Авторы: Leah C. Davis, Timothy G. Baumer, Michael J. Bey, Marnix van Holsbeeck
Вступление
Так как первые эхографические изображения опорно-двигательного аппарата, были получены в 1958 г., ультразвуковое исследование стало важным методом визуализации в радиологии опорно-двигательного аппарата.
Эластография сдвиговой волны (ЭСВ) – это новая технология, которая предоставляет информацию о присущей эластичности тканей путем создания импульса акустической радиочастотной силы, иногда называемого «акустическим ветром», который генерирует поперечно ориентированные сдвиговые волны, которые распространяются через окружающую ткань и обеспечивают биомеханическую информация о свойствах тканей.(Рис. 1)
Сильными сторонами такой диагностики:
- высокое пространственное разрешение;
- динамические возможности визуализации;
- способность оценивать сосудистое течение без внутривенного контраста;
- относительно низкая стоимость.
С появлением высокочастотных датчиков, панорамных полей зрения, а также улучшения чувствительности изображений допплера, ультразвуковые изображения способны предоставить более подробную анатомическую информацию о структурах в костно-мышечной системы, чем когда-либо прежде.
Ультразвуковая эластография – это новая технология, которая может обнаружить изменения тканей, вызванные травмой, дегенерацией, заживлением или опухолями.
Рисунок 1: Упрощенная иллюстрация сдвиговолновой эластографии, демонстрирующая применение акустического радиочастотного импульса (стрелки) и горизонтальное распространение сдвиговых волн в ткани (горизонтальные волны и прерывистые изогнутые линии).
Проблемы, присущие при исследовании костно-мышечной тканей
Ткани, при исследовании которых широко используется ЭСВ,такие как печень, кожа и грудь, являются относительно однородными по сравнению с тканями в опорно-двигательном аппарате. Это объясняется ее неоднородностью. Отдельные волокна скелетных мышц окружены эндомизием, организованы в пучки, окруженные перимизиумом, и сгруппированы в мышечные слои, окруженные эпимизием. Нервы, артерии, вены и лимфатические сосуды проходят между мышечными пучками по всей мышце.
Традиционно при скелетно-мышечной визуализации получают изображения по длинной и короткой оси по отношению к изображаемым структурам. В зависимости от конкретной мышцы, представляющей интерес, отдельные мышечные волокна могут быть параллельными или наклонно ориентированными по отношению к длинной оси мышцы. В перистых мышцах апоневроз проходит по поверхностным краям мышц, прикрепляя их к сухожилию. Если все мышечные пучки находятся на одной стороне сухожилия, мышца классифицируется как одноперенатная мышца. Однако, если на обеих сторонах сухожильной ткани имеется одно центральное сухожилие с мышечными пучками, мышца классифицируется как двухпеннативная, а если имеется несколько центральных сухожилий с разнонаправленными мышечными волокнами, то она классифицируется как многоплодная. Учитывая эти различия в мышечной архитектуре, ориентация датчика, находящегося в положении для визуализации длинной оси мышечного брюшка, может привести к «не осевой» или наклонной визуализации отдельных мышечных волокон, что может повлиять на измерения поперечной волны.
Фоновая активность ткани
Большинство исследований ЭСВ проводились на пассивных мышцах и сухожилиях, но некоторые исследования были сосредоточены на изменениях сокращенных мышц и продемонстрировали линейную зависимость между увеличением показателе и прогрессирующим изометрическим сокращением.
При ЭСВ сухожилий и мышц надмышечной впадины в состоянии покоя (пассивно) и с минимальной активацией мышц (легкое отведение руки) было обнаружено, что активные показатели были выше, чем пассивные измерения.
Глубина расположения и окружающие ткани
Исследование in vivo продемонстрировало, что средняя скорость сдвиговой волны в мышце vastus lateralis не менялся с глубиной визуализации, хотя дисперсия в области интереса увеличивалась с увеличением глубины.
Чтобы проиллюстрировать и расширить эти выводы, мы создали «мягкий» (5% желатин) и «жесткий» (10% желатиновый) фантом, используя воду, желатин и гидрофильное муциллоидное волокно псиллиума. Затем проводилось исследование в области интереса, расположенной от 3 до 6 см в глубину, с шагом 1 см (Рис. 2A-D). Средняя скорость сдвига волны(ССВ), измеренная в «мягких» фантомах, составила 1,90 м / с, что характерно наблюдениям в пассивной мышце . Среднее значение ССВ, измеренное в «жестких» фантомах, составило 3,97 м / с, что было зафиксировано в активных мышцах или более мелких сухожилиях (Рис. 3A-D).
