Новые методы трехмерного ультразвукового исследования

Daniel Cafici, M.D. Подразделение преподавания и научных исследований Аргентинского общества ультразвуковых исследований в медицине и биологии.

Перевод статьи: «New Techniques in Three-Dimensional Ultrasound».

«Использование расширенного 3D УЗИ позволяет получать очень подробные, высокоинформативные объемные изображения для изучения анатомии плода в течение всего периода беременности. Оно также позволяет лучше понимать аномалии, обнаруженные при обычном ультразвуковом исследовании».

Введение

Внедрение трехмерного (3D) УЗИ имело большое значение для акушерства, позволив более реалистично визуализировать анатомические структуры плода, особенно лицо, что оказалось крайне важным для пренатальной диагностики. Тем не менее, помимо обеспечения превосходных изображений поверхности тела, метод 3D позволяет визуализировать анатомические структуры в ортогональной плоскости и свободно «перемещаться» по полученному объемному изображению. При работе с современными ультразвуковыми сканерами врачи часто получают 3D изображения поверхности тела плода, но не все владеют многочисленными дополнительными ресурсами этого метода. В этой статье предлагается четкое и простое описание ряда инструментов, которые могут быть использованы в клинической практике или научных исследованиях.

Технические принципы

Метод 3D УЗИ основан на получении объемных изображений из двухмерных плоскостных изображений, которые впоследствии могут быть обработаны различными способами. Вначале рассмотрим несколько процессов. Чтобы получить объемное изображение, нужно захватить в него некоторую площадь анатомической поверхности тела плода: весь эмбрион в I триместре или, например, головку плода впоследствии. Этот захват проводится автоматически с помощью механического датчика.

Чтобы получить изображение, можно скорректировать размер окна во всех трех измерениях. Скорость проведения захвата можно регулировать, причем более высокая скорость дает более низкое качество изображений, но на него не влияют движения плода. Оператор выбирает размер окна и скорость захвата в зависимости от выбранной для изучения анатомической части тела плода.

Стандартная обработка

После получения объемное изображение можно обрабатывать различными способами и извлекать различные данные. Чаще всего выполняют так называемую поверхностную реконструкцию, получая изображение поверхности тела плода. Этот метод широко используется в акушерстве для визуализации лица плода. В настоящее время разработан новый метод, получивший название Feto Realistic View (FRV) или «фетореалистичный вид», позволяющий получать более реалистичные и четко очерченные изображения лица (рис. 1).Рис. 1. 3D реконструкция лица плода.

a) Обычная 3D реконструкция.

b) Feto Realistic View.

Другой традиционный метод изучения объемных изображений – Multi-Plane Rendering (MPR) или многоплоскостная оценка. В случае применения MPR после получения объемного изображения на экране ультразвукового аппарата одновременно отображаются три его ортогональных плоскости (рис. 2).Рис. 2. Multi-Plane Rendering: одновременно отображаются три плоскости объемного изображения мозга плода. Объемное изображение получено во фронтальной (а), сагиттальной (b) и аксиальной (с) плоскостях; также показана поверхностная 3D реконструкция (мозолистого тела) головного мозга плода (d).

Врач может оценивать изображение в одной из плоскостей в любом направлении, при этом выводятся соответствующие изменения изображений в других плоскостях. На каждой из плоскостей есть «точка», используемая для ориентации и показывающая одну и ту же структуру в каждой из плоскостей. Точка находится в структуре, визуализируемой в трех различных плоскостях. В данном примере она расположена в мозолистом теле.

Новые методы обработки объемных изображений и применение 3DXI в акушерстве

Ультразвуковые сканеры компании Samsung Medison позволяют обрабатывать объемные изображения более подробно благодаря расширенной системе 3D визуализации (3DXI). Эта система включает ряд возможностей, в том числе MultiSlice View (многосрезовый вид), Oblique View (косая проекция) и Oblique View extended (расширенная косая проекция). В этом разделе описаны принципы действия основных инструментов для изучения трехмерных ультразвуковых изображений.

