Принципы эластографии

Принципы эластографии

Ричард Г. Барр

2.1 Введение

Эластография, или визуализация эластичности, — это новый метод ультразвуковой визуализации, который может предоставить клинически полезную информацию о жесткости тканей (а не об анатомии), которая ранее была недоступна. Пальпация использовалась для оценки жесткости при выявлении злокачественных новообразований по меньшей мере тысячу лет.¹ Ультразвуковую эластографию можно считать визуализирующим эквивалентом клинической пальпации, поскольку она позволяет количественно оценить жесткость поражения, о которой ранее судили только субъективно при физикальном осмотре. С добавлением эластографии у нас теперь есть три режима ультразвука: B-режим, который оценивает акустический импеданс и предоставляет анатомическую информацию; допплерография, которая оценивает движение и предоставляет информацию о сосудистом потоке; и эластография, которая оценивает механические свойства и предоставляет информацию о жесткости тканей.

Существует два основных типа ультразвуковой эластографии: эластография деформации (SE) и эластография сдвиговой волны (SWE).² SE создает изображение, основанное на том, как ткани реагируют на смещающее усилие, исходящее от внешнего преобразователя, импульса силы акустического излучения (ARFI) или от источника пациента (дыхание или сердцебиение). Это позволяет качественно оценить, насколько жестким является очаг поражения по сравнению с окружающими тканями в поле зрения (FOV). При SE точная жесткость неизвестна, известна только жесткость одной ткани по сравнению с другими типами тканей в поле зрения (FOV). SWE использует импульс силы акустического излучения (ARFI), часто называемый «толкающим импульсом”, в качестве сжимающего усилия. Естественным следствием этого толкающего импульса является создание поперечных волн. Скорость сдвиговой волны измеряется с помощью обычной визуализации в режиме B для определения смещения ткани, вызванного сдвиговыми волнами. Скорость поперечной волны (SWS) зависит от жесткости ткани: медленный SWS в более мягких тканях и более высокий SWS в более жестких тканях. Таким образом, SWS позволяет количественно определять жесткость ткани.

Большинство поставщиков предлагают несколько вариантов эластографии в зависимости от датчика. Подробный список каждого поставщика и того, что они предлагают, можно найти в рекомендациях Всемирной федерации ультразвука в медицине и биологии (WFUMB).

Здесь мы представляем краткое обсуждение принципов ультразвуковой эластографии. Цель этой главы — дать клинически ориентированный обзор, а не строгое обсуждение физики ультразвуковой эластографии. Подробное обсуждение принципов эластографии можно найти в других публикациях.^3,4 Здесь мы представляем краткий обзор основных принципов, лежащих в основе утвержденных методов ультразвуковой эластографии, которые используются для проведения клинических обследований.

2.2 Тензоэластография

SE определяет относительную деформацию или эластичность ткани в пределах поля зрения.² Чем сильнее деформируется объект при приложении силы, тем выше деформация и мягче объект; чем меньше деформируется объект при приложении силы, тем ниже деформация и жестче объект. Для определения деформации ткани или очага поражения прикладывается внешняя сила и контролируется то, как ткань меняет форму. Это усилие может варьироваться от минимального, такого как дыхание пациента или биение его сердца, до умеренного ритмического усилия, создаваемого движением датчика. Например, если бы мы поместили миндаль в желатин ( рис. 2.1) и надавили на желатин, желатин значительно деформировался бы, что указывает на высокую деформацию и, следовательно, мягкость. Однако миндалина не деформируется, что указывает на низкую деформацию и, следовательно, жесткость.

Рис. 2.1 Упрощенная модель принципа эластографии деформации. (a) Рассмотрим миндаль в желатине. (b) Если мы прикладываем усилие, например, сжимаем желатин ложкой, желатин меняет форму, потому что он мягкий (больше деформируется), в то время как миндаль не меняет форму, потому что он жесткий (меньше деформируется). Система ультразвуковой деформации сравнивает изменения ткани от кадра к кадру при сжатии и отпускании ткани. Ткани, которые деформируются сильнее всего, считаются мягкими, а те, которые деформируются меньше всего, считаются жесткими.

ЭЭ выполняется на стандартном ультразвуковом оборудовании с использованием специального программного обеспечения, которое оценивает различия в деформации ткани от кадра к кадру при приложении силы (напряжения). Сила может быть вызвана движением пациента (например, дыханием или сердцебиением) или внешним сжатием из-за ритмичного движения ультразвукового преобразователя или импульсов ARFI.² В SE значение абсолютного модуля деформации (модуля Юнга) — числовое значение, количественно определяющее жесткость, — не может быть рассчитано, поскольку величина усилия не может быть точно определена. SE-изображение в режиме реального времени отображается в масштабе, основанном на относительном напряжении (или жесткости) тканей в поле зрения. Следовательно, если типы тканей в поле зрения отличаются от одной карты отображения к другой, на карте отображения будет использоваться другой динамический диапазон значений жесткости, что приведет к другому “цвету” для одной и той же ткани.

2.2.1 Применение напряжения

Методика, необходимая для получения оптимальных изображений SE, зависит от алгоритма, используемого производителем системы.² Для SE величина необходимого внешнего смещения варьируется в зависимости от используемого алгоритма; в настоящее время одобренные системы требуют смещения от 0,1 до 3,0% для получения оптимальных эластограмм. В некоторых системах практически не требуется ручного сжатия–расцепления, в то время как в других требуется ритмичный цикл сжатия-расцепления. С опытом и практикой можно освоить технику сжатия-снятия для конкретной системы для получения оптимального качества изображения. Слишком сильное сжатие–ослабление приведет к появлению шума на изображении, в то время как недостаточное сжатие-ослабление приведет к тому, что изображение не будет получено. Для получения оптимальных изображений решающее значение имеет определение “предпочтительного места” для используемого оборудования. Величина смещения и частота смещений существенно влияют на качество эластограммы.

У некоторых производителей есть визуальная шкала, которая помогает подтвердить, что применяется оптимальное сжатие-ослабление и частота. Это может быть отображено с помощью показателя качества, обычно числа от 0, очень низкое, до 100, оптимальное. Информация также может отображаться в виде полосы, размер которой меняется в зависимости от качества изображения, при этом маленькая полоса считается неоптимальной, а большая — оптимальной ( рис. 2.2). Некоторые системы обеспечивают отображение смещения и частоты приложенного усилия и отображают оптимальное смещение и частоту. Затем пользователь может отслеживать применяемое смещение и частоту и пытаться оптимизировать нагрузку для данной системы ( рис. 2.3).

Рис. 2.2 Несколько числовых или визуальных шкал, используемых для отображения степени применяемого сжатия–снятия. Когда применяется соответствующая степень сжатия–снятия напряжения, масштабы увеличиваются до максимума. Если сжатие–снятие напряжения слишком велико или недостаточно, масштаб будет меньше. Для некоторых систем увеличение высоты зеленой полосы подтверждает адекватное сжатие-ослабление, в то время как в других увеличение этого числа подтверждает адекватное сжатие-ослабление.

Рис. 2.3 Отображение на мониторе степени сжатия–ослабления в режиме реального времени, доступно в некоторых системах. В этом примере две центральные пунктирные линии обозначают оптимальную степень смещения. В фиолетовом поле справа желтым цветом отображаются смещение и частота приложенного напряжения. Оптимальное смещение и частота возникают, когда желтый цвет просто заполняет фиолетовое поле. Эта обратная связь в режиме реального времени позволяет сонологу оптимизировать эластограмму во время сканирования.

При изучении того, как выполнять ЭЭ методом ручного смещения, полезно попрактиковаться в изменении величины смещения и частоты смещения, одновременно наблюдая за индикаторной полосой, показателем качества, доверительной шкалой или графиками смещений. Вы можете определить подходящую технику, поэкспериментировав с вашей техникой смещения и используя цветную полосу или номер, чтобы определить оптимальную технику для используемой вами системы. При использовании соответствующей техники эластограмма должна быть одинаковой на всех кадрах. Для получения оптимальных изображений важны другие факторы, поэтому высокое качество не гарантирует оптимальных изображений. Очаг поражения должен выглядеть одинаково на всех кадрах клипа SE. Если нет, то при сканировании происходит неравномерное смещение очага поражения или применяется недопустимая предварительная компрессия.

Алгоритм, используемый в SE, требует измерения изменений деформации в очаге поражения, который остается в плоскости изображения. Таким образом, одно и то же место поражения должно оставаться в плоскости изображения в течение всего цикла сжатия-расслабления ( рис. 2.4). Мониторинг изображения в режиме B для подтверждения того, что очаг поражения смещен только в глубину (не в плоскости и не за ее пределами) во время сканирования и перемещается только в осевом направлении в поле зрения, позволит получить оптимальные изображения. Поможет позиционирование пациента таким образом, чтобы дыхание или другие движения, например, связанные с сердцебиением, были параллельны датчику. С помощью методов SE, которые включают исследование смещения органа, невозможно выполнить сканирование, поскольку сканирование должно выполняться в одном неподвижном положении.

