Будущее применение эластографии

Одним из применений, требующих медленного сжатия, является пороэластография, при которой измеряется поток интерстициальной жидкости при сжатии, который происходит в течение нескольких секунд. Клинической аналогией является демонстрация точечного отека, например, над лодыжкой, что проявляется длительным мягким сжатием пальцем и последующей пальпацией образовавшегося точечного отека кожи. Проблема была смоделирована математически.^1,2 Описано применение ультразвука при трансплантации почек, при котором постоянное сжатие и расслабление зонда выполнялось в течение 3 секундных циклов, а для оценки результирующего искажения использовался спекл-трекинг.³ Были получены значительные различия во времени расслабления по сравнению с показателями Banff, указывающими на различия в отеке.

Новые способы смещения исследуемых тканей включают одновременную отправку нескольких силовых импульсов акустического излучения (ARFI) из разных частей матрицы. Известная как эластография с гребенчатым нажатием, она обеспечивает более высокую частоту кадров, чем это возможно при использовании одного импульса нажатия. Наложение нескольких поперечных волн приводит к интерференционным картинам, которые могут выявить новые свойства тканей.⁴

В настоящее время предполагается, что сдвиговые волны, создаваемые обычными импульсами ARFI, распространяются с одной скоростью, которая используется для оценки жесткости ткани. Но это упрощение. На самом деле поперечные волны занимают диапазон частот примерно от 50 до 500 Гц. Волны более высоких частот распространяются быстрее, чем волны более низких частот (в отличие от звуковых и ультразвуковых волн, воспринимаемых при сжатии, в которых все частоты распространяются с одинаковой скоростью). Это явление, известное как диспергирование, по-видимому, является результатом свойств вязкого компонента ткани. Понимание того, как система поперечной волны каждого производителя справляется с этим рассеянием, может привести к улучшению разброса показаний за счет улучшения согласованности между системами.⁵ Оценка дисперсии, как было показано в исследованиях на животных и людях ex vivo, позволяет диагностировать количество жира в печени и может предоставить информацию о степени стеатоза, который является серьезной клинической проблемой.⁶

Концепция использования поперечных волн, которые генерируются во всем нашем организме естественными движениями сердечно-сосудистой системы, является предметом активных исследований.⁷ Задача состоит в том, чтобы отличить эти сдвиговые волны низкой амплитуды от шума и расшифровать сложные интерференционные картины, возникающие при их наложении. Это может открыть путь к более широкому диапазону оценок скорости сдвиговых волн.

13.3 Оптические методы

Оптическая когерентная томография (ОКТ) — это мощный метод визуализации поверхностных структур, таких как кожа и глаз, с использованием лазерного излучения видимых длин волн и фазочувствительного метода получения томограмм с субмикронным разрешением. Это стало стандартным методом исследования сетчатки и субретинальных слоев в офтальмологии и может быть адаптировано в качестве тензоэластографического метода путем сравнения ОКТ-снимков, сделанных до и после приложения небольшого деформирующего усилия; например, к роговице под воздействием дуновения воздуха (используется для измерения внутриглазного давления при глаукоме).⁸ Важным потенциальным применением является кератоконус, при котором роговица размягчается и выступает кпереди. Пациенты испытывают прогрессирующие изменения рефракции, и им может быть предложено лазерное лечение, которое имеет катастрофический эффект дальнейшего ослабления роговицы.⁹

Оптическая когерентная эластография была разработана для оценки механических свойств кожи при опухолях и ожогах.^10,11 С использованием зонда с прозрачной мембраной для контакта с кожей и приложения деформирующего усилия (которое может быть ручным, в портативном устройстве, или автоматическим, с использованием пьезоэлектрического кристалла) были проведены фантомные и клинические исследования. Использование прозрачной пластины датчика напряжения Elastosil толщиной 1 мм между зондом и кожей для измерения приложенного напряжения позволяет количественно оценить эластичность кожи. Пробные изображения имеют поразительно высокий контраст деформации при субмиллиметровом разрешении. Если бы аналогичные датчики напряжения можно было встроить в ультразвуковые преобразователи, стала бы возможной ультразвуковая эластография количественных деформаций.

