Three Dimensional (3D) Ultrasound in the Assessment of Neonatal Brain

Abstract
Background. Two-dimensional (2D) ultrasonography revolutionized neonatal brain assessment in the 1970s. The development of computer technology enabled the introduction of 3D ultrasonography into clinical practice. We investigated if 3D ultrasonography has brought about any substantial improvement in the neuroimaging of newborns. Materials, methods and results. The first group of 32 newborns with median gestational age of 36 weeks (range 26 to 40) and median postnatal age of 4 days (range 2 to 60) underwent 3D imaging after 2D real-time ultrasonography. The second group, consisting of 62 premature infants below 2000g at birth, underwent 2D neurosonography. If 2D was unreliable, 3D was planned for the next examination. Aloka 230 device with 5 MHz sector probe was used for 2D, and Voluson 530 D Kretz Color System with vaginal 5-8 MHz 3D probe was used for 3D neuroimaging. The time needed for 3D compared to 2D data acquisition was shorter (5 vs. 14 minutes, Kruskal-Wallis rank sum test: H=25.9; p = 0.003). All 62 prematures underwent 2D brain ultrasonography. Out of 18 newborns in whom 3D brain ultrasonography was indicated, it was performed only in 10, due to the unavailability of the equipment or a skilled examiner. Conclusions. 3D provides more reliable information than 2D performed in the same patient. In 3D, the time for data acquisition was shorter, while the time for data interpretation was longer, however it can be performed off-line. Unavailability of 3D equipment and skilled examiners prevent its extensive use in neonatology. Abstract in CroatianTitle: Trodimenzionalni (3D) ultrazvuk u procjeni mozga novorodencetaOsnovica istraživanja. Dvodimenzionalni (2D) ultrazvuk je sedamdesetih godina 20. stoljeca znacio pravu revoluciju u dijagnostici mozga novorodencadi. Razvoj racunalne tehnologije omogucio je uvodenje trodimenzionalnog (3D) ultrazvuka u klinicku praksu. Ispitali smo da li uvodenje 3D ultrazvuka za pregled mozga novorodencadi predstavlja znakovito poboljšanje u usporedbi s 2D ultrazvukom. Ispitanici, metode i rezultati. Prva skupina od 30 novorodencadi (medijana gestacijske dobi 36 tjedana; raspon od 26 do 40 tjedana, medijana postnatalne dobi 4 dana; raspon od 2 do 60 dana) je podvrgnuta 3D i 2D ultrazvuku u realnome vremenu. Izmjereno je vrijeme potrebno za dobivanje i interpretaciju podataka 3D i 2 D ultrazvukom. Drugu skupinu je cinilo 62 nedonošcadi porodajne mase ispod 2000 g u koje je ucinjen 2D ultrazvuk mozga. Ako 2D nije bio dovoljno informativan, za slijedeci pregled predviden je 3D ultrazvuk. Ispitana je dostupnost 3D ultrazvuka obzirom na dostupnost aparature i ispitivaca. Za 2D ultrazvuk korišten je ultrazvucni aparat Alkoa 230 sa sektorskom sondom od 5 MHz, a za 3D ultrasonografiju je korišten aparat Voluson 530 D Kretz Color System s vaginalnom 3D sondom od 5-8 MHz. Vrijeme za dobivanje 3D podataka bilo je krace nego za dobivanje 2D podataka (5 minuta prema 14 minuta; Kruskal-Wallisov test sume rangova H = 25.9; p = 0.003). U sve novorodencadi druge skupine ucinjen je 2D ultrazvuk, a u njih 18 je bilo indicirano uciniti 3D ultrazvuk, koji je ucinjen u njih 10 zbog nedostupnosti aparata ili ispitivaca. Zakljucak. 3D ultrazvuk mozga novorodenceta daje pouzdanije podatke od 2D ultrazvuka u realnome vremenu. Vrijeme potrebno za dobivanje 3D podataka je bilo krace, a za njihovu interpretaciju dulje. Prednost 3D ultrazvuka je mogucnost analize podataka bez prisustva pacijenta. Nedostupnost 3D opreme i ispitivaca predstavljaju glavnu prepreku za njegovu širu primjenu u neonatologiji.

