Die Reproduzierbarkeit und Wiederholbarkeit der 3D ... · Die ideale Methode, um biologische...
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Aus der Klinik für Frauenheilkunde mit Poliklinik und Hebammenschule der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Direktor: Prof. Dr. M. W. Beckmann Die Reproduzierbarkeit und Wiederholbarkeit der 3D-Ultraschall Plazentavolumetrie im ersten Trimenon Inaugural-Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde der Medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Vorgelegt von Verena Fritz aus Nürnberg
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Aus der Klinik für Frauenheilkunde mit
Poliklinik und Hebammenschule
der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Direktor: Prof. Dr. M. W. Beckmann
Die Reproduzierbarkeit und Wiederholbarkeit
der 3D-Ultraschall Plazentavolumetrie
im ersten Trimenon
Inaugural-Dissertation
zur Erlangung der Doktorwürde
der Medizinischen Fakultät
der
Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
Vorgelegt von
Verena Fritz
aus
Nürnberg
Gedruckt mit Erlaubnis der Medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
Dekan: Prof. Dr. J. Schüttler
Referent: Prof. Dr. R. Schild
Korreferent: Prof. Dr. J. Dötsch
Tag der mündlichen Prüfung: 6. April 2011
Für Dominik
und meine Eltern
Inhaltsverzeichnis
1.a Zusammenfassung ............................................................................................... 1
1.b Abstract ................................................................................................................. 3
2. Einleitung ................................................................................................................ 5
2.1 Historische Entwicklung des Ultraschalls ........................................................................ 5
2.2 Entwicklung vom konventionellen 2D- zum 3D- Ultraschall ........................................... 6
2.3 3D- Ultraschall in der Gynäkologie und Geburtshilfe ..................................................... 7
2.4 Anatomie und Entwicklung der menschlichen Plazenta ................................................. 8
2.5 3D-Ultraschall der Plazenta ............................................................................................. 9
2.6 Die Reproduzierbarkeit der 3D-Ultraschalluntersuchung............................................. 10
2.7 Derzeitiger Wissenstand zur Reproduzierbarkeit der 3D-Ultraschall
Plazentavolumetrie ....................................................................................................... 11
2.8 Zielsetzung und Fragestellung der Arbeit ..................................................................... 13
3. Patientinnen und Methoden ................................................................................. 14
3.1 Patientenkollektiv ......................................................................................................... 14
3.2 Volumenaufnahme der Plazenta .................................................................................. 14
3.3 Volumenmessung .......................................................................................................... 18
3.4 Intra- und interindividuelle Messgenauigkeit ............................................................... 23
3.5 Statistische Auswertung ................................................................................................ 23
4. Ergebnisse ............................................................................................................ 26
4.1 Klinische Daten des Patientinnenkollektivs .................................................................. 26
4.2 Plazentavolumenmessungen ........................................................................................ 30
4.3 Maß für die Gesamtreliabilität ...................................................................................... 31
4.4 ICC-Maß für die intraindividuelle Messgenauigkeit ...................................................... 33
4.5 ICC-Maß für die interindividuelle Messgenauigkeit ...................................................... 33
4.6 Einfluss der Messmethode ............................................................................................ 34
4.7 Zusammenfassung ........................................................................................................ 35
5. Diskussion ............................................................................................................ 36
5.1 Diskussion der Methode ............................................................................................... 36
5.2 Diskussion der Ergebnisse ............................................................................................. 38
5.3 Diskussion der Fehlermöglichkeiten ............................................................................. 42
5.4 Schlussfolgerungen, Ausblicke, Konsequenzen ............................................................ 43
6. Literaturverzeichnis .............................................................................................. 45
7. Abkürzungsverzeichnis ........................................................................................ 54
8. Danksagung .......................................................................................................... 55
1
1.a Zusammenfassung
Hintergründe und Ziele
Die Plazenta ist als feto-maternales Organ direkt am Austausch zwischen mütterlichem
und fetalem Organismus beteiligt. Im Screening wird die Volumenbestimmung von
Plazenta und Fetus mittels Ultraschall zur Vorhersage von Chromosomenanomalien,
IUGR-Feten (intra- uterine- growth- restriction) und Präeklampsie durchgeführt. Die
Volumenmessung der Plazenta mittels 2D-Ultraschall wird aufgrund der
unregelmäßigen Form des Organs als ungenau betrachtet und soll durch die 3D-
Ultraschall Plazentavolumetrie ersetzt werden. Bevor diese neuere Technik im
klinischen Alltag etabliert werden kann, müssen alle Aspekte der Reproduzierbarkeit,
insbesondere die Reliabilität, die Verlässlichkeit der Methode, untersucht werden.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es, die Reproduzierbarkeit der 3D-Ultraschall
Plazentavolumetrie im ersten Trimenon in vivo zu untersuchen. Es wurden die
interindividuelle und die intraindividuelle Messgenauigkeit bestimmt, sowie Messungen
mit der VOCAL-Methode mit zwei verschiedenen Rotationswinkeln durchgeführt.
Patientinnen und Methoden
In die prospektive klinische Studie wurden 51 volljährige Patientinnen mit
Einlingsgravidität und einem Gestationsalter der Schwangerschaft von 11.+0 bis 13.+6
Schwangerschaftswochen eingeschlossen, deren Ultraschallaufnahmen abdominal
und zwischen Januar 2006 und Oktober 2007 an der Universitätsfrauenklinik Erlangen
von zwei ausgewählten Sonographeuren angefertigt worden waren.
Ausschlusskriterien waren chromosomale und strukturelle Anomalien, intrauteriner
Fruchttod, Einnahme von bestimmten Medikamenten, sowie schwere Vorerkrankungen
der Schwangeren. Von diesen 51 Patientinnen wurde je eine abdominelle 3D-
Volumenaufnahme der Plazenta mit dem 3D-Ultraschallgerät Voluson 730 Expert (GE
Medical Systems Kretztechnik, Zipf, Österreich) durchgeführt. Von diesen wurde offline
von zwei verschiedenen Untersuchern mit dem Programm 4D-View das
Plazentavolumen bestimmt und zwar von Untersucher 1 zweimal in 15°
Rotationsschritten und von Untersucher 2 einmal in 15° Rotationsschritten und einmal
in 9° Rotationsschritten. Als Maße für die Reliabilität wurden Intra- bzw.
Interkorrelationskoeffizienten (ICC) nach Shrout und Fleiß verwendet. Als statistische
Tests wurden ein gemischtes lineares Modell und ein Wilcoxon- Vorzeichen- Rang-
Test verwendet.
2
Ergebnisse
Es ergab sich für die intraindividuelle Messgenauigkeit ein ICC-Maß von 0,992 und
damit eine sehr hohe Übereinstimmung zwischen den beiden Messungen von
Untersucher 1 und für die interindividuelle Messgenauigkeit ein ICC-Maß von 0,992
und damit eine sehr hohe Übereinstimmung zwischen den Messungen beider
Untersucher. Im Vergleich der beiden Messmethoden mit 9° und 15° Rotationswinkel
konnte kein statistisch signifikanter Unterschied festgestellt werden (p=0,888).
Praktische Schlussfolgerungen
Es konnte gezeigt werden, dass der untersucherspezifische Effekt bei der 3D-
Plazentavolumetrie mit der VOCAL-Methode im ersten Trimenon als sehr gering
einzustufen ist. Weiterhin gab es keine Unterschiede in der Messgenauigkeit zwischen
der VOCAL-Methode mit 9° und 15° Rotationswinkel. Die VOCAL-Methode mit 15°
Rotationswinkel ist wesentlich schneller durchführbar und bietet somit einen Vorteil im
klinischen Alltag gegenüber der VOCAL-Methode mit 9° Rotationswinkel. Die 3D-
Ultraschall Plazentavolumetrie im ersten Trimenon ist eine verlässliche und
wiederholbare Messmethode und kann in Übereinstimmung mit Literaturdaten als
praxistaugliches Verfahren gelten.
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1.b Abstract
Introduction
The human placenta is a feto-maternal organ. It is directly involved in the exchanges
that take place between the maternal and fetal organisms. The measurements of fetal
and placental volumes have been used in screening for fetuses with chromosomal
abnormalities and intrauterine growth restriction, as well as in pregnancies complicated
by pre- eclampsia. The measurement of placental volume obtained through 2D-
ultrasound is thought to be imprecise due to its irregular shape. It should be replaced
by 3D- ultrasound. Using 3D- ultrasound for clinical purposes requires a critical
evaluation of all aspects of reproducibility. Especially the reliability has to be proved.
The main aim of this study was to evaluate the in- vivo reproducibility of three-
dimensional ultrasound volume measurements of the placenta in the first trimenon.
Volume measurements with the VOCAL- method and two different rotation angles were
performed and the intra- and interobserver reliability were determined.
Methods
51 adult women with singleton pregnancy between 11.+0 until 13.+6 weeks of
gestation were included in this clinical prospective study. Two operators independently
acquired placental volumes using an abdominal probe. Exclusion criteria were major
chromosomal or structural anomalies, intrauterine fetal death as well as severe
maternal disease or certain maternal medication. All 51 measurements were performed
by two operators using a Voluson 730 Expert ultrasound machine (GE Medical
systems, Kretztechnik, Zipf, Austria) with an abdominal probe. The ultrasound data
were analyzed offline by two independent observers with the use of 4D- View.
Observer 1 measured each picture twice with the VOCAL- method and a rotational
angle of 15° and observer 2 measured once with 15° and once with 9°. Reliability was
evaluated using intraclass and interclass correlation coefficients (ICC) according to
Shrout and Fleiß. A mixed linear model and a Wilcoxon signed rank test were used as
statistical tests.
Results
A very high degree of reliability was observed between the two measurements of
observer 1 with 15° rotation angle (ICC 0,992) as well as between the measurements
of both observers using 15° rotation (ICC 0,992). There were no significant differences
between volumes obtained through VOCAL 15° or 9° (p = 0,888).
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Conclusion
Volume calculation from three- dimensional ultrasound datasets of the placenta in the
first trimenon is reliable. Measurements with VOCAL 9° and 15° are equal. Placental
volume measurement using the VOCAL method with a rotational angle of 15° is faster
to perform and just as accurate as the volume obtained by VOCAL 9°. This is an
advantage in the clinical setting.
Three- dimensional ultrasound volumetry of the placenta during the first trimenon is in
agreement with literature a reliable and repeatable method and can be introduced into
clinical practice.
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2. Einleitung
2.1 Historische Entwicklung des Ultraschalls
Die ideale Methode, um biologische Parameter zu erfassen, sollte sicher und
schmerzfrei sein und daher vom Patienten gerne angenommen und akzeptiert werden.
Die Sonografie erfüllt diese Kriterien (Nakai et al., 2002).
