Artykuł metodologiczny

Synchroniczna rekonstrukcja trójpłaszczyznowa zintegrowana z kolorowym mapowaniem dopplerowskim w celu precyzyjnej i szybkiej lokalizacji zmian w tarczycy

DOI:

10.3791/66569

⸱

9 lutego 2024

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Thyroid, Sunsimiao Hospital, Beijing University of Chinese Medicine, 2Department of Thyroid, Dongzhimen Hospital, Beijing University of Chinese Medicine, 3Fever Clinics, Dongzhimen Hospital, Beijing University of Chinese Medicine, 4Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd.

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tutaj prezentujemy technikę ultrasonograficzną 5D łączącą wielopłaszczyznową rekonstrukcję 3D i fuzję kolorowego Dopplera, która umożliwia synchroniczną wizualizację informacji strukturalnych i funkcjonalnych tarczycy. Minimalizując martwe punkty, metoda ta umożliwia szybką i precyzyjną lokalizację zmian w celu poprawy dokładności diagnostycznej, co jest szczególnie korzystne dla początkujących lekarzy.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł proponuje nowatorską technikę badania tarczycy opartą na pięciowymiarowej (5D) synchronicznej rekonstrukcji danych ultrasonograficznych. Surowe sekwencje czasowe są rekonstruowane w dane wolumetryczne 3D odzwierciedlające strukturę anatomiczną. Wizualizacja trójpłaszczyznowa z trzech płaszczyzn ortogonalnych jest realizowana w celu zapewnienia systematycznej kontroli całego gruczołu. Obrazowanie kolorowym Dopplerem jest zintegrowane z każdym trójpłaszczyznowym wycinkiem w celu odwzorowania zmian unaczynienia. Ta multimodalna fuzja umożliwia synchroniczne wyświetlanie informacji strukturalnych, funkcjonalnych i o przepływie krwi w zrekonstruowanej przestrzeni 5D. W porównaniu z konwencjonalnym skanowaniem technika ta oferuje korzyści w postaci elastycznej diagnostyki offline, zmniejszonej zależności od skanowania, ulepszonej intuicyjnej interpretacji i kompleksowej oceny wieloaspektowej. Minimalizując błędy nadzoru, może to poprawić dokładność diagnostyczną, szczególnie dla początkujących lekarzy. Proponowana metoda fuzji 5D pozwala na szybką i precyzyjną lokalizację zmian chorobowych w celu ich wczesnego wykrycia. Przyszłe prace będą dotyczyły integracji z markerami biochemicznymi w celu dalszej poprawy precyzji diagnostyki. Technika ta ma znaczną wartość kliniczną dla postępów w badaniu tarczycy.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zapalenie tarczycy (HT) Hashimoto, najczęstsza autoimmunologiczna choroba tarczycy (AITD), jest główną przyczyną niedoczynności tarczycy w rejonach świata z wystarczającą ilością jodu1. Charakteryzuje się naciekiem limfocytarnym i autoprzeciwciałami przeciwko antygenom tarczycy, co prowadzi do zniszczenia architektury tarczycy i niedoczynności tarczycy2. Klasyfikacja HT ma na celu ocenę ciężkości i ukierunkowanie decyzji dotyczących leczenia. Opiera się na kombinacji markerów biochemicznych, takich jak hormon stymulujący tarczycę (TSH) i autoprzeciwciała tarczycy3, a także na cechach ultrasonograficznych widocznych w USG tarczycy4,5,6.

Podczas badania ultrasonograficznego, HT wykazuje charakterystyczne wyniki, w tym dyfuzyjnie zmniejszoną echogeniczność, heterogeniczną echoteksturę, mikroguzkowość, oraz zwiększony przepływ krwi na kolorowym Dopplerze6,7. Jednak konwencjonalne dwuwymiarowe (2D) ultradźwięki w skali szarości nie mają ilościowych metod systematycznej analizy tych cech dla oceny stopnia zaawansowania HT8. Ocena zmian unaczynienia ogranicza się również do jakościowej oględzin w trybie 2D. Złożona trójwymiarowa (3D) architektura tarczycy dodatkowo utrudnia dokładną ocenę przy użyciu konwencjonalnego krojenia 2D9,10. Czynniki te prowadzą do martwych punktów obrazowania i błędnej interpretacji, co skutkuje niską czułością i swoistością, szczególnie dla mniej doświadczonych praktyków11,12.