Key words
Ecografía 3D, neurosonografía

Artículo completo
IntroducciónLa ultrasonografía 2D en tiempo real del cerebro neonatal, que permite su evaluación en tiempo real, fue un evento remarcable y un gran éxito diagnóstico en los últimos años de la década del \'70.^1,2,3,4,5 En los últimos años de esa década y en el inicio de los \'80, la ultrasonografía mejoró significativamente el diagnóstico de muchas patologías neonatales al permitir diagnóstico, tratamiento y pronóstico superiores en los neonatos enfermos.^1,2,3,4,5 En la década de los \'90 se desarrolló la nueva y promisoria técnica de la ultrasonografía cerebral 3D y cuatridimensional (4D), que describe el cerebro neonatal en tres dimensiones y en tiempo real.^{6,7,8,9,10,11} La ultrasonografía cerebral se convirtió en la técnica más ampliamente utilizada para la evaluación de la morfología cerebral y las lesiones cerebrales en neonatos.^9,10,11 Esta puede identificar no sólo la presencia de lesiones sino también su tipo y extensión.²El propósito de este estudio fue investigar el potencial de la ultrasonografía cerebral 3D para estudiar neonatos, respecto de la disponibilidad de equipamiento, calidad de imagen y tiempo requerido para la obtención de datos para su análisis, en comparación con la ultrasonografía convencional 2D en tiempo real.Pacientes y métodosEl primer grupo de 30 neonatos, con una mediana de edad gestacional de 36 semanas (rango = 26-40) y una mediana de edad posnatal de 4 días (rango = 2-60), en los cuales se hallaba indicada la neurosonografía, fue sometido a imagenología 3D luego de realizar previamente una ultrasonografía 2D convencional en tiempo real, con el fin determinar el tiempo necesario para la adquisición de datos y su interpretación. El segundo grupo de 62 infantes prematuros, con pesos neonatales inferiores a 2 000 g (peso neonatal = 500-999 g: 5; 1 000-1 499 g: 16; 1 500-1 999 g: 41) que habían sobrevivido los primeros 28 días, fueron sometidos a neurosonografía 2D. En el caso de que la ultrasonografía 2D no fuese confiable, en opinión del examinador, se programaba un estudio 3D para el siguiente examen. La imagenología 2D en tiempo real fue llevada a cabo con un equipo Aloka 230, empleando un transductor sectorial de 5 MHz. Para realizar la imagenología 3D se empleó un sistema Voluson 530 D Kretz Color System, con un transductor vaginal 3D de 5-8 MHz. El transductor sectorial 3D de alta resolución (5-8 MHz) oscila mecánicamente a modo de ventilador durante el estudio, registrando grupos de tomogramas a incrementos angulares fijos, los cuales son digitalizados y guardados en la memoria de la computadora.^2,3,7,8 Las imágenes obtenidas se muestran en tres planos ortogonales para el análisis de la vista multiplanar, con posibilidad de manipulación de los datos.^{2,6,7,8,9,11,13,14} Debido al pequeño tamaño de la muestra y la distribución anormal de los datos se aplicó la prueba de la suma de rangos de Kruskal-Wallis para el análisis estadístico, con el fin de evaluar las diferencias de tiempos de adquisición e interpretación entre las neurosonografías 2D y 3D.ResultadosEl tiempo para la adquisición de datos 3D y su interpretación se encuentra en la tabla 1. El tiempo necesario para la adquisición de datos 3D fue más breve que para el estudio 2D, lo cual resultó menos estresante para los neonatos. La ultrasonografía 3D provee información más confiable que la 2D, realizada en el mismo paciente. El tiempo necesario para interpretar los datos es mayor para la ultrasonografía 3D, pero esto puede realizarse posteriormente. Un total de 62 prematuros fueron sometidos a ultrasonografía cerebral 2D. De 18 neonatos en los cuales la ultrasonografía cerebral 3D se hallaba indicada, ésta fue realizada sólo a 10. Este estudio no fue realizado a 5 neonatos debido a la carencia inmediata de equipo, y en 3 casos debido a la carencia de un examinador entrenado.


Imágenes 3D del cerebro neonatalLas siguientes imágenes 3D del cerebro neonatal muestran una vista multiplanar y una reconstrucción 3D en algunas situaciones clínicas. La figura 1 muestra una vista multiplanar y una reconstrucción 3D de una hemorragia subependimal bilateral en un infante prematuro. La figura 2 muestra una reconstrucción ecográfica superficial 3D y una imagen por resonancia magnética de leucomalasia periventricular quística y derrame subdural. La figura 3 muestra hidrocefalia desarrollada antes del nacimiento, debido a la estenosis del acueducto, mediante ultrasonografía 3D y resonancia magnética. Puede observarse en la figura 4 la reconstrucción de la superficie del cerebro neonatal, con surcos y circunvoluciones subdesarrolladas del lado derecho, y surcos y circunvoluciones normalmente desarrolladas del lado izquierdo.

