Сравнение различных режимов медицинского ультразвукового исследования
Режим
Что измеряется:
Что отображается:
B-режим
Акустический импеданс
Анатомия
Допплерография
Движение
Сосудистый поток
Эластография
Механические свойства
Жесткость тканей
Ультразвуковая эластография (обычно называемая просто эластографией) используется в исследовательских учреждениях на протяжении многих лет. С момента появления первой клинически одобренной системы в 2003 году возник большой интерес и было проведено множество исследований по использованию этой технологии в клинической диагностике многих болезненных состояний. С момента первоначального клинического внедрения эластографии происходило быстрое и непрерывное развитие нескольких ее разновидностей. Первоначально была разработана и использовалась в клинической практике тензоэластография (SE). Этот метод оценивает изменения тканей при приложении внешней силы (либо с помощью датчика, либо с помощью дыхания или сердцебиения пациента). Жесткие ткани не деформируются, в то время как более мягкие ткани деформируются при приложении силы. При использовании всех методов, основанных на растяжении, величина приложенного усилия неизвестна, и поэтому точное количественное значение жесткости тканей измерить невозможно. Таким образом, эти методы являются качественными.5 Однако относительную жесткость тканей в поле зрения оценить можно. Были разработаны полуколичественные подходы, при которых жесткость исследуемой ткани сравнивается с жесткостью стандартной ткани в поле зрения. Исходя из этого, можно определить соотношение, представляющее относительную жесткость исследуемой ткани.6 Например, жесткость пораженной щитовидной железы можно сравнить с жесткостью нормальной ткани щитовидной железы, которая у разных пациентов относительно одинакова по жесткости. Можно определить пороговое значение, сравнивая относительную жесткость с эталонным показателем, с помощью которого можно отличить доброкачественное поражение от подозрительного на злокачественность.
Существует кривая обучения для получения точных эластограмм деформации. Техника выполнения SE значительно различается в зависимости от используемой системы. Для получения оптимальных эластограмм и точных результатов важно найти “оптимальное место” для методов сжатия-ослабления и частотности для системы каждого производителя.
Существует несколько методов отображения результатов. Могут отображаться карты деформации в различных цветах или оттенках серого. Кроме того, эти карты могут быть наложены на изображение в режиме B в оттенках серого. При интерпретации цветных эластограмм необходимо соблюдать осторожность, чтобы знать, какие из нескольких доступных цветовых клавиш используются для отображения результатов карты. Для некоторых жестких тканей они красные, а для других — синие. Однако, если для отображения эластографических данных используется карта деформаций в оттенках серого, фоновое изображение в режиме B следует отключить, чтобы предотвратить путаницу, которая может возникнуть при считывании информации с двух перекрывающихся изображений в оттенках серого. На рис. 1.1 показаны различные способы отображения результатов.
Рис. 1.1 Примеры изображений эластографии деформации кистозного поражения в фантоме с использованием различных карт отображения. В (a) красный обозначает жесткость, синий обозначает мягкость, и изображение в режиме B не накладывается; в (b) красный обозначает жесткость, синий обозначает мягкость, и изображение в режиме B в оттенках серого имеет наложение; в (c) на карте оттенков серого черный обозначает жесткость, белый обозначает мягкость, и изображение в режиме B не накладывается. Важно не отображать наложение режима B при использовании карты деформации в оттенках серого, поскольку два изображения в оттенках серого, наложенные друг на друга, не поддаются интерпретации.
Поставщики разрабатывают методы обратной связи с пользователем в режиме реального времени о качестве эластограмм, чтобы помочь в освоении соответствующей техники получения оптимальных изображений. Одним из важных принципов выполнения SE является равномерное напряжение по всему полю обзора изображения. Один поставщик предоставляет “карту движения” в реальном времени, которая использует цвет для обозначения величины смещения по всему изображению ( рис. 1.2). Для получения точных результатов SE на всем изображении должно присутствовать одинаковое смещение. Это особенно верно, когда вы получаете коэффициент деформации.