Рисунок 2: Цветные карты множественной сдвиговолновой эластографии мягкого фантома, центрированной на глубинах 2 см (A), 3 см (B), 4 см (C) и 5 см (D).
Относительно равномерный цвет в поверхностной области интереса (A, B), с небольшим прогрессивным увеличением вариабельности цвета в более глубокой области интереса (C, D). Чтобы подтвердить, что изменчивость связана с глубиной и не присуща фантому, фантом перевернулся на 180 °, и была получена дополнительная цветовая карта (E), которая демонстрировала однородный цвет.
Рисунок 3: Цветные карты многократной сдвиговолновой эластографии для жесткого фантома,, центрированной на глубинах 2 см (A), 3 см (B), 4 см (C) и 5 см (D).
Изображения демонстрируют изменчивость цвета на самых глубоких полях области интереса, начиная с глубины приблизительно 4 см (B), которая постепенно ухудшалась при более глубоком расположении области интереса (C, D). Чтобы подтвердить, что изменчивость связана с глубиной и не присуща фантому, фантом перевернулся на 180 °, и была получена дополнительная цветовая карта (E), которая демонстрировала однородный цвет.
Нижелажащие костные структуры
В дополнение к неоднородности костно-мышечной ткани, ткани часто непосредственно перекрывают костные структуры, создавая дополнительную проблему для получения измерений ССВ. Хоть и кажется, что это стойкое препятствие, которое не может быть полностью устранено, его влияние может быть уменьшено путем изменения положения пациента и датчика.
Отражающие артефакты легче всего определить, когда ткани находятся в пассивном состоянии. Длинноосевая визуализация в B-режиме сухожилия надостного отдела позвоночника, как видно на рис. 4А, и соответствующая цветовая карта, как видно на рис. 4B, выявляет неоднородность в измерениях в сухожилии надостного отдела позвоночника и вышележащей дельтовидной мышце с низкой (синий) и высокой ССВ (красный) измерения присутствуют в одной и той же мышце и сухожилии. Линейное выравнивание этих изменений предполагает, что они представляют собой артефакт отражения. Это наблюдение основано на том факте, что изображение было получено с объектом в положении Красса (плечо внутренне повернуто и слегка вытянуто, локоть согнут на 90 °, предплечье расположено за спиной). В этом положении дельтовидная мышца находится в состоянии покоя и будет демонстрировать относительно однородную ССВ, за исключением значительной мышечной патологии. Кроме того, области красного и зеленого цвета видны в областях непосредственно над выступающими выпуклыми костными элементами, областью, которую мы назвали «отражающим коридором» (Рис. 4C, коридор, очерченный прерывистыми красными линиями).
Рисунок 4: Серое сонографическое изображение сухожилия (A), демонстрирующее вышележащую дельтовидную мышцу и костный акустический ориентир лежащей в основе большей бугристости. Датчик ориентирован вдоль длинной оси сухожилия. Цветные карты, полученные в одной и той же области (B, C), демонстрируют некоторые вертикальные линейные полосы аномалий сигнала в сухожилиях надостных и дельтовидных мышц, простирающиеся до поверхностных мягких тканей, которые содержатся в пунктирных параллельных линиях в C. Хотя эти изменения могут представлять неоднородность сухожилия / мышцы, линейный характер изменения сигнала и очаговые выпуклые края глубоко в этих областях, обозначенные красными кружками в C, позволяют предположить, что изменения сигнала были артефактными, представляющими «рефлексивный коридор».
К счастью, этот артефакт отражения можно минимизировать. Хотя может быть невозможно полностью устранить отражение, в зависимости от наблюдаемой ткани, возможно сместить коридор отражения в менее важную область в поле зрения. Например, на рис. 5 ориентация датчика была слегка изменена, чтобы увидеть место крепления сухожилия в нетрадиционной, слегка наклонной ориентации. С этим небольшим изменением положения датчика основной костный фон был минимизирован, поскольку выпуклые поверхностные костные края были смещены к периферии поля зрения.
Рисунок 5: Серое сонографическое изображение сухожилия (A), вышележащей дельтовидной мышцы и костного акустического ориентира лежащей в основе большей бугристости, но с ориентацией датчика, слегка наклоненной к длинной оси сухожилия. Цветные карты, полученные во время визуализации той же области (B, C), снова демонстрируют некоторые вертикальные, линейные области неоднородности, содержащиеся в пунктирных параллельных линиях в C, расположенных на поверхности от очаговых выпуклых костных краев, обозначенных красными кружками в C. По сравнению с изображениями на рис. 4 изменения сигналов на этих изображениях значительно менее выражены, а «отражающие коридоры» смещены к боковым полям поля зрения, сводя к минимуму их влияние на измерения скорости сдвига.