В методе MPR анализ объемного изображения проводят одновременно в трех плоскостях (сагиттальной, аксиальной и фронтальной), выбирая необходимую высоту сечения. Например, если объемное изображение получено из сагиттальной плоскости, будут также наблюдаться аксиальная и фронтальная плоскости. Оператор может просматривать изображение в одной из плоскостей в любом направлении, при этом выводятся соответствующие изменения изображений в других плоскостях. На каждой из плоскостей есть «точка», используемая для ориентации и показывающая одну и ту же структуру в каждой из плоскостей.

Изображения, соответствующие этим плоскостям, будут отображаться на экране, и точка будет находиться в визуализируемой анатомической структуре сразу в трех различных плоскостях. Этот метод позволяет врачу определить структуру, более легко распознаваемую в одной из плоскостей, также и в других плоскостях. Оператор выбирает плоскость для «перемещения» и за счет сочетанного движения в двух плоскостях локализует требуемую структуру (рис. 2).

MultiSlice View (MSV) — многосрезовый вид

С помощью MultiSlice View в необходимой плоскости автоматически получают несколько параллельных срезов. Оператор может изменять исходную плоскость и толщину среза (от 0,5 до 5 мм) и выбирать количество отображаемых на экране изображений (1 x 1, 2 x 1, 3 x 2, 4 x 3 или 6 x 4). К тому же, как и во всех этих приложениях, изображения можно вращать в разных направлениях и увеличивать (рис. 3, 4).Рис. 3. MultiSlice View — многосрезовый вид, параллельные срезы объемного изображения головки плода.

Рис. 4. MultiSlice View — многосрезовый вид, параллельные срезы объемного изображения мозжечка.

Oblique View (OV) — косая проекция

С помощью Oblique View можно выбрать нестандартную плоскость для визуализации объемного изображения. Необходимая плоскость просмотра может быть прямой или изогнутой, поскольку оператор произвольно выбирает линию визуализации. Это позволяет в определенном срезе наблюдать плоскость, перпендикулярную этому срезу (рис. 5, 6).

Рис. 5. Oblique View — косая проекция. Слева изображен фронтальный срез объемного изображения, справа — мозолистое тело. S1 и E1 – начальная и конечная точки линии среза, выбранного оператором.

Рис. 6. Oblique View — косая проекция. Слева изображен сагиттальный срез изображения лица плода, справа — губы.

Кроме того, можно просматривать объемное изображение в различных срезах и секущих плоскостях. Возможность получить изогнутую линию особенно полезна для осмотра областей тела плода с непрямой морфологией, таких как позвоночник и гортань.

Oblique View extended (OVIX) — расширенная косая проекция

Этот инструмент позволяет получить различные косые проекции, представленные срезами большей толщины, которая может быть изменена врачом (рис. 7).

Рис. 7. OVIX — расширенная косая проекция.

Multi-OV и Multi-OVIX — множественная косая проекция и расширенная

Эти инструменты позволяют одновременно очертить на плоскости объемного изображения несколько линий, одновременно отображающих соответствующие срезы. Оператор может выбрать толщину, а также количество срезов, отображаемых на каждом экране. Кроме того, поворотом изображения можно свободно изменять плоскость сечения (рис. 8, 9).

Рис. 8. Multi OV — множественная косая проекция. В аксиальных проекциях объемного изображения, полученного в сагиттальной проекции, представлены различные аксиальные срезы позвоночника.

Рис. 9. Multi OVIX — расширенная множественная косая проекция.

Воротниковое пространство и внутричерепное пространство

Метод 3D УЗИ позволяет выявлять Nuchal Translucency (NT) — воротниковое пространство и Intracranial Translucency (IT) — внутричерепное пространство. Правильный угол для трехмерного определения NT и IT можно выбрать с помощью MPR, MSV или программы автоматического измерения NT.

