Hyung Jin Choun;Jung-in Kim;Jong Min Park;Jaeman Son
Progress in Medical Physics
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v.33
no.4
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pp.136-141
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2022
Purpose: This study aimed to develop a breath control training system for breath-hold technique and respiratory-gated radiation therapy wherein the patients can learn breath-hold techniques in their convenient environment. Methods: The breath control training system comprises a sensor device and software. The sensor device uses a loadcell sensor and an adjustable strap around the chest to acquire respiratory signals. The device connects via Bluetooth to a computer where the software is installed. The software visualizes the respiratory signal in near real-time with a graph. The developed system can signal patients through visual (software), auditory (buzzer), and tactile (vibrator) stimulation when breath-holding starts. A motion phantom was used to test the basic functions of the developed breath control training system. The relative standard deviation of the maxima of the emulated free breathing data was calculated. Moreover, a relative standard deviation of a breath-holding region was calculated for the simulated breath-holding data. Results: The average force of the maxima was 487.71 N, and the relative standard deviation was 4.8%, while the average force of the breath hold region was 398.5 N, and the relative standard deviation was 1.8%. The data acquired through the sensor was consistent with the motion created by the motion phantom. Conclusions: We have developed a breath control training system comprising a sensor device and software that allow patients to learn breath-hold techniques in their convenient environment.
Dynamic contrast enhanced (DCE) magnetic resonance (MR) imaging plays an important role in non-invasive detection and characterization of primary and metastatic lesions in the liver. Recently, efforts have been made to improve spatial and temporal resolution of DCE liver MRI for arterial phase imaging. Review of recent publications related to arterial phase imaging of the liver indicates that there exist primarily two approaches: breath-hold and free-breathing. For breath-hold imaging, acquiring multiple arterial phase images in a breath-hold is the preferred approach over conventional single-phase imaging. For free-breathing imaging, a combination of three-dimensional (3D) stack-of-stars golden-angle sampling and compressed sensing parallel imaging reconstruction is one of emerging techniques. Self-gating can be used to decrease respiratory motion artifact. This article introduces recent MRI technologies relevant to hepatic arterial phase imaging, including differential subsampling with Cartesian ordering (DISCO), golden-angle radial sparse parallel (GRASP), and X-D GRASP. This article also describes techniques related to dynamic 3D image reconstruction of the liver from golden-angle stack-of-stars data.
Measurement of cardiac blood flow using the magnetic resonance imaging has been limited due to breathing and involuntary movements of the heart. The present study attempted to improve the accuracy of cardiac blood flow testing through phase contrast magnetic resonance imaging by presenting the adequate breathing method and imaging variables by comparing the measurement values of cardiac blood flow. Each was evaluated by comparing the breath hold retrospective 1NEX and non breath hold retrospective 1-3NEX in the ascending aorta and descending aorta. As a result, the average blood flow amount/velocity of the breath hold retrosepctive 1NEX method in the ascending aorta were $96.17{\pm}19.12ml/sec$, $17.04{\pm}4.12cm/sec$ respectively, which demonstrates a statistically significant difference(p<0.05) with the non-breath hold retrospective method 1NEX of $72.31{\pm}13.27ml$ and $12.32{\pm}3.85$. On the other hand, the average 2NEX blood flow and mean flow velocity is $101.90{\pm}24.09$, $16.84{\pm}4.32$, 3NEX $103.06{\pm}25.49$, $16.88{\pm}4.19$ did not show statistically significant differences(p>0.05).The average blood flow amount/ velocity of the breath hold retrospective 1NEX method in the descending aorta were $76.68{\pm}19.72ml/s$, and $22.23{\pm}4.8$, which did not demonstrate a significant difference in comparison to non-breath hold retrospective method 1-3 NEX. Therefore, the non breath hold retrospective method does not significantly differ in terms of cardiac blood flow in comparison with the breath hold retrospective method in accordance with the increase of NEX, so pediatric patients or patients who are not able to breathe well must have the diagnostic value of their cardiac blood flow tests improved.
