3D echografie Elke Sleurs Vrouwenkliniek UZ Gent Dienst verloskunde - prenatale geneeskunde

3D echografie Inleiding Overzicht ~ 50 jaar echografie i/d verloskunde - gynaecologie Van 2D naar 3D - 4D echografie: techniek Verschillende modaliteiten - toepassingen Samenvatting - Kritische noot

Inleiding We vieren vandaag 50 jaar VVOG en ondertussen is er een lange weg afgelegd. Ook de echografie in de verloskunde - gynaecologie bestaat ongeveer 50 jaar en ook daar is er heel wat veranderd. En denk ik mag er feest gevierd worden over alle verwezenlijkingen.

Inleiding: hoe het allemaal begon? Gebruik van “ ultrageluid” in de geneeskunde: begin 20ste eeuw: als therapeutisch middel: interne geneeskunde: maagulcera neurochirurgie: vernietigen basale ganglia bij Parkinson fysische geneeskunde en revalidatie: reumatoïde arthritis

Inleiding: hoe het allemaal begon? Jaren 1940: diagnostisch middel H. Gohr - Th. Wedekind, 1940: ” Der Ultraschall in der Medizin” geen overtuigende gegevens Karl Theo Dussik: wordt beschouwd als eerste arts die ultrageluid gebruikte in de diagnostiek

Inleiding: hoe het allemaal begon? applicatie in verloskunde en gynaecologie late jaren 1950 - 1960 Professor Ian Donald - Glasgow A- en B- mode cephalometry - placenta localisatie

Inleiding: hoe het allemaal begon? boom vanaf de jaren 1966 Europa - Verenigde Staten - Japan oa. Alfred Kratochwil - Stuart Campbell - ... oa. begrippen CRL; thoracic circumference; abdominal cricumference b-scan image of the maternal abdomen showing abdominal circumference and placenta using a compound contact scanner without gray-scale in the late 1960s.

Inleiding: verdere ontwikkelingen toevoegen van “gray - scale” technologie B-scan image with gray scale of a similar section of the maternal abdomen showing abdominal circumference and placenta using the Nuclear Enterprise® NE 4102 in the late 1970s A gray scale Octoson® image of the abdominal circumference and placenta in the late 1970s. The Octoson® produced superior images as compared to articulated arm scanners but loosed out on mobility and flexibility. A gray scale longitudinal scan of a section of the fetal trunk and placenta made with the very popular Picker® 80L static scanner in the early 1980s. Despite the very good images that could be obtained with these machines, they were soon replaced by the new real-time scanners.

Inleiding: verdere ontwikkelingen real time scanners: real evolution The large hand-held circular rotating transducer (Combison 100) from KretzTechnik® and the resultant sector image. The transducer is connected to the main console by a flexible cable. convexe sondes Toshiba's advertisement of the SAL-77A in mid 1985, which used for the first time a convex-array probe.

Inleiding: verdere ontwikkelingen doppler: late-comer From the paper "Clinical Applications of a Transcutaneous Ultrasonic Flow Detector" by Robert Rushmer, Donald baker, Wayne Johnson and D. Eugene Strandness in 1967 in the JAMA. van flow velocity waveforms tot color flow mapping, power doppler en doppler tissue imaging

Inleiding: verdere ontwikkelingen Veranderingen in beeldkwaliteit van 1985, 1990 tot 1995 respectievelijk. Verbeteringen in “spatial and contrast resolution, background noise reduction, dynamic range, and near and far field visualization”. Meer significante verbeteringen kwamen midden jaren ‘90.

Van 2D tot 3D echografie GE is a global company by every measure; locations, employees, customers, and revenue.

Van 2D tot 3D echografie: basis principe In een 2D echografisch onderzoek probeert de onderzoeker zelf een drie-dimensioneel beeld in zijn geest te hebben door het roteren en het inclineren van de probe. Bij 3D echografie zal de software een aangeduid gebied in ± 250 B- scan frames snijden en die opslaan in het geheugen.

Van 2D tot 3D echografie: basis principe Automatische volumescan

Van 2D tot 3D echografie: basis principe Multi Planar Plane Translation

Van 2D tot 3D echografie: basis principe Intersection of orthogonal planes A B C C Schematic representation of multiplanar analysis of ultrasound volumes, with corresponding multiplanar analysis of the fetal face. A is the plane parallel to the acquisition or ‘start’ scan; B and C are the reconstructed orthogonal planes. The C-plane is also commonly referred to as the coronal plane. The arrows indicate the points that represent the intersection of the three planes. Ultrasound Obstet Gynecol 2007; 30

3D echografie: multiplanar view After acquisition of the volume data set one has a multiplanar image of the different planes. The volumes box gives an idea of the volume data set.

