Význam 3D ultrazvukového vyšetření CNS plodu

Souhrn

Cíl studie: Přehled aktuálních poznatků o využití 3D ultrazvukového vyšetření při vyšetření CNS plodu.

Typ studie: Přehledový článek.

Název a sídlo pracoviště: Gynekologicko-porodnická klinika LF UP a FN Olomouc.

Materiál a metodika: Využity byly literární zdroje týkající se tématu, zejména články indexované v Pubmed-Medline.

Závěr: 3D ultrazvuk je v současné době používán k vyšetření struktur mozku, které se obtížně nastavují při konvenčním 2D ultrazvukovém vyšetření. Nejvhodnější technikou pro zobrazení středových struktur mozku, respektive corpus callosum a vermis cerebella, se jeví být nasnímání 3D (trojrozměrných) objemových dat v sagitální rovině přes šípový šev či velkou fontanelu s následným post-processingem v multiplanárním módu, pomocí OVIX (Samsung) či TUI (Ge Healthcare) apod.

Klíčová slova:

3D ultrazvuk – 2D ultrazvuk – vyšetření CNS – prenatální diagnostika – druhý trimestr – corpus callosum – vermis cerebelli – neurosonogram

HISTORICKÝ PŘEHLED

Ultrazvuk se v prenatální diagnostice používá více než 40 let a jeho význam byl již mnohokrát opakovaně prokázán [17]. Ačkoliv 2D ultrazvuk prováděný podle pravidel International Society of Ultrasound in Obstetric and Gynecology (ISUOG) představuje zlatý standard při vyšetření CNS i dalších struktur plodu (ISUOG 2007) [15], v posledních letech se stále více přikládá význam 3D ultrazvukovému vyšetření. Použití 3D ultrazvuku v porodnictví prošlo dramatickým vývojem během posledních 20 let díky pokroku technologie. Byla navržena řada snímacích režimů a aplikována do klinické praxe. Tuto metodu je možno použít k vyšetření obličeje, mozkových struktur plodu a končetin plodu a pomocí 3D power dopplerovského zobrazení posoudit také krevní zásobení orgánů plodu a placenty [39].

První 3D UZ byl popsán Babou a kol. v roce 1989 [2]. Tento systém byl sestaven z 2D sondy připevněné k mechanickému pohyblivému ramenu, které provádělo snímání přes břicho těhotné. Pomocí tohoto snímání byla získána řada snímků, ty byly poslány do počítače, kde došlo k 3D rekonstrukci snímků. Zásadní nevýhodou tohoto systému byla dlouhá doba k získání snímku a nízká kvalita obrazu, která limitovala jeho použití v klinické praxi.

V roce 1990 skupina vědců z National Cheng Kung University in Taiwan popsali první vizualizaci obličeje plodu, mozečku a krční páteře použitím konvexní volumetrické sondy na přístroji Combison 330 (Kretztechnik, Zipf, Austria), což bylo první 3D UZ vybavení v klinické praxi [17]. Nelson a Pretorius (1992) zobrazili obličej plodu a páteř [23, 33]. Merz a kol. (1995) vizualizovali rozsáhlou sérii vrozených vad plodu použitím 2D UZ i 3D UZ. [21, 24]. Hafner a kol. publikovali v roce 1999 využití 3D ultrazvuku při diagnostice unilaterální megalencefalie [12]. V roce 2000 Hata a kol. použili 3D ultrazvukové zobrazení ve 12 případech anomálií mozku plodu v 17. až 37. týdnu těhotenství. Závěrem bylo, že 3D ultrazvuk poskytuje nový způsob vizualizace anomálií CNS. Nicméně se nejevil jako ideální metoda při zobrazení některých anomálií CNS, jako například intrakraniálních tumorů [14].

TYPY ZOBRAZENÍ PŘI 3D ULTRAZVUKU

3D ultrazvukové vyšetření poskytuje prostorovou informaci o morfologii a anatomii plodu. Zatímco 3D ultrazvuk umožňuje pouze statické zobrazení vyšetřovaných struktur, při novějším 4D ultrazvuku je přidanou čtvrtou dimenzí pohyb. Lze jím proto „on-line“ v reálném čase hodnotit pohyblivost plodu včetně jeho mimiky a také vyšetřovat pohybující se orgány (především srdce) [18, 36]. Výrobci 3D/4D ultrazvukových přístrojů vytvořili a stále dále vyvíjejí mnoho různých typů zpracování (renderingu) uložených objemových dat. Ačkoliv se názvy v současné době dostupných typů renderingu liší mezi jednotlivými výrobci, jedná se často o různé názvy naprosto identické zobrazované informace [7]. K nejznámějším a nejvíce klinicky používaným patří následující typy 3D/4D zobrazení [10, 18, 19, 26, 28, 36].

