Synkron triplanar rekonstruktion integreret med Color Doppler Mapping for præcis og hurtig lokalisering af skjoldbruskkirtellæsioner
Summary
Her præsenterer vi en 5D ultralydsteknik, der kombinerer multiplan 3D-rekonstruktion og farve Doppler-fusion, som muliggør synkron visualisering af skjoldbruskkirtlens strukturelle og funktionelle information. Ved at minimere blinde pletter muliggør denne metode hurtig, præcis lokalisering af læsioner for at forbedre diagnostisk nøjagtighed, især til gavn for nybegyndere.
Abstract
Dette papir foreslår en ny skjoldbruskkirtelundersøgelsesteknik baseret på femdimensionel (5D) synkron rekonstruktion af ultralydsdata. De rå tidsmæssige sekvenser rekonstrueres til 3D-volumetriske data, der afspejler anatomisk struktur. Triplanar visualisering fra tre ortogonale planer realiseres for at give en systematisk inspektion af hele kirtlen. Color Doppler-billeddannelse er integreret i hver triplanar skive for at kortlægge ændringer i vaskulariteten. Denne multimodale fusion muliggør synkron visning af strukturel, funktionel og blodgennemstrømningsinformation i det rekonstruerede 5D-rum. Sammenlignet med konventionel scanning tilbyder denne teknik fordelene ved fleksibel offlinediagnose, reduceret afhængighed af scanning, forbedret intuitiv fortolkning og omfattende evaluering af flere aspekter. Ved at minimere tilsynsfejl kan det forbedre diagnostisk nøjagtighed, især for nybegyndere. Den foreslåede 5D-fusionsmetode muliggør hurtig og præcis lokalisering af læsioner til tidlig påvisning. Fremtidigt arbejde vil undersøge integration med biokemiske markører for yderligere at forbedre diagnostisk præcision. Teknikken har betydelig klinisk værdi for at fremme skjoldbruskkirtelundersøgelse.
Introduction
Hashimotos thyroiditis (HT), den hyppigste autoimmune skjoldbruskkirtelforstyrrelse (AITD), er den førende årsag til hypothyroidisme i jod-tilstrækkelige områder af verden1. Det er karakteriseret ved lymfocytisk infiltration og autoantistoffer mod skjoldbruskkirtelantigener, hvilket fører til ødelæggelse af skjoldbruskkirtelarkitektur og hypothyroidisme2. Iscenesættelse af HT har til formål at vurdere sværhedsgraden og vejlede behandlingsbeslutninger. Det er afhængig af en kombination af biokemiske markører såsom skjoldbruskkirtelstimulerende hormon (TSH) og skjoldbruskkirtelautoantistoffer3 samt ultrasonografiske træk, der er synlige på skjoldbruskkirtlen ultralyd 4,5,6.
Ved ultralydsundersøgelse viser HT karakteristiske fund, herunder diffust nedsat ekkogenicitet, heterogen ekkotekstur, mikronodularitet og øget blodgennemstrømning på farve Doppler 6,7. Imidlertid mangler konventionel todimensionel (2D) gråtoneultralyd kvantitative metoder til systematisk analyse af disse funktioner til HT-iscenesættelse8. Vurderingen af vaskularitetsændringer er også begrænset til kvalitativ visuel inspektion i 2D-tilstand. Den komplekse tredimensionelle (3D) arkitektur af skjoldbruskkirtlen hæmmer yderligere grundig evaluering ved hjælp af konventionel 2D-udskæring 9,10. Disse faktorer fører til billeddannelse af blinde vinkler og fejlfortolkning, hvilket resulterer i lav følsomhed og specificitet, især for mindre erfarne praktiserende læger11,12.
Konventionel håndholdt ultralydsscanning integrerer erhvervelse og diagnose i realtid. Denne koblede arbejdsprocesafhængighed øger sandsynligheden for overvågningsfejl under scanning. Manglen på rumlig lokalisering og sporing gør også læsionsidentifikation og overvågning upræcis12,13. Dedikerede 3D-ultralydssystemer er opstået for at løse disse begrænsninger og har vist lovende resultater14,15. Imidlertid kræver de fleste 3D-ultralydsteknologier komplekse mekaniske scanningsmekanismer og specialiserede transducere, hvilket fører til høje omkostninger og barrierer for vedtagelse.
For at overvinde begrænsningerne ved konventionelle 2D- og 3D-ultralydsteknikker foreslår denne undersøgelse en ny 3D-rekonstruktions- og visualiseringsløsning, der er skræddersyet til skjoldbruskkirtelundersøgelse. Ved hjælp af bredt tilgængelig håndholdt ultralyd erhverves først flere 2D-fejninger for at scanne hele skjoldbruskkirtlen. 3D volumetrisk rekonstruktion realiseres derefter ved rumlig registrering og fusion af 2D-sekvenserne. Samtidig registreres Doppler-farverammer sammen for at oprette vaskularitetskort, der visualiserer ændringer i blodgennemstrømningen. De rekonstruerede 3D-gråtonevolumener og farvede vaskularitetskort er endelig integreret i en enkelt platform, hvilket muliggør synkroniseret multiplanar visualisering og kombineret strukturel funktionel inspektion.
