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.

摘要： MR引导下的前列腺活检技术是一种最先进的技术，与传统技术相比，它具有相当大的优势。 其他的前列腺癌活检方法，包括增加病变，靶向准确性，以及减少副作用。 更短的恢复时间。然而，由于工作人员种类繁多，执行常规程序任务非常困难，而且非常耗时。 因素。高分辨率的T2加权图像被用来指导针头的使用，已经花费了很长时间的采集时间，从而导致了成本的下降。 针头调整缓慢。此外，在MR引导下的肺活检中，指导工作依赖于软件的支持，而这些软件很容易发生故障。 为了消除由于活检、规划和图像引导之间的几何关系不同而导致的错误。本手册用于视觉引导。 在软件的支持下，为了弥补错误而经常这样做，但由于视觉效果的发展速度很慢，因此可能会出现不准确的情况。 反馈，导致人们不得不重复图像扫描的指导，从而延长了程序数倍。因此，需要一种全新的方法来解决问题。 在MR引导下的前列腺活检手术中，对数据进行成像和可视化处理的方法是进一步减少的必要步骤。 程序、复杂性和持续时间，并将改善患者的可及性，以支持这一新的诊断技术。 在MR引导下的活体组织检查中，需要大约40-60秒的时间才能获得图像的完整指导。在此情况下取得了进展。 美国西部储备大学(CWRU)的核磁共振成像研究小组已经实现了一种快速的成像技术，它可以进一步加快成像速度。 收藏量增加了一百多倍。FAST先生的方法开发团队将在目前使用的基础上进行快速旋转。 Echo是一种成像和方法学，它整合了非传统医学数据、采样和技术方面的进步。 并行成像技术使我们能够在短短几秒钟内收集到更多制导图像，并迅速获得更多制导图像。 它将为当前的成像技术提供优越的时间分辨率和足够的图像质量，以实现更准确的成像。 在MR引导下的前列腺活检中，靶向所有的病变。 虽然快速的图像采集技术提高了MR引导的前列腺手术中视觉反馈的时间分辨率。 活组织检查、程序和复杂性是由于在不同的成像平面上进行成像而产生的，而不是在规划和指导之间。 对于那些在这些图像中没有足够对比度的病变进行图像采集和定位，将采用非刚性的图像配准方法。 不仅在计划检查和图像指导之间实现可视信息融合，而且还可以在活检前提供更高的质量。 诊断图像，可以为病变靶向提供更好的组织对比效果。它增强了真实感和全息成像。 渲染技术将与图像和配准技术一起实施，以更好地可视化整个复杂的3D和空间技术。 不同图像和数据集之间的关系。是图像配准和全息图像的最佳组合。 可视化技术将在MR引导的前列腺活检过程中为患者提供更多信息量更大的空间信息，从而使患者能够获得更多的信息。 放射科医生希望更好地利用他们训练有素的直觉知识和技能，从而降低手术程序的复杂性和对医生的依赖。 支持用于病变定位的软件组件。 总之，本文提出的快速成像技术和增强现实技术以及可视化技术将不会减少。 程序、时间和难度，从而帮助提高采用率和患者的可及性，从而提高MR引导的前列腺手术的可及性。 活组织检查。