13.4 Оптико-акустические методы

Когда когерентный световой луч проходит через материал, подвергающийся механической вибрации, или обратно рассеивается от него, движение материала искажает световой луч и изменяет структуру лазерных бликов. Камера, направленная на лазер, обнаруживает снижение контрастности лазерных спеклов. Этот эффект может быть использован для определения прихода поперечной волны, создавая альтернативную ультразвуку систему обнаружения с преимуществом лучшей чувствительности, чем у ультразвука.

Этот подход был развит в экспериментальную систему поперечных волн, в которой один или несколько импульсов ARFI направляются на тестируемый объект, а время прохождения поперечной волны измеряется оптически с высокой точностью.¹² В экспериментальной системе камера отслеживает временное снижение контрастности лазерных спеклов, в то время как импульс ARFI посылается в материал на некоторое расстояние с одной стороны; изменение положения импульса ARFI может использоваться для измерения скорости сдвиговой волны. Для системы были разработаны как теоретические модели, так и имитационное моделирование. Как и у всех оптических систем, у него ограничена глубина проникновения, и даже при использовании инфракрасного излучения с более длинными волнами может быть достигнуто проникновение только на 20-30 мм, поэтому клиническое применение будет ограничено структурами, расположенными близко к зондам, такими как мелкие детали и эндоскопические приложения.

13.5 Новые клинические применения

Существует несколько клинических применений, которые изучаются, но еще не используются в клинической практике. Ниже кратко представлена литература, касающаяся наиболее перспективных из них.

13.5.1 Акушерство и гинекология

Одним из наиболее убедительных возможных клинических применений является оценка размягчения шейки матки перед родоразрешением на поздних сроках беременности ( рис. 13.1). При нормальном процессе, а также при укорочении шейки матки, происходит уменьшение жесткости шейки матки, что позволяет расширить шейку матки и обеспечить прохождение головки плода по родовым путям. Эти изменения обычно оцениваются с помощью комбинации трансвагинального ультразвука и ручной пальпации; они составляют основу для оценки Бишопа, которая используется при принятии акушерских решений. Если созревание происходит рано, более вероятны преждевременные роды с разрушительными последствиями для новорожденного.

Рис. 13.1 Шейка матки. Часть жесткой головки плода (красная маркировка) можно различить слева на эластограмме деформации, полученной с помощью трансвагинального зонда. Эндоцервикс немного жестче мышечной части, что указывает на то, что созревание не прогрессирует. (Любезно предоставлено доктором Джоном Маккуорри, Philips Medical Systems, Ботел, Вашингтон.)

Попытки использовать тензоэластографию оказались не очень успешными, вероятно, из-за сложной структуры шейки матки с переплетенными слоями волокнистой ткани и гладкой мускулатуры, а также сложности равномерного приложения необходимого усилия.¹³ Подход со сдвиговой волной представляется более перспективным, хотя для этого может потребоваться разработка специальных небольших датчиков, которые можно наносить непосредственно на заднюю поверхность шейки матки через задний свод.¹⁴

Другое многообещающее акушерское применение — при внематочной беременности, когда подозрительные образования придатков, которые оказались внематочными, показали повышенную жесткость при эластографии деформации (так называемый признак голубого глаза).¹⁵ Это было достоверно независимо от уровня β-ХГЧ (бета-хорионический гонадотропин человека) или обычных ультразвуковых характеристик.

Жесткость преимущественно кистозных образований яичников была изучена у небольшой группы пациенток (26) с помощью трансвагинальной эластографии растяжения и субъективной балльной системы.¹⁶ Большинство поражений имели смешанный характер, наводящий на мысль о простых кистах, но 3 образования содержали более жесткие участки, и они соответствовали карциномам, что было подтверждено гистологией. Этот метод может стать полезным дополнением к традиционному трансвагинальному обследованию при постановке диагноза рака яичников.

