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Prog Obstet Ginecol. 2006;49(5):263-71

INNOVACIN TCNICA Y METODOLOGA

RESUMEN

La gran aportacin de la ecografa tridimensionalrespecto a la ecografa convencional(bidimensional) es el plano coronal. Hasta ahoramediante la ecografa convencional se dispona delcorte longitudinal y del corte transversal.La aportacin de este tercer plano coronal es lo quepermite hacer una reconstruccin volumtrica de losrganos estudiados.La ecografa 3D/4D permite establecer unametodologa de adquisicin de la regin que sequiere estudiar. Estos datos adquiridos se puedenalmacenar y/o enviar y transferir mediante sistemaDICOM (digital imaging and communication inmedicine) lo que permite reconstruir y analizar losvolmenes adquiridos tantas veces como seanecesario, por cuantos observadores se quiera y encualquier lugar geogrfico.En consecuencia, la ecografa en esta modalidaddeja de ser una tcnica dependiente del operador,siempre y cuando el proceso de adquisicin se hayarealizado con los parmetros debidamenteprotocolizados.El objetivo de este artculo es explicar una visin deconjunto de la metodologa en 3D y 4D, empezando

con la adquisicin de imgenes en 3D, con elanlisis de planos escaneados, tcnicas especialestales como el VOCAL y consejos para optimizar el sistema.

PALABRAS CLAVE

Ecografa tridimensional y 4D. Ginecologa.Metodologa. Tcnica. Clculo de volumen.

ABSTRACT

The main advantage of three- and four -dimensionalultrasonography (3D/4D US) over conventional, 2-dimensional US is the addition of the coronal plane.Until now, longitudinal and sagittal views wereavailable with conventional ultrasonography. Thethird coronal plane allows 3D reconstructions of thetarget organ.3D/4D US allows us to introduce a methodology fordata acquisition, storage and/or transmission toother stations through the Digital Imaging andCommunication in Medicine (DICOM) system.Digitally saved volumes of patient data can be

M. ngela PascualLourdes HereterBetlem GrauperaMara Fernndez CidSantiago Dexeus

Unidad de Diagnstico Ginecolgico por Imagen. Departamentode Obstetricia y Ginecologa. Institut Universitari Dexeus.Barcelona. Espaa.

Correspondencia:Diagnstico Ginecolgico por Imagen.Dra. M.A. Pascual.Departamento de Obstetricia y Ginecologa.Instituto Universitario Dexeus.Paseo Bonanova 67, stano 2.08017 Barcelona. Espaa.Correo electrnico: [email protected]

Fecha de recepcin: 28/4/05Aceptado para su publicacin: 10/1/06

Ecografa 3D/4D enginecologa: tcnica y metodologa

Three- and four-dimensionalultrasonography in gynecology:technique and methodology

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264 readily transferred as often as necessary and can beinterpreted by any number of observers in anygeographical location.With these capabilities, US ceases to be an operator-dependent technology (requiring only uniformity ofacquisition parameters). In the present article, we aim to provide anoverview of the methodology of 3D/4D US, rangingfrom the acquisition of 3D images, analysis of thevarious scanning options and special tools such asVOCALTM to suggestions on how to optimize thesystem.

KEY WORDS

Three- and four-dimensional ultrasonography.Gynecology. Methodology. Technique. Volumecalculations.

INTRODUCCIN

Con la ecografa convencional (2D) se dispone de2 planos: el longitudinal y el transversal; la aportacinadicional del plano coronal que proporciona la eco-grafa tridimensional, es lo que permite la reconstruc-cin volumtrica de los rganos estudiados (fig. 1).

La ecografa 3D permite establecer una metodo-loga de adquisicin de informacin del rgano o re-gin que se quiere estudiar. Estos datos adquiridosse pueden almacenar y/o enviar y transferir median-te sistema DICOM (digital imaging and communi-cation in medicine), lo que permite reconstruir yanalizar los volmenes adquiridos tantas veces comosea necesario, por cuantos observadores sea precisoy en cualquier lugar geogrfico.

En consecuencia, la ecografa en esta modalidaddeja de ser una tcnica dependiente del operador(siempre y cuando la adquisicin se haya realizadocon los parmetros debidamente protocolizados).

El objetivo de este artculo es explicar una visinde conjunto de la metodologa en 3D y 4D, se em-pieza con la adquisicin de imgenes en 3D, con elanlisis de planos escaneados, tcnicas especiales ta-les como el VOCAL (volum calculation) (aplicativoinformtico no exclusivo de una marca determinadade ecgrafos) o el FOURSIGHT Viewer, y consejospara optimizar el sistema.

