W prezentacji Best-in-Physics w Doroczne spotkanie AAPM, Sihao Chen opisał, w jaki sposób pojedynczy skan MRI może być wykorzystany do kontroli ruchu podczas radioterapii pod kontrolą MR
krzywa oddechowa in vivo (a). Dane z pierwszych 200 szprych (zaznaczonych na czerwono) zostały wykorzystane do rekonstrukcji MRI na krótkich skanach: przy użyciu MCNUFFT bez korekcji ruchu (b) i przy użyciu MOTIF z P2P (c). Rekonstrukcja przy użyciu MOTIF z MCNUFFT ze zwykłego skanu MRI (2000 szprych) służy jako złoty standard (d). (Dzięki uprzejmości: Sihao Chen)”szerokość=”635”wysokość=”347”>
Ruch oddechowy może wpływać na skuteczność i bezpieczeństwo radioterapii w klatce piersiowej i brzuchu. W przypadku zabiegów wykorzystujących linak pod kontrolą MRI, swobodne oddychanie 4D-MRI jest obiecującą alternatywą dla 4D-CT do zarządzania ruchem, zapewniając doskonały kontrast tkanek miękkich bez promieniowania jonizującego. Wysokiej jakości obrazy MR wolne od artefaktów ruchu są potrzebne do odgraniczenia zmian chorobowych od normalnej tkanki. Obecnie jednak metody oparte na rezonansie magnetycznym wymagają wielu skanów o długim czasie skanowania.
Aby sprostać tym potrzebom, Sihao Chen, Hongyu An a koledzy z Washington University w St. Louis opracowują sposób wykorzystania pojedynczego skanu MRI do wykrywania ruchu, rekonstrukcji 4D-MRI z rozdzielczością ruchu i zintegrowanej z ruchem rekonstrukcji 3D-MRI. Przemawiając na dorocznym spotkaniu AAPM w zeszłym tygodniu, Chen pokazał, że jest to możliwe przy czasie akwizycji krótszym niż minuta, przy użyciu metody samonawigacji MR z rekonstrukcją obrazu opartą na głębokim uczeniu.
Trzyetapowa technika rozpoczyna się od samonawigacyjnej sekwencji wykrywania ruchu oddechowego o nazwie CAPTURE, która jest odmianą sekwencji MRI stosu gwiazd. Naukowcy wdrożyli CAPTURE na 0.35 T Wyświetl Ray Linak pod kontrolą MRI i ocenili proponowaną technikę poprzez obrazowanie fantomu ruchu oddechowego i 12 zdrowych ochotników. Przeprowadzili regularne skany MRI przy użyciu 2000 promieniowych szprych, z czasem akwizycji wynoszącym 5–7 minut. Ocenili pełny skan (2000 promieniowych szprych), a także pierwsze 10% danych, które zajęło zaledwie 30-40 s.
Chen udostępnił kilka przykładów krzywych oddechowych wykrytych przez CAPTURE, które zademonstrowały zdolność CAPTURE do wykrywania ruchu oddechowego pomimo różnych wzorców oddechowych między badanymi i podczas poszczególnych skanów. Odpowiednie widma częstotliwości wyraźnie identyfikowały poszczególne składowe częstotliwości.
Następnie zespół wykorzystał zmierzone sygnały oddechowe do stworzenia rezonansu magnetycznego 4D za pomocą trzech technik rekonstrukcji: wielocewkowa niejednorodna odwrotna szybka transformata Fouriera (MCNUFFT); skompresowane wykrywanie; oraz rekonstrukcja Phase2Phase (P2P) oparta na głębokim uczeniu.
W badaniu fantomu ruchu zespół zrekonstruował obrazy 4D-MR przy użyciu danych z 5 min lub 30 s. Wykrywanie ruchu CAPTURE poprawiło widoczność sfer osadzonych w fantomie do poziomu widocznego w obrazach prawdy gruntowej. W krótkim skanowaniu MRI rekonstrukcja P2P przywróciła ostrość obrazu i zmniejszyła artefakty związane z niedoborem próbkowania w porównaniu z nieskorygowaną linią podstawową.
W przypadku skanów pacjentów naukowcy wykorzystali pierwsze 200 szprych do rekonstrukcji krótkiego skanu (30 s), zauważając, że P2P wyraźnie przewyższa pozostałe dwie metody rekonstrukcji 4D-MRI. Następnie wykorzystali 4D-MRI utworzone na podstawie skanów trwających 30 sekund i 5 minut, aby uzyskać pola wektorów ruchu. Chen zauważył, że różnica między nimi była „umiarkowana w porównaniu z ogólnym zakresem ruchu”.
Na ostatnim etapie te pola wektorów ruchu są wykorzystywane do rekonstrukcji 3D-MRI przy użyciu modelu zintegrowanej rekonstrukcji ruchu (MOTIF). Obrazy 3D-MR fantomu wykazały, że MOTIF redukuje artefakty ruchu i poprawia jakość obrazu. W badaniu pacjentów obrazy z krótkiego skanu (200 szprych) zrekonstruowane przez MOTIF miały lepszy stosunek sygnału do szumu i mniej artefaktów ruchu niż nieskorygowana linia bazowa i wykazywały „umiarkowaną jakość obrazu” w porównaniu ze zwykłymi obrazami (2000 szprychy) zrekonstruowane przez MOTIF.
Najlepszy w fizyce: wielowymiarowa terapia protonowa MRI i FLASH
Zespół przeprowadził również zaślepiony przegląd radiologiczny 12 badanych. Obrazy zrekonstruowane przez MOTIF przy użyciu całego zestawu danych uzyskały ponad 8/10 punktów przy ocenie ostrości, kontrastu i braku artefaktów. „W przypadku krótkich skanów MOTIF z P2P uzyskał stosunkowo zadowalający wynik oceny wynoszący 5/10, podczas gdy brak korekcji ruchu uzyskał wynik niższy niż 3/10” – powiedział Chen.
Chen doszedł do wniosku, że szybki pojedynczy skan MRI, używany z CAPTURE, P2P i MOTIF, może generować wysokiej jakości obrazy 4D-MR do określania zakresu ruchu zmiany oraz obrazy 3D-MR do wyznaczania zmian na liniaku o niskim polu pod kontrolą MRI.