Als Ultraschall werden alle mechanischen Schallwellen mit Frequenzen oberhalb von
16kHz bezeichnet. Schallvorgänge sind elastische Schwingungen von Materie. Die
Schallwelle ist mit longitudinaler und transversaler Ausbreitung an Materie gebunden,
ganz im Gegensatz zur elektromagnetischen Welle. Sie entsteht als Folge von
zeitlichen und räumlich sich ausbreitenden Verdichtungen und Verdünnungen in
Flüssigkeiten und festen Körpern. Diese Schwingungen können optisch sichtbar
gemacht werden und stellen so die Basis für die Ultraschalldiagnostik dar. In Natur und
Technik wird Ultraschall sehr erfolgreich zur Ortung und Messung eingesetzt. In der
Medizin werden seit mehr als 50 Jahren Gewebestrukturen mittels Ultraschall
untersucht. Sein Haupteinsatzgebiet dient der Diagnostik und dem Staging von
Erkrankungen. Erste Versuche einer Ultraschalldiagnostik überhaupt wurden von Gohr
und Wedekind 1940 unternommen, ohne dass jedoch konkrete Ergebnisse bekannt
wurden (Gohr et Wedekind, 1940). Das heute benutzte Impuls-Echo-Verfahren wurde
1950 erstmals von French (French et al.,1951) angewandt. Ian Donald ist jedoch als
Vater der gynäkologisch-geburtshilflichen Ultraschalldiagnostik anzusehen (Donald,
1965). Er begann 1955 mit Untersuchungen von Myomen und Ovarialzysten in-vitro
und entwickelte in Zusammenarbeit mit dem Physiker T.G. Brown den ersten zwei-
dimensionalen Ultraschall- Kontakt- Scanner (Donald et Brown, 1961). Donald führte
1957 die ersten Ultraschalluntersuchungen an Schwangeren durch. Ein Versuch, die
Plazenta darzustellen, scheiterte allerdings (Donald, 1974). Das erste schnelle
Schnittbildgerät im „real-time-Verfahren“, das 1965 von Krause und Soldner entwickelt
worden war, brachte neue diagnostische Möglichkeiten (Krause et Soldner, 1967). Es
konnten nun Bewegungsabläufe, wie kindliche Bewegungen, Herzaktionen und
Atembewegungen im Schnittbild gesehen und beurteilt werden. Da die damaligen
Compound-Scanner mit Speicherröhren arbeiteten und diese nur eine harte schwarz-
weiß Darstellung ermöglichten, war eine ausreichende Darstellung der Plazenta zu
diesem Zeitpunkt nicht machbar. Der erste gelungene Versuch einer
Plazentalokalisation wurde 7 Jahre nach Donalds ersten Versuchen publiziert. Durch
die Einführung der Grauwerttechnik mit Hilfe des Scan-Converters wurde die
Speicherröhre beseitigt und damit das größte Problem des Compound-Scan
Verfahrens. Auf dem zweiten Europäischen Ultraschallkongress 1975 in München
6
wurde erstmals ein Multielement-Scanner (ADR) ausgestellt und verhalf dem real-time
Verfahren in den nächsten Jahren zu einem weltweiten Durchbruch. Die weitere
Verbreitung der Ultraschalldiagnostik in den Praxen niedergelassener Gynäkologen
machte es möglich, dass in Deutschland als erstem Land der Welt routinemäßig, im
Rahmen eines Screening-Programms, Ultraschalluntersuchungen in jeder
Schwangerschaft durchgeführt werden. Dies geschieht seit 1980.
2.2 Entwicklung vom konventionellen 2D- zum 3D- Ultraschall
Der konventionelle 2D- Ultraschall erzeugt zweidimensionale Bilder der Region, die der
Untersucher mit dem Schallkopf am Patienten aufsucht. Der Benutzer muss dann im
Geiste diese Schnittbilder zu einem dreidimensionalen Bild der interessierenden
Struktur erstellen. Dazu benötigt er diese Schnittbilder, die geschätzte Position des
Schallkopfs, medizinisches Vorwissen und Erfahrung auf diesem Gebiet. Dies führt
dazu, dass die Ultraschalluntersuchung sehr subjektiv ist und einige Nachteile mit sich
bringt. Zum einen kann es für den Untersucher schwierig sein, die Schnittebene richtig
zu lokalisieren, was zu Messfehlern führen kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin,
dass sich einmal erhobene Bilddaten schlecht zu einem späteren Zeitpunkt
reproduzieren lassen, was Follow-up Studien verhindert. Außerdem ist es oftmals
schwierig bis unmöglich, die geforderten oder gewünschten Schnittebenen darzustellen
und qualitativ hochwertige Bilder zu erstellen. Der 3D-Ultraschall kann helfen, diese
Nachteile auszugleichen und die Ultraschalluntersuchung objektiver zu gestalten
(Robert et al., 2000). Zahlreiche seiner Vorzüge wurden bereits von Nelson und
Pretorius (Nelson et Pretorius, 1998) herausgestellt.
Erstens können Volumendaten in multiplanaren Sichten dargestellt werden und bieten
so zusätzliche Blickwinkel auf die gewünschte Struktur, die mit konventionellem
Ultraschall so schwerlich zu erreichen wären. Zweitens ist mit dieser Technik auch eine
Volumenaufnahme gekrümmter und unregelmäßig geformter Strukturen und Organe
möglich. Zusätzlich können 3D- Volumenaufnahmen in alle erdenklichen Richtungen
rotiert werden und verbessern somit das Verständnis für die Anatomie des Patienten.
Drittens können alle Volumendaten gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt off-
line wieder abgerufen, erneut vermessen oder an einen Spezialisten weitergeleitet
werden, selbst wenn der Patient die Klinik verlassen hat. Viertens finden diese
Volumendaten Anwendung bei interventionellen Verfahren, wie z.B. Punktionen.
Schlussendlich können sehr präzise Volumenvorhersagen aller Organe oder
unregelmäßig geformter Objekte getroffen werden (Michailidis et al., 2001).
7
2.3 3D- Ultraschall in der Gynäkologie und Geburtshilfe
3D- Ultraschall wird in vielen Bereichen der Medizin eingesetzt, wie z.B. in der
Kardiologie, Urologie, Gastroenterologie, Dermatologie, Ophthalmologie, Nephrologie
und Angiologie. Doch seine neuen Möglichkeiten werden am meisten in der
Gynäkologie und Geburtshilfe genutzt (Lee et al., 2007).
In der Gynäkologie wird 3D-Ultraschall zur Messung von Länge und Dicke der Zervix
(Valentin et Bergelin, 2002), zur Bestimmung des Volumens beim Zervix- Carcinom
(Chou et al., 1997), sowie des Volumens der Ovarien (Raine-Fenning et al., 2003) und
der Endometriumdicke bei postmenopausalen Frauen (Epstein et Valentin, 2002)
eingesetzt. Die Messung von Volumen und Dicke des Endometriums mittels 3D-
Sonographie hat allerdings keine Vorhersagekraft für Konzeptionsraten nach IVF (In-
vitro-Fertilisation) (Schild et al., 1999).
In der Geburtshilfe wird dreidimensionaler Ultraschall vor allem in der
Pränataldiagnostik eingesetzt, da er sicherer und nicht-invasiver Natur ist und keine
Strahlenbelastung erzeugt (Hafner et al., 2001).
So können mit dieser Methode fetale Malformationen, wie mediastinale Teratome
(Schild et al., 1998), mesoblastische Nephrome (Schild et al., 2000), Omphalocelen
(Chuang et al., 2000), sacrococcygeale Teratome (Hata et al., 2000), unilaterale
Megalencephalie (Hafner et al., 1999) besser dargestellt und beurteilt werden, obwohl
sie meist mittels 2D-Ultraschall gefunden werden können (Michailidis et al., 2001). Die
plastische Darstellung der Malformationen macht diese für Eltern besser verständlich.
Das akkurate Bestimmen von Organgrößen und –volumina ist allerdings eine der
wichtigsten Aufgaben des 3D-Ultraschalls in der Pränataldiagnostik (Michailidis et al.,
2001). Es wurden bereits etliche Studien zum Thema in-vitro (Riccabona et al., 1996)
und in-vivo (Gilja et al., 1995) Validität und Reproduzierbarkeit der 3D-
Ultraschallvolumetrie durchgeführt. Berg (Berg et al., 2000) konnte zeigen, dass die in-
vitro Messung von Objekten größer als 500 mm3 sehr genau ist. Bei Objekten kleiner
als 500 mm3 werden die Messergebnisse weniger genau. Trotzdem ist die herrschende
Meinung, dass 3D-Ultraschall bessere Messwerte in der Volumenbestimmung liefert
als 2D-Ultraschall. Dies gilt vor allem, wenn es sich um unregelmäßig geformte Objekte
handelt.
Die 3D- Volumetrie wird auch zur Vorhersage des Geburtsgewichts des Feten benutzt.
Die Idee hinter dieser Theorie ist, dass eine anormale Gewebemenge ein guter
Indikator für fetale Wachstumsaberrationen ist (Deter at al., 1995, Vintzileos et al.,
1987, MacLean et al., 1970). Neuere Studien befassen sich mit der Validierung neuer
Formeln zur Berechnung des Geburtsgewichts auf dem Boden einer Kombination aus
konventioneller Biometrie und 3D-Ultraschallparametern.
8
Schild (Schild et al., 1999) festigte die These, dass die fetale Gewichtsschätzung
anhand von Volumetrie des Oberschenkels und Oberarms des Feten genauer ist als
Schätzungen mit Hilfe verschiedener biometrischer Parameter aus 2D-
Ultraschalluntersuchungen.
Weiterhin werden mittels 3D-Ultraschall das Volumen des Dottersacks (Mueller et al.,
2000, Kupesic et al., 1999), der fetalen Lunge (Bahmaie et al., 2000), sowie des fetalen
Kleinhirns (Chang et al., 2000) und der Wirbelkörper (Schild et al., 1999, Schild et al.,
2000, Ulm et al., 1999, Wallny et al., 1999) bestimmt.
Besonderes Augenmerk liegt aber auch auf der Bestimmung des Plazentavolumens.
2.4 Anatomie und Entwicklung der menschlichen Plazenta
Die Plazenta ist direkt involviert in den Austausch zwischen mütterlichem und fetalem
Organismus. Aus diesem Grund wird sie auch als feto-maternales Organ bezeichnet.
Sie entwickelt sich ab der vierten Schwangerschaftswoche, sobald die ersten
anatomischen Strukturen, die eines regen physiologischen Austauschs zwischen
Mutter und Embryo bedürfen, entstehen. Sie wird in zwei Komponenten unterteilt, den
mütterlichen und den fetalen Anteil (Nowak et al., 2008). Es wird vor allem verwiesen
auf (Holländer et al., 1984).
Die menschliche Plazenta entwickelt sich aus dem Chorion frondosum. Dieses
differenziert sich aus dem dünneren und glatten Chorion laeve. Im ersten
Schwangerschaftstrimester wird die Amnionhöhle rund um den Embryo durch die
dünne Amnionhaut von der extraembryonalen Coelomhöhle abgetrennt. Diese befindet
sich zwischen Amnion und Chorion. Rund um die 12. Schwangerschaftswoche
verschwindet die extraembryonale Coelomhöhle und Amnion und Chorion liegen direkt
aneinander. Die Amnionhöhle vergrößert sich zunehmend. Der für gewöhnlich
spaltförmige Raum zwischen Decidua capsularis und Decidua parietalis kann jedoch
stellenweise aufgeweitet und somit sonographisch sichtbar sein. Die typischen
Plazentastrukturen Chorionplatte, Plazentaparenchym und Basalplatte finden sich nach
der 12.- 14. Schwangerschaftswoche. Auf der fetalen Seite ist die Chorionplatte mit
Amnion bedeckt. Hier inseriert die Nabelschnur mit der Vene und den beiden dünnen
Arterien. Die Zotten und die intervillösen Räume bilden das Plazentaparenchym. Von
der Chorionplatte entspringen die Stammzotten, die die fetalen Blutgefäße enthalten.
Sie sind in Cotyledonen angeordnet und baden in den intervillösen Räumen. Diese
werden von mütterlichem Blut durchströmt. Die Cotyledonen werden von Septen
umgeben, die von der Basalplatte ausgehen. Diese Basalplatte besteht aus Decidua
basalis mit den offenen Spiralarterien, aus denen mütterliches Blut in die intervillösen
9
Räume fließt. Von den großen Venen (Sinusoide) unter der Basalplatte wird das
mütterliche Blut wieder aufgenommen.
Im Laufe des 3. Trimesters setzt sich in der Basalplatte und in den Septen fibrinoides
Material ab (Nitabuchsches Fibrinoid), das Kalzium enthält. Die offenen Räume
zwischen den Zotten innerhalb der Cotyledonen können größer und avillös werden.
Dadurch entstehen sogenannte Cavernen oder Hohlräume. In den intervillösen
Räumen unter der Chorionplatte können sich kleinere oder größere Fibrinplaques
bilden.
Die meisten der beschriebenen Phänomene können echographisch beobachtet
werden.