Следует признать, что даже эти оптимизированные изображения демонстрируют неоднородность, о чем свидетельствует наличие некоторых тонких полос внутри сухожилия, которые могут быть артефактными и связаны с отражением; однако такие меньшие отражения могут быть устранены, так как настройки машины и алгоритмы обработки изображений продолжают развиваться.
Потенциальные ловушки и технические соображения
Позиционирование датчика
Положение ультразвукового датчика является изменяемой переменной, которая должна учитываться при выполнении ЭСВ. Сдвиговые волны распространяются быстрее по мышечным волокнам, когда датчик ориентирован в продольном, а не перпендикулярном направлении или под углом наклона 45 ° к сухожилию.
Авторы провели измерения поперечной и продольной волны при исследовании двуглавой мышцы плеча и медиальной головки икроножной мышцы. Результаты этих исследований продемонстрировали более сходные показатели в поперечной и продольной плоскостях при сканировании икроножной мышцы и более вариабельные измерения при сканировании двуглавой мышцы плеча. Различия в измерениях, вероятно, были связаны с ориентацией нижележащих мышечных волокон, так как поперечные волны распространяются быстрее вдоль параллельных мышечных волокон двуглавой мышцы плеча, что приводит к высокой ССВ при визуализации в продольной плоскости и значительно более низкой при визуализации в поперечной плоскости. Также стоит учитывать положение пациента. Хорошее понимание функциональной мышечно-скелетной единицы, которая визуализируется, важно при исследовании костно-мышечной системы, особенно в связи с деформацией мягких тканей относительно положения сустава.
Сила компрессии датчика
Во время традиционного ультразвукового сканирования датчик оказывает постоянное давление на поверхность кожи. Однако при работе с ЭСВ следует избегать или стандартизировать давление датчика, поскольку приложенное давление сжимает ткани ниже поверхности. Сжатие тканей увеличивает ССВ во всех тканях, но этот эффект особенно важен в мягких тканях, где увеличение сжатия на ~ 10% удваивает показатели.
Уменьшение движения
Один из основных артефактов, которые могут появиться в ЭСВ, связан с движением. Этот артефакт движения может быть вызван либо движением зонда относительно предмета (вызванным пользователем), либо движением ткани относительно зонда (вызванным предметом).
Чтобы продемонстрировать влияние небольшого движения на полевые расчеты ССВ, было проведено простое исследование с использованием «мягкого» желатинового фантома (5% желатина). В первом состоянии и фантом, и ультразвуковой датчик были зафиксированы на месте, и было получено несколько изображений ССВ (рис. 6). В этих испытаниях фантом казался довольно равномерным, со средним значением ССВ 3,97 м / с и средней дисперсией внутри изображения (стандартное отклонение / среднее) 0,42 м / с. Во втором состоянии зонд был зафиксирован на месте, но было вызвано небольшое количество колебаний желатином (рис. 7). В этом случае поле демонстрировало области с высоким и низким значениями ССВ, где до индуцированного движения не наблюдалось ни одного. Это показало, что средняя ССВ упал до 3,32 м / с, а дисперсия внутри изображения более чем удвоилась до 0,86 м / с.
Характеристики, наблюдаемые в этом простом исследовании, также наблюдались во время испытаний in vivo от таких простых движений, как глубокий вдох или ощутимый мышечный спазм. Важно осознавать возможность этого артефакта и контролировать его как можно лучше.
Рисунок 6: Диаграмма, иллюстрирующая ультразвуковой датчик, который был зафиксирован на месте, гель-фантом, который также был зафиксирован на месте (обведен прямоугольником), и результирующая цветовая карта эластографии со сдвиговой волной.
Рисунок 7: Диаграмма, иллюстрирующая ультразвуковой датчик, который был зафиксирован на месте, с тем же гелевым фантомом, что и на рис. 6, с индуцированным движением, обозначенным горизонтальными стрелками, и результирующая цветовая карта эластографии со сдвиговой волной того же фантома.
Если у Вас остались вопросы свяжитесь с нашим менеджером. Также вы можете найти у нас в каталоге УЗИ аппараты для ортопедии и с поддержкой функции эластографии.
14.10.2019
Юра