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介入泌尿外科(3):成功进行前列腺融合活检的技巧​

 医学镜界 2022-05-25 发布于江苏

Fusion-Guided Prostate Biopsy

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O’Connor, L.P., Jiang, L., Lebastchi, A.H., Wood, B.J. (2021). Fusion-Guided Prostate Biopsy. In: Rastinehad, A.R., Siegel, D.N., Wood, B.J., McClure, T. (eds) Interventional Urology . Springer, Cham. https:///10.1007/978-3-030-73565-4_8(内部学习资料)

融合引导的前列腺活检

传统的前列腺活检方法包括以规则但随机的六分或扩展方式对前列腺的选定区域进行系统取样。这有点盲目,通常不会直接导航到任何特定目标,而是在腺体的特定地理区域。另一方面,靶向前列腺活检将采样指向在先前磁共振成像 (MRI) 中发现的可疑病变或在主动监测患者中先前阳性射活检中发现的可疑病变。因此,有针对性的活检需要结合能够精确定位可疑病变 (MRI) 和引导活检针(超声)的成像方式。没有一种成像模式可以同时提供精确的病灶定位和基于办公室的快速、经济高效的实时指导。经直肠超声(TRUS)或经会阴超声(TPUS)具有实时成像的能力(高时间分辨率),但分辨率低(空间分辨率低)和对癌症的敏感性低。另一方面,MRI 可以对前列腺病变进行非常详细的成像(高空间分辨率),但通常不是实时引导(低时间分辨率)。由于与经直肠相比,经会阴入路感染风险较低,因此泌尿科医生越来越多地选择 MRI-US 融合进行经会阴活检和消融。几个中心正在研究使用经会阴超声和经会阴针将融合应用于经会阴超声进行活检的可行性,因此一切都在直肠之外。深度学习注册现在允许融合指导.

   传统的前列腺活检方法包括以规则但随机的六分或扩展方式对前列腺的选定区域进行系统取样。这有点盲目,通常不直接导航到任何特定目标,而是在腺体的特定地理区域。因此,磁共振成像 (MRI) 被引入诊断途径,以改善对临床显着疾病的检测。在使用模板映射活检作为金标准的配对队列“PROMIS”研究中,Ahmed 等人发现经直肠超声 (TRUS) 活检的敏感性为 48%,而多参数 MRI (mpMRI) 对检测临床显着疾病的敏感性为 93% [ 1]。MRI 还可以进行有针对性的前列腺活检,这需要结合使用能够精确定位可疑病变 (MRI) 和引导活检针(超声)的成像方式。
    如果没有融合,任何一种成像模式都无法同时提供精确的病灶定位和基于办公室的快速、经济高效的实时指导。经直肠超声(TRUS)具有实时成像的能力(高时间分辨率),但分辨率低(空间分辨率低)和对癌症的敏感性低。另一方面,MRI 可以对前列腺病变进行非常详细的成像(高空间分辨率),但通常不需要实时引导(低时间分辨率),并且 MRI 需要额外的时间、成本以及定制设备和一次性用品。
     在 MRI-TRUS 融合中,在活检程序之前进行多参数 MRI 研究以定位可疑目标。这通常包括 T2 加权 (T2W)、弥散加权成像 (DWI) 和动态对比增强 (DCE) 序列,有或没有直肠内线圈。这种 MRI 对检测具有临床意义的侵袭性前列腺癌高度敏感,具有很高的阳性预测值。组织病理学相关性表明,多参数 MRI 在检测高危前列腺癌方面的阳性预测值接近 95%,具体取决于前列腺的区域 [ 3 ]。此外,多参数 MRI 一般对低风险病变的检测不太敏感 [ 4]。鉴于普遍存在关于过度检测和过度治疗低级别前列腺癌的争论,这可能对公共健康产生重要影响。有几项研究表明,MRI 和融合方法可以减少对低级别癌症的不必要治疗,并更多地治疗具有更高风险的癌症(具有临床意义的癌症)。Drost 等人的荟萃分析。表明与传统的 TRUS 活检途径相比,MRI 诊断途径(有或没有靶向活检)检测到更多具有临床意义的癌症和更少的临床无意义癌症 [ 5 ]。
     有时会在机架 MRI 引导下进行前列腺活检,但这些程序对于标准社区使用通常是不切实际的,因为它们需要昂贵的 MRI 和人员时间以及专门的 MRI 兼容设备。融合 MRI 和经直肠超声 (TRUS) 的技术在办公室环境中执行 MRI之外的程序时,既具有 TRUS 的实时成像优势,又具有 MRI 的高检测灵敏度。这涉及将 MRI 图像带给患者,而不是将患者带到 MRI 成像套件
     超声-MRI 融合可用于两个并行目的:(1) 引导针头到达 MRI 定义的目标;(2) 跟踪、映射和记录目标和标准 TRUS 融合活检的位置以供以后参考。这对于 Gleason 评分较低的患者具有特殊意义,他们可以选择主动监测,有或没有局部治疗作为治疗选择。对有限或低级别疾病进行局部消融的主动监测被称为“超级主动监测”。
     在活检过程中,操作员可以使用 MRI 数据,一些操作员执行所谓的认知融合或视觉配准,其中使用术前 MRI 作为参考,在心理上估计 TRUS 上的病变位置。尽管执行认知融合是传统上仅由 TRUS 引导的“盲”前列腺系统活检程序的重要补充,但认知融合的准确性高度依赖于操作者,并且在极端顶点和底部特别容易出错,因为以及前部,在轴向 MRI(横向于解剖骨盆)与 TRUS(2D 成像平面扇出)上的定义不同(图8.1)[ 4],它可以制作一个 TRUS 定义的腺体基底。因此,认知融合不如 EM 或机械融合平台准确 [ 4、6 ]。为了最大限度地提高 MRI-TRUS 工作流程的准确性和一致性,先进的 MRI-TRUS 融合引导前列腺活检平台(以下简称“融合平台”)已被广泛采用,以半自动对齐 TRUS 获得的实时图像到术前 MRI 图像。这些融合平台结合使用硬件和软件方法,用于将活检针引导至 MRI 上识别的目标,并跟踪、绘制和记录所有活检样本的三维 (3D) 位置以备后用参考。
图 8.1