2.5 3D-Ultraschall der Plazenta
Aufgrund ihrer unregelmäßigen Form wird die Volumenmessung der Plazenta mittels
2D- Ultraschall als ungenau betrachtet (Nowak et al., 2008). Mit Einführung des 3D-
Ultraschalls bietet sich eine Möglichkeit, das Plazentavolumen genauer zu bestimmen.
Plazentavolumenberechnungen können mithilfe einer approximativen Formel oder mit
Serienschnitten und einer Integrationsformel vorgenommen werden. Das
Plazentavolumen wurde erstmals von Hellman anhand von Ultraschallmessungen
unter Benutzung einer Formel für ein Segment einer Ellipse (plankonvexes Modell)
studiert (Hellmann et al., 1970). Bleker berechnete das Plazentavolumen durch
Integration und zwar ausgehend von vier Schnittbildern. Er führte longitudinale
Verlaufsuntersuchungen durch (Bleker et al., 1977).
Gegenwärtig ist VOCAL (Virtual Organ Computer-aided Analysis) die am meisten
genutzte Methode, um Volumenbestimmungen aus 3D-Ultraschall Datensätzen
vorzunehmen. Diese Software erlaubt die Messung von Volumina, indem das Organ
oder die interessierende Struktur um eine fixe Achse rotiert wird, während
zweidimensionale Konturen manuell oder automatisch in jeder Schnittebene umrandet
werden. Es können verschiedene Rotationswinkel gewählt werden (6°,9°,15°,30°). Je
größer der Winkel, desto weniger Rotationsschritte und damit weniger Umrandungen
sind nötig, um die Messung vollständig durchzuführen (Kusanovic et al., 2008).
Das Messen und Darstellen des Plazentavolumens in verschiedenen
Gestationsstadien vermag unser Verständnis für physiologische und
pathophysiologische Vorgänge in Plazentawachstum und –reifung zu verbessern. Die
Volumenbestimmung von Fetus und Plazenta werden im Screening zur Vorhersage
von Chromosomenanomalien, IUGR-Feten (intra- uterine- growth- restriction) und
Präeklampsie durchgeführt (Deurloo et al., 2007, Hafner et al., 1998).
10
Ein Zusammenhang besteht zwischen dem gemessenen Plazentavolumen und dem
gemessenen fetalen Volumen. Dieses korreliert wiederum besser mit dem
Gestationsalter der Schwangerschaft als das Plazentavolumen (Hafner et al., 2001).
Hafner postuliert, dass sich durch den Quotienten aus fetalem und plazentarem
Volumen Hochrisikoschwangerschaften möglicherweise leichter diagnostizieren lassen
(Hafner et al., 2001). Auf die Frage, ob es einen Zusammenhang zwischen dem
Plazentavolumen und chromosomalen Defekten gibt, schreibt Wegrzyn, dass zwar das
Plazentavolumen im ersten Trimenon bei Feten mit Trisomie 13 oder 18 kleiner ist als
bei gesunden Feten, dieses aber trotzdem kein verlässlicher Voraussagefaktor für
Chromosomenstörungen ist (Wegrzyn et al., 2005). Auch Voraussagen bezüglich SGA
Kindern (small-for-gestational-age) im zweiten Trimenon durch 3D-
Ultraschallvolumenmessungen der Plazenta sind nicht verlässlich möglich (Hafner et
al., 1998). Weiterhin hängt das Plazentavolumen, gemessen mit der VOCAL-Methode
und 15° Rotationswinkel nicht von der Chorionizität ab (Wegrzyn et al., 2006).
Metzenbauer untersuchte die Hypothese, ob das Plazentavolumen im ersten Trimenon
mit biochemischen Plazentaparametern im mütterlichen Blut korreliert (Metzenbauer et
al., 2001). Diese Arbeitsgruppe fand einen Zusammenhang zwischen dem
Plazentavolumen und der Scheitel-Steiß-Länge (SSL) des Feten. Desweiteren
korreliert das Plazentavolumen mit den Werten PAPP-A und f-β-hCG. Somit ließe sich
eventuell das Down-Syndrom Serumscreening im ersten Trimenon durch ergänzende
3D-Ultraschall Plazentavolumenmessung verbessern (Metzenbauer et al., 2001).
2.6 Die Reproduzierbarkeit der 3D-Ultraschalluntersuchung
Soll diese vielversprechende Technik des 3D-Ultraschalls in die klinische Praxis
etabliert werden, so müssen alle Aspekte der Reproduzierbarkeit genau überprüft und
evaluiert werden (Deurloo et al., 2007). Tests und Screening- Untersuchungen sind der
kritische Punkt im klinischen Prozess der Diagnosefindung. Unpassende
Teststrategien können den Patienten gefährden und dazu führen, dass wertvolle
Ressourcen verloren gehen. Einige Untersuchungsverfahren werden in die klinische
Praxis übernommen, ohne vorher angemessen evaluiert und getestet worden zu sein.
Somit sind sie teils nahezu unbrauchbar oder nutzlos. Dies führt zu einem
Missmanagement von Patienten, denn wenn eine aussagekräftige Diagnose fehlt oder
übersehen wird, kann auch keine passende Therapie rechtzeitig eingeleitet werden.
Andererseits kann das Erheben einer falschen Diagnose zu einer unnötigen Therapie
führen, die dem Patienten eventuell schadet (Khan et Chien, 2001).
11
Artefakte im 3D- Ultraschall haben vielfältige Ursachen. Erstens gibt es Artefakte, die
während des 2D- Aufnahmeprozesses entstehen. Zweitens entstehen Fehler, wenn die
Aufnahme im 3D- Volumen in verschiedene Sichtebenen rotiert wird. Drittens gibt es
Artefakte, die durch Bewegungen des Patienten während der Aufnahme, Segmentation
oder Änderung in der Ansicht entstehen, die die Anatomie zu ändern scheinen,
auftreten. Einer dieser Fehler allein oder eine Kombination aus mehreren, kann dazu
führen, dass der tatsächliche Zustand verfälscht dargestellt wird (Nelson et al., 2000).
Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Fehlern bei medizinischen Messungen.
Erstens kann die Messung ungenau sein, wenn die gleiche Messung von einem
anderen Untersucher durchgeführt wird oder vom identischen Untersucher, aber zu
einem anderen Zeitpunkt, und dabei unterschiedliche Ergebnisse liefert. Diese Art von
Fehler wird unter dem Begriff „Reliabilität“, der Verlässlichkeit oder Messgenauigkeit,
subsummiert. Im ersten Fall spricht man auch von „interindividueller Messgenauigkeit“,
im zweiten Fall von „intraindividueller Messgenauigkeit“.
Zweitens kann das gemessene Ergebnis nicht mit dem tatsächlichen Zustand
übereinstimmen. Das bedeutet, dass der Test nicht das misst, was er messen soll.
Dies wird durch den Begriff der „Validität“ beschrieben (Khan et Chien, 2001).
2.7 Derzeitiger Wissenstand zur Reproduzierbarkeit der 3D-Ultraschall
Plazentavolumetrie
Die rasant steigende Zahl zum Thema 3D- Ultraschall beweist das große Interesse an
dieser vielversprechenden neuen Technik in wissenschaftlichen Kreisen (Michailidis et
al., 2001).
Die Reproduzierbarkeit der 3D- Ultraschall Plazentavolumetrie wurde in etlichen
Studien unter in-vitro Bedingungen geprüft. Dazu wurde das Volumen wassergefüllter
Ballons unterschiedlicher Größe und Form mittels 3D- Ultraschall gemessen und die
Ergebnisse mit dem wahren Volumen der Phantome verglichen (Farrell et al., 2001,
Berg et al., 2000, Riccabona et al., 1996, Raine-Fenning et al., 2003). Es wurde
gezeigt, dass die Volumenbestimmung mittels 3D- Ultraschall für Objekte mit einem
Volumen zwischen 500 mm3 und 3400 mm3 sehr akkurate Ergebnisse liefert und auch
gut wiederholbar ist. Für Objekte mit Volumina zwischen 25 mm3 und 500 mm3 sind die
gemessenen Werte weniger genau, aber dennoch ausreichend akkurat (Berg et al.,
2000). Weiterhin ist bekannt, dass die 3D- Ultraschallvolumetrie der Plazenta viel
genauere Messwerte liefert, als die Volumenbestimmung mittels konventionellem 2D-
Ultraschall (Riccabona et al., 1996). Für in-vitro Bedingungen gilt weiterhin, dass die
verschiedenen Rotationswinkel der Messmethode VOCAL unterschiedlich verlässlich
12
und valide sind. So konnte Raine-Fenning (Raine-Fenning et al., 2003) zeigen, dass
zwar die untersuchten Techniken konventionell, VOCAL mit 6° Rotationswinkel,
VOCAL mit 9° Rotationswinkel und VOCAL mit 30° Rotationswinkel alle verlässlich und
valide sind, es jedoch geringe Unterschiede gab. So war die VOCAL-Technik mit 6°
Rotationswinkel sowohl der konventionellen, als auch der VOCAL- Technik mit 30°
Rotationswinkel überlegen, nicht jedoch der VOCAL-Technik mit 9° Rotationswinkel.
Volumenberechnungen im in-vitro Setting sind sowohl verlässlich als auch valide,
allerdings hängt das Ergebnis von der verwendeten Messmethode ab, wobei sich die
Rotationsmethode (VOCAL) der konventionellen Methode überlegen zeigt. Führt man
diese Messungen allerdings an fetalen flüssigkeitsgefüllten Strukturen mit relativ
gleichmäßiger Form durch, wie Magen oder Harnblase, stimmen die Messergebnisse,
die mittels „inversion mode“ und „manual segmentation“ erzielt wurden, gut mit den
Messergebnissen überein, die mit der Rotationstechnik (VOCAL) gewonnen wurden.
Wobei beide genannten Methoden signifikant schneller durchzuführen sind als die
VOCAL-Methode.
Es liegen derzeit auch Studien vor, die die Reproduzierbarkeit der 3D-Ultraschall
Plazentavolumetrie in vivo zum Forschungsgegenstad haben (Nowak et al., 2008,
Hafner et al., 2001, Wegrzyn et al., 2005, Hafner et al., 1998, Wegrzyn et al., 2006,
Metzenbauer et al., 2001, Deurloo et al., 2007).
So brachte Nowak die Erkenntnis, dass Plazentavolumenmessungen im ersten
Trimenon mittels transvaginalem 3D-Ultraschall und der VOCAL-Methode mit 12° bzw.
30° Rotationswinkel und mit der multiplanaren Methode gleichwertige Ergebnisse
liefern. Außerdem ist bekannt, dass es einen Zusammenhang zwischen
Plazentavolumen und Gestationsalter der Schwangerschaft gibt (Nowak et al., 2008).
Nur eine weitere Arbeitsgruppe beschäftigte sich mit dem Thema der
Reproduzierbarkeit der 3D-Ultraschall Plazentavolumetrie im ersten Trimenon (Deurloo
et al., 2007). Diese fand heraus, dass die Reproduzierbarkeit der 3D-Ultraschall
Plazentavolumetrie zwischen der 11. und 18. Schwangerschaftswoche hoch ist.
Untersucht wurde die intra- und interindividuelle Reproduzierbarkeit. Gemessen wurde
aber mit der multiplanaren Methode.
Es lässt sich feststellen, dass es eine große Zahl wissenschaftlicher Publikationen zum
Thema 3D-Ultraschall Plazentavolumetrie gibt. Die Vielzahl dieser Studien wurde aber
unter in-vitro Bedingungen durchgeführt. Allerdings gibt es keine Studie, die dieses
Thema in einer prospektiven in-vivo Studie an Schwangeren zwischen der 11.+0 und
13.+6 Schwangerschaftswoche untersucht und dabei transabdominale 3D-
Ultraschallmessungen mit der VOCAL-Methode und 9° bzw. 15° Rotationswinkel
13
durchgeführt hat. Es gibt weiterhin keine Erkenntnisse zu in vivo Messungen mit 9°
oder 15° Rotationswinkel im Vergleich.
