Артефакты при оценке жесткости печени

Обзор артефактов при эластографии сдвиговой волной печени

Использование методов эластографии поперечной волной оказывается ценным для получения качественных и количественных карт эластичности печени. Однако существуют распространенные нарушения, которые могут повлиять на измерения жесткости тканей. Артефакты изображения, сигналы, которые появляются на изображении, но отсутствуют в организме, могут приводить к завышению, недооценке и сильно изменяющимся расчетам карт жесткости тканей. Несколько артефактов могут влиять на измерения жесткости для большинства методов, в первую очередь методов, основанных на ультразвуке. К ним относятся:

• ■ 

Плохие акустические окна, которые приводят как к ограниченному проникновению при нажатии, так и к отслеживанию, а также вызывают высокую вариабельность измерения эластичности и затенение ребер или легких, что приводит к дальнейшей нестабильности значений эластичности. О плохом соотношении сигнал / шум в данных о сдвиговой волне или результирующих реконструкциях скорости сдвиговой волны обычно сообщается в коммерческих системах с помощью показателей качества и изображений.

• ■ 

Артефакты сердечной пульсации, возникающие в результате как создания естественных поперечных волн из-за высокой частоты сердечных сокращений, так и наличия пульсирующих сосудов вблизи интересующей области.

• ■ 

Граница печени, или капсула Глиссона, артефакты из-за взаимодействия с портальными сосудами и искажения движения поперечной волны вокруг капсулы печени.

• ■ 

Вязкость ткани, которая вызывает как зависимость скорости сдвиговой волны от частоты колебаний, особенно при сравнении измерений между методами, так и погрешность при переоценке из-за предположений о реконструкции чистой эластичности.

• ■ 

Нелинейность ткани, при которой жесткость изменяется нелинейно с деформацией из-за неоднородности внеклеточного матрикса и недооценивается при расчете с использованием линейных допущений.

• ■ 

Артефакты движения из-за движений пациента и естественных движений при дыхании.

• ■ 

Артефакты отражения поперечной волны из-за градиентов жесткости внутри печени.

• ■ 

Неперпендикулярное размещение зонда, которое приводит к нелинейному затуханию сигнала и завышению жесткости печени.

• ■ 

Компрессия зондом / нелинейная реакция тканей.

Временная эластография с контролем вибрации

Временная эластография с виброконтролем (VCTE) основана на внешней механической вибрации, вызывающей сдвиговые волны внутри ткани. Сдвиговые волны отслеживаются с помощью ультразвуковых методов, подобных доплеровскому, на основе которых можно рассчитать модуль Юнга, предполагая однородность, изотропность и упругость. Однако при VCTE существуют ограничения и трудности в интерпретации. Например, без контролируемого усилия сжатия зонда возбуждение может искажаться и снижаться центральная частота, что приводит к более низким измерениям жесткости. Чрезмерное сжатие также может привести к нелинейному приданию жесткости сжатым тканям. Аналогичным образом, без надлежащего гашения механической вибрации могут возникать повторяющиеся сдвиговые волны, а алгоритмы регрессии могут искажать фактическую эластичность тканей. Эти артефакты, которые наблюдались при использовании первой версии фиброскана, менее заметны в последующих версиях благодаря контролю вибрации.

Артефакты силовых импульсных методов акустического излучения

Как общие ограничения ультразвука, так и ограничения методов силового импульсного акустического излучения (ARFI) приводят к оценке вариабельности жесткости ткани. Наиболее распространенными источниками артефактов при ARFI являются плохое акустическое окно ( рис. 6.1 ), ограниченное проникновение ( рис. 6.2 ), тени органов ( рис. 6.3 ), пульсация сосудов ( рис. 6.4 ), потеря сигнала ( рис. 6.5 ), реверберации внутри печени ( рис. 6.6 и 6.7 ) и артефакты движения ( рис. 6.8 ). Правильное расположение интересующей области в печени может уменьшить многие потенциальные артефакты. Кроме того, ARFI более восприимчив к эффектам рассеяния поперечной волны, чем методы с фиксированной частотой возбуждения, такие как VCTE и магнитно-резонансная эластография (MRE); в вязкоупругой среде скорость поперечной волны дисперсионна, что означает, что скорости изменяются с частотой, и оценки скорости поперечной волны ARFI могут быть смещены в зависимости от конкретной используемой системы визуализации.

Рис. 6.1

Пример плохого акустического окна. Затенение присутствует как в правой, так и в левой части изображения в режиме B. На карте эластичности (справа) 50% не окрашены из-за затенения. Обратите внимание, что капсула печени не является ярко-белой линией, что указывает на то, что датчик также не параллелен капсуле печени. Карта достоверности слева подтверждает низкое качество карты эластичности. Измерительный блок был размещен в области со средне-высокой достоверностью на карте достоверности. Однако из-за плохого акустического окна измерение использовать не следует.

