Font Size

Profile

Menu Style

Cpanel

01August2021

You are here: Home Lecture/Topic Residents / Fellows Cardio-STIC (Spatio-temporal image correlation)

Cardio-STIC (Spatio-temporal image correlation)

Fetal Heart Evaluation with 3D Technology

ธีระ ทองสง, พ.บ.

(สำหรับแพทย์ต่อยอดสาขาเวชศาสตร์มารดาและทารกและผู้สนใจ)

บทนำ

อัลตราซาวด์สามมิติ (3D-US) และสี่มิติ (4D-US, หรือ real-time 3D) เป็นนวตกรรมใหม่ที่นำมาใช้ในการช่วยประเมินหรือวินิจฉัยโรคหัวใจทารกในครรภ์ มีหลายรายงานที่สนับสนุนว่ามีคุณค่าในการช่วยวินิจฉัย1-6 ซึ่งเชื่อว่าจะช่วยทำให้อัตราการตรวจพบโรคหัวใจพิการโดยกำเนิดดีขึ้น โดยที่ไม่ต้องอาศัยทักษะสูงเหมือนการตรวจ 2D-US ในมาตรฐานการตรวจอัลตราซาวด์หัวใจทารก (fetal echocardiography) นั้น ISUOG consensus7 ได้ให้ความเห็นว่าเทคนิคการตรวจด้วย 3D/4D เป็นความก้าวหน้าที่แนะนำให้ใช้เป็นทางเลือก (optional) ในการช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการวินิจฉัย 2D-US ยังคงเป็นเป็นเทคนิคหลักในการวินิจฉัย CHD (congenital heart disease) แต่ 3D/4D ช่วยเพิ่มข้อมูลรายละเอียด ช่วยให้การวินิจฉัยดีขึ้น โดยเฉพาะในรายที่สงสัยจาก 2D การตรวจ 3D จะเพิ่มวิวในการตรวจหัวใจทารกในครรภ์ได้หลากหลายมากขึ้น ช่วยให้ทารกที่อยู่ท่าที่ยากแก่การตรวจสามารถตรวจได้มากขึ้น8 ช่วยประเมินปริมาตรและการทำงานของหัวใจได้มากขึ้น9 นับว่ามีความสำคัญมากเนื่องจาก CHD เป็นสาเหตุนำของการเสียชีวิตในกลุ่มทารกที่มีความพิการโดยกำเนิด10 และการวินิจฉัยก่อนคลอดมีส่วนช่วยลดอัตราการตายและทุพพลภาพลงได้11;12

 

หลักการของ Cardio-STIC (Spatio-temporal image correlation)

การสร้างภาพสามมิติได้จากการเก็บภาพสองมิติมาแสดงต่อเนื่องกัน ยิ่งเก็บภาพที่อยู่ชิดกันมากเท่าใดก็จะให้รายละเอียดได้มาก การจะสร้างภาพสามมิติทั่วไปนั้นต้องอาศัยการกวาดสแกนเพลนของลำเสียงผ่านบริเวณที่สนใจ ซึ่งต้องใช้เวลาระยะหนึ่งเพื่อเก็บภาพขณะนั้น ๆ สำหรับอวัยวะที่เคลื่อนไหวตลอดเวลาอย่างหัวใจทำได้ยากมากในเชิงเทคนิค เพราะกว่าจะเก็บภาพได้เพียงชั่วระยะสั้น ๆ ไม่ทันที่จะเก็บภาพได้ทั้งหัวใจ (เป็นสามมิติ) อวัยวะก็เปลี่ยนขนาดและรูปร่างไปแล้ว เทคโนโลยี STIC (รูปที่ 1)5;13-15 ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหานี้ ซึ่งหัวตรวจจะกวาดสแกนโดยอัตโนมัติผ่านบริเวณที่สนใจ (volume of interest; VOI) แล้วบันทึกเก็บข้อมูลเชิงปริมาตร (สามมิติ) เป็นการสแกนที่ละเอียดประมาณ 150 เฟรมต่อวินาที การกวาดสแกน 25 องศาในเวลา 10 วินาทีจะสามารถเก็บได้ประมาณ 1500 ภาพของ 2D ต่อหนึ่ง volume ซึ่งเก็บข้อมูลการเปลี่ยนแปลงตามจังหวะการบีบตัวของหัวใจหลายรอบ ขณะเดียวกันเครื่องสามารถคำนวณอัตราการเต้นหัวใจจากการเคลื่อนไหวได้อย่างฉับพลัน ถึงแม้ว่าเครื่องไม่สามารถสแกนเก็บข้อมูลได้สมบูรณ์ในรอบการบีบตัวเพียงรอบเดียว แต่อาศัยการคำนวณได้ว่าเฟรมใดควรอยู่ ณ เวลาใด สามารถนำชุดข้อมูลที่เก็บได้มาเรียงกันใหม่เพื่อสร้างเป็นรอบการบีบตัว หรือสร้างชีพจรเสมือน (virtual cardiac cycle)1;13-15  ซึ่งเกิดจากการจัดเรียงเฟรมขึ้นมาใหม่ให้อยู่ถูกที่และถูกเวลา (spatio-temporal) ปริมาตรชุดข้อมูล (volume data set) ของ 1 รอบการบีบตัวที่นำมาแสดงจึงไม่ใช่ real time แต่สร้างขึ้นมาใหม่ (reconstructed) แต่บรรจุข้อมูลขนาดหรือการเปลี่ยนแปลงของหัวใจได้อย่างถูกต้อง พร้อมจะนำมาวิเคราะห์

 