Konwencjonalne ręczne skanowanie ultrasonograficzne integruje akwizycję i diagnostykę w czasie rzeczywistym. To sprzężone poleganie na przepływie pracy zwiększa prawdopodobieństwo błędów nadzoru podczas skanowania. Brak lokalizacji przestrzennej i śledzenia sprawia również, że identyfikacja i monitorowanie zmian chorobowych jest nieprecyzyjne12,13. Pojawiły się dedykowane systemy ultrasonograficzne 3D, aby rozwiązać te problemy i wykazały obiecujące wyniki14,15. Jednak większość technologii ultrasonograficznych 3D wymaga złożonych mechanicznych mechanizmów skanowania i specjalistycznych przetworników, co prowadzi do wysokich kosztów i barier w ich przyjęciu.

Aby przezwyciężyć ograniczenia konwencjonalnych technik ultrasonograficznych 2D i 3D, w tym badaniu zaproponowano nowatorskie rozwiązanie do rekonstrukcji i wizualizacji 3D dostosowane do badania tarczycy. Korzystając z powszechnie dostępnych ręcznych ultradźwięków, najpierw wykonuje się wiele przemiatania 2D w celu zeskanowania całej tarczycy. Rekonstrukcja wolumetryczna 3D jest następnie realizowana poprzez rejestrację przestrzenną i fuzję sekwencji 2D. Jednocześnie kolorowe ramki Dopplera są współrejestrowane w celu tworzenia map unaczynienia wizualizujących zmiany przepływu krwi. Zrekonstruowane objętości 3D w skali szarości i kolorowe mapy unaczynienia są wreszcie zintegrowane w jedną platformę, umożliwiając zsynchronizowaną wizualizację wielopłaszczyznową i połączoną kontrolę strukturalno-funkcjonalną.

Ta proponowana technika fuzji 3D zapewnia systematyczną i wszechstronną ocenę złożonej morfologii tarczycy z różnych aspektów. Minimalizując martwe punkty i umożliwiając globalny przegląd, może to pomóc w poprawie dokładności diagnostycznej i zmniejszeniu liczby błędów nadzoru, co jest szczególnie korzystne dla początkujących lekarzy. Multimodalna wizualizacja ułatwia również szybką i precyzyjną lokalizację zmian, co daje nadzieję na wczesną diagnozę i leczenie guzków tarczycy i guzów. Co więcej, metoda wprowadza ilościową analizę cech 3D, która nie była wcześniej badana pod kątem stopnia zaawansowania HT. Dzięki szerokiemu zastosowaniu ma potencjał do standaryzacji i uprzedmiotowienia obecnie zależnych od doświadczenia procedur diagnostyki ultrasonograficznej. Dzięki synergicznej integracji ręcznej rekonstrukcji 3D, fuzji multimodalnej, ilościowej analizy cech i elastycznej wizualizacji w usprawniony przepływ pracy, ta tania, łatwa w użyciu technika stanowi diagnostycznie potężny skok w stosunku do konwencjonalnego ultrasonografu 2D w celu przyspieszenia badania tarczycy.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie zostało zatwierdzone przez Institutional Review Board of Sunsimiao Hospital afiliowanego przy Pekińskim Uniwersytecie Medycyny Chińskiej. Pacjent został zrekrutowany z Oddziału Tarczycy Szpitala Sunsimiao. Pacjentka została poddana badaniu USG tarczycy i wyraziła świadomą zgodę na udział w badaniu. W tym badaniu wykorzystano dane ultrasonograficzne 4D uzyskane za pomocą urządzenia przenośnego do rekonstrukcji trójpłaszczyznowych widoków tarczycy. Ponadto uzyskano synchroniczne obrazowanie kolorowym Dopplerem w czasie rzeczywistym. Narzędzia programowe wykorzystywane w tych badaniach są wymienione w Tabeli Materiałów.

