XNUMX回のMRIスキャンで呼吸運動を管理できます

呼吸運動は、胸部と腹部の放射線療法の有効性と安全性に影響を与える可能性があります。 MRI誘導ライナックを使用した治療の場合、自由呼吸4D-MRIは、運動管理のための4D-CTの有望な代替手段であり、電離放射線のない優れた軟組織コントラストを提供します。 正常組織から病変を描写するには、モーションアーチファクトのない高品質のMR画像が必要です。 ただし、現在、MRベースのアプローチでは、かなりのスキャン時間で複数のスキャンが必要です。

これらのニーズを満たすために、 シハオ・チェン, 紅玉安 セントルイスのワシントン大学の同僚は、モーション検出、モーション分解4D-MRI、モーション統合3D-MRI再構成に単一のMRIスキャンを使用する方法を開発しています。 先週のAAPM年次総会で、Chenは、ディープラーニングベースの画像再構成を備えた自己ナビゲートMR法を使用して、XNUMX分未満の取得時間でこれが可能であることを示しました。

0.35段階の手法は、CAPTUREと呼ばれる自己ナビゲート呼吸運動検出シーケンスから始まります。これは、星のスタックMRIシーケンスの変形です。 研究者はXNUMXTでCAPTUREを実装しました ビューレイ MRI誘導ライナックと呼吸運動ファントムと12人の健康なボランティアを画像化することによって彼らの提案された技術を評価しました。 彼らは、2000本のラジアルスポークを使用して定期的なMRIスキャンを実行し、取得時間は5〜7分でした。 彼らは、フルスキャン（2000ラジアルスポーク）と、データの最初の10％を評価しましたが、これには30〜40秒しかかかりませんでした。

Chenは、CAPTUREで検出された呼吸曲線の例をいくつか共有しました。これは、被験者間および個々のスキャン中に呼吸パターンが異なるにもかかわらず、CAPTUREが呼吸運動を検出する能力を示しています。 対応する周波数スペクトルは、個々の周波数成分を明確に識別しました。

次に、チームは測定された呼吸信号を使用して、4つの再構成手法を介して2D-MRIを作成しました。マルチコイル不均一逆高速フーリエ変換（MCNUFFT）。 圧縮センシング; ディープラーニングベースのPhase2Phase（PXNUMXP）再構築。

モーションファントム研究では、チームは4分または5秒のデータを使用して30D-MR画像を再構成しました。 CAPTUREモーション検出により、ファントムに埋め込まれた球の視認性が、グラウンドトゥルース画像で見られるレベルまで向上しました。 短いMRIスキャンでは、P2P再構成により、画像の鮮明さが復元され、補正されていないベースラインと比較してアンダーサンプリングのアーチファクトが減少しました。

患者のスキャンでは、研究者は最初の200本のスポークをショートスキャン（30秒）再構成に使用し、P2Pが4D-MRI再構成の他の4つの方法を明らかに上回っていることを観察しました。 次に、30秒と5分のスキャンの両方から作成されたXNUMXD-MRIを使用して、モーションベクトル場を導出しました。 Chenは、このXNUMXつの違いは「全体的な可動域と比較して中程度」であると述べました。

最後のステップでは、これらのモーションベクトル場を使用して、モーション統合再構成（MOTIF）モデルを使用して3D-MRIを再構成します。 ファントムの3D-MR画像は、MOTIFがモーションアーチファクトを低減し、画質を向上させることを示しました。 患者の研究では、MOTIFによって再構成されたショートスキャン画像（200スポーク）は、補正されていないベースラインよりも優れた信号対雑音比と少ないモーションアーティファクトを持ち、通常のスキャン画像（2000スポーク）MOTIFによって再構築されました。

チームはまた、12人の被験者の盲検放射線レビューを実施しました。 データセット全体を使用してMOTIFによって再構成された画像は、シャープネス、コントラスト、およびアーティファクトの欠如について評価されたときに8/10ポイントを超えました。 「ショートスキャンの場合、P2Pを使用したMOTIFは5/10の比較的満足のいくレビュースコアを受け取りましたが、3/10未満のモーション補正はありませんでした」とChen氏は述べています。

Chenは、CAPTURE、P2P、およびMOTIFで使用される高速シングルMRIスキャンにより、病変の運動範囲を決定するための高品質の4D-MR画像と、低磁場MRI誘導ライナックでの病変の描写のための3D-MR画像を生成できると結論付けました。