รูปที่ 15  รูปวาดแสดงเทคโนโลยีของ STIC แสดงด้วยภาพง่าย ๆ ของความยาวของรอบการบีบตัว จำนวน slices และจำนวน frames ต่อ slices; a) รูปหัวใจซึ่งแทนด้วยวัตถุที่บีบตัวเป็นจังหวะ (4 วินาที ครบหนึ่งรอบของการบีบและคลายสู่สภาพเดิม) แสดงรูปร่างวัตถุของวัตถุที่สี่จุดเวลาของแต่ละรอบ โดยสมมุติให้อัตราการบีบตัวเร็วเกินกว่าที่ real-time 3D ปกติจะสแกนได้หมด b) ผลการสแกนที่ได้บางส่วนของแต่ละรอบการบีบตัว (ซึ่งไม่สมบูรณ์ในการสแกนเพียง 1 รอบของการบีบตัว) ซึ่งนำมาจากหลายรอบการสแกนมาเรียงกันใหม่เพื่อสร้างใหม่เป็นรอบการบีบตัวเสมือน (virtual cycle) โดยวัตถุถูกสแกนได้ใน 3 slices ติดกัน ซึ่งทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงอัตโนมัติของมุมลำเสียงในหัวตรวจ 2D ที่อยู่ใน box ของหัวตรวจ 3D; (1) ในการที่จะได้มาซึ่ง 1 รอบของการบีบตัวที่สมบูรณ์นั้นจะต้องได้จาก frames จำนวนมากที่ถูกบันทึกไว้ใน real-time 2D US  ในตัวอย่างนี้สมมุติให้ถูกบันทึกไว้ 4 frames ต่อแต่ละ slices (2) ขณะเดียวกันจะมีการวิเคราะห์การเคลื่อนไหวไปด้วย ซึ่งซอฟท์แวร์จะค้นหาจุดเริ่มต้นของรอบการบีบตัว และกำหนดเวลาของแต่ละเฟรมในรอบการบีบตัวได้ โดยเทียบจากจุดเริ่มต้นของรอบ (3) การที่เรารู้เวลาและตำแหน่งของแต่ละเฟรม ซอพท์แวร์จะนำมาสร้างเป็นวัตถุรูปสามมิติที่สมบูรณ์ รูปร่างจะถูกสร้างขึ้นมาจากเฟรมต่าง ๆ ที่เรียงลำดับติดกันไป (spatio-temporal) ถึงแม้แต่ละเฟรมที่นำมาประกอบเป็นวัตถุนี้เก็บมาจากต่างรอบกัน แต่รู้ว่าอยู่ ณ phase ใดในรอบของการบีบตัวที่เหมือนกัน (spatio-temporal); c) ระบบจะสร้างรอบการบีบตัวขึ้นมาใหม่ได้อย่างสมบูรณ์ และแสดงวนลูปเป็นแอนนิเมชันไปได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด ซึ่งทำให้ดูเหมือนเป็น real-time 3D กระบวนการนี้ใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาที ในที่สุดปริมาตรที่สร้างขึ้นมาใหม่นี้ก็พร้อมที่จะนำไปหมุนตรวจ หรือวิเคราะห์; d) แสดง slices ของการตัดผ่านหัวใจจำนวนมากถูกนำมาสร้าง 1 รอบการบีบตัว (1 STIC) ในหัวตรวจที่ซับซ้อนละเอียดนี้จะมีการเปลี่ยนแปลงของมุมสแกนโดยอัตโนมัติ

เมื่อได้ปริมาตรชุดข้อมูลมาแล้วก็สามารถนำมาวิเคราะห์แบบ offline ไม่ว่าจะเป็นแบบ multiplanar หรือเรนเดอร์ใน modes ต่าง ๆ คาดว่าจะมีการประยุกต์ใช้ cardio-STIC มากขึ้น และมีส่วนช่วยให้การวินิจฉัย ตลอดจนความเข้าใจถึงโครงสร้างหัวใจในการเรียนการสอนดีขึ้นมาก เนื่องจากภาพ 3 มิติทำให้เข้าใจความซับซ้อนของหัวใจได้ดีกว่า 2 มิติ และการใช้ cardio-STIC ยังมีประโยชน์ในการคัดกรอง เนื่องจากทำให้สามารถประเมิน outflow ได้อย่างรวดเร็ว โดยอาศัยการเก็บปริมาตรชุดข้อมูลจากภาพตั้งต้น FCV ที่ทำได้ง่าย และนำไปสู่การวิเคราะห์ขณะ offline การประเมินเพลนที่ทำได้ยากใน 2D เช่น coronal view ของ atrioventricular valves หรือแสดง VSD จากภาพหน้าตรง (en face) ซึ่ง cardio-STIC จะทำให้มีความมั่นใจในการวินิจฉัยที่ยากได้มากขึ้น ภาพ cris-cross ของหลอดเลือดใหญ่ที่เห็นในภาพ 2D ที่อยู่คนละเพลนกัน จะสามารถแสดงให้เห็นในภาพเดียวกันของ 3D/4D ได้ (โดยเฉพาะ glassbody mode) ในภาพเรนเดอร์จะช่วยให้เห็นหลอดเลือดที่ฝ่อเล็กได้ดีกว่าภาพ 2 มิติ มีหลักฐานยืนยันว่า Cardio-STIC มีความเชื่อถือได้ในการประเมินเพลนต่าง ๆ ของหัวใจ15;16 การตรวจคัดกรอง17 หรือตรวจหัวใจพิการ3;4;14;16  นอกจากนี้ยังมีผู้พยายามให้มีการวิเคราะห์ภาพอัตโนมัติจากปริมาตรชุดข้อมูล18;19

การทำ Cardio-STIC grayscale และ color Doppler อย่างละ 1 ชุดของผู้ป่วยแต่ละรายที่มาตรวจและบันทึกไว้ จะเป็นการดีมากสำหรับคุณค่าในเชิงกฎหมาย หรือขอคำปรึกษาจากผู้เชี่ยวชาญ หรือความเห็นที่สองจากแพทย์ท่านอื่น หรือแม้แต่ส่งผ่านขอคำแนะนำทางอินเตอร์เน็ต2 กรณีที่หัวใจผิดปกติที่ทราบภายหลังก็จะสามารถนำปริมาตรชุดข้อมูลมาทบทวนได้ ซึ่งถือเป็นข้อดีสำคัญของ Cardio-STIC15;16;20   ซึ่งต่างจากการตรวจ 2D หรือ color Doppler ทั่วไป ที่เทปบันทึกก็สามารถแสดงย้อนหลังได้เท่านั้น ไม่สามารถนำมาตั้งต้นตรวจใหม่โดยไม่มีผู้ป่วย (offline) ได้