Denne foreslåede 3D-fusionsteknik giver en systematisk og omfattende evaluering af den komplekse skjoldbruskkirtelmorfologi fra forskellige aspekter. Ved at minimere blinde vinkler og muliggøre globalt overblik kan det hjælpe med at forbedre diagnostisk nøjagtighed og reducere tilsynsfejl, især til gavn for nybegyndere. Den multimodale visualisering letter også hurtig og præcis lokalisering af læsioner og holder løfte om tidlig diagnose og behandling af skjoldbruskkirtelknuder og tumorer. Desuden introducerer metoden kvantitativ 3D-funktionsanalyse, som ikke tidligere er undersøgt for HT-iscenesættelse. Med bred vedtagelse har det potentialet til at standardisere og objektivere de aktuelt erfaringsafhængige ultralyddiagnoseprocedurer. Ved synergistisk at integrere håndholdt 3D-rekonstruktion, multimodal fusion, kvantitativ funktionsanalyse og fleksibel visualisering i en strømlinet arbejdsgang repræsenterer denne billige, brugervenlige teknik et diagnostisk kraftfuldt spring fra konventionel 2D-ultralyd til fremme af skjoldbruskkirtelundersøgelse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiske trin i protokollen
Mens figur 1 og figur 2 har værdi for inspektion og diagnose, kræver bestemmelse af læsionsplacering og synspunkter fra andre perspektiver eksperterfaring. Til diagnosticering af Hashimotos thyroiditis (HT) er synkronisering af figur 1 og figur 2 i realtid også et vigtigt og kritisk skridt. Protokol trin 3.3 er et af de vigtigste trin, hvor, som vist i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne publikation modtog støtte fra Shaanxi Provincial Key Research and Development Plan: 2023-ZDLSF-56 og Shaanxi Provincial “Scientist + Engineer” Team Construction: 2022KXJ-019.
Materials
| MATLAB | MathWorks | 2023B | Computing and visualization |
| Tools for Thyroid Disease Precision Quantification | Intelligent Entropy | Thyroid-3D V1.0 | Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modeling for Thyroid Disease |
References
- Ragusa, F., et al. Hashimotos’ thyroiditis: Epidemiology, pathogenesis, clinic and therapy. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 33 (6), 101367 (2019).
- Ralli, M., et al. Hashimoto’s thyroiditis: An update on pathogenic mechanisms, diagnostic protocols, therapeutic strategies, and potential malignant transformation. Autoimmun Rev. 19 (10), 102649 (2020).
- Soh, S., Aw, T. Laboratory testing in thyroid conditions – pitfalls and clinical utility. Ann Lab Med. 39 (1), 3-13 (2019).
- Cansu, A., et al. Diagnostic value of 3D power Doppler ultrasound in the characterization of thyroid nodules. Turk J Med Sci. 49, 723-729 (2019).
- Haugen, B. R., et al. 2015 American Thyroid Association Management Guidelines for adult patients with thyroid nodules and differentiated thyroid cancer: The American Thyroid Association Guidelines Task Force on Thyroid Nodules and Differentiated Thyroid Cancer. Thyroid. 26 (1), 1-133 (2016).
- Acharya, U. R., et al. Diagnosis of Hashimoto’s thyroiditis in ultrasound using tissue characterization and pixel classification. Proc Inst Mech Eng H. 227 (7), 788-798 (2013).
- Zhang, Q., et al. Deep learning to diagnose Hashimoto’s thyroiditis from sonographic images. Nat Commun. 13 (1), 3759 (2022).
- Huang, J., Zhao, J. Quantitative diagnosis progress of ultrasound imaging technology in thyroid diffuse diseases. Diagnostics. 13 (4), 700 (2023).
- Gasic, S., et al. Relationship between low vitamin D levels with Hashimoto thyroiditis. Srp Arh Celok Lek. 151 (5-6), 296-301 (2023).
- Sultan, S. R., et al. Is 3D ultrasound reliable for the evaluation of carotid disease? A systematic review and meta-analysis. Med Ultrason. 25 (2), 216-223 (2023).
- Arsenescu, T., et al. 3D ultrasound reconstructions of the carotid artery and thyroid gland using artificial-intelligence-based automatic segmentation-qualitative and quantitative evaluation of the segmentation results via comparison with CT angiography. Sensors. 23 (5), 2806 (2023).
- Krönke, M., et al. Tracked 3D ultrasound and deep neural network-based thyroid segmentation reduce interobserver variability in thyroid volumetry. PLoS One. 17 (7), e0268550 (2022).
- Hazem, M., et al. Reliability of shear wave elastography in the evaluation of diffuse thyroid diseases in children and adolescents. Eur J Radiol. 143, 109942 (2021).
- Herickhoff, C. D., et al. Low-cost volumetric ultrasound by augmentation of 2D systems: design and prototype. Ultrasound Imaging. 40 (1), 35-48 (2017).
- Seifert, P., et al. Optimization of thyroid volume determination by stitched 3D-ultrasound data sets in patients with structural thyroid disease. Biomedicines. 11 (2), 381 (2023).
