یک اسکن MRI می تواند حرکت تنفسی را مدیریت کند

حرکت تنفسی می تواند بر کارایی و ایمنی پرتودرمانی در قفسه سینه و شکم تأثیر بگذارد. برای درمان‌هایی که از لیناک هدایت‌شده با MRI استفاده می‌کنند، 4D-MRI تنفس آزاد یک جایگزین امیدوارکننده برای 4D-CT برای مدیریت حرکت است که کنتراست عالی بافت نرم را بدون تشعشعات یونیزان ارائه می‌دهد. تصاویر MR با کیفیت بالا و عاری از مصنوعات حرکتی برای ترسیم ضایعات از بافت طبیعی مورد نیاز است. با این حال، در حال حاضر، رویکردهای مبتنی بر MR به اسکن های متعدد با زمان اسکن قابل توجه نیاز دارند.

برای رفع این نیازها، سیهائو چن, هونگیو آن و همکارانش در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس در حال توسعه روشی برای استفاده از یک اسکن MRI برای تشخیص حرکت، 4D-MRI با وضوح حرکت و بازسازی 3D-MRI یکپارچه با حرکت هستند. چن در سخنرانی در نشست سالانه AAPM هفته گذشته، با استفاده از روش MR خود ناوبری با بازسازی تصویر مبتنی بر یادگیری عمیق، نشان داد که این کار با زمان دریافت کمتر از یک دقیقه امکان پذیر است.

این تکنیک سه مرحله ای با یک توالی تشخیص حرکت تنفسی خود هدایت شونده به نام CAPTURE شروع می شود که نوعی از توالی MRI پشته ستاره است. محققان CAPTURE را روی 0.35 T اجرا کردند ViewRay Linac با MRI هدایت شد و روش پیشنهادی آنها را با تصویربرداری از یک فانتوم حرکتی تنفسی و 12 داوطلب سالم ارزیابی کرد. آنها اسکن MRI منظم را با استفاده از 2000 پره شعاعی، با زمان اکتساب 5-7 دقیقه انجام دادند. آنها اسکن کامل (2000 پره شعاعی) و همچنین 10 درصد اول داده ها را ارزیابی کردند که فقط 30 تا 40 ثانیه طول کشید.

چن نمونه‌هایی از منحنی‌های تنفسی شناسایی‌شده با CAPTURE را به اشتراک گذاشت که توانایی CAPTURE را در تشخیص حرکت تنفسی علی‌رغم الگوهای تنفسی مختلف بین افراد و در طول اسکن‌های فردی نشان داد. طیف فرکانس مربوطه به وضوح اجزای فرکانس فردی را شناسایی می کند.

سپس، تیم از سیگنال‌های تنفسی اندازه‌گیری‌شده برای ایجاد 4D-MRI از طریق سه تکنیک بازسازی استفاده کرد: تبدیل فوریه معکوس سریع غیریکنواخت چند سیم پیچ (MCNUFFT). حس فشرده؛ و بازسازی فاز 2 فاز (P2P) مبتنی بر یادگیری عمیق.

در یک مطالعه فانتوم حرکتی، این تیم تصاویر 4D-MR را با استفاده از داده های 5 دقیقه یا 30 ثانیه بازسازی کردند. تشخیص حرکت CAPTURE دید کره های تعبیه شده در فانتوم را تا سطحی که در تصاویر حقیقت زمینی دیده می شود بهبود بخشید. در اسکن کوتاه MRI، بازسازی P2P وضوح تصویر را بازیابی کرد و آثار نمونه برداری کم را در مقایسه با خط پایه اصلاح نشده کاهش داد.

برای اسکن های بیمار، محققان از 200 پره اول برای بازسازی اسکن کوتاه (30 ثانیه) استفاده کردند و مشاهده کردند که P2P به وضوح از دو روش دیگر برای بازسازی 4D-MRI بهتر عمل می کند. آنها سپس از 4D-MRI ایجاد شده از هر دو اسکن 30 ثانیه و 5 دقیقه برای استخراج میدان های بردار حرکت استفاده کردند. چن خاطرنشان کرد که تفاوت بین این دو "در مقایسه با دامنه حرکت کلی" متوسط ​​است.

در مرحله نهایی، این میدان‌های برداری حرکتی برای بازسازی 3D-MRI با استفاده از مدل بازسازی یکپارچه حرکت (MOTIF) استفاده می‌شوند. تصاویر 3D-MR از فانتوم نشان داد که MOTIF باعث کاهش مصنوعات حرکتی و بهبود کیفیت تصویر می شود. در مطالعه بیمار، تصاویر اسکن کوتاه (200 پره) بازسازی شده توسط MOTIF نسبت سیگنال به نویز بهتر و مصنوعات حرکتی کمتری نسبت به خط پایه اصلاح نشده داشتند و در مقایسه با تصاویر اسکن معمولی "کیفیت تصویر متوسط" را نشان دادند (2000). پره ها) بازسازی شده توسط MOTIF.

این تیم همچنین یک بررسی رادیولوژیک کور از 12 نفر انجام داد. تصاویر بازسازی‌شده توسط MOTIF با استفاده از کل مجموعه داده‌ها زمانی که برای وضوح، کنتراست و عدم وجود آثار باستانی رتبه‌بندی شدند، بیش از ۸/۱۰ امتیاز کسب کردند. چن گفت: «برای اسکن‌های کوتاه، MOTIF با P8P امتیاز بررسی نسبتاً رضایت‌بخش 10/2 را دریافت کرد، در حالی که هیچ تصحیح حرکتی امتیاز کمتر از 5/10 را کسب نکرد.

چن نتیجه گرفت که یک اسکن سریع ام‌آر‌آی، که با CAPTURE، P2P و MOTIF استفاده می‌شود، می‌تواند تصاویر 4D-MR با کیفیت بالا برای تعیین دامنه حرکت ضایعه و تصاویر 3D-MR برای ترسیم ضایعه بر روی یک لیناک هدایت‌شده با MRI با میدان کم ایجاد کند.