影像学与泌尿系统疾病诊断、治疗和监测的整合不断发展。对实现这些新技术的原理的基本理解无疑将增强对其潜在应用的认识。

　　影像学是泌尿系统疾病调查中不可或缺的组成部分。硬件和软件工具的持续进步带来了新颖的图像模式和创新的诊断和干预方法。了解成像技术的基本原理对于泌尿科医生在常规临床实践中使用它们至关重要。本章的目的是回顾有关成像技术及其在泌尿外科干预中的应用的当前状态，特别关注诊断和治疗实施中的配准、图像融合和跟踪。

　　长期以来，影像学在泌尿系统疾病的管理中发挥着至关重要的作用，提供了体检无法获得的信息。最初是一种纯粹的诊断方式，通过单独和孤立的方式（X 射线、超声、CT、MRI）获得个人解释，它已经发展到包括应用于孤立和组合成像方式的计算机辅助检测和诊断的调查 [ 1 , 2 , 3 ]。技术的进步和成像技术的改进已经发展到包含治疗作用。

　　1895 年，Wilhelm Roentgen 证明 X 射线图像（射线照片）可以描绘的内部结构 [ 4 ]。射线照相的医疗用途迅速进行，在 2 周内，医生使用了患者手部的成像技术，并能够移除嵌入的针头，从而执行了历史上第一个图像引导程序 [ 4 , 5 ]。无论是识别异物还是肿瘤，图像引导手术 (IGS) 都具有独特的能力，可以通过创伤最小的路径将外科医生引导到身体内的特定位置，无需直接可视化 [ 4 ]。1906 年，Horsley 和 Clarke 开发了笛卡尔坐标系，为立体定向程序奠定了基础，这是 IGS [6、7] 的下一个重要 进展 。首先在神经外科中使用，每个立体定向程序都需要构建一个参考框架。这些固定在颅骨上的各种三维 (3D) 框架充当外部坐标系，使外科医生能够接近内部结构。内部结构被映射并且它们的坐标由具有空间参考框架的头骨的 X 射线图像分配。缺乏实时仪器跟踪机制，需要在操作过程中固定和精确的参考框架 [ 4]。X 射线成像的一个具体限制是缺乏 3D 信息，导致深度估计纯属猜测。断层扫描研究的出现，以及它们提供 3D 信息的能力，促进了空间信息用于认知指导 [ 8 ]。使用超声、计算机断层扫描 (CT) 或 MR 开发的实时跟踪功能能够可视化物理空间内仪器或解剖结构的位置 [ 8 ]。这种空间的平行配准（物理与图像）对于放置用于活检或治疗的仪器至关重要。与基于帧的立体定向系统不同，仪器或解剖结构在物理空间中的位置可以在图像空间中实时定位。 8 ]。物理空间与图像空间配准的有效性迅速提高，特别是在具有刚性标志的领域，例如神经外科和骨科。没有刚性结构的腹部和盆腔器官的图像引导的使用需要更长的时间来开发。尽管已经开发了各种进入前列腺的技术，例如经会阴和经直肠方法，但前列腺的位置可能会因姿势、呼吸和/或膀胱充盈而显着改变 [ 8 ]。实时成像的必要性至关重要。经直肠超声是在 1950 年代引入的。在其初期，它在接下来的 30 年中很少使用，但最终发现通过引入弹簧加载的活检针和导针器可用于诊断前列腺癌患者。经直肠超声 (TRUS) 引导的前列腺活检使泌尿科医生有机会将 TRUS 纳入日常实践 [ 9 ]。TRUS 引导的前列腺活检与以前使用的数字引导的经直肠或经会阴活检相比有显着改善 。

　　超声引导的前列腺活检是最早的泌尿外科图像引导手术之一，并且作为最常用的手术之一至今仍然存在。结合先进的成像技术，例如磁共振和超声 (MR/US) 融合技术，可以精确定位，提高诊断准确性和效率。MR/US 融合方法允许将仅在 MRI 上看到的可疑病变映射到实时 TRUS 图像上，从而允许进行有针对性的活检并跟踪针头（图 4.1 ）[ 13 ]。添加新的成像技术，例如用于融合活检的前列腺特异性膜抗原 (PSMA)-PET 是推进影像引导活检的潜在下一步 [ 13 , 14 ]。与良性前列腺细胞膜相比，使用 PSMA 作为可疑病变的标记依赖于这种抗原在癌性细胞膜上的表达增加 [ 15 , 16 ]。Ga 68-PSMA PET 扫描有助于提供者检测治疗后的转移性疾病或复发，并且正在探索其用于增强活检目标的用途 [ 16 , 17 ]。将这些技术添加到标准 TRUS 活检中是一个积极研究的领域，旨在优化在一次活检中收集的信息 。

