Трехмерное ультразвуковое исследование

РИСУНОК 2.1: Сканеры, оснащенные механическими 3D-преобразователями, генерируют объемные 3D-наборы данных путем автоматического получения последовательности 2D-изображений с помощью ROI, выбранного экспертом. Изображения повторно собираются в окончательный объемный набор данных, который можно изучить с помощью инструментов постобработки. Исследователь может повторно измерить объем практически в любой плоскости, либо для получения визуализированных 3D-изображений, либо для выполнения объемных измерений. Большинство механических 3D-преобразователей также способны выполнять визуализацию в формате 4DUS, благодаря чему на экране непрерывно собираются и быстро обновляются массивы данных большого объема. С помощью этой технологии к трем пространственным измерениям добавляется движение (временное измерение), что позволяет визуализировать 3D-изображения в реальном времени. Основным ограничением 4DU является то, что пространственное разрешение часто приносится в жертву временному. (Воспроизведено с разрешения Гонсалвеша Л.Ф., Джоши А., Моди С. и др. Объемное УЗИ мочевыводящих путей у педиатрических пациентов — пилотное исследование. Pediatr Radiol. 2011; 41:1047-1056.)

Матричные преобразователи

Матричные матричные преобразователи представляют собой полноценные электронные преобразователи, которые состоят из множества (обычно тысяч) элементов преобразователя, расположенных в конфигурации 2D матричного массива (рис. 2.2). Поверхность датчика имеет прямоугольную или квадратную форму. Матричные преобразователи могут сканировать по одной линии за раз (аналогично механическим зондам, описанным выше), две плоскости одновременно (ортогональные друг другу или нет) или весь объемный набор данных за счет одновременного использования нескольких элементов преобразователя. Матричные матричные преобразователи способны выполнять объемную визуализацию в реальном времени, изначально они были разработаны для кардиологических применений, но в настоящее время используются также в общей и акушерской визуализации.^{15,19-23 и т. Д.}

РИСУНОК 2.2: Диаграмма “Лицевая сторона преобразователя” иллюстрирует типичную конфигурацию преобразователя с матричными матрицами, с тысячами элементов, расположенных в виде 2D-матрицы, где каждый крошечный квадратик представляет собой отдельный элемент. Все элементы, их часть или две параллельные линии могут быть активированы одновременно для получения 3D-изображений в реальном времени. Диаграмма “Пирамида 3D ультразвука” иллюстрирует пирамиду ультразвука, которая излучается, когда все элементы запускаются одновременно. Элементы также можно запускать последовательно, по одной строке за раз, для получения объемных данных способом, аналогичным механическому зонду, показанному на рисунке 2.1, только намного быстрее.

Советы по успешному получению объема

Независимо от выбора ультразвукового оборудования и типа объемного зонда, напоминаем читателю, что 3DUS — это всего лишь расширение технологии 2DUS. Следовательно, действуют те же ограничения, связанные с физикой. Нельзя ожидать компенсации низкого качества изображения в формате 2DUS, вызванного такими распространенными проблемами, как ожирение пациентов, маловодие и чрезмерное затенение костей, с помощью технологии 3DUS. Таким образом, высококачественная визуализация в формате 2DUS является необходимым условием для создания диагностических объемных наборов данных в формате 3DUS.

Еще одним вопросом, требующим внимания при определении объема, являются движения плода. Технология 3DUS развивалась с течением времени, чтобы минимизировать артефакты, связанные с движением, за счет увеличения скорости получения при сохранении приемлемого разрешения изображения, за счет разработки технологии 4DUS для механических зондов и объемной визуализации в реальном времени с использованием зондов с матричными матрицами. Тем не менее, чрезмерное шевеление плода может быть серьезной проблемой не только потому, что это может ухудшить качество изображения, но и потому, что при этом возникают артефакты, которые могут повлиять на интерпретацию изображения.²⁴ Таким образом, сонограф должен сканировать умнее, чтобы компенсировать движения плода. Наш неофициальный опыт показывает, что плод, как правило, меньше двигается на ранней стадии обследования, до того, как в процессе сканирования будут проведены манипуляции с брюшной полостью матери. Мы предлагаем, чтобы, если целью обследования было получение объемных данных, сонографист начал исследование с объемного зонда и попытался определить объем как можно раньше. Мы также рекомендуем уделять особое внимание щадящему сканированию, избегая чрезмерного перемещения датчика и давления, чтобы предотвратить начало движений плода. Кроме того, как только изображение в формате 2DUS оптимизировано и имеется хорошее акустическое окно для интересующей структуры, определение объема должно начинаться без промедления. Сонографист не должен попадаться в ловушку, полагая, что идеальные 2D-изображения (например, идеальный профиль лица или идеальный четырехкамерный обзор) являются необходимым условием для получения высококачественной 3D-визуализации. Хотя это и идеально, в этом нет необходимости, поскольку после получения высококачественного объема эти виды можно получить в автономном режиме путем постобработки изображения. Фактически, мы предполагаем, что все, что необходимо для получения хорошего объема, — это хорошее акустическое окно в интересующую структуру при отсутствии движений плода. Следовательно, если целью является лицо плода, все, что необходимо, — это чтобы лицо было обращено к датчику и чтобы жидкость присутствовала между лицом и датчиком. Если целью является сердце плода, аналогично, все, что требуется, — это чтобы грудная клетка плода была обращена к исследующему и чтобы между грудной клеткой плода и датчиком не было никаких конечностей. Опять же, целью является получение превосходного акустического окна для интересующей структуры, а не получение идеального традиционного изображения в формате 2DUS перед измерением объема.

Постобработка

После получения объемного набора данных последующая обработка изображений может выполняться на сканере или на специализированных компьютерных рабочих станциях. В следующих нескольких разделах мы рассмотрим общие подходы к изучению объемных наборов данных 3DUS.

Мультипланарный дисплей

Мультипланарный дисплей — это простой, но практичный метод исследования объемных наборов данных 3DUS.^5,25 Этот тип дисплея обычно отображает три изображения, одно из которых представляет исходную плоскость съемки, а другое две ортогональные плоскости. Контрольная “точка“ или ”крестик», в зависимости от производителя, отмечает пересечение трех ортогональных плоскостей. Когда пользователь перемещает эталонную “точку” или “крест” с помощью мыши или другого электронного указывающего устройства, любая структура, присутствующая в наборе данных volume, может одновременно отображаться в трех разных плоскостях. Рисунок 2.3 иллюстрирует основные принципы метода мультипланарного отображения.

РИСУНОК 2.3: Мультипланарное отображение объемного набора данных головного мозга плода, полученного трансабдоминально с использованием аксиальных срезов через головку плода. Объем был изменен таким образом, чтобы сагиттальная плоскость была показана в A, корональная плоскость — в B, а исходная плоскость съемки, аксиальная плоскость, — в C. Исходная плоскость съемки имеет наилучшее разрешение. Контрольная точка представляет пересечение трех ортогональных плоскостей и в этом примере показывает типичные признаки визуализации отсутствия прозрачной полости в корональной (A), сагиттальной (B) и аксиальной (C) плоскостях.

Визуализация с несколькими срезами

Альтернативный метод отображения представляет несколько срезов объемного набора данных в виде серии изображений на одном экране.^26,27 Этот метод, известный также как томографическая ультразвуковая визуализация (TUI), multislice или iSlice, в зависимости от производителя, позволяет одновременно отображать несколько последовательных плоскостей органа или аномалии и может облегчить интерпретацию и / или обучение. На рисунке 2.4 показаны особенности атрезии трехстворчатого диска с дефектом межжелудочковой перегородки (VSD) с использованием метода TUI.

РИСУНОК 2.4: Отображение в нескольких срезах данных об объеме сердца плода, полученных с помощью цветной допплерографии и пространственно-временной корреляции (STIC). Левая верхняя панель представляет сагиттальный вид scout, с восемью последовательными линиями, представляющими восемь осевых плоскостей от верхнего средостения до верхней части живота, показанных на следующих восьми панелях. Наконечник стрелки указывает на атретический трехстворчатый клапан. АО — брюшная аорта; МПК — нижняя полая вена; ВСД — дефект межжелудочковой перегородки; ЛЖ — левый желудочек; ПЖ — правый желудочек; ЛП — левое предсердие; РА — правое предсердие.

3D-Рендеринг

Термин 3D-рендеринг относится к методу отображения, при котором 3D-объект отображается на 2D-экране с использованием 3D-фотореалистичных эффектов. Возможность представления изображения лица плода с помощью технологии поверхностной визуализации привлекла внимание как специалистов по визуализации плода, так и родителей и способствовала развитию первоначального интереса к 3D-визуализации в акушерстве.^3,5,25,28

Визуализация поверхности: Как следует из названия, метод визуализации поверхности используется, когда предполагается отобразить 3D-изображение поверхности объекта. Этот метод работает путем отображения первого гиперэхогенного вокселя вдоль траектории проекции объемного набора данных, яркость которого превышает пороговое значение, определенное пользователем. Типичным примером является визуализированное изображение лица плода (рис. 2.5).

