3D-Ultraschall in der Gynäkologie

Die 3D-Sonografie erfreut sich im geburtshilflichen Ultraschall einer breiten und häufigen Anwendung. Auch in der gynäkologischen Sonografie gibt es vielfältige Einsatzmöglichkeiten. In diesem Artikel sollen sowohl die technischen Voraussetzungen, die Funktionsweise als auch die praktische Anwendung erörtert werden, insbesondere soll auf die Diagnostik kongenitaler Uterusanomalien eingegangen werden.

Grundlagen der 3D-Sonografie

Einführung, technischer Hintergrund

Zweidimensionale Darstellungen gelten in vielen Bereichen der medizinischen Bildgebung als Standard. Grund dafür sind die meist einfacheren technischen Voraussetzungen gegenüber einer dreidimensionalen Darstellung, die Möglichkeit einfacher Messungen etc. Anhand zweidimensionaler Bilder kann bzw. muss sich ein:e Untersucher:in eine dreidimensionale Vorstellung der anatomischen Situation mental visualisieren. Eine dreidimensionale Darstellung bietet zweifellos vielfältige Vorteile, etwa in der Rekonstruktion zusätzlicher Schnittebenen, gerenderter Oberflächen oder in der Befunddemonstration gegenüber der Patientin, wie im Folgenden gezeigt werden soll.

Die in der gynäkologischen Sonografie am häufigsten gewählte Bilddarstellung ist der B(«Brightness«)-Mode, welcher in einem zweidimensionalen Bild Punkte (sog. Pixel) unterschiedlicher Helligkeit darstellt. Die Intensität der Pixelhelligkeit (auf einer Grauskala) hängt dabei von der Amplitude des an dieser Stelle reflektierten Ultraschallsignals ab. Dieses Bild kann mehrfach pro Sekunde erstellt werden (sogenannte «frame rate») und erlaubt so die Visualisierung anatomischer Strukturen in Echtzeit.

Für die 3D-Sonografie werden nun mehrere derartige zweidimensionale Schnittbilder, welche in leicht versetzten Ebenen aufgenommen werden, zu einem 3D-Volumen integriert. Dies kann technisch gesehen auf mehrere Arten erfolgen, etwa durch ein manuelles Schwenken oder eine lineare Translationsbewegung («sweep») der Sonde, oder, wie heute meist üblich, durch spezielle 3D-Schallköpfe. Diese besitzen elektromechanische oder elektronische Komponenten, um in einer möglichst kurzen Zeit ein 3D-Volumen aufzuzeichnen, indem z.B. ein akustisches Array hin- und hergeschwenkt wird, während der Scanner mehrere Einzelbilder aufnimmt. Das resultierende Volumen kann man sich als dreidimensionalen Körper vorstellen, welcher ebenfalls aus Punkten mit unterschiedlicher Helligkeitsinformation (sog. «Voxel») besteht.

Werden mehrere 3D-Volumina hintereinander aufgenommen (und wird so die Dimension «Zeit» hinzugefügt), spricht man von 4D-Ultraschall oder «real-time 3D».

Aufgenommene Volumina können im sogenannten «Postprocessing» bearbeitet werden. Insbesondere können so verschiedene Schnittebenen rekonstruiert bzw. visualisiert werden, welche u.U. nur durch eine Bewegung des Schallkopfes bzw. Änderung des Aufnahmewinkels gar nicht erstellbar gewesen wären.

Die Voraussetzung zur Erstellung dreidimensionaler Ultraschallbilder ist das Vorhandensein eines 3D-fähigen Ultraschallgerätes sowie spezieller 3D-fähiger Sonden, welche in unterschiedlichen Ausführungen (Abdominalsonde, Transvaginalsonde) von verschiedenen Herstellern erhältlich sind.