ขีดจำกัดของชีพจรเสมือน คือ คุณภาพของรายละเอียดอาจลดลงไปบ้างเมื่อเทียบกับภาพตั้งต้น 2D และ artefacts อาจเกิดได้จากการเคลื่อนไหวของมารดาหรือทารก เป็นต้น และเทคนิคนี้ไม่สามารถทำได้ในรายหัวใจเต้นไม่เป็นจังหวะ (arrhythmias) เนื่องจากอัตราการเต้นหัวใจผิดปกติจะทำให้การสร้างชีพจรเสมือนผิดไป ไม่สามารถคำนวณของตำแหน่งและเวลา (space & time) ได้ถูกต้อง

มีผู้เสนอเทคนิคในการตรวจด้วย 3D/4D US หลากหลายวิธี STIC (spatio-temporal image correlation) นับเป็นวิธีที่กำลังได้รับความนิยมสูงขึ้น วิธีนี้เป็นการเก็บประมวลภาพเชิงปริมาตร (volume) ของบริเวณที่สนใจจะตรวจ ซึ่งปริมาตรที่อัลตราซาวด์เก็บมานี้เป็นข้อมูลดิจิตัลของหัวใจที่บันทึกการเคลื่อนไหวใน 1 รอบจังหวะการเต้น27,28,34 หลักการของ STIC คือการ synchronize ระหว่างตำแหน่งของแต่ละส่วนหัวใจ (space) และจังหวะเวลา (temporal) (เช่น ภาพ 3D ที่มีการเคลื่อนไหว) ชุดปริมาตรข้อมูล (volume datasets) ของหัวใจจะนำมาแสดงหรือค้นหาตรวจสอบตำแหน่งที่สนใจได้ ปริมาตรของชุดข้อมูลนี้อาจกล่าวได้ว่าเป็นการเก็บภาพ 2D ซ้อน ๆ เรียงกันจนเป็น 3D ที่แสดงได้รอบได้ การเก็บปริมาตรข้อมูลที่มีคุณภาพสูงของหัวใจนี้สามารถทำได้ด้วย 4D-US ด้วยการตั้งต้นด้วยการหาตำแหน่งที่แสดง 2D ให้เหมาะสมก่อนที่จะเก็บปริมาตรที่มี frame rate สูงสุด และ contrast resolution ที่ดี ซึ่งการตรวจด้วย color /Doppler ก็ต้องปรับให้เหมาะสมก่อนเก็บปริมาตรชุดข้อมูลเช่นเดียวกัน เมื่อได้ตำแหน่งของภาพ 2D ที่เหมาะสมแล้ว ก็เลือกบริเวณที่สนใจจะตรวจ (ROI; region of interest) ซึ่งรวมเอาหัวใจอยู่ภายในบริเวณนั้นด้วย

ขั้นตอนหลักของการตรวจ Cardio-STIC

Volume acquisition: คือขั้นตอนกวาดสแกนเก็บปริมาตรชุดข้อมูล ซึ่งส่วนใหญ่จะเริ่มต้นที่การตรวจ 2D ให้ได้วิว FCV ที่ดีที่สุด แล้ว activate เก็บชุดข้อมูลของ Cardio-STIC ซึ่งอาจจะทำทั้ง static 3D gray-scale, static-3D ร่วมกับ color Doppler, B-flow หรืออื่น ๆ, 4D (online / offline) STIC ร่วมกับ color Doppler, B-flow เป็นต้น

Volume display: คือการตรวจโดยตรวจ multiplanar หรือ rendering ในโหมดต่าง ๆ STIC ทำให้เราสามารถตัดฝานก้อนข้อมูลนี้ได้รอบทิศทางเพื่อแสดงในเพลนต่าง ๆ ทั้งตัดขวาง ด้านข้าง หรือเฉียง พร้อมทั้งเลื่อนขึ้นลง (เข้าออก) และหมุนทั้งสามแกน13;14;21 โหมด TUI (tomo-ultrasonographic imaging) ช่วยให้เห็นเพลนหลักทั้งสามของหัวใจได้อย่างรวดเร็ว (FCV, 5CV, 3VV) และเปรียบเทียบไปพร้อมกันทีเดียว4 สามารถเรนเดอร์บางส่วนเป็นสามมิติ เช่น base of the heart view เป็นอีกวิวหนึ่งที่เหมาะกับการเรนเดอร์ โดยหันมองตรงกับ AV valves22;23 อาจทำให้เห็น common atrio-ventricular  valve ในราย atrioventricular septal defect การใช้วิวนี้ร่วมกับ color Doppler ทำให้วินิจฉัย TGA ได้ดีขึ้น24

Volume manipulation: คือการจัดการกับข้อมูลเพื่อแสดงส่วนที่สนใจได้ดีขึ้น เช่น ตัดบางส่วนของบริเวณที่บดบังเพื่อดูหัวใจชัดขึ้น (Magicut) หมุน volume เพื่อดูลิ้นหัวใจ หรือผนังกั้นหัวใจ ตัด grayscale เพื่อเน้นส่วน color Doppler เป็นต้น ใน Inversion mode เปลี่ยนเนื้อเยื่อรอบให้เป็นสีดำ25 และใช้ magicut ตัดสัญญาณรบกวนออก เป็นต้น

 

การตรวจวิเคราะห์ Volume dataset (VDS) อย่างเป็นระบบ

ขั้นตอนการวิเคราะห์ VDS คือหัวใจสำคัญของ STIC ซึ่งอาจตรวจทั้ง multiplanar view และเรนเดอร์บางส่วนที่สนใจเป็นภาพสามมิติจะช่วยในการวินิจฉัยดีขึ้นมาก

