Мета. Оцінити роль чотиривимірного (4D) ультразвукового дослідження з B-flow візуалізацією і просторово-часовою кореляцією зображення (spatiotemporal image correlation – STIC) при оцінці нормального серця плода і вроджених вад серця під час вагітності.
АВТОРИ: Wu Hongmei, M.Sc., Zhang Ying, M.D., Cai Ailu, M.D., and Sun Wei, M.D.
Відділення ультрасонографії лікарні Шенджінг Китайського медичного університету, Шеньян, Китай
Мета. Оцінити роль чотиривимірного (4D) ультразвукового дослідження з B-flow візуалізацією і просторово-часовою кореляцією зображення (spatiotemporal image correlation – STIC) при оцінці нормального серця плода і вроджених вад серця під час вагітності.
Методи. Набори об’ємних даних серця плода були отримані за допомогою автоматизованих поперечних і поздовжніх сканів передньої стінки грудної клітки. Ми вивчили 31 нормальний плід і 28 плодів з вродженими вадами серця (6 – з подвійним вихідним отвором правого шлуночка, 5 – з повною транспозицією магістральних артерій, 8 – з тетрадою Фало, 3 – з правостороннім розташуванням дуги аорти, 2 – з додатковою лівосторонньою верхньою порожнистою веною, 3 – з загальним артеріальним стовбуром і 1 – з перерваною дугою аорти) в гестаційному віці від 18 до 39 тижнів з використанням трансабдомінальної 4D сонографії з B-flow і з STIC (4D BF-STIC).
Результати. Чотиривимірна BF-STIC сонографія продемонструвала динамічні ангіографічні особливості серця у нормальних і аномальних плодів. Чотиривимірні BF-STIC зображення не могли бути отримані у двох нормальних плодів на 18,9 і 35,6 тижнях гестації через високу частоту серцевих скорочень плода і неприйнятне положення плоду. У інших 29 плодів всі екстракардіальні судини, такі як аорта, легенева артерія, артеріальна протока, нижня порожниста вена і венозна протока були виявлені на реконструйованих зображеннях. У семи нормальних випадках було записано 4D зображення для того, щоб забезпечити одночасну візуалізацію всіх чотирьох легеневих вен. У 28 плодів з аномаліями серця 4D сонографія з відображенням B-flow і STIC реєструвала ”цифрові зліпки” шляхів відтоку, магістральних артерій і вен, що впадають в серце. Ці дані показують просторове співвідношення між цими структурами, які забезпечують важливою анатомічною інформацією.
Висновок. Чотиривимірна BF-STIC сонографія надає можливість тривимірної оцінки екстракардіальної гемодинаміки плода в реальному часі в другому і третьому триместрах. Цей новий метод доповнює дані оцінки гемодинаміки фетального серця і може відігравати важливу роль в подальших дослідженнях серця плода та виявлення анатомічних особливостей різних вроджених вад серця.
Ключові слова: чотиривимірна ультрасонографія, B-flow візуалізація, просторово-часова кореляція зображення, STIC, серце плода, вроджені вади серця, плід, Voluson.
Вроджені вади серця є однією з основних причин дитячої смертності, а також провідним органоспецифічним вродженим дефектом в Сполучених Штатах. Більше половини дітей, які страждають вродженими захворюваннями серця, народжуються від матерів, без будь-яких раніше відомих факторів ризику, що наголошує на необхідності створення ефективної програми скринінгу серця плоду для всіх вагітностей.
Впровадження об’ємної ехографії в акушерську практику забезпечило великий прогрес в пренатальній діагностиці. Просторово-часова кореляція зображення – (Spatiotemporal image correlation – STIC) це недавнє технологічне вдосконалення, яке дозволяє проводити динамічний мультипланарний поділ на шари і поверхневий рендерінг анатомії серця плода. Цей метод скорочує час дослідження і дозволяє провести кореляцію між площинами зображення перпендикулярно до основної площини захоплення. За допомогою цієї технології ми можемо переміщатися в серце, розділяти його на шари в будь-якому напрямку і будувати будь-які стандартні площини зображень для формування комплексного діагнозу.
Стандартна ехографія в сірій шкалі не може бути використана для оцінки кровотоку, так як компоненти у вигляді частинок крові дуже слабо відображають сигнал. Сонографічна техніка B-flow була розроблена нещодавно для забезпечення прямої візуалізації кровотоку при стандартній ехографії в сірій шкалі. Візуалізація B-flow не є доплерівською технологією, а використовує закодований ультразвуковий сигнал в цифровому вигляді і безпосередньо відображає поточні внутрішньосудинні ехо-сигнали на зображеннях у відтінках сірого в реальному часі. Було доведено, що чотиривимірна B-flow сонографія з STIC технікою (4D BF-STIC) ефективна для поліпшення просторового розуміння аномалій і потенційно полегшує їх візуалізацію, а також надає широкий спектр аналітичних можливостей.
