Синхронная трипланарная реконструкция, интегрированная с цветным допплеровским картированием для точной и быстрой локализации поражений щитовидной железы
Summary
Здесь мы представляем методику 5D УЗИ, сочетающую мультипланарную 3D-реконструкцию и цветное допплеровское слияние, что позволяет синхронно визуализировать структурную и функциональную информацию щитовидной железы. Сводя к минимуму слепые зоны, этот метод позволяет быстро и точно локализовать поражения, повышая точность диагностики, что особенно полезно для начинающих практикующих врачей.
Abstract
В данной работе предложена новая методика обследования щитовидной железы, основанная на пятимерной (5D) синхронной реконструкции данных УЗИ. Необработанные временные последовательности реконструируются в объемные 3D-данные, отражающие анатомическую структуру. Реализована трипланарная визуализация из трех ортогональных плоскостей, обеспечивающая систематический осмотр всей железы. Цветная допплеровская визуализация интегрирована в каждый трипланарный срез для отображения изменений васкуляризации. Это мультимодальное слияние обеспечивает синхронное отображение структурной, функциональной информации и информации о кровотоке в реконструированном 5D-пространстве. По сравнению с обычным сканированием этот метод предлагает такие преимущества, как гибкая диагностика в автономном режиме, снижение зависимости от сканирования, улучшенная интуитивная интерпретация и всесторонняя многоаспектная оценка. Сведя к минимуму ошибки при недосмотре, это может повысить точность диагностики, особенно для начинающих практиков. Предложенный метод 5D fusion позволяет быстро и точно локализовать очаги поражения для раннего обнаружения. В будущих работах будет изучаться интеграция с биохимическими маркерами для дальнейшего повышения точности диагностики. Методика имеет большое клиническое значение для углубленного исследования щитовидной железы.
Introduction
Тиреоидит Хашимото (ГТ), наиболее частое аутоиммунное заболевание щитовидной железы (АИТД), является ведущей причиной гипотиреоза в йодсодержащих районах мира1. Характеризуется лимфоцитарной инфильтрацией и аутоантителами к тиреоидным антигенам, приводящими к разрушению архитектуры щитовидной железы и гипотиреозу2. Определение стадии ГТ направлено на оценку тяжести и принятие решений о лечении. Он основан на комбинации биохимических маркеров, таких как тиреотропный гормон (ТТГ) и аутоантитела к щитовидной железе3, а также на ультразвуковых признаках, видимых на УЗИ щитовидной железы 4,5,6.
При ультразвуковом исследовании ГТ демонстрирует характерные признаки, включая диффузное снижение эхогенности, гетерогенную эхотекстуру, микроузелковость и увеличение кровотока на цветной допплерографии 6,7. Тем не менее, в обычном двумерном (2D) сером ультразвуке отсутствуют количественные методы для систематического анализа этих характеристик для стадииHT 8. Оценка сосудистых изменений также ограничивается качественным визуальным осмотром в режиме 2D. Сложная трехмерная (3D) архитектура щитовидной железы еще больше затрудняет тщательную оценку с помощью обычного 2D-среза 9,10. Эти факторы приводят к слепым пятнам визуализации и неправильной интерпретации, что приводит к низкой чувствительности и специфичности, особенно у менее опытных практикующих врачей11,12.
Обычное портативное ультразвуковое сканирование объединяет сбор данных и диагностику в режиме реального времени. Такая связанная зависимость от рабочего процесса увеличивает вероятность ошибок при сканировании. Отсутствие пространственной локализации и отслеживания также делает идентификацию и мониторинг поражения неточными12,13. Для устранения этих ограничений появились специализированные ультразвуковые 3D-системы, которые показали многообещающие результаты14,15. Однако большинство ультразвуковых 3D-технологий требуют сложных механических сканирующих механизмов и специализированных датчиков, что приводит к высоким затратам и препятствиям для внедрения.
Чтобы преодолеть ограничения традиционных 2D и 3D ультразвуковых методов, в этом исследовании предлагается новое решение для 3D-реконструкции и визуализации, адаптированное для обследования щитовидной железы. Используя широко доступное портативное ультразвуковое исследование, сначала получают несколько 2D-снимков для сканирования всей щитовидной железы. Объемная 3D-реконструкция осуществляется путем пространственной регистрации и слияния 2D-последовательностей. В то же время цветные допплеровские кадры регистрируются для создания карт васкуляризации, визуализирующих изменения кровотока. Реконструированные 3D-объемы в оттенках серого и цветные карты васкуляризации наконец-то интегрированы в единую платформу, что позволяет синхронизировать многоплоскостную визуализацию и комбинированный структурно-функциональный контроль.
Предлагаемый метод 3D-слияния обеспечивает систематическую и всестороннюю оценку сложной морфологии щитовидной железы в различных аспектах. Сводя к минимуму слепые зоны и обеспечивая глобальный обзор, это может помочь повысить точность диагностики и уменьшить количество ошибок при наблюдении, что особенно полезно для начинающих практиков. Мультимодальная визуализация также способствует быстрой и точной локализации поражений, что открывает перспективы для ранней диагностики и лечения узлов щитовидной железы и опухолей. Кроме того, метод вводит количественный 3D-анализ признаков, который ранее не исследовался для стадирования HT. При широком распространении он обладает потенциалом для стандартизации и объективизации существующих процедур ультразвуковой диагностики, зависящих от опыта. Благодаря синергетической интеграции портативной 3D-реконструкции, мультимодального слияния, количественного анализа признаков и гибкой визуализации в оптимизированный рабочий процесс, этот недорогой и простой в использовании метод представляет собой диагностически мощный скачок по сравнению с обычным 2D-ультразвуком для улучшения исследования щитовидной железы.
Protocol
Representative Results
Discussion
Критические шаги в протоколе
Несмотря на то, что Рисунок 1 и Рисунок 2 имеют ценность для осмотра и диагностики, определение местоположения поражения и ракурсов с других точек зрения требует экспертного опыта. Для диагностики тиреоидита Хашим?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта публикация получила поддержку от Плана ключевых исследований и разработок провинции Шэньси: 2023-ZDLSF-56 и Строительства команды «Ученый + инженер» провинции Шэньси: 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 |
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).
