Valósidejű (real-time) háromdimenziós ultrahang: az elv, a készülék

Ez az ígéretes új technológia a háromdimenziós (3D) ultrahangot egy lépéssel továbbviszi a valósidejűség irányába. A "valósidejű 3D" (más kifejezéssel: 4D) ultrahang tökéletesítése segíteni fog a klinikusoknak a magzati viselkedés tanulmányozásában, megkönyíti a magzati kóros elváltozások felismerését, lehetővé teszi 4D biopsziák elvégzését, és még sok egyebet.

Képzeljük el a leendő anyát, amint a méhben mozgó magzata élethű képét nézegeti , mint egy élő TV-adásban. Vagy egy szonográfust, amint pillanatról pillanatra képes a mozgó magzatot tanulmányozni, pontosan nyomon követni egy biopsziás tű előrehaladását egyszerre három ortogonális síkban, amíg eléri a megcélzott szövetet. A technológiai fejlesztés legújabb eredménye, a valósidejű 3D (4D) azt ígéri, hogy ezek az álmok valóra válhatnak. Egy lépéssel meghaladva a 3D ultrahangot, a 4D készülék lehetővé teszi, hogy a felhasználó a mozgást élethűen, pillanatról pillanatra nyomon követhesse. Ebben a cikkben először rövid leírást adunk a 3D készülékről és bemutatjuk kapcsolatát elődjével, a hagyományos 2D ultrahanggal, majd folytatásképpen ismertetjük a valósidejű (real-time) 3D készüléket, amely valójában a 3D technológián alapul.

A 4D elnevezést - melyet a General Electric alkalmaz Voluson 730 készülékeire - azért alkották meg, hogy érzékeltessék, miben haladják meg azok a létező 3D ultrahangkészülékeket, nevezetesen az idő dimenzió alkalmazásában. Ennélfogva az idő a negyedik dimenzió a klasszikus három dimenzión felül, melyek meghatároznak egy mozgó térfogatot. Az idő vektor hozzáadása lehetővé teszi a megfigyelő számára, hogy mozgásként érzékelje az egyedi 3D képek gyors egymásutánját, melyeket a készülék igen rövid időközökkel hoz létre, ezáltal azt a benyomást keltve, hogy a mozgás valós időben történik. Jó analógia, ha tudjuk, hogy a moziban is egymást követő kivetített állóképeket látunk, amelyek folyamatos mozgás látszatát keltik. (A „mozgókép” találó elnevezés. Gondoljunk csak a kezdeti rajzfilmekre.) Minél nagyobb az időegység alatt megjelenített képek száma, annál folyamatosabbnak tűnik a mozgás.

Mi a 3D ultrahang?

A 3D képalkotás céljai

Egy 3D ultrahangvizsgálat kezdete nem tér el egy hagyományos 2D vizsgálatétól. Miután egy ablak segítségével kiválasztotta a vizsgálandó területet (ROI - region of interest), a felhasználó elindítja a térfogat szkennelést. Mechanikus motor által vezérelve a vizsgálófej házában elhelyezett kristálysor végigpásztázza a vizsgált területet. Az így nyert adathalmazt a készülék azonnali hozzáférésű (RAM) memóriájában tárolják. A gyorsabb adatnyerési módot általában mozgó objektumok (például a magzat) vizsgálatakor alkalmazzák, míg az alacsonyabb adatnyerési sebesség mozdulatlan magzat esetén, vagy nőgyógyászati vizsgálatoknál célszerű. Az alacsonyabb szkennelési sebesség választásával a kezelő több tomogrammot vagy képszeletet kaphat.

A többsíkú (multiplanar) megjelenítési mód.
Ha az adathalmazt eltároltuk, a többféle megjelenítési lehetőség közül az első a három ortogonális (egymásra merőleges) síkban történő ábrázolás, melyet többsíkú (multiplanar) ábrázolásnak is nevezünk. Az operátor utasítására minden sík mozgatható, hogy szükség esetén végigfésülje a teljes térfogatot. Ebben az ábrázolásban az egyes síkok érzékelése könnyű és magától értetődő. Azt a helyet, ahol a három ortogonális sík egymást metszi, egy képponttal jelöljük, melyet mutatópontnak nevezünk. Ez a pont ugyanazt a területet jelöli a térfogaton belül. A mutatópont használatával rámutathatunk egy struktúrára vagy képpontra, melyet a készülék a három képsíkban egyidőben megjelenít.