2.8 Zielsetzung und Fragestellung der Arbeit
Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Frage der Reproduzierbarkeit der
transabdominalen 3D-Ultraschall Plazentavolumetrie im ersten Trimenon, genauer
zwischen der 11.+0 und 13.+6 Schwangerschaftswoche. Ziel war es, die
intraindividuelle und die interindividuelle Messgenauigkeit bei Messungen in vivo
mittels VOCAL-Methode und 9° bzw. 15° Rotationswinkel festzustellen. Weiterhin sollte
die Frage geklärt werden, ob es Unterschiede in den Messergebnissen, abhängig von
der verwendeten Messmethode gibt.
Folgende Fragestellungen wurden bearbeitet:
- Die intraindividuelle Messgenauigkeit der in-vivo 3D-Ultraschall
Plazentavolumetrie zwischen der 11.+0 und 13.+6 Schwangerschaftswoche mit
der VOCAL-Technik
- Die interindividuelle Messgenauigkeit der in-vivo 3D-Ultraschall
Plazentavolumetrie zwischen der 11.+0 und 13.+6 Schwangerschaftswoche mit
der VOCAL-Technik
- Messunterschiede bei der in-vivo 3D-Ultraschall Plazentavolumetrie zwischen
der 11.+0 und 13.+6 Schwangerschaftswoche mit der VOCAL-Technik und 15°
Rotationswinkel und der VOCAL-Technik und 9° Rotationswinkel
14
3. Patientinnen und Methoden
3.1 Patientenkollektiv
Für die prospektive, klinische Studie wurden Patientinnen untersucht, die routinemäßig
zur Nackentransparenzmessung einbestellt worden waren. Die Ultraschallaufnahmen
wurden zwischen Juli 2005 und Oktober 2007 in der Ultraschallabteilung der
Universitätsfrauenklinik Erlangen und in der Praxis für Perinatalmedizin Kossakiewicz
in Nürnberg durchgeführt. Alle Frauen waren über die Studie aufgeklärt und es lag eine
schriftliche Einverständniserklärung vor. Als Einschlusskriterien galten eine
Einlingsgravidität, Volljährigkeit der Patientinnen und ein Gestationsalter der
Schwangerschaft von 11.+0 bis 13.+6 Schwangerschaftswochen. Bei allen Feten
wurden Chromosomen- und strukturelle Anomalien sowie intrauteriner Fruchttod
ausgeschlossen. Weitere Ausschlusskriterien waren die Einnahme von Medikamenten,
die sich auf das fetale Wachstum hätten auswirken können und schwere
Vorerkrankungen der Schwangeren. Aus diesem Kollektiv wurden Patientinnen
ausgewählt, deren Ultraschallaufnahme zwischen Januar 2006 und Oktober 2007 an
der Universitätsfrauenklinik in Erlangen erstellt und deren Aufnahme von zwei
ausgewählten Sonographeuren (R.L.S. und B.M.) angefertigt worden war. Die Plazenta
musste transabdominal ausreichend darstellbar und messbar sein. Die Probandinnen
füllten vor der eigentlichen Untersuchung einen Fragebogen mit ihren anamnestischen
Daten aus. Dieser beinhaltete Fragen zu Alter, Herkunft, Familienstand und Bildung
sowie Ereignisse aus vorangegangenen Schwangerschaften und deren Ausgang, zur
gynäkologischen Vorgeschichte, zu allgemeinen Vorerkrankungen und familiären
Erkrankungen. Ebenfalls wurden Lebensstil und Lifestyle abgefragt.
3.2 Volumenaufnahme der Plazenta
Bei jeder Schwangeren wurde zunächst einmalig eine Nackentransparenzmessung
durchgeführt. Anschließend wurde eine Beurteilung der fetalen Sonoanatomie
(Wirbelsäulen- und Schädelbeurteilung, Darstellbarkeit der Extremitäten, der
Herzaktion im Vierkammerblick und von Magen und Blase) vorgenommen sowie die
fetalen Maße einschließlich Scheitelsteißlänge (SSL), Femurlänge (FL), biparietaler
Durchmesser (BIP), Abdomenzirkumferenz (AC) und Nackentransparenz (NT)
erhoben. Dann wurden vom Untersuchenden sowohl eine 3D- Volumenaufnahme der
Plazenta, als auch eine dopplersonographische Messung der Arteriae uterinae
vorgenommen.
15
Zur 3D-Volumenaufnahme der Plazenta wurde das 3D-Ultraschallgerät Voluson 730
Expert (GE Medical Systems Kretztechnik, Zipf, Österreich) verwendet. Dieses verfügt
über eine spezielle abdominale und transvaginale Sonde zur Volumenakquisition. Bis
auf 5 Probandinnen, bei denen aufgrund schlechter Schallbedingungen die
Untersuchung transvaginal erfolgte, wurde bei allen anderen eine transabdominale
Sonographie durchgeführt.
Die eigentliche Untersuchung begann damit, dass der Untersucher die Plazenta im 2D-
Modus aufsuchte und komplett darstellte (siehe Abb.1).
Abb.1 Bildschirmfotografie der Plazenta im 2D- Modus
Als Voreinstellung wurden für die Volumenaufnahme folgende Einstellungen
verwendet: Routine 1, Zoom 1,0 , Volumenwinkel 65°, Qualität hoch 2, WMF (Wall
Motion Filter) mittel 2 und PRF (Puls Ripitition Filter) 0,9. Nun wurde auf den 3D/4D-
Modus geschalten und im Menü auf dem Bildschirm des Gerätes der Unterpunkt
„Surface“ gewählt (siehe Abb.2).
16
Abb.2 Bildschirmfotografie der verwendeten 3D-Einstellungen am Ultraschallgerät
Durch diese Einstellung legt das Gerät automatisch einen Kasten, die sog. „Region- of-
interest- box“ (ROI- Box) über die voreingestellte Region, in diesem Falle die Plazenta.
Der Volumenwinkel wurde dabei auf 65° festgelegt (siehe Abb.3).
Abb.3 Bildschirmfotografie der Plazenta mit ROI-Box
17
Den 3D- Volumenscan führte der Computer jetzt automatisch durch. Das 3-
dimensionale Plazentabild wurde in drei verschiedenen orthogonalen Ebenen auf dem
Bildschirm angezeigt (siehe Abb.4).
Abb.4 Bildschirmfotografie der aufgenommenen Plazenta in 3 Ebenen
Diese Daten und Bilder konnten nun gespeichert und für die späteren
Volumenbestimmungen offline wieder abgerufen werden (siehe Abb.5).
Das Scannen und Speichern dauerte insgesamt circa 45 Sekunden.
18
Abb.5 Bildschirmfotografie beim Speichern der Volumenaufnahme
3.3 Volumenmessung
Für die Bestimmung der Plazentavolumina wurde das speziell für das Ultraschallgerät
Voluson konzipierte Programm 4D-View (Version 7.0 bzw. 6.2 GE Medical Systems
Kretztechnik, Zipf, Österreich) benutzt. Die Methode, nach der die Volumenermittlung
erfolgte, wurde bereits von Nowak et al. (2008) und Wegrzyn et al. (2005) beschrieben.
Nun wurden die zuvor auf CD gespeicherten Ultraschallaufnahmen der Plazenta mit
dem genannten Programm geöffnet. Dieses stellte die Volumenaufnahmen in drei
orthogonalen Ebenen dar. Die axiale Ebene (A) links oben im Bild, die sagittale Ebene
(B) rechts oben und die koronare Ebene (C) links unten (siehe Abb.6).
Mit dem Button „Image settings“ konnte, falls vom Untersucher gewünscht, vor der
Messung die Farbstufen der Aufnahme verändert werden. Dadurch erhöhte sich der
Kontrast und ermöglichte eine deutlichere Abgrenzung der Plazenta von der
Uteruswand. Da die Plazentavolumenmessung mit der Virtual Organ Computer-aided
Analysis (VOCAL-Methode) erfolgte, musste im Programm der VOCAL II Modus
aktiviert werden (siehe Abb.6).
19
Abb.6 Darstellung des Volumendatensatzes im Programm 4D View
Das bedeutete, dass der Untersucher das Volumen mit der manuellen Methode (Button
„manual“) in 9° oder 15° Rotationsschritten messen konnte (siehe Abb.7).
Abb.7 Darstellung der verwendeten Einstellungen für die Volumenermittlung in 4D View
Hierfür wählte der Untersucher eine der drei Ebenen A, B oder C als Referenzebene
und stellte die Begrenzungspfeile in dieser optimal auf die Plazenta ein (siehe Abb.8).
20
Abb.8 Einrichten der Begrenzungspfeile und Auswahl der Referenzebene
War die längste Achse der Plazenta nicht einzusehen, konnte die Plazenta entlang der
y-Achse entsprechend rotiert werden (siehe Abb.9). Jetzt wurde die eigentliche
Messung durch Drücken des „START“-Buttons begonnen (siehe Abb.10).
Abb.9 optimale Plazentaeinstellung durch Rotation um die y-Achse
21
Abb.10 Starten der Volumenmessung
Bei der gewählten manuellen Methode musste nun die Plazenta unter sorgfältiger
Aussparung der Uteruswand umfahren werden. Wurden 15° Rotationschritte gewählt,
waren dazu Umrandungen in 12 Ebenen nötig, bei 9° Rotationschritten in 20 Ebenen.
Die Umrandung wurde in der gewählten Referenzebene durchgeführt, aber auch in den
beiden anderen Ebenen entsprechend angezeigt. War dies geschehen, wurde die
Messung durch den „Done“- Button beendet (siehe Abb.11).
Abb.11 Umfahren der Plazentagrenzen
22
Das Programm berechnete nun das aus allen umrandeten Ebenen konstruierte
dreidimensionale Bild der Plazenta und das zugehörige Volumen. Das plastische Bild
wurde rechts unten im Bild angezeigt, das Volumen in cm3 am rechten Bildschirmrand
(siehe Abb.12).
Abb.12 Automatische Anzeige des errechneten Volumens durch das Programm
Stellte der Untersucher noch kleinere Ungenauigkeiten bei den Umrandungen fest,
hatte er jetzt noch Gelegenheit, diese auszubessern. Dazu konnte er die gelben
Begrenzungspunkte in der Referenzebene verschieben und sie so optimal der wahren
Kontur der Plazenta anpassen (siehe Abb.12). Das Programm bezog diese
Änderungen sofort in die Volumenberechnung mit ein und zeigte das neue Ergebnis
unmittelbar an. Durch Aktivieren des Buttons „Accept Contour“ wurde das Volumen
akzeptiert und vom Programm gespeichert (siehe Abb.13).
Die Messzeit pro Volumen betrug bei 15° Rotationsschritten in etwa 5 Minuten, bei 9°
Rotationsschritten circa 7 Minuten.
23
Abb.13 Beenden der Messung und Speichern der Daten in 4D View
3.4 Intra- und interindividuelle Messgenauigkeit
Zur Ermittlung dieser wurde jedes der 51 Plazentavolumina zweifach mit zeitlichem
Abstand voneinander von einem der beiden Untersucher (Untersucher 1 N.D.) in 15°
Rotationsschritten gemessen. Ein zweiter unabhängiger Untersucher (Untersucher 2
V.F.) führte bei diesen 51 Plazentaaufnahmen ebenfalls eine Plazentavolumetrie in 15°
Rotationsschritten durch, um die interindividuelle Messgenauigkeit zu überprüfen. Dies
geschah zeitlich und räumlich getrennt und in Unkenntnis der Messergebnisse des
ersten Untersuchers. Anschließend maß Untersucher 2 diese 51 Plazentaaufnahmen
nochmals mit zeitlichem Abstand in 9° Rotationsschritten. Der zeitliche Abstand
zwischen den Messreihen betrug jeweils durchschnittlich sechs Wochen.
3.5 Statistische Auswertung
Die statistische Auswertung erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Institut für
medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie der Universität Erlangen.
