Fetal Neurosonogaphy: Ultrasound and Magnetic Resonance Imaging in Competition

Both in routine diagnostics and detailed, highly specialized workups, major advances have been observed in many areas of ultrasound due to an increase in expertise and improved technology in recent years. This is particularly true in the case of fetal neurosonography [1] [2] [3] [4]. Malformations of the CNS together with fetal heart defects are among the most common congenital anomalies. From the embryonic phase to the late third trimester, the CNS undergoes extensive development and maturation processes. The diagnosis of CNS anomalies is therefore primarily dependent on the time at which the examination is performed and the experience of the examiner. The introduction of transvaginal and 3 D ultrasound for evaluating fetal brain structures has made it possible to diagnose pathological findings of the CNS with increasing accuracy [5]. The detection rates for CNS anomalies are up to 90 – 95 % depending on the finding [3] [5]. Today, detailed fetal neurosonography also includes differential diagnostic evaluation of the posterior cranial fossa, the corpus callosum (CC), and the gyri and therefore exceeds the primarily conspicuous, non-specific diagnosis of “ventricular dilation“ often occurring as an accompanying symptom [6] [7] The article “Prenatal Diagnosis of Corpus Callosum Anomalies“ appearing in this issue shows an increase in the frequency of diagnosis and also shows that it is possible to differentiate between complete and partial corpus callosum agenesis and hypoplasia of the corpus callosum with differentiation between isolated and non-isolated cases is possible on ultrasound. In 4 of 44 cases in which both neurosonography and intrauterine MRI were performed, there was a discrepancy between the ultrasound diagnosis and the intrauterine MRI findings. In a comparison of the sonographic diagnoses and the MRI findings, additional pathologies were seen on MRI but not on ultrasound in only 3 of 44 cases. In a further case of CC hypoplasia, the sonographic diagnosis was superior to the MRI findings.

Another study appearing in this issue study of CNS anomalies in fetuses with complex clubfoot also showed additionally diagnosed CNS anomalies in 4 cases on MRI. MRI yielded supplementary findings that were not visible on ultrasound in 6 cases. Although the number of cases is small, it was able to be shown, as in other studies, that a certain percentage of CNS anomalies is able to be evaluated on an additional or supplementary basis on MRI.

Since intrauterine MRI has been becoming increasingly important in recent years, it is necessary to determine when MRI is indicated. There is general consensus in the literature that MRI is not a screening method for detecting fetal anomalies but should be viewed as a supplementary method to ultrasound [8] [9] [10]. However, MRI application in pregnancy is increasing. Intrauterine MRI is most commonly used in the case of abnormal ultrasound findings regarding the CNS [11] [12] [13]. This includes morphological evaluation of malformations and recently also of acquired hypoxic-ischemic diseases, bleeding and inflammation such as CMV infections. Thoracic and abdominal malformations are also indications for MRI for the evaluation of the lung volume in diaphragmatic defects and in the case of suspicion of esophageal atresia abnormal placentation. Further possible indications for the use of MRI include monochorial multiple pregnancies with a feto-fetal transfusion syndrome (for the evaluation of neurological development) and select cases with known diseases and syndromes [14]. The majority of studies for comparing intrauterine MRI to sonographic diagnosis include a small number of cases with limited or no follow-up. Data regarding sensitivities, specificities, and positive predictive values is limited. Many studies simply calculate the difference in percentages on the basis of a small number of cases. The best available data is in regard to CNS anomalies. In one of the few meta-analyses including 34 studies and documented follow-up in 959 fetuses, intrauterine MRI was correct in 91 % of cases which was an increase of 16 % above that achieved by ultrasound [15]. This means a significant diagnostic gain for specific issues. However, it must be taken into consideration that the analysis includes a period of 20 years and fetal neurosonography has made major progress in this time. The diagnostic gain would tend to be smaller today. In many studies the level of experience of the ultrasound examiners often remains unclear A possible bias is also that an examiner with less experience determines an indication for intrauterine MRI faster and more frequently and can thus gain more information compared to highly specialized, experienced ultrasound examiners in prenatal centers. Since advanced training in prenatal diagnosis is becoming increasingly difficult due to the transfer of centers to ambulatory practices, there is a certain risk that crash courses or brief internships in ultrasound will result in intrauterine MRI playing an additional role in fetal differential diagnosis and in the confirmation of findings. Because intrauterine MRI is stressful for pregnant women, indiscriminate indication for MRI cannot be recommended even if no fetal damage is to be expected provided that the appropriate safety measures are observed (examination duration of approx. 30 minutes and implementation of MRI after 18 weeks of gestation). After a properly performed ultrasound examination, little additional morphological information can be gained from MRI [16]. However, in the case of an unclear sonographic finding or in the event of therapeutic consequences for the care of the fetus or for the birth, MRI is an excellent supplementary method to ultrasound. Concretely, this means ultrasound first. If the finding is not clear, intrauterine MRI can be used as an adjunct method. In this way the cost-benefit ratio can be optimized. The gains achieved by MRI compared to US depend on the quality of the examination and thus on the expertise of the examiner in both methods. The indications for fetal MRI should also follow defined standards based on a protocol adapted to the particular clinical issue [16].

