Publikationsrepositorium - Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Einleitung
Echtzeit-Magnetresonanztomographie kann die Präzision der Protonentherapie verbessern.
Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung der Bildqualität eines in-Beam MR-Scanners während der Bestrahlung.

Material & Methoden
Ein offener 0.22 T MR-Scanner (MrJ2200, Paramed) wurde im Isozentrum einer horizontalen Protonenstrahlanlage installiert. Die MR-Bildqualität wurde anhand zweier Komponenten beurteilt. Erstens wurde die Homogenität des Magnetfeldes des MR-Scanners innerhalb eines sphärischen Volumens von 22 cm Durchmesser mithilfe einer Magnetfeldkamera (MFC3045/48, Metrolab) vermessen. Dabei wurde der Einfluss der Strahlführungsmagnete, für Protonenenergien zwischen 70 und 220 MeV, untersucht. Zweitens wurde die Bildqualität ausgehend vom Protokoll des American College of Radiology (ACR) mittels des kleinen ACR Phantomes in einer dedizierten Kniespule untersucht. Hierzu wurden sowohl die vorgegebenen T1 und T2 Spin-Echo (SE) Sequenzen als auch zwei T1- und T2*-gewichtete Gradienten-Echo (GE) Sequenzen genutzt. Neben Referenzbildern mit ausgeschalteter Strahlanlage wurden Bilder in verschiedenen Szenarien sowohl unter dem Einfluss der Strahlführungsmagnete sowie unter direkter Bestrahlung aufgenommen. Hierfür wurde ein auf 10 mm Durchmesser kollimierter Strahl der Energie 125 MeV mit Dosisraten von 1 bzw. 80 Gy/min verwendet. ACR Bildparameter sowie Bildverschiebungen wurden mithilfe einer validierten Software (Matlab) ermittelt.

Ergebnisse
Die Magnetfeldhomogenität innerhalb des untersuchten Bereiches betrug 88 ppm (peak-to-peak). Unter dem Einfluss der Strahlführungsmagnete wurden Änderungen kleiner 3 ppm gemessen, weiterhin jedoch eine Verschiebung der mittleren Resonanzfrequenz, abhängig von der gewählten Strahlenergie, um 70 bis 110 Hz. Die T1-gewichteten GE Bilder enthalten Streifenartefakte; alle anderen SE und GE Bilder konnten ausgewertet werden. Es existieren keine signifikanten Unterschiede in den ACR Parametern zwischen den unterschiedlichen Szenarien. Bildverschiebungen in Frequenzkodierrichtung betrugen zwischen 0.5 und 3 mm und weisen eine indirekte Proportionalität zu den Gradientenstärken der einzelnen Sequenzen auf.

Zusammenfassung
Die Bildqualität des in-Beam MR-Scanners erfüllt die Spezifikationen des Herstellers sowie der ACR. Es wurde keine Änderung der MR-Bildqualität unter simultaner Bildgebung und Bestrahlung festgestellt, jedoch müssen Bildverschiebungen sequenzabhängig kompensiert werden.