MRI‑CT兼容动态运动体模的制作方法
本发明总体涉及成像领域。
背景技术：
以下描述包括可用于理解本发明的信息。并不承认本文提供的任何信息是现有技术，或与目前要求保护的本发明有关。
随着近来mri-linacs和其他基于mri的治疗系统的发展，用于治疗室内监测的基于mri的方法正变得非常重要。同时，在许多临床基地中，也正加强致力于使用mri作为用于放射疗法的主要模拟和计划成像模态。在利用mri进行模拟、计划和/或治疗指导的任何情景下，准确时空分辨mri将是在mri指导或监测放射疗法的临床应用中的运动管理的重要部分。
考虑到上述背景，本领域存在对mri-ct兼容系统的需要，所述系统可用于验证动态mri和ct成像的成像序列并为mri指导放射疗法提供质量保证。
技术实现要素：
在各种实施方案中，本发明教示一种系统，其包括：(1)体模，所述体模包括：靶标，所述靶标包括具有第一钆(gd)浓度的第一凝胶；靶标容器，所述靶标容器容纳具有第二gd浓度的第二凝胶，所述第二gd浓度低于所述第一gd浓度；以及水容器，所述水容器容纳gd浓度为5×10-6mol/ml-5×10-5mol/ml的水；其中所述靶标嵌入在所述靶标容器内并用所述第二凝胶稳定，并且所述靶标容器容纳在所述水容器内；(2)可折叠空气容器，所述可折叠空气容器可操作地连接到所述体模，使得所述可折叠空气容器的充气引起所述体模移动；(3)空气泵，所述空气泵与所述可折叠空气容器流体连通；以及(4)电子控制器，其中所述电子控制器被配置来调节由所述空气泵产生的气压，这进而调节所述体模的位置。在一些实施方案中，所述空气泵定位在与所述体模分开的室中。在某些实施方案中，所述靶标是球形的。在一些实施方案中，所述电子控制器包括控制器模块，所述控制器模块被配置来允许所述系统模仿人类呼吸运动。在一些实施方案中，所述系统被配置来模拟每周期2-20秒的呼吸率和3-30mm的呼吸深度。在一些实施方案中，所述系统还包括进气口，其中所述进气口连接到所述可折叠空气容器并与其流体连通。在某些实施方案中，所述进气口包括进气阀，并且所述进气阀是仅允许空气流入所述可折叠空气容器中的单向阀。在一些实施方案中，所述系统还包括软管，其中所述软管的第一端连接到所述进气口，并且所述软管的所述第二端连接到所述空气泵。在一些实施方案中，所述系统包括线性致动器，所述线性致动器附接到外部替代物，其中所述外部替代物包括一个或多个标记物，并且其中所述线性致动器附接到所述体模。在一些实施方案中，所述标记物中的一个或多个是红外标记物。在某些实施方案中，所述外部替代物是rpm盒。在一些实施方案中，所述线性致动器与所述电子控制器电子通信，并且所述电子控制器被配置来控制所述线性致动器的运动。在一些实施方案中，所述电子控制器是rsd控制器。在一些实施方案中，所述系统还包括平台，所述体模停放在所述平台上。在一些实施方案中，所述平台包括被配置来允许所述平台滚动的一个或多个轮子。在一些实施方案中，所述系统还包括床，所述平台的所述一个或多个轮子停放在所述床上。在一些实施方案中，所述系统还包括一个或多个轨道，所述一个或多个轨道被配置来收容所述平台的所述一个或多个轮子。在一些实施方案中，所述系统还包括磁共振成像扫描仪。在一些实施方案中，所述系统还包括计算机断层摄影(ct)扫描仪。在一些实施方案中，所述可折叠空气容器是风箱。
在各种实施方案中，本发明教示一种套件，其包括上述系统中的任何一个以及所述系统用于利用ct扫描仪和/或mri扫描仪对体模进行成像的使用说明。
附图说明
参考图式中示出示例性实施方案。本文所公开的实施方案和图式旨在被认为是说明性的而非限制性的。
图1根据本发明实施方案描绘4d-mri采集和重建相位分类的流程图。(a)具有k空间段的图像序列，这些k空间段由自门控(sg)线和15条径向投影线组成，每条sg线之间给出～98ms的时间间隔。在大约8分钟的扫描之后，共收集86160个投影与5744条sg线。(b)通过基于pca的方法提取上下(si)呼吸曲线。如左侧曲线所示，每个点(呈红色)表示一条sg线(由箭头表示)。许多条sg线促成呼吸曲线的一个周期。所得曲线表示整个成像采集过程中的呼吸运动。(c)将呼吸周期分为10个相位。具有相同相位号的投影(以蓝色段示出)被分配到4d中的分辨相位(以蓝色阴影示出)。此外，运动伪影去除被内建到重建。任何异常段(在(b)中以圈出的段示出)将被排除在重建之外。
图2根据本发明实施方案描绘动态体模作为呼吸率(rr)的函数的运动校准曲线。红色圆圈指示：在本研究中使用四个rr设置(6、10、15和20)。
图3根据本发明实施方案描绘处于轴向(顶部)和冠状(底部)视图中的体模图像。(a)静态3d-ct图像，与相位分辨的(b)4d-ct图像和(c)4d-mri图像进行比较。
图4根据本发明实施方案描绘通过相位1、3、5、7和9展示的相位分辨4d体模图像。在四个不同呼吸率(rr＝6、10、15和20)下，将4d-ct图像(a、c、e和g)与4d-mri图像(b、d、f和h)进行比较。
图5根据本发明的实施方案描绘在不同呼吸率(rr)下在4d-mri和4d-ct之间对相位分辨靶标体积进行比较。(a)rr＝6、(b)rr＝10、(c)rr＝15，并且(d)rr＝20。基准真值(绿色虚线)是6.37ml。
图6根据本发明实施方案展示不同呼吸率(rr＝6、10、15和20)下的相位分辨靶标体积测量误差dv。(a)4d-ct，以及(b)4d-mri。
图7根据本发明的实施方案展示在不同呼吸率(rr)下在4d-mri和4d-ct之间对相位分辨靶标运动进行比较。(a)rr＝6、(b)rr＝10、(c)rr＝15，并且(d)rr＝20。基准真值(gt，绿色虚线)是从录像测量的。
图8根据本发明实施方案描绘具有可用于mri成像的体模装置的系统1000。体模200的部件包括：1)靶标：用高浓度gd凝胶密封的靶标1201嵌入在用低浓度gd凝胶密封的靶标2204中，而靶标2嵌入在填充有弱浓度gd水的水箱205中。2)运动部件：a.风箱302由通过输入阀300施加的输入空气驱动，并且风箱302的输出由可调节阀301控制；b.塑料导轨载具203用于连接水箱205和风箱302，并且塑料导轨载具203的行进距离通过运动标记物206和尺子202监测。3)空气输入由rsd空气泵500产生，rsd空气泵500通过计算机600由rsd控制器模块601进行控制。空气泵500和计算机600放置在mri扫描仪室400的外部，并通过硅空气软管700连接到体模200。mri室400内的所有部件都是mri兼容的。