Sowohl in der Routinediagnostik aber auch bei den detaillierten hochspezialisierten Abklärungen sind infolge zunehmender Expertise und verbesserter Technologien in den letzten Jahren große Fortschritte in vielen Bereichen der Sonografie zu verzeichnen. Im besonderen Maße gilt dies für die fetale Neurosonografie [1] [2] [3] [4]. Fehlbildungen des ZNS gehören mit den fetalen Herzfehlern zu den häufigsten angeborenen Anomalien. Das ZNS unterliegt von der Embryonalphase bis ins späte 3. Trimenon hinein erheblichen Entwicklungs- und Reifungsprozessen. Die Diagnostik von ZNS-Anomalien ist daher in erster Linie abhängig vom Zeitpunkt der Untersuchung und der Erfahrung des Untersuchers. Mit Einführung der Transvaginalsonografie und der 3D-Sonografie zur Beurteilung von fetalen Hirnstrukturen können pathologische Befunde des ZNS zunehmend präziser diagnostiziert werden [5]. Die Entdeckungsraten für ZNS-Anomalien liegen je nach Befund bei bis zu 90 – 95 % [3] [5]. Die detaillierte fetale Neurosonografie umfasst heute auch eine differenzialdiagnostische Befundung der hinteren Schädelgrube, des Corpus callosum (CC) und der Gyrierung und geht damit über die häufig als Begleitsymptom auftretende primär auffallende unspezifische Diagnose sog. „Ventrikelerweiterung“ hinaus [6] [7]. Der Beitrag „Pränatale Diagnostik von Corpus callosum-Anomalien in dieser Ausgabe zeigt einerseits einen Anstieg der Diagnosehäufigkeit und andererseits auch, dass sonografisch eine Unterscheidung zwischen einer kompletten und partiellen Corpus callosum-Agenesie sowie einer Hypoplasie des Corpus callosum mit Differenzierung zwischen isolierten und nicht isolierten Fällen möglich ist. In 4 von 44 Fällen bei denen neben der Neurosonografie auch eine intrauterine MRT durchgeführt wurde, bestand eine Diskordanz zwischen der Ultraschalldiagnose und der intrauterinen MRT. Der Vergleich der sonografischen Diagnosen und MRT-Befunden zeigte in nur 3 von 44 Fällen zusätzliche Pathologien in der MRT, die im Ultraschall nicht zu sehen waren. In einem weiteren Fall einer CC-Hypoplasie war die sonografische Diagnose der MRT überlegen.

Auch eine weitere Arbeit mit ZNS-Anomalien bei Feten mit komplexem Klumpfuß in dieser Ausgabe wies in der MRT in 4 Fällen zusätzlich diagnostizierte ZNS-Anomalien auf. Die MRT ergab in 6 Fällen ergänzende Befunde, die sonografisch nicht darstellbar waren. In Anbetracht der kleinen Fallzahlen ist sicherlich Vorsicht geboten, aber es zeigt sich, wie in anderen Arbeiten auch, dass in der MRT ein gewisser Anteil von ZNS-Anomalien zusätzlich oder ergänzend beurteilbar ist.