Felszín visszaadás.
A legfontosabb megjelenítési mód, a felszínvisszaadás az a képessége a 3D ultrahangkészüléknek, amely a laikus és az orvos számára egyaránt a legszembetűnőbb. A 3D alkalmazáskor a felszíni állókép megjelenhet az ortogonális ábrázolás jobb alsó sarkában, vagy önállóan a teljes képernyőn. A felszín rekonstruálásához az adathalmaz mindhárom tengely irányában könnyen elforgatható. A megvilágított felszín-visszaadási módban a test felszíne ( pl. a magzat arca) jelenik meg úgy, mintha egy fényforrás világítaná meg.

Átlátszó (transparency) megjelenítés.
Egy másik ábrázolási mód az átlátszó megjelenítés. Itt a felszínábrázolási algoritmust kombinálják a röntgen és a maximum módokkal. A három szoftver algoritmus vegyítésével az erős echókat megtartják, a gyengéket pedig elnyomják. Ily módon a test echogén struktúráit, mint például a csontrendszert, kiemelik, míg a lágy szövetszerkezeteket szinte teljesen eltüntetik.

Összefoglalva, ez a vizsgálati mód lehetővé teszi, hogy a vizsgáló akár a vizsgált személy távozása után is alaposan értékelhesse a tárolt adathalmazt a három ortogonális síkban mozogva. Ugyanazt az adathalmazt felhasználva különféle megjelenítési módok használhatók váltakozva. A General Electric Voluson 730 készüléke valamennyi fenti funkciót tartalmazza. A 3D technológia az alapja a következő lépésnek: a valósidejű 3D (más elnevezéssel 4D) technológiának. A valósidejű 3D képalkotást olyan technológiai fejlesztések tették lehetővé, mint a számítógépek műveleti és adatfeldolgozási sebességének növekedése.
A készülékek jellemzői és működésük

Amint azt a bevezetőben írtuk, az új valósidejű 3D (vagy 4D) technológia lehetővé teszi, hogy a háromdimenziós ultrahangképeket csaknem valós időben, mozgásban láthassuk. Hogyan is működik ez a valós idejű 3D képalkotás? A vizsgálat a hagyományos valósidejű 2D üzemmódban indul. A felhasználó elhelyezi a vizsgálati ablakot a kívánt terület felett, és a megfelelő gomb lenyomásával elindítja az adatnyerést. Amint a vizsgálni kívánt szerv megjelenik a képernyőn, a kezelő mozdulatlanul tartja a vizsgálófejet. A transzabdominális vagy transzvaginális vizsgálófej a foglalatában elhelyezett akusztikus kristálysor gyors mozgatásával automatikusan folyamatos és ismétlődő adatgyűjtést végez. A képernyőn először egy valósidejű 2D kép jelenik meg, mellette a folyamatosan frissített 3D kép. Amint a megjelenített 3D képek minőségét a kezelő megfelelőnek ítéli, bekapcsolhatja a teljes képernyős mozgó felszíni ábrázolást. Egyes készülékek adatnyerési sebessége mindössze 4 adatnyaláb másodpercenként. Ez a sebesség a mozgást meglehetősen szaggatottan ábrázolja. A GE Voluson 730 másodpercenként 16-25 3D képet jelenít meg, ezzel folyamatossá téve az átmenetet a képek között. A készülék másik nagy előnye, hogy több egymást követően eltárolt kép sorozata később mint egy kis mozifilm, lejátszható, vagy AVI fájlban akár CD-re is menthető.