Рис. 1.2 «Карта движения” в реальном времени, разработанная одним поставщиком, отображает смещение, возникающее в результате приложенного напряжения при получении эластограммы. Степень смещения ткани на изображении отображается с помощью цветовой карты. Для получения эластограммы оптимальной деформации напряжение должно быть равномерно распределено по изображению. В (a) прикладывается оптимальное напряжение. Обратите внимание, что при одинаковой глубине цвет на изображении одинаковый. В (b) датчик был наклонен, что привело к большему напряжению в левой части изображения (красная). Следовательно, жесткость, рассчитанная для очага поражения справа на изображении, будет отличаться от жесткости аналогичного очага поражения в левой части изображения. В (c) на этой эластограмме напряжения щитовидной железы можно определить влияние пульсации сонной артерии. Карты движения отображаются слева, причем верхнее изображение представляет собой цветную карту, а нижнее изображение — карту в оттенках серого. Два изображения в правом верхнем и нижнем углу представляют собой эластограммы в оттенках серого, соответствующие картам движения. Обратите внимание, что красное кольцо (верхнее левое изображение) соответствует белой области (нижнее левое изображение) на карте движения; они указывают на повышенную нагрузку (повышенное приложенное давление [деформация]) из-за пульсирующей сонной артерии. В (d) верхние изображения представляют собой карты движения, а нижние изображения — изображения в режиме B. Карты движения выбраны из видеозаписи той же ткани. При получении этого клипа было приложено значительное напряжение (карта красным в движении). На двух наборах изображений коэффициент деформации был получен в одном и том же месте. Коэффициент деформации, полученный на кадре слева, составил 7,4, в то время как на кадре справа — 5,2. Причина разницы в ED: несоответствии? при нагрузке, приложенной к местоположению двух ROI (очаг поражения, пунктирный кружок A, и эталонная ткань, пунктирный кружок B), которая четко идентифицируется с помощью карт движения.
Другие производители предоставляют отображение величины приложенного напряжения в режиме реального времени (глобально по всему изображению). На дисплее отображается область оптимального сжатия–расслабления, что помогает при проведении исследования. Некоторые производители также предоставляют панель, которая позволяет пользователю визуализировать в режиме реального времени, когда достигается оптимальное сжатие-ослабление и частота нажимных импульсов ( рис. 1.3). Разрабатываются системы, которые могут автоматически определять границы поражения для более последовательного размещения интересующей области, а также определять “наилучшую” область для использования в качестве эталонной ткани для расчета коэффициента деформации. Добавление этих новых возможностей позволит получать более точные и воспроизводимые результаты SE.
Рис. 1.3 У многих производителей на изображении есть шкала в реальном времени, отображающая прилагаемое напряжение. В этом примере шкалы оптимальное смещение достигается, когда приложенное напряжение (зеленая линия) находится между двумя пунктирными линиями, выделенными красными стрелками. Фиолетовое поле справа используется как для оптимизации частоты сжатия, так и для оптимального смещения. При оптимальном значении желтый прямоугольник в фиолетовом поле просто заполняет фиолетовое поле.
Вторым разработанным основным эластографическим методом была эластография поперечными волнами (SWE). В этом методе используется либо механическое усилие, либо импульс силы акустического излучения (ARFI) для генерации поперечных волн внутри исследуемых тканей. Поперечные волны распространяются перпендикулярно приложенному усилию, подобно ряби на воде при падении камня в пруд. Рябь соответствует поперечным волнам, а камень — приложенному усилию. Скорость сдвиговой волны (SWS) можно оценить, наблюдая за движением ткани в ответ на сдвиговые волны с помощью ультразвука В режиме B. SWS зависит от жесткости тканей: в более мягких тканях он происходит медленнее, в более жестких — быстрее. Этот метод, выполняемый механическими нажатиями и при отсутствии ультразвукового изображения, называется переходной эластографией (TE). Существует несколько методов, использующих импульсы ARFI для генерации поперечных волн и позволяющих получить изображение в режиме B для определения места проведения измерения SWS. В одном случае в интересующей ткани может быть помещена единственная небольшая область интереса (ROI), и импульсы ARFI используются для генерации поперечных волн. Затем вычисляется и отображается результирующая SWS; обычно она представляет собой среднее значение скоростей поперечной волны в пределах ROI. Этот метод называется точечная эластография сдвиговой волной (p-SWE). В другом методе множественные импульсы ARFI могут подаваться в большее поле зрения (FOV) для оценки SWS на большей площади ткани. С помощью этого метода цветовое кодирование пикселей на карте дисплея используется для визуализации изменения SWS в поле зрения. Этот метод называется двумерная эластография поперечными волнами (2D-SWE). Некоторые поставщики предоставляют 2D-SWE на один момент времени, в то время как другие поставщики предоставляют текущую 2D-SWE в режиме реального времени.