MRI 图像 ( a ) 通常报告为解剖骨盆的轴向,而 TRUS 图像 ( b ) 是使用端射或侧射换能器获得的,它们来自非常不同的平面,通常是扇形。(来自 Kwak 等人 [ 4 ],经 3.0 许可 CC)
    许多融合平台现已上市,并已成为护理标准。尽管来自供应商和专家发言人的未经证实的竞争主张或优势并不少见,但尚未进行或可能进行跨这些平台进行头对头比较的随机临床试验。此外,MRI 参数和可疑病变的定义因中心而异,并且患者选择偏差和图像解释中的人为变异性排除了跨研究方法的比较并妨碍标准化工作。虽然工作流程从图像分析、前列腺分割和活检计划开始类似,但可用平台在 (1) 图像配准算法、(2) 跟踪活检针位置的方法、(3) 将超声和 MRI 图像呈现给操作员的界面,(4) 其他软件路径,例如绘图和导航,(5) 活检路径,以及 (6) 超声与针头和系统。在本章中,在简要回顾特定的融合平台之前,将对这些方面进行一般性讨论。对这样一个动态领域的讨论并不旨在全面,而是对融合技术和技巧的介绍,让读者对系统、流程和工作流的机制和术语有一个大致的了解,同时努力商业上不可知论者。在本章中,在简要回顾特定的融合平台之前,将对这些方面进行一般性讨论。对这样一个动态领域的讨论并不旨在全面,而是对融合技术和技巧的介绍,让读者对系统、流程和工作流的机制和术语有一个大致的了解,同时努力商业上不可知论者。在本章中,在简要回顾特定的融合平台之前,将对这些方面进行一般性讨论。对这样一个动态领域的讨论并不旨在全面,而是对融合技术和技巧的介绍,让读者对系统、流程和工作流的机制和术语有一个大致的了解,同时努力商业上不可知论者。

影像分析与规划

     在患者接受多参数 MRI 研究后,分析图像以查找可疑的前列腺病变。执行前列腺边缘的分割 ,其中前列腺边缘被半自动定义和验证(并在必要时进行细化)。活检目标被定义为中心点或 3D 体积,并且可以计划进近轨迹。在这些步骤之后,前列腺边缘(分割体积)和目标信息被叠加在解剖 T2W MRI 图像上,并传输到活检工作站以在手术过程中使用(图8.2)[ 7]。由深度学习和人工智能推动的计算机辅助检测平台正在促进这种分割和检测策略的自动化,鉴于人类多参数图像解释所需的专业知识和主观解释技能集,这将很快成为标准的辅助工具 [ 8 ]。技能的可变性以及标准化和自动化的缺乏会在 MRI 解释和观察者间的可变性方面产生巨大的差异,即使在大容量中心也是如此。然而,与 PACS 和电子健康记录的工作流接口可能有助于主动监测的全面数据审查(图8.3)。
图 8.2

刚性和弹性配准。尽管弹性配准与 MRI 和 TRUS 图像相匹配,但为了获得更好的组合图像,操作员必须小心,以免过度扭曲真实解剖结构或将目标移动到不切实际的位置。虽然不明显,但与附近解剖结构和边缘的局部匹配的刚性配准可能比弹性翘曲更准确。对于胶囊附近的目标尤其如此,其中附近的配准精度比远离目标的远程匹配更重要。
图 8.3

融合工作站上的图像协同显示。顶部,超声波;底部,核磁共振。目标显示在每个上。小红是针路。红色蓝色点是 MRI 上定义的目标。针深度由实时超声上的回声白线箭头)确定并在视觉上跟随,但其远端 5mm 是未采样的“死区”,但仍是回声白线的一部分。因此,活检针必须远远超出目标