　　(a) T2 加权成像，(b) 扩散加权成像的 ADC 图，(c) 动态对比增强 MRI 显示早期和强烈的钆增强，和 (d) 光谱成像描绘右侧中基周边区病变（箭头）。（改编自 George 等人 [ 13 ] 并获得 CC-BY 3.0 许可）

　　在整个现代时代，成像技术和程序的创新有助于患者的诊断和治疗。以下是对现有技术的讨论，涉及成像技术及其在泌尿外科干预中的应用，特别关注配准、图像融合和跟踪，包括诊断和治疗实施。

　　超声（美国）在泌尿外科实践中无处不在。US 图像的生成依赖于超声换能器通过换能器中包含的压电晶体的振动将电能转换为高频声波的能力。这些声波穿过身体，根据遇到的结构密度的变化从组织边界反射。反射波被发送回换能器，换能器将信号转换回电能以形成图像。超声的优点包括其无创性、无有害辐射暴露、提供实时成像的能力、低成本、广泛可用性和相对易用性。然而，超声受限于操作员技能的可变性、评估深至低密度区域（即气体）的结构的能力低、

　　计算机断层扫描 (CT)是 1970 年代首次开发的一种成像方式，是传统 X 射线的扩展。通过通过身体 360 度旋转的 X 射线获取图像，它可以创建连续切片，提供高分辨率的横截面解剖图像。然后这些切片可以通过允许构建三维图像的软件堆叠在一起。由于其快速获得出色解剖信息的能力，它是许多临床病症的诊断和随访的基础。CT 还能够显示手术器械相对于组织结构的位置，例如，它可以指导提供者以更高的准确性进行经皮介入治疗 [ 25 ]。CT 的优点包括快速图像采集、宽视野、高分辨率以检测细微差异以及相对操作者独立性。缺点包括暴露于有害的电离辐射和造影剂。

　　正电子发射断层扫描 (PET)是一种核医学技术，能够辨别对放射性示踪剂有不同摄取的组织的位置和解剖结构。示踪剂由与载体分子偶联的放射性同位素制成，该载体分子可根据目标组织的特性而改变。载体分子被体内正在研究的特定组织吸收或结合，这允许放射性同位素的优先定位。放射性同位素在这个位置发射正电子，这些正电子与局部电子的相互作用会发射光子，这些光子可以被 PET 扫描仪检测到。该信息用于创建 3D 图像，将研究中的功能过程定位到身体内的特定解剖位置。一种常用的载体分子是氟脱氧葡萄糖（FDG），一种葡萄糖类似物，它被转运到细胞中，类似于葡萄糖的运动，但 FDG 不能进入糖酵解。通过放射性标记 FDG，PET 扫描能够定位葡萄糖摄取增加的区域，这些区域反映了代谢活动增加的组织，包括那些含有活跃的癌细胞的组织。许多其他试剂已证明作为前列腺组织特异性载体分子用于检测转移性和复发性前列腺癌的功效。具体而言，氟环素、胆碱、氟化钠和多种 PSMA 载体剂使提供者能够在 PSA 水平低于常规成像检测到的生化复发的情况下定位前列腺组织。PET 扫描能够定位葡萄糖摄取增加的区域，这些区域反映了代谢活动增加的组织，包括那些含有活跃的癌细胞的组织。许多其他试剂已证明作为前列腺组织特异性载体分子用于检测转移性和复发性前列腺癌的功效。具体而言，氟环素、胆碱、氟化钠和多种 PSMA 载体剂使提供者能够在 PSA 水平低于常规成像检测到的生化复发的情况下定位前列腺组织。PET 扫描能够定位葡萄糖摄取增加的区域，这些区域反映了代谢活动增加的组织，包括那些含有活跃的癌细胞的组织。许多其他试剂已证明作为前列腺组织特异性载体分子用于检测转移性和复发性前列腺癌的功效。具体而言，氟环素、胆碱、氟化钠和多种 PSMA 载体剂使提供者能够在 PSA 水平低于常规成像检测到的生化复发的情况下定位前列腺组织。许多其他试剂已证明作为前列腺组织特异性载体分子用于检测转移性和复发性前列腺癌的功效。具体而言，氟环素、胆碱、氟化钠和多种 PSMA 载体剂使提供者能够在 PSA 水平低于常规成像检测到的生化复发的情况下定位前列腺组织。许多其他试剂已证明作为前列腺组织特异性载体分子用于检测转移性和复发性前列腺癌的功效。具体而言，氟环素、胆碱、氟化钠和多种 PSMA 载体剂使提供者能够在 PSA 水平低于常规成像检测到的生化复发的情况下定位前列腺组织。 26 ]。这些分子利用增加的氨基酸摄取（氟西洛文）、改变的底物代谢（胆碱）、转移部位的骨生理变化（氟化钠）以及前列腺癌细胞增加的跨膜蛋白表达（PSMA）来识别局部和转移性疾病 [ 27 ]。

