Development of Real-time MR imaging and Visualization System to Improve MR-guided Prostate Biopsy

开发实时 MR 成像和可视化系统以改进 MR 引导的前列腺活检

• 批准号: 10308009
• 负责人: James Nolan Ahad
• 金额: $ 5.18万
• 依托单位: CASE WESTERN RESERVE UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2020-01-01 至 2022-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10308009
• 关键词: 3-Dimensional; Address; Adoption; Anxiety; Appearance; Augmented Reality; Biopsy; Characteristics; Clinical; Collection; Complex; Computer Simulation; Computer software; Consumption; Coupled; Data; Data Set; Detection; Development; Diagnosis; Diagnostic; Diagnostic Imaging; Diagnostic Procedure; Disease; Ensure; Failure; Fatigue; Geometry; Goals; Histologic; Image; Imaging Phantoms; Imaging Techniques; Imaging technology; Intervention; Intuition; Lead; Lesion; Magnetic Resonance; Magnetic Resonance Imaging; Malignant Neoplasms; Malignant neoplasm of prostate; Manuals; Methodology; Methods; Motion; Needle biopsy procedure; Needles; Pathway interactions; Patients; Pilot Projects; Positioning Attribute; Procedures; Process; Prostate; Recovery; Research; Resolution; Risk; Sampling; Sampling Errors; Scanning; Speed; System; T2 weighted imaging; Techniques; Three-Dimensional Image; Time; Tissues; Training; Transrectal Ultrasound; Universities; Visual; Visualization; Work; base; cancer diagnosis; clinical diagnosis; clinically significant; contrast imaging; data visualization; head mounted display; hologram; holographic visualization; image guided; image reconstruction; image registration; image visualization; imaging approach; imaging modality; improved; in vivo evaluation; innovation; method development; novel; overtreatment; patient population; prevent; prostate biopsy; prostate lesions; radiologist; real-time images; reconstruction; side effect; spatial relationship; temporal measurement; three dimensional structure; tool; visual feedback

Abstract  MR-­guided in-­gantry prostate biopsy is a state-­of-­the-­art technique that has considerable advantages over  other prostate biopsy methods, including increased lesion targeting accuracy and fewer side effects with  shorter recovery times. However, performing the procedure is difficult and time-­consuming due to a variety of  factors. High-­resolution T2-­weighted images used to guide the needle have long acquisition times resulting in  slow needle adjustments. Furthermore, guidance in MR-­guided biopsy relies on support software that is prone  to error due to different geometry between biopsy planning and guidance images. Manual visual guidance,  often done to compensate for errors with support software, can be inaccurate due to slow pace of visual  feedback, leading to repeat guidance image scans and thus longer procedure times. Hence, a new way to  approach imaging and visualization of data in MR-­guided prostate biopsy is a necessary step to reduce  procedure complexity and duration and improve patient accessibility to this diagnostic technique.   A guidance image in MR-­guided biopsy requires 40-­60 seconds to acquire. Progress made in Case  Western Reserve University (CWRU) MRI research group has enabled fast imaging that can accelerate image  collection by more than a hundred-­fold. Fast MR method development will build upon currently utilized fast spin  echo imaging methodology and integrate advancements in non-­traditional data sampling techniques and  parallel imaging to enable collection of guidance images in a few seconds. Rapidly acquired guidance images  will provide superior temporal resolution to current technique with sufficient image quality to enable accurate  targeting of lesions in MR-­guided prostate biopsy.   While fast image acquisition improves the temporal resolution of visual feedback in MR-­guided prostate  biopsy, procedure complexity arises from imaging in different imaging planes between planning and guidance  images and targeting lesions that have insufficient contrast in these images. Non-­rigid image registration will  enable visual fusion between not only planning and guidance images, but also higher quality pre-­biopsy  diagnostic images which provide better tissue contrast for lesion targeting. Augmented reality holographic  rendering will be implemented in conjunction with image registration to visualize the complex 3D spatial  relationships between the different image datasets. The combination of image registration and holographic  visualization will provide more informative spatial information during MR-­guided prostate biopsy, allowing  radiologists to better utilize their trained intuition and thus reducing procedure complexity and reliance on  support software for lesion targeting.   Together, fast MR imaging and augmented reality visualization techniques proposed herein will reduce  procedure time and difficulty, thereby helping increase adoption and patient accessibility to MR-­guided prostate  biopsy.

抽象的 MR引导的内部前列腺活检是一种最先进的技术，它考虑了优势 其他前列腺活检方法，包括靶向精度的提高，副作用较少 恢复时间较短。但是，由于各种各样的 因素。用于指导针头的高分辨率T2加权图像具有很长的收集时间导致 慢针调整。此外，MR引导活检的指导依赖于容易发生的支持软件 由于活检计划和指导图像之间的不同几何形状而导致错误。手动视觉指导， 经常为通过支持软件弥补错误而进行的操作，由于视觉空间缓慢，可能不准确 反馈，导致重复指导图像扫描，从而更长的程序时间。因此，一种新的方式 MR引导前列腺活检中数据的方法成像和可视化是减少的必要步骤 程序复杂性和持续时间以及改善此诊断技术的患者可访问性。 MR引导活检中的指导图像需要40-60秒才能获得。以防万一 西部储备大学（CWRU）MRI研究小组启用了可以加速图像的快速成像 收集超过一百倍。快速MR方法开发将建立在当前使用的快速旋转的基础上 回声成像方法和非传统数据采样技术中的综合进步和 并行成像以在几秒钟内启用指导图像的收集。快速获得的指导图像 将提供足够图像质量的当前技术的较高临时分辨率，以实现准确 MR引导前列腺活检中病变的靶向。 快速图像采集改善了MR引导前列腺中视觉反馈的暂时分辨率 活检，程序复杂性来自计划和指导之间的不同成像计划中的成像 图像和针对这些图像对比度不足的课程。非刚性图像注册将 启用不仅计划和指导图像之间的视觉融合，还可以在高质量的前生物前融合 诊断图像为病变靶向提供更好的组织对比度。增强现实全息图 渲染将与图像注册结合实现，以可视化复杂的3D空间 不同图像数据集之间的关系。图像注册和全息图的组合 可视化将在MR引导前列腺活检期间提供更多信息空间信息，从而 放射科医生更好地使用训练有素的直觉，从而降低了程序的复杂性和浮雕 用于病变靶向的支持软件。 同时提出的快速MR成像和增强现实可视化技术将减少 程序时间和困难，从而有助于提高采用和患者对MR引导前列腺的可及性 活检。