申艷光 葉慧義 王海屹△

1中國人民解放軍總醫(yī)院放射科 100853 北京

綜 述

多模態(tài)影像引導前列腺靶向穿刺技術的研究進展

申艷光1葉慧義1王海屹1△

1中國人民解放軍總醫(yī)院放射科 100853 北京

△審校者

前列腺癌在我國呈逐年上升趨勢，早期前列腺癌的篩查及診斷尤為重要。隨著醫(yī)學影像學診斷技術的進步，利用多模態(tài)成像技術引導前列腺靶向穿刺有了較大進步，提高了前列腺癌檢出率，降低了穿刺并發(fā)癥。本文就多模態(tài)影像技術引導下前列腺癌穿刺的現(xiàn)狀與進展進行綜述。

前列腺；腫瘤；多模態(tài)影像；靶向穿刺

前列腺癌是老年男性常見惡性腫瘤之一，2015年中國腫瘤登記年報顯示我國前列腺癌位列男性惡性腫瘤發(fā)病率第6位，近10年發(fā)病率上升趨勢明顯，且隨年齡增長而增長[1,2]。早期診斷對提高患者生存期有重要意義，早期前列腺癌治療首選根治術[3]。

早期前列腺癌篩查手段有前列腺特異性抗原、直腸指診，超聲成像、磁共振成像等多模態(tài)成像等，確診仍需前列腺穿刺活檢。經(jīng)直腸超聲成像(transrectal ultrasonography,TRUS)引導前列腺穿刺活檢是臨床常用的方法，初篩人群初次穿刺陽性率26%～40%，漏診率30%～50%，重復活檢率較高[4,5]。為改善TRUS的缺陷，近年引導前列腺穿刺的影像學技術有較大進展，本文綜述有關技術進展。

1 多模態(tài)影像成像概念

多模態(tài)影像成像指聯(lián)合多種影像成像技術、融合機體解剖成像和人體功能或代謝成像等不同模態(tài)圖像信息，多組信息互補及交叉驗證，提高診斷疾病的綜合成像模式[6]。解剖成像包括普通X線、CT、MRI、超聲成像(US)、數(shù)字減影血管造影術等。功能成像有功能磁共振成像、擴散張量成像、磁共振波譜分析、灌注成像、動態(tài)增強成像、單光及正電子發(fā)射計算機體層成像等。臨床上對同一患者常行多種模態(tài)或同一模態(tài)的多次成像。

2 多模態(tài)超聲成像引導前列腺穿刺的應用

隨著TRUS由單模態(tài)成像發(fā)展為多模態(tài)成像，如經(jīng)直腸前列腺三維成像、前列腺實時彈性成像及前列腺超聲造影等，有利于前列腺癌灶精確靶向穿刺及提高穿刺活檢陽性率。

2.1 經(jīng)直腸二維超聲成像引導前列腺穿刺

經(jīng)直腸二維超聲成像(two-dimensional transrectal ultrasonography,2D-TRUS)優(yōu)點是操作靈巧及實時動態(tài)掃查，是引導前列腺穿刺的常用方法。缺點是解剖結構分辨率低、癌灶檢出率低、穿刺陽性率低[7]，原因除與2D-US成像本身缺陷外，還與臨床醫(yī)生自己發(fā)揮空間想象力來確定靶點而產(chǎn)生偏差有關；也與系統(tǒng)穿刺部位(易于漏診前列腺前部、尖部及近尿道部腫瘤)、前列腺癌多灶性及多樣性有關。為提高穿刺檢出率，許多學者建議增加穿刺點數(shù)，但即使飽和穿刺在初次TRUS穿刺中仍有大部分前列腺癌被漏診。隨著超聲技術的發(fā)展，其常與超聲造影、三維成像等聯(lián)合應用。