Рис. 2.4 При выполнении эластографии деформации важно, чтобы во время сбора данных сохранялась одна и та же плоскость изображения через очаг поражения. Темно-серая плоскость соответствует ультразвуковому лучу. Оптимальная эластограмма получается только при перемещении очага поражения в плоскости. Смещение вне плоскости может привести к неточным результатам эластографии.

Также смещение должно равномерно воздействовать на ткани в поле зрения. Если датчик установлен на пятке, приложенное напряжение будет разным по всему изображению, и будут получены неточные результаты. Примеры правильно и неправильно примененного смещения показаны на  рис. 2.5. Степень смещения может быть отображена на «карте движения” с использованием цветовой шкалы для обозначения величины напряжения, приложенного к ткани. Этот метод еще не доступен в клинической практике, но мог бы стать отличным учебным пособием. В идеальном случае цвет карты движений должен быть равномерным по всей поверхности ( рис. 2.5а). Однако обычно отображаются горизонтальные цветные зоны, потому что смещение часто меняется в зависимости от глубины ткани. В идеале при сравнении тканей (например, по соотношениям деформаций, обсуждаемым ниже) к сравниваемым тканям должно применяться одинаковое смещение для обеспечения точности измерений.

Рис. 2.5 Отображение распределения напряжения в режиме реального времени, которое было разработано, но еще не доступно клинически. На этом дисплее величина напряжения в каждой области поля зрения обозначена цветом в зависимости от величины смещения ткани. Равномерный синий дисплей будет оптимальным приложением напряжения. Обычно напряжение изменяется в зависимости от глубины ткани (по вертикали) (a), но на изображении оно должно быть равномерным на той же глубине ткани (по горизонтали). При получении коэффициентов деформации измерения следует проводить на одинаковой глубине ткани, то есть в пределах одного цвета. Если датчик установлен на пятке, приложенное напряжение неравномерно (b), при этом напряжение выше на одной стороне изображения по сравнению с другой. Карта также позволяет визуализировать напряжение, которое может исходить из другого источника, такого как пульсация сонной артерии. Красно-желтое кольцо в левой части изображения (c) вызвано пульсацией сонной артерии на этом SE-изображении щитовидной железы. При приложении слишком большого напряжения карта движения будет отображать значительное количество красного на изображении (d). Этот метод в режиме реального времени может быть использован в качестве учебного метода для обучения тому, как прикладывать напряжение для получения оптимальных изображений.

Изображения SE создаются на основе необработанных данных изображений в режиме B. Поэтому важно получить качественные изображения в режиме B перед активацией режима SE. Найдите окно сканирования, которое обеспечивает стабильное позиционирование датчика во время цикла сжатия-расцепления. Если есть области затенения, они снижают точность эластограммы. Наложение ладони на пациента помогает стабилизировать датчик и позволяет выполнять более чувствительные движения ( рис. 2.6).

Рис. 2.6 Позиционирование пациента и датчика для получения оптимальных эластограмм. Пациент должен располагаться так, чтобы плоскость изображения совпадала с плоскостью дыхательных движений пациента. Наложение ладони сканирующей руки на пациента поможет стабилизировать датчик и улучшить способность выполнять точные движения.

2.2.2 Отображение результатов SE

 Рис. 2.7 демонстрирует упрощенное объяснение того, как выполняется отображение данных SE в большинстве систем. Прямоугольники слева представляют ткань, идентифицированную при визуализации в режиме B до приложения любого сжимающего усилия. Прямоугольники посередине представляют деформацию той же ткани при визуализации в режиме B после приложения сжимающего усилия. Ткани, которые не меняют форму, очень жесткие, в то время как ткани, которые мягкие, изменяют размер в зависимости от их относительной жесткости. Алгоритм тензоэластографии оценивает относительные изменения размеров тканей и назначает цвет (или оттенок серого) на основе распределения изменений размеров на изображении. В нашем примере на  рис. 2.7а ткань, которая вообще не меняет форму, имеет черную цветовую маркировку, поскольку она самая жесткая из всех исследуемых тканей. Нижний блок изменяется сильнее всего и поэтому является самым мягким и имеет белую цветовую маркировку. Ткани между этими крайними значениями придается оттенок серого, соответствующий степени изменений в ткани; темно-серый, если ткань более жесткая, и светло-серый, если более мягкая. Однако, если бы мы не включили самую жесткую ткань в поле зрения (FOV) на  рис. 2.7а, в результате получится различное цветовое кодирование других тканей, как показано на  рис. 2.7б. Обратите внимание, что окраска первых трех тканей изменилась, потому что вторая ткань теперь самая жесткая и поэтому имеет черную маркировку. Таким образом, диапазон значений жесткости динамичен; он меняется в зависимости от тканей, присутствующих в поле зрения. Таким образом, «цвет” ткани будет меняться в зависимости от поля зрения.

Рис. 2.7 Изменения, происходящие в цветовом кодировании пикселей на эластограмме, основаны на изменениях поля зрения (FOV). На этих диаграммах в ячейках слева изображены различные ткани в поле зрения. Когда применяется компрессия, ячейки меняют форму в зависимости от жесткости ткани (центральная колонка). Поле, которое больше всего меняет форму, имеет цветовую маркировку белого цвета, в то время как поле, которое меньше всего меняется, имеет цветовую маркировку черного цвета (правая колонка). Боксы, изменения в которых находятся между этими двумя крайними значениями, имеют цветовую маркировку в оттенках серого в зависимости от степени происходящих в них изменений (a). Если поле обзора изменено (b) и самая жесткая ткань в (a) не включена, цветовое отображение изменяется, и теперь вторая рамка является самой жесткой и, следовательно, имеет черную цветовую маркировку. Динамический диапазон цветовой кодировки изменяется, и первая и четвертая ткани теперь окрашены более темными оттенками серого.

Следовательно, если в каждое полученное изображение включать одно и то же разнообразие тканей, для каждой ткани будет получено более относительно постоянное цветовое отображение. Например, при УЗИ молочной железы, если каждый раз в поле зрения попадают часть грудной мышцы, железистая ткань и немного жира, на изображениях будет получено более однородное цветное (или в оттенках серого) изображение этих тканей. Жир будет самой мягкой тканью с кодировкой белого цвета, а грудная мышца будет самой жесткой тканью (если нет рака) с кодировкой черного цвета. Цветовая шкала (или динамический диапазон значений жесткости) будет довольно постоянной, поскольку жесткость жировой ткани и грудных мышц очень постоянна у разных пациентов и внутри пациента. Однако, если рак молочной железы, который более жесткий, чем грудная мышца, присутствует в поле зрения, это будет самая жесткая ткань и она будет черного цвета, в то время как большинство других тканей отображаются как белые или светло-серые.

Результаты могут отображаться в оттенках серого или на различных цветных дисплеях; предпочтительный вариант часто определяется опытом пользователя в области эластографии и предпочтениями в интерпретации. Выбор отображаемой карты является функцией постобработки, и на большинстве устройств карту можно изменить при замораживании изображения. По умолчанию во многих системах эластограмма отображается поверх изображения в режиме B в оттенках серого. Большинство систем отображается в двойном режиме, при этом также отображается отдельное изображение в режиме B. Это помогает определить местоположение результатов эластографии. Однако, если выбрана карта в оттенках серого, фоновое изображение в режиме B на эластограмме следует отключить, поскольку два наложенных изображения в оттенках серого трудно интерпретировать. Поскольку шкалы цветового отображения могут обозначать красный цвет как жесткий, а синий — как мягкий, или наоборот, важно всегда включать шкалу цветового отображения в изображение для точной интерпретации.

Важно помнить, что при использовании SE с цветовой кодировкой получается только значение относительной жесткости, которое не следует путать с SWE, где получается абсолютное значение жесткости с цветовой кодировкой для каждого пикселя. На SWE на цветном дисплее поражение будет иметь один и тот же цвет (при условии, что для каждого полученного изображения используется одна и та же цветовая гамма) независимо от других тканей, присутствующих в поле зрения. При SE поражение может иметь другой цвет, если другие ткани в поле зрения отличаются.

2.2.3 Предварительная компрессия

Решающим фактором при составлении диагностической эластограммы является величина давления, которое вы оказываете зондом на пациента при сканировании.⁵ Это называется предварительным сжатием, или предварительной нагрузкой. Это отличается от величины смещения (сжатие–расцепление), используемой при создании эластограммы. Сканирование ”тяжелой рукой» сжимает ткани и изменяет их эластические свойства. Например, если у вас есть баллон, наполненный воздухом, и вы слегка касаетесь баллона, вы создаете умеренное смещение баллона. Однако, если вы зажмете баллон между двумя тяжелыми книгами, а затем слегка прикоснетесь к баллону, вы создадите гораздо меньшее смещение, потому что сжатие, вызванное книгами, увеличивает давление воздуха в баллоне.