При эластографии растяжением было обнаружено, что поликистозные яичники (PCO) более жесткие, чем нормальные яичники, в исследовании 48 пациенток по сравнению с равным количеством здоровых добровольцев,¹⁶ и межнаблюдательные корреляции были превосходными. Измерение жесткости яичников заслуживает дальнейшего изучения как средство улучшения диагностики ПКО в сочетании с внешним видом и объемом яичников.

Пилотное исследование более 200 женщин (как нормальных, так и с различными патологиями матки) с использованием трансвагинальной эластографии с растяжением показало, что нормальный миометрий имеет однородный, жесткий вид, отличный от серозной оболочки, которая имеет ламинарный рисунок.¹⁷ лейомиом (56 случаев, подтвержденных гистологией или МРТ) также оказались однородно жесткими, но несколько более жесткими, чем нормальный миометрий ( рис. 13.2). Аденомиоматоз (11 случаев, подтвержденных МРТ) был мягче, чем миометрий, с неправильным рисунком и краями. В исследовании были выделены некоторые артефакты, которые важно распознать, а также необходимость практики для получения повторяемых результатов.

Рис. 13.2 Матка с миомой. На этой эластограмме трансвагинального растяжения матки миометрий имеет однородный, довольно жесткий вид, в то время как миома основания (наконечники стрел) более жесткая и несколько неоднородная. (Любезно предоставлено доктором Джоном Маккуорри, Philips Medical Systems, Ботель, Вашингтон)

В отчете о клиническом случае женщины с лейомиосаркомой по сравнению с другой женщиной с простой лейомиомой (фиброзной опухолью) было обнаружено, что злокачественное образование было более жестким при эластографии деформацией и сдвиговой волной, выполненной с использованием метода ARFI.¹⁸ Лейомиосаркома также показала большую неоднородность жесткости по всему участку поражения. Необходимы более масштабные исследования.

13.5.2 Селезенка

На механические свойства селезенки влияют гемодинамические изменения, которые происходят при портальной гипертензии, и это было предложено в качестве альтернативы оценке самой печени, особенно там, где печень трудно оценить, поскольку она сильно повреждена и неоднородна ( рис. 13.3). В исследовании 123 пациентов с различной степенью фиброза и цирроза печени (в основном обусловленных гепатитом С) с использованием системы эластографии сдвиговой волной SuperSonic imaging (SSI) (Aixplorer, SuperSonic Imagine) жесткость селезенки была выше жесткости печени на всех уровнях.¹⁹ Рекомендуется пороговое значение между легким и тяжелым фиброзом печени 23 кПа (для сравнения, 11 кПа для нормальной печени). Высокий индекс массы тела (ИМТ) и малый размер селезенки были связаны с неудачными измерениями селезенки, которые встречались чаще, чем неудачные измерения печени.

Рис. 13.3 Абсцесс селезенки. У 36-летнего мужчины, недавно прибывшего с Ближнего Востока, поднялась температура и появились боли в левом подреберье. Сканирование в режиме B (a) показало четко очерченную, кажущуюся твердой неоднородную массу селезенки. При эластографии штамма ARFI было обнаружено, что он имеет смешанную жесткость от средней до мягкой (от зелено-лилового до сиреневого) по сравнению с окружающей селезенкой, которая также была несколько неоднородной. Оказалось, что это бактериальный абсцесс, возникший в предоперационной фазе. (Любезно предоставлено профессором. Полом Сидху, больница Королевского колледжа, Лондон, Великобритания.)

Пациенты с атрезией желчевыводящих путей были обследованы после процедуры Kasai с использованием подхода ARFI (Virtual Touch quantification [VTq], Siemens), и было обнаружено, что жесткость селезенки коррелирует с развитием портальной гипертензии и позволяет предсказать необходимость трансплантации печени с использованием порога 2,55 м / с. ²⁰ Сочетание значений жесткости печени и селезенки улучшило прогностическую ценность.