Zunächst erfolgte im Rahmen der Studie eine Abschätzung der Anzahl der benötigten
Patientinnen. Ziel der Fallzahlplanung war die Ermittlung eines Stichprobenumfangs,
der eine präzise Abschätzung des interessierenden Reliabilitätsmaßes und seiner
Variabilität erlaubte. Die Ermittlung des benötigten Stichprobenumfangs für die
Reliabilitätsstudie wurde sowohl auf Basis eines Konfidenzintervalls als auch auf Basis
24
eines statistischen Hypothesentests durchgeführt (Bonett, 2002). Die statistischen
Voraussetzungen für die Konfidenzintervall- Methode wurden im vorliegenden Fall
jedoch nur teilweise erfüllt, so dass die Fallzahlberechnung auf Basis eines
Hypothesentests als zuverlässiger anzusehen war.
Die durchgeführten Berechnungen (Auswertung der Pre- Test- Daten, Bestimmung des
Stichprobenumfangs mit Hilfe eines Konfindenzintervalls, Bestimmung des
Stichprobenumfangs mit Hilfe eines Hypothesentests und Überprüfung des
errechneten Stichprobenumfangs mit Hilfe einer Simulationsstudie) ergaben einen
benötigten Stichprobenumfang von 50 Patientinnen, der als hinreichend für die
zuverlässige Ermittlung der interindividuellen Messgenauigkeit hinsichtlich der
Messung des Plazentavolumens angesehen wurde. Aufgrund der Fallzahlstudie und
der beschriebenen Einschlusskriterien wurden 51 Patientinnen in die Studie
eingeschlossen.
Sämtliche Patientinnen wurden von Untersucher 2 zweimal untersucht. Je einmal nach
Methode 1 (15°) und Methode 2 (9°). Ebenso wurden sämtliche Patientinnen von
Untersucher 1 zweimal nach Methode 1 untersucht. Da sämtliche Volumenwerte auf
einer stetigen Skala gemessen wurden (Maßeinheit cm3), werden als Maße für die
Reliabilität im Folgenden Intra- bzw. Interkorrelationskoeffizienten (ICC) nach Shrout
und Fleiß (Shrout et Fleiß, 1979) verwendet. Das ICC- Maß nimmt Werte zwischen 0
(keinerlei Übereinstimmung) und 1 (vollkommene Übereinstimmung) an.
Ein Maß für die Gesamtreliabilität der Messungen lässt sich mit Hilfe eines gemischten
linearen Modells (Wood, 2006) ermitteln.
Die Modellgleichung lautet dabei wie folgt:
V ijkl = µ + αi + βj + γl + εijkl
Wobei Vijkl die k-te Volumenmessung (Untersucher/ Observer j, Patientin/ Subjekt i)
bezeichnet, die nach Messmethode l durchgeführt wurde. Mit µ wird das
durchschnittliche Plazentavolumen aller Patientinnen bezeichnet.
αi , i = 1 , … , 51 und βj , j = 1,2 sind normalverteilte zufällige Subjekt- bzw.
Untersuchereffekte mit Mittelwert 0 und Varianzen σ2Sub bzw. σ2
Obs . Der zufällige (nicht
durch subjekt- bzw. observer- bzw. methodenspezifische Effekte zu erklärende) Fehler
wird mit εijkl , k = 1 , … , 204 bezeichnet (insgesamt 4 x 51 = 204 Messungen). Hierbei
wird angenommen, dass εijkl einer Normalverteilung mit Mittelwert 0 und Varianz σ2ε
folgt. Die Varianz σ2ε quantifiziert Variationen, die durch Wiederholungsmessungen
25
zustande kommen. Außerdem wird vorausgesetzt, dass αi , βj , εijkl unabhängig sind. Mit
γl = 1,2 wird der systematische Effekt, der durch unterschiedliche Messmethoden
entsteht, quantifiziert.
Ein 95% Konfidenzintervall für ̂ wurde mit Hilfe von 1000 Bootstrap- Stichproben
ermittelt (Efron et Tibshirani, 1993). Für die Berechnung des ICC für die
Interobserverreliabilität nach Shrout und Fleiß (Shrout et Fleiß, 1979) wurden die
Wiederholungsmessungen von Untersucher 1 gemittelt und mit den Messungen von
Untersucher 2 verglichen. Für die Berechnungen des ICC für die
Intraobserverreliabilität nach Shrout und Fleiß (Shrout et Fleiß, 1979) wurden die
beiden Wiederholungsmessungen von Untersucher 1 verglichen.
Anhand eines Wilcoxon- Vorzeichen- Rang- Tests wurden die Differenzen des
Untersuchers 2 (Messmethode 2 – Messmethode 1) auf Median 0 getestet. Es wurde
in diesem Fall kein t- Test durchgeführt, da die Differenzen nicht normalverteilt waren.
Allgemein wurden alle statistischen Tests auf einem Signifikanzniveau von 5%
(α = 0,05) durchgeführt.
Alle Berechnung erfolgten mit Hilfe des Softwarepakets R (R Development Core Team
2008), wobei R- Zusatzpakete lme4 (Bates et al., 2008) und irr (Gamer et al., 2007)
verwendet wurden.
26
4. Ergebnisse
4.1 Klinische Daten des Patientinnenkollektivs
Von den 390 im Rahmen einer ähnlichen Studie rekrutierten Patientinnen standen die
Daten von 236 Probandinnen (60,5%) als mögliches Kollektiv für die vorliegende
Studie zur Verfügung. Die restlichen 154 Datensätze wurden aus verschiedenen
Gründen ausgeschlossen: bei 74 Patientinnen konnten keine Daten zum Ausgang der
Schwangerschaft erhoben werden, bei 76 war die Bildqualität mangelhaft bzw. die
Volumenrekonstruktion nicht möglich, in einem Fall kam es zu einem intrauterinen
Fruchttod und 3 Datensätze gingen nach eingehender Überprüfung nicht in die Analyse
ein, da es sich um unplausible statistische Ausreißer handelte.
Aus diesen zur Verfügung stehenden 236 Datensätzen wurden weiterhin 185
ausgeschlossen, die die Einschlusskriterien für die vorliegende Studie nicht erfüllten.
92 Datensätze wurden nicht in der Universitätsfrauenklinik Erlangen und 26 nicht von
den vorbestimmten Sonographeuren (R.L.S. und B.M.) erhoben. Weiterhin wurden 6
Datensätze nicht mit eingeschlossen, bei denen die Ultraschalluntersuchung
transabdominal nicht möglich war und 61 bei denen diese nicht im ausgewählten
Zeitraum zwischen Januar 2006 und Oktober 2007 durchgeführt wurde. Somit wurden
die Datensätze von 51 Patientinnen ausgewertet, gemäß der Einschlusskriterien und
der Fallzahlanalyse (wie oben beschrieben). Dies entspricht 13,1% des
Gesamtkollektivs und 21,6 % des ausgewerteten Kollektivs der verwandten Studie
(siehe Abb. 14).
Abb. 14 grafische Darstellung zum ausgewerteten Patientinnenkollektiv
390 Patientinnen
236 Patientinnen eingeschlossen in ähnlicher Sudie
51 Patientinnen eingeschlossen in
vorliegender Studie
185 Patientinnen ausgeschlossen
92 Praxis
26 anderer Sonographeur
6 transvaginal
61
anderer Zeitraum
154 Patientinnen ausgeschlossen
74 unbekannter Ausgang der SS
76 mangelnde Bildqualität
1 intrauteriner Fruchttod
3 statistische Ausreißer
27
Im ausgewerteten Kollektiv lag der Altersmedian bei 33 Jahren (Minimum-Maximum:
23 Jahre – 39 Jahre, Standardabweichung 4,2 Jahre, Mittelwert 32,5 Jahre). Der
Median der BMI-Werte der Schwangeren war 22,5 kg/m2 (Minimum-Maximum: 19,0
kg/m2 - 38,5 kg/m2, Standardabweichung 4,2 kg/m2, Mittelwert 23,8 kg/m2). Das
Gestationsalter der Schwangerschaften zum Zeitpunkt der Messung wurde mittels
Sonographie bestimmt. Diese bewegten sich um den Median 12,5
Schwangerschaftswochen (SSW) (Minimum-Maximum: 11+4 SSW – 13+6 SSW,
Standardabweichung 0,5 SSW, Mittelwert 12+5 SSW). Eine Häufigkeitsverteilung des
Gestationsalters zeigt Tabelle 1.
Der Median bei Gravidität und Parität der Patientinnen lag bei 1,2 (Minimum-Maximum:
1 - 4, Standardabweichung 0,8, Mittelwert 1,7) bzw. bei 0 (Minimum-Maximum: 0-2,
Standardabweichung 0,6, Mittelwert 0,5). 96,1% der 51 untersuchten Patientinnen
waren kaukasisch und 3,9% anderer Herkunft. In 25,5% lagen leichte Vorerkrankungen
z.B. Hypothyreose, Zustand nach HELLP-Syndrom, Gestationsdiabetes, IVF (in-vitro
Fertilisation) oder Chemotherapie bei Colon-Carcinom vor oder es wurden
Auffälligkeiten während der Schwangerschaft beobachtet, wie beispielsweise leichte
Blutungen oder IUGR.
Tabelle 1 Häufigkeitsverteilung der Gestationsalter bestimmt durch Sonografie
SSW Sono
Anzahl
11+0 0
11+1 0
11+2 0
11+3 0
11+4 1
11+5 0
11+6 0
12+0 2
12+1 3
12+2 8
12+3 7
12+4 4
12+5 4
12+6 1
13+0 6
13+1 4
13+2 5
13+3 2
13+4 2
13+5 0
13+6 2
28
Tabelle 2 zeigt eine Zusammenschau der biometrischen Daten der Patientinnen.
Parameter
Mittelwert ± SD (range) oder %
Alter (Jahre)
32,5 ± 4,2 (23-39)
BMI (kg/m2)
23,8 ± 4,2 (19-38,5)
Gravidität
1,7 ± 0,8 (1-4)
Parität
0,5 ± 0,6 (0-2)
Ethnische Herkunft Kaukasisch andere
96,1 3,9
Vorerkrankungen
25,5
Tabelle 2 Biometrische Daten der Patientinnen (SD = standard deviation =
Standardabweichung, range = Spannweite)
Das Gestationsalter bei Geburt lag im Median bei 39,3 Wochen (Minimum-Maximum:
26,9 SSW - 42,1 SSW, Standardabweichung 2,3 SSW, Mittelwert 31,1 Wochen) (siehe
Tabelle 3).
Parameter
Mittelwert ± SD (range)
SSW rechnerisch
12,8 ± 0,5 (11,9-13,9)
SSW sonografisch
12,7 ± 0,5 (11,6-13,9)
SSW bei Geburt
39,1 ± 2,3 (26,9-42,1)
Tabelle 3 Schwangerschaftswochen rechnerisch und sonografisch bestimmt und bei Geburt
29
Die Entbindung fand bei 30 Patientinnen (58,8%) vaginal statt, bei 10 (19,6%) wurde
eine primäre Sectio und bei 8 (15,7%) eine sekundäre Sectio durchgeführt. 3 Kinder
(5,9%) wurden operativ vaginal entbunden (siehe Tabelle 4).
Entbindungsmodus
Anzahl
%
vaginal
30
58,8
Primäre Sectio
10
19,6
Sekundäre Sectio
8
15,7
Operativ vaginal
3
5,9
Tabelle 4 Entbindungsmodi der ausgewerteten Schwangerschaften
Im untersuchten Kollektiv wurden insgesamt 51 Kinder geboren. Davon waren 28
männlich, das entspricht 54,9% der Geburten und 23 weiblich, entsprechend 45,1%.
Das durchschnittliche Geburtsgewicht lag bei 3406 Gramm (Minimum-Maximum:
1080 g – 4500 g, Standardabweichung 579 g). Dies gibt Tabelle 5 wieder.