• a) „Orthogonal-Sectional-Multiplanar display“ (multiplanární mód) je zobrazení tří ortogonálních obrazů, respektive rovin řezu, vyšetřovanou oblastí. Tento typ zpracování objemových dat je zpravidla první a základní, teprve po něm začíná v indikovaných případech prostorová rekonstrukce či jiné zpracování dat. Umožňuje rotaci a posun ve všech zobrazených rovinách, ve středu obrázků je přitom umístěn referenční bod, ve kterém se všechny tři ortogonální roviny navzájem protínají.
• b) „Surface rendering“ (prostorová rekonstrukce) patří k nejčastěji využívaným typům zobrazení při 3D i 4D ultrazvuku. Objemová data jsou nejčastěji zpracována na prostorovou rekonstrukci vzhledu povrchu těla plodu, včetně jeho obličeje, končetin atd. Tento typ zobrazení je velmi oblíben rodiči, kterým umožní vytvořit si lepší představu o vzhledu jejich vyvíjejícího se plodu. Nicméně významný je i přínos pro klinickou praxi, zvláště v oblasti diagnostiky a managementu kraniofaciálních vad (prostorová rekonstrukce transverzálního řezu rtem, čelistí a patrem).
• c) „Thick slize rendering“ (rekonstrukce široké vrstvy) představuje spojení informací z několika bezprostředně na sebe navazujících paralelních rovin řezu do jedné širší prostorově rekonstruované a zobrazené vrstvy. Toto zpracování se v prenatální diagnostice používá především k zobrazení středových struktur mozku.
• d) „Volume contrast imaging in/through the C-plane“ (VCI-C) je 3D ultrazvukovou aplikací firmy GE Healthcare, která znamená 3D zobrazení 2–3 mm silné selektované vrstvy z celého objemu dat. Toto zobrazení snižuje množství ultrazvukových artefaktů tím, že navzájem spojí obrazovou informaci z více vrstev objemu do jedné silnější vrstvy se zvýrazněním kontrastu rozhraní oblastí různé echogenity a potlačením šumu pozadí. Toto zobrazení se nejčastěji využívá při vyšetření CNS plodu.
• e) „Maximum intensity mode (X-ray mode)“ (maximální mód) eliminuje ze zobrazovaného obrazu měkké tkáně a zobrazí zřetelně kostěné struktury plodu.
• f) „Transparency mode“ (transparentní mód) je kombinací povrchového a maximálního módu, a umožní tak v rekonstruovaném prostorovém obrazu nahlédnout do „hloubky“ zprůhledněním většiny obrazu a zvýrazněním pouze vyšetřovaných struktur.
• g) „3D angiography“ (3D angiografie) vzniká akvizicí objemových dat při vyšetření barevným dopplerovským mapováním nebo energetickým dopplerem. Výhodou 3D angiografie je možnost rotace a posunu jednotlivých ortogonálních rovin při multiplanárním zobrazení, během nichž lze hodnotit anatomii srdečních oddílů a výtokového traktu z mnoha různých perspektiv (dlouhá osa, krátká osa, čtyřdutinová projekce atd.). 3D angiografie se také často používá v kombinaci s transparentním módem při tzv. glass body renderingu. Tento způsob zobrazení umožňuje sledovat a hodnotit průběh cév v celé prostorově rekonstruované oblasti zájmu, kterou lze navíc rotovat a nahlížet do ní z různých perspektiv.
• h) „Inversion rendering“ (inverzní mód) v podstatě obrátí echogenitu zobrazovaných struktur a zobrazí anechogenní struktury echogenně. Této modality využívá se především při vyšetření anomálií urogenitálního systému a CNS (ventrikulomegalie).
• i) „B-flow rendering“ (B-flow) je velmi podobný inverznímu módu (zobrazí anechogenní struktury echogenně), ale na rozdíl od něj poskytuje pohyblivou dynamickou 4D ultrazvukovou informaci o průtoku krve v cévách a srdci.
• j) „Tomographic ultrasound imaging (TUI) – Multislice rendering“ (tomografické nebo tzv. multislice zobrazení) je metoda renderingu velmi podobná klasickému zobrazení při magnetické rezonanci či CT. Na referenčním obrázku se zpravidla nejprve nastaví počet a šířka jednotlivých na sebe navazujících vrstev, které jsou následně zobrazeny v řadách na sebe navazujících snímků na monitoru ultrazvuku. Posunem snímků ve stejné rovině zobrazení je možno postupně hodnotit různé části vyšetřované oblasti, stejně jako lze měnit šířku vrstev i zobrazovanou ortogonální rovinu řezu.
• k) „Virtual Organ Computer Aided Analysis“ (VOCAL) je speciální software, který byl vyvinut k měření objemů. Využívá se při něm rotace vyšetřovaného orgánu či struktury pod předem nastaveným úhlem, během které jsou na obrazovce ultrazvuku či počítače ručně nebo automaticky obkreslovány okraje vyšetřované struktury. Po dokončení rotace software automaticky spočítá objem a navíc vytvoří prostorový model změřeného objektu.
• l) „Spatiotemporal Image Correlation software“ (STIC) je 4D ultrazvukovou technikou, která byla speciálně vyvinuta k dynamickému vyšetření pohybujícího se srdce ve třech ortogonálních rovinách. Možné je i provedení prostorové rekonstrukce celého pohybujícího se srdce nebo přidání informace o průtoku krve nasnímáním dat s použitím dopplerovského zobrazení (barevné dopplerovské mapování či energetický doppler). „Off-line analysis“ (off-line analýza) je zpětná analýza objemových 3D a 4D dat, která byla nasnímána během vyšetření a uložena na pevný disk do paměti ultrazvuku. Uložená data lze v ultrazvuku zpětně otevřít a zpracovávat již bez přítomnosti pacienta, a to za použití různých možností renderingu. Zároveň lze data exportovat na externí disk nebo server a pracovat s nimi v počítači s využitím softwaru poskytovaného ultrazvukovou firmou (4D View, Sonoview apod.).