Первым необходимым условием для всех трех вариантов является получение объемного изображения плода с фокусировкой на головке и верхней части грудной клетки. Объемное изображение должно быть надлежащего качества, не очень далеко – предпочтительно до 30° – отклоняющимся от наиболее точной срединной сагиттальной плоскости и с адекватным изображением затылочной области.

После получения объемного изображения методом MPR выделяют три ортогональные плоскости и вращают изображение в одной из них, предпочтительно в аксиальной или сагиттальной, чтобы выбрать подходящую срединную сагиттальную плоскость. После этого изображение может быть увеличено и проводится измерение.

Если используется MSV, в последовательности сагиттальных срезов будет выбран наилучший срединный сагиттальный срез, который увеличат, и в нем будут измерять NT.

И наконец, с помощью автоматического анализа полученного NT врач выбирает на изображении среднего мозга плода точку, вокруг которой программное обеспечение будет вращать объемное изображение и автоматически определит срединную сагиттальную плоскость (рис. 10).

Рис. 10. «Автоматическое определение воротникового пространства». Программное обеспечение автоматически определяет срединную сагиттальную плоскость, проведя коррекцию на 8° (слева вверху), справа визуализируются NT (1) и IT (2).

Визуализация нёба

Расщелину губы или альвеолярного отростка можно легко диагностировать с помощью обычного двухмерного УЗИ. Однако вторичное нёбо оценить трудно, поскольку оно имеет вогнутую форму и окружено костными структурами, которые отбрасывают тень и создают артефакты. Поэтому очень полезной альтернативой становится 3D УЗИ, особенно если на захваченном объемном изображении очертить изогнутую линию. Для оценки нёба наиболее эффективны MPR и OV (рис. 11, 12).

Рис. 11. Реконструкция нёба плода методом MPR.

Рис. 12. Визуализация нёбной расщелины с помощью OV.

Для I триместра Sepulveda и соавт. описали RetroNasal Triangle (RNT) — ретроназальный треугольник , одновременно захватывающий альвеолярный отросток и верхнечелюстные лобные отростки во фронтальной плоскости, позволяя оценить первичное нёбо (рис. 13); они также сообщили о возможности изучения вторичного нёба по ранее полученным объемным изображениям. В этом случае необходима косая проекция. Мы недавно описали эффективность алгоритма автоматического анализа NT (Volume NT™/5D NT™) в сочетании с OV и OVIX при оценке нёба плода. Он позволяет получить истинный срединный сагиттальный срез объемного изображения, используя алгоритмы Volume NTTM или 5D NT™, и после этого получить ортогональные срезы с помощью OV или OVIX. После получения изображения нёба его сканируют, перемещаясь к референсной линии.

Рис. 13. Выявление ретроназального треугольника с помощью OV.

Также возможно автоматически идентифицировать носовую кость, RNT и внутричерепное пространство, установив при изучении трехмерных объемных изображений референсные значения для внутричерепного пространства.

Центральная нервная система

Во II триместре 3D УЗИ может быть полезно для визуализации сагиттальной плоскости в мозге плода, позволяющей оценить мозолистое тело, червь мозжечка и другие срединные структуры. Оно также позволяет проводить аксиальные и фронтальные срезы позвоночника. Кроме того, его применяют при оценке извилин коры и борозд головного мозга плода. Чаще всего с этой целью применяют MPR, OV и ее вариации, а также MSV (рис. 14). При оценке поверхности тела можно получить высокоинформативные изображения.Рис. 14. Множественные изображения мозга плода в сагиттальной плоскости, полученные с помощью Multi OV из фронтальной плоскости.

Помимо выявления упомянутых выше структур, поиск по объемному изображению с помощью MPR, OV или MSV позволяет во время беременности на основе детального исследования выявить несколько важных анатомических аспектов.

Заключение

Использование расширенного 3D УЗИ позволяет получать очень подробные высокоинформативные объемные изображения для изучения анатомии плода в течение всего периода беременности. Оно также позволяет более точно определять аномалии по данным обычного УЗИ.

Этот простой и удобный инструмент высокоэффективен для применения в повседневной практике.