　　荧光透视是一种“实时”成像方法，可在短时间内获得组织目标的连续低强度 X 射线。这允许观察者跟踪组织运动、对治疗的反应，并提供身体结构的准确定位，即使在呼吸等细微运动期间也是如此。它可用于诊断和影像引导治疗 [ 28 ]。血管内造影剂的使用利用连续成像来绘制血管解剖图、血液外渗区域以及对治疗的反应。这一独特的方面允许观察者勾勒出感兴趣组织的血管供应情况，从而促进靶向药物输送和血管栓塞。

　　磁共振成像 (MRI)使用强磁场对组织内的质子进行极化。在将质子与磁场极化并对齐后，定向射频脉冲通过组织发送，与之前的方向相比，这改变了这些质子的对齐方式。当这种瞬态脉冲停止时，质子能够再次与磁场对齐，从而释放电磁能。根据不同的质子密度和组织内的局部化学环境，该过程发出的波的强度不同。这些信号根据扫描仪中使用的磁场进行检测和定位，它们的组合输出允许构建 3D 图像。通过使用解剖和功能 MRI 数据，可以评估各种组织系统以产生高质量的诊断信息。MRI 的优点包括软组织的出色可视化和不暴露于有害的电离辐射。相对较慢的图像采集及其在某些医源性植入物中的禁忌症限制了其临床应用。包括扩散加权成像和动态对比度增强在内的功能序列的添加彻底改变了其在包括前列腺癌在内的多种恶性肿瘤的诊断中的作用。 13 ]。

　　典型的射线照相成像、X 射线、US 或透视，在原始平面中被视为二维 (2D) 图像。更先进的成像、CT、PET 和 MRI 是计算机处理的，允许在多个平面上进行渲染。多平面重建 (MPR) 技术允许利用从平面图像堆栈中获取的像素数据，在冠状、矢状或斜平面中从原始平面（主要是轴向）重新格式化新图像。MPR 通过提供整个体积内的结构透视图来帮助实现解剖结构的可视化，而这些透视图在基础图像中可能并不明显。然而，MPR 的质量取决于基础图像的采集和质量。随后描述了用于 3D 可视化和分析成像数据集的各种方法。

　　表面渲染或阴影表面显示 (SSD) 假设结构或器官可以基于从图像（体积数据集）估计的表面来显示 [ 29 ]。表面最初是通过分割来确定的，分割是通过阈值化来完成的，或者将数据集中的每个体素强度分配在预定的衰减范围内。指定对应于特定组织类型（即骨、软组织等）的衰减范围，如果体素的衰减落入该范围内，则将该体素指定为属于该组织类型。然后从对应于不同组织类型的体素之间的边界导出表面轮廓。这些轮廓被建模为重叠的多边形，以表示 3D 对象。SSD允许快速图像渲染；然而，仅使用了数据集的一小部分，并且在离散界面或边界不明显的情况下，它的效用可能有限[ 30 ]。

　　最大强度投影 (MIP) 渲染沿整个数据集的连续线D空间中网格上的值的最大值体素或体积像素被选择并用作显示值。基于这些显示的体素，渲染 3D 图像。MIP 最常用于血管造影图像的显示和分析，并且仅从整个体积数据集的一小部分中提取用于渲染。它的缺点包括缺乏评估空间关系的深度提示，以及由于仅显示具有最高强度值的体素而增加的背景“噪音”。