Da die intrauterine MRT in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewinnt, stellt sich die Frage, wann eine MRT indiziert ist. Grundsätzlich besteht in der Literatur ein Konsens, dass die MRT keine Screeningmethode zur Erkennung von fetalen Anomalien darstellt, sondern als kompetetive Untersuchung zum Ultraschall anzusehen ist [8] [9] [10]. Andererseits erlebt die MRT–Anwendung in der Schwangerschaft eine Ausweitung. Am häufigsten wird das intrauterine MRT bei sonografisch auffälligen Befunden des ZNS eingesetzt [11] [12] [13]. Dies beinhaltet einerseits die morphologische Beurteilung im Hinblick auf Fehlbildungen und in jüngster Zeit auch die erworbenen hypoxisch-ischämischen Störungen sowie Blutungen und Entzündungen wie z. B. CMV-Infektionen. Hinzugekommen sind als Indikationen für die MRT die thorakalen und abdominellen Fehlbildungen zur Beurteilung der Lungenfolumen bei Zwerchfelldefekten und bei V. a. Ösophagusatresie sowie Plazentationsstörungen. Diskutiert werden als weitere Indikationen monochoriale Mehrlingsschwangerschaften mit einem fetofetalem Transfusionssyndrom zur Beurteilung der neurologischen Entwicklung und ausgewählte Fälle mit anamnestisch bekannten Erkrankungen und Syndromen [14]. Mehrheitlich handelt es sich bei den Studien zum Vergleich der intrauterinen MRT mit der sonografischen Diagnostik um kleine Fallzahlen mit eingeschränktem oder fehlendem Follow-up. Angaben zu Sensitivitäten, Spezifitäten und positiv prädiktiven Werten sind eher rar; i.R. begnügen sich viele Arbeiten mit dem Ausrechnen des Unterschieds in Prozentangaben bei kleinen Fallzahlen. Bei den ZNS-Anomalien ist die Datenlage am besten. In einer der wenigen Metaanalysen mit 34 Studien und dokumentiertem Follow-up bei 959 Feten war die Diagnose im intrauterinen MRT in 91 % der Fälle korrekt und lag mit 16 % über der Rate des vorangegangen Ultraschalls [15]. Dies bedeutet einen signifikanten diagnostischen Zugewinn bei gezielten Fragestellungen. Beachtet werden muss aber, dass die Auswertung einen Zeitraum von 20 Jahren umfasst und die fetale Neurosonografie in diesem Zeitfenster sehr große Fortschritte gemacht hat. Der Zugewinn dürfte heute eher kleiner ausfallen. In vielen Studien bleibt oftmals die Frage offen, wie viel Erfahrung der Ultraschalluntersucher miteinbringt. Eine mögliche Bias ist letztlich auch, dass ein weniger erfahrenerer Untersucher schneller und häufiger eine intrauterine MRT indizieren wird und einen größeren Zugewinn an Informationen erzielen kann als der hochspezialisierte erfahrene Ultraschalluntersucher in einem Pränatalzentrum. Da die Weiterbildung in der Pränataldiagnostik durch die Auslagerung der Zentren in ambulante Praxen zunehmend erschwert wird, besteht eine gewisse Gefahr, dass mit der „Schnellausbildung“ oder durch Kurzhospitationen im Ultraschall der intrauterinen MRT eine zusätzliche Rolle in der fetalen Differenzialdiagnostik und zur Befundbestätigung zukommt. Unter dem Gesichtspunkt, dass auch die intrauterine MRT eine Belastung für die Schwangere ist, kann aber eine wahllose Indikationsstellung zum MRT nicht befürwortet werden, auch wenn bei Einhaltung der Sicherheitsaspekte (Untersuchungsdauer von ca. 30 Minuten und Durchführung des MRT i.R. nach 18 Schwangerschaftswochen) keine fetale Schädigung zu erwarten ist. Nach einem qualifizierten Ultraschall sind morphologisch wenige Zusatzinformationen aus der MRT erzielbar [16]. Besteht dagegen ein unklarer Befund im Ultraschall oder hat es therapeutische Konsequenzen für die Betreuung des Feten oder für die Geburt, stellt die MRT eine hervorragende Methode zur Ergänzung der sonografischen Diagnostik dar. Konkret heißt dies „ Ultraschall First“. Ist der Befund nicht eindeutig, kann eine intrauterine MRT ergänzend hinzugezogen werden. Bei diesem Vorgehen lassen sich auch Kosten und Nutzen in Einklang bringen. Der Zugewinn der MRT im Vergleich zum US ist zusammenfassend bei beiden Methoden von der Qualität der jeweiligen Untersuchungen und damit von der Expertise des Anwenders abhängig. Die Indikationen zur fetalen MRT sollten ebenso definierten Standards folgen unter Zugrundelegung eines für die jeweilige Fragestellung adaptierten Protokolls [16].