VÝHODY 3D ULTRAZVUKU [10, 18, 20]

• Kvalita akvizice dat je méně závislá na zručnosti a zkušenosti operatéra než 2D UZ vyšetření.
• Možnost interaktivní off-line analýzy dat bez přítomnosti pacienta.
• Možnost využití telekomunikace.
• Možnost výuky.
• Snazší demonstrace vzhledu vrozené vady plodu rodičům, a tím zvýšení kvality konzultace nálezu.
• Možnost nastavení různých rovin řezu při hodnocení anatomických struktur plodu včetně těch, které se vyskytují mimo rovinu zobrazenou při snímání dat.
• Přesné nastavení roviny řezu vyšetřovanou oblastí (např. midsagitální rovina CNS plodu při vyšetření středových struktur mozku).
• Možnost rotace objemových dat zhodnocením anatomických detailů z mnoha různých perspektiv.
• Možnost mnoha typů 3D zobrazení (tzv. renderingu), které umožní operatérovi zobrazit různé charakteristiky stejné struktury (např. objemová data z oblasti zad plodu při povrchovém renderingu umožní demonstrovat zevní aspekt meningomyelokély, zatímco aplikace maximum-mode renderingu zvýrazní pod povrchem kůže ležící kostní struktury.)
• Zvýšení přesnosti měření objemu včetně měření objemu nepravidelných struktur.

NEVÝHODY 3D ULTRAZVUKU [19]

• Vyšší cena 3D ultrazvukových přístrojů.
• Delší doba off-line rekonstrukce po odchodu pacienta.
• Závislost možností a kvality off-line rekonstrukce na kvalitě uložených dat.
• Závislost kvality uložených dat na pozici plodu a množství plodové vody.
• Limitace možností a kvality off-line rekonstrukce zkušenostmi operatéra.
• Závislost kvality interpretace dat na erudici operatéra.