Bak, So Hyeon;Kim, Sung Mok;Park, Sung-Ji;Kim, Min-Ji;Choe, Yeon Hyeon
Investigative Magnetic Resonance Imaging
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v.21
no.1
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pp.20-27
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2017
Purpose: To evaluate quantification results of single breath-hold (SBH) magnetic resonance (MR) cine imaging compared to results of conventional multiple breath-hold (MBH) technique for left ventricular (LV) function in patients with cardiac arrhythmia. Materials and Methods: MR images of patients with arrhythmia who underwent MBH and SBH cine imaging at the same time on a 1.5T MR scanner were retrospectively reviewed. Both SBH and MBH cine imaging were performed with balanced steady state free precession. SBH scans were acquired using temporal parallel acquisition technique (TPAT). Fifty patients ($65.4{\pm}12.3years$, 72% men) were included. End-diastolic volume (EDV), end-systolic volume (ESV), stroke volume (SV), ejection fraction (EF), myocardial mass, and LV regional wall motion were evaluated. Results: EF, myocardial mass, and regional wall motion were not significantly different between SBH and MBH acquisition techniques (all P-values > 0.05). EDV, ESV, and SV were significant difference between the two techniques. These parameters for SBH cine imaging with TPAT tended to lower than those in MBH. EF and myocardial mass of SBH cine imaging with TPAT showed good correlation with values of MBH cine imaging in Passing-Bablok regression charts and Bland-Altman plots. However, SBH imaging required significantly shorter acquisition time than MBH cine imaging ($15{\pm}7sec$ vs. $293{\pm}104sec$, P < 0.001). Conclusion: SBH cine imaging with TPAT permits shorter acquisition time with assessment results of global and regional LV function comparable to those with MBH cine imaging in patients with arrhythmia.
Purpose: To quantify the cardiac dose reduction during breathing adapted radiotherapy using Real-time Position Management (RPM) system in the treatment of left-sided breast cancer. Materials and Methods: Twenty-two patients with left-sided breast cancer underwent CT scans during breathing maneuvers including free breathing (FB), deep inspiration breath-hold (DIBH), and end inspiration breath-hold (EIBH). The RPM system was used to monitor respiratory motion, and the in-house self respiration monitoring (SRM) system was used for visual feedback. For each scan, treatment plans were generated and dosimetric parameters from DIBH and EIBH plans were compared to those of FB plans. Results: All patients completed CT scans with different breathing maneuvers. When compared with FB plans, DIBH plans demonstrated significant reductions in irradiated heart volume and the heart $V_{25}$, with the relative reduction of 71% and 70%, respectively (p < 0.001). EIBH plans also resulted in significantly smaller irradiated heart volume and lower heart $V_{25}$ than FB plans, with the relative reduction of 39% and 37%, respectively (p = 0.002). Despite of significant expansion of lung volume using inspiration breath-hold, there were no significant differences in left lung $V_{25}$ among the three plans. Conclusion: In comparison with FB, both DIBH and EIBH plans demonstrated a significant reduction of radiation dose to the heart. In the training course, SRM system was useful and effective in terms of positional reproducibility and patient compliance.
Haji, Gunel;Nabizade, Ulviye;Kazimov, Kamal;Guliyeva, Naile;Isayev, Isa
Radiation Oncology Journal
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v.37
no.4
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pp.254-258
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2019
Purpose: Deep inspiration breath hold (DIBH) is a well-established technique that enables efficient cardiac sparing in patients with left-sided breast cancer. The aim of the current study was to determine if DIBH is effective for reducing radiation exposure of of liver and other organs at risk in right breast radiotherapy (RT). Materials and Methods: Twenty patients with right-sided breast cancer were enrolled in this study. Three-dimensional conformal RT plans were generated for each patient, with two different computed tomography scans of free breathing (FB) and DIBH. Nodes were contoured according to the Radiation Therapy Oncology Group contouring guidelines. Dose-volume histograms for the target volume coverage and organs at risk were evaluated and analyzed. Results: DIBH plans showed significant reduction in mean liver dose (5.59 ± 2.07 Gy vs. 2.54 ± 1.40 Gy; p = 0.0003), V20Gy (148.38 ± 73.05 vs. 64.19 ± 51.07 mL; p = 0.0003) and V10Gy (195.34 ± 93.57 vs. 89.81 ± 57.28 mL; p = 0.0003) volumes compared with FB plans. Right lung doses were also significantly reduced in DIBH plans. Heart and left lung doses showed small but statistically significant improvement with application of the DIBH technique. Conclusion: We report that the use of DIBH for right-sided breast cancer significantly reduces the radiation doses to the liver, lungs, and heart.
