Σε μια παρουσίαση Best-in-Physics στο Ετήσια Συνέλευση AAPM, ο Sihao Chen περιέγραψε πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια απλή μαγνητική τομογραφία για τη διαχείριση της κίνησης κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας με καθοδήγηση MR
in vivo αναπνευστική καμπύλη (α). Τα δεδομένα από τις πρώτες 200 ακτίνες (με κόκκινο χρώμα) χρησιμοποιήθηκαν για ανακατασκευές μαγνητικής τομογραφίας σύντομης σάρωσης: χρησιμοποιώντας MCNUFFT χωρίς διόρθωση κίνησης (β) και χρήση MOTIF με P2P (c). Η ανακατασκευή χρησιμοποιώντας MOTIF με MCNUFFT από μαγνητική τομογραφία κανονικής σάρωσης (2000 ακτίνες) χρησιμεύει ως το χρυσό πρότυπο (d). (Ευγενική προσφορά: Sihao Chen)” width=”635″ ύψος=”347″>
Η αναπνευστική κίνηση μπορεί να επηρεάσει την αποτελεσματικότητα και την ασφάλεια της ακτινοθεραπείας στον θώρακα και την κοιλιά. Για θεραπείες που χρησιμοποιούν μαγνητική τομογραφία καθοδηγούμενη από Linac, η ελεύθερη αναπνοή 4D-MRI είναι μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική της 4D-CT για διαχείριση κίνησης, παρέχοντας εξαιρετική αντίθεση των μαλακών ιστών χωρίς ιονίζουσα ακτινοβολία. Απαιτούνται εικόνες μαγνητικής τομογραφίας υψηλής ποιότητας χωρίς τεχνουργήματα κίνησης για την οριοθέτηση βλαβών από φυσιολογικό ιστό. Επί του παρόντος, ωστόσο, οι προσεγγίσεις που βασίζονται σε μαγνητική τομογραφία απαιτούν πολλαπλές σαρώσεις με σημαντικό χρόνο σάρωσης.
Για την κάλυψη αυτών των αναγκών, Σιχάο Τσεν, Hongyu An και οι συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις αναπτύσσουν έναν τρόπο χρήσης μιας απλής μαγνητικής τομογραφίας για ανίχνευση κίνησης, 4D-MRI με επίλυση κίνησης και ανακατασκευή 3D-MRI με ενσωματωμένη κίνηση. Μιλώντας στην ετήσια συνάντηση AAPM της περασμένης εβδομάδας, ο Chen έδειξε ότι αυτό είναι δυνατό με χρόνο απόκτησης λιγότερο από ένα λεπτό, χρησιμοποιώντας μια μέθοδο αυτο-πλοήγησης MR με ανακατασκευή εικόνας βασισμένη σε βαθιά μάθηση.
Η τεχνική των τριών σταδίων ξεκινά με μια αυτο-πλοηγούμενη ακολουθία ανίχνευσης αναπνευστικής κίνησης που ονομάζεται CAPTURE, η οποία είναι μια παραλλαγή της αλληλουχίας μαγνητικής τομογραφίας stack-of-stars. Οι ερευνητές εφάρμοσαν το CAPTURE στο 0.35 T ViewRay Καθοδηγήθηκε με μαγνητική τομογραφία linac και αξιολόγησε την προτεινόμενη τεχνική τους απεικονίζοντας ένα φάντασμα αναπνευστικής κίνησης και 12 υγιείς εθελοντές. Έκαναν τακτικές μαγνητικές τομογραφίες χρησιμοποιώντας 2000 ακτινικές ακτίνες, με χρόνο λήψης 5–7 λεπτά. Αξιολόγησαν την πλήρη σάρωση (2000 ακτινικές ακτίνες), καθώς και το πρώτο 10% των δεδομένων, που χρειάστηκαν μόλις 30–40 δευτερόλεπτα.
Ο Τσεν μοιράστηκε μερικά παραδείγματα αναπνευστικών καμπυλών που ανιχνεύθηκαν από το CAPTURE, οι οποίες κατέδειξαν την ικανότητα του CAPTURE να ανιχνεύει την αναπνευστική κίνηση παρά τα διαφορετικά αναπνευστικά μοτίβα μεταξύ των υποκειμένων και κατά τη διάρκεια μεμονωμένων σαρώσεων. Τα αντίστοιχα φάσματα συχνότητας προσδιόρισαν με σαφήνεια τις επιμέρους συνιστώσες συχνότητας.