Volumenakquisition

Anhand des technischen Hintergrunds der Volumenakquisition wird klar, dass es sich bei 3D-Aufnahmen im Grunde nur um «gestapelte» 2D-Bilder handelt. Somit kann eine 3D-Aufnahme eine mangelnde 2D-Bildqualität (z.B. verursacht durch «Patientenfaktoren» wie Adipositas, Darmgase, Oligohydramnion etc.) nicht kompensieren. Umso wichtiger ist es, bereits vor der Volumenakquisition eine möglichst hohe 2D-Bildqualität zu erreichen. Dies geschieht durch die Verwendung von ausreichend Ultraschallgel, adäquaten Sondendruck, korrekte Einstellung der Geräteparameter (Frequenz/Tiefe, «Gain»).

Nach Wechsel in den 3D-Modus kann zunächst der zu scannende Bereich («region of interest») festgelegt werden. Dies geschieht z.B. an GE Voluson®-Geräten in derselben Weise, wie auch das Colordoppler-Fenster positioniert wird. Weitere Einstellmöglichkeiten bestehen z.B. für die 3D-Bildqualität (höhere Qualität = langsamere Erfassung, was zu Bewegungsartefakten führen kann) und den Aufnahmewinkel (=Breite des zu generierenden Volumens). Ist dies festgelegt, kann die Volumenakquisition per Knopfdruck gestartet werden. Während dieser Zeit ist es wichtig, die Sonde möglichst ruhig zu halten. In gewissen Fällen kann es helfen, die Patientin zu bitten, die Luft kurz anzuhalten.

Bilddarstellung, Postprocessing

Gerade für in der 3D-Sonografie weniger erfahrene Untersucher:innen empfiehlt es sich, das erhaltene Volumen nun direkt zu speichern und mögliche Anpassungen/Messungen später in Ruhe vorzunehmen. Untersucher:innen, welche mit dem Postprocessing bzw. den dafür zu kennenden Tastenbelegungen vertraut sind, werden dieses unmittelbar vornehmen. Insgesamt gilt es zu sagen, dass optimale Resultate nur nach einer gewissen Nachbearbeitung zu erhalten sind, welche entweder direkt am Ultraschallgerät oder, mittels spezieller Software, auch am PC durchgeführt werden kann.

Für die Darstellung des akquirierten 3D-Volumens können verschiedene Modi eingestellt werden:

Die «multiplanar reconstruction» (MPR)zeigt neben 3 orthogonalen 2D-Ebenen (sagittal, koronar, transvers) eine vierte rekonstruierte Ebene. Dies ist z.B. hilfreich, um eine Frontalebene des Uterus zu rekonstruieren, welche aufgrund der eingeschränkten Beweglichkeit (Freiheitsgrade) der Transvaginalsonde und der Versio und Flexio des Uterus nicht direkt zu erzielen ist. Um ein optimales Resultat zu erzielen, müssen die 2D-Ansichten gedreht, geneigt und geschwenkt werden (meist Drehknöpfe für die Achsen X, Y, Z), zusätzlich kann die Krümmung der Rekonstruktionsebene (z.B. an die Flexio des Uterus entlang des Endometriumreflexes) angepasst werden.

Ein weiterer Modus, «tomographic ultrasound imaging» (TUI) oder «multi-view», erlaubt die Darstellung mehrerer paralleler Schichten (bzw. multiplanarer Rekonstruktionen) in einem Raster. Dies ermöglicht, zusätzliche Details in bestimmen Bildabschnitten zu erhalten.

«Surface rendering images» (SRI) entstehen durch das sog. Rendern von Oberflächen aus den vorhandenen Rohdaten und erhalten durch diverse Anpassungen (Beleuchtungseffekte etc.) den mehr oder weniger ausgeprägten typischen 3D-Effekt, wie man ihn etwa von der Darstellung des fetalen Gesichtes im geburtshilflichen Ultraschall kennt. Dies ist hilfreich zur Darstellung äusserer oder innerer Konturen von Organen oder Befunden (Hydrosalpingen, Zysten etc.).

Innerhalb dieser Modi kann weiters eingestellt werden, ob echodichte oder -durchlässige Bereiche dargestellt werden. «Maximum intensity projection» und «minimum intensity projection» zeigen den hellsten respektive dunkelsten Voxel entlang des Schallweges, während «average intensity projection» die durchschnittliche Voxelhelligkeit heranzieht, um eine Art «Röntgeneffekt» zu erzielen.

