影像融合技術(shù)在前列腺癌診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

劉暢　胡進(jìn)前　馮春祥　劉詩良　曾曉勇

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·綜述·

影像融合技術(shù)在前列腺癌診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

劉暢胡進(jìn)前馮春祥劉詩良曾曉勇

430030 武漢，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院泌尿外科

前列腺癌(prostate cancer, PCa)是中老年男性最常見的惡性腫瘤之一。目前在全球范圍內(nèi)，其發(fā)病率位居第二。而在發(fā)達(dá)國家中，PCa年增長人數(shù)已位居首位[1]。在我國，關(guān)于PCa的全國性流行病學(xué)資料尚未完善，但隨著我國步入人口老齡化社會，PCa發(fā)病率亦呈逐年上升趨勢[2-3]。

PCa的篩查和診斷手段主要包括直腸指檢、PSA、經(jīng)直腸超聲檢查(transrectal ultrasound, TRUS)及 MRI檢查。直腸指診對PCa有初步篩查作用但亦受主觀影響。PSA已廣泛應(yīng)用于臨床PCa的初步診斷及隨訪監(jiān)測，但易受直腸指診、膀胱鏡檢、TRUS及前列腺穿刺等的影響，且良性前列腺增生、前列腺炎等患者的血清PSA亦可表現(xiàn)異常升高[4]。TRUS現(xiàn)已大范圍推廣應(yīng)用于PCa的診斷，TURS引導(dǎo)下的前列腺穿刺活檢更是作為目前臨床上PCa術(shù)前診斷的金標(biāo)準(zhǔn)[5]。MRI對于前列腺部的成像及對PCa的鑒別均優(yōu)于超聲，以多參數(shù)MRI(multiparametric MRI，mpMRI)為基礎(chǔ)的MRI/TRUS影像融合技術(shù)將PCa的診斷引入了一個新的時期。本文主要對mpMRI及影像融合技術(shù)在診斷PCa方面的應(yīng)用作一綜述。

一、mpMRI

mpMRI包括T2WI、DWI、動態(tài)對比增強(qiáng)MR成像(dynamic contrast enhanced MRI, DCE-MRI)及磁共振波譜成像(MR spectroscopic imaging, MRSI)。PCa在T2WI上常表現(xiàn)為低信號，前列腺炎、出血、損傷或瘢痕形成時亦可有類似表現(xiàn)，容易誤診。DWI根據(jù)其水分子在組織中彌散程度不同而成像。PCa組織水分子彌散受限因而呈高信號，并且表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)值下降，在ADC圖上表現(xiàn)為暗性區(qū)域[6]。DCE-MRI根據(jù)組織灌注增強(qiáng)程度不同而成像，在一定程度上反映組織血流動力學(xué)變化。PCa組織中微循環(huán)灌注及滲透水平均較高，因而常表現(xiàn)為快進(jìn)快出型[7]。Postema等[8]將該技術(shù)運(yùn)用于引導(dǎo)前列腺穿刺活檢并得出結(jié)論，該技術(shù)可提高穿刺診斷的敏感性和特異性，并明顯減少穿刺針數(shù)。MRSI主要檢測腫瘤組織中膽堿及檸檬酸的相對水平，因PCa組織中代謝水平與周圍正常組織存在差異而表現(xiàn)為異常信號。mpMRI將數(shù)個獨(dú)立的MRI成像技術(shù)相結(jié)合，使PCa的影像學(xué)成像更加清晰，定位更加準(zhǔn)確，提高了診斷PCa的敏感性及特異性。

由于MRI對于PCa的敏感性及特異性均高于TRUS，因此MRI可在一定程度上代替TRUS作為引導(dǎo)進(jìn)行前列腺穿刺活檢，即MR引導(dǎo)的靶向穿刺(MR-guided biopsy, MR-GB)。Schouten等[9]對176名高度懷疑PCa但TRUS引導(dǎo)前列腺穿刺活檢陰性的患者進(jìn)行MR-GB并得出結(jié)論，73%的PCa被檢出，其中76%位于前列腺前部，并且大多數(shù)為臨床中高危PCa。Arsov等[10]的研究表明，mpMRI及MR-GB能更好地展現(xiàn)及描述PCa的范圍及程度，有利于臨床醫(yī)師更好的進(jìn)行PCa危險分層并指導(dǎo)診治。但是，單純使用MR引導(dǎo)前列腺穿刺活檢耗時長、價格高，并且需要無磁感穿刺針，對穿刺設(shè)備要求較高，因此并未在臨床上廣泛應(yīng)用。然而，mpMRI對軟組織的成像分辨率優(yōu)于超聲，能清晰地顯示前列腺解剖并鑒別PCa病灶區(qū)的這一優(yōu)勢使其成為影像融合技術(shù)的基礎(chǔ)。mpMRI對前列腺區(qū)的清晰成像、對病灶的準(zhǔn)確定位及影像學(xué)模型重建是實(shí)現(xiàn)影像融合的第一步。