Parameter
Anzahl
Mittelwert ± SD (range)
oder %
Geschlecht Männlich Weiblich
28 23
54,9 45,1
Geburtsgewicht (g)
3406 ± 579 (1080-4500)
Tabelle 5 Outcome-Daten der ausgewerteten Schwangerschaften
30
4.2 Plazentavolumenmessungen
In 14 Fällen wurde die Sonographie von Sonographeur 1 (R.L.S.) durchgeführt. Dies
entspricht 27,5 % aller durchgeführten Untersuchungen im Kollektiv. 37
Sonographiedatensätze wurden von Sonographeur 2 (B.M.) erstellt, was 72,5 % aller
ausgewerteten Datensätze entspricht (siehe Tabelle 6).
Sonographeur
Anzahl
%
1 (R.L.S.)
14
27,5
2 (B.M.)
37
72,5
Tabelle 6 durchgeführte Untersuchungen Sonographeur 1 und 2
Tabelle 7 gibt die gemessenen Plazentavolumina wieder. Es werden sowohl die beiden
Wiederholungsmessungen von Untersucher 1 nach Methode 1 dargestellt, als auch die
Messung von Untersucher 2 nach Methode 1.
Plazentavolumen
(cm3)
Mittelwert
Median
Minimum
Maximum
SD
Untersucher 1 Messung 1 15°
68,194
65,179
22,543
132,351
21,290
Untersucher 1 Messung 2 15°
67,682
68,581
21,917
131,343
21,755
Untersucher 2 Messung 1 15°
68,838
69,072
23,211
136,511
21,233
Tabelle 7 Plazentavolumendaten bei Messung nach Methode 1 (15°) von Untersucher 1 und 2
Es ergibt sich für Messung 1 von Untersucher 1 nach Methode 1 (15°) ein Median von
65,179 cm3 (Minimum-Maximum: 22,543 cm3 – 132,351cm3, Standardabweichung
21,290 cm3, Mittelwert 68,194 cm3). Bei Messung 2 von Untersucher 1 nach
31
Messmethode 1 (15°) lag der Median bei 68,581 cm3 (Minimum-Maximum: 21,917 cm3
– 131,343 cm3, Standardabweichung 21,755 cm3, Mittelwert 67,682 cm3). Bei Messung
1 von Untersucher 2 nach Methode 1 (15°) ergaben sich folgende Werte: Median
69,072 cm3 (Minimum-Maximum: 23,211 cm3 – 136,511 cm3, Standardabweichung
21,233 cm3, Mittelwert 68,838 cm3).
In Tabelle 8 sind die Messungen von Untersucher 2 nach Methode 1 und nach
Methode 2 im Vergleich dargestellt.
Plazentavolumen
(cm3)
Mittelwert
Median
Minimum
Maximum
SD
Untersucher 2 15°
68,838
69,072
23,211
136,511
21,233
Untersucher 2 9°
68,952
69,054
29,816
134,033
20,539
Tabelle 8 Plazentavolumina gemessen von Untersucher 2 nach Methode 1 (15°) und 2 (9°)
Für das Plazentavolumen gemessen von Untersucher 2 nach Methode 2 (9°) ergibt
sich ein Median von 69,054 cm3 (Minimum-Maximum: 29,816 cm3 – 134,033 cm3,
Standardabweichung 20,539 cm3, Mittelwert 68,952 cm3).
4.3 Maß für die Gesamtreliabilität
Das Maß für die Gesamtreliabilität wurde wie oben beschrieben mit Hilfe eines
gemischten linearen Modells ermittelt. Als Schätzung ergab sich für die Varianz der
subjektspezifischen Effekte (α,β) σ2Sub 2090,982, für die Varianz der
observerspezifischen Effekte σ2Obs 561,782 und für die Varianz bedingt durch
Messfehler durch Wiederholungsmessungen σ2ε 2016,062. Somit ergab sich als
Gesamtreliabilitätsmaß ̂ 0,9901. Das 95%- Konfindenzintervall, das mit Hilfe von
1000 Bootstrap-Stichproben ermittelt wurde, ergab Grenzen von 0,9896 und 0,9946.
Eine grafische Analyse der Residuen in Modell (1) ergab nur geringfügige
Abweichungen von den oben beschriebenen Normalverteilungsannahmen
32
(siehe Abb. 15). Eine grafische Analyse der Subjekteffekte des gemischten linearen
Modells ergab ebenfalls nur geringfügige Abweichungen von den oben beschriebenen
Normalverteilungsannahmen (siehe Abb.16).
Abb.15 QQ-Plots für Residuen des gemischten linearen Modells
Abb. 16 QQ- Plots für Subjekteffekte des gemischten linearen Modells
33
4.4 ICC-Maß für die intraindividuelle Messgenauigkeit
Als ICC-Maß für die intraindividuelle Messgenauigkeit ergab sich 0,992 mit dem 95%-
Konfidenzintervall [0,986 ; 0,995]. In Abb. 17 ist die Streuung der Messwerte der
Wiederholungsmessungen von Untersucher 1 mit der Methode 1 (15°) wiedergegeben.
Man sieht, dass die Streuung minimal ist und die intraindividuelle Messgenauigkeit
damit als sehr hoch anzusehen ist. Mit dem ICC-Maß von 0,992 liegt eine extrem hohe
Übereinstimmung zwischen den beiden Messungen von Untersucher 1 vor.
Abb. 17 Streudiagramm der Messwerte der Wiederholungsmessungen von Untersucher 1
4.5 ICC-Maß für die interindividuelle Messgenauigkeit
Als ICC-Maß für die interindividuelle Messgenauigkeit ergab sich 0,992 mit dem
zugehörigen 95%- Konfindenzintervall [0,985 ; 0,996]. Abb.18 zeigt die Streuung der
gemittelten Werte der beiden Messungen von Untersucher 1 gegen die Messwerte der
ersten Messung von Untersucher 2. Beide benutzten zur Messung hier
Methode 1 (15°). Auch hier ist die Streuung als minimal anzusehen. Die
34
interindividuelle Messgenauigkeit ist bei einem ICC-Wert von 0,992 als extrem hoch
einzustufen.
Abb. 18 Streudiagramm der Messwerte von Untersucher 1 und 2
4.6 Einfluss der Messmethode
Als Schätzung des Effekts für Methode 2 (9°) ergab sich ein zum Niveau α= 0,05 nicht
signifikanter Wert von 209,5 (p-Wert 0,539). Dies bedeutet, dass Methode 2
Volumenwerte liefert, die im Durchschnitt 209,5 mm3 höher sind als die Werte von
Messmethode 1 (9°). Die Unterschiede zwischen den Methoden sind allerdings
statistisch nicht signifikant.
Anhand eines Wilcoxon- Vorzeichen- Rang- Tests wurden die Differenzen der
Messwerte von Untersucher 2 (Methode 2 - Methode1) außerdem auf Median 0
getestet. Der Median der Differenzen betrug 12 mm3, der zugehörige p-Wert betrug
0,888. Als Mittelwert der Differenzen ergab sich 113,98 mm3 (Minimum: - 4644 mm3,
Maximum: 7926 mm3). Dies gibt der Boxplot in Abb.19 wieder.
35
Im Wilcoxon- Vorzeichen- Rang- Test ergab sich erneut kein signifikanter Unterschied
zwischen den Messmethoden.
Abb. 19 Boxplot der Differenzen Methode 2 – Methode 1
4.7 Zusammenfassung
Sämtliche berechneten ICC- Werte lassen auf eine extrem hohe intra- und
interindividuelle Messgenauigkeit bezüglich der gemessenen Plazentavolumina
schließen. Im Durchschnitt scheint Messmethode 2 (9°) etwas höhere Messwerte zu
liefern als Messmethode 1 (15°). Der beobachtete Unterschied ist jedoch als statistisch
nicht signifikant zum Niveau α = 0,05 anzusehen.
36
5. Diskussion
5.1 Diskussion der Methode
Hafner et al. (Hafner et al., 1998) führten als erste Arbeitsgruppe Volumenmessungen
mittels 3D- Ultraschall durch. Sie hatten zum Ziel, fetale Wachstumsrestriktionen durch
Plazentavolumetrie zwischen der 16. und 23. Schwangerschaftswoche vorauszusagen.
Sie benutzten dafür die multiplanare Methode. Andere Forschergruppen maßen das
Plazentavolumen im ersten Trimenon und versuchten eine Korrelation mit Aneuploidien
(Wegrzyn et al., 2005), β- Thalassämien (Chen et al., 2006), pathologischen
Dopplerwerten der Arteria uterina im zweiten Trimenon (Hafner et al., 2001) und
Präeklampsie (Hafner et al., 2003) herzustellen. Die meisten dieser Arbeitsgruppen
verwendeten die multiplanare Messmethode für die Plazentavolumenkalkulation
(Hafner et al., 2001, Chen et al., 2006, Hafner et al., 1998, Hafner et al., 2003).
Wegrzyn et al. benutzten als erstes Forschungsteam die VOCAL-Methode zur 3D-
Ultraschall Plazentavolumetrie (Wegrzyn et al., 2005). Die Entwicklung von VOCAL
wird als großer Fortschritt in der Volumenmessung angesehen. VOCAL wurde in-vitro
von Raine-Fenning (Raine-Fenning et al., 2003) getestet. Es wurde gezeigt, dass diese
Technik verlässlicher und signifikant valider ist als die manuelle Planimetrie und in-vivo
verwendet wird, um das Volumen solider Organe, wie der Ovarien, des Uterus, des
Endometriums und der fetalen Lungen zu messen.
In vorliegender Studie wurde das Plazentavolumen ab der 11.+0
Schwangerschaftswoche bestimmt. Die Entwicklung der Plazenta und ihre
dreidimensionale Größe können nur über einen bestimmten Zeitraum überwacht und
kontrolliert werden. Benutzt man die Kretz-Technik (Zipf, Österreich), wie in
vorliegender Studie, so wird dieser Zeitraum durch die Größe der Volumenbox
bestimmt, in der das Ultraschallbild gemessen und gespeichert wird. Nach der 19.
Schwangerschaftswoche kann die Größe der Plazenta die Größe der Volumenbox
übersteigen und somit nicht mehr vollständig gemessen werden (Hafner et al., 2001).
Deshalb wurden in diese Studie nur Schwangere bis zur maximal 13.+6
Schwangerschaftswoche eingeschlossen. Anders als in einer vorangegangenen Studie
(Nowak et al., 2008) wurde in vorliegender ein transabdominaler Schallkopf statt eines
transvaginalen verwendet. Es gibt bisher keine in-vivo Studie, die das
Plazentavolumen, gemessen mit einem transabdominalen Schallkopf in der VOCAL-
Methode mit 9° Rotationswinkel und 15° Rotationswinkel zwischen der 11.+0 und
13.+6 Schwangerschaftswoche vergleicht. Die meisten Publikationen verwendeten die
multiplanare Methode (Hafner et al., 2001, Chen et al., 2006, Wegrzyn et al., 2006,
Hafner et al., 2003). Das in der vorliegenden Studie benutzte 3D-Ultraschallgerät
37
Voluson 730 Expert (GE Medical Systems Kretztechnik, Zipf, Österreich) ermöglichte
eine Aufnahme mit hoher Auflösung und eine gute Bildqualität. Dies wiederum
gestattete eine genauere Unterscheidung der Grenze zwischen Plazentawand und
Myometrium und somit eine gute Plazentavermessung. Die offline Vermessung des
Plazentavolumens erfolgte mit dem speziell für das Ultraschallgerät Voluson
konzipierten Programm 4D-View (Version 7.0 bzw. 6.2 GE Medical Systems
Kretztechnik, Zipf, Österreich) und entspricht damit dem neuesten Stand der Technik
auf diesem Gebiet. Der benötigte Stichprobenumfang für diese Reliabilitätsstudie
wurde im Vorfeld durch eine statistische Fallzahlstudie berechnet und erlaubt daher
eine präzise Abschätzung des interessierenden Reliabilitätsmaßes und seiner
Variabilität. Die Sonographeure (R.L.S. und B.M.), die die 3D-
Ultraschallvolumenaufnahmen der Plazentas durchführten, sind beide sehr erfahren
auf dem Gebiet der Sonographie. Es standen zur Vermessung somit qualitativ
hochwertige Ultraschallaufnahmen zur Verfügung, die eine gute Abgrenzung zwischen
Plazentawand und Myometrium erlaubten. Die beiden Untersucher (N.D. und V.F.), die
die offline Volumenkalkulation vornahmen wurden beide nach der gleichen Methode in
das Programm 4DView und die Durchführung der Messungen eingewiesen. Es lagen
demnach für beide Untersucher die gleichen Ausgangsbedingungen vor. Dies ist für
eine präzise Bestimmung der interindividuellen Messgenauigkeit von großer
Bedeutung. Weiterhin waren die beiden Untersucher verblindet gegenüber den
Messergebnissen des jeweils anderen. Die Messungen wurden zeitlich und räumlich
getrennt durchgeführt, um mögliche Beeinflussungen durch den jeweils anderen
Untersucher zu vermeiden. Zwischen den Wiederholungsmessungen von Untersucher
1 nach Methode 1 und zwischen den Messungen von Untersucher 2 nach Methode 1
und Methode 2 wurde ein ausreichender zeitlicher Abstand von durchschnittlich sechs
Wochen eingehalten. Deshalb erfüllt vorliegende Studie die Kriterien für eine
angemessene Reliabilitätsstudie für klinische Messungen (Khan et al., 2001).