1. Gromadzenie i przygotowanie danych

  1. Za pomocą przenośnego ręcznego urządzenia ultrasonograficznego umieść głowicę liniową poprzecznie na szyi pacjenta, aby zobrazować tarczycę w płaszczyźnie przekroju poprzecznego. Przesuwaj sondę powoli i równomiernie wzdłuż tarczycy, utrzymując kontakt i orientację sondy.
  2. Uzyskaj sekwencję poprzecznych obrazów w trybie B wizualizujących morfologię tarczycy z częstotliwością odświeżania 33 Hz.
  3. Jednocześnie zastosuj kolorowy Doppler, aby wykryć przepływ krwi w gruczole i naczyniach. Skanuj od górnego do dolnego bieguna tarczycy, aby pokryć cały gruczoł. Uzyskana w ten sposób dynamiczna sekwencja obrazowania składa się z następujących po sobie poprzecznych warstw, które tworzą dwa zestawy danych 4D.
  4. Wczytywanie i przeglądanie danych ultrasonograficznych 4D w trybie B
    1. Skopiuj wszystkie dane DICOM do dostosowanego katalogu roboczego.
      UWAGA: Katalog roboczy jest taki sam zarówno w systemie operacyjnym, jak i w programie MATLAB. Naciśnij Enter po wpisaniu każdego wiersza, aby uruchomić polecenie w programie MATLAB.
    2. Zaimportuj plik danych US w trybie B do programu MATLAB za pomocą funkcji dicomread i użyj funkcji rozmiaru, aby wyświetlić wymiary danych.
      1. Otwórz program MATLAB na komputerze.
      2. W oknie poleceń wpisz:
        VB0 = dicomread('fname.dcm');
        Gdzie "fname.dcm" można zastąpić rzeczywistą nazwą pliku danych DICOM. Spowoduje to odczytanie pliku DICOM i zapisanie danych obrazu w zmiennej VB0.
      3. Aby wyświetlić rozmiar załadowanych danych, wpisz:
        rozmiar (VB0),
        UWAGA: Zaimportowane tutaj dane 4D miały wymiary 768 x 1024 pikseli x 3 x 601 warstw. 768 pikseli x 1024 piksele x 3 odpowiada standardowemu obrazowi RGB, w którym każdy piksel jest reprezentowany przez trzy kanały z 24-bitową głębią. 601 warstw wskazuje łączną liczbę zeskanowanych wycinków.
    3. Wywołaj funkcję US_B_Show, aby przekonwertować dane matrycy 4D na ciągłą sekwencję wideo w skali szarości, która ma być odtwarzana w sposób ciągły w celu szczegółowego zbadania (patrz Rysunek 1).
      1. Aby przekonwertować tę ultrasonograficzną matrycę danych 4D VB0 zaimportowaną w kroku 1.4.2.2 za pomocą funkcji dicomread w plikach DICOM na ciągle odtwarzaną sekwencję wideo w skali szarości, wywołaj funkcję US_B_Show, wpisując następujące polecenie w oknie poleceń MATLAB:
        US_B_Show(VB0)
        Gdzie VB0 jest zmienną macierzy 4D zawierającą wcześniej zaimportowane dane ultradźwiękowe.
    4. Graficzny interfejs użytkownika w Rysunek 1 pokazuje przyciski odtwarzania do pauzy, do przodu, do tyłu, itp.
      1. Naciśnij przycisk odtwarzania, aby rozpocząć ciągłe odtwarzanie sekwencji klatek wideo. Użyj ikon narzędzi do wstrzymywania i odtwarzania, aby elastycznie nawigować po dowolnej klatce. Użyj przycisków powiększania/pomniejszania, aby dynamicznie powiększać lub minimalizować obrazy podczas odtwarzania, oraz domyślnego przycisku powiększania, aby zresetować do oryginalnego widoku 1x.
      2. Kliknij przycisk Sprawdź wartości pikseli i przesuń kursor myszy na region, aby nałożyć krzyżyk ze współrzędnymi i intensywnością pikseli w celu zlokalizowanej analizy.
        UWAGA: Te interaktywne elementy sterujące umożliwiają elastyczną kontrolę charakterystyki danych ultradźwiękowych zarówno w przestrzeni, jak i w czasie.
  5. Wczytywanie i przeglądanie danych ultrasonograficznych 4D z kolorowego Dopplera
    1. Zaimportuj plik danych ultrasonograficznych z kolorowym Dopplerem do programu MATLAB za pomocą funkcji dicomread i użyj funkcji rozmiaru, aby wyświetlić wymiary danych.
      UWAGA: Zaimportowane tutaj dane 4D miały wymiary 768 x 1024 pikseli x 3 x 331 warstw. 768 pikseli x 1024 piksele x 3 odpowiada standardowemu obrazowi RGB, przy czym czerwony i niebieski reprezentują przepływ krwi w różnych kierunkach. 331 warstw wskazuje łączną liczbę zeskanowanych wycinków.
    2. Użyj funkcji US_C_Show, aby przekonwertować dane matrycy 4D na ciągłą sekwencję wideo w kolorze do ciągłego odtwarzania w celu szczegółowego zbadania (patrz Rysunek 2).
      UWAGA Graficzny interfejs użytkownika w Rysunek 2 ma ten sam zestaw interaktywnych elementów sterujących i operacji, jak opisano wcześniej w kroku 1.4.4 dla Rysunek 1.

