的不同，金属材料一般可分为3类^[7-8]：铁磁性金属，在磁场中很容易被磁化，且磁化方向与外磁场方向相同，使得原磁场显著加强；顺磁性金属，在外加磁场中呈现微弱的磁性，磁化方向与磁场方向一致，使原有磁场略有加强；抗磁性金属，与顺磁性金属合称为非铁磁性金属，不易被磁化，磁化时磁化方向与磁场方向相反，可减弱原磁场强度。抗磁性金属磁化率为正值，顺磁性金属磁化率为负值。一般顺磁性金属磁化率很低，铁磁性金属磁化率很高。各种口腔金属材料均可在磁共振成像过程中产生伪影，但铁磁性金属产生伪影的程度大于非铁磁性金属。

实验所用的3种金属烤瓷冠：①镍为一种铁磁性金属，镍铬合金烤瓷冠是前十年国内做的最多的烤瓷冠。镍铬合金耐腐蚀、价格低廉，但镍元素的化学性质相对来说不是特别稳定，在复杂的口腔环境中，暴露在口腔中的金属部分会慢慢分解，释放黑色的氧化物，导致局部牙龈组织染色，部分比较敏感的人群会形成牙龈黑线^[9]，镍铬合金烤瓷镶复者的牙齿牙颈缘容易发黑、影响美观。②钴为一种铁磁性金属，钴铬合金被最早应用于移植医疗，用做髋关节之用，由于其良好的生物相容性一直沿用至今。早在1929年被应用于牙科医疗方面，用于可摘局部义齿修复。钴铬合金烤瓷冠耐腐蚀性较镍铬合金烤瓷冠高，熔点高，弹性系数高，舒适度好，在患者口内不会出现合金变色现象，是比较理想的镍铬合金烤瓷冠替代品。③纯钛为一种非铁磁性金属，钛是口腔修复材料中的理想金属，钛具有稳定的化学性质和极佳的生物相容性，不与人体组织起任何反应。纯钛无磁性，质量轻，应用广，但是纯钛不易加工，金属弹性大，对医生技术要求高，价格也较高。

金属伪影在磁共振成像中可以3种形式出现：一为几何成像畸变，尤其是在物体边界上的几何畸变；二为物体周围逐渐或明显的信号流空；三为临近物体的清晰高信号区域^[10]。金属伪影大小主要与金属物体的磁化率，金属物体的数量、大小、形状^[11]、位置，磁共振成像的扫描序列与扫描参数等相关。磁化率越强金属伪影越大，金属伪影的大小与金属物体的数量^[12]、大小呈正相关^[13]，植入体的形状为短丝、薄板状时产生的伪影最小，修复体长轴与主磁场的夹角会对磁共振成像伪影造成影响^[14]，在常用的扫描序列中FSE序列产生的伪影最小，刘娟^[15]通过实验证明了扫描参数对金属伪影大小的影响。

随着脑血管疾病及头部软组织肿物发病率的提高，磁共振成像技术已经成为头颈部病变及软组织检查的重要手段之一。从患者考虑，进行磁共振成像检查时拆除口腔内存在的金属修复体或其他固定金属物体，一方面造成患者的诸多不便，另一方面给患者带来了经济损失，因此选择合适的临床修复材料具有重要的意义。实验收集临床常用的3种金属烤瓷冠，分析不同材料金属烤瓷冠形成伪影大小，为临床提供正确的诊断与优质图像，同时为患者减少不必要的经济损失。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
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材料方法

设计：临床对比观察。

时间及地点：选择2013年7至12月山西医科大学第二临床医院影像科就诊的患者。

对象：选择存在右下颌第一磨牙的金属烤瓷冠患者48例，分为镍铬合金患者组16例，其中男性10例，女性6例，平均年龄为48.5岁；钴铬合金患者组16例，其中男性7例，女性9例，平均年龄53岁；纯钛烤瓷冠患者组16例，其中男性8例，女性8例，平均年龄50岁。

