具有人体体素模型的射频线圈的辐射透明身体线圈 3D 模型。 在这种鸟笼配置中，所有电容器（绿色圆圈）都位于射频线圈的端环中，为辐射治疗留下了一个基本上透明的大窗口。 红色箭头显示潜在离子束的来源。 （礼貌：CC BY 4.0/医学物理学。10.1002/mp.17065）
粒子治疗通常使用大型且昂贵的机架来改变治疗离子束相对于患者的入射角。 如果患者旋转，则更简单的固定光束配置可以为粒子束提供 360° 的访问。 然而，在患者旋转期间，重力方向的变化将使肿瘤和周围器官以不可预测的方式变形和移位。 为了确保向肿瘤提供精确的剂量，必须在照射过程中检测并补偿这种解剖结构的变化。
海德堡大学医院和德国癌症研究中心 (DKFZ) 的 Kilian Dietrich 解释说：“图像引导对于患者轮换的粒子治疗来说是绝对必要的。” “为了探索粒子治疗的主要好处——对肿瘤进行高剂量递增，而对周围健康组织的剂量最小——需要事先了解照射路径中的组织成分。”
在传统的基于光子的放射治疗中，MRI 可以在所谓的 MR 直线加速器中实施，它提供了通过高软组织对比度可视化解剖结构或患者位置变化的可能性。 然而，将 MRI 与粒子治疗（包括患者轮换）相结合仍然是一个重大挑战。
质子、碳离子或氦离子的粒子束对照射路径中的非均匀材料极其敏感，这对 MRI 磁体和组件造成了限制。 为了解决这些限制，Dietrich 及其同事正在开发一种辐射透明的身体线圈，以实现 MR 引导的粒子治疗与患者旋转相结合，并描述了他们在医学物理学方面的工作。
辐射透明度
将 MRI 与粒子治疗相结合时的一个主要障碍是用于超越组织磁化并接收生成的 MR 信号的射频 (RF) 线圈的设计。 传统的成像线圈包含高度衰减的电子元件，如果位于光束路径中，将导致离子衰减和散射，从而改变所传递的剂量分布并降低治疗效果。
为了防止此类不利影响，该团队基于圆柱形 16 梯级鸟笼配置，设计了离子衰减最小的射频线圈。 这种特定的鸟笼式线圈仅在端环上有电容器，从而避免了中间大窗口中的衰减和散射。 由于鸟笼既充当发射线圈又充当接收线圈，因此不需要额外的射频线圈。 该设计还可以轻松集成到胶囊中，使患者和线圈能够一起旋转，为固定离子束源提供 360° 访问。
研究人员用嵌入柔性聚酰亚胺和粘合剂层之间的 35 µm 厚铜导体构建了射频线圈。 该线圈的内径为 53 厘米，轴向长度为 52 厘米，为全身横截面成像提供足够大的视野。
测量整个 RF 线圈引起的布拉格峰位移证实其总水当量厚度（WET，离子衰减的度量）为 420 µm。 这包括聚酰亚胺和粘合剂层，它们是均匀的并且可以用更高的粒子束能量进行补偿。 仅铜层的 WET 约为 210 µm，该值不均匀且无法简单地补偿。 这完全符合剂量计划所需的临床精度（毫米级）。 因此，该团队将射频线圈归类为辐射透明。
有效成像
为了表征 RF 线圈的成像质量，研究人员使用 1.5 T MR 系统对均匀组织模拟体模进行了成像。 对于模型中的三个中心平面，发射射频场分布是均匀的，类似于模拟和 MR 系统的内部身体线圈的分布。 测得的发射功率效率（0.17 至 0.26 µT/√W 之间）低于模拟值，但超过了体内线圈的发射功率效率。
为了检查线圈旋转的影响，他们确定了模型中心子成交量中完整胶囊旋转的平均发射功率效率。 与模拟相比，测量结果显示对旋转角度有轻微依赖性，在旋转角度接近 0° 和 180° 时具有最佳发射功率效率。
RF 线圈还在三个中心模型平面中表现出均匀的信号采集，在模型处于水平位置和旋转 30° 时，具有与模拟中观察到的类似的接收灵敏度分布。 对于胶囊的完整旋转，测得的接收灵敏度在 62% 至 125% 之间变化，在 15° 至 120° 之间以及 205° 旋转角度处下跌。
RF 身体线圈的信噪比 (SNR) 对旋转角度略有依赖性，范围在 103 到 150 之间。总体而言，比内部身体线圈的 SNR 提高了 10%–43% ，合理指示胸部、腹部和盆腔 MRI 的成像质量。
为了估计射频线圈中真实患者负载的影响，该团队还模拟了异构人体体素模型，观察到所有旋转角度的高发射功率效率和接收灵敏度。 下一步将是进行体内测量。
“射频线圈尚未在体内进行测试，因为在测试整个装置之前还需要进行进一步的测试，”迪特里希告诉《物理世界》。 “这包括患者对轮换系统的接受程度以及紧急情况下救援患者所需的时间。”
资讯来源：由a0资讯编译自THECOINREPUBLIC。版权归作者A0资讯所有，未经许可，不得转载
