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4D-MRI 在呼吸运动管理中因图像质量低、有运动伪影受限。研究人员开展 AM-NLM 技术研究，在 28 例肝癌患者 4D-MR 图像上测试。结果显示该技术能抑制伪影、增强图像质量，在放疗 4D-MRI 应用中前景良好。
在肿瘤放疗领域，精准确定肿瘤位置和运动轨迹至关重要。呼吸运动引发的肿瘤位移，使得传统放疗在剂量输送上难以达到理想效果。为了估计肿瘤位移，常规方法会增加治疗边界，但由于患者呼吸模式差异大，这往往导致对肿瘤覆盖范围的过度估计，给患者带来不必要的辐射毒性，尤其是在日益流行的低分割立体定向体部放疗（SBRT）中，这种情况更为突出。
为解决这一难题，4D 动态成像技术应运而生，其中 4D 计算机断层扫描（4D-CT）虽在临床常用，但它存在组织分辨力差、需使用造影剂、辐射剂量高等缺点。相比之下，磁共振成像（MRI）作为一种无电离辐射且软组织分辨力更强的技术，成为 4D 动态成像的潜在选择。不过，在实际应用中，4D-MRI 也面临诸多挑战，如使用 3D 视图共享采集序列时会引入运动伪影和更多的失谐效应，图像噪声也影响其临床应用。
在此背景下，来自未知研究机构的研究人员开展了一项旨在提升 4D-MRI 图像质量的研究。他们提出了一种名为伪影图引导非局部均值（AM-NLM）的技术，并在 28 例肝癌患者的 4D-MR 图像上进行测试。研究结果显示，AM-NLM 技术能有效抑制运动伪影、增强图像质量，在信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）方面相比原始 4D-MR 图像有显著提升，同时在保持图像清晰度的情况下，运动精度也很高，这一成果发表在《EngMedicine》上，为 4D-MRI 在放疗中的临床应用带来了新的希望。
研究人员在研究过程中主要运用了以下关键技术方法：首先，采用 3D 视图共享序列（如 TRICKS 序列）在 1.5T 扫描仪上采集肝癌患者的自由呼吸腹部 4D-MRI 图像；其次，通过轴向体面积（BA）法估计呼吸替代信号，并将 4D-MR 图像回顾性地分为八个阶段；然后，计算局部梯度熵和进行直方图重缩放来生成伪影图；最后，基于非局部均值（NLM）算法，结合伪影图对图像进行去噪处理 。
研究结果
- 定性评估：通过对不同方法生成的 4D-MR 图像进行对比，发现 AM-NLM 技术生成的图像在所有平面和阶段都有明显的质量提升。与其他方法相比，其图像清晰度更高，运动伪影更少，尤其是在矢状面。在抑制噪声的同时，还能保留良好的边缘清晰度，有效区分局部边缘和模糊区域。
- 图像质量测量：对图像质量进行定量评估，包括感知模糊度量（PBM）、平均局部梯度熵（Havg）、SNR 和 CNR。结果表明，AM-NLM 4D-MR 图像的Havg最低，意味着其噪声更少、边缘更清晰。在 PBM 方面，虽相比部分图像略有增加，但与平均 4D-MR 图像相比有显著降低。在 SNR 和 CNR 上，AM-NLM 4D-MR 图像在轴向、冠状面和矢状面均高于其他对比图像 。
- 运动准确性：研究人员通过测量体面积（BA）和膈肌位置（DP）的偏差来评估运动准确性。结果显示，AM-NLM 4D-MR 图像能紧密反映每个阶段的平均呼吸状态，BA（或 DP）与均值的平均偏差在所有阶段都很小，基本小于相位的 bin 宽度，且与预配准图像的偏差也在亚像素级别，表明图像配准带来的误差较小 。
研究结论与讨论
该研究成功开发了 AM-NLM 技术，可将原始时间分辨 4D-MR 图像处理为呼吸相位相关且运动伪影抑制、图像质量增强的 4D-MR 图像。该技术充分利用了采集到的动态序列的时空信息，提高了整体扫描效率。在实际应用中，AM-NLM 技术通过用伪影图代替固定噪声功率，避免了信息泄露，同时扩展了非局部搜索窗口，增加了数据可用性。此外，利用 4D-MR 图像的时间信息生成多相可变形向量场（DVFs），使最终的 4D-MR 图像对不规则呼吸具有鲁棒性。
然而，该研究也存在一些局限性。例如，未对更长采集时间下的 AM-NLM 技术进行研究，增加采集时间可能会提高肿瘤轨迹概率信息的可重复性和图像质量；非刚性图像配准存在一定误差，未来可将基于深度学习的 DVF 估计技术集成到 AM-NLM 工作流程中，提高临床应用效果；还需要更多的定量和定性验证，如由经验丰富的肿瘤学家进行图像评估和手动轮廓勾画等。
总体而言，AM-NLM 技术在 4D-MRI 放疗应用中展现出巨大潜力，为实现精准放疗提供了有力支持，尽管存在不足，但也为后续研究指明了方向，有望在未来进一步优化并广泛应用于临床。