1.  Multiplanar View

สโครลให้ทั่ว VDS: คือการเลื่อนไล่ดูภาพ 2D ตลอดปริมาตร จากขอบด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง (ซ้ายไปขวา หรือบนลงล่าง ฯลฯ) เป็นการสแกนตรวจอย่างง่าย ๆ ไล่ไปตามเพลน ทำให้ผู้ตรวจสามารถทราบความสัมพันธ์ของโครงสร้างหัวใจกับบริเวณรอบด้านได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งในเครื่องอัลตราซาวด์รุ่นใหม่ ๆ สามารถตรวจประเมิน FCV, 5CV, 3VV ได้อย่างรวดเร็ว ในผู้ป่วยส่วนมาก และสามารถหมุนรอบด้านได้ทั้งสามแกน สามารถแสดงภาพฝาน VDS ออกมาแสดงต่อเนื่องหลายระดับแบบ MRI ดังที่เรียกว่า tomographic ultrasound imaging (TUI) อาจช่วยให้เข้าใจโครงสร้างหัวใจได้ง่ายขึ้นในหลาย ๆ ราย เทคนิคในการตรวจมีผู้เชี่ยวชาญแนะนำไว้หลายเทคนิคดังจะได้กล่าวในตอนท้าย

 

  

รูปที่ 2  Multiplanar view แบบ TUI ของ STIC แสดงหัวใจทารกที่เป็น transposition of the great arteries (TGA) ในภาพ จ. แสดง FCV ที่ดูปกติ ส่วนภาพ ง. แสดงภาพแบบฉบับของ TGA คือคอร์สของ main pulmonary artery (MPA) และ ascending aorta (AAO) ทอดขนานกันออกจากหัวใจ

2.  Rendering

การเรนเดอร์ 3D/4D ของปริมาตรชุดข้อมูล เป็นการประมวลข้อมูลบริเวณที่สนใจให้แสดงออกมาเป็นสามมิติ ดูแล้วมีความลึก สามารถทำให้แสดงโครงสร้างหัวใจและหลอดเลือด ทั้งขนาดและทิศทางของ outflow tract ในทารกปกติและทารกที่มีหัวใจพิการโดยกำเนิด

 

 

รูปที่ 3: ภาพสามมิติของ FCV เรนเดอร์ใน light gradient mode

ทำความเข้าใจกับ Multiplanar View

ปริมาตรชุดข้อมูล (volume dataset; VDS): คือ ชุดข้อมูลสาม/สี่มิติที่ได้จากได้จากการกวาดสแกนบริเวณที่สนใจ (acquisition) ซึ่งในที่นี้จะมีหัวใจและหลอดเลือดอยู่ภายในปริมาตรนี้ ซึ่งอาจหมายถึงภาพ 2D จำนวนมากมายที่เรียงซ้อนชิดติดกันอยู่จากขอบด้านไปจรดอีกด้านหนึ่ง (ซ้ายขวา, บนล่าง หน้าหลัง) และเป็นชุดข้อมูลไดนามิค คือรูปลักษณ์เปลี่ยนไปตามช่วงจังหวะการบีบคลายตัวของหัวใจ ซึ่งถูกสร้างขึ้นมาเป็นหัวใจในชีพจรเสมือน (virtual cardiac cycle) ซึ่งเป็นชุดข้อมูลที่สร้างขึ้นมา และจะนำมาวิเคราะห์เมื่อไรก็ได้ (offline) โดยไม่ต้องตรวจโดยตรงกับผู้ป่วยอีก เนื่องจากข้อมูลรายละเอียดของโครงสร้างของหัวใจในแต่ละช่วงการบีบตัวถูกบรรจุอยู่ใน VDS นี้แล้ว

 

รูปที่ 4: Multiplanar view และเรนเดอร์ แสดง VSD โดยภาพใน panel A เป็นภาพ FCV ที่หมุนให้แนว interventricular septum (ivs) ขนาดกับลำเสียง panel B เป็นวิวมองหน้าตรง (en face) ของ ivs ส่วน panel C เป็นวิวมองจากด้านบนของ panel A ส่วน panel D เป็นภาพเรนเดอร์สามมิติของ ivs

Panel: การแสดงภาพของ STIC ในโหมดเพลนหน้าตัด (sectional planes) หรือ multiplanar view จะมีแสดง Panel A, B, C ส่วน Panel D จะแสดงในโหมดเรนเดอร์ ซึ่งแสดงเป็นผลรวมสามมิติ Panel A, B, และ C จะตั้งฉากซึ่งกันและกัน (orthogonal planes) โดย Panel A จะเป็นภาพเริ่มต้นของการตรวจ เป็นภาพที่เหมือนกับภาพ 2D ที่เลือกไว้จาก VOI ก่อนกวาดสแกนเก็บมูล Panel B เป็นภาพหน้าตัดที่มองด้านข้างของ Panel A โดยตัดในแนวดิ่งผ่านจุดอ้างอิงของ Panel A ส่วน Panel C เป็นภาพหน้าตัดที่มองจากด้านบนของ Panel A โดยตัดในแนวขวางผ่านจุดอ้างอิงของ Panel A ทั้งสาม Panels จะตั้งฉากกันอยู่เสมอ เมื่อทำการหมุน VDS ใน Panel หนึ่งก็จะมีผลต่อ Panel อื่น ๆ ด้วย

จุดอ้างอิง (Reference Dot): เป็นจุดที่ปรากฏอยู่ในทั้งสาม Panel เป็นจุดที่ตำแหน่งเดียวกัน เป็นจุดที่เพลนหน้าตัดทั้งสามตัดผ่าน ในทุก Panel สามารถเลื่อนจุดนี้เข้าออกหรือย้ายที่ ซึ่งจะทำให้ภาพหน้าตัดใน Panel อื่นเปลี่ยนไปด้วย

แกน (Axis): ในแต่ละ Panel เราสามารถหมุนแสดงดูส่วนที่สนใจได้ทั้ง 3 แกน อาจหมุนตามแกน x (เมื่อเรายืนประจันหน้ายืนมองหน้าคน โดยเปรียบผู้ตรวจเหมือนคนมอง และภาพใน Panel ต่าง ๆ เหมือนผู้ถูกมอง การหมุนแกน x เหมือนการหมุนโดยผู้ถูกมองก้มหน้าแหงนหน้า การหมุนตามแกน y เหมือนหมุนโดยการส่ายหน้าซ้ายขวา ส่วนการหมุนตามแกน z เหมือนการเอียงศีรษะไปด้านข้างซ้ายขวา โดยยังเห็นโครงสร้างหน้าเหมือนเดิม) ความหมายของแกน x, y, z ต่างกับ Panel A, B, C โดยสิ้นเชิง

