影像融合技术在前列腺癌诊断中的应用现状及展望

刘畅　胡进前　冯春祥　刘诗良　曾晓勇



·综述·

影像融合技术在前列腺癌诊断中的应用现状及展望

刘畅胡进前冯春祥刘诗良曾晓勇

430030 武汉，华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科

前列腺癌(prostate cancer, PCa)是中老年男性最常见的恶性肿瘤之一。目前在全球范围内，其发病率位居第二。而在发达国家中，PCa年增长人数已位居首位[1]。在我国，关于PCa的全国性流行病学资料尚未完善，但随着我国步入人口老龄化社会，PCa发病率亦呈逐年上升趋势[2-3]。

PCa的筛查和诊断手段主要包括直肠指检、PSA、经直肠超声检查(transrectal ultrasound, TRUS)及 MRI检查。直肠指诊对PCa有初步筛查作用但亦受主观影响。PSA已广泛应用于临床PCa的初步诊断及随访监测，但易受直肠指诊、膀胱镜检、TRUS及前列腺穿刺等的影响，且良性前列腺增生、前列腺炎等患者的血清PSA亦可表现异常升高[4]。TRUS现已大范围推广应用于PCa的诊断，TURS引导下的前列腺穿刺活检更是作为目前临床上PCa术前诊断的金标准[5]。MRI对于前列腺部的成像及对PCa的鉴别均优于超声，以多参数MRI(multiparametric MRI，mpMRI)为基础的MRI/TRUS影像融合技术将PCa的诊断引入了一个新的时期。本文主要对mpMRI及影像融合技术在诊断PCa方面的应用作一综述。

一、mpMRI

mpMRI包括T2WI、DWI、动态对比增强MR成像(dynamic contrast enhanced MRI, DCE-MRI)及磁共振波谱成像(MR spectroscopic imaging, MRSI)。PCa在T2WI上常表现为低信号，前列腺炎、出血、损伤或瘢痕形成时亦可有类似表现，容易误诊。DWI根据其水分子在组织中弥散程度不同而成像。PCa组织水分子弥散受限因而呈高信号，并且表观弥散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)值下降，在ADC图上表现为暗性区域[6]。DCE-MRI根据组织灌注增强程度不同而成像，在一定程度上反映组织血流动力学变化。PCa组织中微循环灌注及渗透水平均较高，因而常表现为快进快出型[7]。Postema等[8]将该技术运用于引导前列腺穿刺活检并得出结论，该技术可提高穿刺诊断的敏感性和特异性，并明显减少穿刺针数。MRSI主要检测肿瘤组织中胆碱及柠檬酸的相对水平，因PCa组织中代谢水平与周围正常组织存在差异而表现为异常信号。mpMRI将数个独立的MRI成像技术相结合，使PCa的影像学成像更加清晰，定位更加准确，提高了诊断PCa的敏感性及特异性。

由于MRI对于PCa的敏感性及特异性均高于TRUS，因此MRI可在一定程度上代替TRUS作为引导进行前列腺穿刺活检，即MR引导的靶向穿刺(MR-guided biopsy, MR-GB)。Schouten等[9]对176名高度怀疑PCa但TRUS引导前列腺穿刺活检阴性的患者进行MR-GB并得出结论，73%的PCa被检出，其中76%位于前列腺前部，并且大多数为临床中高危PCa。Arsov等[10]的研究表明，mpMRI及MR-GB能更好地展现及描述PCa的范围及程度，有利于临床医师更好的进行PCa危险分层并指导诊治。但是，单纯使用MR引导前列腺穿刺活检耗时长、价格高，并且需要无磁感穿刺针，对穿刺设备要求较高，因此并未在临床上广泛应用。然而，mpMRI对软组织的成像分辨率优于超声，能清晰地显示前列腺解剖并鉴别PCa病灶区的这一优势使其成为影像融合技术的基础。mpMRI对前列腺区的清晰成像、对病灶的准确定位及影像学模型重建是实现影像融合的第一步。

二、影像融合及靶向前列腺穿刺

影像融合技术主要是指MRI与TRUS的融合，由此引导的前列腺穿刺活检术即MRI/TRUS引导的靶向穿刺(MRI/TRUS-guided targeted biopsy，简称靶向穿刺，TB)，其可分为主观融合及软件融合。

1.主观融合：指临床医师主观上将MRI和TRUS结果相融合并指导前列腺靶向穿刺，其不需要特殊的设备及软件，是最简单易行的融合途径。有数据显示该技术可提高PCa检出率及准确性[11-12]。然而该技术受主观影响大，对操作者要求较高，需要有丰富的经验及较好空间想象能力，并且对病灶的追踪性及检查重复性较差[6]，因而限制了其在临床上的应用。

2.软件融合：即利用相关软件将MRI成像重建并与TRUS融合进而引导前列腺靶向穿刺，融合了MRI成像清晰、定位准确及TRUS引导穿刺方便易行等优势，是目前较为理想的前列腺穿刺引导技术之一。实现融合的基本步骤包括mpMRI多维成像及3D模型的重建，病灶区及穿刺靶位的标注，MRI与TRUS图像的配准及融合，探针的追踪标记及穿刺的实施[13]。