2. Synchroniczna obserwacja ultrasonografii B-mode i kolorowego Dopplera

UWAGA: Dane ultrasonograficzne 4D B-Mode pokazane w Rysunek 1 oraz dane ultrasonograficzne 4D Color Doppler pokazane w Rysunek 2 zawierają te same bezwzględne znaczniki czasu w czwartym wymiarze wzdłuż osi czasowej. To pole jest rejestrowane w metadanych DICOM jako FrameTimeVector. Na podstawie wartości czasu w tym polu Rysunek 1 i Rysunek 2 można synchronizować w czasie rzeczywistym.

  1. Po odczytaniu dwóch plików 4D za pomocą polecenia dicomread wykonaj funkcję Synchronize_B_C z dwiema matrycami 4D jako danymi wejściowymi.
    UWAGA: Rysunek 3 pokazuje wynikowy film, który nadal może być odtwarzany w sposób ciągły. Różnica polega teraz na tym, że dane ultrasonograficzne 4D B-Mode i dane ultrasonograficzne 4D Color Doppler są synchronizowane w czasie rzeczywistym w tych samych klatkach wideo. Graficzny interfejs użytkownika w Rysunek 3 ma ten sam zestaw interaktywnych kontrolek i operacji, jak opisano wcześniej w kroku 1.4.4 dla Rysunek 1.

3. Synchroniczna trójpłaszczyznowa rekonstrukcja tarczycy

UWAGA: Aby umożliwić bardziej precyzyjną lokalizację i kwantyfikację zmian, w tym badaniu przeprowadzono trójpłaszczyznową rekonstrukcję tarczycy na podstawie uzyskanych danych ultrasonograficznych 4D, z interaktywnością w czasie rzeczywistym. Dzięki temu klinicyści mogą szybko i dokładnie wskazać zmiany chorobowe, tworząc solidną podstawę do późniejszej kwantyfikacji dotkniętych obszarów.

  1. Wywołaj funkcję thyroid_triplanar z danymi ultrasonograficznymi 4D w trybie B z Rysunek 1 jako dane wejściowe, aby wyprowadzić trzy płaszczyzny ortogonalne (czołową, strzałkową i osiową), jak pokazano w Rysunek 4.
  2. Interakcja celownika w Rysunek 4 umożliwia inspekcję różnych części tarczycy w czasie rzeczywistym. Kliknij i przeciągnij środek krzyża nitkowego, aby uzyskać dowolne badanie 3D anatomii tarczycy zrekonstruowane na podstawie USG.
    UWAGA: Graficzny interfejs użytkownika w Rysunek 4 umożliwia również regulację zakresu intensywności skali szarości, kontrastu i jasności widoków trójpłaszczyznowych.
  3. Naciśnij i przeciągnij lewym przyciskiem myszy nad dowolnym obszarem obrazów, aby modyfikować poziomy jasności i kontrastu w czasie rzeczywistym. Zwolnij przycisk myszy, aby potwierdzić i sfinalizować regulacje.

4. Synchroniczna trójpłaszczyznowa rekonstrukcja dla pola przepływu krwi 3D

UWAGA: Rekonstrukcja synchronicznych trójpłaszczyznowych widoków dla pola przepływu krwi 3D na podstawie danych ultrasonograficznych 4D z kolorowego Dopplera jest również klinicznie ważna dla scharakteryzowania zapalenia tarczycy (HT) Hashimoto.