Purpose: To observe the effectiveness of the practical instruction sheet and the educational video for left-sided breast treatment in a patient receiving deep inspiration breath hold (DIBH) technique. Two parameters, simulation time and patient satisfaction, were assessed through the questionnaire. Methods: Two different approaches, which were the instruction sheet and educational video, were combinedly used to assist patients during DIBH procedures. The guideline was assigned at least 1 week before the simulation date. On the simulation day, patients would fill the questionnaire regarding their satisfaction with the DIBH instruction. The questionnaire was categorized into five levels: extremely satisfied to dissatisfied, sequentially. The patients were divided into four groups: not DIBH technique, DIBH without instruction materials, the DIBH with instruction sheet or educational video, and DIBH with both of instruction sheet and educational video. Results: Total number of 112 cases of left-sided breast cancer were analyzed. The simulation time during DIBH procedure significantly reduced when patients followed the instruction. There was no significant difference in simulation time on the DIBH procedures between patient compliance via instruction sheet or educational video or even following both of them. The excellent level was found at 4.6 ± 0.1 and 4.5 ± 0.1, for patients coaching via instruction sheet as well as on the educational video, respectively. Conclusion: Patient coaching before simulation could potentially reduce the lengthy time in the simulation process for DIBH technique. Practicing the DIBH technique before treatment is strongly advised.
Kim, Taeho;Pooley, Robert;Lee, Danny;Keall, Paul;Lee, Rena;Kim, Siyong
Progress in Medical Physics
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v.25
no.2
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pp.72-78
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2014
The aim of the study is to test a hypothesis that quasi-breath-hold (QBH) biofeedback improves the residual respiratory motion management in gated 3D thoracic MR imaging, reducing respiratory motion artifacts with insignificant acquisition time alteration. To test the hypothesis five healthy human subjects underwent two gated MR imaging studies based on a T2 weighted SPACE MR pulse sequence using a respiratory navigator of a 3T Siemens MRI: one under free breathing and the other under QBH biofeedback breathing. The QBH biofeedback system utilized the external marker position on the abdomen obtained with an RPM system (Real-time Position Management, Varian) to audio-visually guide a human subject for 2s breath-hold at 90% exhalation position in each respiratory cycle. The improvement in the upper liver breath-hold motion reproducibility within the gating window using the QBH biofeedback system has been assessed for a group of volunteers. We assessed the residual respiratory motion management within the gating window and respiratory motion artifacts in 3D thoracic MRI both with/without QBH biofeedback. In addition, the RMSE (root mean square error) of abdominal displacement has been investigated. The QBH biofeedback reduced the residual upper liver motion within the gating window during MR acquisitions (~6 minutes) compared to that for free breathing, resulting in the reduction of respiratory motion artifacts in lung and liver of gated 3D thoracic MR images. The abdominal motion reduction in the gated window was consistent with the residual motion reduction of the diaphragm with QBH biofeedback. Consequently, average RMSE (root mean square error) of abdominal displacement obtained from the RPM has been also reduced from 2.0 mm of free breathing to 0.7 mm of QBH biofeedback breathing over the entire cycle (67% reduction, p-value=0.02) and from 1.7 mm of free breathing to 0.7 mm of QBH biofeedback breathing in the gated window (58% reduction, p-value=0.14). The average baseline drift obtained using a linear fit was reduced from 5.5 mm/min with free breathing to 0.6 mm/min (89% reduction, p-value=0.017) with QBH biofeedback. The study demonstrated that the QBH biofeedback improved the upper liver breath-hold motion reproducibility during the gated 3D thoracic MR imaging. This system can provide clinically applicable motion management of the internal anatomy for gated medical imaging as well as gated radiotherapy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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