I en Bäst-i-fysik-presentation på AAPM årsmöte, Sihao Chen beskrev hur en enda MR-skanning kan användas för rörelsehantering under MR-vägledd strålbehandling
in vivo andningskurva (a). Data från de första 200 ekrarna (markerade i rött) användes för kortskannings-MR-rekonstruktioner: med användning av MCNUFFT utan rörelsekorrigering (b) och användning av MOTIF med P2P (c). Rekonstruktionen med hjälp av MOTIF med MCNUFFT från vanlig scan MRI (2000 ekrar) fungerar som guldstandarden (d). (Med tillstånd: Sihao Chen)” width=”635″ height=”347″>
Andningsrörelser kan påverka effektiviteten och säkerheten av strålbehandling i bröstkorgen och buken. För behandlingar med en MRI-styrd linac är friandande 4D-MRI ett lovande alternativ till 4D-CT för rörelsehantering, vilket ger utmärkt mjukvävnadskontrast utan joniserande strålning. Högkvalitativa MR-bilder fria från rörelseartefakter behövs för att avgränsa lesioner från normal vävnad. För närvarande kräver emellertid MR-baserade tillvägagångssätt flera skanningar med avsevärda skanningstider.
För att möta dessa behov, Sihao Chen, Hongyu An och kollegor vid Washington University i St. Louis utvecklar ett sätt att använda en enda MRI-skanning för rörelsedetektering, rörelseupplöst 4D-MRI och rörelseintegrerad 3D-MRI-rekonstruktion. När han talade vid förra veckans AAPM-årsmöte, visade Chen att detta är möjligt med en insamlingstid på mindre än en minut, med hjälp av en självnavigerad MR-metod med djupinlärningsbaserad bildrekonstruktion.
Trestegstekniken börjar med en självnavigerad respiratorisk rörelsedetektionssekvens som kallas CAPTURE, som är en variant av stack-of-stars MRI-sekvensen. Forskarna implementerade CAPTURE på 0.35 T ViewRay MRT-guidad linac och utvärderade deras föreslagna teknik genom att avbilda en andningsrörelsefantom och 12 friska frivilliga. De utförde regelbundna MR-undersökningar med 2000 radiella ekrar, med en insamlingstid på 5–7 min. De utvärderade hela skanningen (2000 radiella ekrar), såväl som de första 10% av data, som tog bara 30–40 s.
Chen delade med sig av några exempel på CAPTURE-detekterade andningskurvor, som visade CAPTURE:s förmåga att upptäcka andningsrörelser trots olika andningsmönster mellan försökspersoner och under individuella skanningar. Motsvarande frekvensspektra identifierade tydligt de individuella frekvenskomponenterna.
Därefter använde teamet de uppmätta andningssignalerna för att skapa 4D-MRI via tre rekonstruktionstekniker: multi-coil oenhetlig invers snabb Fourier-transform (MCNUFFT); komprimerad avkänning; och djupinlärningsbaserad Phase2Phase (P2P) rekonstruktion.
I en rörelsefantomstudie rekonstruerade teamet 4D-MR-bilder med hjälp av antingen 5 min eller 30 s data. Rörelsedetekteringen CAPTURE förbättrade synligheten för inbäddade sfärer i fantomen till den nivå som kan ses i bilder från marken. I den korta MRI-skanningen återställde P2P-rekonstruktion bildskärpan och minskade undersamplingsartefakter jämfört med den icke-korrigerade baslinjen.
För patientskanningarna använde forskarna de första 200 ekrarna för kortskanning (30 s) rekonstruktion, och observerade att P2P klart överträffade de andra två metoderna för 4D-MRI-rekonstruktion. De använde sedan 4D-MRI skapade från både 30 s och 5 min skanningar för att härleda rörelsevektorfält. Chen noterade att skillnaden mellan de två var "måttlig jämfört med det totala rörelseomfånget".
I det sista steget används dessa rörelsevektorfält för att rekonstruera 3D-MRI med hjälp av en rörelseintegrerad rekonstruktionsmodell (MOTIF). 3D-MR-bilder av fantomen visade att MOTIF reducerade rörelseartefakter och förbättrade bildkvaliteten. I patientstudien hade kortavsökningsbilder (200 ekrar) rekonstruerade av MOTIF bättre signal-brusförhållande och färre rörelseartefakter än den icke-korrigerade baslinjen, och visade "blygsam bildkvalitet" jämfört med vanliga skanningsbilder (2000) ekrar) rekonstruerade av MOTIF.
Bäst inom fysik: multidimensionell MRI och FLASH protonterapi
Teamet utförde också en blind radiologisk granskning av de 12 försökspersonerna. Bilder rekonstruerade av MOTIF med hjälp av hela datamängden fick över 8/10 poäng när de bedömdes för skärpa, kontrast och brist på artefakter. "För korta skanningar fick MOTIF med P2P ett relativt tillfredsställande granskningsresultat på 5/10, medan ingen rörelsekorrigering fick mindre än 3/10", sa Chen.
Chen drog slutsatsen att en snabb enstaka MR-skanning, använd med CAPTURE, P2P och MOTIF, kan generera högkvalitativa 4D-MR-bilder för bestämning av lesionsrörelseomfång och 3D-MR-bilder för lesionsavgränsning på en MRI-ledd linac med lågt fält.