Mittels «inversion mode» kann die Grauskala auch umgedreht werden, z.B. um anechogene Bereiche wie flüssigkeitsgefüllte Strukturen besser darstellen zu können. Mittels «volume contrast imaging» kann ein kontrastreicheres Bild erzeugt werden, indem mehrere nebeneinander liegende Frames zu einer dickeren Schicht kombiniert werden. Für weitere Ein- und Darstellungsmöglichkeiten können das Gerätehandbuch oder Online-Ressourcen der Hersteller konsultiert werden.

Anwendungsmöglichkeiten

Uterine Fehlbildungen

Die Prävalenz angeborener Uterusmalformationen wird mit bis zu 6,7% in der Allgemeinbevölkerung angegeben; bei infertilen Frauen oder solchen mit wiederholten Aborten beträgt sie über 7% bzw. etwa 17%.¹ Da die klinische Beurteilbarkeit starken Einschränkungen unterworfen ist, ist die Bildgebung in der Diagnostik zentral. Während die 2D-Sonografie ubiquitär verfügbar ist und zur Abklärung von nichtuterinen Strukturen meist ausreicht, zeigt die 3D-Sonografie eine höhere Sensitivität und Spezifität von 98,3% bzw. 99,4%.² Während im zweidimensionalen Querschnitt z.B. ein Uterus (sub-)septus von geübten Untersucher:innen am typischen Katzen- oder Eulenaugenphänomen erkannt werden kann (Abb. 1), ermöglicht es die 3D-Sonografie, eine virtuelle koronare Ebene der Gebärmutter zu visualisieren. Sie eignet sich somit optimal zur Diagnostik, aber auch zur Therapieplanung und postoperativen Kontrolle im Rahmen hysteroskopischer Eingriffe wie einer Septuminzision.

Das MRI zeigt eine vergleichbare Testgenauigkeit, ist jedoch teurer und sollte deshalb nur bei fehlender Möglichkeit zur Durchführung eines 3D-Ultraschalls, bei komplexen Fehlbildungen oder assoziierten Anomalien zum Einsatz kommen. Bei Fehlbildungen ist eine zusätzliche Nierensonografie durchzuführen. Wichtig ist eine genaue Beschreibung der Befunde, was mithilfe verschiedener Klassifikationssysteme erleichtert wird (u.a. AFS,³ Acien,⁴ VCUAM,⁵ ESHRE/ESGE,⁶ ASRM⁷), wobei am Universitätsspital Zürich üblicherweise die Einteilung nach ESHRE/ESGE verwendet wird.

Die Untersuchung wird idealerweise bei hoch aufgebautem Endometrium durchgeführt. Nach Erstellung der Koronarebene kann sowohl die äussere als auch die innere Uteruskontur dargestellt und die Fundusdicke («fundal thickness», FTH) bestimmt werden (Abb. 2). Eine allfällige Septierung ist dabei einfach erkennbar und mittels eines Messkreuzes leicht objektivierbar. Dies lässt sich einfach konstruieren: Zunächst wird eine Hilfslinie zwischen den beiden inneren Tubenostien eingezeichnet (sog. Interostiallinie). Nun kann kranial davon die Fundusdicke (bis zur Serosa) und kaudal davon die Länge des Septums sowie der Winkel der Septumspitze bzw. Carina ausgemessen werden (Abb. 3). Je nach Klassifikationssystem unterscheiden sich hier die Definitionen bzw. Massangaben, welche zur Diagnose einer Fehlbildung nötig sind. Während die ESHRE-ESGE-Guideline relativ «laxe» Kriterien vorschlägt, unter deren Anwendung viele Patientinnen die Diagnose eines Uterus (sub-)septus erhalten würden (bis zu 80%!), landen gemäss ASRM-Klassifikation viele Patientinnen in einer «Grauzone». Hier bewähren sich die CUME-Kriterien, mit deren Hilfe eine Einteilung gelingt, die am ehesten der tatsächlichen Prävalenz entspricht, und dies bei entsprechender Trennschärfe.⁸ Die vorgeschlagenen Kriterien zur Diagnose eines Uterusseptums sind eine Septumlänge von mindestens 10 mm, ein Winkel von <140° und ein Verhältnis Septum:Fundusdicke von >110% (Abb. 4, Tab. 1).