Методи
Ми вивчили 31 нормальний плід і 28 плодів з вродженими вадами серця в гестаційному віці від 18 до 39 тижнів. Всі пацієнти не зловживали тютюнопалінням і не мали відомого анамнезу незаконного споживання наркотиків. Нормальна популяція складалася з вагітних жінок, які були направлені для проведення рутинного пренатального ультрасонографічного дослідження. З боку матері або плоду ускладнень не виявлено. Всі вони мали структурно нормальні серця. Було надано письмову інформовану згоду до дослідження від кожної матері, включеної в це дослідження. Протоколи досліджень були схвалені етичним комітетом лікарні. Всі 28 плодів з аномаліями серця спочатку були досліджені за допомогою 2D-ехокардіографії. З цих 28 плодів 6 були з подвійним вихідним отвором правого шлуночка, 5 – з повною транспозицією магістральних артерій, 8 – з тетрадою Фало, 3 – з правостороннім розташуванням дуги аорти, 2 – з додатковою лівосторонньою верхньою порожнистою веною, 3 – з загальним артеріальним стовбуром і 1 – з перерваною дугою аорти. Післяпологова ехокардіографія, хірургічне втручання або аутопсія проведені для всіх випадків, які брали участь в дослідженні з метою постановки заключного діагнозу.
Всі випадки досліджувалися за допомогою трансабдомінальної 4D BF-STIC методики на ультразвуковій системі GE (General Electric) Voluson E8 Expert (GE Medical Systems, Kretztechnik, Zipf, Австрія) з трансабдомінальним датчиком (RAB 4-9 МГц). Набори об’ємних даних B-flow мультипланарних відео-послідовностей серця плоду і B-flow градієнтних світлових відео-послідовностей серця плоду були отримані за допомогою STIC, шляхом автоматизованих поперечних і поздовжніх сканувань передньої стінки грудної клітки. Налаштування B-flow під час дослідження були: динамічний діапазон – 9; чутливість – 6; і безперервність – 2. Отримання об’ємних даних тривало 10-12.5 секунд. Потрібний об’єм був отриманий під кутом приблизно 20°- 40° (в залежності від розміру плода), що, як правило, досить для того, щоб включати в себе шлунок, серце, його судинні компоненти і нижню частину шиї. Розмір вимірюваного простору регулюється шляхом розміщення його межі відразу за шкірою грудної клітини плоду. Час отримання даних може бути вибрано від 7,5 до 15 секунд. Всякий раз, коли це можливо, отримання даних виконується в момент відсутності руху плода. Пацієнтів просили короткочасно затримати дихання.
Набір 4D BF-STIC даних був збережений на компакт-диску (CD-R) для подальшого автономного аналізу. Комбінація гладкої поверхні і алгоритмів градієнтного світла з охопленням, як шлуночків, так і магістральних артерій, була встановлена з поверхневим рендерінгом для 4D візуалізації гемодинаміки інтракардіального кровотоку. Коригування була використане для поліпшення якості зображення.
Результати
Чотиривимірні BF-STIC зображення не могли бути отримані у двох нормальних плодів на 18,9 і 35,6 тижнях гестації через високу частоту серцевих скорочень плода і неприйнятному положенні плода. У решти 29 нормальних плодів, екстракардіальні судини, такі як аорта, легенева артерія, артеріальна протока, венозна протока і нижня порожниста вена були виявлені на реконструйованих зображеннях (рис. 1). У семи випадках нормальних плодів були успішно продемонстровані чотири легеневі вени від легень по обидва боки в напрямку лівого передсердя на одному з реконструйованих зображень (рис. 2).
Ми також застосували 4D BF-STIC техніку для оцінки серцевих аномалій. На рисунку 3 показано 4D BF-STIC реконструйоване зображення повної транспозиції магістральних артерій. Малюнок показує дві великі артерії, які проходять паралельно. Аорта справа починається з правого шлуночка, а легенева артерія знаходиться на лівій стороні і починається з лівого шлуночка. На рис. 4 показаний рендерінг зображення подвійного вихідного отвору правого шлуночка (дві великі артерії починаються паралельно з правого шлуночка). Рис. 5 демонструє 4D BF-STIC дослідження з тетрадою Фало. В цьому випадку просторове взаємовідношення магістральних артерій є нормальним, в той час як розмір легеневої артерії значно менше, ніж у аорти. 4D BF-STIC зображення правобічної дуги аорти в дорзальній проекції показано на рисунку 6. Правостороння дуга аорти – дефект, який розвивається в результаті персистенції правобічної дорсальної аорти і інволюції дистальної частини лівосторонньої дорсальної аорти. Рис. 7 відображає 4D BF-STIC дослідження в дорзальній проекції додаткової лівої верхньої порожнистої вени і бічну проекцію з лівого боку плода. Додаткова ліва верхня порожниста вена впадає в коронарний синус позаду лівого передсердя. Чотиривимірне BF-STIC зображення загального артеріального стовбура представлено на рисунку 8, який демонструє тільки одну порожнину, яка виходить з шлуночків (Т). На рисунку 9 показаний 4D BF-STIC рендерінг зображення переривання дуги аорти. Відзначено розрив безперервності між лівою підключичною (LSA) артерією і артеріальною протокою (DA), що передбачає тип переривання А, коли артеріальна протока кровопостачається з низхідної аорти.
