Συγκριτική μελέτη της κλασικής υπερηχογραφίας δύο διαστάσεων (2D) με τις νεότερες υπερηχογραφικές τεχνικές τεσσάρων διαστάσεων (4D STIC) για την απεικόνιση της φυσιολογικής ανατομίας και την ανίχνευση της παθολογικής ανατομίας της εμβρυϊκής καρδιάς στο 1ο και στο 2ο τρίμηνο της εγκυμοσύνης
Authors: Πεπές Σπυρίδων 
Published: March 2023

ΣΚΟΠΟΣ Ο σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η αξιολόγηση των νεότερων τεχνικών υπερηχογραφικής απεικόνισης και ειδικότερα της τρισδιάστατης ανασύστασης από δισδιάστατη σάρωση (4D STIC και 4D eSTIC) συγκριτικά με την καθιερωμένη δισδιάστατη τεχνική απεικόνισης για τον έλεγχο της καρδιαγγειακής ανατομίας του εμβρύου, σε σχέση α) με την ηλικία κύησης β) με την παρουσία ή όχι υποκείμενης ανατομικής ανωμαλίας διάπλασης του καρδιαγγειακού συστήματος του εμβρύου (συγγενούς καρδιοπάθειας). Επιμέρους υπομελέτες που αναφέρονται στη μεθοδολογία (1-4) αφορούσαν ειδικότερα α) Αξιολόγηση της εφικτότητας, ποιότητας και διαγνωστικής ακρίβειας της τρισδιάστατης εμβρυικής υπερηχοκαρδιογραφίας STIC συγκριτικά με την συμβατική απεικόνιση (και σύγκριση STIC με eSTIC) με βάση την ανασύσταση σε υπολογιστή όγκων STIC/eSTIC που έχουν ληφθεί κατά τη διάρκεια της βασικής απεικόνισης ρουτίνας β) Απευθείας συγκριτική αξιολόγηση χρόνων επιτέλεσης και αποτελεσματικότητας μελετών που επιτελούνται με τη συμβατική συγκριτικά με τη νέα τεχνική, τόσο σε επίπεδο βασικής απεικόνισης ρουτίνας, όσο και σε επίπεδο εξειδικευμένης απεικόνισης γ) Συγκριτική αξιολόγηση μετρήσεων εμβρυικών καρδιαγγειακών δομών με τη συμβατική τεχνική (2D) και τις νέες τεχνικές (STIC/eSTIC) δ) Αξιολόγηση των απαιτήσεων εκπαίδευσης και δυνατότητας ιατρών με διαφορετικά επίπεδα εμπειρίας στην προγεννητική υπερηχογραφική απεικόνιση, να αναγνωρίζουν τις κύριες ανατομικές δομές των συνιστώμενων επιπέδων βασικής απεικόνισης ρουτίνας της εμβρυικής καρδιάς, και να επιτελούν επιτυχείς ανασυστάσεις τρισδιάστατων όγκων 4D STIC.ΜΕΘΟΔΟΣ Υλοποιήθηκαν οι ακόλουθες φάσεις της έρευνας με τέσσερις επιμέρους υπομελέτες αντίστοιχα με τους επιμέρους στόχους (α-δ) της διατριβής: Φάση εκμάθησης. Εξοικείωση χρηστών (ερευνητής 1-λήψη τρισδιάστατων μελετών, ερευνητής 2 – ανασύσταση τρισδιάστατων μελετών) στην τεχνική-βελτιστοποίηση παραμέτρων απεικόνισης. Υπομελέτη 1. Άμεση σύγκριση τεχνικών Τρισδιάστατης εμβρυικής υπερηχοκαρδιογραφίας STIC: ηλεκτρονική (eSTIC) συγκριτικά με συμβατική (STIC) λήψη 4D δεδομένων εικόνας: Λήψη και αποθήκευση τρισδιάστατων όγκων εμβρυικής καρδιάς (ερευνητής 1-γυναικολόγος-ειδικός εμβρυομητρικής) με B-Mode και Color Doppler STIC αρχικά (συμβατικό ηχοβολέα) και ακόλουθα λήψη αντίστοιχων όγκων με ηλεκτρονικό ηχοβολέα κατά τη διάρκεια 33 διαδοχικών υπερηχογραφικών μελετών ρουτίνας , μέσου τριμήνου κύησης ( μέση ηλικία 23 εβδομάδες, εύρος 13-31). 