　　体绘制是另一种使用串行 2D 图像可视化 3D 图像的技术。该技术利用来自对象或组织的整个体积的信息，而不是像在表面渲染中所做的那样仅使用表面边界。位于两种组织类型之间的界面处的体素将包含对应于两种类型的衰减。在传统的阈值化方法中，这会导致对该边界的错误表征，因为每个体素以二进制方式仅分配一个组织身份。体绘制允许更连续的组织分类方法，并且不需要每个体素都适合离散的组织标识。相反，衰减值落在不同组织类型的特定范围之间（即，骨骼和肌肉的范围之间）可以在体素中表示为每个相应组织的加权百分比。一旦为每个体素分配了这些百分比，就可以基于分配给每个组织类型的颜色和不透明度来确定每个体素的颜色和不透明度。因此，单个体素能够准确地展示组织类型之间的转换，它们的颜色和不透明度代表多种组织贡献。一旦确定了每个体素的颜色和不透明度配置文件，软件就可以形成 3D 可视化。模拟光线穿过体素，并通过先前分配给每个体素的颜色和不透明度进行修改。这些修改后的光线D 图像，该图像是数据集中所有体素的结果。这个过程需要相当大的计算能力，因为数据集中的每个体素都有助于生成图像。然而，它的优势在于能够表征 3D 对象内的整个体积，以及能够以精细的细节区分组织边界 [ 32、33 ] 。_

　　医学图像配准的目标是从获取的图像数据集中找到最佳对齐感兴趣的解剖结构的理想转换。使用转换模型在图像数据集中的特征之间建立对应关系，以便这些图像之间的坐标映射对应于相同的解剖点。注册允许临床医生整合来自不同成像方式或时间点的信息。术语“融合”是指注册后创建所涉及数据的集成显示的步骤。但是，它通常用于指代注册数据集的共注册和共显示的整个过程。图像配准的应用多种多样，包括手术引导、放射计划、计算机辅助诊断、。

　　图像配准最初是由医生使用“认知配准”完成的，指的是对成像数据的基本解释，并将其应用于基于认知估计的物理空间。该领域的快速技术进步和研究利用增加的计算能力来采用复杂的算法来提供更准确的配准系统。图像配准是通过合并来自一种成像模态的信息，然后将其应用于互补模态和/或物理空间以关联来自不同类型图像的对比信息来完成的。例如，当可疑病变仅在多参数 MR 成像中可见时， 13 ]。

　　当前的图像配准技术结合了基于软件的算法和手动校正来确定 3D 空间内的空间对应关系。有许多算法可用于配准，共同点是能够最大化转换后的“浮动图像”和固定的“参考图像”之间的相似性度量 [ 38 ]。内在配准模式仅依赖于患者衍生的成像数据，包括基于强度和基于几何变换的模型。

　　几何变换需要分割，包括基于地标的配准和基于表面的配准技术。几何变换有两种形式，一种是刚性算法，一种是非刚性或可变形算法。刚体配准是基于这样的概念，即一幅图像只需要平移和/或旋转即可实现与相似图像的合理对应，而无需改变大小或形状。非刚性或弹性配准是这两种转换中较为复杂的一种，其中一张图像弹性变形以适应第二张图像，并用于描述形状、器官移位或患者运动的变化。弹性配准采用基于界标的方法，其中相应的界标（点、线、曲面、体积）被强制（扭曲）以完全匹配另一个，

　　基于地标的配准将对应的点地标识别为基准标记，出现在要对齐的两个图像中 [ 39 ]。这些基准标记可以是保持不变的可识别解剖标志，例如骨点、囊肿或钙化，以及血管的分叉。或者，可以使用特定的几何特征，例如表面曲率。点标志可以是附着在患者皮肤上的针或标记，或拧入解剖结构不明确的骨骼中。每种使用每种类型都有优点和缺点。在这种情况下，重要的是要确保准确计算每个基准标记的坐标，并且在每个模态中计算的坐标对应于物理空间中的同一点，以最小化基准配准误差 (FRE) [ 40 ]。

