Sonography ofFirst TrimesterIntrauterine Pregnancy:Abnormal Outcomes Mindy M. Horrow, MD,FACRDirector of Body ImagingAlbert Einstein Medical CenterPhiladelphia, Pennsylvania

Estimation of Early PregnancyFailure Rates

“...nearly one third of thepregnancies detected by anelevation in the urinary -hCGlevel failed to survive to delivery.About two thirds of these lossesoccurred before the pregnancyhad been clinically recognized.”

Wilcox, NEJM 1988

Discriminatory Level for -hCG

-hCG level above which it isABNORMAL NOT to identify agestational sac

1000 mIU/mL (1st IRP) *

1700-2000 mIU/mL (1st IRP) **

Strict cut-off of 2000 mIU/mL will misssome normal IUPS ***

*Bree, AJR 1989

**Nyberg, JUM 1987

*** Mehta, Radiology 1997

When is the pregnancyabnormal for

Gestational sac without anembryo?

Gestation sac with an embryo

a.  without cardiac activity?

b.  with cardiac activity?

There is an intrauterine gestationalsac without an embryo.  Is itnormal?

Size - without yolk sac or embryo

Ancillary characteristics:  shapeposition, appearance

Slow growth

Amniotic membrane

Abnormal yolk sac - size and shape

Abnormal Appearance ofGestational Sac

Irregular contour

Thin decidual reaction (< 2 mm)

Absent double decidual sac

Low position

Normal gestational sac grows 1.13mm/day.  Use this information toplan follow-up studies.

Differential diagnosis ofan empty gestational sac

Normal, early intrauterinepregnancy

Abnormal intrauterine pregnancy

Pseudosac of an ectopicpregnancy

Threatened AB

10mm empty sac

2 days later, sac

smaller, low in

 position

Failed Pregnancy

Inevitable abortions

Spontaneous abortion with sac in vagina

Discriminatory Level of GestationalSac Size for Visualization of YolkSac

MSD (mm)Weeks

6-8 (13)        51/2

Levi, Radiology 1988

Bree, AJR 1989

12mm sac

 with yolk sac

1 week later- minimalgrowth= failedpregnancy

Early pregnancy

With bleeding, 3/30

Early IUP, possiblyabnormal

Follow-up, 4/8

Definitive failed pregnancy

MSD

Discriminatory Level of GestationalSac Size for Visualization ofEmbryo

MSD (mm)Weeks

10-17 (18)        61/2

Levi, Radiology 1988

Bree, AJR 1989

22mm MSD, no embryo = failedpregnancy

Yolk Sac and Gestational SacSize Parameters Revisited

30/135 (22%) of 8 mm sacs withoutyolk sac developed live embryos

5/59 (8%) of 16 mm sacs without anembryo developed live embryos

(N.B. used 5 MHz transducer)

Rowling, Radiology 1997

Influence of TransducerFrequency

Using 9-5 MHz probe

Threshold Discriminatory(mm)(mm)

__________________________________________________________________________

Yolk sac55

Embryo813

Rowling, AJR 1999

Mean sac diameter =6mm

5 MHz                                8-4 MHz

Yolk Sac

Controversy - is absenceabnormal?

Large, small and abnormallyshaped sacs associated withspontaneous abortion and fetalanomalies

Ferrazzi, Am J Ob Gyn 1988; Kurtz, AJR 1992;Reece, Am J Ob Gyn 1988;Levi, Radiology 1990;Rowling, Radiology 1997; Stampone, JCUS 1996

Enlarged yolk sac

Two weeks later

 embryonic demise

Demise at 7 weeks: calcified yolk sac

Harris Radiology 1988;166:109

Amniotic Membrane

“Empty Amnion” - visualizationof an amnion without anembryonic pole indicates failedpregnancy

Often, amniotic membrane is toothick in cases of earlypregnancy failure

McKenna, JUM 1995

Examples of failed pregnancies:

   empty amnion

Has embryonic demiseoccurred? Yes, if:

Embryo is identified with certainty

Crown rump length is greater than5 mm

No cardiac activity is detected afterat least 1 minute, preferably bymore than one observer

The study is technically adequate

Early pregnancy withbleeding

EmbryonicDemise

Negative

Pregnancy Failure Rates AfterSonographic Detection of CardiacActivity

WeeksBleedingNo BleedingOverall*

5.5 - 6           33%16%20.4%

7-910%5%7.6%

9-114%1-2%4.5%

combined data from Goldstein, Radiology 1990; Wilson, ObstetGynecol 1986; May, JUM 1991; Howe, JUM 1991, Benson,Radiology 1997

Embryo has cardiac activity.Are there signs suggesting apoor outcome?

