基于MR的多模式方法的验证,用于确定分子组成和质子停止功率比率,使用动物组织和模仿组织的幻影

科学领域:

• 医学物理 医学物理
• 辐射疗法 辐射疗法
• 生物医学成像技术 生物医学成像技术

背景情况:

• 质子疗法的范围不确定性限制了治疗的有效性.
• 准确确定平均电离电位 (I),电子密度和停止功率比率 (SPR) 对于质子疗法规划至关重要.
• 千伏CT (kVCT) 单独在准确确定这些参数方面存在局限性.

研究的目的:

• 开发和评估一种基于MR的新型多模式方法,用于准确的SPR和分子组成的确定.
• 与传统方法和实验测量相比,评估基于MR的方法的准确性.
• 研究基于MR的方法对临床应用的影响,特别是在脑辐射治疗中.

主要方法:

• 模仿组织的幽灵,猪组织的幽灵和脑癌患者的图像使用了kVCT和MRI.
• 计算了三种基于成像的SPR值:SPRCM (基于CT的多模式),SPRMM (基于MR的多模式) 和SPRstoich (立体测量校准).
• 用MRI来推导特定组织I和电子密度值用于SPR计算. 使用多层电离室 (SPRMLIC) 进行质子束测量,作为幻影验证的基本真相.

主要成果:

• 基于MR的多式模式方法 (SPRMM) 实现了相对于SPRMLIC的0.45%的低根平均平方误差,优于基于CT的多式模式 (0.86%) 和静态测量 (1.31%) 方法.
• 软组织和猪组织幻象在所有SPR值中显示了<1%的误差,而骨质幻象显示了最大的差异.
• 通过成像确定的分子组成与已知的物理组成显示出很好的一致性 (≤10%的差异). 在临床大脑病例中,在骨和高脂肪组织中观察到SPRstoich和SPRMM之间的显著SPR差异.

结论:

• 开发的基于MR的多模式方法准确地确定了各种幻影类型的分子组成和SPR,通过质子束测量进行验证.
• 这种方法与传统的静脉测量 kVCT 计算相比,显示出更高的准确性,特别是在骨等复杂组成的组织中.
• 将MRI整合到质子疗法治疗计划中具有显著的潜力,可以提高SPR的准确性并减少范围的不确定性,从而改善临床结果.