2.2 經(jīng)直腸三維超聲成像引導前列腺穿刺的應用

經(jīng)直腸三維超聲成像(three-dimensional transrectal ultrasonography,3D-TRUS)通過旋轉超聲探頭同時獲取二維和三維成像信息，幫助定位系統(tǒng)識別解剖標志，提供三維實時穿刺路徑模型，精確定位引導靶向穿刺，記錄穿刺針位置，覆蓋足夠感興趣區(qū)，有利于明確靶點及重復活檢病例。Cool等[8]、Long 等[9]認為3D-TRUS活檢準確性、檢出率、可重復性均優(yōu)于2D-TRUS。

2.3 經(jīng)直腸超聲組織彈性成像引導前列腺穿刺

經(jīng)直腸超聲組織彈性成像(transrectal real-time tissue elastography,TRTE)指利用數(shù)字信號或圖像處理技術，將不同組織彈性用不同顏色編碼成像來顯示病灶。惡性腫瘤組織因細胞增殖快、細胞密度大，所以病灶較硬，具有部分壓縮彈性或無壓縮性的特點。Pallwein等[10]發(fā)現(xiàn)癌癥患者中TRTE引導前列腺靶向穿刺活檢的陽性率是系統(tǒng)活檢的2.9倍，并可減少一半的穿刺活檢針數(shù)。Brock等[11]認為TRTE引導前列腺靶向穿刺活檢陽性率較2D-TRUS高，但仍不能代替系統(tǒng)穿刺活檢。

2.4 經(jīng)直腸超聲造影成像引導前列腺穿刺

經(jīng)直腸超聲造影成像引導(contrast-enhanced transrectal ultrasonography,CE-TRUS)指利用低機械指數(shù)聲能接收微泡震蕩產(chǎn)生的非線性基波超聲信號成像。機理為增加了前列腺惡性結節(jié)微血管灌注，提高了惡性結節(jié)的可視化，診斷特異度較2D-TRUS明顯提高，利于引導靶向穿刺。Sano等[12]認為CE-TRUS引導靶向穿刺陽性率高于系統(tǒng)穿刺陽性率。Strazdina等[13]認為CE-TRUS 對Gleason 評分高的前列腺癌易檢出；對評分較低、浸潤范圍較廣的前列腺癌敏感性較低，有較大局限性；與690例患者研究結果相似[14]。

盡管超聲多模態(tài)成像提高了對前列腺癌的檢出率及引導靶向穿刺陽性率，但仍無法與MR成像相媲美。為此有學者提出通過圖像融合技術引導前列腺靶向穿刺，互補不足。

3 超聲成像與MR圖像融合引導前列腺靶向穿刺的應用

基于MRI的融合技術常見MRI/TRUS融合、認知融合[15]。

3.1 MRI/TRUS融合成像引導前列腺靶向穿刺進展

MRI/TRUS融合成像通過多模態(tài)醫(yī)學圖像配準和融合技術，結合MRI與TRUS各自優(yōu)勢，被認為是引導前列腺靶向穿刺技術發(fā)展的主要趨勢之一。融合圖像關鍵是兩種模態(tài)圖像的精確配準。

圖像融合基本模型：①形狀統(tǒng)計模型和生物力學模型的前列腺MRI-TRUS圖像非剛體配準方法。②自適應聚焦形變模型，經(jīng)典方法。③個性化統(tǒng)計形變模型[16]。以上方法解決了MRI-TRUS配準誤差以及個性化差異問題，但臨床醫(yī)生仍需大量時間分割MRI和US數(shù)據(jù)，常因分割結果不穩(wěn)定而影響配準效果。

圖像融合基本過程：①穿刺前，行MRI多模態(tài)成像及超聲檢查并分別重建三維圖像，依尿道、射精管等為定標點融合，或選取最大橫斷面經(jīng)過尿道的縱切面或前列腺尖部、基底部等切面融合。②操作者可在融合圖像上模擬穿刺計劃。③穿刺過程可實時在屏幕上顯示探頭位置，并記錄并在圖像上融合穿刺針軌跡[15]。Singh等[17]認為融合成像引導定位穿刺前列腺癌的敏感度和特異度明顯增加。Ukimura等[18]進行MRI/3D US融合引導下穿刺，準確率為89%。而Sonn等[19]研究105例前列腺穿刺陰性后PSA持續(xù)增高的患者行MRI/TRUS融合成像引導的靶向穿刺，穿刺陽性率為34%，陽性者中有臨床意義者明顯高于系統(tǒng)穿刺活檢。也有文獻報道認為融合成像引導靶向穿刺較系統(tǒng)活檢對前列腺臨床顯著癌檢出率增加22%[20]。

