ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА МЕТАСТАТИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ ШЕЙНЫХ ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ С ПОМОЩЬЮ ЭЛАСТОГРАФИЧЕСКОЙ УЛЬТРАЗВУКОЙ ТЕХНИКИ VIRTUAL TOUCH IMAGING

Идентификация метастазов в лимфатических узлах является наиболее важным методом определения стадии в онкологии, потому что это непосредственно влияет на прогноз и принятия решения о тактике лечения. В настоящее время, эта процедура выполняется с помощью многих методов визуализации. 

 ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Dehong Che, MD, Xianli Zhou, PhD, Mei-Ling Sun, MD, Xiao Wang, MD, Zhaopeng Jiang, MD, Changjun-Wu, PhD

Цель

Целью данного исследования было изучение клинической эффективности Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI) эластографии для дифференциальной диагностики шейных лимфатических узлов.

Методы

Результаты Virtual Touch Tissue Imaging эластографии (Siemens Medical Solutions, Mountain View, CA) были проанализированы у 81 пациента (средний возраст 46,6 лет, диапазон, 5-82 лет) с 81 лимфатическим узлом (45 метастатических и 36 доброкачественных узлов).

Результаты

Большинство доброкачественных лимфатических узлов были немного темнее или такой же яркости, по сравнению с окружающими тканями, в то время как большинство метастатических узлов были явно темнее. Среднее соотношение площади доброкачественных лимфатических узлов ± SD (1,05 ± 0,15) было статистически ниже, чем среднее соотношение площади метастатических лимфатических узлов (1,39 ± 0,20, р <0,001). Уровень порогового значения для среднего отношения площади для метастатических лимфатических узлов был установлен на уровне 1,16. При использовании кривой ROC с этим пороговым значением отношение площадей прогнозировало злокачественность с чувствительностью 91,1%, специфичностью 83,3% и значением 0,925 площади под кривой.

Выводы

Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI) эластография является эффективным методом диагностики для шейных лимфатических узлов. Техника Virtual Touch Tissue Imaging хорошо дополняет обычные ультразвуковые исследования, тем самым облегчая диагностику шейных лимфатических узлов.

Идентификация метастазов в лимфатических узлах является наиболее важным методом определения стадии в онкологии, потому что это непосредственно влияет на прогноз и принятия решения о тактике лечения. В настоящее время, эта процедура выполняется с помощью многих методов визуализации. Роль обычного ультразвукового исследования, состоящего из визуализации в оттенках серого и энергетической допплерографии хорошо известна. Однако критерии диагностики метастатических лимфатических узлов при обычной ультрасонографии до сих пор противоречивы.

Ультразвуковая эластография является методом измерения плотности ткани. Обычная эластография может быть использована для оценки эластичности поверхностных лимфатических узлов, но это неколичественная методика, при которой также имеют место неудобства с необходимостью прижатия ткани от руки оператора. В последние годы количественное определение эластичности ткани стало возможным в связи с внедрением техники Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI) эластографии. Технология Acoustic Radiation Force Impulse представляет собой новый метод визуализации, который позволяет неинвазивно определять эластичность в тканях-мишенях, независимо от того, поверхностные они или глубокие. С помощью этой системы определяется смещение исследуемой ткани, которое генерируется от акустических импульсов излучения от датчика, без какого-либо внешнего сжатия. Чем эластичней ткань, тем на большее смещение она способна. В зависимости от взаимодействия между волнами и датчиком, результат может быть выражен либо в оттенках серого на карте (Virtual Touch Tissue Imaging (VTI; Siemens Medical Solutions, Mountain View, CA) или может быть посчитан количественно с помощью Virtual Touch Tissue  Quantification (VTQ; Siemens Medical Solutions). По сравнению с другими техниками, основанными на неинвазивной оценке жесткости ткани, изображения ARFI имеют преимущество в том, что эта система интегрирована в обычной ультразвуковой системе, так что она может быть выполнена в ходе стандартного обследования.