Это предварительное сжатие заметно изменяет качество изображения и может существенно повлиять на результаты ( рис. 2.8).⁵ Это подтверждается результатами SWE, где SWS может изменяться в 10 раз при предварительном сжатии. По мере увеличения предварительной компрессии различия в SWS между тканями уменьшаются, что приводит к меньшей заметности различий между тканями на эластограмме деформации. При достаточном предварительном сжатии все ткани будут иметь одинаковую жесткость, и эластограмма SE будет в основном шумовой, в то время как SWE на изображении будет иметь высокую скорость сдвиговых волн.

Рис. 2.8 При предварительном сжатии с помощью датчика это может существенно повлиять как на результаты SE, так и на результаты SWE. На (a) представлены SE-изображения эпидермоидной кисты. Красные стрелки указывают на ребро. На верхнем изображении наблюдается значительное предварительное сжатие, на среднем — умеренное предварительное сжатие, а на нижнем — минимальное предварительное сжатие. Обратите внимание, что при снятии предварительного сжатия ребро на изображении перемещается глубже. При минимальном сжатии (изображение внизу) получаются оптимальные эластограммы. В этом случае эластограммы будут постоянными во время просмотра кинофильма. При умеренном предварительном сжатии кадры, полученные на этапе высвобождения, часто получаются хорошими; однако кадры на этапе сжатия имеют низкое качество (среднее изображение). При значительном предварительном сжатии эластограмма представляет собой только шум и не поддается интерпретации (изображение вверху). Аналогичные эффекты наблюдаются при SWE (b). На этом рисунке показан SWE простой кисты с увеличением степени предварительной компрессии. SWSs увеличивается по мере применения предварительной компрессии. Обратите внимание, что ребро в дальней области расположено ближе к датчику, поскольку добавляется предварительное сжатие. При умеренной предварительной компрессии доброкачественное поражение может иметь скорость сдвиговой волны (V_с), указывающую на злокачественность.

 На рис. 2.9 представлены результаты SWS различных типов тканей молочной железы при различной степени предварительной компрессии. Степень предварительной компрессии подразделяется на 4 зоны: зона A, минимальная предварительная компрессия, от 0 до 10%; зона B, умеренная предварительная компрессия, от 10 до 25%; зона C, умеренная предварительная компрессия, от 25 до 40%; и зона D, выраженная предварительная компрессия, > 40%.

Рис. 2.9 “Средние изменения в Vs в типах тканей, которые встречаются в молочной железе. Мы определили 4 области предварительной компрессии, которые объясняют клинические результаты эластографии. В зоне А (предварительная компрессия 0-10% с использованием метода измерения предварительной компрессии) клинические результаты эластографии с использованием как деформационной, так и поперечно-волновой эластографии не изменяются. В зоне B (10-25% предварительной компрессии) изображения деформации только с доброкачественными патологическими характеристиками начинают ухудшаться, тогда как эластографические показатели сдвиговой волны увеличиваются, но в целом не изменяются с Vs, указывающего на доброкачественное поражение, до значения, указывающего на злокачественное поражение. В зонах C (25% -40% предварительной компрессии) и D (> 40% предварительной компрессии) изображения деформаций с доброкачественными патологическими характеристиками показывают только шум, поскольку эластические свойства всех тканей становятся слишком похожими, чтобы их можно было различить. При наличии злокачественного образования визуализация деформации будет точной в зонах A, B и C, поскольку эластические свойства нормальных тканей молочной железы достаточно отличаются от свойств злокачественной опухоли, чтобы обеспечить точные результаты. Доброкачественные поражения в зонах C и D на поперечной волне будут иметь значения Vs и кПа, указывающие на злокачественное поражение. Рекомендуется, чтобы все клинические изображения были получены в зоне A. (Воспроизведено с разрешения Барр Р.Г., Чжан З.) Влияние предварительной компрессии на визуализацию эластичности молочной железы. J Ultrasound Med 2012; 31:895-902.)

Как предварительное сжатие может повлиять на изображения эластографии деформации?

В SE изображения основаны на относительной жесткости поражений в поле зрения изображения. Это качество (насколько жестки другие ткани в поле зрения), но не количественное (абсолютная величина). Используемый масштаб изображения является относительным и основан на тканях в плоскости изображения. На примере молочной железы, в случае, когда в зонах A, B и C присутствуют как мягкие ткани (жировая, фиброгландулярная ткань), так и очень жесткое поражение (злокачественное образование), разницы в эластичности (SWS, измеряемой в метрах в секунду [м / с]) между мягкими тканями и злокачественными тканями достаточно для получения точной эластограммы. Однако в зоне D эластичность как мягких тканей, так и злокачественных новообразований одинакова; следовательно, эластограмма не является диагностической и представляет собой только шум.

Однако в случае, когда исследуемая область содержит только мягкие ткани (жировую клетчатку, фиброгландулярную ткань, мягкую фиброаденому или фиброзно-кистозные изменения) результаты будут иными. В зоне А различия в эластичности тканей позволяют получить диагностическую эластограмму. В зоне В эластограмма имеет диагностическую ценность на границе с некоторыми рамками хорошего диагностического качества, а некоторые — низкой диагностической ценности. Это связано с предварительным сжатием, которое уменьшило разницу в жесткости между тканями. Исходя из опыта автора, это, по-видимому, зависит от того, был ли снимок сделан в фазе сжатия или расслабления цикла. Это может быть связано с повышенным предварительным сжатием на компрессионной фазе цикла. В зонах C и D эластические свойства мягких тканей очень схожи из-за предварительной компрессии, а эластограмма в основном шумовая и недиагностическая.

В одном методе для воспроизводимого применения минимальной предварительной компрессии,⁵ идентифицируется структура в дальней области, такая как ребро или связка Купера. Датчик медленно поднимают, наблюдая за структурой. По мере подъема зонда структура будет перемещаться глубже на изображении. Эластограмма получается при сохранении структуры как можно глубже на изображении и надлежащем контакте зонда. Полезно использовать достаточное количество связующего геля. Было показано, что этот метод обладает высокой воспроизводимостью как во время операции, так и между операторами.⁵

Другой метод, который можно использовать для минимальной предварительной компрессии, заключается в создании промежуточной прокладки с соединительным гелем, при этом необходимо убедиться, что при получении эластограммы между датчиком и пациентом присутствует некоторое количество соединительного геля.

Коэффициент качества или компрессионная шкала, используемые некоторыми производителями, не позволяют оценить степень предварительного сжатия, а только смещение тканей во время цикла сжатия–расслабления. Даже когда применяется значительное предварительное сжатие, приводящее к плохой эластограмме, коэффициент качества или шкала сжатия могут свидетельствовать о том, что была получена хорошая эластограмма.

Обычно для получения изображений в режиме B используется небольшое предварительное сжатие (10-20%), поскольку это улучшает качество изображения в режиме B.

2.2.4 Эластография деформации с использованием ARFI

Ультразвуковой импульс может отражаться или поглощаться (ослабляться), или он может передавать свой импульс (он может толкать). Эта передача энергии заставляет ткани двигаться. Повышенная энергия ультразвукового луча создает повышенную силу и, следовательно, движение. Движение ткани имеет два последствия для эластографии: (1) его можно измерить непосредственно при эластографии деформации; или (2) оно может генерировать поперечную (сдвиговую) волну через ткань, скорость которой можно измерить при эластографии сдвиговой волной.

Силовой импульс акустического излучения (ARFI),^6,7,8 низкочастотный ультразвуковой импульс, адаптированный для оптимизации передачи импульса к ткани, также может использоваться для создания смещения ткани. Импульс ARFI заменяет движение пациента или зонда, создавая нагрузку на ткань. Анализируя смещение ткани (а не генерируемые поперечные волны), можно получить SE-изображение. Этот метод может в меньшей степени зависеть от пользователя, чем метод ручной компрессии.

Обратите внимание, что этот метод SE отличается от метода SWE, при котором измеряется скорость поперечных волн, генерируемых импульсом ARFI. Метод SE является качественным (он обеспечивает относительную оценку жесткости ткани в поле зрения), в то время как метод SWE является количественным (он обеспечивает численное значение жесткости ткани). Мощность толкающего импульса ARFI ограничена руководящими принципами в отношении количества энергии, которое может быть введено в организм, что ограничивает глубину смещения ткани и, следовательно, глубину ткани на эластограмме SE. Обычно это не проблема. Когда исследуемая ткань находится слишком глубоко, можно использовать метод ручного смещения, поскольку его можно отрегулировать для получения соответствующего смещения на любой глубине ткани.

Если для смещения ткани используется толкающий импульс ARFI, не следует использовать ручное смещение (сжатие-расцепление датчика). Этот метод реализован в системе Virtual Touch Imaging одного производителя (VTI, Siemens Ultrasound, Mountain View, Калифорния). Зонд следует держать неподвижно, а пациенту следует воздержаться от разговоров, приостановить дыхание и оставаться неподвижным во время получения изображения. Окно ROI помещается над интересующей областью. Из-за мощности импульса ARFI система зависнет на несколько секунд для охлаждения датчика. В течение этого периода система не будет реагировать на включение ручки. Алгоритм цветового отображения немного отличается от того, который используется в технике ручного сжатия, и можно увидеть некоторые различия во внешнем виде эластограммы между двумя методами. Как правило, толкающий импульс ARFI ограничен в возможности смещения тканей глубже 4-5 см при использовании датчиков для визуализации большинства мелких частей тела (например, груди, щитовидной железы, яичек, слюнных желез) и 8 см при использовании датчиков для брюшной полости. Импульс ARFI генерируется только в окне ROI; следовательно, только в окне ROI на эластограмме отображаются данные о деформации ( рис. 2.10).

