НОВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЧЕТЫРЕХМЕРНОЙ СОНОГРАФИИ С B-FLOW ВИЗУАЛИЗАЦИЕЙ И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ КОРРЕЛЯЦИЕЙ ИЗОБРАЖЕНИЯ STIC В ОЦЕНКЕ ВРОЖДЕННЫХ ПОРОКОВ СЕРДЦА ПЛОДА

Цель. Оценить роль четырехмерного (4D) ультразвукового исследования с B-flow визуализацией и пространственно-временной корреляцией изображения (spatiotemporal image correlation – STIC) при оценке нормального сердца плода и врожденных пороков сердца во время беременности.

АВТОРЫ: Wu Hongmei, M.Sc., Zhang Ying, M.D., Cai Ailu, M.D., and Sun Wei, M.D.

Отделение ультрасонографии больницы Шенджинг Китайского медицинского университета, Шэньян, Китай

Методы. Наборы объемных данных сердца плода были получены с помощью автоматизированных поперечных и продольных сканов передней стенки грудной клетки. Мы изучили 31 нормальных плодов и 28 плодов с врожденными пороками сердца (6 – с двойным выходным отверстием правого желудочка, 5 – с полной транспозицией магистральных артерий, 8 – с тетрадой Фалло, 3 – с правосторонним расположением дуги аорты, 2 – с добавочной левосторонней верхней полой веной, 3 – с общим артериальным стволом и 1 – с прерванной дугой аорты) в гестационном возрасте от 18 до 39 недель с использованием трансабдоминальной 4D сонографии с B-flow и с STIC (4D BF-STIC).

Результаты. Четырехмерная BF-STIC сонография продемонстрировала динамические ангиографические особенности сердца у нормальных и аномальных плодов. Четырехмерные BF-STIC изображения не могли быть получены у двух нормальных плодов на 18,9 и 35,6 неделях гестации из-за высокой частоты сердечных сокращений плода и неприемлемом положении плода. Из остальных 29 плодов все экстракардиальные сосуды, такие как аорта, легочная артерия, артериальный проток, нижняя полая вена и венозный проток были обнаружены на реконструированных изображениях. В семи нормальных случаях было записано 4D изображение для того, чтобы обеспечить одновременную визуализацию всех четырех легочных вен. У 28 плодов с аномалиями сердца, 4D сонография с отображением B-flow и STIC регистрировали ”цифровые слепки” путей оттока, магистральных артерий и вен, впадающих в сердце. Эти данные показывают пространственное соотношение между этими структурами, которые обеспечивают важной анатомической информацией.

Вывод. Четырехмерная BF-STIC сонография предоставляет возможность трехмерной оценки экстракардиальной гемодинамики плода в реальном времени во втором и третьем триместрах. Этот новый метод дополняет данные оценки гемодинамики фетального сердца и может играть важную роль в последующих исследованиях сердца плода и выявления анатомических особенностей различных врожденных пороков сердца.

Ключевые слова: четырехмерная ультрасонография, B-flow визуализация, пространственно-временная корреляция изображения, STIC, сердце плода, врожденный порок сердца, плод, Voluson

Врожденные пороки сердца являются одной из основных причин младенческой и детской смертности, а также являются ведущим органоспецифическим врожденным дефектом в Соединенных Штатах. Более половины детей, страдающих врожденными заболеваниями сердца рождаются от матерей, без каких-либо ранее известных факторов риска, что подчеркивает необходимость создания эффективной программы скрининга сердца плода для всех беременностей.

Внедрение объемной эхографии в акушерскую практику обеспечило большой прогресс в пренатальной диагностике. Пространственно-временная корреляция изображения (Spatiotemporal image correlation – STIC) недавнее технологическое усовершенствование, которое позволяет проводить динамическое мультипланарное разделение на слои и поверхностный рендеринг анатомии сердца плода. Этот метод сокращает время исследования и позволяет провести корреляцию между плоскостями изображения перпендикулярно к основной плоскости захвата. С помощью этой технологии мы можем перемещаться в сердце, разделять его на слои в любом направлении и строить любые стандартные плоскости изображений для формирования комплексного диагноза.

Стандартная эхография в серой шкале не может быть использована для оценки кровотока, так как компоненты в виде частиц крови очень слабо отражают сигнал. Сонографическая техника B-flow была разработана недавно для обеспечения прямой визуализации кровотока при стандартной эхографии в серой шкале. Визуализация B-flow не является допплеровской технологией, а использует закодированный ультразвуковой сигнал в цифровом виде и непосредственно отображает текущие внутрисосудистые эхо-сигналы на изображениях в оттенках серого в реальном времени. Было доказано, что четырехмерная B-flow сонография с STIC техникой (4D BF-STIC) эффективна для улучшения пространственного понимания аномалий и потенциально облегчает их визуализацию, а также предоставляет широкий спектр аналитических возможностей.