Virtual Touch Tissue Imaging  отображает относительную плотность в поле зрения на черно-белом изображении. Чем плотнее ткань, тем темнее изображение. Эта техника, среди прочего, используется для изучения нескольких органов, включая печень, почки, молочную и щитовидную железу. Согласно нашим знаниям, однако, ни одного исследования в отношении диагностической эффективности VTI для шейных лимфатических узлов еще не было проведено. Целью нашего экспериментального исследования было исследование клинической эффективности VTI техники для дифференциальной диагностики шейных лимфатических узлов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследуемая популяция

Исследование было одобрено этическим комитетом больницы. Письменное информированное согласие от каждого пациента было получено перед обследованием. Между августом 2013 и январем 2014 года, VTI была проведена последовательно у 86 пациентов, которые прошли исследование шейных лимфатических узлов в нашем центре. Пять пациентов были исключены из группы исследования, поскольку у этих пациентов отсутствовали патологоанатомические результаты. Окончательная группа исследования состояла из 81 пациента (средний возраст 46,6 лет, диапазон, 5-82 лет) с 81 лимфатическим узлом. У 45 пациентов с метастатическими лимфатическими узлами средний возраст был 52,7 лет (диапазон, 29-87 лет), а у 36 пациентов с доброкачественными узлами средний возраст был 45,6 лет (диапазон, 16-80 лет).

Методы визуализации

Обычное ультразвуковое и VTI исследование выполнялось на ультразвуковой системе Acuson S2000 (Siemens Medical Solutions) с использованием линейного датчика (9L4) с широким диапазоном от 4 до 9 МГц. Все шейные лимфатические узлы в первую очередь были исследованы с помощью обычной ультрасонографии. Все лимфатические узлы, которые включены в наше исследование, имели по крайней мере 1 патологический ультразвуковой признак, включая аномальный размер, форму, эхогенность, структуру и васкуляризацию. Если мы обнаруживали только один патологический лимфатический узел, то мы использовали его для проведения VTI и биопсии. Когда пациенты имели множественные лимфатические узлы, мы выбирали узел с самыми выраженными аномальными особенностями при обычном ультразвуковом исследовании, в качестве представителя всей группы.

VTI техника выполнялась следующим образом. Необходимый лимфатический узел отображается при обычном ультразвуковом исследовании, а затем нужное поле зрения располагается в зоне лимфатического узла. Поле зрения устанавливают так, чтобы включить узел и часть окружающих здоровых тканей по периферии узла, поэтому размер поля зрения зависит от размера узла. Для получения соответствующего изображения, датчик с минимальным давлением прижимается к коже до полного соприкосновения с лимфатическим узлом, при этом пациент задерживает дыхание. Нажимается кнопка Update и ARFI изображения (VTI изображение) появляется справа от  соответствующего изображения в режиме B-сканирования.

Аппарат определяет контуры необходимого лимфатического узла в обоих ARFI и B-режимах изображения. Необходимо изменить границу узла вручную, когда контур был определен ненадлежащим образом самой системой. Для VTI изображения яркие области соответствуют более эластичным тканям, чем более темные области. Граница узла при ARFI изображении может отличаться от границы в B-режиме, так как они опираются на различные механизмы контрастирования тканей. Узел при ARFI изображении выбирается в качестве области 1; соответствующий узел на B-режиме сканирования выбирается в качестве области 2; и затем получаем соотношение площадей (площадь 1/площадь 2).

Патологоанатомические диагнозы

В соответствии с клиническими показаниями или желанием пациентов, все шейные лимфатические узлы в нашем исследовании были исследованы гистологически с помощью биопсии, хирургического удаления или тонкоигольной аспирации, а все диагнозы были сформулированы патологоанатомом с многолетним опытом работы.

Статистический анализ

Роль VTI техники в дифференциальной диагностике доброкачественных от злокачественных лимфатических узлов анализировали следующим образом: средние показатели отношения площади злокачественных и доброкачественных лимфатических узлов подвергнуты сравнению с помощью Т критерия Стьюдента (2 хвостовые, равные варианты). Эффективность определения соотношения площади в дифференциальной диагностике доброкачественных от злокачественных лимфатических узлов оценивали с помощью анализа ROC кривой рабочей характеристики приемника (ROC кривой). Лучшие пороговые значения (α) были получены с помощью индекса Youden (чувствительность + специфичность – 1) при анализе ROC кривой. Площадь под кривой (AUC) сравнивали с помощью Hanley-McNeil теста. Были оценены показатели чувствительности и специфичности, а также их соответствующие 95% доверительные интервалы. Значение P <0,05 считалось статистически значимым. Все данные были проанализированы с помощью программного обеспечения SAS, версии 9.1.3 (SAS Inc, Кэри, Северная Каролина).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Окончательные диагнозы

Из 81 лимфатического узла – 45 узлов были метастатическими и 36 были доброкачественными (Таблица 1).