图像配准

在融合活检中,配准 是将 MRI 与 TRUS 匹配的过程,从而将术前 MRI 图像(连同分割和目标信息)与 TRUS 3D 体积对齐。TRUS 体积可以在 3D 或 2D 平面中获取,3D 体积是通过将 TRUS 探针从前列腺从基部移动到顶点(“扫描”)用于端射 TRUS 和从右向左移动用于侧射 TRUS 的。两种软件配准算法,刚性和弹性,在解剖对齐的图像失真校正程度上不同(图8.4)。刚性(不可变形)配准 试图通过适应图像的平移和旋转来最小化图像失真,而不是局部变形(图8.5)。虽然刚性配准可以保持真实的解剖形状和位置,但操作员可能需要手动调整 TRUS 和 MRI 图像的对齐以解决局部配准错误,这可能是由于 TRUS 和 MRI 图像之间的前列腺形状差异以及前列腺运动引起的由 MRI 直肠线圈或 TRUS 探头在成像期间的压力引起 [ 7 ]。弹性(可变形)配准 另一方面,除了平移和旋转之外,还试图通过适应局部变形来最大化图像对齐。然而,弹性配准可能会导致真实解剖结构的失真,因为它试图创建“好图片”。在大多数系统上,配准是半自动执行的,允许操作员微调边缘和其他重要地标的对齐。大多数融合系统都提供刚性和弹性配准算法,允许用户判断最佳对齐方式。刚性配准实际上可以减少前列腺边缘附近目标的配准误差 [ 9]。因此,当目标靠近或位于胶囊处时,依靠刚性配准并不少见,因为这允许操作员选择性地权衡附近的解剖结构以进行匹配,而不是尝试匹配整个腺体。一些系统扭曲 MRI 以匹配 TRUS (UroNav),而其他系统扭曲 TRUS 以匹配 MRI。操作员可以在刚性和弹性之间切换以确定最佳配合。配准过程通常在整个过程的几个步骤中重复、校正或微调,以最大限度地匹配或考虑患者或器官的运动或变形。确保高质量匹配在整个导航以及映射活检过程中保持有效非常重要。最常见的操作员错误可能是在针测绘过程中不注意细节:在某些系统上,在每次系统活检之前确保配准的准确性至关重要,这样人们就可以准确地回到同一地点进行重复活检(主动监测)或局部消融(“超主动监测”)。泌尿科医生在进行融合活检时可以采用几种做法以避免错误(表8.1 )。
图 8.4

MRI 上的术前前列腺分割(红线)和 MRI 目标定义(绿线)加载到融合工作站以配准到 TRUS 图像
图 8.5

在 TRUS 上构建 3D 体积后共同显示已注册的 TRUS(顶部)和 MRI(底部)图像。不同形状的前列腺分割(线和红线)可以通过弹性配准和融合进行校正
表 8.1 成功进行融合活检的提示和技巧
如果附近的前列腺囊在融合时匹配,请感到高兴
完美是美善的敌人(伏尔泰)
一次引导一个方向(左、右、上、下、内、外或旋转)
一次调整一个方向
专注于中线匹配和边缘匹配
在手术过程中尽可能正确配准,以获得良好的映射活检
使用解剖学作为基准
匹配 TRUS 深度以匹配 MRI 压痕(如果是 MRI 球囊)
如果是前面的目标,请进行有控制的快速戳刺,以避免前列腺从慢针处滚开的“西瓜籽效应”
针图有 5 mm 远端死区,因此在 5 和 25 mm 标记之间取样;因此,针状回波必须远远超出目标

融合 MRI 和 TRUS 数据后,向用户显示结果图像的方式会因融合平台或操作员偏好而异。一些平台覆盖 MRI 和 TRUS 图像,重新格式化 MRI 体积以适应 TRUS 探头的视角。还可以显示标准的轴向、冠状和矢状平面。其他平台并排显示 MRI 和 TRUS 图像,或者以相同的方向重新格式化(图8.68.7) 或使用活检探针提供的跟踪信息来选择和显示轴向、冠状和/或矢状方向的单个 MRI 切片。这两种可视化选项都可能在某些融合平台上可用。定义一个操作员特定的工作流程非常重要,该工作流程既可行又可重复,以最大限度地提高准确性和标准化,同时保持融合过程的完整性。这可能意味着许多显示的信息是过多的或额外的,并且不需要在活检期间从每个可能的角度进行审查。术后 3D 图片可以帮助组织多个过去的阳性活检目标以进行主动监视,并且还有助于向患者展示酷图片。
图 8.6

在这种情况下,TRUS 和 MRI 上的刚性配准涉及相似的形状,可能不需要弹性配准
图 8.7

前靶病变的融合活检与针交叉靶和 Gleason 7 肿瘤,近十年来六次随机六分仪活检呈阴性。这个前部区域没有通过常规随机盲六分仪活检得到很好的采样,尤其是在较大的前列腺中