Subchorionic hemorrhage

Bradycardia

Oligohydramnios

Polyhydramnios

Subchorionic Collections

Presumably blood

Reported prevalence 18-50%

Associated with increased incidence ofembryonic death only if clinical bleeding

Location (placental site) may be associatedwith increased incidence of embryonic death

Dickey, Obstet Gynecol 1992; Pedersen, AJR, 1990;Kurjak, J Mat Fetal Med 1996

Subchorionic Collectionswith Bleeding

Overall spontaneous abortion rate:9.3%

Spontaneous abortion rates by size

–Small7.7%

–Moderate9.2%

–Large18.8%

Bennett, Radiology 1996

SAIUP at 7 weeks                2 days later

Large subchorionic hemorrhagewith subsequent spontaneousabortion

Subchorionic hemorrhages

Acute                               Subacute

Acute subchorionichemorrhage

 

One week later

Failure of one embryo in diamniotic-dichorionic twin pregnancy

Embryonic Bradycardia

Prognosis< 6.2 weeks6.3-7.0 weeks

 

Dismal< 80 bpm< 100 bpm

Poor80-89 bpm100-109 bpm

Fair90-99 bpm110-119 bpm

Normal> 100 bpm> 120 bpm

Doubilet, JUM 1995

Early pregnancy with bleeding

bradycardia

Failed Pregnancy

Two weeks later

Embryonic Tachycardia

> 135 bpm before 6.3 weeks

>155 bpm at 6.3 – 7.0 weeks

These pregnancies have highlikelihood of normal outcome

Doubilet, AJR 2000

Tachycardia @ 7 weeks with normal outcome

Abnormal Outcomes withCardiac Activity

Bradycardic embryo who survivesfirst trimester has 2x risk ofanomalies

Cardiac activity seen at 6 weeks

–94% normal outcome

Cardiac activity seen at 7 weeks

–70% normal outcome

Doubilet, JUM 1999;  Rosen, Fert Steril, 1990

First TrimesterOligohydramnios

MSD - CRL < 5 mm

Uncommon, < 2% of pregnancies

Increased incidence of spontaneousabortions (65-94%)

Bromley, Radiology 1991;Dickey, Obstet Gynecol 1992;Rowling, Radiology 1997

Early pregnancywith bleeding

Large amnion, oligohydramnios, abnormallyshaped yolk sac, pregnancy eventually failed.

Oligohydramnios, large yolk sac,bradycardia, eventual demise

Abnormal Amniotic Sac:first trimester polyhydramnios

Enlarged amniotic cavityrelative to CRL correlates withearly embryonic death

Increased volume of amnioticfluid may be related tocongestive heart failure

Horrow, AJR 1992;  Birnholz, JUM 1995

Live 3mm embryo:large amnion &yolk sac

One week later:larger amnion, nocardiac activity

Enlarged amnion, large yolk sac, no cardiacactivity, follow-up showed spontaneous AB

Effect of Prognostic Factors onOutcome of Pregnancy withCardiac Activity

Higher pregnancy loss ratesassociated with:

–Older maternal age, assistedreproduction, symptoms ofpain/bleeding, abnormal USfindings

Effect of Prognostic Factors onOutcome of Pregnancy with CardiacActivity

Based on a stepwise logistic regressionwith gestational age as a covariate:

–“The prognosis for older mothers andfor those with assisted conception isnot statistically significantly differentfrom that for younger mothers and forthose with natural conception ifmaternal symptoms, US findings, andgestational age are the same.”

