MR Distorsiyonunun SRS planlarına etkisi
Effect MRI Distortion on radiosurgery treatment plans
Yazar: DUYGU SENA TURAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNAN KUDAY
İstanbul Aydın Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Sağlık Fiziği Ana Bilim Dalı / Sağlık Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Sağlık Eğitimi = Health Education
Dizin: Distorsiyon = Distortion ; Manyetik rezonans görüntüleme = Magnetic resonance imaging ; Parçacık hızlandırıcılar = Particle accelerators ; Radyocerrahi = Radiosurgery ; Stereotaksik teknikler = Stereotaxic techniques

Özet:
Yöntem ve Gereçler: Bölümde tedavi edilen 40 beyin lezyonu (13 hasta) 2017-2019 yıllarında retrospektif olarak incelendi. Tüm bilgisayar taramaları için aynı bilgisayarlı tomografi kullanıldı. 20 lezyon 1.5 Tesla (T) MR (Siemens Magnetom Avanto) ile tarandı ve diğer 20 lezyon 3 T MR (Siemens Magnetom Skayra) ile tarandı. Her iki MR taramasından 10 lezyon manyetik alanın merkezine yerleştirildi ve diğer 10 lezyon ise manyetik alan merkezine en az 3 cm uzakta idi. MR görüntülerini düzeltmek için MR distorsiyon düzeltme algoritması (Brainlab, Element) kullanıldı. Aynı radyasyon onkoloğu tarafından hem düzeltilmemiş hem de düzeltilmiş brüt tümör hacmi (gross tumor volume) konturlandı. Planlanan tümör hacmi (planning tumor volüme) oluşturmak için 1 mm marj kullanıldı. Düzeltilmemiş PTV hacimleri SRC planlaması için kullanıldı. Yer değiştirme vektörleri ve PTV kapsamları tüm SRC planları için değerlendirildi. Ek olarak, her iki MR'da da distorsiyon fantomu (StereoPhan, Sun Nuclear) tarandı. Geometrik yer değiştirme belirlendi ve gerçek hasta sonuçlarıyla karşılaştırıldı.

Sonuçlar: Fantom ölçümlerinde T1 ve T2 ağırlıklı serilerde belirgin distorsiyon farklı gösterilmiştir. Manyetik alan şiddetine bağlı distorsiyon farklı gösterilememiştir. Manyetik alan merkezinden uzaklaştıkça distorsiyonda artış görülmektedir. 1,5 T taramalar için, Büyük, Küçük R ve Küçük L hacimleri için ortalama yer değiştirme sırasıyla 0,14 mm, 1,35 mm ve 1,73 mm olarak hesaplanmıştır. T2 ağırlıklı, 1,5 T taramalar için, Büyük, Küçük R ve Küçük L hacimleri için ortalama yer değiştirme sırasıyla 0,2 mm, 2,26 mm ve 1,63 mm olarak hesaplanmıştır. Benzer şekilde T1 ağırlıklı, 3 T taramalar için, Büyük, Küçük R ve Küçük L hacimleri için ortalama yer değiştirme sırasıyla 0.17 mm, 1.88 mm ve 1.4 mm olarak hesaplanmıştır. T2 ağırlıklı, 3 T taramalar için, Büyük, Küçük R ve Küçük L hacimleri için ortalama yer değiştirme sırasıyla 0,2 mm, 2,06 mm ve 1,84 mm olarak hesaplanmıştır. Tüm gerçek hasta tedavi planlama gruplarında düzlemsel boyutta distorsiyon hesaplamaları yapıldığında, yüksek manyetik alan şiddeti (3 T) ve merkez eksen dışı yerleşimli tümörlerde distorsiyonun daha fazla olduğu görülmüştür. 1,5 T ve 3 T MR cihazlarının her ikisi için de maksimum yer değiştirme tümörün merkezden en az 3 cm den daha uzak olduğu Grup 2 tümörlerde gerçekleşmiştir. Manyetik alan şiddetinden bağımsız merkezi yerleşimli tümörlerde (Grup 1) distorsiyon benzerdir. (1,5 T=0,68 mm, 3 T=0,75 mm). Distorsiyon düzeltmesi yapılmayan tüm gruplarda ortalama kapsama %90'ın (%76,9-%96,37) altındadır. 1,5 T MR görüntüleme yapılan Grup 1 hastalarda ortalama kapsamalar distorsiyon düzeltmesi yapılan planlarda daha iyi bulunmuştur. Sonuç 1,5 T MR görüntüleme yapılan Grup 1 hastaları için istatiksel olarak anlamlıdır (p=0,001). 1,5 T MR görüntüleme yapılan Grup 2 hastalarda ortalama kapsamalar distorsiyon düzeltmesi yapılan planlarda daha iyi bulunmuştur. Sonuç 1,5 T MR görüntüleme yapılan Grup 2 hastalarda istatiksel olarak anlamlıdır (p=0,002). Benzer şekilde  3 T MR görüntüleme yapılan Grup 1 hastalarda ortalama kapsamalar distorsiyon düzeltmesi yapılan planlarda daha iyi bulunmuştur. Sonuç 3 T MR görüntüleme yapılan Grup 1 hastalarda istatiksel olarak anlamlıdır (p=0,000). 3 T MR görüntüleme yapılan Grup 2 hastalarda ortalama kapsamalar distorsiyon düzeltmesi yapılan planlarda daha iyi bulunmuştur. Sonuç 3 T MR görüntüleme yapılan Grup 2 hastalarda istatiksel olarak anlamlıdır (p=0,000).