В SWE принято условное обозначение цвета «жесткий» как красный, «мягкий» как синий. Однако в SE обычно доступны карты различных цветов и оттенков серого с другим цветовым обозначением. У некоторых производителей цветовые коды дисплея по умолчанию такие же жесткие, как синий, в то время как у других цветовые коды дисплея по умолчанию такие же жесткие, как красный. По этой причине важно всегда отображать карту цветового кодирования, используемую при оценке изображений SE. Цветовую карту в 2D-SWE можно настроить для отражения соответствующих SWS интересующих тканей. Изменение шкалы может быть использовано для визуализации различий в жесткости оцениваемой ткани.
Как при SE, так и при SWE важно, чтобы датчик оставался в одном месте во время сбора данных и ограничивал движение в поле зрения. Движение, вызванное перемещением датчика или исходящее от пациента, может привести к получению данных низкого качества.
Одним из важнейших факторов при выполнении эластографии является предварительное сжатие. Предварительное сжатие — это величина усилия, прилагаемого к тканям при получении изображений. По мере сжатия ткани становятся более жесткими. Как правило, при компрессии более мягкие ткани увеличивают жесткость быстрее, чем более жесткие ткани. С помощью компрессии можно сделать доброкачественные ткани такими же жесткими, как и злокачественные. Эластографические изображения, как SE, так и SWE, следует получать «легким касанием”. Это более важно для поверхностных органов, таких как грудь, где легко повысить жесткость ткани, сжимая ткань молочной железы между датчиком и ребрами. В более глубоких органах, особенно в ребрах, этот эффект менее проблематичен. Сообщалось о методе последовательного применения минимальной предварительной компрессии.7
Сдвиговые волны низкого качества могут генерироваться как при p-SWE, так и при 2D-SWE визуализации. У всех производителей есть алгоритмы отбраковки, которые оценивают качество генерируемых сдвиговых волн. Эти алгоритмы постоянно совершенствуются, чтобы позволить пользователю лучше определять, являются ли полученные результаты точными. Один поставщик демонстрирует графическое изображение распространения поперечной волны. Когда линии распространения поперечных волн движутся параллельно, качество поперечных волн высокое; когда это не так, качество поперечных волн низкое ( рис. 1.4).
Рис. 1.4 Пример того, как поставщики обеспечивают обратную связь о качестве генерации поперечной волны в режиме реального времени. Изображение 2D-SWE находится слева, а “качественное изображение” — справа. С 2D-SWE, когда линии распространения поперечной волны параллельны, качество изображения высокое, а когда линии распространения не параллельны, качество низкое. Линии распространения внутри зеленого круга параллельны, что подтверждает высококачественную генерацию поперечной волны. В двух красных кружках линии распространения не параллельны, что указывает на некачественное распространение поперечной волны, что приводит к низкой точности оценки скорости поперечной волны.
В p-SWE большинство производителей не указывают скорость сдвиговой волны (SWS), если качество сдвиговых волн низкое. В качестве значения они могут отображать ”x.xx“ или «0.00». В 2D-SWE, если качество поперечных волн низкое, на изображении не отображается цвет.
Третий основной тип эластографии, магнитно-резонансная эластография (MRE), становится все более распространенным, и предварительная работа с ним проводится во многих системах органов.8 Ее использование для оценки состояния печени при диффузных заболеваниях быстро растет.
Эластография была широко апробирована для улучшения клинической диагностики диффузных заболеваний печени, молочной железы и щитовидной железы. Опубликованы рекомендации по использованию эластографии для этих органов.9,10,11,12
Эластография молочной железы обладает уникальными особенностями.5 На эластограммах деформации рак молочной железы выглядит крупнее, чем на соответствующих изображениях в режиме B, в то время как доброкачественные образования кажутся меньше. Для SE эта уникальная функция позволяет использовать очень чувствительный и специфичный метод для характеристики поражений молочной железы, даже несмотря на то, что SE является качественным. Это изменение размера поражения на эластографии кажется уникальным для поражений молочной железы. Причина этой особенности до конца не понятна.