Рис. 6.2

Измерение эластографии двумерной поперечной волной у пациента с ожирением. Пропадание сигнала из-за ограниченного проникновения. Имеется толстая подкожная клетчатка (> 3 см), которая снижает силу толкающего импульса, что приводит к низкому соотношению сигнал/шум при оценке жесткости ткани. По этой причине большая часть карты эластичности лишена цвета. Обратите внимание, что область интереса (ROI) расположена на 1,5 см ниже капсулы Глиссона, согласно рекомендациям; однако центр ROI уже находится на расстоянии 5,5 см от датчика: это не оптимальное расположение, поскольку максимальная интенсивность ультразвука находится на расстоянии 4-4,5 см от датчика. Советы: в подобных случаях ROI можно переместить ближе к капсуле печени, убедившись, что артефакты реверберации отсутствуют в проксимальной части ROI. Однако следует признать, что существует высокая частота сбоев при измерении жесткости печени.

Рис. 6.3

Изображение сделано в положении лежа на спине на уровне ребер, где присутствуют артефакт легкого и реберный артефакт (А). Измерение жесткости в том же положении пациента, но с перемещением вниз на два уровня ребер (Б). Обратите внимание, что при правильном измерении жесткость печени составляет 3,6 кПа (B), тогда как при неправильном измерении (A) жесткость печени составляет 10,9 кПа.

Рис. 6.4

На этом изображении капсула печени представляет собой ярко-белую линию и почти параллельна верхней части карты эластичности. Обратите внимание, что вокруг портального сосуда, который попал в поле зрения, нет окрашивания. Это связано как с пульсацией сосудов, так и с отражением поперечных волн от стенки сосуда. Небольшая область с цветовой кодировкой (синий и зеленый) в левой части карты эластичности в основном связана с артефактами, генерируемыми пульсацией сосудов. Карта достоверности (с левой стороны) обнаруживает большинство артефактов, показывая их красным и желтым цветами, за исключением одного, вызванного пульсацией сосудов в нижней левой части поля зрения (зеленый) . Измерение в этой области является неправильным и приводит к завышению жесткости печени.

Рис. 6.5

Хотя импульс силы акустического излучения генерирует поперечные волны, именно изображение в режиме B отслеживает смещения, вызванные поперечными волнами, и использует эту информацию для оценки скорости поперечных волн. В этом случае изображение в режиме B имеет низкое качество с низкой интенсивностью сигнала, что приводит к некачественному измерению жесткости печени.

Рис. 6.6

Артефакт реверберации под капсулой печени. (A) Карта эластичности помогает идентифицировать артефакт, который отображается как область повышенной жесткости в верхней части изображения. Обратите внимание, что карта достоверности, даже если она установлена на высоком пороге (60%), не способна идентифицировать артефакт, поскольку он стабилен с течением времени. Другая область повышенной жесткости также видна в дальнем поле (правая сторона) : это связано с тем, что сосуд пересекает исследуемую область чуть в стороне от плоскости. (B) В этом другом случае карта достоверности обнаруживает артефакт под капсулой печени, и большая часть области остается незаполненной на карте эластичности.

Рис. 6.7

57-летняя женщина со стеатозом печени. (A) Область, представляющая интерес для измерения жесткости печени, расположена на расстоянии 4,0 см от датчика; kk, это слишком близко к капсуле печени (<1 см). Более того, капсула печени не параллельна датчику. Несмотря на выполнение критерия качества производителя (т.е. VsN > 50%), наблюдается высокая вариабельность значений жесткости, которые варьируются от 5,09 кПа (1,30 м / с) до 13,6 кПа (2,13 м / с), что приводит к межквартильному разбросу / медиане (IQR / М) , составляющему 61% для измерений в килопаскалях и 31% для измерений в метрах в секунду. (Б) Снимки сделаны в другом межреберье и датчик правильно удерживается. Среднее значение жесткости находится в пределах нормы, а IQR / M — в пределах рекомендуемого диапазона. Высокие значения жесткости, наблюдаемые в (А), вероятно, обусловлены артефактами реверберации.

Рис. 6.8

При наличии движения поле зрения не заполняется цветом из-за невозможности точной оценки величины жесткости печени (А). (Б) Изображение, полученное у того же пациента с остановленным дыханием и ограниченными движениями.