　　至少，需要 3D 空间中的三个非共线点来确定两组图像之间的转换，尽管直观地说，额外的基准可以最大限度地减少配准误差 [ 41 ]。确定每组对应坐标之间的“质心”点，然后旋转以减小它们之间的平方位移之和。为了客观地衡量配准的有效性和准确性，报告了 FRE 和目标配准误差 (TRE)。FRE 是注册的 3D 数据集中选定标记之间的距离。FRE 不一定代表或保证配准或融合的准确性，但准确的配准需要低 FRE（图 4.2 ）[ 38 ]。准确度反映了注册图像内兴趣点的重合程度。图像内的兴趣点与其实际位置之间的差异被描述为 TRE [ 33 ]。据报道，3D 多模态配准（CT/MRI、PET/MRI）的准确度在 1到3毫米之间[ 。基于地标的配准通常需要用户选择每个图像中的点进行匹配，这可能很耗时并且需要临床专业知识。然而，地标代表原始数据的一小部分，因此可以在需要有限计算能力的情况下快速执行优化。

　　配准误差的计算。基准配准误差 (FRE ) 由配准完成后参考数据集（阴影圆圈）和浮动数据集（非阴影圆圈）中相应基准点之间的距离确定。目标配准误差（TRE）由配准完成后两个数据集（正方形）中相应解剖感兴趣区域之间的距离确定。（经爱思唯尔许可，改编自 Hutton 和 Braun [38 ]）

　　基于表面的配准涉及提取图像集之间的共同特征，最常见的是表面和曲线。描绘表面后，将计算旨在最小化两个表面之间的距离的变换。最早的算法或“头戴帽子”算法是执行配准的一种简化方式 [ 46 , 47 ]。在浮动图像集（“帽子”）中选择的表面被配准到参考图像集中（“头部”）中相应的最近边缘，因此“帽子”以最适合“头部”的方式移动/操作。”这种方法高度依赖于必须精确对应的表面分割，因此需要高分辨率成像才能获得最大成功。

　　为了克服这些限制，提出了迭代最近点算法[ 48 ]。在迭代最近点算法中，使用几何图元来渲染一幅图像的表面，这些几何图元可以是小平面或三角形集、线段集或参数曲线和曲面。然后将这些图元与相应的图像匹配，使用建模方程通过迭代搜索最近的点来最小化该方程的视差测量。

　　基于体素强度的配准基于成像灰度值对齐从不同成像模式获取的图像，利用关于相似结构的互补信息，而无需预先减少分割结果 [ 49 ]。由于使用了完整的数据集，因此需要很高的计算能力。基于强度的配准的范例包括（提取特征的）互相关、主轴以及强度方差或直方图熵的最小化。由于不同模态之间的强度比通常相关性较差，因此人们对最小化不同图像的直方图熵越来越感兴趣。熵本质上是被配准的图像之间差异的概率。二维联合强度直方图的使用在图像及其强度之间点对点相关。直方图的每个轴代表成像模式中可能的灰度值，当图像完全对齐时，直方图高度聚焦。对齐的误差或差异越大， 50 ]（图 4.3 ）。

　　联合强度直方图。基于体素强度的配准的准确性可以通过计算正被配准的图像之间的联合熵来直观地表示。当模态相似并且图像完全对齐时，直方图高度集中。更大程度的失准导致直方图中“模糊”的更大分散。（改编自 Hill 等人 [ 50 ] 经作者和 SPIE 出版物许可）

　　跟踪是指将图像、患者和仪器坐标转换为通用参考系统，以识别其在 3D 空间中的精确位置。跟踪或手术导航的临床应用超越了医学专业，并已被用于经皮穿刺手术（活检、导管引流和消融）、血管内介入、微创手术，甚至内窥镜手术，如支气管镜活检指导。位于外周的病变 。

　　光学跟踪系统是第一个广泛用于临床应用的系统，通过激光或红外发光二极管工作，并通过红外摄像机捕获的光反射进行跟踪。或者，放置在手术器械本身上的二极管可以将信号传输回电荷耦合设备相机。这些系统代表了跟踪仪器的最准确方法，据报道其空间误差小于 1-3 毫米 [ 54 , 55 ]。使用光学跟踪系统的一个主要限制因素是要求在光学标记和跟踪相机之间保持“视线”（或畅通无阻的路径）[ 56 ]。因此，如果仪器尖端位于直接场之外，则无法看到它，但光学跟踪刚性仪器的背面允许通过推断尖端的位置来进行补偿。然而，视线要求排除了对仪器内部部分的跟踪，或者它们是否是柔性或可变形的 [ 57 ]。