  1. Wywołaj funkcję thyroid_3D_blood z danymi ultrasonograficznymi 4D w trybie C z Rysunek 2 jako dane wejściowe, aby wyprowadzić trzy płaszczyzny ortogonalne (koronalną, strzałkową i osiową), jak pokazano na Rysunek 5.
  2. Interakcja celownika w Rysunek 5 umożliwia inspekcję różnych części tarczycy w czasie rzeczywistym. Kliknij i przeciągnij środek krzyża nitkowego, aby uzyskać dowolne badanie 3D anatomii tarczycy zrekonstruowane na podstawie USG.
    UWAGA: Graficzny interfejs użytkownika w Rysunek 5 umożliwia również regulację zakresu intensywności skali szarości, kontrastu i jasności widoków trójpłaszczyznowych.
  3. Naciśnij i przeciągnij lewym przyciskiem myszy nad dowolnym obszarem obrazów, aby modyfikować poziomy jasności i kontrastu w czasie rzeczywistym. Zwolnij przycisk myszy, aby potwierdzić i sfinalizować regulacje.

5. Synchronizacja widoków trójpłaszczyznowych w trybie B i kolorowych widoków trójpłaszczyznowych Dopplera

UWAGA: Opierając się na trójpłaszczyznowych widokach pokazanych w Rysunek 4, synchronizacja odpowiednich kolorowych obrazów przepływu Dopplera z miejscami zmian niewątpliwie ułatwiłaby diagnozę i kwantyfikację patologicznego postępu w zapaleniu tarczycy typu Hashimoto (HT).

  1. Przeciągnij interakcję celownika w Rysunek 4, aby zlokalizować obszar zainteresowania i wykonaj US_B2C, aby uzyskać odpowiednią lokalizację w kolorowych widokach trójpłaszczyznowych Dopplera.
  2. Przeciągnij interakcję krzyżyka w Rysunek 5, aby zlokalizować obszar zainteresowania, a następnie wykonaj US_C2B, aby uzyskać odpowiednią lokalizację w widokach trójpłaszczyznowych w trybie B.
    UWAGA: Rysunek 6 stanowi solidną podstawę ultrasonograficzną do precyzyjnej lokalizacji i ostatecznej diagnozy zmian w zapaleniu tarczycy (HT) u Hashimoto.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Jak pokazano w graficznym interfejsie użytkownika (GUI) w Rysunek 1 i Rysunek 2, sekwencja skanowania ultrasonograficznego może być sprawdzana w sposób ciągły. Jednak to dwuwymiarowe badanie opiera się w dużej mierze na wiedzy anatomicznej tyreoidologa, aby zrekonstruować psychicznie lokalizację zmiany, co jest wyzwaniem dla nowicjuszy i skutkuje brakiem spójności ilościowej. Rysunek 3 łączy skalę szarości w trybie B z kolorowymi obrazami przepływu Dopplera, aby umożliwić bardziej świadomą inspekcję skanów 2D.

Aby ułatwić kompleksową i wiarygodną ocenę zaburzeń tarczycy, Rysunek 4 pokazuje przestrzenny rozkład intensywności trybu B w 3D, podczas gdy Rysunek 5 przedstawia mapę unaczynienia 3D zrekonstruowaną na podstawie danych z kolorowego Dopplera. Jak pokazano w graficznym interfejsie użytkownika (Rysunek 6), realizowana jest zsynchronizowana wizualizacja informacji strukturalnych i funkcjonalnych wzdłuż trzech płaszczyzn ortogonalnych. Lekarze mogą w sposób ciągły kontrolować wielopłaszczyznowe przekroje poprzeczne obrazów w skali szarości tarczycy i odpowiadających im obrazów przepływu krwi. Ta bezproblemowa integracja uzupełniających się modalności może odegrać kluczową rolę w precyzyjnym lokalizowaniu i określaniu nasilenia patologii tarczycy.

Jeśli objętości 3D w skali szarości i objętości kolorowego Dopplera 3D są zasadniczo danymi 4D obejmującymi wymiary przestrzenne i patologiczne, połączenie ich interakcji między dwoma zsynchronizowanymi wizualizacjami trójpłaszczyznowymi mogłoby umożliwić tyreologowi szybkie wskazanie zmian w jednolitej przestrzeni 5D i dostarczenie dokładnych diagnoz na podstawie intensywności stawu i wzorców przepływu.