Рис. 2.10 Импульс ARFI создает два типа движения ткани: смещение ткани и генерацию поперечных волн. При отслеживании смещения получается эластограмма деформации. Это пример эластограммы SE (поэтому отображаются только значения относительной жесткости) инвазивного протокового рака с использованием виртуальной сенсорной визуализации (VTI, Siemens Ultrasound, Mountain View, Калифорния). В отличие от SE с использованием техники ручной компрессии, поле обзора имеет максимально допустимый размер и размещается так, чтобы охватывать очаг поражения. Используя очень легкое прикосновение датчика к груди, пациентку просят оставаться неподвижной и не разговаривать, пока нажимается кнопка обновления для активации импульса ARFI. Система зависнет на несколько секунд, а затем отобразится изображение VTi. Здесь используется карта в оттенках серого, где черный цвет обозначен как жесткий, а белый — как мягкий. Очаг поражения значительно более жесткий, чем окружающие ткани молочной железы.

2.2.5 Интерпретация

Были предложены три метода интерпретации SE: оценка изменения размера между изображением в режиме B и эластограммой (соотношение E / B), различные оценки по цветовой шкале и коэффициент деформации (отношение жесткости очага поражения к жесткости эталонной ткани). Относительная жесткость (т. Е. Является ли очаг поражения жестким или мягким) также может быть полезна клинически при интерпретации изображений.

Соотношение E /B

Ткань молочной железы обладает уникальной эластографической особенностью. В отличие от рака других органов, рак молочной железы на эластограммах выглядит крупнее, а доброкачественные поражения — меньше по сравнению с соответствующими изображениями в режиме B. Этот уникальный признак до конца не изучен, но было показано, что он высокочувствителен и специфичен для характеристики поражений молочной железы.^9,10,11

Местоположение, в котором делается эластограмма, в пределах очага поражения не влияет на результаты.² Для вычисления этого соотношения можно использовать либо соотношение длины очага, либо соотношение площади очага. Очаг поражения измеряется в одном и том же месте как на эластограмме, так и на изображении в режиме B. Полезно использовать функцию копирования, тени или зеркала в методике измерения. Эти программные ключи позволяют измерять очаг поражения либо на изображении в режиме B, либо на эластограмме в двухрежимном режиме отображения и отображать измерение длины на противоположном изображении в точно таком же положении ( рис. 2.11). Это позволяет визуально определить, больше или меньше 1 соотношение. Затем можно скорректировать скопированное или зеркальное измерение изображения, чтобы получить соотношение. Этот метод интерпретации требует, чтобы очаг поражения был визуализирован достаточно хорошо, чтобы получить точные измерения как на изображении В режиме В, так и на эластограмме. При измерении размера поражения на эластограмме могут возникнуть трудности, когда фиброаденома или фиброзно-кистозное поражение присутствует в плотной ткани молочной железы. Деформационные свойства фиброаденомы или фиброзно-кистозного поражения аналогичны свойствам фоновой плотной ткани молочной железы. Таким образом, можно визуализировать сочетание очага поражения и нормальной плотной ткани молочной железы как одно очаговое образование, создавая ложноположительный результат.² Этой проблемы можно избежать, сравнив жесткость очага поражения с окружающей тканью; если она похожа на фиброгландулярную ткань, то, скорее всего, она доброкачественная (подробно обсуждается ниже).¹²

Рис. 2.11 Эластограмма деформации фиброаденомы. Изображение слева от двойного дисплея — это обычное изображение в режиме B, а изображение справа — эластограмма. Для изображения используется черно-белая цветовая гамма, причем черный цвет соответствует наиболее жесткой ткани. В этом примере размер очага поражения составляет 8,6 мм на изображении в режиме B и 7,2 мм на эластограмме, в результате чего соотношение E / B составляет 0,8, что указывает на доброкачественное поражение. Функция копирования или затенения используется для “дублирования” измерения на изображении в режиме B в том же месте эластограммы (желтые линии). Эта функция полезна для подтверждения местоположения поражения на эластограмме или изображении в режиме B. Использование функции копирования или тени может помочь подтвердить локализацию поражения, отмеченного на одном изображении, но трудноразличимого на другом. Эта функция позволяет измерить очаг поражения и поместить результат измерения в идентичное положение на другом изображении. В этом примере желтая линия с крестиками обозначает фактические размеры очага поражения. Желтая пунктирная линия без крестиков — это скопированное измерение с другого изображения.

Предыдущие исследования⁷ продемонстрировали, что чувствительность этого метода довольно высока (>98%). В крупном многоцентровом исследовании было выявлено 3 вида рака из 222, у которых коэффициент был меньше 1 (см. Главу 5 «Эластография молочной железы»). Одна из возникающих трудностей заключается в измерении размера поражения на эластограмме, когда фиброаденома или фиброзно-кистозное поражение присутствует в плотной ткани молочной железы. Деформационные свойства фиброзно-кистозного поражения или фиброаденомы аналогичны свойствам фоновой плотной ткани молочной железы. Таким образом, можно визуализировать сочетание очага поражения и нормальной плотной ткани молочной железы как одно очаговое образование, делая вывод о том, что очаг больше и, следовательно, злокачественный. Еще одним сбивающим с толку фактором является наличие двух очагов, расположенных рядом друг с другом. На изображении В-режима они могут выглядеть как одно очаговое образование. При внимательном рассмотрении эластограммы можно различить два очага. В этих случаях необходимо соблюдать осторожность при проведении измерений. Если при различном расположении очага поражения на изображении получены разные результаты, следует учитывать возможность того, что очаг представляет собой два смежных очага. Всегда используйте результаты с большим соотношением E / B. При проведении биопсии такого очага поражения всегда старайтесь проводить биопсию той части очага поражения, которая имеет наибольшее соотношение E / B. Было показано, что соотношение E/ B коррелирует со степенью злокачественности опухоли молочной железы.¹³

Различные оценки по цветовой шкале

Для оценки эластограмм были предложены различные 4- или 5-балльные цветовые шкалы. Они зависят от исследуемого органа. В этих шкалах внешний вид поражения, обозначенный цветом, обычно оценивается баллом 1 для очень мягких поражений и более высокими баллами для повреждений повышенной жесткости. Шкалы, используемые для различных применений, обсуждаются в соответствующих клинических главах этой книги. При использовании этих цветовых шкал важно, чтобы для изображения использовалась одна и та же цветовая карта отображения; то есть, если шкала определяет жесткость как синюю, а мягкость — как красную, то цветовая карта отображения для оцениваемого изображения должна быть такой же. Затем исследователи оценивают вероятность злокачественного новообразования по каждому из показателей, обозначенных цветом.

В качестве примера была предложена 5-балльная цветовая шкала (оценка Цукубы) для классификации поражений молочной железы с использованием SE ( рис. 2.12).^14,15 Эта шкала объединяет изменения соотношения и степень жесткости поражения. При этом диагностическом подходе оценка от 1 до 5 присваивается в зависимости от цвета (баланс зеленого и синего, при этом шкала настроена на синий как жесткая) внутри целевого очага поражения и окружающей области на эластограмме, при этом более высокий балл указывает на более высокую диагностическую достоверность злокачественности. Если повреждение твердое и того же размера на эластограмме, что и на изображении в режиме B, повреждению присваивается оценка 4. Если на эластограмме очаг твердый и больше, чем на изображении В режиме B, очаг классифицируется как 5. Рекомендуется проводить биопсию твердых очагов, которые по размеру равны B-mode или больше на эластограмме, чем B-mode. Если очаг мягкий, он классифицируется как 1 балл. Если поражение имеет смешанный твердый и мягкий рисунок, оно классифицируется как 2. Если на эластограмме очаг твердый, но меньшего размера, ему присваивается оценка от 3. Баллы от 1 до 3 классифицируются как доброкачественные. Было показано, что этот метод согласуется между наблюдателями от умеренного до существенного и от существенного до совершенного.¹⁶ Не было обнаружено существенной разницы в межнаблюдательных и интранаблюдательных соглашениях в зависимости от размера поражения. Если при использовании этого метода используется другая цветовая шкала (например, красный цвет является жестким), необходимо внести соответствующие изменения в цвета в шкале. При постановке диагноза с использованием этого метода важно выбрать поле обзора, которое включает различные другие типы тканей (в зависимости от исследуемой ткани), и поражение должно составлять не более 1/4-1/2 от поля обзора.