Рис. 1. B-flow STIC реконструкція зображення великих судин серця у нормального плода. Показані ” цифрові зліпки ” магістральних артерій і вен, що впадають в серце. DA – артеріальна протока; DAO – нисхідна аорта; DV – венозна протока; HV – печінкова вена; IVC – нижня порожниста вена; PA – легенева артерія; UV – пупкова вена.
Рис. 2. B-flow STIC реконструкція зображення нормальних легеневих вен (задня проекція). Чотири легеневі вени, що впадають у ліве передсердя, одночасно виявлені на цьому 4D зображенні. DAO – нисхідна аорта; LA – ліве передсердя; LSPV – ліва верхня легенева вена; RSPV – ліва нижня легенева вена; RSPV – права верхня легенева вена; RIPV – права нижня легенева вена.
Рис. 3. B-flow STIC реконструкція зображення повної транспозиції магістральних артерій. Дві великі артерії простягаються паралельно з АО справа, починається з правого шлуночка, і PA з лівого боку, починається з лівого шлуночка. AO – аорта; LV – лівий шлуночок; PA – легенева артерія; RV – правий шлуночок.
Рис. 4. B-flow STIC реконструкція зображення напрямку PA і AO, а також гілочок, які починаються від АО. Дві великі артерії починаються паралельно від RV. AO – аорта; PA – легенева артерія; IA – брахіоцефальний стовбур; LCA – ліва сонна артерія; LSA – ліва підключична артерія; RV – правий шлуночок.
Рис. 5. B-flow STIC реконструкція зображення тетради Фало. Розмір PA значно менше, ніж АО. Просторове поєднання цих двох артерій нормальне. А. Показує “аорту-наїзник”, яка отримує кров з обох шлуночків (наконечники стріл); В. Показує легеневий стовбур, який виглядає менше, ніж аорта. AO – аорта; PA – легенева артерія; LV – лівий шлуночок; RV – правий шлуночок.
Рис. 6. B-flow STIC реконструкція зображення правобічної дуги аорти. AO – аорта; PA – легенева артерія; DA – артеріальна протока; DAO – нисхідна аорта; R-ACH – правобічна дуга аорти.
Рис. 7. B-flow STIC реконструкція зображення додаткової лівої верхньої порожнистої вени. Додаткова LSVC впадає в коронарний синус позаду лівого передсердя. DAO – нисхідна аорта; LA – ліве передсердя; LSVC – ліва верхня порожниста вена.
Рис. 8. B-flow STIC реконструкція зображення загального артеріального стовбура. A. Тільки одне порожнинне утворення (Т) виходить з шлуночків; B. Права та ліва легенева артерія (місце стрілок) починаються з артеріального стовбура.
Рис. 9. B-flow STIC реконструкція зображення переривання дуги аорти. Відзначено розрив безперервності між лівою підключичної артерією і артеріальною протокою. A – права підключична артерія; B – права сонна артерія; C – ліва сонна артерія; D – ліва підключична артерія; AO – аорта; PA – легенева артерія.
Обговорення
Хоча двовимірна (2D) ехокардіографія і є золотим стандартом для пренатальної візуалізації серця плоду і основний метод отримання даних для 3D/4D візуалізації серця і раніше базується на 2D ультразвуковій технології, 3D/4D ультразвукове дослідження пропонує можливості обробки, які дозволяють оцінити взаємовідношення тканин і кровотоку по відношенню один до одного. Швидкий розвиток технологій 3D/4D ультразвукової візуалізації розширило можливості для сканування серця плода за межами технологій 2D зображень і в даний час надає широкий спектр аналітичних можливостей. Застосування можливостей 4D BF-STIC рендерінга для ехокардіографії плода може поліпшити візуалізацію деяких вад серця.
