与彩色多普勒映射相结合的同步三平面重建，可精确快速定位甲状腺病变
Summary
在这里，我们介绍了一种结合多平面 3D 重建和彩色多普勒融合的 5D 超声技术，该技术可以同步可视化甲状腺结构和功能信息。通过最大限度地减少盲点，该方法可以快速、精确地定位病变，从而提高诊断准确性，特别是使新手从业者受益。
Abstract
该文提出了一种基于超声数据五维同步重建的新型甲状腺检查技术。原始时间序列被重建为反映解剖结构的 3D 体积数据。实现了三个正交平面的三平面可视化，对整个压盖进行了系统检测。彩色多普勒成像被集成到每个三平面切片中，以绘制血管变化图。这种多模态融合可以在重建的 5D 空间中同步显示结构、功能和血流信息。与传统扫描相比，该技术具有灵活的离线诊断、减少对扫描的依赖、增强的直观解释和全面的多方面评估等优点。通过最大限度地减少监督错误，它可以提高诊断的准确性，特别是对于新手从业者。所提出的5D融合方法可以快速、精确地定位病灶，以便及早发现。未来的工作将探索与生化标志物的整合，以进一步提高诊断精度。该技术在推进甲状腺检查方面具有相当大的临床价值。
Introduction
桥本氏甲状腺炎 （HT） 是最常见的自身免疫性甲状腺疾病 （AITD），是世界上碘充足地区甲状腺功能减退的主要原因1。它的特征是淋巴细胞浸润和针对甲状腺抗原的自身抗体，导致甲状腺结构的破坏和甲状腺功能减退症2。HT 的分期旨在评估严重程度并指导治疗决策。它依赖于促甲状腺激素 （TSH） 和甲状腺自身抗体3 等生化标志物的组合，以及甲状腺超声上可见的超声特征 4,5,6。
超声检查显示特征性发现，包括彩色多普勒 6,7 上的弥漫性回声、异质性回声纹理、微结节和血流量增加。然而，传统的二维 （2D） 灰度超声缺乏定量方法来系统地分析 HT 分期的这些特征8。血管变化的评估也仅限于 2D 模式下的定性目视检查。甲状腺复杂的三维 （3D） 结构进一步阻碍了使用传统 2D 切片进行全面评估 9,10。这些因素会导致影像学盲点和误解，导致敏感性和特异性低，特别是对于经验不足的从业者11,12。
传统的手持式超声扫描集成了实时采集和诊断功能。这种耦合的工作流程依赖性增加了扫描过程中出现疏忽错误的可能性。缺乏空间定位和跟踪也使病变识别和监测不精确12,13。专用的 3D 超声系统已经出现以解决这些限制，并显示出有希望的结果14,15。然而，大多数 3D 超声技术需要复杂的机械扫描机制和专门的换能器，导致成本高昂且采用障碍。
为了克服传统2D和3D超声技术的局限性，本研究提出了一种针对甲状腺检查的新型3D重建和可视化解决方案。使用广泛使用的手持式超声，首先获得多个 2D 扫描以扫描整个甲状腺。然后通过二维序列的空间配准和融合来实现三维体积重建。同时，彩色多普勒帧被共同配准，以创建可视化血流变化的血管图。重建的 3D 灰度体积和彩色血管图最终集成到一个平台中，从而实现同步的多平面可视化和组合结构功能检查。
该三维融合技术从不同方面对复杂的甲状腺形态进行了系统、全面的评估。通过最大限度地减少盲点和实现全局概览，它可以帮助提高诊断准确性并减少监督错误，特别是使新手从业者受益。多模态可视化还有助于快速准确地定位病变，为甲状腺结节和肿瘤的早期诊断和治疗带来希望。此外，该方法还引入了定量 3D 特征分析，该分析以前从未研究过 HT 分期。随着广泛采用，它有可能使目前依赖于经验的超声诊断程序标准化和客观化。通过将手持式 3D 重建、多模态融合、定量特征分析和灵活的可视化协同集成到简化的工作流程中，这种低成本、易于使用的技术代表了传统 2D 超声在推进甲状腺检查方面的诊断强大飞跃。
Protocol
Representative Results
Discussion
协议中的关键步骤
虽然 图 1 和 图 2 对检查和诊断具有价值，但从其他角度确定病变位置和视图需要专家经验。对于桥本氏甲状腺炎（HT）的诊断，实时同步 图1 和 图2 也是一个重要而关键的步骤。协议步骤 3.3 是关键步骤之一，如 图 4 所示，主治医师可以交互式检查 3D…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本刊得到了陕西省重点研发计划：2023-ZDLSF-56和陕西省“科学家+工程师”团队建设：2022KXJ-019的支持。
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 |
Riferimenti
- 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).