图9根据本发明实施方案描绘可用于ct成像的体模装置。除了图8所描绘的mri成像装置的大多数部件之外，红外线盒(rpm盒)1100附接到线性致动器1200，线性致动器1200附接到体模容器200的外壁。由rsd控制器模块4001驱动的rpm盒1100的运动用作用于4d-ct图像重建的替代物运动信号。控制系统放置在ct扫描仪室900的外部，并且图8的mri扫描仪被替换成ct机800。
图10根据本发明实施方案描绘可用于mri和pet成像的体模装置。如图所示，许多部件与图8所绘系统的那些部件相同。然而，水箱200容纳容器7000，容器7000包括包含pet剂和/或mri剂的第一组合物。容器7000内包括另外的容器7001，另外的容器7001包括包含pet剂和/或mri剂的第二组合物。所述系统还包括与容器7001流体连通的管7002以及与容器7000流体连通的管7003。
图11a-11d描绘根据本发明各种实施方案的系统。图11a描绘被配置用于pet或mri扫描的体模的部件。所述部件在上面对图10的描述中有所描述。图11b描绘图11a所描绘的部件的mri图像(容器7001包括具有与容器7000中所包括的组合物中的gd浓度相比相对高的gd浓度的组合物)。图11c描绘图11a中所描述的部件的pet图像(容器7001包括与容器7000中所包括的组合物相比具有更高居里值的组合物)。图11d是图11a中所描述的部件的照片。
具体实施方式
本文所引用的所有参考文献通过引用整体并入本文，如同全面阐述一般。除非另外定义，否则本文使用的技术术语和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解相同的含义。
本领域技术人员将认识到与本文所描述的方法和材料类似或等同的可用于实践本发明的许多方法和材料。本发明的其他特征和优点将从以下结合附图进行的详细描述中变得显而易见，附图通过举例的方式说明本发明实施方案的各种特征。实际上，本发明决不限于所描述的方法和材料。
作为另外的背景，mri越来越多地用于放射疗法计划、模拟和治疗室内运动监测。为了提供用于这些任务的更详细的时间和空间mr数据，开发出新颖自门控mri技术，其具有k空间相位分类、高各向同性空间分辨率和高时间分辨率的优点。
如本发明的各种实施方案所表示，mri-ct兼容体模被设计来验证4d-mri序列和4d-ct成像的性能。此外，本文所述的各种实施方案被配置用于正电子发射断层摄影(pet)扫描。
在一些实施方案中，将填充有高浓度钆(gd)凝胶的球形靶标(直径23mm，体积6.37ml)嵌入到塑料盒(35×40×63mm3)中，并用低浓度gd凝胶来稳定。由空气泵驱动的体模能够产生每分钟4至30个呼吸周期的人类呼吸型式。在某些实施方案中，以电影方式进行采集体模的4d-ct，并将其重建到具有1.25mm的切片厚度的10个相位中。4d图像集可被导入到治疗计划软件中以用于勾画靶标的轮廓。4dmri和ct图像的几何准确度可使用靶标体积、扁度和偏心率来量化。靶标运动可通过追踪每个单独相位中的球体的质心来测量。
如在本文“实施例”部分中报告的实验中所展示，从输入信号和实时录像获得运动基准真值。“实施例”部分的实验中所描述的动态体模已经在四个呼吸率(rr)设置(每分钟6、10、15和20)下进行操作，并且用4d-mri和4d-ct进行扫描。4d-ct图像在各个相位中具有靶标拉伸、部分缺失和其他运动伪影，而4d-mri图像在视觉上没有这些伪影。对于4d-ct，6.37ml靶标的体积百分比差异的范围是5.3±4.3％至10.3±5.9％，对于4d-mri，范围是1.47±0.52％至2.12±1.60％。随着呼吸率的增大，对于4d-ct图像，靶标体积和几何偏差增大，而对于4d-mri图像则保持稳定。对于4d-ct，测量出不同rr下的靶标运动振幅误差的范围是0.66-1.25mm，并且对于4d-mri，范围是0.2-0.42mm。mann-whitney测试的结果指示：在基于相位的靶标体积(p＝0.027)和几何(p<0.001)测量中，4d-mri显著优于4d-ct。两种模态在测量运动振幅方面达到相同的准确度(p＝0.828)。
如在本文“实施例”部分中报告的实验中所展示，所测试的k空间自门控4d-mri技术提供用于对基于相位的靶标运动和几何形状进行准确成像的稳健方法。与4d-ct相比，当前4d-mri技术展示出优越的时空分辨率，并且对由快靶标运动和不规则呼吸型式造成的运动伪影具有稳健抵抗力。所述技术可广泛用于腹部靶向、运动门控并用于实施基于mri的适应性放射疗法方面。
如在本文“实施例”部分中报告的实验中所展示，使用水-凝胶混合物来针对ct和mri两者提供典型的背景软组织信号。为了产生靶标的对比度，稀释靶标球体中的高浓度钆(gd)，以便针对ct和mr两者创建更好的snr。靶标之外的塑料用于确保ct和mri的清晰限定的边界。这些设计决策在使两种图像模态之间的图像质量差异最小化方面是成功的。
如在本文“实施例”部分中报告的实验中所展示，在各种实施方案中，体模可产生动态运动，所述动态运动由放置在mri室之外的空气泵(图8)驱动。如本文报告的实验中所示，可使用rsd控制器模块模仿人类呼吸运动，rsd控制器模块具有产生各种人类呼吸率(2-20s/周期)和呼吸深度(3-30mm)的能力。在一些实施方案中，rsd控制器模型能够提供两种呼吸信号：由空气泵产生的加压空气和由线性致动器产生的机械运动。前者用于在ct和mri两种扫描过程中在上下si方向上驱动体模，后者的输出用于在前后(ap)方向上驱动运动替代物以用于进行4d-ct扫描。
考虑到上述背景，在各种实施方案中，本发明教示一种系统，其包括：(1)体模，所述体模包括：靶标，所述靶标包括具有第一钆(gd)浓度的第一凝胶；靶标容器，所述靶标容器容纳具有第二gd浓度的第二凝胶，所述第二gd浓度低于所述第一gd浓度；以及水容器，所述水容器容纳水；其中所述靶标嵌入在所述靶标容器内并用所述第二凝胶稳定，并且所述靶标容器容纳在所述水容器内；(2)可折叠空气容器，所述可折叠空气容器可操作地连接到所述体模，使得所述可折叠空气容器的充气引起所述体模移动；(3)空气泵，所述空气泵与所述可折叠空气容器流体连通；以及(4)电子控制器，其中所述电子控制器被配置来调节由所述空气泵产生的气压，这进而调节所述体模的位置。在一些实施方案中，包含较高浓度的gd的凝胶包含浓度范围是从5×10-3mol/ml至0.25mol/ml的gd。在一些实施方案中，包含较低浓度的gd的凝胶包含浓度范围是从5×10-4mol/ml至5×10-3mol/ml的gd。在一些实施方案中，水容器所容纳的水还包含浓度为5×10-6mol/ml至5×10-5mol/ml的gd。在一些实施方案中，所述系统还包括线性致动器。在一些实施方案中，所述系统还包括机械地连接到线性致动器的外部替代物。在一些实施方案中，除了调节气压之外，计算机操作的控制器模块还被配置来通过线性致动器调节外部替代物的位置(例如，将外部替代物上下移动)。
