Авторы: Chong-Ke Zhao, Hui-Xiong Xu
Вступление
Пальпация ЩЗ – это практический метод диагностики для оценки состояния щитовидной железы. Так как наличие твердого узла в щитовидной железе связано с повышенным риском возникновения злокачественных новообразований, необходима своевременная и качественная диагностика. Для исследований стоит применять стационарные системы, так как карманный УЗИ сканер не поддерживает функцию эластографии.
Новую технологию ультразвуковой эластографии называют «электронной пальпацией», потому что она обеспечивает воспроизводимую оценку консистенции ткани. Жесткость ткани определяется структурными свойствами ее матрицы. Патологические изменения, такие как наличие опухоли или воспаление, изменяют состав и структуру ткани и повышают жесткость области поражения.
В последнее время в некоторых авторитетных руководствах по клинической практике упоминается эластография щитовидной железы. В руководящих указаниях Американской ассоциации щитовидной железы (ATA) 2015 года указывалось, что эластография может быть полезным инструментом для предоперационной точной оценки риска у пациентов.
Чтобы дать исчерпывающий обзор текущего состояния эластографии щитовидной железы, в этой статье рассматриваются методы эластографии, их клиническое применение при различных заболеваниях щитовидной железы, диагностические показатели и влияющие факторы.
Принципы техники выполнения эластографии на щитовидной железе
В зависимости от того, какие физические величины измеряются, в клинической практике существует два основных метода эластографии щитовидной железы:
- Компрессионная эластография (КЭ);
- Эластография сдвиговой волны (ЭСВ). (Рис.1)
Рисунок 1: Принципы компрессионной и сдвиго-волновой эластографии. А. Эластографическая деформация оценивает эластичность ткани через смещение ткани, вызванное компрессией. Б. Эластография со сдвиговыми волнами оценивает эластичность тканей путем измерения скорости распространения поперечных волн.
Компрессионная эластография
Для оценки взаимосвязи между сжатием и деформацией был использован модуль Юнга (E), также известный как отношение напряжения (σ) к деформации (ε). E можно рассчитать по формуле: E=σε
КЭ требует механического давления, которое приводит к осевому смещению ткани. Деформация ткани от давления измеряется и визуализируется на экране. Основными ограничениями КЭ являются зависимость оператора от угла, силы и продолжительности сжатия.
КЭ может получить два вида оценки эластичности. Во-первых, можно использовать систему визуальной оценки цветов внутри и вокруг узелков с помощью 4- и 5-балльной системы оценки эластичности. Во-вторых, две области интереса отображаются над целевой областью и смежной контрольной областью соответственно. Затем автоматически рассчитывается коэффициент деформации.
КЭ под воздействием внешней силы
Для получения эластографических изображений непрерывно применяется компрессия от руки на шее с последующей декомпрессией (рис. 2А). Жесткость ткани отображается в виде последовательности цветов от красного (мягкий) до зеленого (средний) и синий (жесткий), хотя некоторые аппараты могут применять цветовую шкалу обратного вида. Качество давления оператора контролируется числовой шкалой или синусоидальной кривой с режимом реального времени (Рис. 3В).
Рисунок 2: A. Эластографическое изображение получается за счет смещения ткани, вызванного сжатием свободной рукой с помощью датчика. Б. Изображение деформации создается за счет смещения ткани, вызванного компрессией, и пульсацией сонной артерии. В. Датчик используется для генерации импульса силы акустического излучения для возбуждения ткани-мишени и контроля деформации ткани.
Рисунок 3: 55-летний мужчина с папиллярным раком. A. При ультразвуковом исследовании серой шкалы 12-мм узелок щитовидной железы в правой доле щитовидной железы показан с гипоэхогенностью, микрокальцификацией, плохо определенным краем и нерегулярным внешним видом. Б, В. Эластография показала оценку Астерии, равную 3, при компрессионной эластографии.
КЭ обычно рассчитывается с использованием 5-балльных критериев Раго (Рис. 4) или 4-балльных критериев Астерии (Рис. 5) на основе преобладающего цветового рисунка узла. Границы между 3 и 4 по шкале Раго и 2 и 3 по шкале Астерия (Рис. 3В) широко распространены для различения доброкачественных и злокачественных узелков.
Рисунок 4: 5-балльные критерии Раго. Оценка 1 указывает на равномерную эластичность по всему узлу, оценка 2 указывает на эластичность в большой части узелка, оценка 3 указывает на эластичность только в периферической части узла, оценка 4 указывает на отсутствие эластичности в узелке, и оценка 5 указывает на отсутствие эластичности в узелке или в области, показывающей заднее затенение.
Рисунок 5: 4-бальные критерии Астерии. Оценка 1 указывает на эластичность во всей исследуемой области, оценка 2 указывает на эластичность в большой части исследуемой области, оценка 3 указывает на жесткость в большой части исследуемой области, а оценка 4 указывает на узелок без упругости.
КЭ с использованием пульсации сонной артерии
В этом методе источником давления является пульсация сонной артерии, в то время как оператор держит зонд неподвижно. Сигналы до и после давления отслеживаются и генерируют компрессионные изображения (рис. 2В). Твердость выражается в виде индекса жесткости щитовидной железы или индекса контрастности эластичности (ИКЭ).
Полуколичественная оценка: ИКЭ
В этом подходе область интереса размером 2 × 2 мм используется при поперечном сканировании, на котором видны как щитовидная железа, так и СА. Жесткий узелок дает высокое значение индекса.
КЭ с АРС
Метод, известный как визуализация импульса акустической радиационной силы (ИАРС), может отображать деформацию ткани с использованием сфокусированных УЗ-лучей (Рис. 2В). Импульсы визуализации до и после применения сфокусированных импульсов АРС «толкания» используются для контроля смещения ткани (в качестве меры деформации) в области толчка. АРС рассчитывается по формуле: F = 2αlc
где F – АРС, α – акустическое поглощение, I – средняя временная интенсивность акустического луча, а c – скорость звука. Этот же датчик используется для генерации импульса толчка и для отслеживания результирующего смещения ткани. Изменения деформации отображаются в виде полутонового изображения. Яркий оттенок указывает на относительно мягкие ткани, тогда как более темный оттенок указывает на относительно жесткие ткани (Рис. 3В).
Рисунок 6: Уровни импульсной визуализации силы акустического излучения (I-VI). Степень I, поражение отображается однородно белым или с несколькими точечными участками черного цвета; степень II, почти все поражение отображается белым, с небольшим количеством черного; степень III, черные и белые участки во всем поражении почти одинаковы; степень IV, почти все поражение отображается черным, с небольшим количеством белого; степень V – очаг почти черного цвета с несколькими точечными участками белого цвета; степень VI, все поражение однородно показано черным.
Эластография сдвиговой волны
Акустические импульсы от датчика стимулируют целевую ткань, создавая волну, распространяющуюся перпендикулярно обычным волнам УЗИ. Сдвиговая волна – это поперечные компоненты смещения частиц, которые быстро ослабляются тканью (1-10 м / с). Этот поперечный компонент отслеживается и измеряется как числовое значение, соответствующее скорости поперечной волны. Эта скорость тесно связана с формулой модуля Юнга, в которой эластичность ткани можно оценить по скорости распространения СВ: E≈3μ, μ = ρc2, E = 3ρc2
где E – модуль Юнга, μ – модуль сдвига, ρ – плотность ткани и c – скорость СВ. Поскольку ЭСВ зависит от выработки АРС датчиком, он не зависит от оператора, воспроизводим и количествен.
Для клинической оценки узелков можно использовать два метода: точечный и 2-мерный (Рис. 7).
Рисунок 7: Принцип точечной сдвиго-волновой эластографии и двумерной сдвиго-волновой эластографии. A. Точечная использует силу акустического излучения для механического возбуждения ткани-мишени в единственном фокусном месте, которое создает поперечную поперечную волну. B. В отличие от этого, 2D использует лучи для генерации поперечных волн в полном поле зрения.