　　机械定位器是最早用于鼻内和神经外科治疗的迭代器 [ 58 , 59 , 60 , 61 ]。它们由具有多个自由度的硬件组成，每个关节处都有编码器，整个设备完全由操作员控制。精确的位置和方向是根据从每个编码器派生的几何模型的反馈来计算的。这些系统虽然表现出很高的准确度，但只能跟踪一个物体，并且对于在小的手术领域中使用来说可能是大而笨重的。该系统的一个好处是操作员可以将仪器引导到物理空间内的所需位置，固定在确定的位置并记录其位置 [ 62 ]。

　　电磁 (EM) 跟踪系统的引入是针对现有方法 [ 63 ]的局限性提出的解决方案。电磁跟踪系统基于定位传感器的能力，传感器在微弱的脉冲电磁场中发射微弱的电流。一个电磁场发生器被放置在感兴趣的区域上，产生一个具有定义体积的微弱和微分电磁场。检测传感器线圈从附着在仪器上或仪器内部的皮肤基准发出的电流；并且基于其在 EM 场中的位置的信号强度被三角测量以定义其在空间中的点 [ 64 ]。线 DOF（自由度）。单个 5 DOF 线圈虽然更小，但无法确定旋转分量，这可以通过添加两个或更多 5 DOF 线圈来克服，并且大多数系统可以在 EM 场的几何形状内跟踪多个线圈。报告的精度低于光学跟踪系统（通常约为 3 毫米）；但是，不需要“视线”跟踪，允许在 EM 场内跟踪身体内的物体。此外，据报道，现在快速的技术改进提供了亚毫米跟踪。许多因素有助于单个 EM 跟踪系统的效用。必须考虑由场发生器产生的刷新率、工作量和弹性[ 65 ]。当需要定量反馈时（例如在针跟踪期间）需要快速刷新率，并且应该更新图像以便不妨碍医生执行该程序。发生器产生的 EM 场的大小导致传感器必须在其中工作的固定、任意工作体积。因此，感兴趣的解剖结构和手术的工作区域必须在该领域内。信号强度取决于与 EM 场发生器的距离；因此，线圈越近，检测到的信号越强。仪器和成像设备中的铁磁材料会引起干扰，从而导致失真，从而影响系统的准确性 [ 66 , 67 ]。采用直流驱动跟踪的弹性系统可以最大限度地减少由靠近手术区域的金属物体产生的涡流，并且现在可以使用金属免疫系统。

　　用于手术导航的增强现实 (AR) 使用术前采集的 3D 图像，渲染为术中捕获的 2D 实时显示。AR 允许外科医生欣赏超出正常视野的手术区域中的物体和解剖结构。例如，它可以为手术切除可见表面深处的肿瘤提供指导，或者在直接遇到之前了解血管解剖结构 [ 68 ]。

　　在泌尿外科手术中，它已成功地用于在腹腔镜肾部分切除术、肾上腺切除术和根治性前列腺切除术中吸收成像信息和手术区域的视觉信息 [ 69 , 70 , 71 ]。图像叠加代表了对成像数据通常仅在认知上注册的现状的重大进步。结合 3D 打印技术，AR 可以提供有关手术计划和血管解剖学的有价值信息，而 2D 图像并未得到很好的评价[ 72 ]。AR 模型可以以多种方式部署，不仅需要可靠的配准，还需要跟踪以确保模拟的准确性。对于机器人部分肾切除术，已经描述了一种基于图像的表面跟踪技术，该技术提供了术前成像的实时立体内窥镜可视化，无需标记或跟踪设备，但同时考虑了平移和旋转器官运动 [ 73 ]。最近描述了机器人辅助根治性前列腺切除术的类似方法，其中 MRI 叠加可能有助于指导外科医生进行神经保留手术，以及在疑似包膜外肿瘤扩展的区域进行边缘补偿 [ 74 , 75 ]。此外，已经描述了使用器官表面植入式导航辅助设备来促进术中 TRUS 和基于 2D 和 3D 点对应的内窥镜图像之间的配准 [ 76 ]。该系统已在体内成功证明，具有充分的手术引导和前列腺切除术和针导航标记 [ 77 ]。AR 技术也被描述为指导经皮肾镜取石术 (PCNL) 肾脏通路的潜在工具。在早期的离体研究中，这项技术有可能为 PCNL 访问站点的安全放置提供信息，这些站点位于需要干预的区域 [ 78 ]。