Таблица 1. Гистологические диагнозы шейных лимфатических узлов

Акустическая лучевая импульсная визуализация – Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI)

При визуализации в режиме VTI, по сравнению с окружающей тканью или мышцами, 91,7% доброкачественных лимфатических узлов были немного темнее или такой же интенсивности (Рисунок 1), а остальные доброкачественные узлы были явно темнее. В то же время, 93,3% метастатических узлов были очевидно темнее (плотнее; Рисунок 2), а остальные метастатические узлы были немного темнее или такой же интенсивности. Соотношение яркое/темное изображение прогнозировало злокачественное новообразование с чувствительностью 93,3%, специфичностью 91,7% и точностью 92,5%.

Среднее соотношение площадей для доброкачественных лимфатических узлов ± SD (1,05 ± 0,15) было статистически ниже (Рисунок 1В), чем среднее отношение площадей для метастатических узлов (1,39 ± 0,20, р <0,001; Рисунок 2В). Пороговое значение среднего соотношения площадей (α) для метастатических лимфатических узлов было оценено в 1,16. При использовании ROC кривой с этим пороговым значением (Рисунок 3), соотношение площадей прогнозировало злокачественность с чувствительностью 91,1%, специфичностью 83,3%, точностью 87,7% и AUC 0,925 (95% доверительный интервал, 0863-0987).

Рис. 1. Изображения полученные при исследовании 26-летнего мужчины с опухолью шеи, которая была гистологически диагностирована позже как туберкулезный лимфатический узел. А. B-режим ультразвукового исследования (слева) и VTI изображение (справа) лимфатических узлов. B Отношение площади лимфатического узла (обозначенная область).

Рис. 2. Изображения получены при обследовании 48-летней женщины с плоскоклеточным раком легкого,  узлы впоследствии были гистологически диагностированы как метастатические лимфатические узлы. А – B-режим ультразвукового исследования (слева) и VTI изображение (справа) лимфатического узла. B – отношение площади лимфатического узла (обозначенная область).

Рис. 3. Кривая рабочей характеристики приемника (ROC) для соотношения площадей.

ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящее время ультразвуковая эластография является перспективным методом для измерения плотности ткани. В последние годы обычная эластосонография используется для оценки эластичности поверхностных лимфатических узлов. Lyshchik и др. измеряли индекс деформации отношения мышцы к лимфатическим узлам и обнаружили, что пороговое значение 1,5 позволяет различать метастатические и доброкачественные лимфатические узлы с чувствительностью 85% и специфичностью 92%. Alam и др. разделили лимфатические узлы на 5 типов эластограмм в соответствии с распределением и процентом площади лимфатических узлов в зависимости от эластичности (плотности). Они показали чувствительность 83%, специфичность 100%, точность 89%, а AUC – 0,873.

Обычная эластография может быть использована для оценки поверхностных органов. Однако, существуют недостатки связанные с ручной компрессией. Карта эластичность очень зависит от сжимаемости органа под давлением, а также от степени применяемого сжатия ткани. Диагностика лимфатических узлов с помощью ультразвуковой эластографии и системы 5-бальной оценки является относительно субъективным методом, так как отображает информацию, основанную на локальной деформации на данном участке ткани. Этот метод зависит от механических свойств окружающих тканей и носит неколичественный характер.

С другой стороны, ARFI представляет собой новый перспективный метод ультразвукового исследования, независимую от исследователя эластографическую технику, которая позволяет оценить твердость тканей без внешнего сжатия, и предполагается, что эта технология будет иметь более легкую воспроизводимость, чем обычная эластография в реальном времени. По сравнению с обычной эластографией в реальном времени, точность ARFI не зависит от навыков исследователя для правильного сдавления тканей или вибрации тканей, таким образом это обеспечивает оценку локальной эластичности узлов, которая остаётся постоянной в независимости от наличия плотных тканей в прилегающей зоне. Кроме того, VTI позволяет оценить больше механических свойств ткани, чем обычная эластография в реальном времени с использованием внешнего сжатия. Например, коликвационный некроз в случае метастатического поражения можно отразить лучше с помощью VTI, потому что некроз является относительно мягким без применения внешнего сжатия, в то же время, его труднее обнаружить с помощью обычной эластографии в режиме реального времени, потому что все поражение может двигаться в едином блоке под действием внешнего сжатия.

В нашем исследовании оценивались следующие аспекты ультразвукового исследования ARFI в оттенках серого (VTI техника): (1) лимфатический узел ярче или темнее, чем окружающие ткани или мышцы; (2) отношение площади исследуемого лимфатического узла. В результате, на наших ARFI изображениях большинство доброкачественных лимфатических узлов были немного темнее или такой же яркости по сравнению с окружающей тканью, тогда как большинство метастатических лимфатических узлов были явно темнее (более плотные), чем окружающие ткани или мышцы. Результаты, возможно, зависят от относительной плотности исследуемого лимфатического узла по сравнению с окружающими структурами. У доброкачественных лимфатических узлов, разница в свойствах эластичности между исследуемым узлом и окружающими тканями была относительно мала; напротив, существовала большая разница в злокачественных лимфатических узлах. Существовали некоторые расхождения в нашем исследовании, которые могли влиять на VTI диагноз. Например, два лимфатических узла из 4 аденокарцином легких были немного темнее по сравнению с окружающими тканями, поскольку аденокарциномы имеют мягкую структуру.