Dieselbe Gruppe publizierte Kriterien zur Diagnose eines T-förmigen Cavums, welches möglicherweise ebenfalls mit nachteiligen reproduktiven Outcomes vergesellschaftet ist.⁹

In unklaren Fällen, in denen die äussere Uteruskontur in der MPR nicht eindeutig zu sehen ist und so die Unterscheidung zwischen einem Uterus (sub-)septus und einem Uterus bicornis schwierig ist, hilft TUI bei der Differenzialdiagnose (Abb. 5 und 6).

Weitere Anwendungsmöglichkeiten

Die transvaginale 3D-Sonografie kann in zahlreichen weiteren Fragestellungen hilfreich sein.

Bei unklar liegenden Intrauterinpessaren oder «lost threads» ermöglicht sie die Darstellung des Fremdkörpers im Cavum. Fehllagen von Kupfer- und Hormonspiralen (z.B. «upside-down IUD») können so schnell und exakt diagnostiziert und der Patientin demonstriert werden (Abb. 7).

Bei einer Adenomyosis uteri zeigen sich im 2D-Ultraschall häufig die typischen direkten (Zysten, hyperechogene Inseln, echogene subendometriale Linien und Knospen) und indirekten Zeichen (asymmetrische Verdickung, kugeliger Uterus, fächerförmige Schallschatten, transläsionale Vaskularität, irreguläre oder unterbrochene Junktionalzone) gemäss MUSA.¹⁰

Insbesondere die Darstellung dieser endometrial-myometranen Übergangszone, welche auch im MRI regelmässig zur Diagnose einer Adenomyose verwendet wird, lässt sich mittels 3D-Sonografie besser darstellen. Am besten gelingt dies in einer Koronarebene mit aktiviertem «volume contrast imaging» (VCI); gelegentlich zeigt sich eine Art «ausgefranstes» Endometrium (Abb. 8).

Bei einem Uterus myomatosus kann die 3D-Sonografie zur Visualisierung der Myome hilfreich sein, insbesondere die Darstellung intracavitärer Anteile vor einer allfälligen hysteroskopischen Resektion (Abb. 9). Selbiges gilt für Endometriumpolypen.

Endometrioseknoten, etwa in der Blase, können anschaulich dreidimensional dargestellt werden im Sinne einer «virtuellen Zystoskopie» (Abb. 10). Auch Visualisierungen von Herden im Rektosigmoid (Abb. 11) stimmen gut mit den intraoperativen Befunden überein, wobei hier die 2D-Sonografie zur genauen Lokalisation und Grössenausmessung sicher im Vordergrund steht.

Dreidimensionale Darstellungen von Adnexbefunden, insbesondere zystischer Art oder von papillären Wucherungen, sind ebenfalls anschaulich, aber für die klassische Diagnostik nach IOTA-Kriterien nicht relevant .¹¹ Gespeicherte 3D-Volumina erlauben aber auch im Nachhinein eine reproduzierbare Einteilung der Befunde gemäss «IOTA simple rules».¹²

In fertilitätsmedizinischen Untersuchungen ermöglicht die 3D-Sonografie die Erfassung verschiedener Messgrössen wie der Ovarialvolumina, das (teilweise automatisierte) Zählen der Antralfollikel, die Darstellung der Tuben in einer HyCoSy oder der Ovarialdurchblutung mittels 3D-Power-Doppler.¹³

Im Bereich der Perinealsonografie des Beckenbodens ermöglicht das 3D-Verfahren etwa die Visualisierung von Avulsionen des Musculus pubovisceralis. Weitere spannende Einsatzmöglichkeiten bietet das gesamte Spektrum der Frühschwangerschaft, welches je nach Definition ebenfalls der «gynäkologischen» Sonografie zugerechnet werden kann (Abb. 12). Diese Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, und wir dürfen auf zukünftige Entwicklungen und Publikationen gespannt sein.

Literatur: