3-Dimensional Sonographic Volumetry of Fetal Brain, Liver and Myocardial Mass – Interdisciplinary Clinical Validation of the Method and Application in Fetuses With and Without Structural Heart Disease

Abstract

Background: Prenatal 3-dimensional (3D) ultrasound allows volumetry of the fetal brain, liver and measurement of myocardial mass (MM). We studied the reliability of this method in an interdisciplinary approach, defined the relation of the values throughout gestation, and evaluated the results in fetuses with congenital heart disease (CHD).

Methods: In 104 fetuses (39 with CHD) between 14 and 38 weeks of gestation 3D ultrasound was prospectively performed. Data sets of brain, abdomen and heart were stored for off-line analysis of volumes and MM. Descriptive statistics, coefficients of correlation and of variation (CV) were performed.

Results: Volumetric data set acquirement was feasible in all pregnancies, lasted approximately 10 min, but off-line analysis was feasible in only 66% lasting about 45 min. MM increased in a linear fashion during gestation. CV were 11.0 and 10.8 for the left, 14.39 and 12.66, respectively, for the right MM. Median ratio between right and left MM was 0.88 in normal fetuses, and 8.25 in fetuses with hypoplastic left heart syndrome. Intra- and interobserver variabilities revealed CVs of 2.46 and 11.80, respectively, for brain volumetry, and CVs of 3.16 and 29.2, respectively, for liver volumetry. Both brain and liver volumes were positively associated with gestational age, and did not show different growth patterns in fetuses with CHD.

Conclusions: Prenatal volumetry is time-consuming, but reliable especially for left MM and brain volume. Linear growth of brain and liver volume is present in utero irrespective of CHD. Application of our reference graphs of MM growth allows early differentiation in CHD.

Zusammenfassung

Hintergrund: Der 3-dimensionale (3D) Ultraschall ermöglicht Volumetrien von Hirn und Leber sowie die Bestimmung der myokardialen Masse (MM) im Fetalalter. Wir untersuchten die Reliabilität dieser Methode in einem interdisziplinären Ansatz, bestimmten die Messwerte in Relation zum Gestationsalter, und verglichen sie mit denen von Feten mit angeborenem Herzfehler (CHD).

Methode: Bei 104 Feten (39 mit CHD) führten wir prospektiv zwischen 14 und 38 Schwangerschaftswochen eine 3D-Sonografie durch. Die 3D-Datensätze von Gehirn, Leber und Herz wurden für die offline –Volumetrie bzw. MM-Messung gespeichert. Zur weiteren Analyse dienten deskriptive Statistik, Korrelations- und Variationskoeffizienten (CV) .

Ergebnisse: Bei allen Feten gelang die volumetrische Datensatz-Akquise mit einem Zeitaufwand von durchschnittlich 10 min. Die Offline-Analyse benötigte jeweils etwa 45 min, war aber wegen inadäquater Bildqualität nur in ca 2/3 der Fälle möglich. Die MM stieg mit zunehmendem Gestationsalter linear an. Für die linke MM wurde ein CV zwischen 11,0 and 10,8, für die rechte zwischen 14,39 and 12,66 bestimmt. Der mediane Quotient von rechter und linker MM betrug 0,88 bei Feten ohne CHD, und 8,25 bei Feten mit hypoplastischem Linksherzsyndrom. Intra- and Interobserver-Variabilitäten ergaben einen CV von 2,46 bzw. 11,80 für die Gehirnvolumetrien, und einen CV von 3,16 bzw. 29,2 für die Lebervolumetrien. Gehirn- und Lebervolumina waren bei Feten mit und ohne CHD positiv mit dem Gestationsalter assoziiert.

Schlussfolgerung: Pränatale Volumetrien sind zeitaufwändig, aber für linksseitige MM und Gehirn reliabel bestimmbar. Fetale Leber und Gehirn zeigen unabhängig von einem fetalen CHD ein lineares Wachstum im Schwangerschaftsverlauf. Die hier vorgestellten MM-Referenzgrafen können zur schnellen Orientierung zum Herzmuskel-Wachstum bei fetalem CHD dienen.

Key words

fetal 3-dimensional ultrasound - fetal sonographic volumetry - fetal myocardial mass

Schlüsselwörter

fetaler 3-dimensionaler Ultraschall - fetale sonografische Volumetrie - fetale myokardiale Maße

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