เคล็ดลับสำคัญของการตรวจ Cardio-STIC

1. เพลนตั้งต้นสำหรับการเก็บข้อมูล: ในกรณีสนใจที่จะตรวจ FCV, 5CV และ 3-VV หรือ 3-V & trachea ปริมาตรชุดข้อมูลที่เหมาะสมให้เริ่มต้นกวาดลำเสียงผ่านภาคตัดขวางทรวงอกทารก ถ้าต้องการตรวจ aortic / ductal arch หลอดเลือดดำใหญ่เทเข้าสู่หัวใจ ปริมาตรข้อมูลที่มีคุณภาพสูงจะเก็บได้ดีในการกวาดสแกนตามแนว sagittal ของทรวงอก คุณภาพปริมาตรจะดีที่สุดเมื่อสแกนได้ในท่านอนหงายที่แนวกระดูกสันหลังทารกอยู่ที่ 6 นาฬิกา อย่างไรก็ตามกระดูกสันหลังอยู่ด้านหน้าก็ให้คุณภาพที่ดีได้ถ้าไม่อยู่ระหว่าง 11-1 นาฬิกา

2. Region of interest (ROI): เป็นขอบเขตที่กำหนดความกว้างและความสูงของปริมาตรข้อมูล (แกน x และ y) ซึ่งจะรวมทุกโครงสร้างอวัยวะทั้งหัวใจและบริเวณรอบ ๆ ถ้า ROI กว้างจะลด frame rate ลงซึ่งทำให้คุณภาพของปริมาตรชุดข้อมูลต่ำลงด้วย (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง color หรือ power Doppler) ดังนั้น ROI ควรจะแคบที่สุดเท่าที่จะทำได้โดยยังคงครอบคลุมส่วนที่สนใจเอาไว้ได้ ซึ่งจะทำให้ frame rate สูงสุดและรายละเอียดของชุดข้อมูลดีที่สุด

3. Acquisition angle: กำหนดความลึกของการเก็บข้อมูล (ตามแนวแกน z) ควรใช้มุมน้อยที่สุดแต่สามารถครอบคลุมส่วนที่สนใจไว้ได้ทั้งหมด ในไตรมาสที่สองมักจะต้องการ 20-25 องศาจึงจะเพียงพอ ซึ่งจะครอบคลุมบริเวณจากหลอดเลือดใหญ่ถึงกระเพาะอาหาร ถ้าทารกตัวโตอาจต้องการมุมที่กว้างขึ้นไป เช่น 30-40 องศา

4. Acquisition time: เวลาของการเก็บปริมาตรข้อมูล ซึ่งมักจะใช้เวลาประมาณ 7.5-15 วินาทีต่อการกวาดหนึ่งปริมาตร เวลานี้จะกำหนดความเร็วของการกวาดของหัวตรวจในบริเวณ ROI ยิ่งใช้เวลานานยิ่งให้รายละเอียดสูง ถ้าเป็นไปได้ควรตั้งเวลาไว้ให้นานที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ยิ่งตั้งเวลานานโอกาสเกิด artifacts จากเด็กดิ้นก็จะสูงตามไปด้วย กรณีที่เด็กดิ้นมากก็อาจต้องสแกนเร็วขึ้น

5. Volume display อย่างมีระบบ: เช่น

  • การตรวจหลอดเลือดใหญ่อย่างเป็นระบบ เทคนิคในการตรวจปริมาตรชุดข้อมูล ได้แก่ การปรับหมุนเลื่อนดูโครงสร้างหัวใจอย่างเป็นระบบให้เห็น left outflow tract ใน panel A และ SAV ของ PA ใน panel B15
  • การตรวจอย่างเป็นระบบในการแสดง aortic / ductal arches16  สามารถทำได้ดีที่สุดเมื่อเก็บปริมาตรข้อมูลโดยกวาดผ่านทรวงอกทารกตาม sagittal plane
  • Spin technique: DeVore16 แนะนำเทคนิคการหมุนเพื่อแสดงเทคนิคโครงสร้างส่วนที่สนใจ ซึ่งทำได้ง่ายด้วยการเลื่อนจุดอ้างอิงไปยังจุดศูนย์กลางของโครงสร้างที่สนใจแล้วปรับหมุนตามแกน y จนเห็นตลอดแนวของโครงสร้าง
  • การเรนเดอร์เพื่อดูโครงสร้างภายในหัวใจและลิ้นหัวใจ: สามารถทำได้เพื่อดูโครงสร้างได้อย่างมีความลึก ใช้ปรับหาขอบกล้ามเนื้อหัวใจได้ดีขึ้น เรนเดอร์แผ่นหนา (thick-slice) เหมาะกับการตรวจดูลิ้นหัวใจ (AV valves) แบบประจันหน้า (en face) เหมือนมองมาจากช่อง ventricle14;15 เช่นการวินิจฉัย Ebstein anomaly เป็นต้น
  • เรนเดอร์เพื่อตรวจเส้นเลือดใหญ่: สามารถทำได้ดีปริมาตรชุดข้อมูลที่เก็บจาก color / power Doppler14;26-28 หรือ B-flow imaging  การแสดง criss-cross ของ PA และ aorta ซึ่งแสดงได้ดีในปริมาตรข้อมูลที่เก็บโดยกวาดแนวตัดขวางทรวงอก สำหรับการกวาดตามเพลน sagittal เหมาะสำหรับการตรวจ aortic / ductal arches
  • การเรนเดอร์เพื่อดู FCV แบบสามมิติ มักจะใช้ FCV เป็นเพลนอ้างอิงในการเริ่มต้น โดยปรับให้ apex ชี้ขึ้น และอยู่ทางด้านซ้ายของสกรีน ปรับ rendering box ใน panel B ให้ ROI ครอบคลุมหัวใจทั้งหมด และลึกจากกระบังลมขึ้นไปถึงเส้นเลือดใหญ่ที่ต้นคอ ใช้ panel B เป็นเพลนอ้างอิง และดูการแสดงผลใน panel D
  • Inversion mode ของ gray-scale ช่วยให้เห็นแอ่งเลือดตามรูปลักษณ์ของโครงสร้างหัวใจได้ดีขึ้น โครงสร้างที่เป็น anechoic เช่น ช่องในหัวใจ รูในหลอดเลือด กระเพาะอาหาร เป็นต้น จะกลับมาเห็นเป็นส่วนเข้มในภาพเรนเดอร์ ในขณะที่กระดูกจะเห็นเป็น anechoic แทน ยังสามารถปรับแต่งด้วยเทคนิคอื่น ๆ ให้ภาพมีคุณภาพมากขึ้น เช่น gamma-curve correction หรือ transparency correction เป็นต้น