Эластография с переходным напряжением (TSE, FibroScan, Echosens) и эластография поперечной волной (SSI, Aixplorer, SuperSonic Imagine) были сравнены в хорошо проведенном проспективном исследовании 79 пациентов с различными диффузными заболеваниями печени поздней степени.²¹ Поразительным открытием стала высокая частота отказов TSE (58% по сравнению с 3% при SSI SWE), в основном из-за асцита, который является признанным ограничением механического воздействия, используемого фибросканированием. Однако, в то время как измерения печени были полезны для прогнозирования портальной гипертензии у этих пациентов с циррозом печени, ригидность селезенки была менее полезной, хотя комбинация была наиболее сильной.

13.5.3 Нейроэктодерма

Мозг может показаться маловероятным выбором органа для ультразвуковой эластографии, но картирование повышенной жесткости опухолей головного мозга для руководства операциями на головном мозге представляет большой интерес для хирургов, и поэтому были разработаны интраоперационные методы.²² Менингиомы более жесткие, чем глиомы.

Еще одним органом, механические свойства которого можно изучить с помощью ультразвука (а также с помощью ОКТ), является глаз. В исследовании 14 глаз, ослепших из-за глаукомы, была использована тензоэластография для оценки жесткости зрительного нерва и ретробульбарной клетчатки.²³ При закрытых веках применялась вибрация и были составлены карты деформации, на основе которых были рассчитаны соотношения нерва и жировой ткани. Предлагаемые области применения включают опухоли, воспаление и аутоиммунные изменения, такие как экзофтальм при синдроме Грейвса. Хотя тензоэластография, вероятно, безопасна для глаза, толкающие импульсы, используемые в эластографии ARFI, превышают верхний предел рекомендаций Управления по санитарному НАДЗОРУ за КАЧЕСТВОМ пищевых продуктов и медикаментов (FDA) по акустической мощности в глазу, поэтому такие исследования могут быть неразумными, хотя они использовались экспериментально при кератоконусе, где удалось отслеживать улучшение жесткости роговицы после сшивающей терапии.²⁴

13.5.4 Сосудистая система

Податливость артериальных и венозных стенок является важным вопросом при артериальной гипертензии и при выборе сосудов для пластики и формирования артериовенозных свищей для диализа, и ее можно измерить с помощью ультразвуковой эластографии.²⁵ До сих пор она оставалась исследовательским инструментом, но более простые реализации могут привести к более широкому клиническому применению.

Эластография сдвиговой волной использовалась для оценки бляшек в сонных артериях, и здесь, как и во многих других областях применения опорно-двигательного аппарата, патологией являются более мягкие ткани. Мягкие бляшки, благодаря высокому содержанию липидов, более подвержены разрыву и, следовательно, связаны с более высоким риском инсульта, как при использовании экспериментальных, так и коммерческих систем визуализации ( рис. 13.4).^26,27 То, что такие небольшие структуры можно качественно оценить на предмет жесткости с помощью ультразвука, свидетельствует о сложности технологии.

Рис. 13.4 Каротидный налет. Эта небольшая атероматозная бляшка при эластографии сдвиговой волной более жесткая, чем окружающая артерия, что свидетельствует о ее стабильности.

Жесткость венозного тромба изменяется по мере его развития: изначально тромб очень мягкий, но если по мере созревания возникает фиброз, тромб уплотняется, и измерения этого показателя могут быть полезны для оценки возраста тромба²⁸ лет ( рис. 13.5). Можно использовать методы, основанные на деформации или сдвиговой волне.