Es ist wichtig zu beachten, dass VOCAL dazu neigt, das Volumen zu überschätzen.
Die Größe dieser Diskrepanz wird als nicht signifikant angesehen (Raine-Fenning et
al., 2003). Trotzdem kann es unter bestimmten Umständen schwierig sein, die
genauen Grenzen einer Struktur auszumachen, während der Datensatz rotiert wird.
Dies kann zu einer fehlerhaften Bestimmung der Strukturgrenzen und damit zu einer
ungenauen Volumenkalkulation führen. Eine weitere Einschränkung, die der VOCAL-
Technik obliegt, ist die Zeit, die benötigt wird, um die Konturen der gemessenen
Struktur zu umfahren. Die meisten Studien, die die VOCAL Technik verwendeten,
hatten einen Rotationswinkel von 30° gewählt, da in diesem Fall das Objekt in nur 6
Ebenen umfahren werden muss, im Vergleich zu 30 Ebenen bei einem Rotationswinkel
38
von 6°. Eine in-vitro Studie, die Volumenberechnungen an drei wassergefüllten
Phantomen vornahm, verwendete alle 4 möglichen Rotationswinkel (6°, 9°, 15° und
30°). Es wurde über eine benötigte Zeit von 2 Minuten bei einem Rotationswinkel von
30° und über 7 Minuten bei einem Rotationswinkel von 6° berichtet (Raine-Fenning et
al., 2003). Die Entscheidung, in vorliegender Studie mit einem Rotationswinkel von 15°
und 9° zu messen, fiel aufgrund der Tatsache, dass das verwendete 3D-
Ultraschallgerät Voluson 730 Expert (GE Medical Systems Kretztechnik, Zipf,
Österreich) Rotationswinkel von 6°, 9°, 15° und 30° anbietet. So war die theoretische
Überlegung, dass Volumenberechnungen mit einem Rotationswinkel von 9° und somit
20 Ebenen den Berechnungen mit einem Rotationswinkel von 15° und somit nur 12
Ebenen überlegen sein müsste. Zur Bestimmung der intra- und interindividuellen
Messgenauigkeit wurden die ICC nach Shrout und Fleiß (Shrout et Fleiß, 1979)
berechnet. Der ICC erlaubt eine Darstellung der Übereinstimmung zwischen beiden
Untersuchern und zwischen den Wiederholungsmessungen von Untersucher 1 in
Zahlen und bietet somit eine Vergleichsmöglichkeit mit den Ergebnissen anderer
Reliabilitätsstudien.
Mit dem Studiendesign wurden bewusst die Untersuchungsbedingungen der täglichen
Routinetätigkeit simuliert. Dadurch haben die Ergebnisse einen klaren klinischen
Bezug und leisten einen wichtigen Beitrag bei der Anwendung des 3D-Ultraschalls in
der Praxis.
5.2 Diskussion der Ergebnisse
Derzeit liegen nur wenige Studien vor, die die Reproduzierbarkeit der 3D-Ultraschall
Plazentavolumetrie in vivo im ersten Trimenon untersuchen. Die Daten, die in dieser
Studie erhoben wurden, zeigen eindeutig, dass 3D-Ultraschallmessungen und
Berechnungen des Plazentavolumens zwischen der 11.+0 und 13.+6
Schwangerschaftswoche sehr verlässlich sind. Und zwar sowohl wenn die Messungen
vom gleichen Untersucher, als auch von verschiedenen Untersuchern durchgeführt
werden. Als ICC-Maß für die intraindividuelle Messgenauigkeit ergab sich 0,992 mit
dem 95%-Konfidenzintervall [0,986 ; 0,995]. Die Streuung ist minimal und die
intraindividuelle Messgenauigkeit damit als sehr hoch anzusehen. Mit dem ICC-Maß
von 0,992 liegt eine sehr hohe Übereinstimmung zwischen den beiden Messungen von
Untersucher 1 nach Methode 1 (15°) vor. Eine Beeinflussung von Untersucher 1 durch
vorangegangene Messungen wurde durch den zeitlichen Abstand zwischen den
Messdurchgängen verhindert.
39
In der Literatur werden ähnlich hohe ICC- Werte zur intraindividuellen Messgenauigkeit
angegeben. Gute intraindividuelle Messgenauigkeiten für das Plazentavolumen wurden
erstmals 1998 von Hafner beschrieben (Hafner et al., 1998). Deurloo (Deurloo et al.,
2007) untersuchte das Plazentavolumen von 34 Schwangeren zwischen der 11. und
18. Schwangerschaftswoche. Er berichtete über einen ICC für die intraindividuelle
Messgenauigkeit von 0,99. Auch Hafner (Hafner et al., 2001) berichtete über hohe
intraindividuelle Messgenauigkeiten. In einer großen prospektiven Studie von Wegrzyn
(Wegrzyn et al., 2005) wurden 417 Plazentas vermessen. Bland-Altman-Plots wurden
berechnet und ergaben eine mittlere Differenz der Wiederholungsmessungen eines
Untersuchers von 0,6 ml (limits-of-agreement [95%], -6,1, -7,4 ml). Diese Ergebnisse
sind vergleichbar mit den Ergebnissen der vorliegenden Studie. Nowak et al. (Nowak et
al., 2008), die Plazentas von 37 Schwangeren zwischen der 7. und 10.
Schwangerschaftswoche mit der VOCAL- Methode vermaßen, berichteten über sehr
hohe intraindividuelle Messgenauigkeiten mit einem ICC von 0,994 bei einem
Rotationswinkel von 12°. Auch in-vitro Studien bestätigen die Ergebnisse der
vorliegenden Studie. So untersuchte Farrell (Farrell et al., 2001) 15 wassergefüllte
Ballone mit einem Volumen von 19 – 697 ml in einem Wassertank. Es ergaben sich
ICC- Werte für die intraindividuelle Messgenauigkeit von 0,999 und zwar bei
Messungen sowohl in 5, als auch in 10 und 15 Ebenen. Raine-Fenning (Raine-Fenning
et al., 2003) hatte ebenfalls die Verlässlichkeit der Plazentavolumetrie in-vitro zum
Gegenstand. Es wurden drei wassergefüllte Phantome verschiedener Größe und Form
in einem Wassertank mittels 3D-Ultraschall gemessen und deren Volumina bestimmt.
Angewendet wurde die VOCAL-Technik mit allen vier Rotationswinkeln (6°, 9°, 15°,
30°). Für alle vier Methoden ergaben sich ICC- Werte für die intraindividuelle
Messgenauigkeit von mindestens 0,998. Diese Erkenntnisse sind vergleichbar mit den
Ergebnissen der vorliegenden Arbeit. Von Riccabona (Riccabona et al., 1996) wurde
über intraindividuelle Messvariabilitäten von 2,4 ± 3,1% (n=10) berichtet. Hier wurden
in-vitro Messungen an 21 wassergefüllten Phantomen mit einem Volumen zwischen 20
und 490 ml in einem Wassertank mit der multiplanaren Methode durchgeführt.
Die hohe Messgenauigkeit innerhalb der Wiederholungsmessungen eines
Untersuchers zeigt, dass diese Methode sehr verlässlich und gut wiederholbar ist. Dies
trägt zu mehr Vertrauen in diese Technik der Volumenkalkulation bei und ist essenziell,
wenn sie im klinischen Alltag eine Rolle spielen soll.
Auch bei der interindividuellen Messgenauigkeit ergaben sich in dieser Studie sehr
hohe Übereinstimmungswerte. Als ICC-Maß für die interindividuelle Messgenauigkeit
ergab sich 0,992 mit dem zugehörigen 95%- Konfidenzintervall [0,985 ; 0,996]. Auch
40
hier ist die Streuung der Messwerte als minimal anzusehen. Das bedeutet, dass es
eine beinahe vollständige Übereinstimmung der Messwerte beider Untersucher gibt,
gemessen nach Methode 1 (15°). Dieses sehr gute Ergebnis legt die Vermutung nahe,
dass sich die Untersucher gegenseitig beeinflusst haben könnten. Diese mögliche
Fehlerquelle kann ausgeschlossen werden, da die Untersucher gegenüber den
Messergebnissen des jeweils anderen verblindet waren und die Messungen außerdem
zeitlich und räumlich getrennt stattfanden.
Diese gute Übereinstimmung lässt sich in der bisher veröffentlichten Literatur
wiederfinden. So berichtete Hafner (Hafner et al., 1998) nicht nur von sehr hoher intra-
sondern auch von sehr hoher interindividueller Messgenauigkeit, allerdings unter
Verwendung der multiplanaren Methode, ebenso die Arbeitsgruppe um Deurloo
(Deurloo et al., 2007). Hier wurden ICC- Werte für die interindividuelle Messgenauigkeit
von 0,98 angegeben. Allerdings wurde ein anderes Ultraschallequipment benutzt. Es
ist zu vermuten, dass die Unterschiede in der Bildqualität, im Vergleich zu den
Ultraschallgeräten vorliegender Studie, verantwortlich sind für die hohe interindividuelle
Messgenauigkeit des Plazentavolumens, da wie bereits erwähnt, eine höhere
Bildqualität eine bessere Unterscheidung zwischen Plazenta- und Uteruswand erlaubt.
Wegrzyn et al. (Wegrzyn et al., 2005) berichteten in ihrer großen prospektiven Studie
über Bland-Altman-Plots und mittlere Differenzen zwischen den Untersuchern von 0,7
ml (limits-of-agreement [95%], -10,5, -13,1 ml). Diese Ergebnisse sind vergleichbar mit
den Ergebnissen der vorliegenden Studie. Auch hier zeigten sich in in-vitro Studien
ähnliche Ergebnisse. Farrell (Farrell et al., 2001) publizierte ICC- Werte für die
interindividuelle Messgenauigkeit von 0,996 bei Plazentavolumenmessung in 5 Ebenen
und von jeweils 0,998 in 10 bzw. 15 Ebenen. Von Berg (Berg et al., 2000) wurde die
interindividuelle Messvariabilität bei Volumenmessungen an Phantomen kleiner oder
größer als 500 mm3 bestimmt. Die interindividuelle Messvariabilität war für Objekte
größer als 500 mm3 gering (3,4%), was zeigt, dass diese Messmethode wiederholbar
ist. Für die interindividuelle Messvariabilität ergaben sich Werte von 6,8% bei Objekten
kleiner als 500 mm3. In vorliegender Studie betrug das kleinste gemessene
Plazentavolumen mit der VOCAL-Methode und 15° Rotationswinkel 21,917 cm3 und
liegt somit deutlich in einem Bereich, in dem laut Berg (Berg et al., 2000) gute
interindividuelle Messgenauigkeiten erzielt werden können. Es zeigt sich somit, dass
die 3D-Ultraschall Plazentavolumetrie im 1.Trimenon verlässlich und wiederholbar ist,
sowohl wenn sie von einem Untersucher mehrmals, als auch von verschiedenen
Untersuchern nach der VOCAL-Methode durchgeführt wird.