可掺混到含gd凝胶中的gd螯合造影剂选项的非限制性实例包括：钆特酸、钆双胺、钆贝酸、钆喷酸、钆特醇、钆膦维塞、钆弗塞胺、钆塞酸、钆布醇及其组合。在一些实施方案中，较高浓度gd凝胶和较低浓度gd凝胶包含相同的制剂(例如，任何上述含gd的制剂)。在一些实施方案中，容纳较高浓度gd凝胶和/或较低浓度gd凝胶的容器是透明的(例如，塑料)。在一些实施方案中，容器中的一个或多个包含聚苯乙烯、由其组成、或基本上由其组成。在一些实施方案中，容纳水(或如上所述的弱浓度gd水)的容器由透明材料(例如，塑料)构成，并且是部分或完全透明的。在一些实施方案中，容器包含聚苯乙烯、由其组成、或基本上由其组成。
在一些实施方案中，空气泵定位在与体模分开的室中，例如如图8和图9所示。在一些实施方案中，靶标是球形的，但是本领域技术人员将容易理解，靶标可具有任何合适的形状。在某些实施方案中，计算机操作的控制器模块被配置来允许所述系统模仿人类呼吸运动。在某些实施方案中，所述系统被配置来模拟每周期2-20秒的呼吸率和3-30mm的呼吸深度。在一些实施方案中，所模拟呼吸率通过以下方式来控制：使用计算机和rsd控制模块来调控空气泵和/或线性致动器的活动，这进而调节靶标和体模的位置，如下文更详细描述。在一些实施方案中，靶标模仿隔膜运动，并且外部替代物模拟胸壁运动。在各种实施方案中，外部替代物是rpm盒，rpm盒是在实时位置管理(rpm)系统(varian,ca)中使用的标记块。在各种实施方案中，rpm盒是标有两种红外反射涂漆标记物的塑料(例如，聚苯乙烯)容器，所述容器被设计来为rpm系统中的红外相机提供可视化运动信号。在一些实施方案中，红外相机包括在与本文所述的mri、ct和pet结合使用的系统中。在一些实施方案中，rpm盒放置在线性致动器的尖端上，线性致动器被配置来调节rpm盒的位置(例如，将rpm盒上下移动)。在一些实施方案中，红外相机定位在它可以看见rpm盒的任何地方。在一些实施方案中，与上述系统结合使用的体模被配置成在用于mri和ct成像时，在靶标与背景之间具有基本上类似的对比度。
在一些实施方案中，空气泵通过空气软管机械地连接到体模。在一些实施方案中，空气软管连接到空气阀，空气阀又连接到与体模相关联或包括在体模内的可折叠空气容器。在一些实施方案中，体模被配置来在空气被添加到可折叠空气容器和/或从其释放时进行移动。在一些实施方案中，体模通过在轨道和/或轮子上滑移来响应于空气被添加到可折叠空气容器或从其释放进行移动。在一些实施方案中，空气容器是风箱，但是本领域技术人员将容易理解，空气容器可以是任何可折叠空气容器。在一些实施方案中，使用多个空气容器(例如，风箱)。
在一些实施方案中，本发明教示设计用于与能够执行pet扫描和/或mri扫描的机器一起使用的体模。在一些实施方案中，体模被设计用于与能够执行mri和pet扫描的扫描仪(例如，biographmmr、siemens)一起使用。在一些实施方案中，体模被配置用于与能够同时采集全身mr和pet的扫描仪一起使用。
在一些实施方案中，体模包括：(1)第一容器，所述第一容器容纳包含含有gd的pet剂和/或mri剂的第一组合物；(2)第二容器，所述第二容器容纳包含所述pet剂和/或所述mri剂的第二组合物；(3)第一管，所述第一管与第一容器流体连通；以及(4)第二管，所述第二管与第二容器流体连通。在一些实施方案中，第一容器容纳在第二容器内。在一些实施方案中，第一组合物的居里值(即，放射性水平)高于第二组合物的居里值。在一些实施方案中，第一组合物中的gd浓度高于第二组合物中的gd浓度。
在一些实施方案中，包含pet剂的第一组合物包括在第一容器中，并且包含pet剂的第二组合物包括在第二容器(其容纳第一容器)中。换句话说，第一容器或第二容器中不包括mri剂。在一些实施方案中，第一组合物与第二组合物相比具有更高居里值。
在一些实施方案中，包含mri剂的第一组合物包括在第一容器中，并且包含mri剂的第二组合物包括在第二容器(其容纳第一容器)中。换句话说，第一容器或第二容器中不包括pet剂。在一些实施方案中，包含mri剂的第一组合物与包含mri剂的第二组合物相比具有更高gd浓度。
在一些实施方案中，第一容器包括包含pet剂和mri剂的第一组合物，并且第二容器包括包含pet剂和mri剂的第二组合物。在这些配置中，第一组合物与第二组合物相比具有更高居里值，并且第一组合物与第二组合物相比具有更高gd浓度。
图11中描绘本发明的一个非限制性实施方案。图11示出容纳包含pet和/或mri剂的第一组合物的第一容器7001。图11还示出第二容器7000，其容纳包含pet和/或mri剂的第二组合物并且容纳第一容器。附图中还描绘与容器7001流体连通的管7002以及与容器7000流体连通的管7003。管7002可用于将包含pet和/或mri剂的第一组合物引入到容器7001中，并且管7003可用于将包含pet和/或mri剂的第二组合物引入到容器7000中。在一些实施方案中，管7002和/或7003还包括一个或多个阀，所述一个或多个阀控制mri剂和/或pet剂进入或离开它们所相关联的容器的流动。在一些实施方案中，容纳在容器7001中的第一组合物与容纳在容器7000中的第二组合物相比具有更高居里值。在一些实施方案中，容纳在容器7001中的第一组合物与容纳在容器7000中的第二组合物相比具有更高gd浓度。
对于本文所述的其中包括pet剂的每个实施方案，第一组合物中所含的pet剂与第二组合物中所含的pet剂可以是相同类型的。
对于本文所述的其中包括mri剂的每个实施方案，第一组合物中所含的mri剂与第二组合物中所含的mri剂可以是相同类型的。
仅作为非限制性实施例，任何前述实施方案中所使用的pet剂可包含以下pet示踪剂中的任何一种、由其组成、或基本上由其组成：18f(氟-18)相关的放射性示踪剂(例如，18f-氟脱氧葡萄糖(18f-fdg)类似物；18f-氟-乙基-酪氨酸(18f-fet)；18f-氟硝基咪唑(18f-fmiso)；18f-fluciclovine；18f-氟代胆碱；18f-3'-氟-3'-脱氧胸苷(18f-flt))；11c(碳-11)相关的放射性示踪剂(例如，11c-乙酸盐；11c-蛋氨酸；11c-胆碱)；68ga(镓-68)相关的放射性示踪剂(例如，68ga-dota-假肽)；64cu(铜-64)相关的放射性示踪剂(例如，64cu-二乙酰基-双(n4-甲基氨基硫脲)(64cu-atsm)；上述的组合；或与以上所列出的那些具有等同功能的物质。在其中使用任何上述放射性示踪剂作为pet剂的一些实施方案中，具有较高居里值的组合物是从0.01-0.2m居里，并且具有较低居里值的组合物是从0.00001至0.001m居里。在一些实施方案中，包含pet剂的组合物是还包含水的液体组合物。在一些实施方案中，包含pet剂的组合物是还包含盐水的液体组合物。