Точечная эластография сдвиговой волны
Техника ТЭСВ использует кратковременные (около 262 микросекунд) акустические импульсы, которые механически возбуждают ткань в пределах области интереса фиксированного размера, генерируя локализованные смещения, которые вызывают боковые сдвиговые волны. Хотя амплитуда этих волн является незначительной, они могут быть обнаружены с помощью нескольких «отслеживающих» УЗ-лучей, расположенных в боковом направлении, и могут быть проанализированы с помощью алгоритмов для восстановления скорости путем измерения времени до пика. Эластичность выражается в метрах в секунду (м / с), а изображение с цветовой кодировкой не отображается (Рис. 8)
Рисунок 8: Узловой зоб у 45-летней женщины. На УЗИ с серой шкалой показан твердофазный 18-мм узелок щитовидной железы с гипоэхогенностью и четко выраженным краем в правой доле. А. Скорость поперечной волны 1,91 м / с в узле отображается в системе количественного определения ткани виртуального прикосновения (ВП) с использованием точечной эластографии поперечной волны. Б. Скорость 2,39 м / с на той же глубине, окружающей паренхиму, отображается в ВП.
Двухмерная эластография сдвиговой волны
В 2D ЭСВ карта с цветовой кодировкой скорости сдвиговой волны отображается в поле зрения, когда она активирована. В поле зрения могут быть помещены один или несколько настраиваемых областей интереса. 2D ЭСВ может быть выполнена с использованием техники «один выстрел» или «в режиме реального времени».
Техника “Один выстрел”
Система виртуальной сенсорной визуализации и количественной оценки представляет собой репрезентативное средство для выполнения “одноразовой” методики ЭСВ. Эта система может использоваться для измерения скорости, с которой волна распространяется в ряде мест вокруг области интереса посредством импульса обнаружения.
Изображение получается путем перемещения фокуса, чтобы покрыть до 256 строк захвата в течение 700 миллисекунд (с шириной блока эластограммы 38 мм). Требуется время, чтобы дать датчику остыть, прежде чем можно будет создать другое изображение после получения данных. По сравнению с точечной, данная техника предоставляет более точную информацию о жесткости в пределах узла, благодаря своей двумерной визуализации распределения скорости волны в различных цветах и меньших областях интереса. Карта качества сдвиговой волны доступна для оценки того, является ли распространение надежным или адекватным (Рис. 9).
Рисунок 9: Папиллярный рак щитовидной железы у 49-летнего мужчины. A. При ультразвуковом исследовании серой шкалы показан преимущественно твердый узелок щитовидной железы диаметром 19 мм с изоэхогенностью, микрокальцификациями и хорошо выраженным краем в левой доле. Четыре режима отображаются в системе визуализации и количественного определения тканей Virtual Touch. Б. На карте качества поперечной волны узелок показывает распространение поперечной волны хорошего качества. В,Г.. Получена временная карта поперечной волны (В) и карта смещения поперечной волны (Г). Д. Карта скорости поперечной волны показывает, что узел имеет среднее значение скорости 4,17 м / с в диапазоне от 2,45 до 6,48 м / с.
Техника в реальном времени
В этой технике используются сфокусированные ультразвуковые лучи (так называемые толкающие лучи), которые распространяются по всей области формирования изображений, а сверхбыстрые аппараты используют для измерения скорости индуцированные сдвиговые волны. Из этих данных можно количественно оценить эластичность ткани. Жесткость конкретной области, включая среднюю жесткость (Emean), максимальную жесткость (Emax) и стандартное отклонение, может быть выражена как скорость (м / с) или эластичность (кПа). Мягкие ткани отображаются синим цветом, а твердые – красным (Рис. 10).
Рисунок 10: Папиллярный рак щитовидной железы у 28-летней женщины. Ультрасонография серого цвета (нижняя сторона) показывает твердый гипоэхогенный узелок щитовидной железы 6 мм с нечетким краем и микрокальцификациями. Сверхзвуковая сдвиговолновая эластография (верхняя сторона) показывает неоднородно жесткий (красный и желтый) узелок с максимальной эластичностью 88,6 кПа.
Трехмерная (3D) ЭСВ является более поздней разработкой. Трехмерные СВ-изображения высокого разрешения можно получить с помощью трехмерного объемного датчика, который обеспечивает трехмерные карты эластичности всего узла и окружающей ткани.
На следующей неделе Вас ожидает продолжение данной статьи с клиническим применением и значением для разных направлений медицины: хирургии, онкологии и терапии.
В нашем каталоге вы можете ознакомиться с моделями аппаратов, которые поддерживают компрессионную и эластографию сдвиговой волны.