Поперечные волны, распространяющиеся по градиентам жесткости ткани как в плоскости изображения, так и за ее пределами, могут вызывать артефакты изображения при реконструкции поперечными волнами в методах ARFI ( рис. 6.9 ). Величина отраженной поперечной волны зависит от механического контраста между соседними тканями, при этом большее несоответствие импеданса сдвига вызывает более высокие энергии отраженных волн. Методы двумерной эластографии сдвиговыми волнами (2D-SWE) отслеживают сдвиговые волны в небольшой двумерной области, представляющей интерес, после серии толкающих импульсов для создания плоских сдвиговых волн. Алгоритмы реконструкции 2D-SWE часто предполагают однородность и однонаправленное распространение поперечных волн за пределы фокальной зоны. Реконструкция изображений при допущении однородности ткани в присутствии отражений от градиентов жесткости ткани может привести к артефактам реконструкции и недооценке жесткости ткани. Направленные фильтры могут быть использованы для уменьшения влияния отраженных поперечных волн, которые распространяются в направлениях, не соответствующих направлениям, которые могли бы генерировать источники поперечных волн ( рис. 6.10 ).

Рис. 6.9

Поперечные волны генерируются в трех измерениях точно так же, как при броске камня в воду, где рябь представляет собой поперечные волны. (A) В этом случае артефакты из сосудов, расположенных непосредственно за пределами плоскости изображения, можно увидеть на левом краю карты эластичности (светло-голубые области) . Обратите внимание, что карта достоверности (зеленая) предполагает, что эти артефакты являются сигналами высокого качества. Эти артефакты не были включены в поле для измерения. Аналогичный артефакт, показывающий ложное увеличение жесткости, можно увидеть вокруг сосудов, которые появляются с левой стороны и внизу карты эластичности: они были обнаружены с помощью карты достоверности (красный и желтый цвета) . Важно всегда оценивать КАК карту достоверности, так и карту эластичности для выявления артефактов. (Б) Артефакты, вызванные сосудом, расположенным непосредственно за пределами плоскости изображения, видны в нижней части карты эластичности, как справа, так и слева. Обратите внимание на артефакты реверберации под капсулой Глиссона.

Рис. 6.10

Использование фильтров, применяемых поставщиком, помогает устранить некоторые артефакты за счет обнаружения и / или устранения реверберации и других артефактов. Обратите внимание на разницу в (А) применяемых фильтрах и (Б) неприменимых фильтрах. Обратите внимание на небольшие участки красного и более желтого цвета в нижней части изображения на (B), которые отфильтровываются при применении фильтров. Обратите внимание, что жесткость печени между A и B.

Существует два распространенных типа артефактов, связанных с методом ARFI сосудов, влияющих на измерения эластичности ткани ( рис. 6.11 и 6.12 ). Пульсации вокруг ветвей воротной вены могут вызывать артефакты пульсации движения. Повышенная жесткость стенки воротного сосуда также смещает оценки в сторону повышенной эластичности вблизи капсулы печени. Аналогичным образом, отсев сигнала в других сосудах из-за невязкой природы крови, препятствующей распространению поперечной волны, может вызвать отсев сигнала.

Рис. 6.11

Артефакт из-за пульсации сосуда. Наблюдается ложное увеличение жесткости печени вокруг ветви воротной вены, которая пересекает область интереса в дальнем поле (правая сторона) . Этот артефакт вызван пульсацией, вызванной печеночной артерией, которая сопровождает воротную вену. Карта достоверности обнаруживает артефакт, выделяя его красным цветом.

Рис. 6.12

Артефакт отсева сигнала из-за сосудов. (A) На этом изображении видно, что вокруг печеночной вены происходит потеря цветового сигнала (на левой стороне карты эластичности). Карта распространения показывает, что передняя часть линий прерывистая, а сами линии искажены и расположены неравномерно. Этот артефакт обусловлен отсутствием распространения поперечных волн в жидкостях. (B) Ветви печеночной вены были включены в карту эластичности (с правой стороны) : обратите внимание, что вокруг сосудов наблюдается ложное снижение жесткости печени, обозначенное темно-синим цветом. Карта надежности (слева) не позволяет обнаружить этот артефакт. Измерительный блок правильно расположен вдали от этого артефакта.

Реверберации сердца являются значительным источником вариабельности при измерении жесткости левой доли печени ( рис. 6.13 ). Затенение от ребер и легких в левой доле печени также снижает интенсивность регистрирующих лучей в этой области, приводя к сильно изменяющимся значениям эластичности ( рис. 6.14 ).

Рис. 6.13

Попытка измерения жесткости печени в левой доле печени с помощью субстернального доступа (A). Несмотря на то, что получено измерение, показывающее хорошую достоверность, значение жесткости печени 1,9 кПа значительно отличается от (Б) измерения, полученного с использованием рекомендованного протокола в правой доле печени, которая имеет значение жесткости печени 3,6 кПа.