在一些实施方案中，如上所述单独或结合pet剂使用的mri剂包含本文所述的包含gd的任何制剂。在一些实施方案中，具有较高gd浓度的组合物具有在5×10-3mol/ml至0.25mol/ml范围内的gd浓度。在一些实施方案中，具有较低gd浓度的组合物具有在5×10-4mol/ml至5×10-3mol/ml范围内的gd浓度。在一些实施方案中，包含mri剂的组合物是还包含水的液体组合物。在一些实施方案中，包含mri剂的组合物是包含盐水的液体组合物。
在各种实施方案中，除了适合于mri的体模(如上所述)、空气泵(如上所述)和计算机操作的控制模块(如上所述)之外，所述系统还包括mri扫描仪以及如本文所述与所述系统相关联的任何另外部件。在某些实施方案中，mri扫描仪被定位/配置来通过任何标准mri方法或本文所述的任何其他mri方法对体模进行成像。仅作为非限制性实施例，如图8所展示，mri扫描仪100可被定位/配置来在体模200沿着床101移动到mri扫描仪100中时对体模200进行扫描。
图8描绘非限制性示例性系统1000，其包括具有rsd控制器模块601的计算机600。计算机600通过rsd控制器模块601控制rsd空气泵500的功能。空气泵500通过空气软管700连接到输入阀300。空气通过空气软管700输送并输送到风箱302中，风箱302进而调节包括弱gd水的水箱205的位置。水箱205容纳包括低浓度gd凝胶的靶标204。靶标204又包括靶标201，靶标201包括高浓度gd凝胶。箱200包括背景水。系统1000还包括空气输出阀301、塑料导轨载具203(其被示出为带有轮子)、尺子202、床101以及mri扫描仪100。在一些实施方案中，本发明教示不具有mri扫描仪和/或床的图8所描绘的系统。
在各种实施方案中，除了体模(如上所述)、空气泵(如上所述)和计算机操作的控制模块(如上所述)之外，所述系统还包括ct扫描仪。在某些实施方案中，ct扫描仪被定位/配置来对体模进行成像。仅作为非限制性实施例，如图9所展示，ct扫描仪800可被定位/配置来在体模200沿着床801移动到ct扫描仪800中时对体模200进行扫描。如图9所展示，在ct扫描仪合并到所述系统中的一些实施例中，所述系统中还包括线性致动器和红外线盒(诸如，线性致动器1200和红外线控制盒1100)。
图9描绘非限制性示例性系统2000，其包括具有rsd控制器模块4001的计算机4000。计算机4000通过rsd控制器模块4001控制rsd空气泵500的功能。空气泵500通过空气软管700连接到输入阀300。空气通过空气软管700输送并输送到风箱302中，风箱302进而调节包括弱gd水的水箱205的位置。水箱205容纳包括低浓度gd凝胶的靶标204。靶标204又包括靶标201，靶标201包括高浓度gd凝胶。箱200包括背景水。系统2000还包括空气输出阀301、塑料导轨载具203(其被示出为带有轮子)、尺子202、床801和ct扫描仪800。系统2000还包括线性致动器1200和红外线盒1100。在系统2000中，计算机4000和rsd控制器模块4001通过借助电缆线3000提供的电信号来控制线性致动器1200的运动。在一些实施方案中，本发明教示不具有mri扫描仪和/或床的图9所描绘的系统。在一些实施方案中，本发明教示不具有线性致动器或红外线盒的图9所描绘的系统。
在各种实施方案中，本发明教示包括能够执行pet扫描的机器的系统。在一些实施方案中，机器是如上所述的组合式pet/mri扫描仪。在一些实施方案中，系统还包括适合于pet和/或mri扫描的体模(如上所述)、空气泵(如上所述)和计算机操作的控制模块(如上所述)，以及如本文所述与所述系统相关联的任何另外部件。在某些实施方案中，pet和/或pet/mri和/或mri扫描仪被定位/配置来通过任何标准pet、mri/pet或mri方法对体模进行成像。仅作为非限制性实施例，如图10所展示，mri/pet扫描仪5000可被定位/配置来在体模200沿着床5001移动到mri/pet扫描仪中时对体模200进行扫描。
图10描绘非限制性示例性系统6000，其包括具有rsd控制器模块601的计算机600。计算机600通过rsd控制器模块601控制rsd空气泵500的功能。空气泵500通过空气软管700连接到输入阀300。空气通过空气软管700输送并输送到风箱302中，风箱302进而调节容器7000的位置。容器7000收容容器7001，容器7001容纳包含pet剂的第一组合物。容器7000还容纳包含pet剂的第二组合物。容纳在容器7001内的第一组合物与容纳在容器7000内的第二组合物相比具有更高居里值。管7002与容器7001流体连通，并且管7003与容器7000流体连通。所述系统的所有其他部件都如图8所示的系统中所述。除了或代替pet剂，第一组合物和第二组合物可包含mri剂，如上所述。在一些实施方案中，不包括水箱200。在一些实施方案中，组合物是除了pet剂和/或mri剂之外还包含水或盐水的液体组合物。
在各种实施方案中，本发明教示包括操作模仿受试者的呼吸的系统的方法。在一些实施方案中，所述系统包括：(1)体模，所述体模包括：靶标，所述靶标包括浓度范围是从5×10-3mol/ml至0.25mol/ml的高浓度钆(gd)凝胶；靶标容器，所述靶标容器包括浓度范围是从5×10-4mol/ml至5×10-3mol/ml的低浓度gd凝胶；以及水容器，所述水容器容纳范围是从5×10-6mol/ml至5×10-5mol/ml的弱浓度gd水；其中所述靶标嵌入在所述靶标容器中并用低浓度gd凝胶稳定，并且所述靶标容器密封在所述水容器中；(2)空气泵，所述空气泵机械连接到所述体模(例如，通过本文所述的任何方式)；以及(3)计算机操作的控制器模块；其中所述计算机操作的控制器模块被配置来调节由所述空气泵产生的气压，这进而调节所述体模的位置。在一些实施方案中，所操作系统还包括线性致动器。在一些实施方案中，所操作系统还包括可操作地连接到线性致动器的外部替代物。在一些实施方案中，除了调节空气压力之外，所操作系统的计算机操作的控制器模块还被配置来通过线性致动器调节外部替代物的位置。在一些实施方案中，所述方法包括：通过控制所模拟呼吸的速率来操作所述系统，如本文所述。在一些实施方案中，所述方法还包括：在所述系统模拟呼吸运动的同时执行mri扫描。在一些实施方案中，所述方法还包括：在系统模拟呼吸运动的同时执行ct扫描。