ตัวอย่างเทคนิคการตรวจด้วย Cardio-STIC

1. เทคนิคในการหมุน (Spin Technique) ตามวิธีของ DeVore16

เป็นเทคนิคการตรวจตามเพลนมาตรฐานของการตรวจหัวใจด้วย 2D ที่ระดับต่าง ๆ (รูปที่ 5) คือระดับที่ 1 (4CV) ระดับที่ 2 (5CV) ระดับที่ 3 (3VV) และระดับที่ 4 (3VVT) ซึ่งใน STIC สามารถทำได้ง่าย ๆ ด้วยการเลื่อน Panel ที่แสดง 4CV อยู่เข้าหรือออก ก็จะแสดงระดับต่าง ๆ เหล่านี้ได้ และในแต่ละระดับจะทำการหมุนปรับแต่งให้ได้รายละเอียดมากขึ้น

  • เริ่มต้นด้วยการหมุนให้ Panel A แสดง 4CV
  • การตรวจ outflow tract: ทำโดยการเลื่อนจากระดับ 1 ไปที่ระดับที่ 2
  • Ascending aorta & transverse aortic arch: ทำได้โดยแสดงระดับที่ 2 ก่อน แล้ววางจุดอ้างอิงที่ aortic valve จากนั้นหมุนตามแกน y จนเห็นแนวเส้นเลือดดังกล่าว (รูปที่ 6) หรืออาจหาระดับที่ 3 ก่อน แล้ววางจุดอ้างอิงที่จุดกลาง aorta ซึ่งเห็นเป็นท่อนกลม ๆ แล้วหมุนในทำนองเดียวกัน (รูปที่ 7)
  • Main pulmonary artery & bifurcation: หาระดับที่ 3 ก่อนแล้ววางจุดอ้างอิงไปที่ main pulmonary artery แล้วหมุนตามแกน x ปรับให้เห็น bifurcation (รูปที่ 8)
  • Ductus arteriosus: หาระดับที่ 4 ก่อน แล้ววางจุดอ้างอิงที่ ductus arteriosus หมุนตามแกน y ให้เห็น main pulmonary artery ตลอดแนวความยาวออกจาก right ventricle และเชื่อมต่อไปกับ ductus arteriosus (รูปที่ 9)
  • Superior vena cava: หาระดับที่ 3 หรือ 4 แล้ววางจุดอ้างอิงที่ superior vena cava แล้วหมุนตามแกน y จนเห็นเส้นเลือดนี้เทเข้า right atrium (รูปที่ 10)
  • Aortic arch & thoracic aorta: หาระดับที่ 4 หมุน VDS ให้แนว aortic arch อยู่ในแนวดิ่ง หรือขนานกับลำเสียง วางจุดอ้างอิงที่ศูนย์กลางของ transverse aortic arch แล้วหมุนตามแกน y จนเห็น aortic arch และ thoracic aorta ตลอดแนว (รูปที่ 11)

 

รูปที่ 5 วิวทั้งสี่ระดับของหัวใจทารกซึ่งได้จากการกวาดสแกนหัวตรวจลำเสียงผ่านเพลนตัดขวางจากกระเพาะอาหารขึ้นไปถึงต้นคอ รูปแรก (ล่างซ้าย) แสดงกระเพาะอาหาร (St) ซึ่งอยู่ทางซีกซ้ายของท้องและกระดูกสันหลัง ระดับที่ 1: FCV แสดง left atrium (LA), right atrium (RA), left ventricle (LV) และ right ventricle (RV) ระดับที่ 2: 5CV แสดง aortic valve และ ascending aorta (AA) ออกจาก left ventricle (LV) ระดับที่ 3: 3VV แสดง main pulmonary artery (MPA) รวมทั้ง bifurcation ของ right (RPA) และ left (LPA) pulmonary artery, ductus arteriosus (DA) และ superior vena cava (SVC) ระดับที่ 4: 3VV ที่ระดับ trachea (T) รวมทั้งแสดง transverse aortic arch (A) DA และ SVC

 

 

รูปที่ 6  การตรวจหา aortic arch วิธีที่ 2:เริ่มต้นจาก FCV (ก) เลื่อนไปหาระดับที่ 2 หรือ 5CV (ข) แล้ววางจุดอ้างอิงเหนือ aortic valve แล้วหมุนตามแนวแกน y ปรับจนเห็นทั้ง ascending และ aortic arch (ค) ซึ่ง arch นี้จะตั้งฉากกับ right pulmonary artery (RPA) (AA, ascending aorta; LV, left ventricle)

 

 

 

รุปที่ 7 การตรวจหา aortic arch วิธีที่ 2:  เริ่มต้นจาก FCV (ก) เลื่อนไปหาระดับที่ 3 หรือ 3VV (ข) ซึ่งเป็นระดับที่เห็น main pulmonary artery (MPA) และ bifurcation แล้ว วางจุดอ้างอิงกลาง ascending aorta (AA) แล้วหมุนตามแกน y จนกระทั่งเห็น aortic arch ตลอดแนว (ค) (LPA, left pulmonary artery; RPA, right pulmonary artery; SVC, superior vena cava)