Методы

Мы изучили 31 нормальный плод и 28 плодов с врожденными пороками сердца в гестационном возрасте от 18 до 39 недель. Все пациенты были некурящими и не имели известного анамнеза незаконного потребления наркотиков. Нормальная популяция состояла из беременных женщин, которые были направлены для проведения рутинного пренатального ультрасонографического исследования. Со стороны матери или плода осложнений не выявлено. Все они имели структурно нормальные сердца. Было предоставлено письменное информированное согласие до исследования от каждой матери, включенной в это исследование. Протоколы исследований были одобрены этическим комитетом больницы. Все 28 плодов с аномалиями сердца первоначально были исследованы с помощью 2D-эхокардиографии. Из этих 28 плодов 6 были с двойным выходным отверстием правого желудочка, 5 – с полной транспозицией магистральных артерий, 8 – с тетрадой Фалло, 3 – с правосторонним расположением дуги аорты, 2 – с добавочной левосторонней верхней полой веной, 3 – с общим артериальным стволом и 1 – с прерванной дугой аорты. Послеродовая эхокардиография, хирургическое вмешательство или аутопсия проведены для всех случаев, которые принимали участие в исследовании с целью постановки заключительного диагноза.

Все случаи исследовались с помощью трансабдоминальной 4D BF-STIC методики на ультразвуковой системе GE (General Electric) Voluson E8 Expert (GE Medical Systems, Kretztechnik, Zipf, Австрия) с трансабдоминальным датчиком (RAB 4-9 МГц). Наборы объемных данных B-flow мультипланарных видеопоследовательностей сердца плода и B-flow градиентных световых видеопоследовательностей сердца плода были получены с помощью STIC, путем автоматизированных поперечных и продольных сканирований передней стенки грудной клетки. Настройки B-flow во время исследования были: динамический диапазон – 9; чувствительность – 6; и непрерывность – 2. Получение объемных данных длилось 10-12.5 секунд. Интересующий объем получен под углом примерно 20°-40° (в зависимости от размера плода), что, как правило, достаточно для того, чтобы включать в себя желудок, сердце, его сосудистые компоненты и нижнюю часть шеи. Размер измеряемого пространства регулируется путем размещения его границы сразу за кожей грудной клетки плода. Время получения данных может быть выбрано от 7,5 до 15 секунд. Всякий раз, когда это возможно, получение данных выполняется в момент отсутствия движения плода. Пациентов просили кратковременно задержать дыхание.

Набор 4D BF-STIC данных был сохранен на компакт-диске (CD-R) для последующего автономного анализа. Комбинация гладкой поверхности и алгоритмов градиентного света с охватом, как желудочков, так и магистральных артерий, была установлена с поверхностным рендерингом для 4D визуализации гемодинамики внутрисердечного кровотока. Постпроцессинговая корректировка была использована для улучшения качества изображения.

Результаты

Четырехмерные BF-STIC изображения не могли быть получены у двух нормальных плодов на 18,9 и 35,6 неделях гестации из-за высокой частоты сердечных сокращений плода и неприемлемом положении плода. У остальных 29 нормальных плодов, экстракардиальные сосуды, такие как аорта, легочная артерия, артериальный проток, венозный проток и нижняя полая вена были обнаружены на реконструированных изображениях (рис. 1). В семи случаях нормальных плодов были успешно продемонстрированы четыре легочные вены от легких с обеих сторон в направлении левого предсердия на одном из реконструированных изображений (рис. 2).