跟踪方法

     除了 MRI 和 TRUS 图像的配准外,融合平台还可以跟踪和记录活检探针在 3D 空间中的位置。该信息可用于呈现成像数据的相关切片或用于映射和导航(见下文)。有五种基本方法可以实现 MRI-TRUS 融合(图8.8)[ 10 ],它们的技术、优势、劣势和最初的设计意图各不相同。它们是(1)电磁跟踪(“医疗 GPS”),(2)智能机械臂中的位置编码关节,(3)基于图像的跟踪,(4)陀螺仪旋转跟踪偏离中心轴,以及(5)深度学习/人工智能。
图 8.8

将前列腺 MRI 与超声融合的三种不同方法。( a ) 电磁跟踪;( b ) 采用机械臂的铰接式方法;( c ) 基于图像的 TRUS-TRUS 配准。
     一些平台(如 Invivo 的 UroNav;Esaote 的 Virtual Navigator 和 Hitachi 的实时虚拟超声)采用被动电磁跟踪,通常被称为“医疗 GPS”。在这里,连接到活检探针、TP 网格、TP 步进器甚至针头上的小型传感器(“汽车”)被固定在手臂上的手术台上和患者体外的磁场发生器(“卫星”)检测到. 这种跟踪利用法拉第原理或线圈(传感器)在存在不同和变化的磁场(场发生器)的情况下引发与不同的局部磁场相关的电流,该电流由场发生器以不同的方式依次打开。方向。然后计算机将这种变化的电流转换为空间中的 3D 位置,与共享 XYZ 3D 笛卡尔坐标的融合图像相关,在空间中定义体素(体积元素)。电磁跟踪可以保留传统的徒手活检方法,导致学习曲线相对较浅[11、12 ]。_ 在活检过程中,操作员通常会对前列腺进行初始 TRUS“扫描”,然后将 3D 超声数据注册到术前 MRI 数据中。随后,TRUS 探头的 3D 位置用于引导操作员朝向要采样的每个可疑病变的计划进近轨迹(角度和位置)(请参阅下面的“映射和导航”部分),并记录检查的位置取每个活检核心。
Artemis (Eigen)、BiopSee (Pi Medical) 和 BioJet (BK Ultrasound) 等“机器人”融合平台直接控制活检探针的角度和位置。活检探头安装在带有位置传感器的预校准机械步进器上,或者安装在包含角度感应编码器的更复杂的关节机械臂上。当操作者在手术过程中驱动机械臂时,角度和位置会根据编码的关节自动计算。虽然机器人方面可能会增加该融合平台的学习曲线,但可以实现高精度的位置跟踪。
第三种方法采用基于图像的软件跟踪方法,例如依赖于回顾性 TRUS-TRUS 注册的 Urostation (Koelis) 平台。每次活检后获取的 3D TRUS 图像与初始 3D TRUS 扫描配准以确认针位置,而不是利用实时定位 [ 12].   通过这种方式,可以通过成像实现位置跟踪,而无需使用电磁发生器或机械臂等额外硬件。此外,由于保留了徒手活检方法,这些基于图像的系统在操作员输入方面往往最类似于传统的 TRUS 技术。最初设计用于位置映射和记录,这些系统也可以被修改并用于预期导航和引导,但有一些潜在的限制,例如在每次针头射击后暂停执行 3D TRUS 体积图像,并且在期间针头保持在适当位置 TRUS 成像,可能会挑战操作员的耐心,尤其是在学习曲线的早期,就像任何融合系统一样。

Mapping and Navigation(导航)

     为了进一步帮助活检操作员,融合系统提供映射和导航(或引导)功能。映射 是指跟踪活检标本的成像位置并将其引用到术前 MRI 以供以后使用的过程。进行绘图是为了在低级别癌症的主动监测环境中更好地定位重复活检(见图8.3)。导航(或引导) 是指该平台能够帮助将活检针预期放置到在 MRI 上预先识别但现在用 TRUS 靶向的目标,针经直肠和/或经会阴(通过网格或“徒手”经皮”)。对于阳性且 MRI 不可见的盲人或六分仪活检可能更重要,因为否则可能无法知道或跟踪确切位置(例如,除了说它来自“左基”)。


活检路径

    前列腺活检可以经直肠或经会阴 (TP) 进行,前者是迄今为止更常用的技术,但随着耐药菌群的增加,越来越多的 TP 活检一直在进行。鉴于活检针在经直肠途径中穿过直肠粘膜,经直肠活检后的感染和败血症一直是一个问题,并且比 TP 活检更常见。最近,据报道,经直肠活检引起的脓毒症发病率增加,这可能部分与耐药菌定植率的增加有关 [ 13 , 14]。一项对近 5900 名接受经直肠和/或经会阴活检的日本患者进行的回顾性研究发现,经直肠 (0.83%) 和经会阴途径 (0.57%) 的总泌尿生殖道感染率无统计学差异,尽管发热率(≥38 °C) 经直肠 (0.71%) 感染比经会阴 (0.16%) 活检更频繁 ( P = 0.04) [ 15 ]。患者群体中耐药性的流行可能会导致变异性。一项在澳大利亚多个中心对 245 例经会阴活检进行的前瞻性研究导致经会阴活检后因感染再次入院的人数为零 [ 16]。这些比率可能受到局部因素的严重影响,例如局部对常见预防性抗生素的耐药性频率。咨询当地传染病专家可能是谨慎的做法,以帮助制定当地的预防标准程序。本章稍后将讨论经会阴入路的结果。