РИСУНОК 2.5: Многоплоскостные и объемные изображения нормального лица плода, полученные на основе изображения профиля лица в формате 2DUS. Напанелях 1–3 показаны сагиттальная, аксиальная и корональная ортогональные плоскости соответственно. Между датчиком и поверхностью кожи лица плода помещается большое количество амниотической жидкости. Ячейки на панелях 1–3 определяют рентабельность инвестиций. Направление обзора (или траектория проекции) определяется пользователем и в этом примере обозначается желтой линией. Таким образом, первое эхо-излучение ярче, чем амниотическая жидкость (пороговый уровень), вдоль траектории проекции отображается в виде пикселя на панели 4, чтобы сформировать визуализированное изображение лица плода.

Проекция максимальной интенсивности: При этом методе визуализации на экране отображается воксель с сигналом наибольшей яркости вдоль траектории проекции.^4,25,29–32 При визуализации плода это обычно используется для отображения костных структур, как показано на рисунке 2.6.

РИСУНОК 2.6: Нормально развитые кости носа у плода без отклонений на 23 неделе беременности. Многоплоскостные и переднезадние изображения черепа плода с использованием режима проекции максимальной интенсивности. Поле визуализации определяет рентабельность инвестиций, а зеленая линия определяет направление обзора для восстановления 3D-изображения. Парные кости носа (NB) визуализируются как единая структура, сросшаяся по средней линии. (Воспроизведено с разрешения Гонсалвеса Л.Ф., Эспинозы Дж., Ли У. и др. Фенотипические характеристики отсутствующих и гипопластичных костей носа у плодов с синдромом Дауна: описание с помощью трехмерного ультразвукового исследования и клиническое значение. J Ультразвуковое исследование . 2004;23(12):1619-1627.)

Проекция минимальной интенсивности: Метод проекции минимальной интенсивности, как следует из названия, отображает воксель с сигналом наименьшей яркости вдоль траектории проекции.^25,33 Этот метод полезен для отображения визуализированных изображений структур, заполненных жидкостью. На рисунке 2.7 показан визуализированный вид атрезии тощей кишки, отображаемый в плоскости короны.

РИСУНОК 2.7: Многоплоскостное отображение объемного набора данных плода с атрезией тощей кишки. A–C показывают осевой, сагиттальный и корональный виды брюшной полости плода соответственно. Расширенные петли кишечника видны в корональной плоскости. Панель 3D показывает визуализированный вид брюшной полости с использованием режима проекции минимальной интенсивности. В этом режиме предпочтительно отображаются воксели с сигналом наименьшей яркости вдоль траектории проекции. В этом случае часть сердца, желудок (St) и расширенные петли кишечника являются структурами с сигналом наименьшей яркости. Они одновременно отображаются в виде единой коронарной области, что позволяет обследователю сравнить относительное положение петель кишечника по отношению к желудку, определить, что имеется всего несколько расширенных петель, и отметить, что расширенная кишка заканчивается в виде слепого мешка в левом нижнем квадранте.

Проекция средней интенсивности: При проекции средней интенсивности, как следует из названия, средняя яркость вокселов вдоль траектории проекции отображается в виде пикселя на 2D-экране. Мы используем этот метод, когда хотим показать визуализированные изображения конечностей плода, которые одновременно показывают кости и мягкие ткани. На рисунке 2.8 показаны те же рука, предплечье и кисть плода, отображенные только с помощью мультипланарного дисплея или объемно-контрастного изображения (VCI, см. Подробное Описание Ниже) с толщиной среза 20 мм методом проекции средней интенсивности.

A: РИСУНОК 2.8: Одиночный вид руки, предплечья и кисти плода, выполненный мультипланарным методом. B: Объемно-контрастная визуализация (VCI), визуализирующая вид той же руки с использованием пластины толщиной 20 мм, визуализируемой методом проекции средней интенсивности. Обратите внимание, что все пальцы и плечевая кость лучше видны на B по сравнению с A, а также лучше видны мягкие ткани.

Режим инверсии: Режим инверсии — это метод визуализации, который инвертирует оттенки серого вокселов с сигналом наименьшей яркости вдоль траектории проекции. Используется для демонстрации структур, заполненных жидкостью.^34- На рисунке 2.9,,, показан тот же случай атрезии тощей кишки, который ранее наблюдался в проекте минимальной интенсивности, теперь отображается в инверсионном режиме. Несмотря на аналогию, отображение в режиме инверсии позволяет дополнительно сегментировать объемный набор данных и обеспечивает лучшее изображение анатомических взаимосвязей интересующих структур.

A: РИСУНОК 2.9: Многоплоскостное отображение объемного набора данных плода с атрезией тощей кишки. A–C показывают осевой, сагиттальный и корональный виды брюшной полости плода соответственно. Расширенные петли кишечника видны в венечной плоскости. На панели 3D показан визуализированный вид брюшной полости с использованием метода инверсионного режима. Метод аналогичен режиму проекции с минимальной интенсивностью, только воксели с наименьшей яркостью вдоль траектории проекции отображаются с инвертированными оттенками серого. B: На этом изображении была выполнена дальнейшая сегментация набора данных об объеме, чтобы отобразить только желудок (St), двенадцатиперстную кишку и проксимальный отдел тощей кишки. Часть сердца плода включена только в качестве точки отсчета.

Объемно-контрастная визуализация: VCI — это метод визуализации, который объединяет несколько последовательных кадров вместе в толстый фрагмент, который может быть отображен с использованием любого из других методов визуализации, описанных выше. Помимо примера, уже представленного на рисунке 2.8, на рисунке 2.10 показано улучшенное контрастное разрешение тканей, которое может быть получено с помощью этой технологии.

РИСУНОК 2.10: Многоплоскостное отображение данных об объеме головного мозга плода, полученных с помощью сагиттальной съемки через передний родничок без (A–C) и с VCI (D–F). Мозолистое тело (стрелки), большая цистерна, четвертый желудочек (стрелка) и червеобразный отросток мозжечка (звездочка) хорошо изображены на обоих изображениях; однако контрастное разрешение лучше при VCI.

Постобработка в ультразвуковом оборудовании по сравнению с внешними системами PACS и рабочими станциями 3D: Постобработка изображений является неотъемлемой частью объемной визуализации, и отличных результатов можно ожидать только после того, как исследователь освоится как с получением объема, так и с постобработкой объема. Все производители ультразвуков предоставляют возможности объемной манипуляции и визуализации непосредственно в ультразвуковой системе. Однако, особенно когда исследователь осваивает 3D-УЗИ, манипуляции с объемом и сегментация могут отнимать много времени, и может оказаться непрактичным подключать ультразвуковое оборудование для этой цели (поскольку в противном случае его можно было бы использовать для сканирования других пациентов).

Хорошей новостью является то, что с объемными наборами данных можно манипулировать на специализированных 3D-рабочих станциях. После экспорта все возможности, доступные в оборудовании, также доступны на 3D-рабочих станциях. Проблема, с которой сталкиваются пользователи сегодня, заключается в том, что производители ультразвуковых исследований используют проприетарные форматы данных, которые можно открыть только с помощью программ, специфичных для конкретного поставщика. Следовательно, если в лаборатории используется оборудование нескольких производителей, программный интерфейс для управления объемами и их сегментации будет отличаться, и программы от одного производителя не будут открывать наборы данных объемов от другого, и наоборот. Ультразвуковое сообщество надеется, что полное внедрение протокола 3DUS DICOM (Цифровая визуализация и коммуникации в медицине) сделает объемные данные 3DUS доступными для всех систем PACS с возможностями 3D-манипулирования и сегментации, независимо от ультразвуковой системы, которая генерировала изображения, улучшая процесс обучения и документооборот 3DUS в клинической практике.³⁸

ЧЕТЫРЕХМЕРНОЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ (4DU)

4DUS — это термин, который описывает включение временного компонента в три пространственных измерения объемного набора данных 3DUS.⁸ Таким образом, 4DUS позволяет последовательно отображать несколько объемов по мере их получения и, следовательно, позволяет оценивать движение при объемной визуализации. Эта технология позволяет исследователям наблюдать не только за грубыми движениями плода (например, конечностей), но и за более тонкими характеристиками поведения плода, такими как выражение лица (рис. 2.11). Несколько исследователей применили эту технологию для изучения поведенческих состояний плода внутриутробно, включая влияние неблагоприятных нарушений со стороны матери и плода на ожидаемые модели поведения.^39–46

РИСУНОК 2.11: Серия визуализированных изображений лица доношенного плода, полученных с помощью матричного преобразователя в реальном времени. Изображения иллюстрируют способность 4DU отображать едва заметные изменения выражения лица, такие как открытие глаз.