二、影像融合及靶向前列腺穿刺

影像融合技術(shù)主要是指MRI與TRUS的融合，由此引導(dǎo)的前列腺穿刺活檢術(shù)即MRI/TRUS引導(dǎo)的靶向穿刺(MRI/TRUS-guided targeted biopsy，簡稱靶向穿刺，TB)，其可分為主觀融合及軟件融合。

1.主觀融合：指臨床醫(yī)師主觀上將MRI和TRUS結(jié)果相融合并指導(dǎo)前列腺靶向穿刺，其不需要特殊的設(shè)備及軟件，是最簡單易行的融合途徑。有數(shù)據(jù)顯示該技術(shù)可提高PCa檢出率及準(zhǔn)確性[11-12]。然而該技術(shù)受主觀影響大，對操作者要求較高，需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)及較好空間想象能力，并且對病灶的追蹤性及檢查重復(fù)性較差[6]，因而限制了其在臨床上的應(yīng)用。

2.軟件融合：即利用相關(guān)軟件將MRI成像重建并與TRUS融合進(jìn)而引導(dǎo)前列腺靶向穿刺，融合了MRI成像清晰、定位準(zhǔn)確及TRUS引導(dǎo)穿刺方便易行等優(yōu)勢，是目前較為理想的前列腺穿刺引導(dǎo)技術(shù)之一。實(shí)現(xiàn)融合的基本步驟包括mpMRI多維成像及3D模型的重建，病灶區(qū)及穿刺靶位的標(biāo)注，MRI與TRUS圖像的配準(zhǔn)及融合，探針的追蹤標(biāo)記及穿刺的實(shí)施[13]。

該技術(shù)的關(guān)鍵之一在于MRI和TRUS圖像的有效配準(zhǔn)。目前配準(zhǔn)方式有兩種，即剛性配準(zhǔn)和彈性配準(zhǔn)。剛性配準(zhǔn)不改變成像本身的形狀而依賴圖像的平移或旋轉(zhuǎn)將MRI和TRUS成像進(jìn)行配準(zhǔn)，依賴于臨床醫(yī)師豐富的經(jīng)驗(yàn)，其配準(zhǔn)圖像并不直觀，但能保證成像信息的完整性；彈性配準(zhǔn)基于計算對圖像進(jìn)行伸縮、屈曲等形變實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)，配準(zhǔn)度高且較為直觀，但在腺體解剖結(jié)構(gòu)異?；虿≡顓^(qū)域不規(guī)則的情況下可能會較大改變圖像本身的信息[7，14]。

該技術(shù)的另一關(guān)鍵在于對穿刺針的追蹤定位及標(biāo)記。目前有3種途徑來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械臂編碼追蹤，以機(jī)械臂連接超聲探頭，利用編碼器記錄并處理探頭及探針的位置，并標(biāo)注于mpMRI重建的3D模型之上進(jìn)而引導(dǎo)前列腺穿刺。該方式定位較精準(zhǔn)且穿刺過程穩(wěn)定，但設(shè)備較笨重、步驟較繁瑣。電磁追蹤，利用外置的電磁發(fā)生器追蹤探針位置，醫(yī)師可與常用的TRUS引導(dǎo)前列腺穿刺一樣徒手操縱超聲探頭，因而較方便、快捷，且學(xué)習(xí)周期短，但其準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性較低于機(jī)械臂編碼追蹤。3D超聲追蹤，使用了實(shí)時3D超聲技術(shù)因而更簡便直接地定位記錄探針位置，但其探針的定位與記錄在實(shí)施穿刺之后，且每次穿刺都可能引起超聲探頭位置的變動進(jìn)而影響TRUS成像，使每次記錄可能存在相對位置的改變[15]。

另外，穿刺途徑亦可分為經(jīng)直腸穿刺和經(jīng)會陰穿刺。經(jīng)直腸穿刺目前應(yīng)用普遍，具有操作方便、創(chuàng)傷較小等優(yōu)勢，其并發(fā)癥包括直腸黏膜損傷出血、感染、菌血癥、血尿及血精等。經(jīng)會陰穿刺可以減少感染幾率，其穿刺準(zhǔn)確性與經(jīng)直腸穿刺相當(dāng)，但患者疼痛較明顯，常需要深層鎮(zhèn)靜或椎管內(nèi)麻醉[16]。