Los recientes avances tecnolgicos de los equiposde ecografa tridimensional han perfeccionado laefectividad, al aumentar la velocidad de tratamientode la imagen, y se ha pasado de escanear 16 vol-menes por segundo a 25-30 volmenes por segundo.

ADQUISICIN DE LOS DATOS

Barrido automtico de volumen

Los datos de un volumen se obtienen mediantecortes en 2D con transductores especialmente dise-ados para cortes 2D, cortes de 3D esttico y de ba-rrido e imgenes 4D en tiempo real.

La obtencin del volumen se basa en una imagenen 2D a la que se le aplica una caja de volumen osector del rea o regin que interesa estudiar. El vo-lumen se adquiere con un barrido desde un extre-mo a otro, segn el ngulo aplicado.

La caja de volumen enmarca la zona de inters(ROI) que se almacenar durante el barrido del vo-lumen. Mientras se produce el barrido de la imagenescogida, la pantalla muestra, como un corte detrsde otro muy rpido, la imagen que se est adqui-riendo en 2D.

Pascual MA et al. Ecografa 3D/4D en ginecologa: tcnica y metodologa

Figura 1. Imagen multiplanar, en la que se observan los corteslongitudinal (imagen superior derecha) y transversal (imageninferior izquierda) de la ecografa convencional, y el planocoronal adicional (imagen superior izquierda) que permite lareconstruccin tridimensional de las estructuras estudiadas(imagen inferior derecha).

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El tiempo de barrido vara, dependiendo del ta-mao de la caja de volumen (rango de profundidady ngulo) y de la calidad de la captura, aunque noexcede en ningn caso los 40-50 s. Para obtener unaimagen esttica en 3D, la sonda debe mantenersefirme en su sitio durante el barrido de adquisicindel volumen. La visualizacin en tiempo real del ba-rrido permite una observacin constante de la cali-dad de la imagen.

Para la obtencin de un volumen 4D en tiemporeal no es necesario mantener la sonda firme.

Es importante realizar un control y anlisis de lasimgenes en 3D y 4D en las siguientes etapas:

A) Obtencin de datos.

Es esencial la orientacin en tiempo real enecografa 2D.

Barrido automtico de volumen. Determinacin de la regin de inters (caja del

volumen o sector) con respecto a la posicin y ta-mao de la estructura que se est estudiando.

Determinacin del ngulo del volumen. Definicin de la calidad de captura.

B) Almacenaje de datos.

Guardar y enviar volmenes.

C) Anlisis de datos.

Anlisis multiplanar del volumen adquirido. Tres planos con libre movilidad perpendicular

dentro del bloque del volumen. Seleccin del volumen en 3D.

Procedimiento para 4D en tiempo real

A diferencia de la imagen esttica en 3D, la mo-dalidad 4D tiempo real se consigue a travs de con-tinuas obtenciones de volumen y clculos paralelosde imgenes seleccionadas en 3D. En la modalidad4D en tiempo real, la caja de volumen es a la vez lacaja de seleccin. Toda la informacin de la caja devolumen se utiliza para el proceso de seleccin. Sinembargo, es importante el tamao y la posicin dela caja de volumen para obtener una buena imagen.El tamao de una imagen calculada en 4D se esta-blece automticamente porque el contenido de los

valores de la caja de seleccin coincide con el ta-mao de la regin o rea de inters escogida. Estealgoritmo asegura que, independientemente del ta-mao de la caja de volumen, la imagen entera en4D se visualizar siempre correctamente.

METODOLOGA

Seleccionar la sonda 3D/4D (abdominal, trans-vaginal).

Seleccionar el programa del usuario (ginecolo-ga, obstetricia, mama).

Ajustar el tamao del volumen. Seleccionar la resolucin. Ajustar la ventana 3D (asegurarse de que es-

tn incluidas las estructuras relevantes).

Seleccin del transductor o sonda

Los ecgrafos, en general, disponen de mltiplessondas convencionales para exploraciones en eco-grafa 2D y sondas abdominales, vaginales y de par-tes blandas para realizar exploraciones 3D/4D, conlas cuales, adems de la adquisicin de los datos pa-ra ecografa 3D/4D, tambin se puede realizar conmuy buena resolucin la ecografa convencional.

En la ecografa ginecolgica interesa especial-mente la sonda vaginal volumtrica, ocasionalmentela abdominal y la de partes blandas para mama.

