I en best-in-fysikk-presentasjon på AAPM årsmøte, Sihao Chen beskrev hvordan en enkelt MR-skanning kan brukes til bevegelsesbehandling under MR-veiledet strålebehandling
in vivo respirasjonskurve (a). Data fra de første 200 eikene (merket med rødt) ble brukt til MR-rekonstruksjoner med kort skanning: bruk av MCNUFFT uten bevegelseskorreksjon (b) og bruk av MOTIF med P2P (c). Rekonstruksjonen ved hjelp av MOTIF med MCNUFFT fra vanlig skann MR (2000 eiker) fungerer som gullstandarden (d). (Med tillatelse: Sihao Chen)” width=”635″ høyde=”347″>
Respirasjonsbevegelser kan påvirke effektiviteten og sikkerheten til strålebehandling i thorax og abdomen. For behandlinger som bruker en MR-veiledet linac, er fripustende 4D-MRI et lovende alternativ til 4D-CT for bevegelsesbehandling, og gir utmerket bløtvevskontrast uten ioniserende stråling. MR-bilder av høy kvalitet fri for bevegelsesartefakter er nødvendig for å avgrense lesjoner fra normalt vev. For øyeblikket krever imidlertid MR-baserte tilnærminger flere skanninger med betydelige skannetider.
For å møte disse behovene, Sihao Chen, Hongyu An og kolleger ved Washington University i St. Louis utvikler en måte å bruke en enkelt MR-skanning for bevegelsesdeteksjon, bevegelsesløst 4D-MRI og bevegelsesintegrert 3D-MRI-rekonstruksjon. Chen talte på forrige ukes AAPM årsmøte, og viste at dette er mulig med en innhentingstid på mindre enn ett minutt, ved å bruke en selvnavigert MR-metode med dyp læringsbasert bilderekonstruksjon.
Tre-trinns teknikken begynner med en selvnavigert respiratorisk bevegelsesdeteksjonssekvens kalt CAPTURE, som er en variant av stack-of-stars MR-sekvensen. Forskerne implementerte CAPTURE på 0.35 T ViewRay MR-veiledet linac og evaluerte deres foreslåtte teknikk ved å avbilde et pustebevegelsesfantom og 12 friske frivillige. De utførte vanlige MR-skanninger med 2000 radielle eiker, med en innsamlingstid på 5–7 min. De evaluerte hele skanningen (2000 radielle eiker), så vel som de første 10 % av dataene, som tok bare 30–40 s.
Chen delte noen eksempler på CAPTURE-detekterte respirasjonskurver, som demonstrerte CAPTUREs evne til å oppdage respirasjonsbevegelser til tross for forskjellige respirasjonsmønstre mellom forsøkspersoner og under individuelle skanninger. De tilsvarende frekvensspektrene identifiserte tydelig de individuelle frekvenskomponentene.
Deretter brukte teamet de målte respirasjonssignalene til å lage 4D-MRI via tre rekonstruksjonsteknikker: multi-coil ikke-uniform invers rask Fourier-transformasjon (MCNUFFT); komprimert sensing; og dyp læringsbasert Phase2Phase (P2P) rekonstruksjon.
I en bevegelsesfantomstudie rekonstruerte teamet 4D-MR-bilder ved å bruke enten 5 min eller 30 s med data. CAPTURE-bevegelsesdeteksjonen forbedret synligheten til innebygde kuler i fantomet til nivået som sees i bilder fra bakken. I den korte MR-skanningen gjenopprettet P2P-rekonstruksjon bildeskarphet og reduserte undersamplingsartefakter sammenlignet med den ikke-korrigerte grunnlinjen.
For pasientskanningene brukte forskerne de første 200 eikene for kortskanning (30 s) rekonstruksjon, og observerte at P2P klart overgikk de to andre metodene for 4D-MRI-rekonstruksjon. De brukte deretter 4D-MRI opprettet fra både 30 s og 5 min skanninger for å utlede bevegelsesvektorfelt. Chen bemerket at forskjellen mellom de to var "moderat sammenlignet med det totale bevegelsesområdet".
I det siste trinnet brukes disse bevegelsesvektorfeltene til å rekonstruere 3D-MRI ved bruk av en bevegelsesintegrert rekonstruksjon (MOTIF) modell. 3D-MR-bilder av fantomet demonstrerte at MOTIF reduserte bevegelsesartefakter og forbedret bildekvaliteten. I pasientstudien hadde kortskannede bilder (200 eiker) rekonstruert av MOTIF bedre signal-til-støyforhold og færre bevegelsesartefakter enn den ikke-korrigerte grunnlinjen, og demonstrerte "beskjeden bildekvalitet" sammenlignet med vanlige skanningsbilder (2000 eiker) rekonstruert av MOTIF.
Best i fysikk: flerdimensjonal MR- og FLASH-protonterapi
Teamet utførte også en blindet radiologisk gjennomgang av de 12 forsøkspersonene. Bilder rekonstruert av MOTIF ved bruk av hele datasettet fikk over 8/10 poeng når de ble vurdert for skarphet, kontrast og mangel på artefakter. "For korte skanninger fikk MOTIF med P2P en relativt tilfredsstillende vurderingsscore på 5/10, mens ingen bevegelseskorreksjon fikk mindre enn 3/10," sa Chen.
Chen konkluderte med at en rask enkelt MR-skanning, brukt med CAPTURE, P2P og MOTIF, kan generere høykvalitets 4D-MR-bilder for bestemmelse av lesjonsbevegelsesrekkevidde og 3D-MR-bilder for lesjonsavgrensning på en lavfelt MR-veiledet linac.
