Автори: Leah C. Davis, Timothy G. Baumer, Michael J. Bey, Marnix van Holsbeeck
Вступ
Так як перші ехографічні зображення опорно-рухового апарату, були отримані в 1958 році, ультразвукове дослідження стало важливим методом візуалізації в радіології опорно-рухового апарату.
Еластографія зсувної хвилі (ЕЗХ) – це нова технологія, яка надає інформацію про властиву еластичнвстьтканин шляхом створення імпульсу акустичної радіочастотної сили, іноді званого «акустичним вітром», який генерує поперечно орієнтовані зсувні хвилі, які розповсюджуються через навколишню тканину і забезпечують біомеханічну інформацію про властивості тканин. (Зображення 1)
Сильні сторони такої діагностики:
- висока просторова роздільна здатність;
- динамічні можливості візуалізації;
- здатність оцінювати судини без внутрішньовенного контрасту;
- відносно низька вартість.
З появою високочастотних датчиків, панорамних полів зору, а також поліпшення чутливості зображень доплера, ультразвукові зображення здатні надати більш детальну анатомічну інформацію про структури кістково-м’язової системи, ніж будь-коли раніше.
Ультразвукова еластографія – це нова технологія, яка може виявити зміни тканин, викликані травмою, дегенерацією, загоєнням або пухлинами.
Зображення 1: Спрощена ілюстрація зсувнохвильової еластографії, що демонструє застосування акустичного радіочастотного імпульсу (стрілки) і горизонтальне поширення зсувних хвиль в тканини (горизонтальні хвилі і переривчасті вигнуті лінії).
Проблеми, властиві при дослідженні кістково-м’язової тканин
Тканини, при дослідженні яких широко використовується ЕЗХ, такі як печінка, шкіра і груди, є відносно однорідними в порівнянні з тканинами в опорно-руховому апараті. Це пояснюється її неоднорідністю. Окремі волокна скелетних м’язів оточені ендомізієм, організовані в пучки, оточені перімізіумом, і згруповані в м’язові шари, оточені епімізієм. Нерви, артерії, вени і лімфатичні судини проходять між м’язовими пучками по всьому м’язі.
Традиційно при скелетно-м’язової візуалізації отримують зображення по довгій і короткій осі по відношенню до зображуваних структур. Залежно від конкретного м’яза, що представляє інтерес, окремі м’язові волокна можуть бути паралельними або похило орієнтованими по відношенню до довгої осі м’яза. У перистих м’язах апоневроз проходить по поверхневим краям м’язів, прикріплюючи їх до сухожилля. Якщо всі м’язові пучки знаходяться на одній стороні сухожилля, м’яз класифікується як одноперенатний м’яз. Однак, якщо на обох сторонах сухожильной тканини є одне центральне сухожилля з м’язовими пучками, м’яз класифікується як двухпеннативний, а якщо є кілька центральних сухожиль з різноспрямованими м’язовими волокнами, то він класифікується як багатоперенантний. З огляду на ці відмінності в м’язової архітектурі, орієнтація датчика, що знаходиться в положенні для візуалізації довгої осі м’язового черевця, може привести до «не осьової» або похилої візуалізації окремих м’язових волокон, що може вплинути на вимірювання поперечної хвилі.
Фонова активність тканин
Більшість досліджень ЕЗХ проводилися на пасивних м’язах і сухожиллях, але деякі дослідження були зосереджені на змінах скорочених м’язів і продемонстрували лінійну залежність між збільшенням показника і прогресуючим ізометричним скороченням.
При ЕЗХ сухожиль і м’язів надм’язової западини в стані спокою (пасивно) та з мінімальною активацією м’язів (легке відведення руки) було виявлено, що активні показники були вищими, ніж пасивні вимірювання.
Глибина розташування і навколишні тканини
Дослідження in vivo продемонструвало, що середня швидкість зсувної хвилі в м’язі vastus lateralis не змінювалась з глибиною візуалізації, хоча дисперсія в області інтересу збільшувалася зі збільшенням глибини.