3D ULTRAZVUK A STUDIE ANATOMIE FETÁLNÍHO MOZKU – NEUROSONOGRAM

Při vyšetření anatomie mozku plodu je význam 3D ultrazvuku popisován především ve studiích zabývajících se diagnostikou abnormalit středových struktur mozku, respektive corpus callosum a vermis mozečku. 3D ultrazvuk umožňuje rychlé, snadné a exaktní nastavení midsagitálního řezu mozkem plodu, které je ve 2D ultrazvuku zvláště ve druhém trimestru často obtížné [28]. Z tohoto důvodu je 3D ultrazvukové vyšetření vhodným doplňkem standardního 2D ultrazvuku, usnadňujícím a zpřesňujícím diagnostiku anomálií corpus callosum a zadní jámy lební (Blake‘s pouch cysta, DandyWalker malformace, cerebelární hypoplazie) [4, 26]. Výhodná je při 3D ultrazvuku také možnost snadné a rychlé analýzy anatomie celého mozku, a to jak během vyšetření (on-line), tak i zpětně, již bez přítomnosti (off-line) pacienta. Při dobré kvalitě nasnímaných 3D dat lze provést nejen základní, ale i speciální neurosonogram [4, 28]. Multiplanární a především tomografické 3D ultrazvukové zobrazení poskytuje velmi přehlednou a snadno reprodukovatelnou informaci o anatomii celého mozku i o rozsahu, velikosti a lokalizaci případné patologie. Tato informace je především v tomografickém módu navíc dobře srozumitelná i spolupracujícím specialistům (pediatričtí neurologové a neurochirurgové), kterým usnadní plánování dalšího managementu [36]. Sagitální rovina snímání skrze metopický šev (obr. 1), axiální rovina snímání (obr. 2).

Monteguado a kol. (2000) vyšetřili 34 pacientů s anamnézou mozkové abnormality nebo podezřením na ni a porovnávali 2D a 3D transvaginální neurosonogram. Došli k závěru, že klíčovým rozdílem mezi 2D a 3D je fakt, že axiální rovina může být získána pouze 3D rekonstrukcí objemových dat, protože axiální rovinu se zřídka podaří nasnímat při 2D vyšetření vaginální sondou [23]. Vinals a kol. (2007) zaznamenali, že transfrontální 3D akvizice objemových dat mozku plodu je nejvhodnější metodou pro vyšetření corpus callosum a vermis cerebella po 20. týdnu těhotenství [39].

Bornstein a kol. (2010) provedli off-line analýzu mozku plodu z objemů nasnímaných pomocí transabdominálního 3D a 3D energetického doppleru 102 normálních těhotenství mezi 20. a 23. týdnem těhotenství. Midsagitální rovina se podařila zobrazit ve všech případech a kvalitní diagnostické obrazy corpus callosum byly obdrženy u více než 90 % případů [4].

Miguelotte a kol. (2012) srovnávali proveditelnost a reprodukovatelnost měření délky corpus callosum u 46 normálních plodů vyšetřených pomocí 2D UZ i 3D UZ mezi 23. a 32. týdnem těhotenství [22]. I další autoři, Visentainer a kol. (2010), se zabývali měřením délky corpus callosum a nastavili referenční hodnoty pro délku corpus callosum u plodu mezi 20. a 23. týdnem gestace při použití 3D UZ. Zaznamenali přitom silnou korelaci mezi délkou a oblastí corpus callosum a biparietálním průměrem [40].

Correa a kol. (2006) vyšetřovali 3D ultrazvukem mozek u 202 plodů mezi 16. až 24. týdnem těhotenství a vyhodnotili tuto metodu jako velmi přínosnou pro provádění rutinního neurosonogramu. Došli k závěru, že multiplanární mód získaný transabdominálním 3D UZ se jeví jako přínosná, efektivní a jednoduchá metoda k detailnímu vyšetření anatomie mozku u plodu [7].

Tonni a kol. publikovali v roce 2014 studii, která se zabývala studiem středových struktur mozku plodu u 300 nerizikových těhotných. Prokázali, že aplikace nové techniky 3D UZ Omniview, GE Medical Systém, Zipf, Austria může usnadnit vyhodnocení středových struktur mozku ve 2. trimestru. Přesné off-line datové objemy pro zobrazení corpus callosum a zadní jámy lební byly v této studiii deálně získány při postprocessingu dat v sagitální a axiální rovině v 98,5 % a v 96 % případů. Výsledky získané Tonnim a kol. (2014) korelují s výsledky Rizzo a kol. (2011), kteří první použili tuto technologii k rekonstrukci sagitálních a koronálních rovin mozku u 106 normálních plodů gestačního stáří 18–24 týdnů. Shoda mezi oběma autory byla 0,93 a 0,89 pro sagitární a koronální rovinu. Rizzo a kol. (2011) byli schopni přesně detekovat všech devět případů mozkových patologií, včetně kompletní ageneze corpus callosum, hraniční ventrikulomegalie a Dandy-Walkerovy malformace [29, 38].