Мы также применили 4D BF-STIC технику для оценки сердечных аномалий. На рисунке 3 показано 4D BF-STIC реконструированное изображение полной транспозиции магистральных артерий. Рисунок показывает две большие артерии, которые проходят параллельно. Аорта справа начинается из правого желудочка, а легочная артерия находится на левой стороне и начинается из левого желудочка. На рис. 4 показан рендеринг изображения двойного выходного отверстия правого желудочка (две большие артерии начинаются параллельно из правого желудочка). Рис. 5 демонстрирует 4D BF-STIC исследование с тетрадой Фалло. В этом случае пространственное взаимоотношение магистральных артерий является нормальным, в то время как размер легочной артерии значительно меньше, чем у аорты. 4D BF-STIC изображение правосторонней дуги аорты в дорзальной проекции показано на рисунке 6. Правосторонняя дуга аорты – дефект, который развивается в результате персистенции правосторонней дорсальной аорты и инволюции дистальной части левосторонней дорсальной аорты. Рис. 7 отображает 4D BF-STIC исследование в дорзальной проекции добавочной левой верхней полой вены и боковую проекцию с левой стороны плода. Добавочная левая верхняя полая вена впадает в коронарный синус позади левого предсердия. Четырехмерное BF-STIC изображение общего артериального ствола представлено на рисунке 8, который демонстрирует только один сосуд, который выходит из желудочков (Т). На рисунке 9 показан 4D BF-STIC рендеринг изображения прерывания дуги аорты. Отмечен разрыв непрерывности между левой подключичной (LSA) артерией и артериальным протоком (DA), что предполагает тип прерывания А, когда артериальный проток кровоснабжается из нисходящей аорты.

Рис. 1. B-flow STIC реконструкция изображения крупных сосудов сердца у нормального плода. Показаны ”цифровые слепки” магистральных артерий и вен впадающих в сердце. DA – артериальный проток; DAO – нисходящая аорта; DV – венозный проток; HV – печеночная вена; IVC – нижняя полая вена; PA – легочная артерия; UV – пупочная вена.

Рис. 2. B-flow STIC реконструкция изображения нормальных легочных вен (задняя проекция). Четыре легочные вены, впадающие в левое предсердие, одновременно обнаружены на этом 4D изображении. DAO – нисходящая аорта; LA – левое предсердие; LSPV – левая верхняя легочная вена; RSPV – левая нижняя легочная вена; RSPV – правая верхняя легочная вена; RIPV – правая нижняя легочная вена.

Рис. 3. B-flow STIC реконструкция изображения полной транспозиции магистральных артерий. Две большие артерии простираются параллельно с АО справа, начинается из правого желудочка, и PA с левой стороны, начинается из левого желудочка. AO – аорта; LV – левый желудочек; PA – легочная артерия; RV – правый желудочек.

Рис. 4. B-flow STIC реконструкция изображения направления PA и AO, а также веточек, которые начинаются от АО. Две большие артерии начинаются параллельно от RV. AO – аорта; PA – легочная артерия; IA – плечеголовной ствол; LCA – левая сонная артерия; LSA – левая подключичная артерия; RV – правый желудочек.

Рис. 5. B-flow STIC реконструкция изображения тетрады Фалло. Размер PA значительно меньше, чем АО. Пространственное совмещение этих двух артерий нормальное. А. Показывает “аорту-наездник”, которая получает кровь из обоих желудочков (наконечники стрел); В. Показывает легочный ствол, который выглядит меньше, чем аорта. AO – аорта; PA – легочная артерия; LV – левый желудочек; RV – правый желудочек.

Рис. 6. B-flow STIC реконструкция изображения правосторонней дуги аорты. AO – аорта; PA – легочная артерия; DA – артериальный проток; DAO – нисходящая аорта; R-ACH – правосторонняя дуга аорты.

Рис. 7. B-flow STIC реконструкция изображения добавочной левой верхней полой вены. Добавочная LSVC впадает в коронарный синус позади левого предсердия. DAO – нисходящая аорта; LA – левое предсердие; LSVC – левый верхняя полая вена.

Рис. 8. B-flow STIC реконструкция изображения общего артериального ствола. A. Только один сосуд (Т) выходит из желудочков; B. Левая и правая легочная артерия (место стрелок) начинаются из артериального ствола.

Рис. 9. B-flow STIC реконструкция изображения прерывания дуги аорты. Отмечен разрыв непрерывности между левой подключичной артерией и артериальным протоком. A – правая подключичная артерия; B – правая сонная артерия; C – левая сонная артерия; D – левая подключичная артерия; AO – аорта; PA – легочная артерия.

Обсуждение

Хотя двумерная (2D) эхокардиография и является золотым стандартом для пренатальной визуализации сердца плода и основной метод получения данных для 3D/4D визуализации сердца по-прежнему базируется на 2D ультразвуковой технологии, 3D/4D ультразвуковое исследование предлагает возможности постобработки, которые позволяет оценить взаимоотношение тканей и кровотока по отношению друг к другу. Быстрое развитие технологий 3D/4D ультразвуковой визуализации расширило возможности для сканирования сердца плода за пределами технологий 2D изображений и в настоящее время предоставляет широкий спектр аналитических возможностей. Применение возможностей 4D BF-STIC рендеринга для эхокардиографии плода может улучшить визуализацию некоторых пороков сердца.