3D echografie: volume rendering Surface mode: surface light > face, limbs, organs Transparant mode: maximum > skeleton minimum > organs/ liquid > bloodvessels X-ray > brain Power doppler mode

3D echografie: volume rendering De 3D - renderbox bepaalt de ROI voor de 3D - berekening en bepaalt de kijkrichting door het volumeblok. De aanpassing van de renderbox gebeurt met behulp van de 3 orthogonale vlakken A, B en C. De groene lijn van de renderbox in het A- en B-vlak bepaalt de richting en de grens van de analyse.

3D echografie: render modes Surface modus Surface (texture): Het oppervlak zal zich tonen in de "texture" mode: de grijswaarden van het 3D - beeld zijn identiek met de grijswaarden van de originele 2D - scan. Light Mode: structuren dichterbij worden lichter structuren verder verwijderd worden donkerder

3D echografie: render modes Surface modus Smooth Surface: Het oppervlak toont zich "smoothed" in "texture" mode. Gradient Light Mode: Structuren met “surface normals (gradients)” georiënteerd naar de onderzoeker tonen zich helder. Structuren minder georiënteerd naar de onderzoeker tonen zich donkerder.

3D echografie: render modes Transparant modus Maximum Mode: De maximum grijswaarden van de ROI worden getoond. > skelet en echodense structuren X-Ray Mode: Presentatie van alle grijswaarden in de ROI. > weefselstructuren ( tumoren of gelijkaardige structuren)

3D echografie: render modes Transparant modus Minimum mode: De minimum grijswaarden van de ROI worden getoond > vaten en holle organen Opmerking: De software berekent altijd twee render modes tergelijkertijd waardoor men twee verschillende modussen naar gewenst percentage kan mengen.

3D echografie: threshold ”Threshold Low”: structuren, die het oppervlak omringen, kunnen geëlimineerd worden als de grijswaarden veel lager zijn dan de grijswaarde van het eigenlijke oppervlak maw. threshold wordt dus gebruikt om signaalruis te elimineren Zelfde volume met verschillende threshold parameters

Reversed face @ E. Roets 31

Flipped face @ E. Roets 32

VCI - Volume Contrast Imaging

VCI - Volume Contrast Imaging Basis principe van “Volume Contrast Imaging”: een volume acquisitie combineren met surface en maximum gradient rendering, met als doel geluidsartefacten te verminderen. Fetus in B-mode and VCI

layer 1 layer 2 Standard multiplanar Static VCI 3 mm thickness Anatomical structures Noise and speckles Standard multiplanar Improved signal to noise ratio Door het superponeren van verschillende lagen van het weefsel wordt omliggend ruis gereduceerd en worden de anatomische structuren beter en contrastrijker gevisualiseerd. VCI kan ofwel gebruikt worden als postprocessing techniek voor statische volumes (static VCI) of als een modaliteit voor rendering in 4D mode (VCI in the coronal plane, VCI-C). Static VCI 3 mm thickness

VCI in coronal plane ( VCI-C) Ultrasound Obstet Gynecol 2007; 30

VCI in coronal plane ( VCI-C)

STIC - Spatio-Temporal Image Correlation

STIC - Spatio-Temporal Image Correlation Foetale echocardiografie is nog steeds één van de moeilijkste delen van de foetale echografie Moeilijkheden: complexe anatomie relatief klein oppervlak “snel kloppend” hart afwezigheid van foetaal ECG STIC = eerste commerciële 4D - technologie door Kretz US Doel: automatische volume acquisitie met mogelijkheid van gating

STIC - Spatio-Temporal Image Correlation Onderzoeker bepaalt de „sweep“ hoek ( 15°- 45°) de acquisitietijd ( 7,5 - 10 - 12,5 - 15 sec) het volume Computer: herkent automatisch het hartritme beoordeelt hartcyclus reconstrueert een real-time volume

STIC: techniek automatische volume acquisitie: sonde voert één enkele, trage 3D sweep uit gezien de kleine ROI is de frame rate zeer hoog ( ± 150/ s) en bevat het volume een hoog aantal 2D frames Bv: bij een acquisitie van 10 s en een sweep van 25° worden er 1500 B-mode beelden in het volume geheugen opgeslagen gedurende deze 10 s slaat het foetale hart 20 - 25x wat betekent dat het onderzoek 20 - 25 beelden produceert die een systolische piek tonen Raw data volume showing a beating fetal heart during a slow 3D sweep. This information is used to calculate the fetal heart rate.