在各种实施方案中，本发明教示包括操作mri扫描仪并对本文所述的系统内所包括的体模进行扫描的方法。仅作为实施例，在一些实施方案中，本发明教示操作mri机器来对图8所示的体模进行扫描。
在各种实施方案中，本发明教示包括操作ct扫描仪并对本文所描述系统内所包括的体模进行扫描的方法。仅作为实施例，在一些实施方案中，本发明教示操作ct扫描仪来对图9所示的体模进行扫描。
在一些实施方案中，本发明教示包括操作mri扫描仪或mri/pet扫描仪并对本文所描述系统内所包括的体模进行扫描的方法。仅作为实施例，在一些实施方案中，本发明教示操作mri或mri/pet扫描仪来对图10所示的体模进行扫描。
在一些实施方案中，本发明教示一种套件。在一些实施方案中，所述套件包括以下各项中的一项或多项：(1)体模，所述体模包括：靶标，所述靶标包括浓度范围是从5×10-3mol/ml至0.25mol/ml的高浓度钆(gd)凝胶；靶标容器，所述靶标容器包括浓度范围是从5×10-4mol/ml至5×10-3mol/ml的低浓度gd凝胶；以及水容器，所述水容器容纳范围是从5×10-6mol/ml至5×10-5mol/ml的弱浓度gd水；其中所述靶标嵌入在所述靶标容器中并用低浓度gd凝胶稳定，并且所述靶标容器密封在所述水容器中；(2)空气泵，所述空气泵被配置来机械连接到所述体模；以及(3)计算机操作的控制器模块；其中所述计算机操作的控制器模块被配置来调节由所述空气泵产生的气压，这进而调节所述体模的位置。在一些实施方案中，所述套件还包括本文所描述系统的任何另外部件中的一个或多个。在一些实施方案中，另外部件包括以下各项中的一项或多项：线性致动器、外部替代物、空气软管、输入阀、排出阀、滚动载具、量尺、计算机、电缆线以及标记物。
在一些实施方案中，本发明教示包括本文所述的适合于pet和/或mri扫描的任何体模的套件。在一些实施方案中，所述套件还包括本文所述的包含一种或多种pet剂的一种或多种组合物。在一些实施方案中，所述套件还包括用于使用一个或多个合适体模来执行pet和/或mri扫描(如本文所述)的说明。在一些实施方案中，所述套件包括可用于mri和/或pet扫描的本文所描述系统的一个或多个部件。
实施例
以下实施例并不旨在限制本发明的权利要求书的范围，而是旨在例示某些实施方案。技术人员所想到的所例示方法的任何变化都落在本发明的范围内。
介绍
四维(4d)计算机断层摄影(ct)目前是用于评估呼吸运动并确定靶标肿瘤的治疗边界的放射疗法计划中的标准。对于其中运动是一个问题的大多数治疗计划和输送技术，通常使用从所有呼吸相位的联合体积或最大强度投影得出的内部靶标体积(itv)来得出计划靶标体积(ptv)。itv的使用通常对靶标提供足够的裕量，然而，也可能导致对周围健康组织的潜在毒性的增大。相位分辨靶标限定和运动管理是临床实践中非常所期望的。然而，由于当前采集硬件和呼吸相位重建软件的限制，相位分辨成像的实施具有若干技术困难，尤其是对于基于使用外部呼吸替代物获得3d-ct的顺序轴向采集的回顾性分类的重建。这个成像过程易于显现出由不规则呼吸型式造成的运动伪影，以及低时空分辨率。据报告，在对50例肺和腹部瘤患者的回顾性研究中，90％的扫描具有至少一个伪影。4d-mri技术的最新发展为放射疗法中的运动评估问题提供了替代解决方案。早期已经为开发实时3d体积采集做出各种努力，然而，空间与时间分辨率之间的折衷限制了其在肿瘤靶向和运动评估中的应用。最近已经提出一种替代策略，所述替代策略将基于2d多切片采集的相应分类来改进帧速率和面内空间分辨率。然而，切片分辨率必须保持相当低(即，3-10mm)，以便维持令人满意的2d切片轮廓和信号或减少总扫描时间。更重要的是，与4d-ct类似的图像重建仍然依赖于重建后切片图像的分类，因此图像重建容易受到不规则呼吸和各向异性空间分辨率的影响，并且可能遭遇靶标拉伸和部分缺失伪影。因此，目前可用的4d技术为放射疗法中的相位分辨靶标成像提供最佳解决方案的能力有限。我们最近报告了基于自门控运动替代物和回顾性k空间分类的新颖四维mri方法。4d采集在固定扫描时间内完成，并且提供高空间和高时间分辨率两者。这种方法解决了全都在k空间中的呼吸相位分类和重建。所述技术的重要优点之一在于：相位分类是自门控的，而无需进行扫描前选择或扫描中外部呼吸替代物采集。这种技术允许在不中断采集的情况下去除运动离群值和伪影。所述技术的另一个主要优势在于：它提供各向同性高空间分辨率，这使得能够准确评估基于相位的靶标限定和运动测量。
下面报告的研究的目标是使用mri/ct兼容呼吸运动体模对4dmri技术进行几何验证，并使用所述运动体模对4dmri技术与4dct进行比较。先前已经报告了临床成像结果和对成像序列发展的描述。
方法
4d-mri采集
4d-mri序列是基于在3t处具有自门控(sg)的基于扰相梯度回波的3d投影重建(pr)序列。图1展示4d图像采集的流程图。k空间中的径向投影是按2d黄金均值排序连续地收集，所述排序允许灵活的回顾性数据分类。通过一组2个上下(si)k空间投影(即，sg线)来记录成像靶标的呼吸引起的偏移，所述sg线每隔15个径向投影(即，成像线)插入。2条sg线之间的时间间隔大约为98ms(图1(a))。在本研究中使用的扫描中，在8分钟内总共获得86160个径向投影和5744条sg线。基于我们早期在人体腹部成像研究中的工作，8分钟的采集时间被确定来提供足够数量的k空间投影。通过从sg线提取呼吸信号来分辨呼吸相位。sg线的傅里叶变换表示整个成像体积的1d投影。通过对来自所有通道的投影轮廓时间序列应用主成分分析(pca)来提取呼吸运动信号。如图1(b)所示，靶标的呼吸运动被绘制为从sg线得出的相对si位移。在这条曲线上，呼吸周期由两个相邻呼气峰值的时间段确定。每98s通过sg对运动进行采样(即，17×tr，由于采集了15条成像线和2条sg线)，这比典型的呼吸周期长度(通常＞4s)短得多。为了对相位数据进行分类，将呼吸周期在时间上均匀分成10个区块(bin)。将对于所有呼吸周期来说具有相同相位号的k空间数据分配到最终标称相位区块。如图1(c)所示，每个区块(例如，区块6)的相位信息由所有被验证周期(图1(b))的那相同区块(例如，所有区块6)贡献。为了抑制运动伪影，具有异常时间段或不一致位置(≥平均值±2个标准偏差)的段被认为是异常值(例如，图1(c)中的虚线圆圈)，并且从相位合并中被排除。在对k空间数据进行分类之后，使用自校准灵敏度编码(sense)重建方法来重建每个单独相位126的图像，所述重建方法使用接收器线圈灵敏度信息来抑制混叠伪影。在4d重建中不使用其他校正，诸如偏场。在体模实验中，在以下成像参数下，使4d-mri的三次成像(cubicimaging)体积定中心于运动体模上：fov(300×300×300mm3)、空间分辨率(1.56×1.56×1.56mm3)、翻转角度(10度)、tr/te＝5.8/2.6ms、读出带宽＝399hz/像素、非选择性水激励rf脉冲。重建4d-mri图像集由10个时间相位组成。
