Dalam presentasi Best-in-Fisika di Pertemuan Tahunan AAPM, Sihao Chen menjelaskan bagaimana pemindaian MRI tunggal dapat digunakan untuk manajemen gerakan selama radioterapi yang dipandu MR
kurva pernapasan in vivo (a). Data dari 200 jari-jari pertama (ditandai dengan warna merah) digunakan untuk rekonstruksi MRI pemindaian pendek: menggunakan MCNUFFT tanpa koreksi gerakan (b) dan menggunakan MOTIF dengan P2P (c). Rekonstruksi menggunakan MOTIF dengan MCNUFFT dari MRI pemindaian reguler (2000 jari-jari) berfungsi sebagai standar emas (d). (Courtesy: Sihao Chen)” width=”635″ height=”347″>
Gerakan pernapasan dapat berdampak pada efikasi dan keamanan terapi radiasi pada thorax dan abdomen. Untuk perawatan menggunakan linac yang dipandu MRI, 4D-MRI pernapasan bebas adalah alternatif yang menjanjikan untuk 4D-CT untuk manajemen gerakan, memberikan kontras jaringan lunak yang sangat baik tanpa radiasi pengion. Gambar MR berkualitas tinggi yang bebas dari artefak gerak diperlukan untuk menggambarkan lesi dari jaringan normal. Namun, saat ini, pendekatan berbasis MR memerlukan beberapa pemindaian dengan waktu pemindaian yang substansial.
Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, Sihao Chen, Hongyu An dan rekan-rekannya di Universitas Washington di St. Louis sedang mengembangkan cara untuk menggunakan pemindaian MRI tunggal untuk deteksi gerakan, 4D-MRI yang diselesaikan dengan gerakan, dan rekonstruksi 3D-MRI yang terintegrasi dengan gerakan. Berbicara pada Pertemuan Tahunan AAPM minggu lalu, Chen menunjukkan bahwa ini dimungkinkan dengan waktu akuisisi kurang dari satu menit, menggunakan metode MR yang dinavigasi sendiri dengan rekonstruksi gambar berbasis pembelajaran mendalam.
Teknik tiga tahap dimulai dengan urutan deteksi gerakan pernapasan yang dinavigasi sendiri yang disebut CAPTURE, yang merupakan varian dari urutan MRI stack-of-stars. Para peneliti menerapkan CAPTURE pada 0.35 T LihatRay Linac yang dipandu MRI dan mengevaluasi teknik yang mereka usulkan dengan mencitrakan hantu gerakan pernapasan dan 12 sukarelawan sehat. Mereka melakukan pemindaian MRI reguler menggunakan 2000 jari-jari radial, dengan waktu akuisisi 5-7 menit. Mereka mengevaluasi pemindaian penuh (2000 jari-jari radial), serta 10% pertama dari data, yang hanya membutuhkan waktu 30-40 detik.
Chen membagikan beberapa contoh kurva pernapasan yang terdeteksi CAPTURE, yang menunjukkan kemampuan CAPTURE untuk mendeteksi gerakan pernapasan meskipun pola pernapasan berbeda antara subjek dan selama pemindaian individu. Spektrum frekuensi yang sesuai dengan jelas mengidentifikasi komponen frekuensi individu.
Selanjutnya, tim menggunakan sinyal pernapasan yang diukur untuk membuat 4D-MRI melalui tiga teknik rekonstruksi: multi-coil non-uniform fast Fourier transform (MCNUFFT); penginderaan terkompresi; dan rekonstruksi Phase2Phase (P2P) berbasis pembelajaran mendalam.
Dalam studi hantu gerak, tim merekonstruksi gambar 4D-MR menggunakan data 5 menit atau 30 detik. Deteksi gerakan CAPTURE meningkatkan visibilitas bola yang disematkan dalam phantom ke tingkat yang terlihat pada gambar ground truth. Dalam pemindaian MRI singkat, rekonstruksi P2P memulihkan ketajaman gambar dan mengurangi artefak undersampling dibandingkan dengan baseline yang tidak dikoreksi.
Untuk pemindaian pasien, para peneliti menggunakan 200 jari pertama untuk rekonstruksi pemindaian pendek (30 detik), mengamati bahwa P2P jelas mengungguli dua metode lainnya untuk rekonstruksi 4D-MRI. Mereka kemudian menggunakan 4D-MRI yang dibuat dari pemindaian 30 detik dan 5 menit untuk mendapatkan medan vektor gerakan. Chen mencatat bahwa perbedaan antara keduanya "sedang dibandingkan dengan rentang gerak keseluruhan".
Pada langkah terakhir, bidang vektor gerak ini digunakan untuk merekonstruksi 3D-MRI menggunakan model rekonstruksi gerak terintegrasi (MOTIF). Gambar 3D-MR dari hantu menunjukkan bahwa MOTIF mengurangi artefak gerak dan meningkatkan kualitas gambar. Dalam studi pasien, gambar pindaian pendek (200 jari-jari) yang direkonstruksi oleh MOTIF memiliki rasio signal-to-noise yang lebih baik dan artefak gerak yang lebih sedikit daripada baseline yang tidak dikoreksi, dan menunjukkan "kualitas gambar sederhana" dibandingkan dengan gambar pemindaian biasa (2000 jari-jari) direkonstruksi oleh MOTIF.
Terbaik dalam fisika: MRI multidimensi dan terapi proton FLASH
Tim juga melakukan tinjauan radiologis buta dari 12 subjek. Gambar yang direkonstruksi oleh MOTIF menggunakan seluruh kumpulan data mendapat skor lebih dari 8/10 poin saat dinilai untuk ketajaman, kontras, dan kurangnya artefak. “Untuk pemindaian singkat, MOTIF dengan P2P mendapatkan skor ulasan yang relatif memuaskan 5/10, sedangkan tidak ada koreksi gerakan yang mendapat skor kurang dari 3/10,” kata Chen.
Chen menyimpulkan bahwa pemindaian MRI tunggal yang cepat, yang digunakan dengan CAPTURE, P2P dan MOTIF, dapat menghasilkan gambar 4D-MR berkualitas tinggi untuk penentuan rentang gerak lesi dan gambar 3D-MR untuk penggambaran lesi pada linac yang dipandu MRI medan rendah.