该技术的关键之一在于MRI和TRUS图像的有效配准。目前配准方式有两种，即刚性配准和弹性配准。刚性配准不改变成像本身的形状而依赖图像的平移或旋转将MRI和TRUS成像进行配准，依赖于临床医师丰富的经验，其配准图像并不直观，但能保证成像信息的完整性；弹性配准基于计算对图像进行伸缩、屈曲等形变实现图像配准，配准度高且较为直观，但在腺体解剖结构异常或病灶区域不规则的情况下可能会较大改变图像本身的信息[7，14]。

该技术的另一关键在于对穿刺针的追踪定位及标记。目前有3种途径来实现。机械臂编码追踪，以机械臂连接超声探头，利用编码器记录并处理探头及探针的位置，并标注于mpMRI重建的3D模型之上进而引导前列腺穿刺。该方式定位较精准且穿刺过程稳定，但设备较笨重、步骤较繁琐。电磁追踪，利用外置的电磁发生器追踪探针位置，医师可与常用的TRUS引导前列腺穿刺一样徒手操纵超声探头，因而较方便、快捷，且学习周期短，但其准确度及稳定性较低于机械臂编码追踪。3D超声追踪，使用了实时3D超声技术因而更简便直接地定位记录探针位置，但其探针的定位与记录在实施穿刺之后，且每次穿刺都可能引起超声探头位置的变动进而影响TRUS成像，使每次记录可能存在相对位置的改变[15]。

另外，穿刺途径亦可分为经直肠穿刺和经会阴穿刺。经直肠穿刺目前应用普遍，具有操作方便、创伤较小等优势，其并发症包括直肠黏膜损伤出血、感染、菌血症、血尿及血精等。经会阴穿刺可以减少感染几率，其穿刺准确性与经直肠穿刺相当，但患者疼痛较明显，常需要深层镇静或椎管内麻醉[16]。

三、讨论及展望

MRI/TRUS融合引导前列腺靶向穿刺活检技术最早由Kaplan等[17]于2002年报道，近10年来该技术发展迅速。目前应用于临床的系统有UroNav、Artemis、Real-time Virtual Sonography、Urostation、BioJet、BiopSee及Virturl Navigator，其在硬件设备、图像配准方式、探针追踪方式、穿刺途径等方面不尽相同[6-7，14-15]。然而对于不同技术之间及各系统之间的比较仍鲜有报道，但影像融合对于PCa的诊断效能及其临床应用已取得初步认可。众多学者将该融合技术与标准前列腺穿刺(systematic biopsy, SB)进行对比研究以评价其诊断效能。Ukimura等[18]对127名影像学疑似PCa患者行SB穿刺活检发现，TB优于SB，其检出率分别为61%和41%(P=0.007)，每针检出率分别为56%和12%(P<0.000 1)。Siddiqui等[19]对1 003名疑似PCa患者进行穿刺对比，结果提示TB可以提高高危PCa检出率而降低低危PCa检出率。Brown等[6]对多篇文献进行综述后亦得出类似结论，并提出TB更有利于临床有意义PCa的检出，具有更高的检验效能并可减少穿刺针数。Shoji等[20]运用BioJet系统对20名PSA 4～20 ng/ml的患者进行对比研究，结果提示TB检出率高于SB，且穿刺操作时间短(<20 min)。Baco等[21]将靶向穿刺取得的样本与根治性前列腺切除术(radical prostatectomy, RP)取得的样本相比较发现，有90%的病例Gleason评分相一致。Muller等[22]的研究表明TB可有效地检出RP后原位复发肿瘤，这有利于PCa复发的早期诊断与及时干预。

目前PCa大体可以分为高危型即临床显著型PCa和低危型即临床非显著型PCa或惰性PCa。对于前者需要积极、适当的临床干预治疗，而对于后者推荐行有效的主动监测[23]。影像融合技术更有利于两者的鉴别从而指导实施更加优化的临床干预方案，以实现积极、适当的干预而避免过度诊疗的目的。

随着TRUS及MRI技术的发展，我们期望有更加准确、易行、微创，甚至无创的技术可以应用于PCa的诊断。欧洲泌尿生殖放射学会于2012年提出前列腺影像报告和数据系统(prostate imaging reporting and data system，PI-RADS)，旨在通过评分使前列腺影像报告标准化、规范化，减少模糊的影像描述和诊断结果[24]。Tewes等[25]研究表明，以PI-RADS评分≥4作为标准来诊断PCa时，其敏感性、特异性及阴性预测值分别为85%、82%和92%，影像融合与PI-RADS的结合运用可以提高PCa诊断的敏感性及特异性，使PCa的临床诊断更加高效、准确、可靠、微创。

影像融合技术成像清晰，定位准确，其引导的靶向穿刺检出率高，具有较高的敏感性及特异性，且可减少穿刺针数进而缩短穿刺时间、降低患者穿刺痛苦。该技术可用于PCa患者的初次穿刺诊断、高度怀疑PCa但之前穿刺病理阴性的患者的再次穿刺确诊、临床惰性PCa主动监测患者及PCa术后患者的复查随访[13，22]。然而对于影像融合技术的诊断效能及其是否能够代替TRUS引导的系统前列腺穿刺活检而作为诊断的主要标准仍需要多中心及大规模的数据研究。虽然影像融合技术尚未在国内广泛运用，但就目前国外的众多研究而言，该技术对于PCa诊断具有较高的应用价值及广阔的应用前景。

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(本文编辑：熊钰芬)

通信作者：曾晓勇，E-mail：miwai@163.com

doi:10.3870/j.issn.1674-4624.2016.02.016

(收稿日期：2015-09-02)