纳入标准：年龄为20-80岁具有良好依从性的患者，口腔内左侧无金属充填物、种植体、钛板等影响成像的其他相关金属材料，体内无影响成像的相关因素，如装有心脏起搏器或体内存有金属异物或金属植入物(非钛类)，非妊娠3个月内的早孕患者^[16]。

排除标准：不符合以上病例选择标准的患者。

材料：镍铬合金烤瓷冠中含镍65%，铬22.5%，钼9.5%，其他3%；钴铬合金烤瓷冠中含钴60.2%，铬25%，钨6.2%，钼4.8%，其他3.8%；纯钛烤瓷冠中含钛99.9%，其他0.1%。3种金属烤瓷冠均由山西西京医疗器械公司提供。

方法：

患者体位：采用标准头部成像体位，仰卧位，头先进，双手置于身体两侧，人体长轴与床面长轴一致；两耳塞上棉花进行听力保护；摆位时，肩部必须靠近线圈，头顶部尽量向线圈内，左右居中，头部不能旋转，同时必须用海绵垫固定头部；下颌一定要内收，必要时垫高枕后，这样可明显减少图像伪影；定位中心位于鼻根或眉间，若是激光灯经过眼睛时必须闭眼。

检查方法：采用GE公司生产的1.5T核磁共振成像仪，头部8通道线圈由同一位技师对每一病例均进行FSE T2WI序列横断位扫描。该序列的成像标准为：重复时间3 600 ms，回波时间110 ms，视野24 cm×24 cm，层厚/层间隔为6.0 mm/1.0 mm，矩阵352×352，激励次数1.50。共扫描15层，覆盖研究的部位。用核磁共振成像仪自带的测量工具进行测量，以伪影面积最大层的面积为测量面积(mm²)，每个数值测量3次求平均值，最后进行数据分析。

伪影定量分析：影响伪影大小的因素包括金属材料的磁化率，金属物体的的数量、大小、形状、位置，磁共振成像的扫描序列与扫描参数等。实验中都选择右下颌第一磨牙烤瓷冠数量确定，由同一人同一台机器操作，位置也是一定的，所选用磁共振成像的扫描序列和扫描参数一定，把所选患者的烤瓷冠的大小和形状按统一标准确定，也认为是一定的，进而比较金属材料磁化率对实验的影响。

主要观察指标：各组磁共振成像伪影的大小。

统计学分析：应用SPSS 17.0软件包，按α=0.05检验水准，多组比较采用单因素方差分析，进一步两两比较用LSD-t 和SNK法，P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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讨论

近几年，各种先进的修复理论、新型技术和材料的不断涌现，中国口腔修复学的发展有了可喜进展，但是金属烤瓷冠的修复仍是大多数人选择的修复方式。文章从临床选择最常用的3种金属烤瓷冠修复材料研究金属伪影的大小，为临床提供切实的依据。

3.1 常见扫描序列形成伪影的大小 临床常用的磁共振成像头颈部检查序列SE T1WI、FSE T2WI、GRE T2WI序列。有学者比较了口腔材料在GRE、SE T1WI和FSE T2WI中的伪影情况，指出梯度回波序列(GRE)伪影最明显，表现为磨菇状^[17]。Burtsche等建议使用快速自旋回波序列(FSE T2WI)进行扫描的同时，尽量缩短回波时间，可以最大程度减轻伪影的影响。国外有学者用骨科材料作伪影测定得到了相似结果，他们认为快速自旋回波序列序列能减轻伪影，与SE序列相比，快速自旋回波序列能提供更多的图像信息，快速自旋回波序列(FSE T2WI)是目前临床应用较多的扫描序列之一，具有扫描速度快且能有效减轻伪影影响的优点，因此，口腔内有金属修复体的患者行颅脑和颈椎磁共振成像检查时，扫描序列最好选择快速自旋回波序列。