Benson, Radiology 1997

Nuchal Translucency

Sagittal  (CRL) view, measured as maximalthickness of sonolucent zone betweeninner aspect of skin and outer aspect ofsoft tissue overlying the cervical spine oroccipital bone

Considered abnormal if  3mm at 13-14.9weeks gestation

Study of 10,010 patients: seen in 0.8% ofwhich 24% had abnormal karyotypes

( trisomies 13, 18, 21 and XO, triploidy)

Taipale, NEJM1997;337:1654

Nuchal Translucency

Risk of chromosomal abnormality stronglyincreased if nuchal translucency is septated

If karyotype is normal, increased incidenceof associated abnormalities: Noonansyndrome, omphalocele, duodenal atresia,muscular atrophy, hydrothorax,spontaneous abortion, infantile polycystickidneys, Joubert syndrome, hydrops

Possible mechanism: heart strain, abnormallymphatic drainage

Van Vugt Radiology1996;200:537

Reynders JUM 1997;16:101

Normal NuchalTranslucency

Diffusely increasednuchal translucency:intrauterine demise at22 weeks, Turner’sSyndrome (XO)

Endovaginal Scanning DetectsSome Anomalies in First Trimester

Fetuses (2114) scanned at 14 and 21 weeks

–Anomalies detected at 14 weeks:  Focal orgeneralized edema most common, also:  lowurinary tract obstructions, skeletalanomalies, CNS and CHD

–Anomalies detected at 21 weeks:  ManyCHD, diaphragmatic hernia,holoprosencephaly, radial agenesis,hydronephrosis, clubfoot, cleft lip, pelvickidney

D’Ottavio,  JUM 1995Bonilla-Musoles, JUM 1994

Combined First TrimesterScreening

Measurement of nuchal translucency

Biochemical Markers

–Free  HCG- a metabolite of HCG with elevated levels inaneuploidy

–PAPP-A – pregnancy associated plasma protein A, low levelsassociated with aneuploidy

> 80 – 90% detection rate for major chromosomalanomalies

Non-specific marker for other non chromosomalanomalies (cardiac and syndromic)

Other US markers: hypoplastic nasal bone, abnormalblood flow of ductus venosus and tricuspidregurgitation

(Maternal age)

Universal Screening

All patients carry 2-3% risk for birth defects

Half of affected fetuses with Trisomy 21 areborn to women under 35 years of age

A screened, low risk patient at age 40 is atmuch less risk than a 20 year old who wasnot screened

With better screening options, age is nolonger as important

NT Screening requires rigorous training andquality control

Holoprosencephaly

Thickened placenta

Oligohydramnios

   Triploidy

Other First TrimesterIssues

Retained products of conception

Gestational trophoblasticneoplasia

–Hydatidiform mole

–Invasive mole

–Choriocarcinoma

Uterine and adnexal masses

Miscellaneous

S/P therapeutic abortion one weekearlier with persistent bleeding

Retainedproducts ofconception

Bleeding and fever after abortion

Clinical Dx: Endometritis

Definitive 7 week IUP, patientwent for therapeutic abortion

Trv

Sag right

Sag left

3 days after abortion withnew, heavy bleeding, giveshistory of uterine anomaly

Sag R

SagL

Completed abortion right horn ofbicornuate uterus with bleeding due toshedding of decidua in smaller left horn

Atypical molar pregnancy- appearancesimilar to incomplete abortion

Hydatidiform Mole

Most common form of gestational trophoblasticdisease

Double, paternal chromosome

First trimester appearance variable: sac-likecollection, complex echogenic mass, thickendometrium

Only 50% correctly diagnosed prospectivelycompared to 100% of 2nd trimester molarpregnancies

Since many 1st trimester moles haveappearance of miscarriage or anembrionicpregnancy, histologic examination of tissue isimportant

Lazarus, JUM 1999;18:589

Green, Radiographics 1996;16:1371

Pregnant with bleeding

Classic appearance of MolarPregnancy

Second trimester molar pregnancywith bilateral theca lutein cysts

Early IUP and IUD

2 Days later, early IUP with smallsubchorionic hemorrhage

Views of umbilical cord and yolksac in an 8 week pregnancy

Umbilical Cord Cyst

Umbilical Cord Cysts

Occur in  3% of pregnancies

True cysts: remnants of allantois, can beassociated with hydronephrosis, patenturachus, omphalocele, Meckel’s diverticulum

False cysts (pseudocysts)- due toliquefaction of Wharton’s jelly

Impossible to differentiate true for false onUS, most resolve during 1st trimester, ifpersist into 2nd trimester there is increasedincidence of anomalies (chromosomal,omphalocele, hemangiomas)

Skibo, Radiology 1992; 182:719

Ross, Obstet Gynecol 1997;89:442

Bye-bye