66 διαθέσιμα ζεύγη (STIC-eSTIC) όγκων (33 ζεύγη Β-Μοde, 33 ζεύγη Color D), αξιολογήθηκαν αργότερα ως ανώνυμα δεδομένα (ερευνητής 2- εξειδικευμένος στην εμβρυική καρδιολογία παιδοκαρδιολόγος). Καταγράφηκε η εφικτότητα ανασύστασης, η παρουσία κίνησης (artifacts), η υποκειμενική ποιότητα εικόνας (κλίμακα 1-4: 1 –καλύτερη, 4- μη διαγνωστική) και η τελική διάγνωση, για την απευθείας σύγκριση των δύο τεχνικών STIC-eSTIC όταν εφαρμόζονται σύγχρονα στα ίδια άτομα με τις ίδιες συνθήκες απεικόνισης συγκριτικά με τη συμβατική απεικόνιση. Υπομελέτη 2. Συγκριτική μελέτη τρισδιάστατης (3D) και δισδιάστατης (2D) εμβρυικής υπερηχοκαρδιογραφίας στην καθημερινή πράξη: βασική και εξειδικευμένη απεικόνιση Αξιολογήθηκαν συνολικά 22 περιπτώσεις (διάμεσος ηλικία κύησης 25.3 εβδομάδες, εύρος 18-37) που παραπέμφθηκαν για εμβρυικό υπερηχοκαρδιογράφημα (διάρκεια 1 μήνας). Οι δύο ίδιοι ερευνητές επιτέλεσαν διαδοχικά την βασική απεικόνιση (ερευνητής 1) και το εμβρυικό υπερηχοκαρδιογράφημα (ερευνητής 2), καταγράφοντας τη διάρκεια μελέτης, την παρουσία παθολογικών ευρημάτων και υποκειμενική εκτίμηση ποιότητας απεικόνισης (5 βάθμια κλίμακα). Ο ερευνητής 1 έκανε λήψη και αποθήκευση τρισδιάστατων όγκων (διαδοχικά STIC και eSTIC), 2D και color Doppler τους οποίους μελέτησε σε δεύτερο χρόνο ο ερευνητής 2 καταγράφοντας την εφικτότητα και τον απαιτούμενο χρόνο για 4 συνολικά τύπους ανασύστασης (2D STIC, Color STIC, 2D eSTIC, color eSTIC) τόσο α) για τη βασική μελέτη, β) για τις πρόσθετες τομές του εμβρυικού υπερηχοκαρδιογραφήματος. Υπομελέτη 3. Συγκριτικές Μετρήσεις Διαστάσεων Εμβρυικών Καρδιαγγειακών Δομών με δισδιάστατη (2D) και τρισδιάστατη (3D) υπερηχοκαρδιογραφία Ανάλυση μετρήσεων από 10 ανώνυμες τυχαία επιλεχθείσες μελέτες μέσου τριμήνου κύησης (διάμεσος ηλικία κύησης 22.6 εβδομάδες, εύρος 21.9-23.9 εβδομάδες) από τη βάση δεδομένων του ερευνητή 1, με πληροφορίες δισδιάστατης και τρισδιάστατης απεικόνισης (STIC και eSTIC) Οι μετρήσεις έγιναν από τις αποθηκευμένες στο σύστημα υπερηχοκαρδιογραφίας εικόνες και τρισδιάστατους όγκους. Ο ερευνητής κατέγραψε τρείς διαδοχικές μετρήσεις που πραγματοποίησε, για κάθε μέθοδο καταγραφής (2D, STIC, e-STIC) των διαστάσεων των βαλβίδων του εμβρύου ( μιτροειδής, τριγλώχινα, αορτική και πνευμονική). Υπομελέτη 4. Πρακτική εφαρμογή της STIC υπερηχοκαρδιογραφίας