總之，融合圖像引導前列腺穿刺有一定優(yōu)勢，但存在融合過程費時費力、易有誤差等缺點。近來又有學者研究3D打印技術輔助認知融合引導前列腺穿刺[15]，所謂認知融合指醫(yī)師在前列腺穿刺前通過閱讀MRI影像選取可疑區(qū)域后在TRUS引導下穿刺。

3.2 3D打印技術輔助認知融合引導前列腺靶向穿刺

通過Mp-MRI定位診斷信息精確地對前列腺腫瘤進行空間3D建模、利用計算機模擬穿刺及利用3D打印技術行3D圖像重現(xiàn)輔助認知融合引導前列腺靶向穿刺。3D打印技術利用透明樹脂材料客觀顯示腫瘤位置、形狀、大小，并模擬穿刺及制訂個體化穿刺方案。較傳統(tǒng)認知融合提高了認知融合效率，避免嚴重依賴醫(yī)師經(jīng)驗，具有一定精確性和可重復性。缺點：①前列腺作為軟組織器官的數(shù)據(jù)的圖像處理較骨骼等高密度組織難度大；②精確的建模需在數(shù)據(jù)建模階段熟悉盆腔解剖結構及在影像科醫(yī)師的協(xié)助下才能較好完成；③前列腺癌具有多灶性，磁共振多模態(tài)成像尚不能發(fā)現(xiàn)體積較小的癌灶，因此3D打印技術也難以全部顯示。

因此，基于多模態(tài)的融合圖像引導的靶向穿刺仍是間接引導，尚不能完全取代系統(tǒng)穿刺，而精確靶向穿刺的發(fā)展依賴于更高敏感性和特異性的影像學的發(fā)展，對避免漏診高危前列腺癌具有重要意義。

4 MR成像引導前列腺靶向穿刺

4.1 多模態(tài)MR成像在前列腺癌診斷中的作用

多模態(tài)MR成像(multi-parametric magnetic resonance imaging,Mp-MRI)是目前公認前列腺癌診斷最好的影像檢查方法，可發(fā)現(xiàn)80%～90%體積大于0.5 ml的前列腺癌，從解剖和功能上很好定義病灶體積和相關功能特征[21]。2012 年歐洲泌尿與生殖放射協(xié)會推薦用 Mp-MRI，至少包括橫斷位高分辨率 T2WI 的解剖像和兩個功能像(DWI、動態(tài)增強成像)[22]。Mp-MRI 對于體積<0.5 ml、Gleason 評分≤6分的前列腺癌檢出率并不高，但隨著病灶體積增大、Gleason評分增高，檢出率明顯增高。Mp-MRI 對于體積>0.5 ml，尤其Gleason 評分>7分的前列腺癌有高度的準確性[23]。

MRI越來越多用于早期前列腺癌診斷、癌灶定位，為有效避免早期診斷中TRUS穿刺的假陰性問題，2013年美國泌尿外科學會年會指出“MRI是提升前列腺穿刺準確度的有力工具”；2014 年歐洲泌尿外科協(xié)會專業(yè)指南推薦，對經(jīng)超聲活檢陰性的患者重復活檢應采用直接Mp-MRI引導的靶向穿刺活檢[24]。