41
Bisher existieren keine Erkenntnisse zu möglichen Unterschieden in den Messungen
des Plazentavolumens mit der VOCAL-Technik mit 9° oder 15° Rotationswinkel im 1.
Trimenon in-vivo im Vergleich.
In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass zwar die Werte für das
Plazentavolumen, gemessen mit 9° Rotationswinkel und somit 20 Ebenen, 209,5 mm3
größer sind als mit 15° Rotationswinkel. Allerdings stellte sich dieser Unterschied als
statistisch nicht signifikant zum Niveau α = 0,05 heraus. Somit sind 3D-Ultraschall
Volumenmessungen der Plazenta nach der VOCAL-Methode mit 9° Rotationswinkel
und Messungen mit 15° Rotationswinkel gleichwertig.
Zu diesem Thema finden sich in der Literatur Arbeiten, die dieses Ergebnis
unterstützen.
Raine-Fenning et al. (Raine-Fenning et al., 2003) konnten zwar in ihrer großen in- vitro
Studie eindeutige Unterschiede zwischen den verschiedenen Messmethoden
feststellen. Zunächst zeigte sich aber nur, dass die konventionelle Methode der
Volumenkalkulation der VOCAL-Rotationstechnik unterlegen ist. Weiterhin war die
VOCAL-Technik mit einem 6° Rotationswinkel der VOCAL-Technik mit 15°, 30° und
der konventionellen Technik in der Reliabilität überlegen. Allerdings fanden sich keine
Unterschiede in der Reliabilität zwischen Messungen mit einem Rotationswinkel von 9°
oder 15°. Die hohen ICC Werte insgesamt zeigten auch, dass alle Techniken sehr
verlässlich sind. Raine-Fenning et al. kommen daher zu dem Schluss, dass die 9°
Rotationstechnik zu bevorzugen ist, da sie ebenso verlässlich wie die 6° Technik, aber
wesentlich schneller durchführbar ist. Bei dieser Studie muss berücksichtigt werden,
dass es sich um eine in-vitro Studie handelte, die einige Fehlerquellen besitzt und
daher den Vergleich mit vorliegender in-vivo Studie erschwert. So muss die
Geschwindigkeit von Schall in einem Wassertank besonders gründlich betrachtet
werden. Eine kleine Abweichung dieses Wertes ergibt ein anderes gemessenes
Volumen. Die Geschwindigkeit wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, wie der
Gehalt an Luft und Salz und die Temperatur des Wassers. Das gemessene Volumen
muss um diese Abweichungen in der Schallgeschwindigkeit ausgeglichen und die
Scannereinstellung entsprechend gewählt werden. Daher können die beschriebenen
Erkenntnisse nicht uneingeschränkt auf die in-vivo Situation übertragen werden.
Es gibt eine Studie von Nowak (Nowak et al., 2008), die dieses Thema in der in-vivo
Situation beschrieben hat. Allerdings verglich diese Arbeit 3D-
Ultraschallvolumenmessungen der Plazenta mit der VOCAL-Technik in einem 12° und
30° Rotationswinkel mit der multiplanaren Methode. Es zeigte sich eine hohe
Übereinstimmung zwischen Messungen mit 12° und 30° mit einem ICC von 0,994. Da
ein anderes Ultraschallequipment mit einem transvaginalen Schallkopf verwendet
42
wurde und noch dazu andere Rotationswinkel mit einer unterschiedlichen Anzahl von
Ebenen, lassen sich die Ergebnisse dieser Studie nicht sicher mit den Ergebnissen der
vorliegenden vergleichen. Somit ist die vorliegende Arbeit die derzeit erste, die 3D-
Ultraschallvolumenmessungen der Plazenta mit der VOCAL-Technik und 9° und 15°
Rotationswinkel vergleicht. Diese Erkenntnis ist deswegen wichtig, da die 15°
Rotationstechnik wesentlich schneller durchführbar ist als die 9° Rotationstechnik,
ohne dabei signifikante Unterschiede bei den Messergebnissen für das
Plazentavolumen zu liefern.
5.3 Diskussion der Fehlermöglichkeiten
Die vorliegende Arbeit weist auch Schwachstellen und potentielle Fehlerquellen auf,
die im Folgenden näher erläutert werden sollen.
Kritisch anzumerken ist, dass die statistische Auswertung der Messergebnisse nicht
berücksichtigt, von welchem der beiden Sonographeure die Ultraschallaufnahme
durchgeführt wurde. Zwar wurden die Ultraschallaufnahmen von beiden
Sonographeuren nach dem gleichen Standardverfahren gemacht, jedoch könnten auch
kleinere individuelle Unterschiede in der Aufnahmetechnik und –genauigkeit zu
unterschiedlich zu messenden Volumina führen und somit die absoluten Werte für das
Plazentavolumen beeinflussen. Von jedem Untersucher wurden die gleichen
Ultraschallaufnahmen vermessen, jedoch wurden 72,5% aller Aufnahmen von
Sonographeur 2 (B.M.) erstellt und nur 27,5% von Sonographeur 1 (R.L.S.). Somit
ergibt sich ein möglicher Bias schon in den Ausgangsbedingungen zur
Volumenbestimmung. Da beide Sonographeure auf dem Gebiet der 3D-
Ultraschallplazentavolumetrie sehr erfahren sind und beide die Aufnahmen nach dem
gleichen Verfahren durchführten, ist dieser mögliche Bias als sehr gering anzusehen.
Als weitere mögliche Schwachstelle der Studie ist die Möglichkeit zu nennen, die
Bildeinstellungen im verwendeten Programm 4D-View vor dem Beginn der gesamten
Messungen zu ändern. So konnte wie bereits im Methodenteil erläutert, der Kontrast
durch Änderung der Auflösung erhöht werden. Dies ermöglichte eine deutlichere
Abgrenzung der Plazenta von der Uteruswand. Somit könnten beide Untersucher
unterschiedlich genau gemessen haben, je nachdem welches Gewebe aufgrund des
Kontrasts zur Plazenta oder zur Uteruswand gerechnet wurde. Dies würde zu
Verfälschungen der Messungen und somit zu Beeinflussungen der ICC- Werte führen.
Allerdings wurden diese Einstellungen von den Untersuchern nur zu Beginn der
kompletten Messreihe geändert und dann konsequent beibehalten, sodass nicht jede
43
Aufnahme von jedem Untersucher verschieden gemessen wurde. Somit ergeben sich
untersucherspezifische Effekte, die jedoch in der Modellgleichung für die
Gesamtreliabilität als βj berücksichtigt sind.
Weiterhin war den Untersuchern nicht vorgegeben, welche der drei orthogonalen
Ebenen A, B, C als Referenzebenen bei jeder Messung zu bestimmen war. So könnte
auch die freie Wahl der Referenzebene zu Unterschieden bei der Bestimmung der
exakten Plazentagrenze und somit auch bei der Berechnung des Plazentavolumens
geführt haben.
Dies wiederum hätte möglicherweise die interindividuelle Messgenauigkeit
beeinflussen können. Auch bei diesem Kritikpunkt ist anzumerken, dass beide
Untersucher nach dem gleichen Standardverfahren zur 3D- Plazentavolumetrie mit
dem Programm 4D- View vorgegangen sind, das auch die Wahl der geeignetsten
Ebene als Referenzebene einschließt.
5.4 Schlussfolgerungen, Ausblicke, Konsequenzen
Die in-vivo 3D-Plazentavolumetrie zwischen der 11.+0 und 13.+6
Schwangerschaftswoche mit der VOCAL-Technik ergibt sehr hohe Werte für die
intraindividuelle Messgenauigkeit. Dies bedeutet, dass der untersucherspezifische
Effekt bei Wiederholungsmessungen als sehr gering einzustufen ist.
Das gleiche wurde in vorliegender Arbeit für die interindividuelle Messgenauigkeit der
in-vivo 3D-Ultraschall Plazentavolumetrie zwischen der 11.+0 und 13.+6
Schwangerschaftswoche mit der VOCAL- Technik gezeigt. Auch hier ergab sich eine
sehr hohe Übereinstimmung der Messergebnisse. Dies zeigt, dass der
untersucherspezifische Effekt bei Messungen durch verschiedene Untersucher als sehr
gering anzusehen ist. Es ergibt sich somit, dass die 3D-Ultraschall Plazentavolumetrie
im 1.Trimenon verlässlich und wiederholbar ist, sowohl wenn sie von einem
Untersucher mehrmals als auch von verschiedenen Untersuchern nach der VOCAL-
Methode mit 15° Rotationswinkel durchgeführt wird.
Auf die eingangs gestellte Frage nach möglichen Messunterschieden bei der in-vivo
3D-Ultraschall Plazentavolumetrie zwischen der 11.+0 und 13.+6
Schwangerschaftswoche mit der VOCAL-Technik in 9° und 15° Rotationswinkel wurde
die Antwort gefunden, dass beide Methoden gleichwertig sind. Diese Erkenntnis ist
wichtig für den klinischen Alltag, da die 15° Rotationstechnik wesentlich schneller
44
durchführbar ist als die 9° Rotationstechnik, ohne dabei signifikante Unterschiede bei
den Messergebnissen für das Plazentavolumen zu liefern.
Auf dem Hintergrund bisheriger Erkenntnisse zur 3D- Ultraschallplazentavolumetrie
bedarf es weiterer Studien, um alle vier möglichen Rotationswinkel der VOCAL-
Technik im Programm 4D-View in der in-vivo Situation im 1. Trimenon der
Schwangerschaft hinsichtlich Verlässlichkeit und Wiederholbarkeit zu vergleichen.
45
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7. Abkürzungsverzeichnis
2D zweidimensional
3D dreidimensional
4D vierdimensional
Abb Abbildung
AC Abdomenzirkumferenz
a.D. außer Dienst
al. alumni
BIP biparietaler Durchmesser
BMI Body-Mass-Index
CD Compact Disc
FAU Friedrich-Alexander-Universität
FL Femurlänge
f-β-hCG freies β humanes Choriongonadotropin
GE General Electric
geb. geboren
ICC Inter-/ Intrakorrelationskoeffizient
IUGR intra-uterine-growth-restriction
IVF in-vitro Fertilisation
NT Nackentransparenz
PAPP-A pregnancy-associated plasma protein A
PRF Puls Ripitition Filter
ROI Region of interest
SD standard deviation (Standardabweichung)
SGA small-for-gestational-age
Sono sonographisch
SSL Scheitel-Steiß-Länge
SSW Schwangerschaftswoche
VOCAL virtual organ computer-aided analysis
WMF wall motion filter
z.B. zum Beispiel
55
8. Danksagung
An erster Stelle möchte ich Herrn Professor Dr. R. Schild, der mir das Thema der
vorliegenden Dissertation überließ, für seine engagierte Betreuung und Unterstützung
danken. Ihm gilt mein besonderer Dank für die Ermöglichung der Arbeit, seine
intensive Betreuung auch nach seinem Klinikwechsel nach Hannover, viele wertvolle
Anregungen sowie für die kritische Durchsicht und die fachlichen Ratschläge bei der
Fertigstellung des Manuskriptes. Durch sein Engagement und Interesse am Fortgang
meiner Arbeit, Zeit und Offenheit für Fragen hat er mir viel Unterstützung und
Motivation gegeben. Für die statistische Auswertung der Daten und die vielen
hilfreichen Erklärungen zu den Ergebnissen und statistischen Programmen bedanke
ich mich herzlich bei Matthias Schmid vom Institut für Medizininformatik, Biometrie und
Epidemiologie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Nina Dinkel
danke ich für viele wertvolle Tipps bei der Einarbeitung in das Programm 4D-View.
Schließlich bedanke ich mich in besonderer Weise bei meiner Familie und meinem
lieben Freund, die mir immer mit Rat und Tat zu Seite standen und mir so viel Kraft und
Motivation gaben.
