Em uma apresentação Best-in-Physics no Reunião Anual da AAPM, Sihao Chen descreveu como uma única ressonância magnética pode ser usada para gerenciamento de movimento durante a radioterapia guiada por RM
curva respiratória in vivo (a). Os dados dos primeiros 200 raios (marcados em vermelho) foram usados para reconstruções de RM de varredura curta: usando MCNUFFT sem correção de movimento (b) e usando MOTIF com P2P (c). A reconstrução usando MOTIF com MCNUFFT de RM de varredura regular (2000 raios) serve como padrão-ouro (d). (Cortesia: Sihao Chen)” largura=”635″ altura=”347″>
O movimento respiratório pode afetar a eficácia e a segurança da radioterapia no tórax e no abdome. Para tratamentos usando um linac guiado por MRI, a 4D-MRI de respiração livre é uma alternativa promissora à 4D-CT para gerenciamento de movimento, fornecendo excelente contraste de tecidos moles sem radiação ionizante. Imagens de RM de alta qualidade livres de artefatos de movimento são necessárias para delinear lesões de tecido normal. Atualmente, no entanto, as abordagens baseadas em RM exigem várias varreduras com tempos de varredura substanciais.
Para atender a essas necessidades, Sihao Chen, Hong Yu An e colegas da Universidade de Washington em St. Louis estão desenvolvendo uma maneira de usar uma única ressonância magnética para detecção de movimento, 4D-MRI com resolução de movimento e reconstrução com 3D-MRI integrada ao movimento. Falando na reunião anual da AAPM da semana passada, Chen mostrou que isso é possível com um tempo de aquisição de menos de um minuto, usando um método de RM auto-navegado com reconstrução de imagem baseada em aprendizado profundo.
A técnica de três estágios começa com uma sequência de detecção de movimento respiratório auto-navegada chamada CAPTURE, que é uma variante da sequência de MRI pilha de estrelas. Os pesquisadores implementaram o CAPTURE no 0.35 T ViewRayName linac guiado por ressonância magnética e avaliou sua técnica proposta por imagem de um simulador de movimento respiratório e 12 voluntários saudáveis. Eles realizaram exames regulares de ressonância magnética usando 2000 raios radiais, com um tempo de aquisição de 5 a 7 minutos. Eles avaliaram a varredura completa (2000 raios radiais), bem como os primeiros 10% dos dados, que levaram apenas 30 a 40 s.
Chen compartilhou alguns exemplos de curvas respiratórias detectadas pelo CAPTURE, que demonstraram a capacidade do CAPTURE de detectar movimento respiratório apesar de diferentes padrões respiratórios entre os indivíduos e durante exames individuais. Os espectros de frequência correspondentes identificaram claramente os componentes de frequência individuais.
Em seguida, a equipe usou os sinais respiratórios medidos para criar 4D-MRIs por meio de três técnicas de reconstrução: transformada de Fourier rápida inversa não uniforme multi-coil (MCNUFFT); sensoriamento comprimido; e reconstrução Phase2Phase (P2P) baseada em aprendizado profundo.
Em um estudo de movimento fantasma, a equipe reconstruiu imagens 4D-MR usando 5 min ou 30 s de dados. A detecção de movimento CAPTURE melhorou a visibilidade das esferas incorporadas no phantom para o nível visto em imagens reais. Na ressonância magnética curta, a reconstrução P2P restaurou a nitidez da imagem e reduziu os artefatos de subamostragem em comparação com a linha de base não corrigida.
Para as varreduras de pacientes, os pesquisadores usaram os primeiros 200 raios para reconstrução de varredura curta (30 s), observando que o P2P superou claramente os outros dois métodos para reconstrução de 4D-MRI. Eles então usaram 4D-MRIs criados a partir de varreduras de 30 s e 5 min para derivar campos vetoriais de movimento. Chen observou que a diferença entre os dois era “moderada em comparação com a amplitude geral de movimento”.
Na etapa final, esses campos de vetor de movimento são empregados para reconstruir 3D-MRIs usando um modelo de reconstrução integrada de movimento (MOTIF). Imagens 3D-MR do fantasma demonstraram que o MOTIF reduziu os artefatos de movimento e melhorou a qualidade da imagem. No estudo do paciente, imagens de varredura curta (200 raios) reconstruídas pelo MOTIF tiveram melhor relação sinal-ruído e menos artefatos de movimento do que a linha de base não corrigida e demonstraram “qualidade de imagem modesta” em comparação com imagens de varredura regular (2000 raios) reconstruídos pela MOTIF.
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A equipe também realizou uma revisão radiológica cega dos 12 indivíduos. As imagens reconstruídas pelo MOTIF usando todo o conjunto de dados pontuaram mais de 8/10 pontos quando classificadas por nitidez, contraste e falta de artefatos. “Para varreduras curtas, o MOTIF com P2P recebeu uma pontuação de revisão relativamente satisfatória de 5/10, enquanto nenhuma correção de movimento obteve pontuação inferior a 3/10”, disse Chen.
Chen concluiu que uma única ressonância magnética rápida, usada com CAPTURE, P2P e MOTIF, pode gerar imagens 4D-MR de alta qualidade para determinação da amplitude de movimento da lesão e imagens 3D-MR para delineamento de lesões em um linac guiado por MRI de baixo campo.
