Synchrone triplanaire reconstructie geïntegreerd met kleurendopplermapping voor nauwkeurige en snelle lokalisatie van schildklierlaesies
Summary
Hier presenteren we een 5D-echografietechniek die multiplanaire 3D-reconstructie en kleuren-Doppler-fusie combineert, die synchrone visualisatie van structurele en functionele informatie over de schildklier mogelijk maakt. Door blinde vlekken te minimaliseren, maakt deze methode een snelle, nauwkeurige lokalisatie van laesies mogelijk om de diagnostische nauwkeurigheid te verbeteren, wat vooral beginnende beoefenaars ten goede komt.
Abstract
Dit artikel stelt een nieuwe techniek voor schildklieronderzoek voor op basis van vijfdimensionale (5D) synchrone reconstructie van echografiegegevens. De ruwe temporele sequenties worden gereconstrueerd tot 3D-volumetrische gegevens die de anatomische structuur weerspiegelen. Triplanaire visualisatie van drie orthogonale vlakken wordt gerealiseerd om een systematische inspectie van de gehele klier te bieden. Color Doppler-beeldvorming is geïntegreerd in elke triplanaire plak om vasculariteitsveranderingen in kaart te brengen. Deze multimodale fusie maakt synchrone weergave van structurele, functionele en bloedstroominformatie mogelijk in de gereconstrueerde 5D-ruimte. In vergelijking met conventioneel scannen biedt deze techniek de voordelen van flexibele offline diagnose, verminderde afhankelijkheid van scannen, verbeterde intuïtieve interpretatie en uitgebreide evaluatie van meerdere aspecten. Door het minimaliseren van toezichtsfouten kan het de diagnostische nauwkeurigheid verbeteren, vooral voor beginnende beoefenaars. De voorgestelde 5D-fusiemethode maakt een snelle en nauwkeurige lokalisatie van laesies mogelijk voor vroege detectie. Toekomstig werk zal de integratie met biochemische markers onderzoeken om de diagnostische precisie verder te verbeteren. De techniek heeft een aanzienlijke klinische waarde voor het bevorderen van schildklieronderzoek.
Introduction
Hashimoto’s thyroïditis (HT), de meest voorkomende auto-immuunziekte van de schildklier (AITD), is de belangrijkste oorzaak van hypothyreoïdie in delen van de wereld die over voldoende jodium beschikken. Het wordt gekenmerkt door lymfatische infiltratie en auto-antilichamen tegen schildklierantigenen, wat leidt tot de vernietiging van de schildklierarchitectuur en hypothyreoïdie2. Staging van HT heeft tot doel de ernst te beoordelen en behandelingsbeslissingen te begeleiden. Het is gebaseerd op een combinatie van biochemische markers zoals schildklierstimulerend hormoon (TSH) en auto-antilichamen van de schildklier3, evenals echografische kenmerken die zichtbaar zijn op echografie van de schildklier 4,5,6.
Bij echografisch onderzoek vertoont HT karakteristieke bevindingen, waaronder diffuus verminderde echogeniciteit, heterogene echotextuur, micronodulariteit en verhoogde bloedstroom op kleur Doppler 6,7. Conventionele tweedimensionale (2D) grijswaardenechografie mist echter kwantitatieve methoden voor het systematisch analyseren van deze kenmerken voor HT-stadiëring8. De beoordeling van vasculariteitsveranderingen is ook beperkt tot kwalitatieve visuele inspectie in 2D-modus. De complexe driedimensionale (3D) architectuur van de schildklier bemoeilijkt een grondige evaluatie met behulp van conventionele 2D-slicing 9,10. Deze factoren leiden tot blinde vlekken en verkeerde interpretaties, wat resulteert in een lage sensitiviteit en specificiteit, vooral voor minder ervaren beoefenaars11,12.
Conventioneel handheld echografieën integreren real-time acquisitie en diagnose. Deze gekoppelde workflowafhankelijkheid vergroot de kans op toezichtsfouten tijdens het scannen. Het gebrek aan ruimtelijke lokalisatie en tracking maakt ook de identificatie en monitoring van laesies onnauwkeurig12,13. Er zijn speciale 3D-echografiesystemen ontstaan om deze beperkingen aan te pakken en hebben veelbelovende resultaten opgeleverd14,15. De meeste 3D-echografietechnologieën vereisen echter complexe mechanische scanmechanismen en gespecialiseerde transducers, wat leidt tot hoge kosten en belemmeringen voor acceptatie.
Om de beperkingen van conventionele 2D- en 3D-echografietechnieken te overwinnen, stelt deze studie een nieuwe 3D-reconstructie- en visualisatieoplossing voor die is afgestemd op schildklieronderzoek. Met behulp van algemeen verkrijgbare handheld echografie worden eerst meerdere 2D-sweeps verkregen om de hele schildklier te scannen. 3D volumetrische reconstructie wordt vervolgens gerealiseerd door ruimtelijke registratie en samensmelting van de 2D-sequenties. Tegelijkertijd worden kleurendopplerframes samen geregistreerd om vasculariteitskaarten te maken die veranderingen in de bloedstroom visualiseren. De gereconstrueerde 3D-grijswaardenvolumes en gekleurde vasculariteitskaarten worden uiteindelijk geïntegreerd in één enkel platform, waardoor gesynchroniseerde multiplanaire visualisatie en gecombineerde structureel-functionele inspectie mogelijk zijn.
Deze voorgestelde 3D-fusietechniek biedt een systematische en uitgebreide evaluatie van de complexe schildkliermorfologie vanuit verschillende aspecten. Door blinde vlekken te minimaliseren en een globaal overzicht mogelijk te maken, kan het helpen de diagnostische nauwkeurigheid te verbeteren en toezichtsfouten te verminderen, wat vooral ten goede komt aan beginnende beoefenaars. De multimodale visualisatie vergemakkelijkt ook een snelle en nauwkeurige lokalisatie van laesies, wat veelbelovend is voor een vroege diagnose en behandeling van schildklierknobbeltjes en tumoren. Bovendien introduceert de methode kwantitatieve 3D-kenmerkanalyse die nog niet eerder is onderzocht voor HT-stadiëring. Met brede acceptatie heeft het de potentie om de momenteel ervaringsafhankelijke ultrasone diagnoseprocedures te standaardiseren en te objectiveren. Door synergetische integratie van handheld 3D-reconstructie, multimodale fusie, kwantitatieve functieanalyse en flexibele visualisatie in een gestroomlijnde workflow, vertegenwoordigt deze goedkope, gebruiksvriendelijke techniek een diagnostisch krachtige sprong voorwaarts ten opzichte van conventionele 2D-echografie voor het bevorderen van schildklieronderzoek.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritieke stappen in het protocol
Hoewel figuur 1 en figuur 2 waarde hebben voor inspectie en diagnose, vereist het bepalen van de locatie van de laesie en het uitzicht vanuit andere perspectieven deskundige ervaring. Voor de diagnose van Hashimoto’s thyroïditis (HT) is het synchroniseren van figuur 1 en figuur 2 in realtime ook een belangrijke en kritieke stap. Protocolstap 3.3 is e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze publicatie kreeg steun van het Shaanxi Provincial Key Research and Development Plan: 2023-ZDLSF-56 en de 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).