4DU сердца плода

Четырехмерное ультразвуковое исследование сердца плода возможно с использованием пространственно-временной корреляции (STIC) или технологии объемных матричных матриц в реальном времени.^{7,11,13-15,47} STIC – это алгоритм визуализации, разработанный специально для эхокардиографии плода. Алгоритм, по сути, выполняет ретроспективное сопоставление частоты сердечных сокращений плода с полученным объемом. Частота сердечных сокращений рассчитывается ретроспективно на основе необработанного набора данных об объеме.⁷ Конечным результатом является то, что множественные объемы сердца плода, полученные последовательно с помощью одного автоматического сканирования грудной клетки плода, перераспределяются в соответствии с фазой сердечного цикла, на которой они были получены. При условии отсутствия чрезмерных движений плода во время сбора данных, можно получить превосходные объемные данные сердца плода, манипулировать ими и сегментировать их с помощью любого из методов отображения и визуализации, описанных в разделе “постобработка” выше. Рисунок 2.12 показывает многоплоскостное отображение и визуализированные изображения отверстий атриовентрикулярных клапанов нормального сердца плода, полученные при поперечном осмотре грудной клетки плода.

РИСУНОК 2.12: Объемный набор данных сердца плода, полученный с помощью STIC. A показывает четырехкамерный вид сердца плода, B показывает ортогональный сагиттальный разрез через межжелудочковую перегородку (VS), отображаемый “en fact”, и C показывает коронарный разрез на уровне атриовентрикулярных (AV) клапанов. Визуализированный вид AV-клапанов показан на панели 3D. Пожалуйста, обратите внимание, что зеленая линия, определяющая траекторию проекции, расположена внутри камер предсердия (панели A и B) и, следовательно, визуализируемый вид видится так, как будто исследователь смотрит на отверстия AV-клапана от камер предсердия к желудочкам. ЛЖ, левый желудочек; LA, левое предсердие; RV, правый желудочек; RA, правое предсердие; Ао, нисходящая аорта; VS, межжелудочковая перегородка; АО, корень аорты; PA, легочная артерия; M, отверстие митрального клапана; T, отверстие трехстворчатого клапана.

АНАТОМИЯ ПЛОДА С ПОМОЩЬЮ ОБЪЕМНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ С ПРИМЕРАМИ АНОМАЛИЙ

В этом разделе мы представляем серию изображений, иллюстрирующих примеры как нормальных структур, так и патологии, изображенных на 3D- и 4DU-изображениях, включая сердце плода.

Головка плода

На рисунке 2.13 показано сагиттальное мозолистое тело, реконструированное по объемному набору данных, первоначально полученному с помощью корональной развертки через передний родничок. Этот метод также подходит для исследования головки новорожденного с помощью объемных зондов.^48–50 Сравните результаты этого нормального изображения с изображением плода с отсутствующей прозрачной полостью, показанным на рисунке 2.3. Тот же объемный набор данных показан на рисунке 2.14, теперь он отображается мультипланарным методом с VCI, установленным на толщину среза 3 мм, чтобы показать зрительные нервы и зрительные пути на уровне супраселлярной цистерны. Предварительные данные показывают, что зрительные пути и нервы могут быть успешно визуализированы с использованием методов визуализации 3DUS, и что измерения зрительного тракта в случае отсутствия прозрачной полости могут помочь идентифицировать те плоды, которые подвержены высокому риску септооптической дисплазии.⁵¹

РИСУНОК 2.13: Многоплоскостное отображение данных об объеме головки плода, полученных с помощью автоматизированного коронального сканирования через передний родничок. A показывает исходную плоскость получения данных о короне, B показывает сагиттальную плоскость, а C показывает плоскость короны. Контрольная точка расположена на передней поверхности мозолистого тела, которое видно по всей длине в реконструированной сагиттальной плоскости. АГ, передние рога боковых желудочков; КС, мозолистое тело; CSP, прозрачная полость.

РИСУНОК 2.14: Это изображение было получено из точно такого же объемного набора данных плода с отсутствующей прозрачной полостью, показанного на рисунке 2.3. Теперь изображение увеличено и отображается с помощью VCI при толщине среза 3 мм. Сагиттальная, корональная и аксиальная ортогональные плоскости на уровне супраселлярной цистерны показаны на панелях A–C. Четко видны зрительные пути и зрительные нервы. OT — зрительные пути; ON — зрительные нервы; MB — средний мозг; 3V — третий желудочек.

Лицо плода и голень

3D-УЗИ хорошо подходит для оценки лицевых аномалий, при этом несколько исследований документируют дополнительную диагностическую информацию или повышают точность диагностики по сравнению с 2D-УЗИ. 3D–УЗИ полезно для оценки черепных швов,^4,52,53 лицевых костей, ^54–61, а также расщелины губы и неба.^52,62-74

Рисунки 2.5, 2.6 и 2.11 иллюстрируют возможности 3D-визуализации нормальных структур лица и демонстрируют едва заметные движения, такие как открывание глаз. Следующие несколько изображений иллюстрируют возможности 3DUS в оценке отдельных черепно-лицевых аномалий. На рисунке 2.15 показаны примеры гипоплазии и отсутствия носовых костей у плодов с трисомией 21.^56,58 рисунке 2.16 показаны расширенные черепные швы у плода с клидокраниальным дизостозом. У того же плода был псевдоартроз правой ключицы, показанный на рисунке 2.17.

A: РИСУНОК 2.15: Нормально развитые носовые кости у плода без отклонений на 23 неделе беременности. B: Задержка окостенения или гипопластика: Два небольших очага окостенения видны вдали от средней линии во фронтальной проекции и могут рассматриваться как единая гиперэхогенная линейная структура (вследствие наложения) в сагиттальной проекции. C: Отсутствие костей носа: Нет окостеневших костей носа ни во фронтальной, ни в сагиттальной проекции. (Воспроизведено с разрешения Гонсалвеса Л.Ф., Эспинозы Дж., Ли У. и др. Фенотипические характеристики отсутствующих и гипопластичных костей носа у плодов с синдромом Дауна: описание с помощью трехмерного ультразвукового исследования и клиническое значение. J Ультразвуковое исследование . 2004;23[12]:1619-1627.)

A: РИСУНОК 2.16: Трехмерное (3D) изображение черепа плода на сроке 18 + 3 недели беременности с использованием режима проекции максимальной интенсивности демонстрирует расширение венечного шва, отсутствие плоской части височной кости и отсутствие костей носа. B: Помеченное 3D-изображение нормального черепа плода через 18 + 3 недели (контроль). (Воспроизведено с разрешения Сото Э., Ричани К., Гонсалвеш Л. Ф. и др. Трехмерное ультразвуковое исследование в пренатальной диагностике клидокраниальной дисплазии, связанной с В-клеточным иммунодефицитом. Ультразвуковое акушерско-гинекологическое исследование . 2006;27[5]:574-579.)

РИСУНОК 2.17: Трехмерное изображение плечиков плода с использованием проекции максимальной интенсивности. Стрелка указывает на псевдоартроз правой ключицы. (Воспроизведено с разрешения Сото Э., Ричани К., Гонсалвеша Л.Ф. и др. Трехмерное ультразвуковое исследование в пренатальной диагностике клидокраниальной дисплазии, связанной с В-клеточным иммунодефицитом. Ультразвуковое акушерско-гинекологическое исследование . 2006;27[5]:574-579.)

Оценка орофациальных расщелин

Объемная визуализация играет важную роль в оценке орофациальных расщелин и, следовательно, заслуживает отдельного обсуждения.

Орофациальные расщелины являются распространенными врожденными дефектами, уступая по распространенности только трисомии 21, согласно недавней публикации Центров по контролю заболеваний США.⁷⁵ Наиболее распространенными типами орофациальных расщелин являются изолированная заячья губа, заячья губа с расщелиной неба и изолированная волчья пасть. Срединные расщелины встречаются гораздо реже и обычно связаны с хромосомными и структурными аномалиями мозга. Скорректированная распространенность заячьей губы с волчьим небом или без него в Соединенных Штатах была оценена как 1 на 1574 живорождения, а изолированная волчья пасть — как 1 на 940 живорождений. Распространенность среди населения Азии и коренных американцев выше (достигает 1 к 500), в то время как у населения африканского происхождения распространенность ниже, по оценкам, 1 к 2500. Примерно 70% случаев расщелины губы и неба и 50% случаев изолированной расщелины неба являются несиндромными. Остальные связаны с широким спектром синдромов пороков развития, хромосомных аномалий и воздействием тератогенов. Для получения подробного обзора генетических факторов и факторов окружающей среды, связанных с расщелиной губы и неба, читателя отсылают к превосходной обзорной статье Диксона и др.⁷⁶

Схема, иллюстрирующая анатомию неба, представлена на рисунке 2.18. Лицевые расщелины могут быть односторонними или двусторонними по средней линии. Когда расщелины затрагивают только губу, их называют изолированной заячьей губой или лабиоальвеолярной расщелиной. Расщелины могут распространяться и вовлекать первичное небо (альвеолу и предчелюстную часть верхней челюсти, переднюю от резцового отверстия) и/ или вторичное небо (небный отросток верхнечелюстных костей и небную кость) (рис. 2.19). В крупном проспективном ультразвуковом скрининговом исследовании, проведенном в Нидерландах, в котором приняли участие 35 000 пациентов с низким и 2800 пациентов с высоким риском, 40% расщелин были расщелинами губы и неба, 29% — изолированной заячьей губой и 27% — изолированной волчьей пастью. Срединные и атипичные расщелины были редки и наблюдались только у двух плодов. Шестьдесят один процент расщелин были односторонними.