主要平台

在探索每个商用融合平台的技术、工作流程和优势之前,重要的是要注意许多平台随着时间的推移而发展。有些最初是为了一个目的而开发的(映射导航),但随后添加了其他功能。同样,一些系统最初开发时仅采用刚性或弹性配准,或仅采用经直肠或经会阴方法,最近增加了对应选项,甚至扩展到融合消融。因此,已发表文献中这些系统的许多数据和特征可能只代表一个时刻,并且可能自发表以来已经演变。为了充分披露偏见,作者最熟悉 UroNav 系统,在过去 20 年中共同发明并帮助开发了该系统。


电磁跟踪

    UroNav平台( Invivo /Philips,美国佛罗里达州盖恩斯维尔)由美国国立卫生研究院与 Traxtal 和 InVivo Corp 合作开发,于 2004 年开始临床试验,并于 2006 年获得 FDA 510(k) 批准。其前身PercuNav(和 Abaris)在 2000 年代初开始试验。UroNav 系统和工作站独立于 TRUS 供应商。此外,UroNav 与更通用的 MRI 图像处理和分割软件(DynaCAD 和 DynaLync、Philips)连接,实现统一的 MRI、融合和前列腺护理平台。使用 T2W、DCE 和 DWI 序列获得术前 MRI 图像(通常来自 3 T 扫描仪),以识别可疑病变(图8.9 a)[ 17]。在手术过程中,根据传统的 TRUS 活检将患者置于卧位,并在患者附近放置一个电磁跟踪“砖状”发生器。使用带有附加电磁跟踪传感器的 TRUS 探头,操作员对前列腺进行初始超声“扫描”以获得 3D TRUS 数据,然后将其半自动配准到 MRI 数据,可选择刚性或弹性配准. 根据需要对图像配准进行手动调整以改善对齐,一旦由于患者或前列腺运动而变得未对齐,则应根据需要在整个案例中重复此操作。一旦这个初始阶段完成,操作员就会继续徒手 TRUS 方法。UroNav 并排显示融合的 TRUS 和 MRI 图像(或作为三平面叠加),并在用户界面中使用混合滑块来调整相对透明度。导航软件将 TRUS 操作员引导至每个核心的计划活检轨迹,并且映射功能会记录每个核心的成像位置,以供以后根据需要使用(图 2)。8.9b )。使用融合引导活检时,通过徒手向左/向右、向上/向下和向内/向外移动 TRUS 探针(一次始终只有一个动作!),目标与 TRUS 导针器对齐,同时观察与针引导路径相关的目标。在融合图像上还可以直观地监测针插入深度,在弹簧活检部署穿过目标之前,针尖放置在目标附近。尽管是自动化的,但操作员 TRUS 技能集有助于优化导航。如电磁跟踪概述中所述,学习曲线相对较短,因为 UroNav 建立在传统的徒手经直肠活检方法[ 11、12]。据报道,精度最初为 5.8 ± 2.6 mm [ 18 ],随后在技术改进后降至 3 mm 以下 [ 19 ];但是,操作员的错误或对细节的疏忽可能会导致更多。最初开发用于对 MRI 定义的目标进行前瞻性导航,最近添加了映射工具。最新版本的 UroNav 软件允许经会阴活检或消融方法(图8.10) 除了经直肠外,还展示了融合平台随时间的演变。带有 TPUS 的经会阴针可提供完全无直肠干预,但可能不如基于 TRUS 的网格 TP 针准确。与 UroNav 的融合比盲人扩展六分仪活检 [ 20 ] 升级和检测更高的 Gleason 评分癌症,因此更适当地对需要明确治疗的患者进行分类。
图 8.9

a ) 活检前多参数磁共振成像 (mpMRI) 包括解剖(T2 加权)和功能(动态对比增强和表观扩散系数)成像,由放射科医生获得和审查。轴向图像均显示疑似前列腺癌的病变(黄色箭头)。该病变由放射科医生标记,以准备融合活检。( b ) 在 MR/超声融合活检时,进行实时轴向经直肠超声以辅助针引导。MR/超声融合平台覆盖疑似前列腺癌病变的轮廓(绿线)和前列腺轮廓(红线))。该平台还将经直肠超声图像与前列腺中的位置同步,并基于 T2 加权图像重新创建轴向 MRI 以与超声图像的位置相关联。红色虚线表示针的路径,当进行活检时,可以记录位置,如黄线所示。( c ) 活检结束时,根据上述数据生成三维图,显示前列腺轮廓(红色)、肿瘤病变位置(绿色)、标准扩展六分仪活检位置(紫色核心),以及靶向 MR/超声融合活检的位置(黄色核心)。(来自 Siddiqui 等人 [ 17 ],© 2015 美国医学协会。保留所有权利)
图 8.10