B-flow являє собою унікальний метод зображення кровотоку, який не базується на доплерівському зсуві. STIC є простою у використанні методикою для отримання даних про серце плода, що дозволяє візуалізувати як 3D статичні зображення, так і 4D послідовності. Поєднання обох методів показало себе перспективним в візуалізації шляхів відтоку і екстракардіальних судин.
Методика B-flow використовує сонографічні технології цифрового кодування для придушення тканинних перешкод, що допомагає поліпшити чутливість для прямої візуалізації відбитого сигналу від крові в сірій шкалі. При використанні цієї технології, інформація про потік виходить шляхом цифрового кодування вихідного ультразвукового променя. Повернувшись назад, пучок розкодовується і фільтрується для посилення ехо-сигналів, які генеруються частинками компонентів крові, що протікає в режимі реального часу під час проведення сонографії, в відтінках сірого. B-flow є одним з варіантів режиму в відтінках сірого і не має обмежень по площі поля зору (region of interest – ROI) на 2D-зображенні. Крім того, так як B-flow не має кутової залежності, метод забезпечує більш легке отримання зображення, ніж кольорова доплерографія, незалежно від напрямку або кута розташування кровоносних судин. Використовуючи аналогічні схеми сонографії в відтінках сірого, B-flow може одночасно відображати як морфологію тканин, так і кровотік. Про застосування B-flow в перинатології було вперше повідомлено Pooh в 2000 році. Було показано, що B-flow візуалізація може реалістично демонструвати дрібні периферичні судини, такі як глибокі дрібні перфоруючі артерії головного мозку новонароджених. B-flow показує тільки рухомі частинки крові всередині кровоносних судин, в той час як сигнали кольорової/енергетичної доплерографії, розмір пікселів яких більші, ніж в B-режимі, накладаються на структурний шар в В-режимі і при цьому кровотік відбивається у вигляді посиленого і розмитого судинного малюнка.
На відміну від кольорової/енергетичної доплерографії, B-flow може демонструвати тонкі периферичні судини із низькою швидкістю кровотоку. Це є підставою, чому B-flow техніка може бути потенційно використана в якості методу візуалізації серця плоду і компенсує обмеження кольорової/енергетичної доплерівської технології. При використанні разом з STIC для 4D оцінки серцево-судинної системи, B-flow є потенційно більш ефективним методом перед кольоровою/енергетичною допплерографією.
У нашому дослідженні ми показали 4D реконструкцію вихідних трактів з використанням B-flow візуалізації. Картина співвідношень, розміру і спрямування вихідних трактів при декількох серцевих аномаліях була отримана шляхом створення цифрових зліпків з B-flow візуалізацією. Чотиривимірне BF-STIC дослідження може генерувати інформацію про анатомію і патологічні характеристики великих артерій, які не можуть бути отримані за допомогою 2D ехографії.
У порівнянні зі звичайною 2D сонографією, 4D сонографія є технічно більш прогресивною і може полегшувати та доповнювати діагностику плодів з вродженою патологією серця при проведенні 2D сонографії. Проте, не дивлячись на значні технічні досягнення, запропонованої 4D сонографії, ця методика ще не досягла широкого визнання в акушерській практиці в основному через складний процес обробки. У своєму сучасному форматі, 4D сонографія додає до звичайної 2D сонографії значну залежність від оператора. Виходячи з нашого досвіду, час обробки для отримання реконструйованого 4D зображення високої якості становить близько 10-15 хвилин для досвідченого фахівця і близько 30-60 хвилин для недосвідченого сонографіста.
Необхідно проводити вивчення шару для досягнення стандартизації методики отримання зображення, відображення на екрані і обробки, щоб в кінцевому підсумку зменшити залежність від досвіду та, таким чином, поліпшити клінічну можливість використання техніки.
Обмеження дослідження
У дослідженні не отримано жодної інформації про направлення кровотоку, що є простим обмеженням 4D BF-STIC візуалізації. Істотним обмеженням оцінки серця плоду за допомогою 4D BF-STIC є затінення від кісток плода, також як і при 2 D і 3D сонографії. Інші обмеження при оцінці серця плоду включають високу частоту серцевих скорочень плода і неадекватне позиціонування плода. Методика 4D BF-STIC є відносно новою технологією в реконструкції шляхів відтоку від серця плода, що вимагає певного рівня підготовки до впровадження цих методів в клінічну практику.
Висновок
Ми доповіли про наш досвід діагностики плодів з вродженими вадами серця з використанням 4D BF-STIC методики. Хоча аномалія великих артерій може бути діагностована досвідченим сонографістом і за допомогою звичайної 2D ехокардіографії, застосування передової 4D BF-STIC техніки забезпечує корисними даними в розумінні цих аномалій і полегшує їх діагностику.
14.10.2019
Никитенко Ольга Николаевна