国内学者郝楠等^[18]在FSE T1WI、FSE T2WI、GRE T2WI三种序列下比较相同材料试件所产生的伪影面积，结果显示相同材料试件使用不同序列所产生伪影面积的比较差异也有统计学意义，其中GRE T2WI显著大于FSE T1WI 和FSE T2WI，且图像变形FSE T2WI最小，但与FSE T1WI 间差异无显著性意义。

由于快速自旋回波序列有数个180脉冲，形成多个自旋回波，最终获得由多个彼此独立的不同的相位编码数据组合而成的图像。快速自旋回波序列的数个180脉冲和回波间隔很短，所以自旋质子不易失相位，伪影较轻^[19]。与其他常规扫描序列相比，快速自旋回波序列可减小金属的磁敏感性伪影。实验检查所用的FSE T2WI序列一方面由于它是设定好的序列即每位患者做常规头颈部检查都需做这个序列，另一方面由于它是常规序列中产生伪影最小的序列，便于实验。

3.2 金属含量的改变对伪影的影响在进行磁共振成像检查时，被检查体内有金属异物，将在局部形成强磁场干扰主磁场的均匀性，从而在成像过程中使该金属部位周围的图像形成伪影，影响图像质量，甚至影响到诊断的正确性^[20]。金属伪影为磁敏感性伪影，磁敏感性伪影分为铁磁性金属伪影与非铁磁性金属伪影。根据以往的文献报道^[21-22]，镍铬合金与钴铬合金为铁磁性金属，纯钛为非铁磁性金属。镍铬合金烤瓷冠与钴铬合金烤瓷冠产生的伪影为铁磁性金属伪影，纯钛烤瓷冠产生的伪影为非铁磁性金属伪影。对于铁磁性金属，在该修复体局部可以产生较强的磁场，干扰主磁场的均衡性以至于因破坏组织的物理位置与频率的对应关系而扰乱图像，形成较大的的金属伪影；非铁磁性金属的磁化率小于铁磁性金属，在磁场中使其周围的主磁场或局部磁场并无大的改变^[23]。3种金属的磁化率：钴>镍>钛。

早期Fache等^[24]在研究不同牙科材料成分和导磁性时发现，导磁性越高的材料产生的伪影面积也越大，但认为一种材料的导磁性不能仅从其组成成分简单预测。比如在纯钛金属中，加入少许顺磁质乃至强磁质，不仅不会改变物质的导磁性，反而会增加耐受力，这也使人们不能仅根据某种合金材料的成分就轻易推测出其对磁共振成像的影响。Eggers等^[25]认为金属中掺有少量的铁磁性材料也可导致磁共振成像伪影改变。国内刘玉华等^[26]以犬为动物模型研究镍铬合金烤瓷冠、金合金烤瓷冠对磁共振成像的影响，结果显示镍铬合金产生的伪影面积大，镍含量的差异可能对伪影范围的大小起主要作用；金合金对磁共振成像图像几乎没有影响。两者研究结果基本相似，但是指出了金属含量的不同可能影响结果。

3.3 金属伪影的前期研究成果国内应艳^[27]在体外研究两种金属引起磁共振成像伪影的程度，得出镍铬合金烤瓷冠所产生的磁共振成像伪影明显大于金合金烤瓷冠所产生的磁共振成像伪影。包博等^[21]以猴为动物模型研究金合金铸造冠、镍铬合金铸造冠对磁共振成像的影响，结果显示，金合金修复体不影响磁共振成像检查的准确性；镍铬合金修复体使其相邻组织的成像发生畸变。邓承建等^[28]研究77例口腔有金属固定假牙的患者，结果显示77例被检者均出现明显边界清晰的弧形高信号伪影，且位置不固定，只是70例有合金假牙产生的伪影比7例合金加钢丝固定假牙产生的高信号伪影略轻，严重影响图像质量，难以辨别病变真伪，容易出现漏诊或误诊。刘广顺等^[20]对30例患者进行磁共振成像检测时金属假牙均产生了伪影，锻造硬质无缝冠假牙在磁共振成像检查时形成面积较大的重度伪影，并在边缘形成明显的不规则高信号带；铸造镍铬合金假牙形成较小的中度伪影；铸造铜合金假牙形成很小的轻度伪影。