mri-ct呼吸运动体模
设计mri-ct兼容体模来验证4dmri序列和4dct成像的性能。将填充有高浓度钆(gd)凝胶的球形靶标(直径23mm，体积6.37ml)嵌入到塑料盒(35×40×63mm3)中，并用低浓度gd凝胶来稳定。进一步用塑料支撑件来稳定塑料盒并将其密封到水容器中。体模被设计成对于mri和ct成像两者在靶标与背景之间具有类似对比度。体模可产生上下运动，所述上下运动由放置在mri室之外的空气泵驱动。使用动态呼吸体模(型号rs-1500，radiologysupportdevices(rsd),tm)的控制器模块来模仿人类呼吸运动，所述控制器模块具有产生各种人类呼吸率(2-20s/周期)和呼吸深度(3-30mm)的能力。rsd控制器模型能够提供两种呼吸信号：由空气泵产生的加压空气和由线性致动器产生的机械运动。前者用于在ct和mri两种扫描过程中在si方向上驱动体模，后者的输出用于在前后(ap)方向上驱动运动替代物以用于进行4d-ct扫描。在我们的实验中，运动系统使用膈膜运动(靶标)和胸壁运动(rpm盒)来模拟人类呼吸型式。为了达到这个目的，按靶标输入信号的相同的呼吸率和振幅来驱动外部替代物(rpm盒)，但具有90度相位偏移。在实验之前，对所述系统进行校准以使两个运动同步，并且通过录像进一步验证此同步。因此，消除了由于不协调的外部替代物运动造成的运动伪影。通过微调控制器参数并调整输入和输出空气体积来校准呼吸率和深度。图2中示出随呼吸率和深度变化的校准曲线。因此，体模能够产生每分钟4至30个呼吸周期的人类呼吸型式。此外，呼吸率(rr)与呼吸深度成反比：体模可在浅呼吸深度下产生快呼吸率(例如，2mm，30/分钟)；在深呼吸深度下产生慢呼吸率(例如，20mm，6/分钟)。四个呼吸率设置(每分钟6、10、15和20)被选择来在mri和ct采集中使用，它们的对应呼吸周期时间和深度为10s/20mm、6s/15mm、4s/10mm和3s/7mm。在扫描过程中，从输入信号中获得运动的基准真值并通过实时录像对其进行验证。
4dct采集
使用gect590ct扫描仪以电影模式采集4dct图像。在每次4dct扫描之前，以螺旋模式对体模进行扫描以采集静态3d图像。在4d-ct扫描过程中，使用由rsd运动控制器操作的线性致动器来产生外部呼吸ap运动。将标有红外标记物的rpm塑料盒放置在线性致动器的尖端上，在尖端处，rpm塑料盒在4d-ct扫描过程中可由varianrpm系统追踪。将线性致动器的ap运动设定成与空气泵输出的si运动成90°度(正交)。
采集图像、持续电影持续时间，所述电影持续时间被设定成比来自rpm系统的估计呼吸周期长1.5s。如下设定扫描参数：1s机架旋转，0.2s电影间隔。对于大于2.0cm的运动范围，将切片厚度设定为2.5mm；对于2.0cm或更小的运动范围，将切片厚度设定为1.25mm。通过geadvantage4d软件重建4d-ct图像。具体地，将原始4d-ct电影图像回顾性地分类到基于呼吸相位的区块中。根据rpm追踪与ct数据采集之间的时间相关性，向原始电影图像中的每个ct切片分配相位号。然后，使用具有相同相位的图像来构建3d-ct数据集，并且将其回顾性地分类到10个呼吸相位中(即，从0％至90％的相位，在10％的间隔下)。
运动和几何验证
将4d-ct和mri图像导入到治疗计划系统(varianeclipsev11.0)和图像分割软件(itk-snap(参见p.yushkevich等人的“user-guided3dactivecontoursegmentationofanatomicalstructures：significantlyimprovedefficiencyandreliability,”neuroimage,31,1116-28(2006))以进行几何验证。使用eclipse中的4d-ct模块针对4d-ct和4d-mri扫描集创建4d结构集。通过每个数据集中的每个单独相位中的球体质心的位置来跟踪通过ct4d和mri4d图像集可视化的靶标运动。同时，测量所记录视频和实时2dmri序列图像中的球体的基准真值位置。由两位用户手动针对所有相位分辨图像绘制球体靶标的轮廓。基于所绘制轮廓，使用软件测量体积。根据物理参数(直径2.3cm，体积6.37ml)计算球体的基准真值体积(vgt)，并通过静态螺旋3d-ct图像对其进行验证。对于4d图像，通过比较测量值与基准真值体积之间的体积差值dv＝v测量-vgt和差值百分比dv％＝(v测量-vgt)/vgt、以及其绝对百分比差值|dv％|来计算体积偏差。这里，我们假设体积偏差表示在实际患者4dct扫描或mri扫描的大体肿瘤体积(gtv)中的运动引入的误差。
为了检查靶标表示的几何准确度，进一步将所成像靶标表征为具有半长轴长度a和半短轴长度b的球体。为了获得轴长度，将含有每个单独相位的轮廓的dicom结构集输出并在matlab(tm，v8.1)中进行后处理。计算球形靶标的两个几何参数：扁度和偏心率。扁度(f)度量两个轴长度的差值与半长轴长度的比值f＝(a-b)/a，并且偏心率(e)描述与成为圆形的偏差
结果
相位分辨重建的结果
针对在4个呼吸率(rr)：每分钟6、10、15和20下操作的动态体模228采集4dmri和4dct扫描。将每个4d扫描重建到10个相位中。图3展示来自体模的4d-ct和4d-mri数据集的相位分辨图像，与其静态3d-ct图像进行比较。如图所示，ct图像中的球体靶标与mri图像中的球体靶标具有类似的灰度和对比度。图4使用来自单独相位1、3、5、7和9并且在不同的呼吸率下采集的图像在视觉上展示4d-ct图像与mri图像之间的差异。如图4(a、c、e和g)中的4d-ct图像所示，相位1的图像在视觉上与静态图像类似，而其他相位图像看起来具有或多或少的运动伪影，例如，靶标伸展(相位5，rr＝15)和挤压或部分缺失信息(相位3，rr＝15)。同样明显的是，在慢运动模式(rr＝6)过程中采集的图像看起来具有更少的伪影。与4d-ct相对比，相位分辨的4d-mri图像不具有与在4d-ct图像中所见到类似的运动伪影。如图4(b、d、f和h)中的4d-mri所示，在不同相位和不同呼吸率下的所有图像具有几乎等同的图像质量(例如，比较rr＝20下的相位3的4d-mri图像与rr＝6下的相位3的4d-mr图像)。结果指示：4d-mri在各种呼吸率下都具有稳健的空间-时间分辨率。
