单次 MRI 扫描可以管理呼吸运动

呼吸运动会影响胸部和腹部放射治疗的有效性和安全性。 对于使用 MRI 引导的直线加速器进行的治疗，自由呼吸 4D-MRI 是用于运动管理的 4D-CT 的有前途的替代方案，可提供出色的软组织对比度，且无电离辐射。 需要没有运动伪影的高质量 MR 图像来描绘正常组织的病变。 然而，目前，基于 MR 的方法需要具有大量扫描时间的多次扫描。

为了满足这些需求， 陈思豪, 安宏宇 圣路易斯华盛顿大学的同事们正在开发一种使用单次 MRI 扫描进行运动检测、运动分辨 4D-MRI 和运动集成 3D-MRI 重建的方法。 在上周的 AAPM 年会上，Chen 表示，使用基于深度学习的图像重建的自导航 MR 方法，采集时间不到一分钟是可能的。

三阶段技术从称为 CAPTURE 的自导航呼吸运动检测序列开始，它是星堆 MRI 序列的变体。 研究人员在 0.35 T 上实施了 CAPTURE 视图射线 MRI 引导的直线加速器，并通过对呼吸运动体模和 12 名健康志愿者进行成像来评估他们提出的技术。 他们使用 2000 个径向辐条进行定期 MRI 扫描，采集时间为 5-7 分钟。 他们评估了全扫描（2000 个径向辐条）以及前 10% 的数据，这仅用了 30-40 秒。

Chen 分享了一些 CAPTURE 检测到的呼吸曲线示例，这些曲线展示了 CAPTURE 检测呼吸运动的能力，尽管受试者之间和个体扫描期间的呼吸模式不同。 相应的频谱清楚地识别了各个频率分量。

接下来，该团队使用测量的呼吸信号通过三种重建技术创建 4D-MRI：多线圈非均匀快速傅里叶逆变换 (MCNUFFT)； 压缩传感； 和基于深度学习的 Phase2Phase (P2P) 重建。

在运动模型研究中，该团队使用 4 分钟或 5 秒的数据重建了 30D-MR 图像。 CAPTURE 运动检测将模型中嵌入球体的可见性提高到地面实况图像中看到的水平。 在短 MRI 扫描中，与未校正的基线相比，P2P 重建恢复了图像清晰度并减少了欠采样伪影。

对于患者扫描，研究人员使用前 200 个辐条进行短扫描（30 秒）重建，观察到 P2P 明显优于其他两种 4D-MRI 重建方法。 然后，他们使用从 4 秒和 30 分钟扫描中创建的 5D-MRI 来导出运动矢量场。 陈指出，两者之间的差异“与整体运动范围相比是中等的”。

在最后一步中，这些运动矢量场用于使用运动集成重建 (MOTIF) 模型重建 3D-MRI。 模型的 3D-MR 图像表明 MOTIF 减少了运动伪影并提高了图像质量。 在患者研究中，由 MOTIF 重建的短扫描图像（200 个辐条）比未校正的基线具有更好的信噪比和更少的运动伪影，并且与常规扫描图像（2000辐条）由 MOTIF 重建。

该团队还对 12 名受试者进行了不知情的放射学检查。 MOTIF 使用整个数据集重建的图像在对清晰度、对比度和无伪影进行评级时得分超过 8/10 分。 “对于短扫描，带有 P2P 的 MOTIF 获得了相对令人满意的 5/10 评分，而没有运动校正评分低于 3/10，”Chen 说。

Chen 总结说，与 CAPTURE、P2P 和 MOTIF 一起使用的快速单次 MRI 扫描可以在低场 MRI 引导的直线加速器上生成用于确定病灶运动范围的高质量 4D-MR 图像和用于病灶描绘的 3D-MR 图像。