Рис. 2.12 5-балльная цветовая шкала, которая была предложена в качестве метода характеристики опухолей молочной железы как доброкачественных или злокачественных. В этом примере шкалы жесткие повреждения обозначены синим цветом, а мягкие — зеленым и красным. Если повреждение полностью мягкое, ему присваивается оценка 1. Если поражение имеет как мягкие, так и жесткие компоненты, ему присваивается оценка 2. Если поражение жесткое, но меньше, чем на изображении В-режима, ему присваивается оценка 3. Если повреждение жесткое и того же размера, что и на изображении в режиме В, ему присваивается оценка 4, а если жесткое и больше, чем на изображении В режиме В, ему присваивается оценка 5. Оценка 1, 2 или 3 указывает на доброкачественное поражение, в то время как оценка 4 или 5 указывает на злокачественное поражение.¹⁴ Другие цветовые шкалы используются и обсуждаются в клинических главах, главах с 3 по 11. Для некоторых систем при кистах виден трехцветный рисунок: синий, зеленый, красный (BGR).

Соотношение деформаций

Определение коэффициента деформации, отношения жесткости очага поражения к жесткости другой ткани, имеющей относительно постоянную жесткость, является полуколичественным методом устранения деформации. Это соотношение основано на знании того, что свойства определенных эталонных тканей (например, жира при оценке груди) довольно постоянны, в то время как свойства других окружающих тканей и поражений изменчивы. Этот диагностический подход был предложен Уэно и соавторами¹⁷ в качестве полуколичественного метода оценки жесткости. Для визуализации молочной железы коэффициент деформации — это отношение деформации в массе к деформации в подкожно-жировой клетчатке, и его можно рассматривать как полуколичественный метод численной оценки того, во сколько раз плотнее масса по сравнению с подкожно-жировой клетчаткой.

ROI следует снимать на одинаковой глубине от поверхности кожи, если это возможно, чтобы ограничить ошибки из-за разной компрессии на разной глубине ткани, особенно если используется система, требующая большего смещения для получения эластограммы. При применении цикла сжатия–расслабления ткани на разной глубине испытывают различную степень сжатия, что изменяет жесткость ткани. Также следует соблюдать осторожность и не использовать очень слабый сигнал, который иногда можно увидеть рядом с повреждениями, потому что это артефакт, который искусственно увеличивает коэффициент деформации.  Рис. 2.13 представляет собой пример измерения коэффициента деформации.

Рис. 2.13 Одним из методов получения полуколичественных измерений при SE-визуализации является сравнение деформации (жесткости) пораженной ткани с таковой в эталонной ткани. В этом примере белый показатель рентабельности инвестиций “A» нанесен на поражение щитовидной железы, а желтый показатель рентабельности инвестиций “B” нанесен на нормальную ткань щитовидной железы. В используемой цветовой шкале синий цвет обозначен как жесткий, а красный — как мягкий. Затем система вычисляет коэффициент деформации, в данном случае 1,9, что означает, что деформация поражения в 1,9 раза превышает деформацию нормальной ткани щитовидной железы. Предельные значения для этого метода обсуждаются в клинических главах, главах с 3 по 11.

Можно оценить жесткость одной конкретной части образования или немассивной аномалии, поместив целевой показатель рентабельности инвестиций (ROI) там, где требуется. Жесткость исследуемой области является приблизительной. Ее легко выполнить, и результаты клинических исследований с использованием этого диагностического подхода уже были представлены и обсуждаются в главах с 3 по 11.

При проведении этих измерений необходимо соблюдать осторожность, поскольку предварительное сжатие может значительно изменить величину деформации контрольной ткани.⁵ По мере применения предварительного сжатия жесткость всех тканей увеличивается. Однако жесткость некоторых тканей меняется быстрее, чем других. Например, жировая ткань изменяется быстрее, чем жесткость других тканей. Таким образом, при предварительном сжатии отношение деформации поражения к жировой ткани будет уменьшаться. Необходимо также следить за тем, чтобы поле обзора для измерения эталонной ткани содержало только однородную эталонную ткань.

В дополнение к выполнению единичного измерения, сравнивающего деформацию пораженной ткани с таковой для эталонной ткани, один поставщик предлагает параметрическую визуализацию. В этом методе ROI помещается в область эталонной ткани, и все поле обзора имеет цветовую маркировку, основанную на отношении жесткости каждого пикселя к жесткости эталонной ткани ( рис. 2.14). В большом поле зрения получается полуколичественное изображение с цветовой кодировкой. Затем визуально можно определить область с наибольшим коэффициентом деформации и получить точечное измерение.

Рис. 2.14 В дополнение к выполнению однократного измерения отношения жесткости очага поражения к жесткости жировой ткани (коэффициента деформации или отношения очага поражения к жировой ткани) может быть выполнена параметрическая визуализация. Для разграничения жира, эталонной ткани, помещается ROI, и все изображение имеет цветовую маркировку для обозначения коэффициентов деформации, причем красный цвет указывает на более высокие коэффициенты деформации. В этом примере зеленым квадратом обозначена рентабельность инвестиций в жировые отложения.

Пороговое значение для отличия вероятно доброкачественных поражений от вероятных злокачественных при использовании этого метода может сильно различаться в разных исследованиях. Результат может отличаться у разных производителей, поскольку жесткость может рассчитываться по-разному в разных системах. При использовании этого метода соответствующие ограничения в вашей лаборатории должны определяться вашей техникой и оборудованием.

Относительная жесткость поражения

В дополнение к использованию ранее рассмотренных методов для определения доброкачественности или злокачественности поражения, информация о том, является ли поражение мягким, твердым или видимым на изображении эластографии, в некоторых ситуациях клинически полезна.

Если повреждение на изображении имеет ту же жесткость, что и жировая клетчатка, его следует рассматривать как липому. Сравнение с другими тканями в поле зрения также может быть полезным. Если гипоэхогенное поражение молочной железы имеет жесткость, аналогичную жесткости железистой ткани, оно, скорее всего, доброкачественное (например, фиброаденома или фиброзно-кистозные изменения); злокачественные поражения намного жестче, чем железистая ткань.

2.2.6 Ограничения

Существует кривая обучения регулярному применению соответствующего напряжения в технике ручного смещения SE. Точность показаний может различаться в неглубоких и глубоких тканевых участках из-за проблем, связанных с переменным смещением тканей на разной глубине. Для решения этих проблем необходимо дальнейшее совершенствование приложений и корректировка методов визуализации.

2.2.7 Артефакты

Существует несколько артефактов, с которыми можно столкнуться при ЭЭ, некоторые из которых являются результатом неоптимальной техники, в то время как другие содержат диагностическую информацию.

Артефакт «Яблочко в яблочко»

На изображениях кистозных поражений в некоторых системах обнаружен уникальный артефакт — «яблочко» ( рис. 2.15). Этот артефакт был подробно описан.¹⁸ Он характеризуется белым центральным сигналом внутри черного внешнего сигнала и светлым пятном кзади от очага поражения.¹⁸ Это вызвано тем, что жидкость движется в кистах; следовательно, происходит декорреляция пикселей на соседних изображениях. Этот артефакт имеет высокую прогностическую ценность для определения того, является ли поражение доброкачественной простой или осложненной кистой. Если в кисте есть солидный компонент, он будет выглядеть как солидное поражение в пределах рисунка ( рис. 2.16).

Рис. 2.15 В некоторых системах артефакт «яблочко» идентифицируется с доброкачественными простыми и сложными кистами. Этот артефакт характеризуется кистой черного цвета (желтые стрелки) с ярким пятном в центре (зеленая стрелка) и светлым пятном за кистой (красная стрелка). Было показано, что этот артефакт обладает очень высокой чувствительностью и специфичностью для характеристики доброкачественных кистозных поражений. (Воспроизведено с разрешения Barr R.G., Lackey A.E. Полезность артефакта “яблочко” для визуализации эластичности груди в снижении частоты биопсий при поражении молочной железы. Ультразвуковое исследование Q 2011; 27(3):151-155.)

Рис. 2.16 Если кистозное поражение имеет твердый компонент (т. Е. Сложную кистозную массу), твердый компонент будет выглядеть как жесткий дефект в артефакте «яблочко». В этом примере доброкачественного папиллярного поражения твердый компонент (красная стрелка) выглядит как жесткий дефект в артефакте «яблочко». (Любезно предоставлено Кармел Смит, Брисбен, Австралия.)

Сине-Зелено-красный артефакт

Некоторые системы имеют сине-зелено-красный артефакт (BGR), который встречается на эластограммах кист ( рис. 2.17).^2,14,15 Подробное исследование, оценивающее чувствительность и специфичность этого артефакта, не проводилось.

Рис. 2.17 В некоторых системах при кистозных поражениях не наблюдается артефакта «яблочко», но вместо этого наблюдается артефакт «сине-зелено-красный» (BGR). Это пример этого артефакта в простой кисте с использованием карты в оттенках серого (a) и цветовой карты с синим цветом как жестким (b).

Скользящий артефакт

Белое кольцо или группа круглых волнообразных артефактов вокруг очага поражения на эластограмме указывают на то, что очаг поражения перемещался в плоскости изображения во время получения эластограммы ( рис. 2.18). Это явление получило название артефакт скольжения.² Если во время получения изображения очаг поражения остается в плоскости изображения, артефакт можно устранить. Изменение положения пациента, использование меньшей компрессии или задержка дыхания пациента могут помочь сохранить очаг поражения в плоскости сканирования.