РИСУНОК 2.18: Анатомия нормального неба.

РИСУНОК 2.19: Диаграмма, иллюстрирующая одностороннюю расщелину губы и неба, включающую нос, губу, первичное небо (перед резцовым отверстием) и вторичное небо.

На рисунке 2.20 показан метод правильного получения данных об объеме твердого неба.⁷⁴ рисунке 2.21 показано, как плохое получение данных об объеме приводит к появлению артефакта затенения кзади от зубных зачатков и, следовательно, к ограниченной диагностической ценности для оценки состояния вторичного неба.

РИСУНОК 2.21: Сравните объемные данные на этом рисунке с данными на рисунке 2.20. Ответ: Профиль лица ориентирован таким образом, что твердое небо находится под углом 0 ° к датчику, и, следовательно, присутствует сильная акустическая тень позади зубных зачатков (панель 1, наконечник стрелки). B: Артефакт затенения связан исключительно с плохим получением данных, и он не может быть исправлен методами постобработки. Та же тень, что видна на панели 1 (наконечник стрелки), видна позади зубных зачатков на панели 2, а также на изображении в проекции максимальной интенсивности, отображаемом на панели 4. На панели 3 хорошо видны зачатки передних зубов верхней челюсти.

A: Рисунок 2.20: Идеальное положение лица плода для увеличения объема вторичного неба. Обратите внимание, что угол между небом (наконечник стрелки) и датчиком составляет приблизительно 45° (панель 1). B: Манипулирование данными об объеме, чтобы показать твердое небо целиком. На панели 1 объем поворачивается вокруг оси z таким образом, чтобы твердое небо (наконечник стрелки) было ориентировано под углом 0°. На панели 2 в аксиальной плоскости можно увидеть твердое небо в полном объеме (четыре стрелки). Напанели 3 показаны зачатки передних зубов верхней челюсти. Панель 4 показывает визуализированный вид твердого неба (четыре стрелки) с использованием метода проекции максимальной интенсивности.

На рисунке 2.22 показан пример визуализированного изображения односторонней расщелины губы и неба в режиме 3D surface. Нарисунках 2.23 и 2.24 показано расширение через первичное и вторичное небо.

РИСУНОК 2.22: Трехмерный вид лица плода на поверхности. Слева видна односторонняя заячья губа.

РИСУНОК 2.23: Мультипланарный дисплей и визуализированные виды лица плода с использованием метода проекции максимальной интенсивности для выделения черепа. Односторонняя заячья губа проходит через левый альвеолярный отросток.

РИСУНОК 2.24: Реконструкция твердого неба с использованием методики, предложенной Platt et al.⁷³ Визуализированный вид с использованием комбинации режимов проекции «поверхность» и «максимальная интенсивность» показывает, что односторонняя расщелина проходит через первичное и вторичное небо. Стрелка, расщелина первичного неба; наконечник стрелки, расширение вторичного неба.

Несколько исследователей сравнили диагностические показатели 2DU и 3DU для правильной классификации типа и протяженности орофациальных расщелин. В совокупности данные подтверждают, что 3D–сканирование является более точным методом, в основном из–за лучшей характеристики степени поражения твердого неба с использованием методов мультипланарного отображения и / или визуализации.^{64–67,69-71,73,74,77-85} В одном из сравнительных исследований Johnson et al.⁶⁷ показали, что 3D-сканирование завышало тяжесть дефекта в 41,9% случаев. (13/31) случаев. Представляет интерес недавнее исследование, проведенное с помощью 3DU в первом триместре беременности, в котором сообщалось о чувствительности 100% и 86% для диагностики расщелин первичного и вторичного неба с частотой ложноположительных результатов 0,9%.⁸⁶

Подводные камни

Изображения лица плода, полученные в формате 3D, обеспечивают визуальное реалистичное представление дефекта, которое может помочь объяснить аномалию родителям и, возможно, хирургу, участвующему в консультировании. Однако следует быть осторожным при интерпретации только 3D–изображений и принимать во внимание возможность появления артефактов визуализации или теней, которые могут создавать искусственные расщелины.^87-89,,,

Кроме того, ультразвуковое исследование традиционно не дает хороших результатов для оценки состояния мягкого неба, за исключением недавней серии исследований из Германии, в которых сообщалось о новом знаке (“знак равенства”) для оценки состояния мягкого неба и язычка. В этом исследовании адекватная визуализация мягкого неба и язычка была возможна у 85,3% и 90,7% из 667 последовательно обследованных плодов.⁹⁰ Магнитно–резонансная томография (МРТ) является хорошим дополнительным методом визуализации мягкого неба.^91-93

Позвоночник плода

3D-УЗИ является полезным дополнением к 2DUS для исследования позвоночника плода. Помимо своей роли в характеристике аномалий сегментации и аномального искривления позвоночника, 3DUS доказал точность определения уровня дефекта в одном позвоночном сегменте в случаях дисрафии позвоночника (рис. 2.25).^{30–32,94–99}

РИСУНОК 2.25: Мультипланарный дисплей (A — сагиттальный; B — поперечный; и C — корональный) и визуализированные изображения (панель 3D) позвоночника плода с открытой спинномозговой дисрафией и легким сколиозом. A: Вертикальная пунктирная линия соответствует уровню, на котором три плоскости пересекаются в точке L2. Задние пластинки позвоночника закрыты на этом уровне (стрелки в B). B:. Вертикальная пунктирная линия находится на уровне L3; задние элементы начинают расходиться на этом уровне (стрелки в B). C: Задние элементы четко распределены на уровне L4 (наконечники стрелок в B).

Дисплазии скелета

Способность 3DUS получать визуализированные изображения скелета плода делает его полезным вспомогательным средством при диагностике скелетных дисплазий (см. Рис. 2.16 и 2.17) и заболеваний опорно-двигательного аппарата (рис. 2.26). Опубликовано несколько отчетов о случаях, в которых подчеркиваются потенциальные преимущества 3DU для визуализации специфических особенностей аномалий скелета, например, улучшенная визуализация изгиба бедренной и большеберцовой костей в случае платиспондильной летальной хондродисплазии, гипоплазии лопаток при кампомелической дисплазии, улучшенная характеристика фронтального выпячивания при танатофорной дисплазии, демонстрация каудального сужения межпедикулярного расстояния поясничного отдела позвоночника при ахондроплазии, улучшенная визуализация точечной хондродисплазии, лучшая характеристика аномалий позвоночника и ребер при синдроме Ярхо-Левина, визуализация genu recurvatum при синдроме Ларсена и псевдоартроз ключицы при клидокраниальном дизостозе.^100–108 Однако в нескольких исследованиях проводилось прямое сравнение 3DU и 2DU для пренатальной диагностики скелетных дисплазий, за исключением исследования Ruano et al.,¹⁰⁹ пациентов, которые показали более высокие показатели визуализации структур скелета при 3DU (77,1%) по сравнению с 2DU (51,4%), но ниже, чем при спиральной компьютерной реконструкции (94,1%).

РИСУНОК 2.26: Трехмерный визуализированный вид ножки и ступней плода, показывающий косолапость.

Врожденный порок сердца

Точная пренатальная диагностика врожденных пороков сердца (ВПС) является важной целью дородовой помощи. Помимо предоставления родителям надлежащей и своевременной консультации, передовые знания о протокозависимых аномалиях позволяют планировать родоразрешение в учреждениях, оборудованных для ведения таких случаев, как с медицинской, так и с хирургической точек зрения. Действительно, пренатальная диагностика ИБС, включая синдром гипоплазии левых отделов сердца, транспозицию магистральных артерий и коарктацию аорты, связана с улучшением перинатальной заболеваемости и смертности.^110–113 Недавние данные указывают на то, что пренатальная диагностика транспозиции магистральных артерий также связана с улучшением долгосрочных нейрокогнитивных результатов по сравнению с детьми, диагностированными только в неонатальном периоде.¹¹⁴

Объемная визуализация сердца плода

Как кратко описано ранее в этой главе, объемная визуализация сердца плода может быть выполнена с использованием STIC или технологии matrix array в реальном времени.^{7,11,13-15,47} После получения объемных наборов данных для исследования сердца плода могут быть применены те же методы постобработки, которые используются для оценки других органов плода. Из–за сложности анатомии сердца и того факта, что для исследования сердца плода рекомендуются стандартные плоскости сечения, естественно, что появилось несколько методов для описания того, как эти плоскости сечения могут быть извлечены из объемных наборов данных.^{13,14,26,27,34,36,115-120} Методы, которые мы наиболее часто используем в нашей клинической практике, проиллюстрированы в следующих разделах вместе с примерами их применение к случаям ИБС.

Просмотр набора данных об объеме: Оценка набора данных об объеме в исходной плоскости съемки — интуитивно понятный и простой способ исследования сердца. Обычно мы начинаем наше обследование с объемных данных, полученных с помощью поперечных автоматизированных сканирований грудной клетки плода, поскольку они включают четырехкамерный обзор. Объем отображается с помощью одной большой рамки, и исследователь прокручивает ее вверх и вниз, чтобы определить следующие плоскости: поперечный вид брюшной полости плода, четырехкамерный вид, пятикамерный вид, вид с тремя сосудами и вид с тремя сосудами и трахеей, как первоначально было предложено Ягелем и др.¹²¹ (рис. 2.27).