三、討論及展望

MRI/TRUS融合引導(dǎo)前列腺靶向穿刺活檢技術(shù)最早由Kaplan等[17]于2002年報道，近10年來該技術(shù)發(fā)展迅速。目前應(yīng)用于臨床的系統(tǒng)有UroNav、Artemis、Real-time Virtual Sonography、Urostation、BioJet、BiopSee及Virturl Navigator，其在硬件設(shè)備、圖像配準(zhǔn)方式、探針追蹤方式、穿刺途徑等方面不盡相同[6-7，14-15]。然而對于不同技術(shù)之間及各系統(tǒng)之間的比較仍鮮有報道，但影像融合對于PCa的診斷效能及其臨床應(yīng)用已取得初步認(rèn)可。眾多學(xué)者將該融合技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)前列腺穿刺(systematic biopsy, SB)進(jìn)行對比研究以評價其診斷效能。Ukimura等[18]對127名影像學(xué)疑似PCa患者行SB穿刺活檢發(fā)現(xiàn)，TB優(yōu)于SB，其檢出率分別為61%和41%(P=0.007)，每針檢出率分別為56%和12%(P<0.000 1)。Siddiqui等[19]對1 003名疑似PCa患者進(jìn)行穿刺對比，結(jié)果提示TB可以提高高危PCa檢出率而降低低危PCa檢出率。Brown等[6]對多篇文獻(xiàn)進(jìn)行綜述后亦得出類似結(jié)論，并提出TB更有利于臨床有意義PCa的檢出，具有更高的檢驗(yàn)效能并可減少穿刺針數(shù)。Shoji等[20]運(yùn)用BioJet系統(tǒng)對20名PSA 4～20 ng/ml的患者進(jìn)行對比研究，結(jié)果提示TB檢出率高于SB，且穿刺操作時間短(<20 min)。Baco等[21]將靶向穿刺取得的樣本與根治性前列腺切除術(shù)(radical prostatectomy, RP)取得的樣本相比較發(fā)現(xiàn)，有90%的病例Gleason評分相一致。Muller等[22]的研究表明TB可有效地檢出RP后原位復(fù)發(fā)腫瘤，這有利于PCa復(fù)發(fā)的早期診斷與及時干預(yù)。

目前PCa大體可以分為高危型即臨床顯著型PCa和低危型即臨床非顯著型PCa或惰性PCa。對于前者需要積極、適當(dāng)?shù)呐R床干預(yù)治療，而對于后者推薦行有效的主動監(jiān)測[23]。影像融合技術(shù)更有利于兩者的鑒別從而指導(dǎo)實(shí)施更加優(yōu)化的臨床干預(yù)方案，以實(shí)現(xiàn)積極、適當(dāng)?shù)母深A(yù)而避免過度診療的目的。

隨著TRUS及MRI技術(shù)的發(fā)展，我們期望有更加準(zhǔn)確、易行、微創(chuàng)，甚至無創(chuàng)的技術(shù)可以應(yīng)用于PCa的診斷。歐洲泌尿生殖放射學(xué)會于2012年提出前列腺影像報告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(prostate imaging reporting and data system，PI-RADS)，旨在通過評分使前列腺影像報告標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，減少模糊的影像描述和診斷結(jié)果[24]。Tewes等[25]研究表明，以PI-RADS評分≥4作為標(biāo)準(zhǔn)來診斷PCa時，其敏感性、特異性及陰性預(yù)測值分別為85%、82%和92%，影像融合與PI-RADS的結(jié)合運(yùn)用可以提高PCa診斷的敏感性及特異性，使PCa的臨床診斷更加高效、準(zhǔn)確、可靠、微創(chuàng)。

影像融合技術(shù)成像清晰，定位準(zhǔn)確，其引導(dǎo)的靶向穿刺檢出率高，具有較高的敏感性及特異性，且可減少穿刺針數(shù)進(jìn)而縮短穿刺時間、降低患者穿刺痛苦。該技術(shù)可用于PCa患者的初次穿刺診斷、高度懷疑PCa但之前穿刺病理陰性的患者的再次穿刺確診、臨床惰性PCa主動監(jiān)測患者及PCa術(shù)后患者的復(fù)查隨訪[13，22]。然而對于影像融合技術(shù)的診斷效能及其是否能夠代替TRUS引導(dǎo)的系統(tǒng)前列腺穿刺活檢而作為診斷的主要標(biāo)準(zhǔn)仍需要多中心及大規(guī)模的數(shù)據(jù)研究。雖然影像融合技術(shù)尚未在國內(nèi)廣泛運(yùn)用，但就目前國外的眾多研究而言，該技術(shù)對于PCa診斷具有較高的應(yīng)用價值及廣闊的應(yīng)用前景。

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(本文編輯：熊鈺芬)

通信作者：曾曉勇，E-mail：miwai@163.com

doi:10.3870/j.issn.1674-4624.2016.02.016

(收稿日期：2015-09-02)