STIC: techniek Vervolgens bewerkt de sofware de gegevens, detecteert die systolische pieken en berekent het hartritme. Nu gaat het systeem de B-mode frames reorganiseren in een nieuwe orde.

STIC: techniek Dit resulteert in 40 volumes, die elk op zich representatief zijn voor een “snapshot” van het hart gedurende een gehele hartcyclus. Nu zijn er 40 opeenvolgende volumes die één complete hartcyclus vertegenwoordigen.

STIC: beperkingen foetale bewegingen en ademhalingsbewegingen ( hikken) maternale ademhalingsbewegingen foetale extrasystolen acoustische schaduw

STIC: mogelijkheden STIC Gray scale Display of Volume information Surface Mode Minimum Mode Inversion Mode Multiplanar mode STIC Gray scale By Chaoui - VISUS course

Power-Doppler or B-Flow STIC in Color-Doppler, Power-Doppler or B-Flow Display of Volume information Multiplanar mode Glass Body Mode Color/Power Glass body Diastole/Systole By Chaoui - VISUS course

TUI - Tomographic Ultrasound Imaging

TUI - Tomographic Ultrasound Imaging TUI of Multi-Slice View: “3D image processing” technologie die een op CT- en NMR - gelijkende technologie incorporeert in het echografie toestel De volumes worden voorgesteld in honderden beelden welke off-line kunnen geroteerd worden met post-processing mogelijkheden statisch als dynamisch combinatie met de andere 3D/4D modaliteiten

verwerven van een adequaat 2D-beeld vervolgens wordt een 3D-volume gemaakt tijdens de sweep: transducer onbeweeglijk acquisitie hoek en kwaliteit instellen volumes worden opgeslagen For each patient maximum 3 multi-slice volumes were acquired and stored for off-line analysis by Multi-Slice View™ either on the ultrasound machine or on a laptop. During the sweep the transducer was not moved. The acquisition corner was 30 degrees and the quality of acquisition was the “mid-quality”. By using 30 degrees the upper abdomen was included.

This is an example of a stored volume disposed as hundreds of static images that can be examined all at once or in different displays as showed.

VOCAL

VOCAL = Virtual Organ Computer aided AnaLysis Computer Aided Sonography Tool: berekening van contouren en volumes van complexe anatomische structuren 2 manieren: de contour volgen met een vinger op het paneel > de software zal het juiste tracé vinden Semi - automatisch: traceer de contour met 2 orthogonale vlakken > de software zal de contour vinden in het overblijvende vlak By Kratochwil - VISUS course

VOCAL Ultrasound images of the fetal stomach at 20 w gestation showing volume measurement by VOCAL. A 30° rotational angle was used and the organ contours were manually traced (Panel A). Panels B and C show the trace in the transverse and coronal sections. Panel D displays a three-dimensional image of the fetal stomach. The volume is expressed in cubic centimeters. Ultrasound Obstet Gynecol 2008; 31

Samenvatting

Samenvatting 3D - 4D: veel mogelijkheden

Samenvatting - Kritische noot G. Pilu: “3D ultrasound imaging is being used increasingly in obstetric examinations. It remains to be demonstrated whether this tool will have a measurable impact on the prenatal diagnosis of fetal anomalies. However, there is a general consensus that some benefits exist, at least in terms of facilitating fetal examination and data storage. At present, 2D ultrasound examination remains the basis of fetal diagnosis for many reasons. ... 3D ultrasound imaging does not overcome the physical limitations of ultrasound and sections reconstructed from ultrasound volumes are far less accurate than those obtained by direct insonation; images should therefore always be interpreted with caution. However the value of ultrasound volumes in terms of data storage, offline analysis and training should not be understated.”

Samenvatting - Kritische noot 3D - 4D: veel mogelijkheden doch daardoor ook duurder aankoop toestel: betaalbaarheid? gevaar commercialisering > “geneeskunde”

Samenvatting - Kritische noot 3D - 4D: veel mogelijkheden doch daardoor ook duurder aankoop toestel: betaalbaarheid? gevaar commercialisering > “geneeskunde” tijdsdruk post - processing: fantastische tool: maar wanneer?

Samenvatting - Kritische noot 3D - 4D: veel mogelijkheden doch daardoor ook duurder aankoop toestel: betaalbaarheid? gevaar commercialisering > “geneeskunde” tijdsdruk post - processing: fantastische tool: maar wanneer? vragen ivm veiligheid

Kritische noot

Dank voor jullie aandacht. 3D echografie Dank voor jullie aandacht.

VCI in coronal plane ( VCI-C)