Рис. 6.14

Попытка измерить жесткость печени с помощью левого межреберного доступа демонстрирует проблемы затенения ребер и другие артефакты при попытке использовать это окно. Обратите внимание, что значение жесткости 1,1 кПа отличается от значения, полученного с использованием рекомендованного протокола для правой доли печени 3,6 кПа (тот же пациент, что и на рис. 6.13 ).

Сдавливание тканей датчиком может вызвать повышенную жесткость. Протокольные измерения напряжения должны производиться межреберным доступом, что ограничивает возможность сдавливания печени датчиком. Если не используется межреберный доступ (например, субстернальный доступ), печень может быть сдавлена датчиком, что приводит к переоценке жесткости печени ( рис. 6.15 ).

Рис. 6.15

Когда датчик оказывает повышенное давление на ткани, жесткость ткани увеличивается. Лучше всего это видно на поверхностных органах, таких как молочная железа. На этой серии изображений доброкачественной кисты молочной железы (А) эластография поперечной волной выполняется без предварительной компрессии, (Б) с умеренно усиленной предварительной компрессией и (В) с заметным увеличением предварительной компрессии. Обратите внимание, как жесткость поражения увеличивается с увеличением предварительной компрессии.

Доступны дополнительные обзоры артефактов ARFI.

Артефакты магнитно-резонансной эластографии

MRE, как метод фазово-контрастной магнитно-резонансной томографии (МРТ), подвержен появлению уникальных артефактов, характерных для МРТ. Наиболее непосредственным образом парамагнитные материалы, такие как катушки для эмболизации, трансъюгулярные внутрипеченочные шунты или металлические зажимы в печени или рядом с ней, могут вызывать помехи, потерю интенсивности сигнала и недооценку жесткости тканей. Большое влияние этих материалов на МРЭ обусловлено длительностью последовательностей импульсов, около 20 мс, используемых во время МРЭ. Аналогичным образом, такие состояния, как гемохроматоз или стеатоз печени, также могут вызывать незначительные сдвиги фазы сигнала МРТ и изменять показатели эластичности.

Артефакты движения также играют большую роль при МРТ. Относительно большая длительность последовательностей импульсов позволяет любому движению влиять на реконструкцию изображения. Хотя в большинстве протоколов МРТ используются последовательности задержек дыхания, дыхание может вызывать отклонения в измерениях эластичности. Сердечная пульсация также может вызывать артефакты движения на протяжении всего периода МРЕ.

Горячие точки печени, которые представляют собой области повышенной жесткости печени, которые не отражают фактические области повышенной жесткости, также распространены при МРЕ. Горячие точки часто возникают в предсказуемых областях, ближайших к механическому приводу, или вдоль поверхности печени. На передней части печени, ближайшей к механическому приводу, механические вибрации вызывают чрезмерные, искаженные колебания в ткани, что приводит к ощутимому увеличению жесткости из-за медленного распространения сетки. Поперечные волны на поверхности печени могут переориентироваться и распространяться по куполу печени. Эти волны кажутся более толстыми, чем поперечные волны, и приводят к повышенным значениям жесткости. Другие необычные горячие точки также могут быть результатом случайных областей искажения волны.

КЛЮЧЕВЫЕ МОМЕНТЫ

• 1. 

Распознавание артефактов и знание того, как их избежать, имеет решающее значение для получения точных измерений скорости сдвиговой волны.

• 2. 

В ультразвуковых методах используется отслеживание сдвиговых волн в режиме B. Если изображение в режиме B плохое или содержит артефакты, результирующая оценка сдвиговых волн будет неточной.

• 3. 

Предотвращение артефактов имеет решающее значение для получения точных измерений жесткости печени.

• 4. 

Артефакты могут приводить к переоценке или недооценке жесткости печени.

• 5. 

Карты качества / достоверности 2D-SWE и карта скорости / эластичности должны быть оценены на предмет артефактов, и при размещении измерительного блока следует избегать этих областей.

• 6. 

При точечной эластографии сдвиговой волной карта качества / достоверности и карта скорости / эластичности отсутствуют, поэтому важно тщательно расположить измерительный блок подальше от областей, которые, как известно, могут создавать артефакты (капсула печени, кровеносные сосуды, области затенения).

• 7. 

Расположение измерительного блока ни в коем случае не должно содержать артефактов.

• 8. 

Артефакты при эластографии печени сдвиговой волной являются обычным явлением, и некоторых из них невозможно избежать, поскольку они обусловлены самим методом.

• 9. 

Следование стандартизированному протоколу при получении результатов измерений помогает уменьшить артефакты, по крайней мере, те, которые связаны с операторскими техниками.