Brazilští vědci provedli měření objemu postranní komory u 30 plodů stáří 20–36 týdnů gestace s šíří komor od 10 do 30 mm srovnáním 3D UZ VOCAL s měřením magnetickou rezonancí [13]. Obě metody dobře korelovaly u plodů s ventrikulomegalií, tudíž 3D UZ VOCAL může být použit jako pomocný diagnostický nástroj. VOCAL je počítačový program, který umožňuje provádět přesné měření objemu vyšetřovaných struktur [27]. Výpočet hodnot mozečku plodu v různých etnikách je důležitou aplikací metody VOCAL pro konstrukci referenčního rozsahu ve vztahu ke gestačnímu věku. Tento výpočet také zlepšil přesnost prenatální diagnózy hypoplazie mozečku. Hypoplazie mozečku může být nalezena u plodu s Downovým syndromem, růstovou restrikcí plodu a mnoha genetickými onemocněními [31].

V longitudinální studii u 52 plodů normálních těhotenství Araujo Júnior a kol. (2007) pozorovali, že rovnice pro výpočet objemu mozečku určené Changem a kol. (2000) pro taiwanskou populaci nemůže být aplikována na brazilskou populaci, což potvrdilo, že etnická příslušnost může být pravděpodobně predisponujícím faktorem, který může přispět ke vzniku rozdílů v objemu orgánů plodu. Při použití 3D UZ techniky mohou být získané objemy uchovány pro pozdější post-processing analýzu expertem, což zvyšuje přesnost a spolehlivost metody [1, 4, 5, 29, 33].

Passon a kol. (2014) v současnosti nastavili referenční hodnoty pro délku a velikost plochy cisterna magna u plodů použitím 3D UZ v multiplanárním módu u 224 normálních těhotných mezi 17. a 30. týdnem gestace. Kim a kol. popsali v roce 2008 využití 3D ultrazvuku s využitím inverzního módu pro vyšetření časného vývoje mozku u normálních těhotenství v sedmém až dvanáctém týdnu [16, 25]. Kim a kol. (2008) nedoporučovali užívat tuto metodu před šestým týdnem kvůli omezenému množství přítomné mozkové tekutiny, ani po 12. týdnu, neboť je obtížné identifikovat chorioideální plexus. Rola a kol. (2011) vyhodnocovali zobrazení sulků a gyrů mozku plodu pomocí 2D UZ, 3D UZ a antenatální MRI. Tato studie potvrzuje, že ačkoliv MRI je považováno za nejpřesnější metodu zobrazení sulků a gyrů mozku, Rolo a kol. (2011) zaznamenali, že 3D UZ rendering mód může být užitečný ke stanovení definitivní diagnózy abnormálního vývoje kůry mozkové. Ve srovnání s MRI je 3D UZ rychlejší a levnější metoda [30].

Frisová a kol. v roce 2018 vyšetřili 100 pacientek s jednočetnou nekomplikovanou graviditou ve II. trimestru a došli k závěru, že nejlepší pro zobrazení corpus callosum a vermis cerebella je 3D akvizice objemových dat v sagitální rovině přes šípový šev či velkou fontanelu s použitím 3D OVIX rekonstrukce a post-processingu [9].

ZÁVĚR

2D ultrazvuk prováděný podle pravidel International Society of Ultrasound in Obstetric and Gynecology (ISUOG 2007) představuje i nadále zlatý standard při screeningu vrozených vad plodu. Z publikovaných prací, které jsou zmíněny v tomto přehledu, vyplývá, že 3D ultrazvuk umožňuje přesnější nastavení jednotlivých struktur mozku plodu, a navíc i simultánní zobrazení více rovin. V současné době je v diagnostice mozkových abnormalit používán především k vyšetření struktur mozku, které se nedají ideálně zobrazit konvenčním 2D ultrazvukovým vyšetřením. Pro zobrazení corpus callosum a vermis cerebella se jeví jako nejlepší 3D akvizice objemových dat v sagitální rovině přes šípový šev či velkou fontanelu s použitím 3D OVIX, multiplanární či TUI rekonstrukce a post-processingu. Získaná objemová data mohou být uložena, podrobena off-line analýze, popřípadě prohlídnuta dalšími experty.

MUDr. Michaela Maděrková Tozzi

Gynekologicko-porodnická klinika

FN a LF UP

I. P. Pavlova 6

775 20 Olomouc

e-mail: Michaela.MaderkovaTozzi@fnol.cz