利用 MRI/TRUS 融合,可以在类似办公室的环境中进行局部激光消融。标出目标(红色)。第一次激光放置治疗目标的一部分(红色),由治疗计划软件擦除。这在机架消融中可能不如 MRI 准确,但可能更实用且更具成本效益。(由美国国立卫生研究院的 Sheng Xu 和 Brad Wood [2016-2021] 提供)
Virtual Navigator ( Esaote SpA,意大利热那亚)和实时虚拟超声 (日立,东京,日本)平台都是通用融合系统,最初设计用于身体活检,将实时超声融合到先前的成像研究中,例如如 CT、PET-CT 或 MRI,随后适用于前列腺活检。两个平台都采用带有电磁跟踪系统的徒手 TRUS 方法[ 11、20 ];因此,它们继承了已经描述的基于电磁跟踪的系统的特性。刚性配准同样会影响本地配准错误 [ 7 ]。实时虚拟超声能够经直肠和经会阴活检 [ 21]。Navigo(UC-Care、Yokneam、Isarel)也执行融合。许多系统还将指导和监测焦点激光、HIFU 或冷冻消融疗法,并制定不同程度的治疗计划。大多数 HIFU、激光和冷冻消融公司制造商还提供融合和治疗计划,或者通过集成到现有的 EM 或机械平台,或者通过在 TRUS 探头中添加陀螺仪,并估计中线的偏移量。


机械位置编码器

Artemis平台(Eigen ,Grass Valley,California,USA),美国 FDA 510(k) 于 2007 年获得批准,自 2009 年以来一直用于临床试验。硬件推车具有标准的、与供应商无关的端射 TRUS 探头通过在其关节上包含角度感应编码器的机械臂,它传达空间跟踪信息 [ 22]。该硬件与运行 Eigen ProFuse 软件的独立软件工作站相连接,该软件从术前 MRI 构建前列腺的 3D 模型,并允许在活检前描绘可疑病变。在手术过程中,患者被放置在与机械臂对齐的床边。通过旋转机械臂,获得初始超声扫描,软件从中半自动确定前列腺的边界,并根据需要进行手动调整。在活检时使用刚性配准和弹性配准加载带有活检计划注释的术前 MRI 并与 TRUS 图像融合 [ 11 , 23]。导航软件将操作员引导至计划目标。系统会记录取活检芯的位置,操作员可以以 2-3 毫米的精度返回到之前的活检芯部位 [ 22 ]。尽管 Artemis 设备有些笨重和笨重 [ 12 ] 并且需要用户培训 [ 11 ],但据报道,在经验丰富的操作员手中使用该平台平均只增加了 5 分钟的整体活检程序时间 [ 20 ] ]。凭借直接的机器人跟踪方法固有的高精度,该平台可以产生高精度的活检,假设可以最大限度地减少患者和前列腺的运动。
BiopSee平台(Pi Medical,雅典,希腊)在德国海德堡海德堡大学医院进行主要临床开发,值得注意的是完全避开经直肠活检途径,转而采用经会阴途径,尽管超声成像引导仍然经直肠进行. 该系统由一个 TRUS 探头组成,该探头连接到固定在手术台上的机械步进器。TRUS 探头的深度和旋转由嵌入式编码器跟踪。在活检过程中,通过扫描 TRUS 探头获得 3D 超声体积,并通过刚性配准或手动通过同时可视化轴向、冠状和矢状平面将 MRI 数据融合到超声体积24、25]。TRUS 探头的有限运动范围可能是系统的限制,增加了其学习曲线 [ 11 ]。报告的活检过程持续时间为前 10 名患者每名患者 60 分钟,之后为每名患者 30 分钟 [ 25 ]。
与 Artemis 类似,BioJet平台(BK Ultrasound,Peabody,Massachusetts,USA;DK Technologies,Barum,Germany)采用安装在带有角度感应编码器的机械臂上的 TRUS 探头。该系统能够进行经直肠和经会阴活检。在活检过程中,MRI 数据通过刚性配准与超声体积融合。在使用 BioJet 平台的最初体验中,患者被置于截石位,并经会阴进行活检。作者指出,刚性配准算法需要手动调整轮廓才能正确融合 [ 26],这意味着增加弹性配准是未来的方向。Focal Healthcare (Toronto, CA) 也销售一种类似的机械注册设备,用于融合活检。