Figura 1. Vista multiplanar y reconstrucción 3D de una hemorragia subependimal bilateral.

Figura 2. Reconstrucción superficial 3D y resonancia magnética de leucomalasia periventricular quística con derrame subdural.

Figura 3. Hidrocefalia hipertensiva severa. Reconstrucción ultrasonográfica 3D en la vista multiplanar y resonancia magnética.

Figura 4. Reconstrucción 3D superficial de los surcos y circunvoluciones de cerebro normal (izquierda) y atrofia cortical (derecha).

DiscusiónLa neurosonografía 2D estándar a menudo requiere 15 a 30 minutos para su realización, por lo que expone al neonato gravemente enfermo a un estrés potencialmente significativo.^6,9,11 La imagenología convencional 2D del cerebro neonatal es llevada a cabo mediante el examen en tiempo real con una serie de imágenes representativas de localizaciones seleccionadas de la anatomía cerebral, capturadas en medios electrónicos o en películas.² Sólo pueden obtenerse de este modo planos coronales y sagitales, luego de reposicionar el transductor, mientras que resulta imposible la adquisición en plano axial.^6,9,11 La interpretación se basa en esta selección y si surgen preguntas respecto del contenido diagnóstico del examen es necesario realizar otra evaluación para proveer vistas adicionales. La adquisición volumétrica 3D dura 2 a 5 minutos, provee adecuada información diagnóstica, y disminuye significativamente el tiempo del examen.^6,9,11 El método 3D minimiza los sesgos dependientes del operador en el conjunto de datos.^6,9,11 El conjunto de datos digitales se guarda, de modo que puede ser recuperado, examinado e interpretado posteriormente.^7,8,13,14 Además, la conexión en red permite enviar imágenes por telemedicina para su interconsulta con expertos, sin necesidad de transportar al paciente, hecho que reduce los costos médicos directos e indirectos.Pese a que la ultrasonografía cerebral 3D es un procedimiento seguro y de bajo riesgo, existe una disponibilidad muy limitada de equipos para realizarla, lo cual a menudo obliga al transporte del neonato. Así, deberían tenerse en consideración los beneficios y riesgos de la imagenología 3D. En las instituciones que disponen del equipo y pueden transportarlo hasta el paciente, éste es el método de elección para la imagenología del cerebro neonatal. Las indicaciones de la neurosonografía 3D en el período neonatal son las mismas que para la 2D y, cuando este último procedimiento no sea confiable o resulte dudoso, se encuentra indicada la ultrasonografía 3D.⁸Las principales indicaciones para la neurosonografía 3D en el período neonatal son: - hemorragia intracraneal,- lesiones hipóxicas-isquémicas cerebrales,- trastornos inflamatorios cerebrales y sus complicaciones,- ventriculomegalia e hidrocefalia con estudios volumétricos,- defectos cerebrales congénitos,- evaluación de la edad gestacional. Pese a que las imágenes 3D cerebrales obtenidas por tomografía computada de rayos X y resonancia magnética son muy satisfactorias, la imagenología ultrasónica es de uso generalizado, sumamente eficiente, económica y segura.¹³ La ultrasonografía 3D emplea menor cantidad de radiación ultrasónica debido a la brevedad de la exposición durante el examen.¹³ El equipo ultrasónico es mucho más económico que los equipos de rayos X para tomografía computada y los de resonancia magnética, requiere menos espacio, no necesita cambios arquitecturales y puede ser operado con facilidad.³ConclusionesLa neurosonografía 3D del cerebro neonatal ha sido considerada como un significativo avance tecnológico por sobre la sonografía convencional 2D. Algunas de sus ventajas son: menor tiempo de adquisición de datos en tres planos ortogonales, con cantidad ilimitada de planos, posibilidad de análisis comprehensivo y minucioso del volumen de datos obtenidos, reconstrucción de volumen, estudios volumétricos, estudios color y power Doppler. La posibilidad de enviar imágenes 3D sin necesidad de derivar al paciente es un gran logro de la tecnología moderna.^7,8,13 Pese a que la neurosonografía 3D no está aún disponible como método estándar para la evaluación del cerebro neonatal debido a los altos costos del equipo, estará sin duda fácilmente disponible en el futuro cercano.Los autores no manifiestan conflictos.

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