A: РИСУНОК 2.27: Поперечный вид брюшной полости плода; B: Четырехкамерный вид; C: пятикамерный вид; D: трехсосудистый вид; E: трехсосудистый вид и трахея. ST, желудок; Ao, нисходящая аорта; IVC, нижняя полая вена; RV, правый желудочек; LV, левый желудочек; RA, правое предсердие; LA, левое предсердие; PV, легочные вены; PA, легочная артерия; Asc Ao, восходящая аорта; SVC, верхняя полая вена; T, трахея; DA, артериальный проток. Короткая стрелка: корень аорты.

Метод множественных срезов: Альтернативным способом одновременного отображения нескольких равноудаленных плоскостей сечения на одном экране является использование метода множественных срезов.^26,27 Этот метод автоматически срезает объемный набор данных, и с минимальной настройкой обычно удается продемонстрировать пять осевых плоскостей сечения, показанных на рисунке 2.27 в большинстве случаев. Рисунок 2.28 иллюстрирует использование этого метода в объемном наборе данных нормального сердца плода, а рисунок 2.29 показывает все плоскости сечения, необходимые для постановки диагноза гипоплазии правых отделов сердца вследствие атрезии легких на одном изображении. Случай атрезии трикуспидального нерва с ВСД показан на рисунке 2.4.

РИСУНОК 2.28: Множественные изображения нормального сердца плода, нанесенные на тот же объемный набор данных, что и на рисунке 2.27. “Вид разведчика” является сагиттальным и расположен в левом верхнем углу изображения. Вертикальные линии представляют плоскости, отображенные на других восьми изображениях, от верхнего средостения до верхней части живота. Обратите внимание, что большинство плоскостей, видимых на рисунке 2.27, отображаются автоматически и одновременно, за исключением вида с тремя сосудами. 3VTV, вид с тремя сосудами и трахеей; 5CH, пятикамерный вид; 4CH, четырехкамерный вид; ПА, легочная артерия.

РИСУНОК 2.29: Объемный набор данных патологического сердца, полученный с помощью цветной допплерографии. Томографическое ультразвуковое изображение срезано от верхнего средостения до верхней части живота, как показано на рисунке 2.28. Обратите внимание на гипопластию правого желудочка (звездочка), тяжелую трехстворчатую регургитацию (стрелка) и ретроградную перфузию легочной артерии через артериальный проток (стрелка) в данном случае атрезии легких с неповрежденной межжелудочковой перегородкой 3VTV, вид с тремя сосудами и трахеей; 5CH, вид с пятью камерами; 4CH, вид с четырьмя камерами.

Трехэтапный метод оценки путей оттока: Этот метод был разработан специально для демонстрации на одном изображении длинноосевого вида выводного тракта левого желудочка и короткоосевого вида выводного тракта правого желудочка (рис. 2.30).¹⁴ Этот метод был подтвержден как с точки зрения воспроизводимости, так и клинической применимости.^117,122 Он особенно полезен для диагностики аномалий конотрункала, включая транспозицию магистральных артерий и конотрункальные дефекты с перекрытием аорты (например, тетрада Фалло, атрезия легких с ВСД, артериальный ствол и двойной выходной канал правого желудочка).^122,123 Рисунок 2.31 показывает случай транспозиции магистральных артерий, продемонстрированный с помощью этой техники.

РИСУНОК 2.30: Одновременная визуализация выводного тракта левого желудочка и выводного тракта правого желудочка, полученная с помощью “трехэтапной” техники.¹⁴ Показаны только исходная поперечная плоскость съемки (1) и реконструированная сагиттальная плоскость (2) для каждого этапа. Исходные данные: A показывает четырехкамерный снимок с опущенным позвоночником плода, ориентированный горизонтально на 2 (как если бы плод лежал на плоской поверхности). Контрольное перекрестие находится в центре сердца. Этап 1: На A перекрестие перемещено к середине межжелудочковой перегородки (VS). Шаг 2: Как только перекрестие “закрепится” в середине перегородки, поворот набора данных об объеме вокруг оси y (изогнутая стрелка) “откроет” перегородку, показывая ее нормальную непрерывность с передней стенкой аорты (Ао). На том же изображении задняя стенка аорты продолжается передней створкой митрального клапана. Таким образом, на этом втором этапе отображается продольный вид выходного тракта левого желудочка (LVOT). Шаг 3: Перекрестие прицела перемещается в область Ао, и по короткой оси просматривается выводной тракт правого желудочка (RVOT) можно увидеть в реконструированной сагиттальной плоскости. (Воспроизведено по материалам Гонсалвеш Л.Ф. и др. 3D-4D эхокардиография плода. Приложение Radiol. 2012; 3:31-43, Авторское право 2012, с разрешения Anderson Publishing Ltd.)

РИСУНОК 2.31: D-Транспозиция магистральных артерий, продемонстрированная с использованием трехэтапной техники. Обратите внимание, что разветвляющаяся легочная артерия (ПА) берет начало от левого желудочка (ЛЖ). Сосуд, который выходит из правого желудочка (RV) параллельно легочной артерии, представляет собой транспонированную возникающую аорту. Ао, Аорта.

Визуализированные изображения

Клапаны сердца: Можно легко получить визуализированные изображения клапанов сердца, как показано на рисунке 2.12. На рисунке 2.32 показан метод получения изображения атриовентрикулярных клапанов “в лицо” в случае полного атриовентрикулярного канала. На рисунке 2.33 показан сравнительный пример изображения нормального атриовентрикулярного клапана “в лицо”, закрытого одиночного атриовентрикулярного клапана и открытого одиночного атриовентрикулярного клапана в случае полного атриовентрикулярного канала.

РИСУНОК 2.32: Мультипланарный (A–C) и визуализированный (D) вид атриовентрикулярного клапана, видимый “в лицо” в случае полного атриовентрикулярного канала. Обратите внимание на размер рамки ROI, а также на направление траектории проекции, которое определяется зеленой линией. В этом случае закрытый единственный атриовентрикулярный клапан в случае полного атриовентрикулярного канала виден так, как если бы исследователь смотрел из камер предсердий в сторону желудочков. ПА — легочная артерия; АО -корень, корень аорты; AV — атриовентрикулярная.

РИСУНОК 2.33: Визуализированные изображения нормальных атриовентрикулярных клапанов “в лицо” (A), одиночного закрытого клапана атриовентрикулярного канала (B) и одиночного открытого атриовентрикулярного клапана (C). ПА, легочная артерия; корень Ао, корень аорты; AV, атриовентрикулярный; Т, трахея.

Магистральные сосуды: Визуализированные изображения магистральных сосудов и, если уж на то пошло, также венозного возврата к сердцу плода можно получить с помощью нескольких методов, включая инверсионный режим, цветную или силовую допплерографию или визуализацию B-потока. Для объемных наборов данных, полученных с помощью цветной допплерографии, читателю напоминается, что настройки цветовой допплерографии должны быть скорректированы перед сбором данных для поддержания максимально возможной частоты кадров. Невыполнение этого требования приведет к плохому временному разрешению объемного набора данных. Этапы оптимизации цветовой допплерографии включают сужение поля зрения на изображении в оттенках серого, использование единой фокальной зоны, скорректированной с учетом глубины исследуемой структуры, и сужение рентабельности инвестиций в цветовую допплерографию. Рисунки 2.34 -2.36 иллюстрируют нормальные пути оттока, отображаемые с помощью цветной допплерографии, инверсионного режима и визуализации В-кровотока.^27,123 Нарисунке 2.37 ^{показано применение переформатированных изображений в 3D для пренатальной диагностики транспозиции магистральных артерий.123,,}

РИСУНОК 2.34: Мультипланарный (A–C) и визуализированный (D) изображения нормального сердца плода, полученные с помощью поперечного сканирования грудной клетки плода и цветной допплерографии. Обратите внимание на окупаемость инвестиций, скорректированную на панелях A–C таким образом, чтобы охватывать все сердце. Также обратите внимание на направление проекции, указанное на панелях B и C положением зеленой линии. В этом случае направление проекции — от верхнего средостения вниз к брюшной полости. Таким образом, полученное визуализированное изображение (D) последовательно отображает легочную артерию, пересекающую корень аорты, восходящую аорту и часть дуги, а затем камеры предсердий и желудочков, выделенные на заднем плане красным цветом. ПА — легочная артерия; Ао — аорта; РА — правое предсердие; ПЖ — правый желудочек; ЛП — левое предсердие; ЛЖ — левый желудочек.

РИСУНОК 2.35: Трехмерное визуализированное изображение дуг аорты и протоков у нормального плода на сроке 22 + 2 недели с использованием метода инверсионного режима. (Воспроизведено с разрешения Гонсалвеса Л.Ф., Эспинозы Дж., Ли У. и др. Трехмерная и четырехмерная реконструкция дуг аорты и протоков с использованием инверсионного режима: новый алгоритм визуализации анатомических структур, заполненных жидкостью. Ультразвуковое акушерско-гинекологическое исследование . 2004;24[6]:696-698.)