　　AR 面临的重大挑战是考虑由于呼吸或手术操作引起的器官运动或变形 [ 79 ]。额外的资源正在用于这些问题，特别是如何优化非刚性配准算法以进行补偿。在最近的一项研究中，外科医生在术前和术中观察接受机器人肾部分切除术的患者的虚拟现实模型证明了关键手术结果的改善，如手术时间、钳夹时间、估计失血量和住院时间 [ 80 ]。需要进一步的工作来确定这些新技术对有意义的临床结果和患者安全的影响。这门学科目前还处于起步阶段，AR 技术还没有遇到其他融合或跟踪技术的最初热情。

　　在过去的 15 年中，融合引导的前列腺活检平台的设计、开发和随后的批准推动了这种融合/跟踪技术的新颖应用的采用和传播。在前列腺活检过程中使用融合使泌尿科医生能够针对 MRI 识别出的可疑癌症区域，而不是对腺体进行随机取样。基于多参数 MRI (MP-MRI)/US 软件的注册平台涉及将预编程的感兴趣目标区域的详细信息以及前列腺的轮廓/分段图像发送到融合软件平台。一旦进入平台，就会拍摄实时超声图像并将其与之前的成像相关联，从而使之前的成像和实时成像“融合”并正确关联（图 4.4 ）[ 81 ]。

　　MR/US 融合。(a) 前列腺的轴向 T2 加权 MRI，(b) 代表成像方式融合的 MR/US 叠加，以及 (c) 横向视图中的前列腺超声。当 MRI 和 US 在同一屏幕上可视化时，呈现被称为图像“共同显示”。（改编自 Rothwax 等人 [ 81 ] 并获得 CC-BY 3.0 许可）

　　影像学在前列腺癌的诊断、监测和管理中的作用已显着提高。使用 MRI 诊断前列腺癌最近挑战了临床怀疑前列腺癌的男性首先进行 TRUS 活检的传统途径。对于疑似前列腺癌的患者，一些中心现在支持在第一次活检之前使用 MP-MRI 作为分流检查。MP-MRI 的高灵敏度可能允许多达四分之一的低风险 MRI 患者避免活检，并可能防止临床上不显着的前列腺癌的过度诊断。以此 MRI 信息为参考，具有高风险成像的患者可能会接受靶向活检 [ 82 , 83 ]。随着前列腺成像的敏感性和特异性变得更加清晰，MP-MRI 和融合活检在诊断途径中的最佳作用是一个活跃的研究领域。国家综合癌症网络 (NCCN) 指南的更新现在建议在有活检指征的男性中考虑 MP-MRI 以减少惰性癌症的检测。然而，阴性 MP-MRI 并不能排除具有临床意义的疾病，因此活检的决定应基于个体化患者的风险。此外，最近更新的英国国家健康与护理卓越研究所 (NICE) 指南现在建议使用 MP-MRI 作为疑似前列腺癌患者的一线检查。在接受活检的男性中 。 此外，在活检阴性史的患者中，与重复标准或饱和活检相比，增加 MRI 融合活检可提高癌症检出率 [ 19 ]。这些数据为欧洲泌尿外科协会 (EAU) 指南的演变提供了信息，该指南在 2015 年重复活检之前首次推荐在活检阴性后进行 MP-MRI。EAU 指南于 2016 年更新，以支持在确认活检之前进行 MP-MRI在主动监测中，并在 2019 年再次推荐在获得患者第一次活检之前进行 MP-MRI [ 87]。最新的 2020 EAU 指南不建议使用 MP-MRI 作为初始筛查工具，但建议在患者第一次活检之前进行 MP-MRI。在这些指南中，MP-MRI 阳性的患者接受系统性和靶向性活检。MP-MRI 阴性的患者应与其他危险因素共同做出决定，以决定是否进行活检。可疑的 MRI 病灶以融合活检为目标，但最近的数据表明，即使是 MRI 可靶向的病灶，患者也应接受系统性和靶向性活检，以最大限度地提高发现临床意义癌症的机会 [ 88 ]。 对于接受主动监测的患者，MRI 上患者病变的进展可预测病理进展，而 MRI 病变稳定的患者病理进展率较低。与没有这种成像方式的患者相比，监测 MRI 成像与融合活检的结合增强了对病理进展的检测 [ 20 ]。 在已被诊断为前列腺癌并决定接受明确治疗的患者中，MP-MRI TRUS 融合活检已被证明有助于手术结果。了解确切的位置和体积使外科医生能够就神经保存技术和可能的边缘方法做出适当的决定 [ 88 ]。

