В презентации Best-in-Physics на Ежегодное собрание AAPM, Сихао Чен описал, как одно сканирование МРТ можно использовать для управления движением во время лучевой терапии под контролем МРТ.
Кривая дыхания in vivo (а). Данные первых 200 спиц (отмечены красным) использовались для МРТ-реконструкций с коротким сканированием: с использованием MCNUFFT без коррекции движения (b) и с использованием MOTIF с P2P (c). Реконструкция с использованием MOTIF с MCNUFFT из МРТ с обычным сканированием (2000 спиц) служит золотым стандартом (d). (Предоставлено: Сихао Чен)» ширина = «635» высота = «347»>
Дыхательные движения могут влиять на эффективность и безопасность лучевой терапии грудной клетки и брюшной полости. Для лечения с использованием линейного ускорителя под контролем МРТ 4D-MRI со свободным дыханием является многообещающей альтернативой 4D-CT для управления движением, обеспечивая превосходный контраст мягких тканей без ионизирующего излучения. Высококачественные МРТ-изображения без артефактов движения необходимы для того, чтобы отличить поражения от нормальной ткани. Однако в настоящее время подходы, основанные на МРТ, требуют многократных сканирований с длительным временем сканирования.
Чтобы удовлетворить эти потребности, Сихао Чен, Хонгю Ан и коллеги из Вашингтонского университета в Сент-Луисе разрабатывают способ использования одного МРТ-скана для обнаружения движения, 4D-МРТ с разрешением движения и 3D-МРТ-реконструкции с интегрированным движением. Выступая на ежегодном собрании AAPM на прошлой неделе, Чен показал, что это возможно при времени сбора данных менее минуты, с использованием метода МРТ с автоматической навигацией и реконструкции изображений на основе глубокого обучения.
Трехэтапный метод начинается с последовательности обнаружения дыхательных движений с автоматической навигацией, называемой CAPTURE, которая представляет собой вариант последовательности МРТ «стек звезд». Исследователи реализовали CAPTURE на 0.35 Тл. ВьюРэй МРТ-управляемый линейный ускоритель и оценили предложенную технику, визуализируя фантом дыхательных движений и 12 здоровых добровольцев. Они регулярно выполняли МРТ-сканирование с использованием 2000 радиальных спиц со временем получения данных 5–7 минут. Они оценили полное сканирование (2000 радиальных спиц), а также первые 10% данных, на что ушло всего 30–40 с.
Чен поделился некоторыми примерами дыхательных кривых, обнаруженных с помощью CAPTURE, которые продемонстрировали способность CAPTURE обнаруживать дыхательные движения, несмотря на разные паттерны дыхания между субъектами и во время отдельных сканирований. Соответствующие частотные спектры четко идентифицировали отдельные частотные компоненты.
Затем команда использовала измеренные дыхательные сигналы для создания 4D-МРТ с помощью трех методов реконструкции: неоднородное обратное быстрое преобразование Фурье с несколькими катушками (MCNUFFT); сжатое восприятие; и реконструкция Phase2Phase (P2P) на основе глубокого обучения.
В исследовании движущегося фантома команда реконструировала изображения 4D-MR, используя данные за 5 минут или 30 секунд. Обнаружение движения CAPTURE улучшило видимость встроенных сфер в фантоме до уровня, наблюдаемого на изображениях с наземной правдой. При коротком сканировании МРТ реконструкция P2P восстановила резкость изображения и уменьшила артефакты недостаточной выборки по сравнению с нескорректированным исходным уровнем.
Для сканирования пациентов исследователи использовали первые 200 спиц для реконструкции с коротким сканированием (30 с), отметив, что P2P явно превосходит два других метода реконструкции 4D-MRI. Затем они использовали 4D-МРТ, созданные из 30-секундного и 5-минутного сканирования, для получения полей векторов движения. Чен отметил, что разница между ними была «умеренной по сравнению с общим диапазоном движений».
На последнем этапе эти поля векторов движения используются для реконструкции 3D-МРТ с использованием модели интегрированной реконструкции движения (MOTIF). 3D-МР изображения фантома продемонстрировали, что MOTIF уменьшает артефакты движения и улучшает качество изображения. В исследовании пациентов изображения с коротким сканированием (200 спиц), реконструированные с помощью MOTIF, имели лучшее отношение сигнал/шум и меньше артефактов движения, чем нескорректированное базовое изображение, и продемонстрировали «умеренное качество изображения» по сравнению с изображениями с обычным сканированием (2000 г.). спицы) реконструированный МОТИФ.
Лучшее в физике: многомерная МРТ и протонная терапия FLASH
Команда также провела слепой радиологический обзор 12 субъектов. Изображения, реконструированные с помощью MOTIF с использованием всего набора данных, получили более 8/10 баллов при оценке резкости, контрастности и отсутствия артефактов. «Для коротких сканирований MOTIF с P2P получил относительно удовлетворительную оценку 5/10, в то время как отсутствие коррекции движения получило менее 3/10», — сказал Чен.
Чен пришел к выводу, что быстрое одиночное МРТ-сканирование, используемое с CAPTURE, P2P и MOTIF, может генерировать высококачественные 4D-МР-изображения для определения диапазона движения поражения и 3D-МР-изображения для определения границ поражения на низкопольном МРТ-управляемом линейном ускорителе.