РИСУНОК 2.36: Визуализированное изображение дуг аорты и протоков, полученное из объемного набора данных, полученного с помощью B-flow imaging. Ao arch, дуга аорты; DA, артериальный проток; Dao, нисходящая аорта; IVC, нижняя полая вена; PA, легочная артерия. (Воспроизведено с разрешения Гонсалвеша Л.Ф., Ли У., Эспинозы Дж. и др. Исследование сердца плода методом четырехмерного [4D] ультразвука с пространственно-временной корреляцией изображений [STIC]. Ультразвуковое акушерско-гинекологическое исследование . 2006;27[3]:336-348.)

РИСУНОК 2.37: Визуализированные изображения из наборов данных объемов сердца плода в норме (A) и TGA (B). Данные об объемах были получены путем поперечного сканирования грудной клетки плода с помощью силовой допплерографии 4DU с STIC. В нормальном случае наблюдается нормальное перекрещивание магистральных артерий, тогда как при ТГА сосуды выходят из желудочков параллельно. Методика, используемая для визуализации объемных наборов данных, описана на рисунке 2.34. (Воспроизведено с разрешения Гонсалвеса Л.Ф., Эспинозы Дж., Ромеро Р. и др. Системный подход к пренатальной диагностике транспозиции магистральных артерий с использованием 4-мерного ультразвукового исследования с пространственно-временной корреляцией изображений. J Ultrasound Med. 2004;23:1225-1231.)

4D-эхокардиография плода в клинической практике

В нескольких исследованиях рассматривалась возможность применения 4D-эхокардиографии плода в клинической практике. В первое исследование были включены 148 плодов из группы высокого риска, обследованных двумя опытными сонографистами, при этом во время обследования разрешалось не более четырех попыток получения данных. Успешное получение объемного набора данных было возможным в 76% случаев, при этом 65% из этих объемов были признаны достаточно качественными для диагностических целей. Только 25% объемных наборов данных были признаны высококачественными.¹²⁴ Второе исследование выделило 40 минут на сбор объемных данных за одно исследование и показало, что четырехкамерный обзор и пути оттока могут быть адекватно визуализированы в 70% и 83% случаев соответственно.¹²⁵ Основными факторами, связанными с низким качеством объемных данных, были ожирение матери, передняя плацента и неблагоприятное положение плода (позвоночником вверх).^124,125

Следующий вопрос заключается в том, можно ли использовать в клинической практике объемный набор данных диагностического качества. Имеющиеся на сегодняшний день данные указывают на то, что эксперты могут полагаться на объемные наборы данных сердца плода в диагностических целях. Виньялс и др.^17,126 провели исследования в Чили, в которых объемные наборы данных сердца плода были получены экспертами с небольшим опытом в эхокардиографии плода, а затем переданы на удаленный сервер по интернет-ссылке. Объемы оценивались экспертом по эхокардиографии плода, при этом полное обследование было возможно в 96,2% случаев, полученных во втором триместре¹⁷, и была отмечена высокая степень межнаблюдательного соответствия изображений эхокардиографии плода, извлеченных из массивов данных, полученных между 11 и 14 неделями беременности.¹²⁶ Беннасар и др. сравнили 4DU и 2DU для точности диагностики ИБС. Объемные наборы данных анализировались вслепую через год после получения. В исследование были включены 342 плода с подозрением на ИБС и оно показало схожую диагностическую точность для обоих методов (91% для 4DU по сравнению с 94,2% для 2DU, P > 0,05), с 10 ложноотрицательными диагнозами при 4DU (VSD [n = 9], прерванная дуга аорты [n = 1]) и 3 при 2DU (VSD [n = 2], персистирующая левая верхняя полая вена [n = 1]). У 4-х пациентов было 19 ложноположительных диагнозов (ВСД [n = 10], коарктация аорты [n = 4], стойкая левая верхняя полая вена [n = 2], стеноз легких [n = 1], трикуспидальная дисплазия [n = 1], рабдомиома [n = 1]), в то время как у 2-х пациентов было 17 ложноположительных диагнозов (ВСД [n = 11], коарктация аорты [n = 4], трикуспидальная дисплазия [n = 1], дефект первого устья межпредсердной перегородки [n = 1]).¹²⁷ Эспиноза и др.^127a провели многоцентровое исследование, в котором приняли участие эксперты из семи международных институтов. Девяносто томов данных о плодах с ИБС и без них были загружены на сервер и исследованы экспертами вслепую. Исследование показало очень хорошую чувствительность и специфичность для диагностики ИБС (93% и 96% соответственно) с отличным межцентровым согласием (каппа = 0,97). Исследование, проведенное Ягелем и соавторами, продемонстрировало дополнительную ценность 4DU по сравнению с 2DU в 193 случаях ИБС, проанализированных вслепую. Исследование показало, что 12 аномалий сердца были правильно диагностированы только 4DU, включая правую дугу аорты с аномальным разветвлением, транспозицию магистральных артерий с атрезией легких, прерывистую дугу аорты, аневризму правого желудочка и общий аномальный венозный возврат в легочную артерию. В том исследовании чувствительность 2DU составила 87,6% (95% доверительный интервал [ДИ] от 81,8% до 91,7%), а чувствительность 4DU составила 93,8% (95% ДИот 89,1% до 96,6%). Оба метода визуализации имели специфичность 100% (95% ДИ от 99,9% до 100%).¹²⁸

ОБЪЕМНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

До широкого распространения оборудования 3DUS объемные измерения плода можно было получить только с использованием формул, основанных на 2D измерениях интересующей структуры. Формула эллипсоида (поперечные × переднезадние × продольные размеры × π/6), все еще широко используемая в клинической практике для оценки объемов различных органов, предполагает приблизительную эллипсоидную форму и правильный контур. Это не относится к сложным анатомическим структурам, таким как левый и правый желудочки сердца, для которых средняя погрешность измерения может достигать 25%.^129,130 Прямые объемные измерения теперь можно выполнять на основе объемных наборов данных 3D и 4D, полученных с помощью большинства коммерчески доступного оборудования. Обычно используются два метода: (1) мультипланарный метод или метод нескольких параллельных плоскостей и (2) компьютерный анализ вращения виртуальных органов (VOCAL, GE Healthcare, Милуоки, Висконсин). Несколько исследователей сообщили о точности объемных измерений для различных органов и клинических сценариев.^37,131–158

Хотя исследования in vitro, оценивающие точность объемных измерений 3DUS, показали превосходную точность и достоверность,^159–161 недавний обзор опубликованных номограмм объемных измерений различных органов плода показал значительную вариабельность.¹⁵¹ Чтобы проиллюстрировать это, предположим, что кто-то хочет узнать нормальный объем легких плода на 28 неделе беременности. После проведения поиска литературы выясняется, что среди 15 рецензируемых статей средний объем легких плода на 28 неделе беременности составляет от 17,2 до 43,3 мл.^{131,140,141,151,162-172} Выводы из этого наблюдения клинически важны: объем легких плода равен 36.12 мл на 28 неделе беременности могут составлять от -2,94 стандартных отклонения до +1,11 стандартных отклонения от среднего значения для срока беременности, в зависимости от выбранной номограммы. Такое большое расхождение затрудняет достоверную диагностику истинной патологии. Следовательно, к объемным измерениям следует подходить с осторожностью. Методологические источники ошибок, а не истинные биологические различия, вероятно, являются объяснением широкого разброса сообщаемых нормальных значений. Один из таких источников вариаций присущ физическим принципам, лежащим в основе ультразвукового исследования, которое является отражающим методом и, следовательно, изобилует артефактами, связанными с затенением костей, которые ограничивают возможность точного определения границ структур мягких тканей (например, тени от ребер, затрудняющие точное прослеживание контуров легких). Другие потенциальные источники вариабельности включают неоднородность платформ системы 3DUS, несогласованность в интерпретации ультразвуковых изображений, проблемы с анализом данных и сообщением об ошибках измерений, а также проблемы, связанные с валидацией метода.¹⁵¹ Чтобы еще больше усложнить ситуацию, существует множество несовместимых форматов изображений 3DUS и программных средств измерения, проблема, которая вряд ли улучшится, пока производители не примут стандарт 3DUS DICOM.

В следующих разделах мы рассмотрим клиническое применение волюметрии 3DUS в трех клинически значимых сценариях: оценка веса плода с использованием объемов конечностей, объемные измерения легких плода для прогнозирования легочной гипоплазии и объемные измерения камер сердца плода для оценки сердечной функции.