相位分辨几何形状测量的结果
由两位用户在计划和分割两个软件中勾画靶标体积的轮廓并进行测量。wilcoxon测试的结果指示：由不同操作者绘制的轮廓之间没有显著差异(对于ct图像，p＝0.0003，对于mri图像，p＜0.0001)。图5示出作为相位函数绘制的测量体积。对于相同的rr设置，4d-mri中的靶标体积非常接近基准真值体积，而4d-ct的某些相位则展现出大的体积测量误差。如图4(f)的针对rr＝15的ct图像所示，靶标球体在相位3(5.18ml)处被截短，而在相位5(7.27ml)处被拉长。这是由于4d-ct重建中的运动伪影和相位分类错误造成的。给定基准真值体积(6.37ml)，计算针对4个设置的体积百分比偏差(dv％)，如图6所示。
表i总结4d-ct和4d-mri在相位分辨体积测量中的性能。对于4d-ct，绝对体积误差随着呼吸率的增大而从5.3±4.3％(rr＝6)增大到10.3±5.9％(rr＝20)。最小和最大相位分辨体积也显示出相同的趋势。对于4d-mri，不同rr下的体积误差均小于3％，并且与呼吸率无关。结合所有rr设置，4d-ct的总体积误差为8.4±5.6％，而4d-mri的总体积误差为1.8±1.3％。使用mann-whitney测试来检查4d-ct和4d-mri在体积测量方面的统计学差异，结果为p＝0.027。
表i.通过相位分辨4d-mri和4d-ct图像测量的靶标体积。准确度是通过与基准真值(6.37ml)的百分比偏差来评估的，并且通过最小体积和最大体积来说明。
表ii中比较了4d-ct与4d-mri中的扁度和偏心率指标的结果。与体积测量值的趋势类似，针对4d-ct的扁度和偏心率的平均值也随着呼吸率的增大而增大。结果指示：快靶标速度引入更多的运动伪影，从而造成与原始球体形状的大偏差。然而，对于4d-mri，几何偏差既比来自4d-ct的结果小得多，又在呼吸率增大时保持稳定。mannwhitney测试关于两个参数的结果：针对扁度的p＝0.001以及针对偏心率的p＝0.0005表明：4d-ct和4d-mri的性能显著不同。与体积测量值一起，总体结果表明：所提出的4dmri在基于相位的靶标限定和几何测量方面显著优于ct。
表ii.通过相位分辨4d-mri和4d-ct图像测量的几何参数。
相位分辨运动检测的结果
通过追踪每个单独相位的球体的质心来测量靶标运动。从输入信号和录像获得运动的基准真值。为了评估对方法的比较，对靶标的运动相位和振幅进行测量。图7示出通过4d-ct和4d-mri测量的相位分辨靶标位置对比基准真值。随着rr的增大，吸气相位(曲线上的谷)转移到曲线的中心(从相位6到相位5)。由两种模态中的每一种所检测的总体运动相位很好地匹配基准真值。
已经计算出不同呼吸率下的运动振幅并在表iii中列出。运动振幅随着呼吸率的增大而减小，范围是从7.7至20.1mm。结果表明：尽管来自4d-mri的值在数值上更好，但这两种模态在检测运动振幅方面达到类似的准确度。应注意，在rr＝10、15和20下的4d-ct的空间分辨率[1.27×1.27×1.25mm]与4d-mri的分辨率[1.56×1.56×1.56mm]相当，只是由于扫描覆盖要求，针对rr＝64d-ct扫描的切片厚度必须增加到2.5mm。mann-whitney测试显示：使用4dmri进行的运动检测在统计学上与使用4dct进行的运动检测等效(p＝0.828)。总之，结果指示：4dmri可用于准确限定每个相位中的靶标几何形状和体积，并且用于测量靶标运动范围的性能与4dct等效(或更好)。
表iii.不同呼吸率下通过4d-ct和4d-mri测量的运动振幅。这里，运动振幅是最小移动距离与最大移动距离之间的差值，并且基准真值是通过对所采集视频中的运动标记物的测量来获得。
讨论
mri成像因为其改进的软组织对比的优点而已经广泛用于放射疗法的治疗计划。由于不涉及电离，所以mri可提供用于在不对患者施加辐射剂量的情况下进行诊断、计划、治疗室内监测以及治疗反应评估的综合治疗成像解决方案。随着近来mri-linacs和其他基于mri的治疗系统的发展，对于这些系统来说，用于治疗室内监测的基于mri的方法正变得非常重要。同时，在许多临床基地中，也正加强致力于使用mri作为用于放射疗法的主要模拟和计划成像模态。在利用mri进行模拟、计划和/或治疗指导的任何情景下，准确4d-mri将是在mri指导或监测放射疗法的临床应用中进行运动管理的重要部分。最近已经提出若干4d-mr技术。然而，这些方法中的大多数依然依赖外部门控或开销预扫描作为运动替代物，从而限制了这些方法对运动伪影的时空分辨率和稳健性。这里所描述的基于自门控的k空间分类的4d-mr方法从根本上解决了序列设计和重建算法中的这些问题。所述方法的特征在于：简化扫描程序、固有运动伪影抵抗力、高各向同性空间分辨率以及高时间分辨率。本研究显示：所提出的4d-mr方法在限定每个单独相位处的靶标几何形状和体积方面优于4d-ct，并且提供对运动相位和振幅的准确测量，同时还在成像数据中实现高且各向同性的分辨率。
就我们所知，这项工作是使用模仿人体呼吸运动的体模进行的关于4d-mri在相位分辨的靶标几何形状和运动方面的质量保证的第一项综合性研究。这项研究的重要部分是mri/ct兼容体模的设计。设计的目标是创建与任一种成像模态同样相关的体模。使用水-凝胶混合物是因为它针对ct和mr两者提供典型的背景软组织信号。为了产生靶标的对比，稀释靶标球体中的高浓度gd，以便针对ct和mr两者创建更好的snr。靶标之外的塑料还确保了ct和mri的清晰限定的边界。这些设计决策在使两种图像模态之间的图像质量差异最小化方面是成功的。