3.4 磁共振成像对金属伪影的影响磁共振成像是一种无损伤性检查，通过多层面、多角度、多方位、多脉冲序列可获得多种病变信息，对病变检出和特征显示有较强的敏感性、直观性以及空间分辨率高等优点，特别是对大脑、脑干和脊髓病变有较高的探测灵敏度，因此已成为当前医学领域中不可缺少的影像诊断方法之一。

在磁共振成像中可以通过调节不同的扫描参数从而对金属伪影产生不同的影响，通常选择调节敏感性高的扫描参数来控制金属伪影的产生强度，减少伪影的同时兼顾磁共振图像的质量^[29]。有研究通过实验证实了扫描参数对金属伪影的影响，并且指出在临床实际操作过程中，当有引起金属伪影的因素存在时，可以通过减小回波时间、视野，增加带宽、回波链长度和矩阵，有利于伪影的控制。

在磁共振成像中可以利用磁共振成像序列来影响金属伪影。磁共振成像的脉冲序列即把磁共振成像的成像参数的设置及其时序上进行排列则得。磁共振成像的脉冲序列分类方法有多种常用的是按采集信号类型进行分类，其中包括自旋回波序列指采集的MR信号是利用180°聚焦脉冲产生的自旋回波，包括常规的自旋回波序列(SE)和快速自旋回波序列(FSE)；梯度回波序列指采集到的磁共振成像序列是利用梯度场切换产生梯度回波，包括常规的梯度回波序列(GRE)等。文献报道在控制金属伪影上，自旋回波序列优于梯度回波序列。

3.5 结果与下一步的研究实验在前人的基础上对镍铬合金烤瓷冠、钴铬合金烤瓷冠、纯钛烤瓷冠进行了定量分析，得出了理论数值：镍铬合金烤瓷冠产生的伪影大于钴铬合金烤瓷冠差异有显著性意义，与王威^[30]，刘玉华等^[26]的研究结果钴铬合金伪影大于镍铬合金有出入，与冯全胜等^[31]的研究结果镍铬合金伪影大于钴铬合金相同。分析原因可能是所选病例数太少，收集患者所用的金属烤瓷冠所含成分不同，比如镍铬合金中铁磁性物质钴、铁所含比重大于镍，前文已进行了论述；伪影面积是人为测定的，也许存在测量误差，如高信号环带不清、存在双层伪影等情况；收集病例做的金属烤瓷冠时间存在前后差异；金属烤瓷冠生产产家存在差异等。由于每个人的牙齿都存在个体差异，为了方便研究把所有患者右下第一磨牙看成正常人统一标准来分析，收集的烤瓷冠制作产家没有达到统一，这是实验的不足之处。

影响金属伪影的因素主要有金属材料的磁化率，金属物体的数量、位置、大小、形状，磁共振成像的扫描序列和扫描参数等^[32-36]。实验在其他影响因素都一定的条件下，比较了金属材料的磁化率，并且得出了纯钛烤瓷冠的临床效果最好，尽量避免使用镍铬合金烤瓷冠。在今后的研究中应更深入研究金属伪影的影响，为临床上额叶底部、颞叶底部、小脑及脑干等部位的观察提供依据，并且研究金属伪影的优化措施。尤其对于不合作且需进行头部磁共振成像检查者，可适当选择优于常规颅脑磁共振成像扫描的措施，拓展磁共振成像的临床应用。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
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不同材料金属烤瓷冠磁共振成像伪影的比较

Comparison of the artifacts on magnetic resonance imaging caused by different porcelain-fused-to-metals

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