 

 

 

รูปที่ 8 แสดงการปรับภาพ main pulmonary artery (MPA) และ bifurcation ของ right (RPA) และ left (LPA) pulmonary artery (RPA) ให้เห็นตลอดแนว ซึ่งทำได้โดยจากภาพ (ข) ซึ่งเป็นภาพ bifurcation ของ RPA และ LPA จาก VDS ระดับที่ 3 ให้วางจุดอ้างอิงกลาง MPA แล้วปรับหมุนตามแกน x จนเห็นเส้นเลือดต่าง ๆ ดังกล่าวได้ตลอดแนว

 

 

 

รูปที่ 9: การแสดง MPA ต่อเนื่องไปกับ ductus arteriosus (DA): เริ่มต้นจาก FCV (ก) เลื่อนไปหาระดับที่ 4 (ข) แล้ว วางจุดอ้างอิงบน DA แล้วหมุนตามแกน y (ข) จนเห็นตลอดแนวของ MPA รวมไปกับ DA (ค) (LV, left ventricle; PV, pulmonary valve; RV, right ventricle; SVC, superior vena cava; T, trachea; TA, transverse aortic arch)

 

 

รูปที่ 10: แสดง SVC ตามแนวยาว: วิธีที่ 1 เริ่มต้นจาก FCV (ก) เลื่อนไปหาระดับที่ 3 หรือ 3VV (ข) หลังจากแสดง MPA, AA และ SVC แล้ว (ข) วางจุดอ้างอิงกลาง SVC แล้วหมุนตามแกน y  จนเห็น SVC เทเข้าสู่ RA (right atrium) (ค) วิธีที่ 2 ก็ทำนองเดียวกัน เพียงแต่ เริ่มต้นจาก FCV (ง) เลื่อนไปหาระดับที่ 4 (จ) แล้ววางจุดอ้างอิงบน SVC ภาคตัดขวาง แล้วหมุนตามแกน y 90 องศา จะได้ SVC ตามแนวยาว (จ,ฉ) (IVC, inferior vena cava; LPA, left pulmonary artery; LV, left ventricle; RPA, right pulmonary artery; T, trachea)

 

 

รูปที่ 11: การแสดง aortic arch และ thoracic aorta: จากระดับที่ 4 (ก) หมุนตามแกน z เพื่อให้ transverse aortic arch (TA) ขนานกับแนวลำเสียง (ข) แล้ววางจุดอ้างอิงใน TA แล้วหมุนตามแกน y (ข) จนเห็น aortic arch, IVC และ TA ในเพลนเดียวกัน (ค) (DA, ductus arteriosus; MPA, main pulmonary artery; RPA, right pulmonary artery; SVC superior vena cava)

 2. การตรวจวิวมาตรฐานและ TUI ด้วยวิธีของ Goncalves เสนอดังนี้6

  • ขั้นที่ 1: ใน Panel A วางจุดอ้างอิงที่ crux ของหัวใจ แล้วปรับให้อยู่ในแนวดิ่งตรงกับ aorta (แนวกลาง) ซึ่งทำได้ง่ายด้วยการหมุน panel A ในแกน z (รูปที่ 12a)
  • ขั้นที่ 2: ใน Panel A เลื่อนจุดอ้างอิงไปไว้ที่ aorta เพื่อเห็นแนวของ aorta ตามยาวใน panel C (รูปที่ 12b)
  • ขั้นที่ 3: ใน panel C หมุนตามแกน z เพื่อปรับให้แนวของ aorta อยู่ในแนวดิ่ง ซึ่งจะทำให้เห็น ductal arch ตามแนวยาวใน panel B เกือบทุกรายของทารกปกติ (อาจต้องปรับเล็กน้อยตามแกน x หรือ y ใน panel B) (รูปที่ 12c)
  • ขั้นที่ 4: ใน panel A ย้ายจุดอ้างอิงกลับไปที่ crux แล้ว activate ปุ่มโหมด TUI (รูปที่ 13a)
  • ขั้นที่ 5: activate ปุ่มโหมด TUI
  • ขั้นที่ 6: ใน TUI ลดจำนวนภาพจาก 9 เหลือ 3 ภาพ และให้กดปุ่มแสดง 4 เพลน ใน panel A ขณะนี้คือวิวด้านข้างของ panel A ในโหมด sectional (panel B) แต่แสดงเส้นแนวตัดที่จะให้ภาพอื่น ๆ (รูปที่ 13b)
  • ขั้นที่ 7: ใน panel A คลิกขวาแล้วเลื่อนภาพให้จุดอ้างอิงของเส้นกลางอยู่ตรงกลางของ aorta ซึ่งจะทำให้ panel C เป็นภาพ 5CV (รูปที่ 13c)
  • ขั้นที่ 8: ใน panel B กดปุ่ม adjust และคลิกเม้าส์ขวา เลื่อนจนเห็นเส้น -1 ใน panel A ไปอยู่ตรง ductal arch ซึ่งจะทำให้เห็น 3VV ใน panel B (รูปที่ 14a)
  • ขั้นที่ 9: ใน panel D คลิกขวาแสดงลูกศรในแนวนอน เลื่อนลูกศรจนเส้น 1 ใน panel A ไปอยู่ที่ผนังขอบนอกของ ascending  aorta จะทำให้เห็น FCV ใน panel D (รูปที่ 14b)
  • ขั้นที่ 10: ใน panel C คลิกซ้ายแล้วหมุนตามแกน Y (ปรับบนแท็บ rotation Y ไปทางขวาราว 8-22 องศา)  ทำให้เห็น left outflow tract ที่ panel C ดีขึ้น (รูปที่ 14c)

 

 