Obrazowanie ultrasonograficzne, scyntygrafia tarczycy, medyczne narzędzie diagnostyczne, sonogram w skali szarości, skala pomiarowa.
Rysunek 1: Poprzeczne pętle wideo ultrasonograficzne w trybie B. Kolejne ramki w trybie B uzyskane za pomocą ciągłego skanowania poprzecznego pokazują morfologię tarczycy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Ultrasonograficzny obraz dopplerowski, analiza przepływu krwi w tarczycy, technika diagnostycznego obrazowania medycznego.
Rysunek 2: Poprzeczne pętle wideo z kolorowym dopplerowskim ultrasonografem. Kolejne kolorowe oprawki dopplerowskie uzyskane w wyniku skanowania poprzecznego ujawniają charakterystykę przepływu krwi w tkance tarczycy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Porównanie ultrasonografii; obrazowanie dopplerowskie w skali szarości i kolorze, analiza przepływu naczyniowego, medyczne narzędzie diagnostyczne.
Rysunek 3: Zsynchronizowany tryb B i ultrasonografia dopplerowska. Zintegrowane wideo synchronicznie pokazujące strukturę tarczycy (skala szarości) i przepływ krwi (kolorowa nakładka). Kolorowa nakładka Dopplera przedstawia kierunek i prędkość przepływu za pomocą kolorowej skali - czerwony oznacza przepływ w kierunku przetwornika; Kolor niebieski oznacza przepływ z dala od przetwornika. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Obrazowanie ultrasonograficzne pokazujące płaszczyzny X, Y, Z w medycznym układzie diagnostycznym, analiza przekrojowa.
Rysunek 4: Widoki trójpłaszczyznowe wyodrębnione z ultradźwięków w trybie B. Ortogonalne płaszczyzny czołowe, strzałkowe i osiowe zrekonstruowane na podstawie skanów 4D w trybie B przy użyciu wizualizacji trójpłaszczyznowej. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Schemat obrazowania spektralnego; Wizualizacja danych 3D do badania absorpcji; Analiza intensywności mapy cieplnej.
Rysunek 5: Trójpłaszczyznowe widoki uzyskane z USG Dopplera. Ortogonalne płaszczyzny czołowe, strzałkowe i osiowe zrekonstruowane na podstawie skanów dopplerowskich 4D w celu odwzorowania charakterystyki przepływu krwi w tkance tarczycy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Porównanie ultrasonograficzne i termowizyjne, analiza diagnostyczna, wykres rozkładu temperatury.
Rysunek 6: Zsynchronizowane widoki trójpłaszczyznowe łączące dane strukturalne i unaczynienia. Zintegrowana rekonstrukcja wielopłaszczyznowa synchronizująca dane w trybie B i Dopplera, aby umożliwić połączoną kontrolę morfologiczną i funkcjonalną. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Krytyczne kroki w protokole
Podczas gdy ryciny 1 i 2 mają wartość dla oględzin i diagnozy, określenie lokalizacji zmiany i widoków z innych perspektyw wymaga specjalistycznego doświadczenia. W celu rozpoznania zapalenia tarczycy typu Hashimoto (HT) synchronizacja rysunku 1 i rysunku 2 w czasie rzeczywistym jest również ważnym i krytycznym krokiem. Krok 3.3 protokołu jest jednym z kluczowych kroków, w których, jak pokazano na rysunku 4, lekarz prowadzący może interaktywnie badać dowolne przekroje anatomii tarczycy 3D. Ma to kluczowe znaczenie dla lokalizacji zmian chorobowych i identyfikacji nieprawidłowych obszarów tkanki. Tradycyjnie, ręczne skanowanie ultrasonograficzne zapewnia tylko widoki poprzeczne 2D. To nieuchronnie prowadzi do przeoczenia patologicznych szczegółów 3D z powodu martwych punktów. Podobnie, krok 4.3 protokołu generuje mapę przepływu krwi 3D, która jest również krytyczna dla określenia lokalizacji zmian. Kroki protokołu 5.1 i 5.2 synchronizują strukturalne i funkcjonalne obrazy tarczycy, wyposażając lekarzy w bardziej zaawansowane cyfrowe inteligentne narzędzia do radzenia sobie ze złożonymi schorzeniami.

Modyfikacje i rozwiązywanie problemów
Jeśli dojdzie do zniszczeń rekonstrukcyjnych, zakres przejęcia może być niewystarczający. Powtarzające się skanowanie z rozszerzonym pokryciem może temu zaradzić. Można również dostosować parametry, takie jak odstępy między plasterkami i rozmiar w pikselach.