　　前列腺癌的确定性治疗通常涉及治疗整个腺体的策略（即手术、放射），并且显着的发病率与肿瘤病灶周围结构的附带损伤有关。具体而言，治疗毒性包括显着影响生活质量的尿失禁和勃起功能障碍。局部治疗包括选择性靶向和治疗具有足够边缘的索引病变，理想情况下保留前列腺的非受累区域以最大限度地减少发病率。因此，局部治疗的候选者具有低体积、中等风险的癌症，具有合适的大小和肿瘤位置。由于前列腺癌的多灶性，应谨慎选择患者，避免局部方法治疗不足而导致疾病复发。 89、90、91 ]。_ _ _在 MRI 阴性区域，仍需要系统活检来评估影像学上不明显的癌症是否存在。

　　治疗技术包括冷冻疗法、高强度聚焦超声 (HIFU)、激光消融、射频消融、光动力疗法、局部近距离放射疗法和不可逆电穿孔 (IRE) [ 91 , 92 ]。在这些方法中添加 MRI 引导可能有助于提供真正的局部治疗。MRI 引导的 HIFU 是一种提供实时监测的方法，可准确读出局部组织温度，以帮助避免对周围结构造成损害 [ 93 ]。实时 MRI 成像及其与 TRUS 的融合可以通过验证目标位置和仪器的放置来帮助实施这些焦点治疗方法，以最大限度地减少非目标治疗 [ 94 , 95 ]。对这些方法的长期肿瘤学结果的研究正在进行中，每种方法的成本效益和发病率都需要用成熟的数据来阐明。由于存在残留的前列腺组织，PSA 监测在这些患者中的复发率也可能不太可靠。因此，这些个体的 MP-MRI 以及融合靶向活检在长期监测中发挥作用。

　　泌尿系统疾病的计算机辅助检测和诊断 (CAD) 的目标是帮助提供者对可能难以解释的影像学表现进行表征，并使这一过程标准化以提高可重复性。例如，使用多个 MRI 序列的组合最可靠地完成前列腺癌的成像，每个 MRI 序列都提供有关病变组织身份的唯一信息 [ 1 ]。来自这些研究的大量图像数据和观察者间的变异性为使用 CAD 增强前列腺 MP-MRI 的解释提供了机会 [ 96 ]。

　　Giannini 等人描述的 CAD 系统。为每个单独的体素分配一个恶性概率，创建前列腺的体素恶性概率图。经验丰富的放射科医生将此 CAD 软件添加到 MP-MRI 读数中已被证明可以提高对大小至少 10 mm 和/或 Gleason 评分大于 6 的前列腺肿瘤的敏感性，同时显着缩短报告时间 [ 97 ]。在放射科医师阅读 MP-MRI 后结合 CAD 系统的支持已显示可提高前列腺癌局灶性外周区病变的特异性，从而提高区分良性病变的能力，并可能避免不必要的干预 [ 98 ]。最近的工作还表明，将 CAD 系统添加到 MP-MRI 的现有 PI-RADS 评分中可以改善惰性和侵袭性癌症之间的区分 [ 99 ]。计算机辅助诊断软件已被证明可以显着提高经验不足的放射科医生区分良性和恶性前列腺病变的能力。在这项研究中，使用 CAD 的经验不足的放射科医师能够获得与经验丰富的观察者相似的诊断性能 [ 100 ]。

　　现代计算方法，如深度学习和神经网络的使用，有可能进一步推动这一领域的发展。机器学习方法还结合了 MP-MRI 参数的数据来计算前列腺的癌症概率图，并结合来自整体组织学幻灯片的输入来指导机器学习软件进行决策支持程序 [ 101 ]。迄今为止，深度神经网络已应用于 MRI 的前列腺分割、MRI 活检针的跟踪以及无需活检即可预测前列腺癌的存在，并取得了可喜的成果 [ 102 , 103 , 104 ]。这些软件与现有报告方法的集成有待进一步研究，以确定其在临床实践中的未来作用。

　　影像学与泌尿系统疾病诊断、治疗和监测的整合不断发展。对实现这些新技术的原理的基本理解无疑将增强对其潜在应用的认识。尽管从定义上讲，泌尿外科是一个介入外科亚专科，但通过整合成像探索更微创的选择将使该领域能够为我们的患者提供更好的结果。