B-flow представляет собой уникальный метод изображения кровотока, который не полагается на доплеровский сдвиг. STIC является простой в использовании методикой для получения данных о сердце плода, что позволяет визуализировать как 3D статические изображения, так и 4D последовательности. Сочетание обоих методов показало себя перспективным в визуализации путей оттока и экстракардиальных сосудов.

Методика B-flow использует сонографические технологии цифрового кодирования для подавления тканевых помех, что помогает улучшить чувствительность для прямой визуализации отраженного сигнала от крови в серой шкале. При использовании этой технологии, информация о потоке получается путем цифрового кодирования исходящего ультразвукового луча. Вернувшийся пучок раскодируется и фильтруется для усиления эхо-сигналов, которые генерируются частицами компонентов протекающей крови в режиме реального времени во время проведения сонографии в оттенках серого. B-flow является одним из вариантов режима в оттенках серого и не имеет ограничений по площади поля зрения (region of interest – ROI) на 2D-изображении. Кроме того, так как B-flow не имеет угловой зависимости, метод обеспечивает более легкое получение изображения, чем цветная допплерография, независимо от направления или угла расположения кровеносных сосудов. Используя аналогичные схемы сонографии в оттенках серого, B-flow может одновременно отображать как морфологию тканей, так и кровоток. О применение B-flow в перинатологии было впервые сообщено Pooh в 2000 году. Было показано, что B-flow визуализация может реалистично демонстрировать мелкие периферические сосуды, такие как глубокие мелкие прободающие артерии головного мозга новорожденных. B-flow показывает только движущиеся частицы крови внутри кровеносных сосудов, в то время как сигналы цветной/энергетической доплерографии, размер пикселей которых больше, чем в B-режиме, накладываются на структурный слой в В-режиме и при этом кровоток отражается в виде усиленного и размытого сосудистого рисунка.

В отличие от цветной/энергетической допплерографии, B-flow может демонстрировать тонкие периферические сосуды с низкой скоростью кровотока. Это является основанием, почему B-flow техника может быть потенциально использована в качестве метода визуализации сердца плода и компенсирует ограничения цветной/энергетической доплеровской технологии. При использовании вместе с STIC для 4D оценки сердечно-сосудистой системы, B-flow является потенциально более эффективным методом перед цветной/энергетической допплерографией.

В нашем исследовании мы показали 4D реконструкцию исходящих трактов с использованием B-flow визуализации. Картина соотношений, размера и направления исходящих трактов при нескольких сердечных аномалиях была получена путем создания цифровых слепков с B-flow визуализацией. Четырёхмерное BF-STIC исследование может генерировать информацию об анатомии и патологической характеристике крупных артерий, которые не могут быть получены с помощью 2D эхографии.

По сравнению с обычной 2D сонографией, 4D сонография является технически более прогрессивной и может облегчать и дополнять диагностику плодов с врожденной патологией сердца при проведении 2D сонографии. Тем не менее, несмотря на значительные технические достижения, предлагаемые 4D сонографией, эта методика еще не достигла широкого признания в акушерской практике в основном из-за сложного процесса постобработки. В своем нынешнем формате, 4D сонография добавляет к обычной 2D сонографии значительную зависимость от оператора. Исходя из нашего опыта, время постобработки для получения реконструированного 4D изображения высокого качества составляет около 10-15 минут для опытного специалиста и около 30-60 минут для неопытного сонографиста.

Необходимо проводить изучение слоя для достижения стандартизации методики получения изображения, отражения на экране и постобработки, чтобы в конечном итоге уменьшить зависимость от опыта и, таким образом, улучшить клиническую возможность использования техники.

Ограничения исследования

В исследовании не получено никакой информации о направлении кровотока, что является простым ограничением 4D BF-STIC визуализации. Существенным ограничением оценки сердца плода с помощью 4D BF-STIC является затенение от костей плода, также как и при 2 D и 3D сонографии. Другие ограничения при оценке сердца плода включают высокую частоту сердечных сокращений плода и неадекватное позиционирование плода. Методика 4D BF-STIC является относительно новой технологией в реконструкции путей оттока сердца плода, что требует определенного уровня подготовки до внедрения этих методов в клиническую практику.

Заключение

Мы доложили о нашем опыте диагностики плодов с врожденными пороками сердца с использованием 4D BF-STIC методики. Хотя аномалия крупных артерий может быть диагностирована опытным сонографистом и с помощью обычной 2D эхокардиографии, применение передовой 4D BF-STIC техники обеспечивает полезными данными в понимании этих аномалий и облегчает их диагностику.