Рис. 2.18 Когда во время получения эластограммы очаг поражения перемещается в плоскость изображения и выходит из нее, возникает артефакт скольжения.² Артефакт характеризуется белым кольцом или серией колец, окружающих очаг поражения на эластограмме. Этот пример скользящего артефакта представляет собой липому. Артефакт означает, что очаг поражения не прикреплен к соседней ткани и, следовательно, вряд ли является злокачественным образованием.

Рисунок червя

При очень незначительной изменчивости эластических свойств тканей в пределах поля зрения или при значительном предварительном сжатии отмечается изменяющаяся структура сигнала, представляющая собой шум ( рис. 2.19). Это явление получило название рисунок червя.² На этих изображениях нет клинической информации. Этот дефект может быть устранен путем использования минимальной предварительной компрессии и включения в поле зрения ряда тканей различной жесткости.

Рис. 2.19 Когда в поле зрения эластограммы деформации наблюдается очень незначительная изменчивость жесткости тканей, получается только шум. Как и в этом примере, видимый рисунок представляет собой чередующиеся белые и черные области во всем поле зрения. Этот артефакт можно увидеть при значительном предварительном сжатии.

Артефакт затенения

Степень деформации ткани, используемая для расчета деформации, основана на покадровых изменениях возвращаемого сигнала B-режима. В случаях, когда имеет место затенение В режиме B, амплитуда возвращающегося сигнала уменьшается в областях затенения. Если затенение не является сильным, в областях затенения получается эластограмма деформации. Однако, если затенение сильное и сигнал возвращается слабо или вообще не возвращается, точное значение деформации не получается и возникает узор из белых и черных пятен, артефакт затенения ( рис. 2.20). Этот артефакт также может возникать в областях с выраженным рефракционным затенением.

Рис. 2.20 На этом изображении инвазивной протоковой карциномы наблюдается значительное затенение. Если затенение отмечено, на эластограмме будет виден бело-черный артефактный рисунок в области затенения, а задняя граница поражения не будет идентифицирована (красные стрелки).

2.2.8 Советы и рекомендации

• Сохраняйте поле обзора достаточно большим, чтобы охватывать ткани с различной жесткостью. Это позволит сохранить более постоянную цветовую карту (и согласованный динамический диапазон значений деформации) между изображениями.
• Поддерживайте поле зрения там, где представляющее интерес очаг поражения составляет менее 50% от поля зрения.
• Используйте изображение в режиме B для определения величины применяемого смещения ткани.
• Датчик следует устанавливать перпендикулярно поражению и в плоскости движения.
• Используйте соответствующую технику для вашей системы.
• Используйте изображение в режиме B, чтобы подтвердить, что плоскость сканирования, проходящая через очаг поражения, остается постоянной.
• Расположите пациента так, чтобы смещающее движение находилось в плоскости датчика.
• Не применяйте предварительное сжатие с помощью датчика.
• Сравните жесткость очага поражения с жесткостью других тканей (например, молочной железы, жировой ткани и нормальной ткани молочной железы).
• Пациент должен лежать неподвижно и поддерживать равномерное поверхностное дыхание. Во время сбора данных не разговаривать.
• Отключите фоновое изображение в режиме B на эластографическом изображении, если для эластограммы используется карта в оттенках серого.
• При получении данных оставайтесь в неподвижной плоскости (не проводите обследование).
• Приобретите статические и киношные клипы.

2.3 Эластография сдвиговой волной

Вторым методом определения эластических свойств ткани является измерение скорости сдвиговой волны (SWS).^{6,7,8,19,20,21,22,23} В этом методе к ткани подается начальный импульс ультразвука (push pulse), или импульс ARFI, который индуцирует сдвиговую волну, перпендикулярную ультразвуковому лучу. Это похоже на падение камня (толкающий импульс) в озеро: создаваемая рябь соответствует поперечным волнам. Обычные методы отбора проб ультразвуком в режиме B используются для расчета скорости поперечной волны, генерируемой тканями, путем мониторинга смещения тканей, вызванного поперечными волнами. Это показано на  рис. 2.21. Исходя из скорости прохождения поперечной волны (SWS) через ткани, модуль деформации (называемый модулем Юнга) можно оценить, сделав несколько предположений. SWS напрямую коррелирует с жесткостью тканей, причем более высокий SWS означает большую жесткость, и наоборот. Жесткость поражения может быть отображена в виде SWS (в метрах в секунду [м / с]) или, при некоторых допущениях, в виде модуля Юнга (в килопаскалях [кПа]). Модуль деформации рассчитывается исходя из предположения, что плотность ткани составляет 1,0 г / см³ и что коэффициент Пуассона равен 0,5 для ткани и используется следующее уравнение,

где C_s — SWS в метрах в секунду.

Рис. 2.21 (a) Представлена упрощенная модель визуализации сдвиговой волны на примере миндаля в желатине (рис. 2.1). Применяется толкающий импульс ARFI (широкая красная стрелка), генерирующий сдвиговые волны (зеленые волны). Сдвиговые волны проходят через ткани и меняют скорость в зависимости от жесткости ткани. Обычные импульсы В-режима используются для идентификации поперечных волн и расчета их скорости. (b) Скорость сдвиговой волны рассчитывается с помощью сканирования в режиме B для отслеживания движения сдвиговой волны через ткань. На этой диаграмме показан процесс. (A) — это импульс ARFI, который генерирует поперечную волну. (B) — это область, которая контролируется с помощью визуализации В режиме B на предмет движения ткани, вызванного поперечной волной. (C) отображает кривые, которые идентифицируются путем построения графика смещения ткани в заданном месте с течением времени. Наклон линии, полученный при построении графика времени максимального смещения ткани в разных местах под действием импульса ARFI, представляет собой скорость сдвиговой волны (D).

В таблице 2.1 приведены преобразования двух шкал, модуля Юнга и SWS, при различных измерениях. Большинство систем позволяют пользователю выбирать, какую шкалу он предпочитает использовать.

Таблица 2.1 Преобразование модуля Юнга в скорость сдвиговой волны
Модуль Юнга (кПа)	Скорость поперечной волны (м/с)
180	7.7
150	7.1
125	6.5
100	5.8
90	5.5
80	5.2
70	4.8
60	4.5
50	4.1
40	3.7
30	3.2
25	2.9
20	2.6
15	2.2
10	1.8

С помощью SWE количественная оценка жесткости поражения получается либо в интересующей точке (точечная эластография сдвиговой волной, p-SWE), либо в большем поле зрения с попиксельным цветовым кодированием SWS (двумерная визуализация сдвиговой волной, 2D-SWE).

Несколько производителей в настоящее время предлагают SWE для нескольких датчиков. Существует два типа SWE: точечная эластография сдвиговой волной (p-SWE) и двумерная эластография сдвиговой волной (2D-SWE). В настоящее время также становится доступной разработка трехмерной эластографии поперечными волнами (3D-SWE). В p-SWE небольшой (приблизительно 1 см³) ROI помещается в интересующий участок, и из этого места производится однократное измерение скорости поперечной волны. Для 2D-SWE множественные измерения получаются в увеличенном поле зрения и отображаются с использованием карты с цветовой кодировкой. Затем в поле зрения можно поместить ROI, чтобы получить скорость поперечной волны в этом месте.

2.3.1 Точечная эластография сдвиговой волной

Принципы методов сканирования с использованием SE также относятся к SWE. Для получения точных результатов важно сохранять неизменное местоположение очага поражения без движения. После применения импульса ARFI сбор данных происходит в течение короткого периода времени. В течение периода сбора данных движение поперечной волны отслеживается с помощью визуализации В режиме B. Если ткань перемещается из-за движения датчика или пациента, система интерпретирует это движение без сдвига волны при расчете SWS. Если пациент замрет и задержит дыхание (остановит дыхание), а затем подождет 2-3 секунды, прежде чем получить данные для интересующей структуры (чтобы позволить ей перестать двигаться), это приведет к более точным измерениям. В зависимости от датчика и системы существует ограничение на глубину ткани, при которой могут быть получены точные измерения SWS. Большинство систем не допускают измерения ниже определенной глубины ткани в зависимости от датчика. Одним из важных факторов получения точных измерений является сила импульса ARFI. Как и все другие ультразвуковые импульсы, импульс ARFI может ослабляться, преломляться и отражаться, ослабляя силу импульса. Сила импульса ARFI напрямую связана со степенью смещения тканей сдвиговой волной. Более слабый импульс ARFI приведет к уменьшению отношения сигнал/шум при измерениях поперечной волны и увеличению ошибки при измерении поперечной волны. Методы оптимизации импульса ARFI для различных органов обсуждаются в главах с 3 по 11.

