Assessing deformable image registration in the lung using hyperpolarized-gas MRI

使用超极化气体 MRI 评估肺部可变形图像配准

基本信息

  • 批准号:
    9179479
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20.79万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-07-07 至 2018-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT Changes in the position and orientation of a patient’s anatomical features during radiotherapy, if not properly managed, can lead to underdosage of the target and/or overdosage of neighboring healthy tissues. Deformable image registration (DIR), owing to its ability to geometrically align two images, is becoming increasingly important in radiotherapy for managing these anatomy variations. The accuracy of the DIR directly impacts the success of its clinical applications. Careful assessment of DIR algorithms is therefore a critical necessity before they may be used to inform clinical decision making. Current methods of DIR assessment focus on morphological structures but not on the physiological validity of the entire deformation. Recently, we have demonstrated a novel hyperpolarized 3He tagging MRI technique that is capable of directly, in vivo, and non-invasively measuring physiological lung deformation on a regional basis. This unique imaging technique holds great promise for assessing, validating, and improving the use of DIR algorithms in the lung. Our long term goal is to apply hyperpolarized gas tagging MRI to study lung biomechanics, develop more physiologically sound DIR algorithms for the lungs, and eventually improve radiotherapy of lung cancer. The overall objective of this application is to optimize the hyperpolarized 3He tagging MRI technology and establish its usefulness for DIR assessment. Aim 1 is to develop and optimize a methodology based on 3D hyperpolarized 3He tagging MRI for directly measuring lung deformation. Aim 2 is to develop physiologically sound digital thorax phantoms based on HP 3He tagging MRI and demonstrate their use for DIR assessment in the lung. Successful completion of these aims will yield a novel methodology based on hyperpolarized 3He tagging MRI for DIR assessment in the lung for radiotherapy. It will also yield a number of novel MR imaging techniques and a new series of digital thorax phantoms. The ability to measure true physiological lung deformation makes our technique a promising tool for the assessment, validation, and improvement of lung DIR algorithms. This study will bring important changes to research and the clinic. In the short term, it may lend new insights into the complexities of pulmonary biomechanics, enrich our understanding of DIR, generate gold-standard datasets of lung deformation that may benefit the research community, and provide guidance for clinical implementation of DIR. In the long term, it may lead to development of more sophisticated DIR tools for improving radiotherapy of lung cancer, resulting in more precisely delivered radiation treatment to lung tumors and mitigating radiation- induced injury to surrounding normal tissues.
抽象的 放疗期间患者解剖特征的位置和方向发生变化(如果不正确) 如果管理不当,可能会导致目标剂量不足和/或邻近健康组织剂量过量。 可变形图像配准(DIR)由于能够几何对齐两个图像,正在变得越来越重要 在放射治疗中,直接管理这些解剖变化的准确性越来越重要。 因此,仔细评估 DIR 算法至关重要。 必要性,然后才能用于指导当前的 DIR 评估方法。 最近,我们关注形态结构,而不是整个变形的生理有效性。 展示了一种新型超极化 3He 标记 MRI 技术,该技术能够直接、体内和 这种独特的成像技术可以无创地测量局部肺的生理变形。 为评估、验证和改进 DIR 算法在肺部的使用带来了巨大的希望。 学期目标是应用超极化气体标记磁共振成像来研究肺生物力学,发展更多的生理学 完善肺部 DIR 算法,最终改善肺癌放射治疗的总体目标。 该应用的目的是优化超极化 3He 标记 MRI 技术并确定其在 DIR 评估的目标 1 是开发和优化基于 3D 超极化 3He 标记的方法。 直接测量肺部变形的 MRI 目标 2 是开发健全的数字胸部模型。 基于 HP 3He 标记 MRI,并成功证明其在肺部 DIR 评估中的应用。 这些目标的完成将产生一种基于超极化 3He 标记 MRI 的 DIR 新颖方法 它还将产生许多新颖的 MR 成像技术和新的肺部评估。 系列数字胸部模型能够测量真实的生理肺部变形,使我们能够 这项研究是一种用于评估、验证和改进肺 DIR 算法的有前途的工具。 短期内将为研究和临床带来重要变化,这可能会给人们带来新的见解。 肺生物力学的复杂性,丰富我们对 DIR 的理解,生成黄金标准数据集 肺变形可能有利于研究界,并为临床实施提供指导 从长远来看,它可能会导致开发更复杂的 DIR 工具来改善放射治疗。 肺癌,从而可以更精确地对肺部肿瘤进行放射治疗并减轻辐射- 导致周围正常组织损伤。

项目成果

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