新型融合BEV/BPV信息的高分辨率快速磁共振成像方法研究
批准号:
12105368
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陈佳赟
依托单位:
学科分类:
核技术在其他领域中的应用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈佳赟
中文摘要
精准锁定肿瘤位置在放疗过程中至关重要。然而,由呼吸和胃肠蠕动等生理现象引起靶区和周围危及器官位置不确定性,实时图像引导放疗的需求日益增大。目前采用锥形束CT作为在线肿瘤位置验证手段,其应用受到扫描时间长,成像剂量大,软组织对比度差的限制。理论上磁共振引导加速器可以解决这一问题,得到无创、无辐射剂量、高组织对比度的图像。但目前用于实时图像引导的正交2D电影MRI具有局限性,一是图像分辨率低、图像延时等问题,二是提供信息有限,无法满足临床需求。本项目另辟蹊径将沿着射野的入射路径观BPV和垂直于射线方向的射野方向观BEV的信息纳入到成像过程中,巧妙地将有限信息的2D电影MRI转化为3.5D MRI,建立更符合临床需求的高分辨率快速磁共振成像方法。并将3.5D MRI成像方法应用到肝部和胃部肿瘤,探究其靶区和周围危及器官的运动轨迹,找寻肿瘤位移和形变的来源及规律,为精准个体化放疗提供客观依据。
英文摘要
Target accuracy is crucial in the whole course of radiotherapy. However, due to physiological phenomena such as respiration and gastrointestinal peristalsis,the uncertainty in the location of the targets and surrounding organs at risk has caused an increasing demand for real-time image-guided radiotherapy. At present, cone beam CT (CBCT) is widely used in radiotherapy as an online tumor location verification method, but its application is limited by the long scanning time, large imaging dose, and poor soft tissue contrast. Theoretically, MRI guided radiotherapy can solve this problem and obtain non-invasive, no radiation dose, and high tissue contrast images. However, the current orthogonal 2D cine MRI used for real-time image guidance has limitations:Firstly, low image resolution, latency and other issure. Secondly, the information provided is limited, which could not meet clinical requirement. This project has a unique approach to incorporate the BEV/BPV information of the Beam Path View(BPV) along the beam direction and Beam Eye View (BEV) perpendicular to the beam direction into the MRI imaging process, ingeniously transforming the limited-information 2D cine MRI into 3.5D MRI, to establish a newly high-resolution fast MRI imaging method which could more suitable for the clinical requirement. Then the 3.5D MRI imaging method is applied to liver and stomach tumors to determine the movement trajectories of the tumor and the surrounding organs at risk, to find the source and rules of their shift and deformation, and to provide objective evidences for precise individualized radiotherapy.
.本项目开发了一种融合BEV和BPV信息的3.5D MRI方法,用于腹部肿瘤放射治疗,提供靶区及周围器官位置变化的精确信息。项目还建立了MR加速器治疗前列腺癌的ATS流程和放疗前的膀胱充盈无创探测方法,以及虚拟挡块方法以保护LA-NSCLC患者的正常肺组织。..研究内容包括:1) 建立3.5D MRI方法,通过对比腹部压迫和自由呼吸下肿瘤运动幅度,验证其临床适用性,发现腹部压迫能有效减少肿瘤运动幅度,位置变化个体化;2) 建立MR加速器治疗前列腺癌的ATS流程,利用高软组织分辨率实现自适应靶区勾画和计划设计,解决放疗期间体积变化问题;3) 应用虚拟挡块方法,自动勾画程序考虑靶区形状变化,基于射束穿过肺组织厚度决定是否关闭MLC,降低肺部和心脏受照剂量,保持靶区适形性。..重要结果包括:在3.5D MRI方法中,采集同一患者使用腹部加压带限制腹部运动(RAM 组) 的运动管理模式下和自由呼吸(FB 组) 模式下图像,RAM组和FB组的△R95差异显示腹部压迫有效减小肿瘤运动幅度,个体差异显著。患者1 均小于0.58 mm;患者2 高达2.57 mm 以上;患者3 分别为0.71 mm/1.05 mm。结果表明,腹部压迫方案可以有效地减小肿瘤的运动幅度,另外肿瘤运动幅度△R95 变化具有完全的个体相关性。通过公式VUL=x×y×z×D计算膀胱容积,。膀胱超声预测体积公式中系数D平均值为0.884,重复摆位率从17.58%降至2.38%。虚拟挡块方法的VMAT计划在多个剂量学指标中具有统计学显著优势,如更低的全肺低剂量照射体积和平均剂量(V5/V10/Dmean),以及更低全肺正常组织并发症概率(NTCP)。..科学意义上,本项目开发的3.5D MRI方法为腹部肿瘤放射治疗提供了高分辨率、实时成像手段,提高治疗精准性和安全性。ATS流程和放疗前的膀胱充盈无创探测方法为前列腺癌根治性放疗提供新策略,虚拟挡块方法有望提高LA-NSCLC患者放疗效果,具有重要的科学价值和临床应用前景。.
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