Ograniczenia metody
Chociaż ręczne skanowanie ultradźwiękowe może uzyskiwać znaczniki czasu do synchronizacji różnych trybów, brakuje lokalizacji sondy 3D w czasie rzeczywistym. W związku z tym w modelach tarczycy precyzyjnie rekonstruowane są tylko wymiary poprzeczne. Pomiary ilościowe na płaszczyznach poprzecznych są obecnie dokładne, podczas gdy widoki koronalne i strzałkowe pomagają w lokalizacji patologicznej, ale obecnie mają niewiarygodne skale ilościowe.

Znaczenie w odniesieniu do istniejących metod
Ta technika ultrasonograficzna 5D usprawnia konwencjonalne skanowanie 2D, umożliwiając wielopłaszczyznowe badanie strukturalne połączone z mapowaniem przepływu krwi w panoramicznej wizualizowanej przestrzeni. Pokonuje ograniczenia, takie jak zależność od operatora, martwe pola i niejednoznaczność diagnostyczna, które utrzymują się w ultrasonografii 2D. Proponowany przepływ pracy stanowi solidną podstawę do standaryzacji i przekształcenia obecnych, zależnych od doświadczenia praktyk w diagnostyce ultrasonograficznej chorób tarczycy.

Potencjalne zastosowania
Metoda ta może być stosowana do precyzyjnej lokalizacji i ilościowego oznaczania guzków tarczycy, guzów i zmian zapalnych, takich jak zapalenie tarczycy typu Hashimoto. Zapewnia radiologom i chirurgom ulepszone perspektywy wizualne do oceny patologii. Technika ta ma znaczny potencjał, aby pomóc w diagnozie, planowaniu leczenia i prowadzeniu operacji. Ponadto zespół badawczy planuje włączyć markery biochemiczne do tego procesu analizy 5D, aby zrealizować precyzyjną diagnostykę i kwantyfikację chorób tarczycy opartą na sztucznej inteligencji.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Narzędzie programowe do precyzyjnej kwantyfikacji chorób tarczycy, wymienione w Tabeli Materiałów tego badania jako Precyzyjna Kwantyfikacja Chorób Tarczycy V1.0, jest produktem firmy Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co., Ltd. Prawa własności intelektualnej do tego narzędzia programowego należą do firmy. Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta publikacja otrzymała wsparcie od Kluczowego Planu Badań i Rozwoju Prowincji Shaanxi: 2023-ZDLSF-56 oraz Zespołu Budowy Prowincji Shaanxi "Naukowiec + Inżynier": 2022KXJ-019.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
MATLABMathWorks 2023BObliczenia i wizualizacja 
Narzędzia do precyzyjnej kwantyfikacji chorób tarczycyInteligentna entropiaThyroid-3D V1.0Pekin Inteligentna nauka o entropii i Technology Co Ltd.
Modelowanie chorób tarczycy

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ragusa, F., et al. Hashimotos' thyroiditis: Epidemiology, pathogenesis, clinic and therapy. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 33 (6), 101367(2019).
  2. 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).
  3. Soh, S., Aw, T. Laboratory testing in thyroid conditions - pitfalls and clinical utility. Ann Lab Med. 39 (1), 3-13 (2019).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Zhang, Q., et al. Deep learning to diagnose Hashimoto's thyroiditis from sonographic images. Nat Commun. 13 (1), 3759(2022).
  8. Huang, J., Zhao, J. Quantitative diagnosis progress of ultrasound imaging technology in thyroid diffuse diseases. Diagnostics. 13 (4), 700(2023).
  9. Gasic, S., et al. Relationship between low vitamin D levels with Hashimoto thyroiditis. Srp Arh Celok Lek. 151 (5-6), 296-301 (2023).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Herickhoff, C. D., et al. Low-cost volumetric ultrasound by augmentation of 2D systems: design and prototype. Ultrasound Imaging. 40 (1), 35-48 (2017).
  15. 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).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Lokalizacja zmian tarczycypi ciowymiarowe badanie ultrasonograficzneultrasonografia w trybie Btr jwymiarowe obrazowanie tarczycymapowanie ukrwieniasynchronizacja wizualizacjimorfologia tarczycyfuzja danych ultrasonograficznych

Powiązane artykuły