στην ιατρική εκπαίδευση βασικής απεικόνισης εμβρυικής καρδιάς Καταγράφει τα αποτελέσματα του 1ου θερινού σχολείου που διοργανώθηκε στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Κρήτης από την ερευνητική ομάδα της διδακτορικής διατριβής, με θέμα "Εισαγωγή στην 4D Εμβρυική Υπερηχοκαρδιογραφία- Introduction in 4D Echocardiography" 12-16 Σεπτεμβρίου 2022. Επιλέχθηκαν και συμμετείχαν 27 σύνεδροι πτυχιούχοι Ιατρικής, 18 (66%) κάτοχοι τίτλου μεταπτυχιακών σπουδών ή διδακτορικής διατριβής (μαιευτήρες- γυναικολόγοι (14, 52%, παιδίατροι 10, 37% , καρδιολόγοι 2, 7% και ακτινολόγοι 1 ,3.5%). Καταγράφηκε η ικανότητα των συμμετεχόντων να αναγνωρίζουν και να επιτελούν επιτυχείς ανασυστάσεις όγκων 4D STIC βασικής-εκτενούς βασικής απεικόνισης, και (ανώνυμα) ο βαθμός ικανοποίησης από το εκπαιδευτικό πρόγραμμα. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑΥπομελέτη 1. Οι όγκοι eSTIC και τα αντίστοιχα video κατά την ανασύσταση είχαν καλύτερη δειγματοληψία (37 έναντι 24 εικόνες/sec, p < .001), λιγότερη κίνηση (12 έναντι 20 περιπτώσεις, O.R.7.0, p = .002) και καλύτερη ποιότητα εικόνας (1,9 έναντι 2,2, p = 0,006) σε σύγκριση με τους όγκους STIC. Η τεχνική eSTIC συνοδεύτηκε από αυξημένη επιτυχία ανασύστασης εικόνων (n = 55, 86%) σε σχέση με την συμβατική τεχνική STIC (n = 52, 78.8%). Ο μέσος χρόνος ανασύστασης των όγκων δεν διέφερε (4.96 έναντι 4.94 λεπτά). Στην απευθείας υποκειμενική σύγκριση της ποιότητας εικόνας κατά το αρχικό επίπεδο σάρωσης (A) και κατά τα επίπεδα εικονικής ανακατασκευής με τη χρήση του ειδικού λογισμικού (B και C) η τεχνολογία e STIC ήταν ανώτερη σε 22 (33%), 39 (59%) και 21 (38%) αναλύσεις. Οι υπόλοιπες ήταν αντίστοιχης ποιότητας και μόνο σπάνια (<10%) το STIC υπερτερούσε σε κάποιο από τα επίπεδα απεικόνισης (A,B,C). Ο τρόπος απεικόνισης (με ή χωρίς τη χρήση έγχρωμου Doppler) και η ηλικία κύησης είχαν παρόμοιο αντίκτυπο τόσο στην απόδοση του eSTIC όσο και στο STIC: διαγνωστικά αποδεκτές μελέτες καταγράφηκαν σε 49 (75,8%) έναντι 48 (72,2%) αναλύσεις με B-Mode, 60 (90,9%) έναντι 56 (84,8%) με Color Doppler Mode, 8 (62.5%) έναντι 10 (50%) στο 1ο τρίμηνο, 38 (95%) έναντι 38 (95%) στο 2ο τρίμηνο, και 7 (70%) έναντι 6 (60%) στο 3ο τρίμηνο της κύησης. Και στις έξι περιπτώσεις εμβρυϊκών καρδιακών παραλλαγών/ανωμαλιών, τόσο το STIC όσο και το eSTIC κατέγραψαν παθολογικών ευρημάτων. Σε δύο περιπτώσεις η ανάλυση 4D STIC παρείχε πρόσθετη ανατομική πληροφορία, ήσσονος (παραλλαγές μεγάλων αγγείων) σε σύγκριση με τις διαγνώσεις του αρχικού 2D Β επιπέδου υπερηχογραφήματος ρουτίνας. Η διαγνωστική