Окупаемость инвестиций, которая обычно имеет фиксированный размер, размещается в интересующей области. После активации приложения p-SWE отображаются результаты после периода охлаждения из-за тепловой энергии, генерируемой импульсом ARFI. Этот период варьируется от поставщика к поставщику, у некоторых поставщиков он незаметен.

С помощью p-SWE количественный показатель жесткости поражения получается при небольшой фиксированной рентабельности инвестиций. Рентабельность инвестиций в p-SWE имеет фиксированную величину и обычно не может быть изменена. Блок ROI устанавливается в том месте, где требуется значение жесткости. В некоторых тканях, где очаг поражения может иметь неоднородную жесткость, необходимы множественные измерения p-SWE в различных местах для полной оценки жесткости очага поражения. Это зависит от исследуемой ткани и обсуждается в главах с 3 по 11.

Отображение результатов p-SWE

Результаты p-SWE отображаются на мониторе либо в виде SWS в метрах в секунду (м/с), либо в виде модуля Юнга в килопаскалях (кПа). Пример p-SWE в печени представлен на  рис. 2.22. Некоторые системы обеспечивают показатель качества измерения. Этот показатель качества определяется величиной смещения ткани и соотношением сигнал/ шум отслеживающих импульсов. Для большинства органов рекомендуется проводить множественные измерения и использовать среднее значение для постановки диагноза. Например, рекомендуется выполнить 10 измерений при определении жесткости печени и использовать среднее значение. При 10 измерениях также можно рассчитать межквартильный интервал (IQR) и использовать его для определения качества измерений. У большинства поставщиков есть пакет отчетов, который регистрирует и отслеживает серийные измерения и предоставляет среднее значение, стандартное отклонение и / или IQR. Образец отчета представлен на  рис. 2.23.

Рис. 2.22 В этом примере p-SWE печени поле ROI (зеленое поле) расположено в интересующем месте. После выполнения соответствующей методики (описанной в главе 3) активируется кнопка p-SWE. Затем система обеспечивает SWS и глубину измерения ткани, в данном случае 2,64 м / с при 4,4 см. После активации кнопки p-SWE система зависает и не позволяет выполнять дополнительную визуализацию до окончания периода охлаждения. Период охлаждения зависит от поставщика и приложения.

Рис. 2.23 Для большинства применений p-SWE рекомендуется провести несколько измерений и использовать среднее значение для диагностики. Это пример страницы отчета, на которой были получены 10 измерений. Показаны медиана, среднее значение, стандартное отклонение и межквартильные измерения (IQR). Многие поставщики позволяют проводить множественные измерения для каждого из нескольких участков.

Если поперечная волна не генерируется или имеет очень низкое качество, то значение получено не будет и отображаемое измерение будет “0.00” или “x.xx”. Это может быть вызвано движением пациента или сонографиста или факторами, которые не позволяют провести точное измерение (например, высокий индекс массы тела [ИМТ], глубокое поражение).

2.3.2 Двумерная эластография сдвиговой волной

Принципы методов сканирования с использованием SE и p-SWE также относятся к 2D-SWE. Для получения точных результатов важно сохранять неизменное местоположение очага поражения без движения. С помощью 2D-SWE увеличенное поле обзора (обычно больше 1 см х 1 см, но размер ограничен системой) размещается над интересующей областью. Поле обзора может быть расположено так, чтобы охватывать как проблемный участок, так и прилегающие ткани. Аналогично p-SWE, пациент должен оставаться неподвижным во время измерения. Результаты имеют цветовую маркировку и отображаются на изображении в режиме B и могут быть отображены либо как скорость поперечной волны в метрах в секунду, либо как модуль Юнга в килопаскалях. Пример 2D-SWE представлен на  рис. 2.24.

Рис. 2.24 Это пример 2D-SWE, сделанного в щитовидной железе. Поле FOV (белое поле) помещается над интересующим участком. Обычно поле помещается так, чтобы охватывать как аномалию, так и окружающие ткани. После активации кнопки 2D-SWE получается карта SWS с цветовой кодировкой (верхнее изображение). Карта также представлена на изображении, в данном случае в правом верхнем углу изображения. Здесь карта была настроена на максимальное отображение 100 кПа. Чтобы получить значения жесткости для конкретного местоположения, ROI (белые кружочки) размещены в проблемных зонах. В этом случае один ROI был размещен в солидной части поражения с наибольшим SWS, как определено на карте с цветовой кодировкой. Второй ROI был размещен в нормальной ткани щитовидной железы. Справа показаны результаты измерений. Отображаются среднее, минимальное и максимальное значения, а также стандартное отклонение пикселей в каждом ROI. Здесь мы выбрали отображение SWS как в метрах в секунду, так и в килопаскалях. Система также рассчитала отношение жесткости пораженной щитовидной железы к нормальной, которое составляет 2,4, используя измерения в метрах в секунду.

Существуют системы, обеспечивающие “одноразовую” 2D-SWE, при которой после активации измерения отображается одно изображение. В этих системах существует задержка до нескольких секунд, прежде чем систему можно будет использовать снова. Однако некоторые системы 2D-SWE позволяют выполнять измерения в режиме реального времени; для получения оптимальных изображений для адекватных измерений требуется оставаться в одной плоскости в течение нескольких секунд. Можно сохранить видеоклип, идентифицировать соответствующее изображение и получить измерения. На изображении, которое будет использоваться для измерений, можно разместить один или несколько ROI для получения значения жесткости, включая максимальное, среднее и стандартное отклонение результатов измерений в ROI. Большинство систем позволяют изменять размер ROI по желанию. Изображение с цветовой кодировкой позволяет определять значения жесткости на большей площади. Можно быстро определить область максимальной жесткости и неоднородность жесткости. Коэффициент деформации может быть рассчитан, если в поле зрения присутствуют как очаг поражения, так и эталонная ткань.

Отображение результатов 2D-SWE

Отображение 2D-SWE зависит от производителя. Некоторые имеют единственное изображение, на котором можно разместить поле обзора и отобразить результаты, в то время как другие имеют двойной дисплей, на котором изображение в режиме B отображается в виде одного изображения, а результаты с цветовой кодировкой 2D-SWE представлены на другом (и накладываются на изображение в режиме B).

При визуализации сдвиговой волной цветовая шкала может быть изменена. Красный цвет всегда обозначает жесткие ткани, а синий — мягкие ткани. Однако жесткость, при которой происходит изменение цвета, может быть изменена. Для тканей молочной железы обычно используется шкала с максимальной скоростью 7,7 м / с (180 кПа). С помощью этой шкалы повреждения, обозначенные зеленым, желтым и красным, находятся в пределах диапазона злокачественных новообразований. При оценке только доброкачественных тканей уменьшение максимального значения цветовой шкалы (например, максимум до 3,7 м/ с или 40 кПа) позволит лучше дифференцировать жесткость доброкачественных тканей по цвету. Однако красный цвет больше не будет обозначать значение жесткости, указывающее на злокачественное образование ( рис. 2.25).

Рис. 2.25 Карту скоростей с цветовой кодировкой можно настроить, чтобы подчеркнуть различия в жесткости ткани. На этом изображении показана нормальная мышца (a) с максимальным давлением 180 кПа. На (b) то же изображение отображается с максимальным масштабом 60 кПа. Обратите внимание, что различия в жесткости мышц лучше визуализируются на рисунке (b), поскольку шкала была скорректирована.

Генерация поперечной волны ограничена глубиной и зависит от плотности ткани. Если повреждение глубже 4-5 см, результат может быть не получен. Может помочь изменение положения пациента, чтобы приблизить область интереса (ROI) к датчику. Если нет генерации поперечной волны, цветовое кодирование в этой области происходить не будет.

2.3.3 Предварительная компрессия

Принципы сканирования с использованием SE, рассмотренные в предыдущем разделе, также относятся к SWE. Предварительная компрессия может изменить результаты, и для ее ограничения рекомендуется использовать тот же метод, который обсуждался ранее ( рис. 2.8б). В некоторых тканях, таких как грудь, трудно избежать дополнительного предварительного сжатия. Поскольку грудь относительно мягкая и расположена поверхностно по отношению к ребрам, сжать грудь очень легко. Однако при работе с другими органами, расположенными глубоко под ребрами, такими как печень, трудно сдавить печень с помощью межреберного доступа.

2.3.4 Интерпретация

Точечная эластография сдвиговой волной

С помощью p-SWE получают значение жесткости ткани для определения рентабельности инвестиций. Для большинства применений предлагается провести несколько измерений на месте для подтверждения точного значения жесткости. Рекомендуемое количество измерений, которые необходимо выполнить, зависит от клинического применения и обсуждается в клинических главах (главы с 3 по 11). Значение жесткости может быть использовано для характеристики ткани и / или поражения. Обычно для определения доброкачественности или злокачественности поражения используется предельное значение. Предельные значения зависят от исследуемой ткани и обсуждаются в клинических главах. В отличие от 2D-SWE, где отображается большое поле зрения значений жесткости и очевидны максимальная жесткость и неоднородность жесткости поражения, с p-SWE трудно определить, где получить оптимальное значение жесткости. Это ограничивает полезность процедуры при гетерогенных тканях и / или поражениях, но в более однородных тканях, таких как печень, измерения жесткости с помощью p-SWE могут быть очень точными.

