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: 9911196
• 负责人: James Nolan Ahad
• 金额: $ 5.05万
• 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/9911196
• 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 磁共振引导的前列腺腔内机架活检是一种最先进的技术， 其他前列腺活检方法，包括提高病变靶向准确性和减少副作用， 然而，由于各种原因，执行该程序是困难和耗时的。 用于引导针的高分辨率T2-T4加权图像具有长的采集时间， 此外，MR引导活检中的引导依赖于支持软件， 由于活检计划和引导图像之间的几何形状不同而导致的错误。手动视觉引导， 通常是为了补偿支持软件的错误，由于视觉速度慢， 反馈，导致重复引导图像扫描，从而延长手术时间。因此，一种新的方法， 在磁共振成像引导的前列腺活检中，接近成像和数据可视化是减少 程序的复杂性和持续时间，并改善患者对该诊断技术的可及性。 磁共振成像引导活检中的引导图像需要40- 60秒的采集时间。 西储大学（CWRU）MRI研究小组已经实现了快速成像， 收集了超过1000倍。快速MR方法的发展将建立在目前使用的快速旋转 回波成像方法学和集成的非常规传统数据采样技术的进步， 并行成像，能够在几秒钟内收集引导图像。快速采集引导图像 将提供优于当前技术的时间分辨率，具有足够的图像质量， 磁共振引导前列腺穿刺活检的靶点定位。 快速图像采集提高了磁共振前列腺成像中视觉反馈的时间分辨率 活检，手术复杂性源于计划和引导之间不同成像平面的成像 图像和靶病变在这些图像中对比度不足。非刚性图像配准将 不仅能够实现计划和引导图像之间的视觉融合，还能够实现更高质量的术前活检 诊断图像，为病变定位提供更好的组织对比度。增强现实全息 渲染将与图像配准结合实施，以可视化复杂的3D空间 不同图像数据集之间的关系。图像配准和全息的组合 可视化将在MR引导的前列腺活检期间提供更多信息丰富的空间信息， 放射科医生更好地利用他们训练有素的直觉，从而减少程序的复杂性和依赖 用于病变定位的支持软件。 总之，本文提出的快速MR成像和增强现实可视化技术将减少 手术时间和难度，从而有助于增加MR引导前列腺的采用率和患者可及性 活检