Оценка веса плода С использованием объемной визуализации

Расчетный вес плода (EFW) обычно получают во втором и третьем триместрах для оценки размера плода и состояния питания. Большинство методов оценивают вес плода на основе двумерных измерений бипариетального диаметра плода (BPD), окружности головы (HC), окружности живота (AC) и длины бедра (FL). При сравнении с фактическим весом плода ультразвуковая EFW связана со случайными ошибками в диапазоне от 8,1% до 11,8%.¹⁷³

Для повышения точности ультразвукового исследования EFW недавние усилия были сосредоточены на объемных измерениях конечностей плода с использованием 3D.^{132,145,155–158,174–181} В первоначальных исследованиях для прогнозирования веса плода использовалась общая волюметрия конечностей.^156–158 Однако общая волюметрия конечностей технически сложна, в основном из-за плохой визуализации границ мягких тканей на дистальных концах конечностей , а также большое количество ручных трассировок для получения измерения объема. Для преодоления этих препятствий в 2001 году была введена фракционная волюметрия конечностей (FLV).¹³² При FLV измеряется только средняя часть конечности в виде фиксированного процента (50%) от длины диафиза. Можно измерить либо частичный объем бедра (T_объем), либо частичный объем руки (A_объем), как показано на рисунках 2.38 и 2.39. Первоначальные исследования показали, что комбинация T_объема или A_объема и переменного тока может предсказать фактический вес при рождении гораздо надежнее, чем обычные измерения в формате 2DUS.¹³² Кроме того, T_объема сильно коррелирует с процентным содержанием жира в организме новорожденного, измеренным в течение 48 часов после родов методом плетизмографии с вытеснением воздуха.¹⁷⁹

РИСУНОК 2.38: Иллюстрация дробного объема бедра (T_объем). T_объем — это небольшой объем, который включает 50% длины диафиза бедренной кости. Объем находится в центре ствола бедренной кости (малый круг). Принцип тот же для фракционного объема руки (A_объем). (Воспроизведено с разрешения Ли У., Детера Р.Л., Макни Б. и др. Индивидуальная оценка роста мягких тканей плода с использованием дробного объема бедра. Ультразвуковое акушерско-гинекологическое исследование . 2004;24[7]:767-774.)

РИСУНОК 2.39: Дробный объем бедра в 3DU. Ортогональные плоскости обзора (сагиттальная, верхнее левое окно; аксиальная, верхнее правое окно; корональная, нижнее левое окно) используются для исследования бедра плода с помощью мультипланарной визуализации. Наконечники стрелок расположены электронным способом на обоих концах диафиза бедренной кости в сагиттальной плоскости. Субобъем средней высоты составляет 50% длины диафиза и разделен на пять секций, которые прослеживаются вручную при осевом просмотре. Принцип тот же для фракционного объема руки (A_объем). (Воспроизведено с разрешения Ли У., Детера Р.Л., Макни Б. и др. Индивидуальная оценка роста мягких тканей плода с использованием дробного объема бедра. Ультразвуковое акушерско-гинекологическое исследование . 2004;24[7]:767-774.)

Последующие исследования показали, что измерения A_объема и T_объема могут выполняться с хорошей внутри- и межсерверной погрешностью и согласованностью (внутрисерверная погрешность и согласованность: A_объема 2,2% ± 4,2% (95% пределы согласования, от -6,0% до 10,5%), T_объема 2,0% ± 4,2% (95% пределы согласования, от -6,3% до 10,3%); межсерверная погрешность и согласованность: A_объема -1,9% ± 4,9% (95%-ные пределы согласования, от -11,6% до 7,8%), T_объем -2,0% ± 5,4% (95%-ные пределы согласования, от -12,5% до 8,6%). Нормальные контрольные диапазоны для A_объема и T_объема во время беременности были установлены в 2009 году и воспроизведены в Приложениях 15 и 16.¹⁴⁶

Совсем недавно были разработаны новые модели оценки веса плода на основе FLV и обычных 2DU¹⁴⁵, которые впоследствии были валидированы¹⁵⁵ в другой популяции. Проверка исследование были включены 164 беременных женщин, родивших в возрасте от 21 до 42 недель менструального возраста и который имел т_объем, а_объем, ПЗУ, АС, ФЛ и измеряется в течение 4 дней после доставки. Наилучшей моделью для прогнозирования фактического веса при рождении была комбинация BPD, AC и T_объем.¹⁵⁵ Модель правильно классифицировала большую долю EFW в пределах 5% (55,1% против 43,7%, P = 0,03) и 10% (86,5% против 75,9%, P < 0,05) фактического веса при рождении по сравнению с EFW, рассчитанным с использованием формул, полученных на основе измерений 2DUS (модифицированная формула Хэдлока с использованием BPD, AC и FL с коэффициентами, полученными для той же популяции ¹⁴⁵).

Формулы для оценки веса при рождении на основе комбинации параметров 2DUS и T_объем и A_объем приведены ниже¹⁴⁵:

объем_T: Ln BW = -0,8297 + 4,0344 (ln BPD) – 0,7820 (ln BPD)² + 0,7853 (ln AC) + 0,0528 (ln T_объем)²

объем_A: Ln BW = 0,5046 + 1,9665 (ln BPD) – 0,3040 (ln BPD)² + 0,9675 (ln AC) + 0,3557 (ln A_объем)

Объемные измерения легких плода для прогнозирования легочной гипоплазии

Идентификация плодов, подверженных риску развития гипоплазии легких, особенно летальной гипоплазии легких, важна при нескольких состояниях, включая врожденную диафрагмальную грыжу (CDH), врожденные пороки развития легких (например, врожденный порок развития легочных дыхательных путей), дисплазии скелета и длительный преждевременный разрыв плодных оболочек.

Патологическими критериями для диагностики гипоплазии легких являются отношение массы легкого к массе тела, равное 0,015 или менее до 28 недель беременности, и 0,012 или менее на 28 неделе беременности или более, и / или аномальное среднее количество радиальных альвеол.¹⁸² Диагностика гипоплазии легких in vivo основывается на измерениях грудной клетки и / или легких. Наиболее широко изученным состоянием, требующим внутриутробных измерений легких, является CDH, а наиболее широко используемым биометрическим параметром для прогнозирования гипоплазии легких является отношение легких к голове (LHR).^183-185 LHR косвенно оценивает риск легочной гипоплазии контралатерального легкого и определяется как произведение наибольших ортогональных диаметров легких, измеренных при двумерном осевом виде грудной клетки плода на уровне четырехкамерного обзора, разделенное на HC плода (с все измерения выполнены в мм). Меткус и др.¹⁸³ сообщили о 0% выживаемости плодов с LHR <0,6, тогда как Липшуц и др.¹⁸⁴ сообщили о 0% выживаемости плодов с LHR < 1.0. У плодов с LHR > 1,4 прогноз лучше. Промежуточные значения связаны с показателями выживаемости в диапазоне от 38% до 61%. Из-за опасений относительно изменчивости LHR в зависимости от гестационного возраста Джани и др.¹⁸⁶ предложили использовать соотношение наблюдаемого и ожидаемого LHR (O / E-LHR).

Использование 3DUS для оценки объема легких было вызвано интересом к повышению точности измерений путем непосредственного измерения объема вместо того, чтобы полагаться на оценки. Было проведено несколько исследований с использованием мультипланарного (рис. 2.40) или вокального методов (рис. 2.41). Калаче и др.¹³⁴ показали, что оба метода могут использоваться взаимозаменяемо с отличной межметодической вариабельностью и хорошим согласием. Несколько других исследований показали, что объемные измерения легких плода являются точными по сравнению с моделями in vitro, а также хорошую внутри- и межнаблюдательную воспроизводимость и надежность. При сравнении с МРТ с использованием моделей легких in vitro, а также in vivo у плодов с CDH in vivo было показано, что обе технологии в высокой степени коррелированы, надежны и точны.^187,188

FIGURE 2.40: 3D fetal lung volume measurement using the multiplanar technique. Panel 1 is sagittal, panel 2 is axial, and panel 3 is coronal. After the user defines the distance from the lung apex to the base (panel 1, green crosses and dashed line), the equipment automatically divides the distance into a number of slices that is defined by the examiner. The examiner then traces each slice in sequence (panel 2). After all slices are traced, the system provides the volume calculation.

РИСУНОК 2.41: 3D измерение легких плода с использованием VOCAL™ (виртуальный органный компьютерный анализ, 4DView, GE Healthcare, Милуоки, Висконсин, США). Легкое поворачивается вокруг вертикальной оси. Количество этапов вращения определяется исследователем и составляет от 6 (с шагом 30 °) до 15 (с шагом 6 °). Исследователь обводит контур легкого несколько раз, пока объем не повернется в общей сложности на 180 °. Затем система вычисляет объем.