本研究中的4d-ct结果与文献中的典型4d-ct体模研究相当。在一项跨机构研究中，在4d-ct的质量保证中使用商用quasar体模，其中使用直径15mm(1.77ml)和直径30mm(14.1ml)的不同大小的两个靶标。对rr＝10和20给定1.5cm和2.5cm的运动，它们的结果显示：对于小靶标，单相位(通气中期、吸气末期和呼气末期)中的体积检测误差为13.4％至32.6％，并且对于大靶标，为2.5％至8.0％。在目前的工作中，靶标的大小是在这两个极端值(23mm直径，6.37350ml)之间，并且具有5.2％至10.3％的平均体积误差。基于与4d-ct的比较，这里报告的k空间自门控4d-mri(平均体积误差1.5％至2.1％)在限定相位分辨体积(p＝0.027)方面实现显著优越的性能。呼吸率(靶标运动速度的指标)是4d图像的图像质量的重要因素。我们的4d-ct结果显示：随着运动速度的增大，相位分辨的几何和体积偏差增大。在快呼吸率下，4d-ct更可能无法准确识别每个单独相位的靶标几何形状。这是由于基于相位分类的4d-ct重建的局限性，所述重建依赖于外部运动替代物与真实靶标运动之间的相关性。与4d-ct相比，4d-mri的图像质量对靶标运动速度相对不敏感。事实上，在给定扫描时间(8分钟)内，快呼吸率产生更多的自门控信号。因此，4d-mri的图像质量不受运动速度影响。如图4所示，4d-mri中的所有单独相位保持相同质量并且几乎没有运动伪影。鉴于这一优点，在不同的相位和呼吸率下测量的靶标体积都在5％内(图6(b))。针对视觉比较的图像质量还显示：4d-mri具有优异的伪影抵抗力，这是相位独立的并且是运动无关的。
可能引入运动伪影的另一因素是不规则呼吸型式，这在患者中是常见的。4d-ct图像通常基于使用外部呼吸替代物的3d-ct的顺序轴向采集的回顾性分类来重建。不规则呼吸可能引起在回顾性切片分类过程中与所校正呼吸相位不是非常相关的一些切片中的位置不一致性。相位分类错误可能导致正确的相位图像切片被其附近的相位图像切片替换。如果在结构(例如，靶标)的边界处发生错误分类，则可能将超边界切片
(靶标拉伸)或缺失边界切片(靶标挤压)引入到所扫描靶标中。
目前，没有单个4d-ct扫描系统可充分处理不规则呼吸。已经教示若干方法(进行音频/视频指导以及使扫描参数适应于呼吸周期)来减少这种类型的运动伪影。类似地，不规则呼吸可能会对基于回顾性切片分类的4d-mri技术提出挑战。我们的4d-mri技术被设计来抵抗呼吸不规则性。为了减少运动伪影，将具有异常时间段或不一致位置(≥平均值±2个标准偏差)的sg标记的段信号从重建中排除。这种策略不干扰扫描过程，并且避免通常易受不规则呼吸型式影响的预期门控。由于扫描持续时间是连续的8分钟采集，跨越整个扫描时间的可用数据足以产生质量相位重建，即使去除了一些孤立数据。
结论
已经使用mri/ct兼容体模评估了最近开发的基于自门控的k空间分类的4d-mri技术并将其与4d-ct技术进行了比较。4dmri技术提供用于准确测量基于相位的靶标几何形状同时避免典型的运动伪影的稳健方法。与4d-ct相比，当前4d-mri技术展示出优越的时空分辨率，并且对由于快靶标运动和不规则呼吸造成的运动伪影具有稳健抵抗力。所述技术可广泛用于腹部靶向、运动门控并用于实施基于mri的适应性放射疗法方面。
上述各种方法和技术提供许多实现本发明的方式。当然，应理解，根据本文所述的任何特定实施方案不一定可实现所有所描述的目标或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，所述方法可以实现或最优化本文所教示的一个优点或一组优点的方式来执行，而不一定实现本文所教示或目标暗示的其他或优点。本文提到多种替代方案。应理解，一些优选实施方案特定地包括一个、另一个或几个特征，而其他实施方案特定地排除一个、另一个或几个特征，而再其他的实施方案通过包括一个、另一个或几个有利的特征来弱化特定的特征。
此外，本领域技术人员将认识到来自不同实施方案的各种特征的适用性。类似地，本领域普通技术人员可以各种组合使用上文所讨论的各种元素、特征和步骤以及每个此种元素、特征或步骤的其他已知等效物来执行根据本文所述原理的方法。在各种元素、特征和步骤当中，有一些将在不同的实施方案中被特定地包括而其他的则被特定地排除。
虽然已经在某些实施方案和实施例的上下文中公开了本申请，但是本领域技术人员将理解，本申请的实施方案将专门公开的实施方案扩展到其他替代实施方案和/或用途以及其修改和等效物。
在一些实施方案中，在描述本申请的特定实施方案的上下文中(特别是在某些下列权利要求的上下文中)使用的术语“一个”和“一种”以及“所述”和类似的引用可理解为涵盖单数和复数。本文中对数值范围的列举仅意图用作单独提到落入所述范围内的每个单独数值的简略方法。除非本文另外指明，否则每个单独数值都并入到本说明书中，如同本文中单独列举每个单独数值一样。除非本文另外指明或明显与上下文矛盾，否则可按任何适合的顺序执行本文所述的所有方法。关于本文中的某些实施方案所提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅意图更好地阐明本申请，而不对另外要求保护的本申请的范围强加限制。本说明书中的语言不应解释为将任何非要求保护的要素指示为实践本申请所必不可少的。
本文中描述了本申请的优选实施方案，包括发明人已知的用于执行本申请的最佳方式。在阅读上文描述后，那些优选实施方案的变型对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。考虑到，技术人员可适当地使用这些变型，并且可以与本文中特定描述的方式不同的方式来实践本申请。因此，经适用法律许可，本申请的许多实施方案包括在此所附的权利要求书中所叙述的主题的所有修改和等效物。此外，除非本文另外指明或明显与上下文矛盾，否则本申请涵盖上述元素在其所有可能的变型中的任何组合。
本文引用的所有专利、专利申请、专利申请公布和其他材料(诸如，论文、书籍、说明书、出版物、文件、事物和/或类似物)均出于所有目的特此通过引用的方式全部并入本文，与上述各项相关联的任何起诉文档记录、与本文件不一致或有冲突的上述各项中的任一项、或对现在或以后与本文件相关联的权利要求书的广泛范围有限制性影响的上述各项中的任一项除外。通过举例，如果与并入材料中的任一项相关联的描述、定义和/或术语使用与本文件相关联的描述、定义和/或术语使用之间有任何不一致或冲突，那么应以本文件中的描述、定义和/或术语使用为准。
最后，应理解，本文公开的本申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。可以使用的其他修改可以在本申请的范围之内。因此，通过举例而不是限制，可以根据本文中的教义使用本申请的实施方案的替代配置。因此，本申请的实施方案不严格限于如所示出并描述的实施方案。
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