基于图像的跟踪

Urostation平台( Koelis,Grenoble,France)使用基于图像的配准来跟踪针的位置。它采用徒手 TRUS 技术并依靠 TRUS-TRUS 图像配准来回顾性确定活检针的位置。在活检程序开始时,获取参考全景 3D TRUS 体积并将其注册到程序前 MRI 数据和目标信息。这可以自动执行。取完每个活检核心后,在针就位的情况下在 3 秒内采集 3D TRUS 图像,以便对针的位置进行成像。这已注册到参考 TRUS 全景图以确认针位置 [ 27]。在 3 s TRUS 采集期间,操作员需要将探头固定到位;否则可能会出现注册错误。这可能是系统 [ 11 , 12 ] 的限制。Urostation 系统旨在记录处于主动监视下的患者的活检样本的 3D 位置。
MIM Symphony平台(MIM Software Inc.,克利夫兰,俄亥俄州,美国)使用基于图像的配准,最初设计用于低剂量率近距离放射治疗的多模式治疗计划,并已与 BK 超声系统一起上市。还有大量的导针器、步进器、网格(Civco Medical Solutions,Coralville,Iowa)或网格/导针,例如夹在 TRUS 探针上的简单同轴 TP 针(Perineologic,Cumberland,MD),允许徒手操作通过 TRUS 监控进行 TP 访问,无需步进阶段。许多新的 TP 解决方案可实现快速、通常舒适的基于办公室的 TP 方法,无需笨重的设备,有时也没有镇静或感染风险。请继续关注通过 TPUS 进行的基于办公室的 TP 针,以及基于办公室的融合消融。


讨论和结论

     在人体的其他任何地方都不能接受盲活检作为诊断癌症的标准方法,而融合也使前列腺也成为了现实。标准盲 TRUS 前列腺活检可能是盲药。现在,大量的融合平台已经渗透到市场中,具有不同的优势、劣势、工作流程以及对附加硬件或软件的要求。跨融合平台进行比较仍然很困难,因为大多数已发表的主要研究都是单中心试验,这些试验侧重于各自机构使用的平台,或者解决了预先筛选和有偏见的患者群体中的特定问题。无论如何,强有力的同行评审证据证明了融合引导活检的前景,无论融合平台如何。单凭 TRUS 引导的盲法前列腺活检的日子就可能等同于对某些患者的次优医疗护理,这并不是推测性的。靶向活检可提高临床显着前列腺癌的检出率,降低临床无意义病变的检出率,并且能够以较少的取芯检测前列腺癌。然而,如何将这些信息准确地转化为特定患者群体的标准临床实践,或者融合是否可以取代系统活检,或者它是否可以取代或补充系统活检,仍然是正在进行的工作。临床上无意义的病变的检出率较低,并且能够以较少的核心检测前列腺癌。然而,如何将这些信息准确地转化为特定患者群体的标准临床实践,或者融合是否可以取代系统活检,或者它是否可以取代或补充系统活检,仍然是正在进行的工作。临床上无意义的病变的检出率较低,并且能够以较少的核心检测前列腺癌。然而,如何将这些信息准确地转化为特定患者群体的标准临床实践,或者融合是否可以取代系统活检,或者它是否可以取代或补充系统活检,仍然是正在进行的工作。
在一项涉及 1000 多名男性的前瞻性研究中,与系统活检相比,使用 UroNav 结合系统活检的靶向活检与高危癌症(Gleason 4 + 3 或更高)的检出率增加 30% 相关,低风险癌症的检出率减少 17% -风险癌症(格里森 3 + 3 或低容量格里森 3 + 4)与单独的系统活检相比 [ 17 ]。此外,使用 UroNav 进行的靶向活检在 195 名先前活检阴性的患者中显示出 37% 的癌症检出率;在同一项研究中,系统活检遗漏了 21 例中的 12 例(55%)高级别癌症 [ 27]。使用 Artemis 平台,在 105 名先前活检阴性的患者中,靶向活检提高了对临床显着癌症的检测(Gleason ≥3 + 4 或 Gleason 6,最大核心长度 ≥4 mm)(91%)与系统活检(54%)相比[ 28 ]。此外,发现重复活检先前阳性的 MRI 靶点比重复活检阳性系统部位 (29%) 具有更高的检出率 (61%),检出率与核心长度相关 [ 29 ]。使用 Urostation 平台,在 152 名接受治疗的患者中,与系统活检 (37%) 相比,具有临床意义的前列腺癌 (Gleason ≥3 + 4 或 Gleason 6,最大癌核心长度 ≥ 4 mm) (43%) 的检出率更高。第一轮活检 [ 30]。同样,与系统活检相比,使用 Virtual Navigator、实时虚拟超声、BiopSee 和 BioJet 平台的靶向活检发现癌症检出率更高 [ 7 , 21 , 25 , 26 , 31 ]。在 PRECISION(“临床重要疾病的前列腺 E 评估:使用影像指导或不进行取样” )试验,500 名未接受过活检的男性随机接受 MRI 靶向活检或系统活检32]。与系统活检相比(38% vs. 26%, p  = 0.005),MRI 靶向活检在检测临床显着癌症(Gleason ≥3 + 4)方面具有优势。虽然使用了多种 MRI 靶向活检技术,但大多数站点都使用了 MRI-US 融合。
到目前为止,大多数使用融合平台的中心除了对每位患者进行系统活检外,还进行了靶向活检,这种方法提高了检测的灵敏度,同时允许直接比较靶向活检和系统活检的性能 [ 33 ]。在“MRI-First”临床试验中,Rouviere 等人。发现虽然单独的 MRI 靶向活检与检测 Gleason ≥ 3 + 4 的系统活检没有什么不同,但两种技术的结合导致癌症检测的显着增加 [ 34 ]。在 Ahdoot 等人最近的一项研究中,比较了联合 MRI-US 融合引导和系统活检对前列腺切除术的升级率 [ 35]。在这项前瞻性研究评估了 404 名接受联合 MRI-US 融合加系统活检后接受前列腺切除术的男性,研究人员发现,与 MRI-US 融合相比,联合活检与 Gleason ≥4 + 3 (3.5%) 的升级最少有关。8.7%) 或系统性 (16.8%) 活检。2014 年对 14 篇合格论文的荟萃分析报告称,与标准活检相比,MRI-US 融合靶向活检检测到更多具有临床意义的癌症,同时采样更少的核心 [ 36 ]。特别是对于以前阴性的 12 核标准活检和 MRI 可疑目标的患者,为了最大限度地提高检出率,同时获得靶向融合和标准六分仪活检可能仍然是明智的。
如前所述,经会阴入路比经直肠入路更安全,因为发生尿脓毒症的风险降低。因此,MRI-US 融合技术已应用于经会阴活检(图8.11)[ 37 ]。有有希望的证据表明经会阴融合活检不劣于更常用的经直肠途径。在一项对 77 名接受经直肠和经会阴融合活检的男性进行的前瞻性研究中,Ber 等人。发现经会阴入路在检测临床显着性(定义为 Gleason ≥3 + 4 或癌核长度 ≥6 mm)方面非劣且优于经直肠入路 [ 38]。Wetteraur 的另一项研究调查了办公室内经会阴活检的可行性,其中利用了徒手认知融合 [ 39 ]。该技术的总体癌症检出率为 64.5% (258/400),没有感染并发症。使用经会阴超声融合将所有设备从直肠中取出,这也可以提高顺应率。
图 8.11