Были проведены обширные исследования по использованию как механической, так и ARFI-генерируемой SWE, а также по использованию MRE для оценки диффузного заболевания печени.11 Существует множество причин диффузного заболевания печени, все из которых приводят к фиброзу печени и, в конечном итоге, к циррозу и его осложнениям. Жесткость печени можно измерить с помощью этих методов SWE с высокой точностью. Во многих случаях эта технология заменяет случайную биопсию печени для постановки диагноза и мониторинга диффузного заболевания печени.
С появлением ультразвука В режиме В удалось идентифицировать большое количество узлов щитовидной железы. Методом выбора для диагностики этих узлов является тонкоигольная аспирация. Было показано, что как SE, так и SWE улучшают отбор узлов щитовидной железы для биопсии.13,14,15,16 Необходима дальнейшая работа, чтобы определить, смогут ли данные эластографии предсказать, какие виды рака щитовидной железы с большей вероятностью дадут метастазы.
Широко распространена эластографическая оценка других органов с одобренным клиническим использованием эластографии.10 В этих органах четко определенные клинические применения не были подтверждены; однако многие из них кажутся многообещающими. Первоначальные исследования эластографии предстательной железы дали отличные результаты в выявлении и характеристике рака предстательной железы в периферической зоне.17,18 Во многих других органах, по-видимому, наблюдается совпадение значений жесткости для доброкачественных и злокачественных поражений, что ограничивает специфичность и чувствительность эластографии при выявлении и характеристике болезненных состояний в этих органах.19 Хотя исследования подтвердили, что в целом злокачественные очаговые поражения печени более жесткие, чем доброкачественные очаговые поражения печени, значения жесткости значительно перекрываются. В отдельном случае не было продемонстрировано, что эластография полезна для характеристики очагового поражения печени как доброкачественного или злокачественного. В настоящее время ведется дальнейшая работа по определению того, можно ли использовать величину жесткости для других клинических показаний, таких как оценка эффективности химиотерапии или радиочастотной абляции.
Первоначальные исследования SWE предстательной железы показывают, что он обладает высокой чувствительностью и специфичностью при выявлении клинически значимых форм рака предстательной железы в периферической зоне. Предварительные исследования показывают, что величина жесткости при раке предстательной железы может коррелировать с оценкой Глисона.17 Поскольку переходная зона часто жесткая, без злокачественных новообразований, эластография была менее точной при выявлении раковых образований в переходной зоне. Необходима дальнейшая работа, чтобы определить, может ли эластография быть полезной при характеристике поражений в переходной зоне. В настоящее время проводятся исследования по сравнению многопараметрической магнитно-резонансной томографии (МПМРТ) и эластографии простаты, чтобы определить, могут ли они быть взаимодополняющими методами. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, можно ли использовать SWE простаты для наблюдения за пациентами, находящимися под активным наблюдением по поводу рака предстательной железы.
Оценка лимфатических узлов часто вызывает проблемы. Хотя увеличение размера лимфатических узлов и потеря нормального подкожного жира указывают на инвазию опухоли, они не специфичны, особенно для небольших очагов метастатического заболевания. Эластография может быть способна выявлять небольшие очаги метастатического заболевания из-за повышенной жесткости этих очагов. Эластографию также можно использовать для проведения биопсии в этих небольших очагах, которые могут быть не идентифицированы при визуализации в режиме B.20,21,22,23
Эластографическая оценка других органов брюшной полости проводится только сейчас. Проводятся исследования, чтобы определить, может ли эластография быть полезной при хронической почечной недостаточности и для характеристики опухолей почек, поджелудочной железы и патологии кишечника.24,25,26
Эластография также может быть очень полезна для опорно-двигательного аппарата. В отличие от опухолей, которые более жесткие, чем нормальная ткань, сухожилия являются одним из самых жестких органов в организме, и при поражении они становятся мягче. По мере заживления эти сухожилия восстанавливают свою жесткость. Заживление можно контролировать с помощью ультразвуковой эластографии, которая является недорогой и не требует использования облучения. Результаты эластографии могут служить методом индивидуального подбора физиотерапевтических процедур.
Разрабатываются новые методы, которые могут помочь преодолеть некоторые ограничения существующей эластографической технологии. Очевидно, что эластография станет стандартом медицинской помощи для выявления и характеристики многих болезненных состояний.