В нашем исследовании при пороговом значении отношения площади 1,16 для дифференциальной диагностики шейных лимфатических узлов была достигнута самая высокая точность 87,7%, что соответствовало 91,1% чувствительности и 83,3% специфичности, а AUC – 0,925 (95% доверительный интервал, 0,863-0,987). Кривая ROC показала, что диагностическая мощность техники VTI была высокой, что подтверждает, что VTI предоставляет дополнительную ценную информацию, которая помогает в дифференциальной диагностике природы патологии шейных лимфатических узлов. Наше предыдущее исследование показало, что исследование шейных лимфатических узлов in vivo является возможным с помощью техники VTQ. Злокачественные шейные лимфатические узлы существенно отличаются от доброкачественных узлов при VTQ исследовании. Наши результаты показали, что диагностические возможности и VTI и VTQ техники достаточно высоки, подчеркивая тем самым возможность использования двух ARFI технологий для независимой оценки лимфатических узлов. Ультразвуковые сканеры генерируют кратковременные ARFI импульсы, которые способствуют малым локализованным смещениям и сдвигу волны в ткани-мишени, которые отображаются в градациях серого на VTI карте, или как количественное значение при VTQ технике; таким образом, эти две ARFI методики ориентированы, в принципе, на различные аспекты. Техника VTI в нашем исследовании была относительно полуколичественной, с оценкой соотношения площади, в тоже время как техника VTQ была количественной. В дополнение к плотности ткани-мишени, VTI также отражает соотношение между тканями-мишенями и окружающими тканями. Границы узлов при ARFI изображении могут отличаться от границ в B-режиме изображение, так как они опираются на различные механизмы контраста ткани. В нашем исследовании среднее соотношение площади метастатических лимфатических узлов было выше, чем среднее отношение площади для доброкачественных узлов, другими словами, метастатические узлы были явно больше при VTI исследовании, чем на B-режиме визуализации, тогда как доброкачественные узлы были сопоставимы как на VTI, так и на изображениях в B-режиме. Мы считаем, что эти данные связаны с биологическими характеристиками лимфатических узлов.

Существовали и ограничения в нашем пилотном исследовании. Во-первых, границы на обеих техниках изображения при VTI и B-режиме необходимо было изменять вручную, когда контуры определялись не должным образом самой системой. Некоторые ошибки могут генерироваться этим процессом, что может повлиять на воспроизводимость исследования. Таким образом, необходимо дальнейшее изучение возможности получения наилучшей границы при VTI автоматически. Во-вторых, метастатические лимфатические узлы и узлы доброкачественной природы, которые включены в наше исследование, были представлены различными гистологическими типами. Считается, что соотношение площадей зависит от гистологических характеристик лимфатического узла, таким образом, необходимо дальнейшее изучение отношение площади различных гистологических типов. Однако, эта работа была предварительным исследованием нового приложения (VTI техника), что по нашим данным не выполнялось ранее. Наши результаты свидетельствуют о необходимости проведения дальнейшей клинической оценки. Кроме того, будущие исследования могут оценить эффективность VTI в предоставлении клинических данных в B-режиме ультразвукового исследования и значение для дифференциальной диагностики шейных лимфатических узлов.

В заключение, наше клиническое исследование 81 лимфатического узла показывает, что in vivo оценка шейных лимфатических узлов возможна с использованием техники VTI. Большинство доброкачественных лимфатических узлов были немного темнее, или такой же яркости по сравнению с окружающей тканью, тогда как большинство метастатических узлов  были очевидно темнее. Отношение площадей для метастатических лимфатических узлов значительно выше, чем для доброкачественных узлов. При пороговом значении соотношения площадей – 1,16 для  метастатического лимфатического узла, злокачественность прогнозируется с чувствительностью 91,1%, специфичностью 83,3%, а AUC при этом – 0,925. Мы считаем, что техника визуализации ARFI (VTI) может оказать значительную помощь в дифференциальной диагностике доброкачественных и метастатических поражений шейных лимфатических узлов, облегчая тем самым выбор терапии и определение стадии процесса перед операцией.