Seleccin del programa de usuario

Una vez escogido el transductor se debe procedera escoger el programa adecuado para la sonda que seha escogido y las estructuras que se van a estudiar.

Al seleccionar un programa de usuario, la sondase inicializar inmediatamente mediante las imge-nes estndares establecidas (de fbrica) o los valoresespecficos establecidos por el usuario, guardadosen el programa seleccionado.

Ajustes en el tamao del volumen

Para hacer coincidir la caja de volumen con elrea de inters, el usuario deber ajustar el ngulo


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266 Mediante el DICOM que llevan integrado, hoy datodos los ecgrafos pueden transferir datos, inclui-dos los de 3D.

Las dimensiones de un volumen dependen delngulo de barrido (penetracin volumen ngulo) ydel parmetro calidad (resolucin de los datos devolumen).

La funcin del programa de archivo del ecgrafoproporciona la capacidad de almacenar, revisar ysalvaguardar en CD-ROM o MOD y enviar va DI-COM.

TRATAMIENTO Y ANLISIS DE LOS DATOSADQUIRIDOS

Anlisis de datos del volumen

Los datos del volumen se pueden analizar direc-tamente despus de la exploracin ecogrfica en elpropio ecgrafo, o en un PC normal equipado conprogramas diseados para tal fin.

La visualizacin de los datos de un volumen seobservan en 3 planos ortogonales. La presentacindel barrido de un volumen depende de la sonda y desu posicin. Inmediatamente despus del barrido de


del sector, la penetracin de profundidad y el ngu-lo de barrido.

Ventana 3D

Se selecciona el volumen que se quiere adquirirmediante una caja o ventana que es susceptible deser ajustada a las necesidades de tamao del rga-no, estructura o tumor que se pretende estudiar. Elbloque de volumen se puede ajustar tambin des-pus de la adquisicin, permitiendo adems eliminarartefactos. La informacin externa a la caja de volu-men se ir eliminando durante el proceso de selec-cin. Con la eliminacin de artefactos, el sistemapuede seleccionar el tejido deseado.

Procedimiento de adquisicin

1. Escoger en la modalidad de ecografa en tiem-po real 2D (convencional) el rgano o estructuraque se quiere estudiar.

2. Seleccionar la regin de inters. Cualquier es-tructura que quede fuera de la caja o ventana que-dar excluida del bloque de volumen.

3. Iniciar el escner del volumen. La poca calidadde las imgenes en 2D conlleva a una pobre calidad delas imgenes en 3D y del volumen. Para una buenacalidad de imagen en 3D, deben ajustarse correcta-mente los parmetros del ecgrafo en 2D, antes deiniciar el barrido de adquisicin del volumen.

El correcto emplazamiento de la caja o sector deseleccin es esencial para un buen resultado.

Slo se calcularn y visualizarn en la recons-truccin 3D los datos de la ROI.

Despus del proceso, los datos del volumen semuestran en la pantalla en una visualizacin multi-planar. Los 3 planos son perpendiculares entre s(transverso, sagital y coronal).

Almacenaje de datos

Los datos adquiridos del volumen se pueden al-macenar y guardar para prximos estudios, compa-raciones, iconografa, etc.

Figura 2. La imagen muestra un tero septo. En la imagensuperior derecha se observa el corte longitudinal, la inferiorizquierda muestra el corte transversal y la superior izquierda elplano coronal. La imagen frontal est reconstruida basndoseen los datos del volumen. Es imposible conseguir una visincoronal de una ecografa convencional 2D.

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adquisicin, la informacin se muestra en una imagenmultiplanar, ms la reconstruccin 3D (fig. 2).

Rotacin del volumen

Los cortes anatmicos correctos o deseados sepueden obtener con la rotacin de los planos alre-dedor del centro de inters. Esta funcin permite laalineacin del rea de inters.

El centro de inters est marcado con un puntopequeo (punto de encuentro de los 3 planos per-pendiculares). Mientras stos giran en rotacin con-trolada, el correspondiente eje se inserta en la ima-gen de referencia como una lnea. Se puedenrealizar rotaciones alrededor de cualquiera de losejes X, Y y Z libremente.

Al observar el movimiento del cursor en cual-quiera de los planos, el usuario notar que el planoortogonal correspondiente se calcula en tiempo realy se actualiza instantneamente. En cualquier puntodel volumen, la interseccin de planos es siempreortogonal entre s o, bajo otro enfoque, se ve simul-tneamente la misma estructura, en los puntos decruce de los 3 planos.