• References

• 1 Karl K, Kainer F, Heling KS et al. Fetale Neurosonografie: die erweiterte Untersuchung des ZNS beim Fetus. Ultraschall in Med 2011; 32: 342-361
• 2 Paladini D, Quarantelli M, Pastore G et al. Abnormal or delayed development of the posterior membranous area of the brain: anatomy, ultrasound diagnosis, natural history and outcome of Blake's pouch cyst in the fetus. Ultrasound Obstet Gynecol 2012; 39: 279-287
• 3 Pilu G, Hobbins JC. Sonography of fetal cerebrospinal anomalies. Prenat Diagn 2002; 22: 321-330
• 4 De Catte L, De Keersmaeker B, Claus F. Prenatal neurologic anomalies: sonographic diagnosis and treatment. Paediatr Drugs 2012; 14: 143-155
• 5 Monteagudo A, Timor-Tritsch IE. Normal sonographic development of the central nervous system from the second trimester onwards using 2D, 3D and transvaginal sonography. Prenat Diagn 2009; 29: 326-339
• 6 Ghi T, Contro E, De Musso F et al. Normal morphometry of fetal posterior fossa at midtrimester: brainstem-tentorium angle and brainstem-vermis angle. Prenat Diagn 2012; 32: 440-443
• 7 Sotiriadis A, Makrydimas G. Neurodevelopment after prenatal diagnosis of isolated agenesis of the corpus callosum: an integrative review. Am J Obstet Gynecol 2012; 206: 337
• 8 Weston MJ. Magnetic resonance imaging in fetal medicine: a pictorial review of current and developing indications. Postgraduate medical journal 2010; 86: 42-51
• 9 Breysem L, Bosmans H, Dymarkowski S et al. The value of fast MR imaging as an adjunct to ultrasound in prenatal diagnosis. European radiology 2003; 13: 1538-1548
• 10 Quinn TM, Hubbard AM, Adzick NS. Prenatal magnetic resonance imaging enhances fetal diagnosis. Journal of pediatric surgery 1998; 33: 553-558
• 11 Gat I, Hoffmann C, Shashar D et al. MRT des fetalen Gehirns: Neuklassifizierung und Unterstützung der Sonografie. Fetal Brain MRI: Novel Classification and Contribution to Sonography. Ultraschall in Med 2014; DOI: 10.1055/s-0034-1384935. Epub 2014/ 12/24
• 12 Voigt F, Faschingbauer F, Dammer U et al. Möglichkeiten der pränatalen Diagnostik bei ZNS-Anomalien. Frauenheilkunde up2date 2012; 6: 359-373
• 13 Wataganara T, Ebrashy A, Dayyabu Aliyu L et al. Fetal magnetic resonance imaging and ultrasound. J Perinat Med 2016; 44: 533-542
• 14 Hoffmann C, Weisz B, Yinon Y et al. Diffusion MRI findings in mono-chorionic twin pregnancies after intrauterine fetal death. American journal of neuroradiology 2013; 34: 212-221
• 15 Jarvis D, Mooney C, Cohen J et al. A systematic review and meta-analysis to determine the contribution of mr imaging to the diagnosis of foetal brain abnormalities In Utero. Eur Radiol 2016; DOI: 0.1007/s00330-016-4563-4 .
• 16 Prayer D, Brugger PC, Krampl E et al. Indikationen zur fetalen Magnetresonanztomographie. Der Radiologe 2006; 46: 98-104