Двумерная эластография сдвиговой волной

С помощью 2D-SWE значения жесткости в большом поле зрения отображаются на карте с цветовой кодировкой. Над интересующей областью можно разместить показатель рентабельности инвестиций, и на нем будет отображаться значение жесткости либо в метрах в секунду, либо в килопаскалях. Поскольку ROI будет содержать несколько пикселей, результаты обычно отображаются в виде максимального значения жесткости, минимального значения жесткости, среднего значения жесткости и стандартного отклонения для всех пикселей в ROI. В большинстве исследований в качестве критерия определения доброкачественности или злокачественности поражения использовалось значение максимальной жесткости. При визуальном осмотре цветной карты область максимальной жесткости обычно легко идентифицируется. Затем ROI может быть помещен в эту область. Также можно получить измерение прилегающей ткани.

Система One (Siemens Ultrasound, Маунтин-Вью, Калифорния) предоставляет в дополнение к карте скоростей с цветовой кодировкой карту показателей качества, карту времени и карту перемещений. Карта качества обсуждается в разделе Карта качества, который приводится ниже. Временная карта отображает время до максимального смещения, что является еще одним методом отображения данных SWS. Карта смещения отображает величину смещения ткани, вызванного импульсом ARFI. Временная карта и карта смещения полезны для исследовательских целей, но не обязательны для интерпретации результатов в клинических условиях. Карта скорости и карта качества используются в обычной клинической практике для интерпретации результатов.

Карта качества

Все системы имеют алгоритм отбраковки, который определяет, достаточны ли данные для расчета точного SWS. В случаях, когда данных недостаточно для расчета точного SWS, эти пиксели не имеют цветовой кодировки. Однако существующие алгоритмы отбраковки могут быть недостаточно надежными, чтобы отбраковать все неточные измерения. При некоторых поражениях, включая некоторые виды рака молочной железы, поперечные волны могут распространяться нерегулярно и может отображаться ошибочно низкая скорость поперечных волн. Часто в этих случаях наблюдается диапазон более высоких скоростей поперечной волны, что позволяет поставить точный диагноз. Чтобы решить эту проблему, один поставщик (Siemens Ultrasound, Маунтин-Вью, Калифорния) разработал карту качества, которая более тщательно оценивает исходные данные, чтобы определить, можно ли рассчитать точную SWS. В этой карте качества используется цветовая карта светофора для обозначения качества измерения: зеленый цвет означает высокое качество, желтый — низкое качество, а красный — неточное ( рис. 2.26). Карту качества можно использовать вместе с картой с цветовой кодировкой, на которой отображаются SWS, чтобы определить, какие значения жесткости подходят для клинического применения. Недавно некоторые производители добавили числовой коэффициент качества к расчетному значению жесткости.

Рис. 2.26 Одним из методов повышения точности цветового кодирования является создание карты качества, которая оценивает качество поперечных волн. На этой карте используется схема “стоп-сигнала”: зеленый (go) для высококачественных поперечных волн, желтый (осторожно) и красный (stop), если качество поперечных волн недостаточно для точного измерения. Карта SWS изображения SWE инвазивного протокового рака представлена на (a). Высокий SWS указывает на злокачественное поражение. Карта качества для того же изображения представлена на (b). Область опухоли обозначена зеленым цветом, что подтверждает точность SWSS. В (c) получен аналогичный цветовой рисунок для проблемной области в (a). Однако в этом случае на карте качества (d) области с высоким SWS отмечены желтым и красным цветом, что указывает на SWSS как на неточный показатель, который не должен использоваться в диагностике.

В недавнем исследовании²⁴ добавление показателя качества (QM) при визуализации молочной железы поперечной волной ограничило количество ложноотрицательных результатов (чувствительность без QM 22/46 [48%, 95% доверительный индекс: 33-63%]; чувствительность с QM 42/46 [91%, 95% доверительный индекс: 79-98%, p < 0,0001]).

2.3.5 Ограничения

Поперечные волны не будут распространяться через простые кисты, и поэтому они не будут иметь цветовой маркировки ( рис. 2.26). Сдвиговые волны будут распространяться в сложных кистах, и они будут помечены цветом как мягкие поражения. Сдвиговая волна обнаруживается обычным ультразвуком В режиме B. Следовательно, когда области на изображении в режиме B показывают чрезвычайно низкий сигнал (безэховой), эхо-сигнал слишком низкий для успешного обнаружения поперечной волны. Эти области не будут иметь цветовой маркировки. Это происходит в областях с выраженным затенением, таких как ребра, опухоли со значительным затенением и области с макрокальцификацией.²

2.3.6 Артефакты

Есть несколько артефактов, с которыми вы можете столкнуться. Некоторые из них указывают на неоптимальность вашей методики, а некоторые содержат диагностическую информацию.

Отсутствие цветового кодирования (отсутствие сигнала поперечной волны)

Поперечные волны не будут распространяться через простые кисты, и поэтому они не будут иметь цветовой маркировки ( рис. 2.27).

Рис. 2.27 Поперечные волны не распространяются в простой жидкости, такой как в простой кисте. В этих случаях киста не будет иметь цветовой маркировки. Иногда наблюдается некоторое цветовое кровотечение в проксимальную часть кисты. Если киста сложная, это может способствовать распространению поперечной волны, и киста будет иметь цветовую маркировку.

Поперечная волна обнаруживается с помощью ультразвукового эхо-сигнала. Поэтому, когда области на изображении в режиме B показывают чрезвычайно низкий сигнал (безэховой), эхо-сигнал будет слишком низким для успешного обнаружения. Эти области также не будут иметь цветовой маркировки. Это происходит в областях с выраженным затенением, таких как ребра, опухоли со значительным затенением и области с кальцификацией,² в областях глубже, чем те, где генерируется поперечная волна, и в очень жестких и неоднородных структурах, где поперечная волна содержит значительный шум.

При очень жестких поражениях, таких как инвазивный рак, поперечная волна может не распространяться. Следовательно, никаких результатов получено не будет, и поэтому область не будет иметь цветовой маркировки ( рис. 2.28). Это обсуждается в разделе 5.

Рис. 2.28 Если скорость поперечной волны не может быть определена в определенном месте, то пиксель не имеет цветовой маркировки (черная центральная область). Это может произойти (1), если повреждение слишком глубокое, а импульс ARFI ослаблен и уже недостаточно силен для генерации измеримой поперечной волны; (2) если ткань не поддерживает генерацию поперечных волн (например, простая киста); или (3) если в результатах смещения присутствует значительный шум и точную скорость поперечной волны рассчитать невозможно. Уникальной особенностью рака молочной железы является то, что некоторые из них не допускают адекватных поперечных волн, необходимых для точного измерения. В этих случаях опухоль не будет кодироваться, но, как показано на этом рисунке, вокруг очага поражения определяется кольцо с высокими SWSS.

Артефакт Взрыва

При использовании предварительной компрессии в ближнем поле будет виден красный рисунок ( рис. 2.29).^2,5 Это можно исправить, оказывая минимальное давление датчиком на пациента.

Рис. 2.29 Если с помощью датчика прикладывается слишком большое давление (предварительное сжатие), ближнее поле в SWE будет казаться жестким (красным), как в этом случае. Это можно исправить, уменьшив давление, прикладываемое датчиком.

2.3.7 Советы и рекомендации

• Для оценки окружающих тканей поле зрения должно быть немного больше очага поражения.
• Держите датчик перпендикулярно коже.
• Держите датчик неподвижно и попросите пациента задержать дыхание во время измерений.
• Подождите 2-3 секунды после того, как попросите пациента прекратить дыхание, прежде чем получать данные, позволяющие конструкции прекратить движение.
• Не применяйте предварительное сжатие с помощью датчика.
• При использовании визуализации поперечной волной в реальном времени подождите несколько секунд, пока изображение стабилизируется, прежде чем проводить измерение.

2.4 Заключение

Существует два основных типа ультразвуковой эластографии: SE и SWE. Оба имеют свои преимущества и недостатки. Оба использовались для оценки тканей ряда систем органов. Преимущества и недостатки этих методов для каждой системы органов подробно описаны в клинических главах, главах с 3 по 11. Но, как правило, SE может выполняться на любой глубине ткани при условии получения адекватного изображения в режиме B и соответствующего снятия сжатия, в то время как SWE ограничена по глубине ткани из-за ослабления импульса ARFI. Предварительная компрессия серьезно влияет как на SE, так и на SWE. SWE является количественным показателем, в то время как SE — нет. В результатах некоторых систем SE присутствуют артефакты, которые позволяют с высокой точностью идентифицировать поражение как доброкачественную простую или осложненную кисту, что невозможно при SWE.

С момента внедрения эластографии в одобренные клинические системы наблюдается быстрый рост. Были разработаны рекомендации по ее использованию в нескольких клинических приложениях. Становятся доступными улучшенные алгоритмы, оценка качества и аппаратное обеспечение, которые повысят точность этих методов.