Translacin o deslizamiento del volumen

La translacin permite un desplazamiento delcentro de rotacin a lo largo de las lneas de inter-seccin de los planos seccionales A, B y C, consi-guindose movimiento de los cortes individuales delas imgenes en paralelo con el del total del volu-men. Uno puede fcilmente moverse a travs de loscortes adyacentes del volumen como si pasara laspginas de un libro. Haciendo esto, los planos orto-gonales se actualizan simultnea e inmediatamente,por lo que la misma estructura se puede identificaren los 3 planos ortogonales.

Seleccin y anlisis del volumen

Mediante una caja se selecciona el volumen quese quiere analizar. Esta caja de seleccin determinala ROI para los clculos en 3D. Los resultados de laseleccin se visualizan en el cuadrante inferior dere-cho.

La ROI se puede mostrar por una seccin de lacaja o sector, y puede moverse, rotar y medir por elusuario. Esta ROI representa una parte escogida porel usuario del total de los valores del volumen sobrelos que se aplican los algoritmos de interpretacin.

La totalidad de la imagen en 2D puede moversey modificarse a travs de los planos A, B, y C y elvolumen en 3D se actualiza instantneamente.

Los controles de rotacin (X, Y y Z) permiten ro-tar los contenidos de la caja seleccionados. Se pue-de escoger la direccin de la imagen 3D.

Una caja de mayor tamao contendr ms informa-cin. Una caja pequea permite un clculo ms rpido.

Una vez se ha obtenido la reconstruccin volum-trica, se pueden eliminar las estructuras que molesteno interfieran la visualizacin del objeto de inters.

La imagen tridimensional es el producto de la re-construccin computarizada de los vxels obtenidosal realizar el barrido (un pxel es la mnima unidadde informacin de las imgenes bidimensionales; unvxel es la mnima unidad de informacin en vol-menes tridimensionales).

La reconstruccin en 3D se puede realizar inte-ractivamente de varias maneras: en representacionestransparentes en gris, color, power-Doppler. Interacti-vo significa que cada operacin o ajuste del procesode reproduccin puede modificarse en tiempo real.

En general, en todos los ecgrafos que tienendisponible tecnologa 3D/4D hay variedad de modosposibles de visualizar la imagen reconstruida: textu-ra de superficie, textura lisa, mxima transparencia,mnima transparencia, RX transparente, luminoso,espectro de luz, etc.

La secuencia de imgenes se puede visualizar enmodo cine, tanto automtica como manualmente.

Reconstruccin del color y power-Doppler

Mediante la informacin del Doppler color o po-wer-Doppler durante la obtencin de 3D, es posiblevisualizar los vasos de un rgano y sus caractersti-cas de direccin o intensidad (fig. 3).

Para reducir el tiempo de obtencin es importan-te utilizar la caja o sector de color o power peque-a, dado que esta caja se utiliza tambin como cajade volumen.

Los datos que nos proporciona el color o power-Doppler son mucho menos subjetivos que los del


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Doppler con ecografa convencional, puesto que de-ja de ser un solo punto el que se evala. Con 3D/4Dse analiza una porcin de tejido, y se proporcionauna visin ms global del estado vascular del rga-no que se est estudiando.

MEDIDAS DEL VOLUMEN

Las medidas normales en 2D se pueden realizaren el modo 3D; sin embargo, se pueden llevar a ca-bo con mucha ms precisin que en las exploracio-nes de ecografa convencional. Hay diversos mto-dos en los que se puede medir el volumen deestructuras de diferentes formas. El primero de ellosconsiste en medir el volumen de una esfera usandouna distancia (dimetro). La segunda consiste enmedir el volumen de un ovoide usando 3 distancias(ejes). La tercera consiste en medir el volumen deun ovoide usando una elipse o una distancia msuna elipse. La cuarta consiste en medir el volumenen el modo 3D con el mtodo multiplanar 3D. El l-timo es el VOCAL, una tcnica de medida del vo-lumen automatizada que se describe en el apartadoVOCAL y que, como se ha mencionado anterior-mente, no es exclusivo de una marca determinadade ecgrafos.

El modo VOCAL interesa especialmente para elestudio de los rganos plvicos (fig. 4).

La idea bsica del VOCAL es la combinacin detejido ecogrfico 3D (presentado como vxels) y lainformacin geomtrica de superficies en un con-junto de datos 3D. El inters principal del VOCALradica en:

Caracterizacin (definicin) de la superficie detumores o lesiones.

Medidas de volumen asimtricas y esfricasautomatizadas y exactas.

Histograma en color automtico o power-Dop-pler.

