Uso de ultrasonido 3D para mejorar el seguimiento de aneurismas peligrosos

Durante su investigación doctoral, Esther Maas investigó el uso de nuevas técnicas de ultrasonido para obtener imágenes de aneurismas aórticos peligrosos para la atención específica de cada paciente.

Un aneurisma es una afección vascular peligrosa en la que un punto débil en la pared de un vaso puede sobresalir como un globo. En la aorta, la arteria más grande del abdomen, un aneurisma de este tipo pone en peligro la vida, especialmente cuando estalla.

Durante su investigación doctoral, Esther Maas trabajó en una forma fiable de controlar los aneurismas mediante ultrasonidos. Realizó su investigación en el grupo TU/e ​​PULS/e (Photoacoustics & Ultrasound Laboratory Eindhoven) y en el Hospital Catharina de Eindhoven. Defendió su tesis en el Departamento de Ingeniería Biomédica el 9 de abril.

En una afección vascular tan peligrosa, el aneurisma suele descubrirse tarde o incluso demasiado tarde. De hecho, un aneurisma en sí casi nunca causa ningún síntoma. Sólo cuando el bulto estalla y se produce sangrado se suele descubrir un aneurisma. Cuando esto sucede en la arteria más vital de nuestro cuerpo, la aorta, pone en peligro la vida.

A veces, los aneurismas se descubren antes de todos modos, generalmente por casualidad. Por ejemplo, durante una exploración de la cavidad abdominal debido a otros síntomas. En ese caso, el cirujano vascular puede continuar monitoreando el bulto e intervenir cuando el riesgo de que el aneurisma estalle sea demasiado grande.

«La probabilidad de que un aneurisma se rompa está relacionada con su tamaño. Sin embargo, también observamos diferencias entre los pacientes», explica Maas. «A veces también se rompen aneurismas relativamente pequeños, mientras que en otros pacientes un aneurisma relativamente grande permanece estable».

«Los criterios actuales para operar para eliminar el aneurisma están relacionados principalmente con el diámetro, lo que significa que a veces la cirugía se realiza demasiado pronto y otras demasiado tarde. Queríamos mejorar eso mejorando nuestra comprensión de cuándo un aneurisma está en riesgo de romperse. Para hacer esto, observamos la forma tridimensional del aneurisma y sus propiedades mecánicas».

Actualmente, se emplea ultrasonido bidimensional estándar para monitorear un aneurisma. La desventaja de esta técnica es que sólo se puede tomar una fotografía en un lugar a la vez («un corte»). Si bien la resonancia magnética y la tomografía computarizada permiten ver toda la forma tridimensional del aneurisma, estas técnicas son costosas y requieren mucho tiempo.

Entonces Maas asumió el desafío de utilizar la ecografía para desarrollar un método fiable de seguimiento de los aneurismas. Para poder controlar a los pacientes de forma segura, se ahorran costes sanitarios y los médicos se ahorran la tarea de operar innecesariamente.

La ecografía 3D, especialmente como imágenes en movimiento (3D temporal o ecografía 3D+t), es un método excelente para obtener imágenes de un aneurisma. Es rápido, menos estresante para el paciente, no emite radiación y además es más económico que las alternativas. Maas dice: «Nos permite ver la forma y el movimiento del aneurisma simultáneamente».

La calidad de la imagen aún podría mejorarse para permitir al médico evaluar un aneurisma. «Sin embargo, procesar estas imágenes de ultrasonido es un desafío, porque las imágenes contienen un patrón moteado. Además, los tonos grises no son directamente atribuibles a un tejido», dice Maas.

«Por lo tanto, al comienzo de mi investigación, trabajamos principalmente en un método para determinar de forma automática y precisa la forma de un aneurisma a partir de imágenes de ultrasonido 3D+t».

Las imágenes reales de los pacientes fueron tomadas en el Hospital Catharina de Eindhoven. En este estudio se siguieron hasta quinientos pacientes. Maas afirma: «Cuando vinieron a solicitar un ultrasonido bidimensional convencional para el control del diámetro, también hicimos un eco 3D+t».

«Desarrollamos un algoritmo informático que buscaba la pared del vaso en las imágenes 3D+t-eco. Comparamos la forma resultante con imágenes de TC (tomografía computarizada), el estándar de oro actual para obtener imágenes de aneurismas. Esto demostró que la forma de 3D+ Las imágenes de t-eco se corresponden bien con la forma de la TC».

Al determinar automáticamente la forma del aneurisma en todas las imágenes de la serie temporal de ultrasonidos 3D+t, también fue posible estimar la expansión de la pared del vaso durante el ciclo cardíaco. Combinado con la presión arterial, esto da una estimación de cuán elástica es la pared del vaso.

«Utilizando esta técnica, descubrimos que una combinación de forma tridimensional y elasticidad tiene un mejor valor predictivo para el crecimiento del aneurisma que medir únicamente el diámetro», continúa Maas.

«En el siguiente paso, mejoramos aún más la determinación de la forma mediante el aprendizaje profundo. Utilizamos más de 1.300 imágenes de ultrasonido 3D+t disponibles para entrenar un modelo que podría determinar de manera aún más sólida la forma del aneurisma».

Pero los investigadores querían mejorar aún más las imágenes. Al combinar múltiples imágenes de ultrasonido, querían resolver algunas de las deficiencias de la ecografía, una de las cuales es que solo se puede ver un área pequeña a la vez.

«Esto significaba que la imagen ecográfica no captaba los aneurismas grandes en su totalidad», explica Maas. «Para resolver esto, tomamos varias imágenes de ultrasonido una al lado de la otra, primero sincronizándolas en el tiempo y luego superponiéndolas y fusionándolas espacialmente. Esto nos permitió obtener imágenes de aneurismas aún más grandes con ultrasonido».

Una segunda desventaja del ultrasonido es direccional: la dirección en la que se mira es muy decisiva. En una dirección la calidad de la imagen es mucho mejor que en la otra.

Maas dice: «Para solucionar este problema, combinamos imágenes ecográficas de la aorta desde diferentes ángulos, lo que condujo a una mejora del contraste de las imágenes y a una mejor determinación de la expansión durante el ciclo cardíaco».

«Nuestra investigación demostró cómo se pueden controlar los aneurismas mediante imágenes 3D+t-eco», concluye Maas. «En primer lugar, determinando automáticamente diferentes características que son importantes para el crecimiento de los aneurismas en la cavidad abdominal. Además, demostrando el valor añadido de combinar múltiples imágenes ecográficas».

Esto marca un paso importante hacia la posibilidad de utilizar imágenes de ultrasonido 3D+t para monitorear los aneurismas en la clínica y, en última instancia, brindar una atención más específica al paciente.