A készülék képessége kiterjed a megjelenített kép átformálására is.
Más szavakkal, az adattömb elforgatható, szeletelhető és többféle formában megjeleníthető. Elektromos szikét és radírt is alkalmazhatunk, a harmonikus 3D képalkotással pedig csökkenthetjük a képen az olyan zajokat, mint például az árnyékolás. Ha az adattömböt CD-re tároltuk, a nagytudású és sokoldalú 3D View program segítségével dolgozhatjuk fel, amely egy asztali vagy laptop számítógép alkalmazásával megkettőzi a GE Voluson 730 ultrahangkészüléken meglévő lehetőségeket.

A legtöbb 3D/4D készülék fogadni tudja a hagyományos 2D vizsgálófejeket, és ezek mellett egy sor kifejezetten 4D alkalmazásra kifejlesztett vizsgálófejet: abdominális szülészeti-nőgyógyászati, lágyrészvizsgáló, transzvaginális és endorektális fejeket.

A Voluson 730 készülék kezelőfelülete érintőképernyős menüt is tartalmaz, amely folyamatosan változik az éppen elvégzendő feladatnak megfelelően, és emellett egy sor kapcsolót és vezérlőgombot. Különleges tulajdonsága a kezelőpultnak, hogy csak az adott feladat elvégzéséhez szükséges kapcsolók és vezérlőgombok világítanak. Több cég hasonlóan változtatta meg kezelőfelületét, hogy a felhasználó számára megpróbálja barátságosabbá tenni azt. És végül: csaknem minden 3D készülék képes az adatok DICOM formátumú tárolására, amely a 2000. évtől fogva valamennyi, az Egyesült Államokban vagy máshol gyártott orvosi készülékre kötelező.

Klinikai alkalmazások
A 3D/4D készülékek klinikai hasznossága és a lehetséges alkalmazások köre még nem teljesen kidolgozott, de számos ilyen említhető.

A magzati vizsgálatok új megközelítése. A magzati viselkedés a különböző testmozgások megfigyelésével jól tanulmányozható.Korábban a magzat viselkedésére irányuló vizsgálatok eszközei a szívfrekvencia mérése, az érzékelt mozgások regisztrálása és a 2D ultrahangvizsgálat voltak. Ezek a 4D ultrahangvizsgálat módszerével kiegészülve pontosabban meghatározottnak bizonyulhatnak.

A magzati kézmozgás, a tenyér nyitása és zárása, a magzat hangulatának megfigyelése a jövőben valószínűleg 3 dimenzióban, valós időben történik. Az alsó végtagok mozgékonyságának vizsálata valósi dőben spina bifida esetén szintén a lehetőségek közé sorolható.

A 4D ultrahangtechnika bizonyosan hozzájárul a teljesebb kép kialakításához olyan magzati anomáliák esetén, ahol a mozgás fontos szerepet játszik. Emellett, ahogy az adatok nyerése és feldolgozása egyre gyorsabb lesz, már csak rövid idő kell ahhoz, hogy a magzati szív mozgását és anatómiáját valósidejű 3D vizsgálattal elemezhessük.

Pontos biopsziás tűvezetés.
Az olyan minimálisan invazív eljárásoknál, mint a szövetmintavétel, az ultrahang elterjedt eszköz a tű megjelenítésére és irányítására. Ennek előnye bármely más képalkotó eljárással szemben a valósidejű megjelenítés, a gyors alkalmazhatóság és a könnyű hozzáférés a paciens bármely testrészéhez. Várható, hogy az emlőbiopsziák a 4D technológiával pontosabbak lesznek. Olyan új terápiás technikák, mint a rádiófrekvenciás abláció vagy a fagyasztásos eljárások egyre gyakoribbak a radiológiai gyakorlatban. Valamennyi ilyen eljárás alapvető előfeltétele a tű pontos elhelyezése.

Ennek az igénynek megfelelve a valósidejű biopszia során a tű útja többsíkú ábrázolásban nyomon követhető az egész eljárás folyamán. A beavatkozás területe mindhárom merőleges síkban (koronális, szagittális és axiális) valós időben látható, és a beavatkozást végző egyenesen a mintavételi hely közepébe irányíthatja a bipsziás tűt.

Bár az anyai kötődés témakörét néhányan fenntartásokkal kezelik, az bizonyos, hogy a mozgó és szinte kézzelfoghatóan valóságos magzat látványa rendkívül erős hatást gyakorol a leendő szülőkre, és azokra is, akik osztoznak velük a látványban. Elkerülhetetlen, hogy változtassunk hozzáállásunkon az ilyen élményekre támasztott igényekkel szemben.

Noha a 3D technológia fejleményei izgalmasak, az alkalmazások köre akkor fog igazán kibővülni, ha a készülék széles körben rendelkezésre áll. És bármennyire is vonzónak tűnik - és tagadhatatlanul az is- ez a képalkotó eljárás, alkalmazni mindig megfontoltan kell.

Mennyire költséghatékony ez az új technológia?
Nagy szükség van tudományosan alátámasztott tanulmányokra nemcsak a klinikai hasznosság, hanem a költséghatékonyság meghatározásához is az új technológiát illetően.

Az ultrahangtechnológia magányos alkalmazói, de még nagylétszámú csoportpraxisok számára is kétséges lehet, hogy a közeljövőben megengedhetnek-e maguknak egy ilyen költséges készüléket, melynek ráadásul a kezelése is szemmelláthatóan nem egyszerű. De ne felejtsük el, hogy minden úttörő technológia drága a bevezetést követően, hogy a fejlesztés költségei megtérüljenek.Általában 3-5 éven belül ezek a csúcskészülékekre jellemző bonyolult és drága funkciók beépülnek az egyszerűbb, olcsóbb rendszerekbe is. Ez történt a fekete-fehér technológiával, a transzvaginális vizsgálófejekkel, a színkódolt Dopplerrel, a power Dopplerrel és egy sor szoftvercsomaggal is. Bizonyos, hogy hasonlóképpen fog történni a legkifinomultabb 3D alkalmazásokkal is, beleértve a 4D képalkotást. A nagyforgalmú ultrahangközpontok, a kutatásra orientált egyetemek általában minden úttörő ultrahang-technológiát születése pillanatában megszereznek. Ez a trend kétségkívül folytatódik.

Ezalatt az átlagos felhasználók arra várnak, hogy a vételár elérhető szintre csökkenjen, és nyilvánvalóvá váljanak a klinikai alkalmazás előnyei. Egy 3D/4D készülék mostani megvásárlását elsősorban a 2D képek kiváló felbontása igazolja. Ez a képessége nagyszerűen alkalmassá teszi a képalkotó laboratóriumban vagy praxisban történő mindennapi alkalmazásra. Azok, akik csak ritkán használják a készülék 3D és 4D képességeit, tekinthetik azokat külön jutalomnak. A finanszírozás kérdései még nem tisztázottak. Néhányan a 3D ultrahang-alkalmazást kísérleti tesztnek tartják. Ez hamarosan megváltozhat, ha néhány jól megfogalmazott tanulmány bebizonyítja az alkalmazás előnyeit.

A 4D technológia jövője
Továbbmenve megjósolható, hogy egy napon minden ultrahangkészülék képes lesz valamilyen 3D technológia alkalmazására, míg párhuzamosan folyik a jelenlegi 4D technológia tökéletesítése, beleértve a vizsgálófejeket is. Azt várjuk, hogy a magzat általában és különösen a magzati szív lesz a továbbfejlesztett valósidejű 3D vagy 4D technológia nyertese, valamint a valósidejű ultrahangvezérelt eljárások.

Már csak egy lépés a "csaknem" valósidejű 3D technológiától az „igazi” valósidejű képalkotásig. Hallomásunk szerint ez a következő néhány évben válik valóra, amikor a vizsgálófejek mechanikus adatnyerő moduljait statikus, többsoros, matrix elrendezésű elektronikus részek váltják fel, vagy esetleg más kreatív módon, melyet újító szellemű kollégáink kifejlesztenek. Nem szabad elfelejtenünk, hogy a valósidejűség legfőbb akadálya a vizsgálófej mechanikus része. Addig is nem hagyhatjuk ki a jelenlegi 3D technológiában rejlő lehetőségeket, miközben várjuk az újabb fejleményeket.