MRI 3D 模型和实时经直肠超声 3D 模型 (Urofusion™) 之间基于软件的弹性融合,通过两个会阴穿刺使用创新的虚拟枢轴点和夹在 TRUS 上的可选线性垂直网格行进行靶向活检计划。(来自 Lee 等人 [ 37 ] 经 John Wiley & Sons 许可)
MRI-TRUS 融合技术的出现增加了受益于前列腺活检的患者数量。融合引导活检的适应症正在迅速发展,并已成为某些人群的护理标准。到目前为止,该技术最初被证明可用于 PSA 水平升高且先前进行多轮系统活检阴性的患者(图8.12),可用于针对已知 MRI 病变的靶向活检,或用于低风险病变的主动监测。融合引导的前列腺活检的确切共识适应症迅速发展,标准六分仪活检加融合与单独融合的附加价值仍不清楚。
图 8.12

勾勒出前列腺(红色),并跟踪和绘制核心活检位置(橙色线)以用于医疗记录、以后的局部消融或近距离放射治疗,或作为主动监测计划的一部分在以后重复活检
鉴于靶向活检的更高检出率和效率,可以想象前列腺活检的未来可能会涉及更少的盲区,通常更少的区域,因此与活检相关的并发症更少,更不用说性能特征的持续改进了。当临床医生可以在术前成像中准确定位可疑病变并在活检过程中准确取样这些病变时,可能不再需要盲法系统活检。鉴于大多数平台能够记录活检病变的位置,促进重复取样、主动监测和局部治疗(超级主动监测)可能在管理中发挥更大的作用,作为适当筛查的低度疾病患者更积极的前列腺切除术的替代方案.
总之,MRI-TRUS 融合引导的前列腺活检是一种新颖的、变革性的技术,它可以揭开前列腺活检的盲区,实现将 MRI 的卓越病变检测与超声的实时引导相结合的靶向采样。通过将成像带给患者,融合活检在活检期间最需要的时候使用成像信息。融合 系统提供准确和高效的导航和绘图,可以在办公室门诊环境中轻松执行,仅使用局部神经阻滞,现在无需使用针头或超声波进入直肠。人工智能平台有助于影像的配准、检测、CAD 解释和表征,以及融合引导的局部消融的治疗计划。融合平台可以更好地描述前列腺癌的特征和分子谱,这可能会推动前列腺癌的管理朝着更智能、更个性化的肿瘤学方向发展,并朝着不会盲目地将针头插入器官并随机寻找疾病的世界前进。更好的。信息就是力量,当您放置针头时,融合会在最需要的地方和时间应用该成像信息。

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