รูปที่ 12  &  รูปที่ 13 

รูปที่ 14

เอกสารอ้างอิง

  1. Chaoui R, Heling KS. New developments in fetal heart scanning: three- and four-dimensional fetal echocardiography. Semin.Fetal Neonatal Med. 2005;10:567-77.
  2. Vinals F, Mandujano L, Vargas G, Giuliano A. Prenatal diagnosis of congenital heart disease using four-dimensional spatio-temporal image correlation (STIC) telemedicine via an Internet link: a pilot study. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2005;25:25-31.
  3. Goncalves LF, Espinoza J, Romero R, Kusanovic JP, Swope B, Nien JK et al. Four-dimensional ultrasonography of the fetal heart using a novel Tomographic Ultrasound Imaging display. J.Perinat.Med. 2006;34:39-55.
  4. Paladini D, Vassallo M, Sglavo G, Lapadula C, Martinelli P. The role of spatio-temporal image correlation (STIC) with tomographic ultrasound imaging (TUI) in the sequential analysis of fetal congenital heart disease. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2006;27:555-61.
  5. Yagel S, Cohen SM, Shapiro I, Valsky DV. 3D and 4D ultrasound in fetal cardiac scanning: a new look at the fetal heart. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2007;29:81-95.
  6. Espinoza J, Romero R, Kusanovic JP, Gotsch F, Lee W, Goncalves LF et al. Standardized views of the fetal heart using four-dimensional sonographic and tomographic imaging. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2008;31:233-42.
  7. Lee W, Allan L, Carvalho JS, Chaoui R, Copel J, Devore G et al. ISUOG consensus statement: what constitutes a fetal echocardiogram? Ultrasound Obstet.Gynecol. 2008;32:239-42.
  8. Wang PH, Chen GD, Lin LY. Imaging comparison of basic cardiac views between two- and three-dimensional ultrasound in normal fetuses in anterior spine positions. Int.J.Cardiovasc.Imaging 2002;18:17-23.
  9. Esh-Broder E, Ushakov FB, Imbar T, Yagel S. Application of free-hand three-dimensional echocardiography in the evaluation of fetal cardiac ejection fraction: a preliminary study. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2004;23:546-51.
  10. Kochanek KD, Smith BL. Deaths: preliminary data for 2002. Natl.Vital Stat.Rep. 2004;52:1-47.
  11. Bonnet D, Coltri A, Butera G, Fermont L, Le BJ, Kachaner J et al. Detection of transposition of the great arteries in fetuses reduces neonatal morbidity and mortality. Circulation 1999;99:916-18.
  12. Mahle WT, Clancy RR, McGaurn SP, Goin JE, Clark BJ. Impact of prenatal diagnosis on survival and early neurologic morbidity in neonates with the hypoplastic left heart syndrome. Pediatrics 2001;107:1277-82.
  13. DeVore GR, Falkensammer P, Sklansky MS, Platt LD. Spatio-temporal image correlation (STIC): new technology for evaluation of the fetal heart. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2003;22:380-87.
  14. Chaoui R, Hoffmann J, Heling KS. Three-dimensional (3D) and 4D color Doppler fetal echocardiography using spatio-temporal image correlation (STIC). Ultrasound Obstet.Gynecol. 2004;23:535-45.
  15. Goncalves LF, Lee W, Chaiworapongsa T, Espinoza J, Schoen ML, Falkensammer P et al. Four-dimensional ultrasonography of the fetal heart with spatiotemporal image correlation. Am.J.Obstet.Gynecol. 2003;189:1792-802.
  16. DeVore GR, Polanco B, Sklansky MS, Platt LD. The 'spin' technique: a new method for examination of the fetal outflow tracts using three-dimensional ultrasound. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2004;24:72-82.
  17. Vinals F, Poblete P, Giuliano A. Spatio-temporal image correlation (STIC): a new tool for the prenatal screening of congenital heart defects. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2003;22:388-94.
  18. Abuhamad A. Automated multiplanar imaging: a novel approach to ultrasonography. J.Ultrasound Med. 2004;23:573-76.
  19. Abuhamad A, Falkensammer P, Zhao Y. Automated sonography: defining the spatial relationship of standard diagnostic fetal cardiac planes in the second trimester of pregnancy. J.Ultrasound Med. 2007;26:501-07.
  20. Chaoui R, McEwing R. Three cross-sectional planes for fetal color Doppler echocardiography. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2003;21:81-93.
  21. Yagel S, Cohen SM, Achiron R. Examination of the fetal heart by five short-axis views: a proposed screening method for comprehensive cardiac evaluation. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2001;17:367-69.
  22. Goncalves LF, Lee W, Espinoza J, Romero R. Examination of the fetal heart by four-dimensional (4D) ultrasound with spatio-temporal image correlation (STIC). Ultrasound Obstet.Gynecol. 2006;27:336-48.
  23. Vinals F, Pacheco V, Giuliano A. Fetal atrioventricular valve junction in normal fetuses and in fetuses with complete atrioventricular septal defect assessed by 4D volume rendering. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2006;28:26-31.
  24. Paladini D, Volpe P, Sglavo G, Vassallo M, De R, V, Marasini M et al. Transposition of the great arteries in the fetus: assessment of the spatial relationships of the arterial trunks by four-dimensional echocardiography. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2008;31:271-76.
  25. Goncalves LF, Espinoza J, Lee W, Mazor M, Romero R. Three- and four-dimensional reconstruction of the aortic and ductal arches using inversion mode: a new rendering algorithm for visualization of fluid-filled anatomical structures. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2004;24:696-98.
  26. Deng J, Yates R, Sullivan ID, McDonald D, Linney AD, Lees WR et al. Dynamic three-dimensional color Doppler ultrasound of human fetal intracardiac flow. Ultrasound Obstet.Gynecol. 2002;20:131-36.
  27. Deng J, Sullivan ID, Yates R, Vogel M, Mcdonald D, Linney AD et al. Real-time three-dimensional fetal echocardiography--optimal imaging windows. Ultrasound Med.Biol. 2002;28:1099-105.
  28. Goncalves LF, Romero R, Espinoza J, Lee W, Treadwell M, Chintala K et al. Four-dimensional ultrasonography of the fetal heart using color Doppler spatiotemporal image correlation. J.Ultrasound Med. 2004;23:473-81.

 

Login Form