4.2 MR引導前列腺靶向穿刺技術的應用

Mp-MRI成像引導前列腺穿刺技術近年取得較大發(fā)展：①由開放式低場強MR到高場強引導靶向穿刺。2000年D'Amico等[25]首次用0.5 T MR經(jīng)前列腺T2WI圖像引導經(jīng)會陰穿刺前列腺取得成功，但圖像質(zhì)量差。隨著穿刺設備的發(fā)展，1.5 T及3.0 T MRI直接引導穿刺獲得應用，提高了影像質(zhì)量。Zangos等[26]首次研究利用1.5 T MRI及穿刺輔助系統(tǒng)在尸體上行前列腺穿刺取得成功。2014年Zamecnik等[27]在3.0 T MR引導靶向穿刺活檢11例，64%患者穿刺活檢前列腺癌陽性。265例TRUS穿刺陰性后PSA持續(xù)升高且Mp-MRI發(fā)現(xiàn)可疑癌灶者，3.0 T MRI引導靶向穿刺陽性率為41%，87%的有臨床意義[28]。②應用快速成像引導序列，縮短了靶向穿刺時間。Zamecnik等[27]利用實時純相位交叉相關算法序列(phase-only cross correlation)自動跟蹤導引經(jīng)直腸前列腺穿刺活檢，該序列每秒成像一層的時間分辨率，接近實時成像，與超聲實時成像相似，提高了穿刺效率。③由人工手動調(diào)整穿刺針到機器輔助自動穿刺。應用與MR匹配的機器輔助自動穿刺設備，克服了操作空間的局限性，利于穿刺針準確放置、定位。Tilak等[29]認為使用自動穿刺模板較手動穿刺模板準確率高，穿刺活檢樣本時間短及前列腺癌陽性率高。④患者穿刺并發(fā)癥減少。Egbers等[30]認為患者疼痛感、忍受程度、出血量在經(jīng)MR引導的穿刺活檢前列腺較超聲好，受到廣大患者的首選。⑤前列腺癌穿刺活檢陽性率提高。多個研究表明MR引導的前列腺靶向穿刺陽性率達51%～59%[31,32]，而Moore等[33]在TRUS陰性者經(jīng)MR引導前列腺靶向穿刺，陽性率可達70%。⑥前列腺介入治療應用。早期前列腺癌可局部放射治療，Mp-MRI成像較超聲更好的引導及顯示前列腺癌放射治療粒子植入情況[34]。

4.3 MR引導前列腺靶向穿刺的局限性

①靶向穿刺僅適用于Mp-MRI檢查有明確可疑前列腺癌灶者，極少數(shù)影像學表現(xiàn)不典型及MR掃描禁忌的患者不適用于此。②穿刺用一次性耗材費用相對較高。③MR引導靶向穿刺仍是非實時顯像、術中仍需反復掃描定位。④較小病灶活檢可因穿刺針的偽影而掩蓋。⑤穿刺針較傳統(tǒng)鋼針柔軟，每次穿刺樣本量較傳統(tǒng)少，需同軸套管多次穿刺取樣本組織[35,36]。

5 小結

總之，前列腺Mp-MRI成像是目前診斷前列腺疾病最好的手段，由于超聲方便及廉價，TRUS引導前列腺系統(tǒng)穿刺仍是主要手段。相信在未來，MRI直接引導下前列腺靶向穿刺越來越成為主要手段，并在穿刺輔助系統(tǒng)幫助下能縮短手術操作時間、提高穿刺活檢精確性及陽性率。

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Progress of multimodality image-guided prostate targeted biopsy

ShenYanguang1YeHuiyi1WangHaiyi1

(1Department of Pathology,Chinese PLA General Hospital,Beijing 100853,China)

Ye Huiyi,13701100368@163.com

Prostate cancer is increasing year by year in our country.Diagnosis of early prostate cancer is important.With the development of medical imaging technology,multimodality image-guided biopsy has improved the detection rate of prostate cancer,and reduced the complications.This review focused on the present status of and advances in multimodality imaging technology-guided biopsy for prostate cancer.

prostate; tumor; multimodality image; targeted biopsy

軍隊干部保健專項科研課題(14BJZ02)

葉慧義，13701100368@163.com

2016-12-03

R737

A

10.19558/j.cnki.10-1020/r.2017.03.015