Tartışma: MR taramasından kaynaklanan bozulma kafa içi hedeflerin geometrik olarak gözden kaçmasına neden olabilir. Distorsiyon değerleri 3 boyutlu beyin MR görüntülerinde değişiklik gösterir.

Anahtar Kelimeler: Manyetik rezonans görüntüleme, distorsiyon, stereotaktik radyocerrahi, lineer hızlandırıcı, stereofantom

Abstract:
Purpose: Magnetic Resonance Imaging (MRI) is highly use to contour both target and critical volumes for intracranial stereotactic radiosurgery (SRS) treatments. Purpose of this study to evaluate the clinical impact of different type of MR scanner distortions in SRS planning.

Methods and Materials: We performed retrospective analysis of 40 brain lesions (13 patient) treated in our department in 2017-2019. Same computed tomography was used for all patient scans. 20 lesions were scanned with 1,5 Tesla (T) MR (Siemens Magnetom Avanto) and other 20 lesions were scanned with 3 T MR (Siemens Magnetom Skayra).  10 lesions from both MR scan were located center of magnetic field and other 10 lesions were 3 cm away. MR distortion correction algorithm (Brainlab, Element) was used to correct MR images. Same radiation oncologist was contour both uncorrected and corrected gross tumor volume (GTV). 1 mm margin was used to create a planning target volume (PTV). Uncorrected PTV volumes were used for SRS planning. Displacement vectors and PTV coverages were evaluated for all SRS plans. In addition, distortion phantom (StereoPhan, Sun Nuclear) was scanned in both MR. Geometric displacement was determined and compared with real patient results.

Results: Phantom measurements showed significant distortion in T1 and T2 weighted series. Distortion due to magnetic field strength could not be shown differently. As the magnetic field moves away from its center, distortion increases. For 1,5 T scans, the average displacement for Large, Small R and Small L volumes was 0,14 mm, 1,35 mm, and 1,73 mm, respectively. For T2-weighted, 1,5 T scans, the average displacement for Large, Small R and Small L volumes was 0,2 mm, 2,26 mm, and 1,63 mm, respectively. Similarly, for T1-weighted, 3 T scans, the average displacement for Large, Small R and Small L volumes were 0,17 mm, 1,88 mm, and 1,4 mm, respectively. For T2-weighted, 3 T scans, the average displacement for Large, Small R and Small L volumes were 0,2 mm, 2,06 mm, and 1,84 mm, respectively. When the planar dimension distortion calculations were made in all real patient treatment planning groups, it was observed that high magnetic field intensity (3T) and distortion was higher in off-center tumors. For both 1,5 T and 3 T MR devices, the maximum displacement occurred in Group 2 tumors where the tumor was at least 3 cm away from the center. Distortion is similar in centrally located tumors (Group 1) independent of magnetic field strength. (1,5 T= 0,68 mm, 3 T= 0,75 mm). The mean coverage was below 90% (76,9% to 96,37%) in all groups without distortion correction. In Group 1 patients who underwent 1,5 T MR imaging, the mean coverage was better in the distortion correction plan. The result was statistically significant in Group 1 patients who underwent 1,5 T MR imaging (p = 0,001). In Group 2 patients who underwent 1,5 T MR imaging, the mean coverage was better in the distortion correction plan. The result was statistically significant in Group 2 patients who underwent 1,5 T MR imaging (p = 0,002). Similarly, in Group 1 patients who underwent 3 T MR imaging, the mean scopes were better in the distortion correction plan. The result was statistically significant in Group 1 patients who underwent 3 T MR imaging (p = 0,000). In Group 2 patients who underwent 3 T MR imaging, the mean scopes were better in the distortion correction plan. The result was statistically significant in Group 2 patients who underwent 3T MRI imaging (p = 0,000).

Discussion: Distortion from MR scan could cause a geometric miss of intracranial targets. Distortion values varies within 3 dimension brain MR images. 

Keywords: Distortion, magnetic resonance imaging, stereotactic radiosurgery,linear accelerator, stereophan