συμφωνία των δύο τεχνικών STIC ήταν συγκρίσιμη (αντίστοιχη διάγνωση σε 40 από τις 48 αναλύσεις, kappa 0.657) με όλες τις παθολογικές διαγνώσεις STIC να έχουν επιβεβαίωση από εμβρυϊκή ή/και μετά τη γέννηση υπερηχοκαρδιογραφία. Υπομελέτη 2. O μέσος χρόνος συμβατικής βασικής-εκτενούς βασικής μελέτης και εμβρυικού υπερηχοκαρδιογραφήματος (ερευνητής 1) ήταν 5.6 λεπτά (2.3-11.1) και 6.8 λεπτά (1.6-14.3) αντίστοιχα. Παθολογικά ευρήματα καταγράφηκαν σε 4 περιπτώσεις (3 από μεγάλα αγγεία, 1 βαλβιδική ανεπάρκεια). Ο μέσος χρόνος λήψης όγκων STIC και eSTIC ήταν 4.6 λεπτά (4-8) and 4.04 λεπτά (3-6) αντίστοιχα (p=0.009). Οι χρόνοι τρισδιάστατης ανασύστασης σε επίπεδο βασικής υπερηχογραφικής μελέτης (2D και Color D) ήταν (μέση/διάμεση τιμή) 0.99/0.68 λεπτά (0.33-2.55) για το STIC και 0.54/0.46 (0.31-1.33) για το eSTIC (p = 0.05)¬. Αποτυχία ανασύστασης (αμφότερων 2D και color D) καταγράφηκε σε 2/22 (9%) περιπτώσεων STIC και 3/22 (13%) περιπτώσεων eSTIC (αντιστοιχούσαν σε όγκους χαμηλής ποιότητας συμβατικών μελετών). Οι χρόνοι ανασύστασης βασικής μελέτης με STIC ή eSTIC ήταν συντομότεροι του χρόνου της αντίστοιχης συμβατικής μελέτης (p<0.001). Ο συνολικός χρόνος τρισδιάστατης βασικής μελέτης (λήψη όγκων+ ανάλυση) δεν διέφερε για το STIC, αλλά ήταν συντομότερος για το e STIC συγκριτικά με το χρόνο συμβατικής μελέτης (p =0.03). Αποτυχία ανασύστασης πρόσθετων τομών εμβρυικής υπερηχοκαρδιογραφίας (2D και colD) καταγράφηκε σε 7/22 (31%) περιπτώσεις STIC και 9/22 (41%) περιπτώσεις eSTIC. Ο χρόνος ανασύστασης όλων των τομών εμβρυικής υπερηχοκαρδιογραφίας (2D και ColorD) ήταν 4.13/3.06 λεπτά (2.3-10.9,) και 2.8/2.7 (1.44-3.79) λεπτά για το STIC και eSTIC αντίστοιχα (n.s). Οι χρόνοι ανασύστασης τρισδιάστατης εμβρυικής υπερηχοκαρδιογραφίας STIC/eSTIC ήταν συντομότεροι της αντίστοιχης συμβατικής εξέτασης (p <0.02), ο συνολικός όμως χρόνος τρισδιάστατης μελέτης (λήψη όγκων+ανασύσταση) δεν διέφερε. Σε όλες πλην μίας περιπτώσεις (υποπλασία αορτής, υποδιαγνωστική ποιότητα STIC) υπήρχε διαγνωστική συμφωνία eSTIC/STIC με το εμβρυικό υπερηχοκαρδιογράφημα. Yπομελέτη 3 Δεν υπήρξε διαφορά στις μετρήσεις των βαλβίδων, μεταξύ STIC/eSTIC/2D υπερηχοκαρδιογραφίας για την μιτροειδή MV (5.1/5.2/5.3mm), τριγλώχινα TV (5.6/5.7/5.8mm), αορτική βαλβίδα AoV (4/3.9/4mm) και πνευμονική βαλβίδα PV (4.3/4.3/4.5mm). Οι τιμές συσχέτισης μεταξύ των μετρήσεων με διαφορετικές μεθόδους (R square) κυμάνθηκαν από 0.58-084, ο δείκτης ICC (μεταβλητότητας μετρήσεων ερευνητού) ήταν 0.69-0.78 για 2D , 0.77-0.84 για STIC και 0.86-0.89 για eSTIC μετρήσεις. Υπομελέτη 