Στη συνέχεια, η ομάδα χρησιμοποίησε τα μετρημένα αναπνευστικά σήματα για να δημιουργήσει 4D-MRIs μέσω τριών τεχνικών ανακατασκευής: μη ομοιόμορφος αντίστροφος γρήγορος μετασχηματισμός Fourier πολλαπλών πηνίων (MCNUFFT). συμπιεσμένη αίσθηση? και ανακατασκευή Phase2Phase (P2P) βασισμένη σε βαθιά μάθηση.
Σε μια μελέτη φάντασμα κίνησης, η ομάδα ανακατασκεύασε εικόνες 4D-MR χρησιμοποιώντας δεδομένα είτε 5 λεπτών είτε 30 δευτερολέπτων. Η ανίχνευση κίνησης CAPTURE βελτίωσε την ορατότητα των ενσωματωμένων σφαιρών στο φάντασμα στο επίπεδο που φαίνεται στις εικόνες αλήθειας εδάφους. Στη σύντομη σάρωση μαγνητικής τομογραφίας, η ανακατασκευή P2P αποκατέστησε την ευκρίνεια της εικόνας και μείωσε τα τεχνουργήματα υποδειγματοληψίας σε σύγκριση με τη μη διορθωμένη γραμμή βάσης.
Για τις σαρώσεις ασθενών, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τις πρώτες 200 ακτίνες για ανακατασκευή σύντομης σάρωσης (30 δευτερόλεπτα), παρατηρώντας ότι η P2P ξεπερνούσε σαφώς τις άλλες δύο μεθόδους για την ανακατασκευή 4D-MRI. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν 4D-MRIs που δημιουργήθηκαν από σαρώσεις 30 δευτερολέπτων και 5 λεπτών για να εξαγάγουν διανυσματικά πεδία κίνησης. Ο Τσεν σημείωσε ότι η διαφορά μεταξύ των δύο ήταν «μέτρια σε σύγκριση με το συνολικό εύρος κίνησης».
Στο τελικό βήμα, αυτά τα διανυσματικά πεδία κίνησης χρησιμοποιούνται για την ανακατασκευή 3D-MRI χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο ολοκληρωμένης ανακατασκευής κίνησης (MOTIF). Οι εικόνες 3D-MR του φαντάσματος έδειξαν ότι το MOTIF μείωσε τα τεχνουργήματα της κίνησης και βελτίωσε την ποιότητα της εικόνας. Στη μελέτη ασθενών, εικόνες σύντομης σάρωσης (200 ακτίνες) που ανακατασκευάστηκαν από το MOTIF είχαν καλύτερη αναλογία σήματος προς θόρυβο και λιγότερα τεχνουργήματα κίνησης από τη μη διορθωμένη γραμμή βάσης και έδειξαν «μέτρια ποιότητα εικόνας» σε σύγκριση με εικόνες κανονικής σάρωσης (2000 ακτίνες) ανακατασκευάστηκε από το MOTIF.
Καλύτερο στη φυσική: πολυδιάστατη μαγνητική τομογραφία και θεραπεία πρωτονίων FLASH
Η ομάδα πραγματοποίησε επίσης μια τυφλή ακτινολογική εξέταση των 12 ατόμων. Οι εικόνες που ανακατασκευάστηκαν από το MOTIF χρησιμοποιώντας ολόκληρο το σύνολο δεδομένων σημείωσαν πάνω από 8/10 βαθμούς όταν βαθμολογήθηκαν για ευκρίνεια, αντίθεση και έλλειψη τεχνουργημάτων. "Για σύντομες σαρώσεις, το MOTIF με P2P έλαβε μια σχετικά ικανοποιητική βαθμολογία αξιολόγησης 5/10, ενώ καμία διόρθωση κίνησης δεν σημείωσε λιγότερο από 3/10", δήλωσε ο Chen.
Ο Chen κατέληξε στο συμπέρασμα ότι μια γρήγορη απλή σάρωση μαγνητικής τομογραφίας, που χρησιμοποιείται με CAPTURE, P2P και MOTIF, μπορεί να δημιουργήσει εικόνες υψηλής ποιότητας 4D-MR για τον προσδιορισμό του εύρους κίνησης της βλάβης και εικόνες 3D-MR για την οριοθέτηση της βλάβης σε ένα λινάρι κατευθυνόμενο με μαγνητική τομογραφία χαμηλού πεδίου.