Текущие проблемы с использованием как 3D-УЗИ, так и МРТ плода в качестве методов золотого стандарта для оценки гипоплазии легких связаны главным образом с высокой вариабельностью сообщаемых нормальных значений среди различных опубликованных номограмм. Иоанну и др.¹⁵¹ проанализировали 15 опубликованных номограмм объемов легких плода с использованием 3D–USU,^{131,140,141,151,162-172} и задокументировали такую широкую вариабельность сообщаемых нормальных значений, которая может препятствовать применимости волюметрии легких с помощью 3D-USU в клинической практике (см. Обсуждение раздела “Объемные измерения” выше). Дешмух и др. сообщили о схожих опасениях в отношении данных МРТ плода.¹⁸⁹ на основе обзора 10 опубликованных исследований.^190–199

Наш личный опыт применения трехмерной волюметрии легких при скелетных дисплазиях также разочаровал, в основном из-за технических трудностей при прослеживании контура легких, когда грудная клетка очень маленькая, с большим количеством затенения ребер, чем ожидалось при нормальных легких плода. В исследовании 41 плода с подтвержденными дисплазиями скелета чувствительность общего объема легких для выявления летальной гипоплазии легких была высокой (92,9%), но специфичность была слишком низкой (51,9%), чтобы быть полезной в клинической практике.²⁰⁰

Функциональная оценка сердца плода с помощью 4DU

Ударный объем (SV), сердечный выброс (CO) и фракция выброса (EF) являются важными параметрами для оценки сердечной функции плода. До недавнего времени их можно было оценить только по измерениям 2DUS, основанным на несовершенных геометрических предположениях о форме желудочков (ортогональные измерения, многодисковый метод — правило Симпсона),^201,202 или с использованием комбинации 2DUS и допплерографии.²⁰³ Симпсон и Кук²⁰⁴ показали, что повторяемость объемных измерений с использованием многодискового метода оставляет желать лучшего (коэффициент вариации превышал 10% при оценке конечного диастолического объема левого желудочка [ 13%] и SV [14%]), при этом внутрисерверные ошибки неизменно превышают внутрисерверные ошибки. Кроме того, формулы, основанные на геометрических предположениях о морфологии желудочков, применимы только к левому желудочку, поскольку правый желудочек имеет сложную морфологию.

Доплеровские расчеты SV и CO выполняются путем умножения доплеровского интеграла скорости по времени (VTI) на двумерную площадь поперечного сечения клапана либо атриовентрикулярного, либо полулунного клапанов. Формулы следующие:

SV = VTI × πd²/4, где d — диаметр клапана

CO = SV × Частота сердечных сокращений

При сочетании 2DUS и доплеровских измерений возможны несколько источников ошибок. К ним относятся: (1) недостаточный угол инсонирования (<20 °), что может привести к недооценке доплеровского VTI; и (2) определение площади клапана исходя из квадрата его радиуса, что, как правило, увеличивает ошибки измерения, даже если они минимальны. Ранее сообщалось о плохой воспроизводимости доплеровских измерений для оценки SV и CO, при этом межнаблюдательные ошибки неизменно превышали внутринаблюдательные ошибки.²⁰⁴

С появлением эхокардиографии плода в формате 4DUS объемы левого и правого желудочков теперь можно измерять напрямую во время систолы и диастолы, что позволяет напрямую рассчитывать SV, CO и EF. О первой попытке измерить объемы желудочков с помощью 4DU сообщили Мейер-Виткопф и др.²⁰⁵ в 2001 году. В этом исследовании исследователи использовали систему определения объема, предоставляемую свободной рукой, состоящую из стандартного оборудования 2DUS, сопряженного с системой магнитного слежения. Объемные измерения были получены у 57 нормальных плодов и у 22 плодов с ИБС. Авторы обнаружили, что конечные систолические и конечнодиастолические объемы увеличивались экспоненциально с возрастом беременности в обеих группах. У плодов с ИБС и неравномерностью размеров желудочков, как правило, были меньшие комбинированные конечные диастолические и SVs, чем у нормальных плодов. Эш-Бродер и соавт. также предприняли попытку произвольного измерения объема сердца плода.,²⁰⁶ которые обнаружили, что средняя ЭФ правого и левого желудочков составила 54% ± 11,2% и 57,5% ± 14,6% между 20 и 24 неделями беременности.

После внедрения технологии STIC в 2003 году,^13,17 несколько групп сообщили о возможности получения объемных измерений сердца плода с использованием этой технологии. Эксперименты in vitro с использованием моделей пульсирующих баллонов подтвердили точность STIC для измерения небольших объемов, таких как те, которые обнаруживаются во втором и третьем триместрах сердца плода.^161,207 Несколько последующих исследований, проведенных на плодах человека, в совокупности показали, что: (1) внутри– и межнаблюдательная повторяемость и воспроизводимость объемных измерений сердца плода с использованием STIC высоки^{144,148,208–211}; ( 2) что EF имеет тенденцию оставаться стабильной на протяжении всей беременности^148,208,209; (3) и что SV и CO как для правого, так и для левого желудочков экспоненциально увеличиваются по мере беременности,^{148,154,208-210} за исключением поправки на EW (таблица 2.1).¹⁵⁴

Представляет интерес крупномасштабное исследование Хэмилла и соавт., которые применили один из методов 4D-сегментации с наилучшей повторяемостью, а именно VOCAL с контурным определителем, для измерения конечного диастолического и конечного систолического объемов правого и левого желудочков у 184 плодов, обследованных в период от 19 до 42 недель (рис. 2.42). Были рассчитаны SV, CO и EF. Исследование подтвердило предыдущие наблюдения о том, что объемы желудочков, SV и CO увеличиваются с увеличением срока беременности. Однако оно также не показало разницы между левым и правым желудочками при SV и CO, а также снижения EF по мере продвижения беременности, при этом EF слева значительно больше, чем справа, о результатах, о которых ранее не сообщалось.

РИСУНОК 2.42: Измерения объема левого (ЛЖ; A) и правого (ПЖ; B) желудочков, полученные методом VOCAL™ (Виртуальный органный компьютерный анализ, 4DView, GE Healthcare, Милуоки, Висконсин, США) во время систолы и диастолы. После получения результатов измерений можно рассчитать несколько гемодинамических параметров. Например: (1) Фракция выброса (ФВ) для правого желудочка (ПЖ) рассчитывается следующим образом: конечно-диастолический объем ПЖ (0,477 мЛ) – конечно-систолический объем ПЖ (0,212 мл)/конечно-диастолический объем ПЖ (0,477 мЛ) = 55,5%; (2) ФВ для левого желудочка (ЛЖ) составляет: конечно-диастолический объем ЛЖ (0,294 мл) – конечно-систолический объем ЛЖ ( 0,127 мЛ)/ конечнодиастолический объем ЛЖ (0,294 мЛ) = 56,8%; (3) Ударный объем для ПЖ равен конечнодиастолическому объему ПЖ (0,477 мл) — конечному систолическому объему ПЖ (0,212 мл) = 0,265 мл, а сердечный выброс ПЖ при частоте сердечных сокращений плода 140 ударов в минуту равен 37,1 мл; (4) Ударный объем для ПЖ равен конечнодиастолическому объему ЛЖ (0,294 мл) — конечному систолическому объему ЛЖ (0,127 мл) = 0,167 мл, и Сердечный выброс ЛЖ при частоте сердечных сокращений плода 140 ударов в минуту составляет 23,4 мл.

Что касается возможности использования 4DU с STIC для измерения сердечных объемов в клинической практике, в нескольких отчетах упоминаются подводные камни, связанные с определением объема. Хэмилл и др.,¹⁵⁴ например, забраковали 33/217 (15%) объемов из-за плохого качества изображения, в то время как Шондервальдт и др.,²¹² сообщили о низкой успешности получения STIC в исследовании 84 беременностей, сканированных в период от 20 до 34 недель беременности. В этом исследовании только 30/84 тома (36%) имели достаточное качество для проведения объемных измерений. Другие объемы пришлось исключить из-за неблагоприятного положения плода с выступанием позвоночника вперед или вбок и / или движений плода, которые приводили к появлению акустических теней и артефактов движений. Уиттенбогаард и др.¹⁴⁸ также отметили низкое разрешение изображения на ранних сроках беременности и высокую частоту неудач после 30 недель беременности.

Объемная визуализация сердца плода с помощью 4DU находится только в зачаточном состоянии. Будущие направления в этой области включают определение роли расчетов SV, CO и EF в различных патологических процессах плода, таких как задержка внутриутробного развития, преждевременные роды, преждевременный разрыв плодных оболочек, преэклампсия, водянка плода и мониторинг состояния плода в контексте ИБС. В процессе будет важно напрямую сравнить показатели этих параметров со многими другими, которые в настоящее время используются для оценки гемодинамики плода, основанной в основном на допплерографии, такими как индекс эффективности миокарда (также известный как индекс Tei), который в настоящее время используется для оценки общей (систолической и диастолической) сердечной функции.²¹³

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3DUS предоставляет акушерскому визуализатору инструмент, который может улучшить диагностику за счет улучшения отображения анатомических структур, отображаемых 2DUS. Рабочая лошадка 3DUS — это мультипланарный формат, при котором структура или поражение могут быть визуализированы одновременно в трех плоскостях. Визуализированные изображения, то есть те, которые создают реалистичные 3D-модели интересующей структуры, также расширяют возможности исследователя в конкретных условиях, как подробно описано в тексте выше. 3D и 4DU были признаны особенно полезными при оценке дефектов лица, аномалий ЦНС и скелета, а также ИБС. Однако напоминаем читателю, что 3D-визуализация только усиливает 2DU, и, следовательно, артефакты и ограничения, присущие ультразвуковой диагностике, вряд ли будут преодолены с помощью технологии 3D / 4D. Для дополнительного обучения 3D / 4D ультразвуковой диагностике хорошей отправной точкой является изучение ресурсов, предлагаемых Американским институтом ультразвука в медицине (www.aium.org).