El programa de diagnstico por la imagen VO-CAL se integra dentro del sistema del ecgrafo.Abre totalmente nuevas posibilidades en el diagns-tico del cncer, planificacin de la terapia y segui-miento de la terapia de control1,2. VOCAL ofreceuna amplia variedad de funciones:

Mtodo para medir el volumen total, con unalesin en cualquier posicin, y cualquier plano de laexploracin, eje largo o corto3.

Deteccin manual del contorno de las estructu-ras (como una lesin de tumor, quiste, etc.) y clculodel volumen exacto. La exactitud del proceso se pue-de controlar visualmente por el ecografista en la ima-gen multiplanar4-6 y reproducir los resultados (fig. 5).


Figura 3. Imagen power-Doppler que muestra laneovascularizacin en un carcinoma de crvix. Ntese laasimetra, a la izquierda de la imagen se observa un aumentode vasos de distribucin compleja y abigarrada.

Figura 4. Imagen en modo VOCAL de un endometrio.

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Permite delimitar un shell virtual alrededor delcontorno de la lesin. Se puede definir el grosor dela pared del shell. ste se puede imaginar como unacapa (cscara) de tejido alrededor de la lesin (fig.6). Este grosor en milmetros se puede seleccionar7.

Clculo automtico de la vascularizacin, tan-to de un volumen selecionado como dentro delshell. El histograma realiza una comparacin del n-mero de vxels de color con el nmero de vxelsen escala de grises8 (fig. 7).

Visualizacin de un tejido ecogrfico dentrode un volumen reconstruido9-12.

Presentacin en modo niche (cncava ohueca) del contorno y de las secciones individualesde las imgenes (fig. 8).

Clculo de la rotacin en cine.

Anlisis de vascularizacin usando VOCAL. El histograma y su valor

Una vez hecho el clculo del volumen en Dop-pler color o power-Doppler por el programa dediagnstico por la imagen VOCAL, se puede obte-ner un histograma del color o angiohistograma de lavascularizacin calculado automticamente. Tambinse puede determinar un rea definida especfica-mente creando un shell.


Figura 5. Imagen en modo VOCAL de un endometrio.Obsrvese que se obtiene a partir de la imagen multiplanar.

Figura 6. Imagen de un shell en modo VOCAL de un quiste deovario. Obsrvese el permetro en la imagen inferior derecha, laparte de color ms oscuro es el shell.

Figura 7. Parmetros calculados por el histograma.

Figura 8. Imagen en modo niche, de un quiste maligno conpapila muy vascularizada, cuyos vasos penetran desde la pareddel quiste y adoptan una disposicin compleja con muchasramificaciones y derivaciones.

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Si se define un shell, el histograma se calcula so-bre el contenido del shell.

Si se define un contorno sin shell, el histogramase calcula sobre el contenido del contorno.

Se puede crear un shell interno, externo o sim-trico y ajustar el grosor con el control de grosor.

Es decir, el histograma proporciona unos par-metros que hacen referencia a la vascularizacin y asu relacin con el tejido irrigado.

Aplicaciones del histograma de color

Evaluar la neovascularizacin, con una aproxima-cin automtica de la valoracin del caudal desangre de un tumor.

Permite obtener de un volumen seleccionado, re-producible, los parmetros del histograma de color(ms que la valoracin de un solo vaso).

Valoracin de la intensidad del flujo vascular deltejido circundante. Evaluar la vascularizacin del tu-mor en diferentes fases de su crecimiento (hipere-mia en periferia, central o necrtica).

COMENTARIOS

Si bien parece ser que la ecografa 3D/4D en ge-neral ofrece una potencial mejora en el diagnsticode algunas patologas ginecolgicas, debe dejarseclaro que, hoy por hoy, es una tcnica complemen-taria a la ecografa convencional, y que probable-mente no ser una sustitucin de sta, incluso, a pe-sar de las eventuales ventajas sobre la escasadependencia del operador que tiene, y su baja va-riabilidad interobservador13.

En nuestra experiencia, la ecografa 3D pareceser una tcnica de fcil realizacin, una vez pasadala curva de aprendizaje, reproducible y asequible, enparticular para el diagnstico de malformacionesuterinas (fig. 2).

Por otro lado, cuando el tamao de un rgano otumoracin estudiado tiene dimensiones considera-bles, su utilidad se ve reducida dado que la adquisi-cin de datos y su posterior anlisis debe realizarseparcialmente, y se sacrifica lo que de entrada es unaventaja de la ecografa 3D, que es la visin anatmi-ca que nos ofrece de los rganos que se estudian.

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