Рис. 13.5 Тромб. После установки PICC у этого пациента возникло чувство распирания в левой руке. Ультразвуковое исследование в режиме B показало расширение подключичной вены, и допплерография не выявила сигналов внутри нее. Эластография сдвиговой волной показала жесткую ткань, указывая на то, что тромб подвергся организации. (a) показано распространение поперечной волны, которое может быть использовано в качестве показателя качества. Жесткость показана в (b) как средняя 14,7 кПа.

13.5.5 Разное

Щитовидная железа широко изучалась с помощью эластографии в попытке снизить высокую и ненужную частоту биопсий при узлах щитовидной железы (см. Главу 8), но ее применение при узлах паращитовидной железы изучено менее хорошо.²⁹ Однако это может быть полезным приложением, поскольку эти узлы обычно мягче, чем узлы щитовидной железы. Эластография может подтвердить диагноз в сложных случаях, например, при узловых образованиях внутрищитовидной железы ( рис. 13.6). Возможно, она также сможет предупредить клиницистов о наличии редкой карциномы паращитовидной железы.

Рис. 13.6 Паращитовидная железа. У этого пациента с гиперкальциемией виден инкапсулированный гиперваскулярный узел (стрелки на a), расположенный глубоко в нижнем полюсе правой доли щитовидной железы; на эластографии деформации (b) у него были промежуточные сигналы, возможно, немного менее жесткие, чем у соседней щитовидной железы. Его капсула имеет вид жесткой (синей) области, что соответствует ее волокнистой природе. Также имеется случайная киста щитовидной железы (звездочка в a), которая показала типичный сине-зелено-красный дефект, выделяемый жидкостью. 15-миллиметровый узелок, выступающий на задней поверхности правой доли щитовидной железы в (c), имел неоднородную текстуру и был умеренно сосудистым при допплерографии (d). При тензоэластографии (e) она имела смешанный рисунок с обширными жесткими участками (обозначены красным), что неожиданно для простой аденомы паращитовидной железы. При биопсии и последующем иссечении оказалось, что это карцинома паращитовидной железы. ([a, b] Любезно предоставлено доктором Крисом Харви, больница Хаммерсмит, Имперский колледж, Лондон. [c, d, e] Любезно предоставлено проф. Полом Сидху, больница Королевского колледжа, Лондон, Великобритания.)

Слюнные железы (околоушная и подчелюстная) были изучены при синдроме Шегрена;³⁰ нормальных желез можно было полностью отделить от желез с хроническим воспалением, а показатели деформации хорошо коррелировали с показателями B-mode, хотя неясно, дает ли эластография какие-либо преимущества.

Жесткость стенки мочевого пузыря является фактором нестабильности мочевого пузыря, который является причиной стрессового недержания мочи; попытки измерить ее с помощью эластографии многообещающи ( рис. 13.7).³¹

Рис. 13.7 Стенка мочевого пузыря. У этой пациентки с гиперактивным мочевым пузырем в стенке после родов скорость сдвиговой волны ARFI составляет 3 м / с, что соответствует увеличению жесткости, что может указывать на повышенный мышечный тонус или фиброз.

Развитие пролежней можно предсказать по развитию более жестких участков в более глубоких слоях ишемизированной подкожной клетчатки до того, как будет видно поверхностное повреждение.³²

С этим в некоторой степени связан потенциал оценки жесткости носовых раковин, нижние из которых доступны для ультразвука.³³ Отек носа не повлиял на результаты у здоровых добровольцев. Клинический интерес здесь заключается в предоставлении количественной оценки результатов хирургического вмешательства.

Мониторинг эффектов интерстициальной терапии — потенциальная роль эластографии сдвиговой волной, особенно в печени, с использованием тепловых методов, таких как высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук (HIFU). Коагулированная ткань более жесткая, чем обычная, и более высокая скорость сдвиговой волны, которую это создает, может быть продемонстрирована с помощью SWE. Это может стать практической альтернативой ультразвуку с контрастированием для мониторинга интерстициальных абляций.³⁴

13.6 Заключение

Новые методы и области применения эластографии являются многообещающими и могут оказать серьезное клиническое воздействие.