4 Η ανώνυμη ποιοτική αξιολόγηση του προγράμματος βασικής εκπαίδευσης στην βασική απεικόνιση της εμβρυικής καρδιάς με χρήση 4D STIC ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντική, με 96% να το αξιολογούν ως άριστο και 4% ως πολύ καλό, Όλοι οι συμμετέχοντες ήταν σε θέση να αναγνωρίσουν τις συνιστώμενες τομές βασικής και εκτενούς βασικής απεικόνισης, και να προβούν σε ανασύσταση των τρισδιάστατων όγκων με επιτυχία στα αντίστοιχα επίπεδα τομών. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η τρισδιάστατη υπερηχοκαρδιογραφία 4D STIC μπορεί να προσφέρει συγκρίσιμες ή και πρόσθετες διαγνωστικές πληροφορίες με την συμβατική δισδιάστατη υπερηχογραφία, τόσο σε επίπεδο βασικής-εκτενούς βασικής ρουτίνας όσο και επίπεδο εξειδικευμένης απεικόνισης του εμβρυικού καρδιαγγειακού συστήματος, εφόσον επιτελείται από έμπειρους χρήστες και περιορίζεται στην ανάλυση μελετών υψηλής ποιότητας απεικόνισης μέσου τρίμηνου κύησης. Επιτρέπει την επιτέλεση πλήρους ανατομικής μελέτης τόσο στα εγκάρσια επίπεδα της αρχικής σάρωσης-λήψης δεδομένων (βασικής μελέτης) όσο και σε πρόσθετα επίπεδα εικονικής ανασύστασης (εμβρυικό υπερηχοκαρδιογράφημα). Ο χρόνος επιτέλεσης της τρισδιάστατης εμβρυικής υπερηχοκαρδιογραφικής μελέτης (λήψης + ανάλυσης εικόνων) είναι αντίστοιχος του χρόνου της συμβατικής δισδιάστατης υπερηχογραφικής μελέτης, τόσο σε επίπεδο βασικής όσο και σε επίπεδο εξειδικευμένης μελέτης. Η πρόσθετη χρήση του έγχρωμου Doppler και ηχοβόλων κεφαλών ηλεκτρονικής σάρωσης βελτιώνει περαιτέρω την διαγνωστική ακρίβεια της τρισδιάστατης απεικόνισης. Έπειτα από κατάλληλη εκπαίδευση είναι εφικτή η ανασύσταση και αξιολόγηση των συνιστώμενων τομών βασικής απεικόνισης εμβρυικής καρδιάς από χρήστες ανεξάρτητα επιπέδου εμπειρίας στην υπερηχογραφική απεικόνιση. Παρά το γεγονός ότι ο ρόλος της τρισδιάστατης εμβρυικής υπερηχοκαρδιογραφίας περιγράφεται ως πιθανά συμπληρωματικός της βασικής απεικόνισης και ως ερευνητικό εργαλείο στις σύγχρονες κατευθυντήριες οδηγίες, τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής υποστηρίζουν την προστιθέμενη αξία της μεθόδου ως διαγνωστικό και εκπαιδευτικό εργαλείο σε σχέση με τη συμβατική δισδιάστατη απεικόνιση. Περαιτέρω μελέτη των παραμέτρων που επηρεάζουν την αποδοτικότητα της μεθόδου, αναμενόμενες εξελίξεις στην υπολογιστική ισχύ των συστημάτων υπερηχογραφίας και μείωση του κόστους του εξοπλισμού αναμένεται να οδηγήσουν στην ευρεία αποδοχή και χρήση της τρισδιάστατης υπερηχογραφικής απεικόνισης, ως μέθοδο εκλογής για την απεικόνιση της ανατομίας και στην εμβρυική καρδιολογία.