Щоб проілюструвати і розширити ці висновки, ми створили «м’який» (5% желатиновий) і «жорсткий» (10% желатиновий) фантом, використовуючи воду, желатин і гідрофільне муциллоїдне волокно псілліума. Потім проводилося дослідження в області інтересу, розташованої від 3 до 6 см в глибину, з кроком 1 см (Зображення 2A-D). Середня швидкість зсуву хвилі (ШЗХ), виміряна в «м’яких» фантомах, склала 1,90 м / с, що характерно спостереженнями в пасивному м’язі. Середнє значення ШЗХ, виміряної в «жорстких» фантомах, склало 3,97 м / с, що було зафіксовано в активних м’язах або більш дрібних сухожиллях (Зображення 3A-D).
Зображення 2: Кольорові карти множинної еластографії зсувної хвилі м’якого фантома, центрованої на глибинах 2 см (A), 3 см (B), 4 см (C) і 5 см (D).
Відносно рівномірний колір в поверхневій області інтересу (A, B), з невеликим прогресивним збільшенням варіабельності кольору в більш глибокої області інтересу (C, D). Щоб підтвердити, що мінливість пов’язана з глибиною і не властива фантому, фантом перекинувся на 180 °, і була отримана додаткова колірна карта (E), яка демонструвала однорідний колір.
Зображення 3: Кольорові карти багаторазової еластографії зсувної хвилі для жорсткого фантома,, центрованої на глибинах 2 см (A), 3 см (B), 4 см (C) і 5 см (D). Зображення демонструють мінливість кольору на найглибших полях області інтересу, починаючи з глибини приблизно 4 см (B), яка поступово погіршувалася при більш глибокому розташуванні області інтересу (C, D). Щоб підтвердити, що мінливість пов’язана з глибиною і не властива фантому, фантом перекинувся на 180 °, і була отримана додаткова колірна карта (E), яка демонструвала однорідний колір.
Нижче розташовані кісткові структури
На додаток до неоднорідності кістково-м’язової тканини, тканини часто безпосередньо перекривають кісткові структури, створюючи додаткову проблему для отримання вимірювань ШЗХ. Хоч і здається, що це стійка перешкода, яка не може бути повністю усунута, її вплив може бути зменшено шляхом зміни положення пацієнта і датчика.
Артефакти зображення найлегше визначити, коли тканини знаходяться в пасивному стані. Довгоосьова візуалізація в B-режимі сухожилля надостного відділу хребта, як видно на зображенні 4А, і відповідна колірна карта, як видно на зображенні 4B, виявляє неоднорідність у вимірах в сухожиллі і вище розміщеного дельтоподібного м’яза з низькою (синій) і високою ШЗХ (червоний) присутній в одному і тому ж м’язі і сухожиллі. Лінійне вирівнювання цих змін передбачає, що вони являють собою артефакт відображення. Це спостереження засноване на тому факті, що зображення було отримано з об’єктом в положенні Красса (плече внутрішньо повернуто і злегка витягнуте, лікоть зігнутий на 90 °, передпліччя розташоване за спиною). У цьому положенні дельтоподібний м’яз знаходиться в стані спокою і буде демонструвати відносно однорідну ШЗХ, за винятком значної м’язової патології. Крім того, області червоного і зеленого кольору видно безпосередньо над виступаючими опуклими кістковими елементами, цю ділянку ми назвали «коридором відображення» (зображення 4C, коридор, окреслений переривчастими червоними лініями).
Зображення 4: Сіре сонографічне зображення сухожилля (A), яке демонструє вище розміщений дельтоподібний м’яз і кістковий акустичний орієнтир, що лежить в основі бугристости. Датчик орієнтований уздовж довгої осі сухожилля. Кольорові карти, отримані в одній і тій же області (B, C), демонструють деякі вертикальні лінійні смуги аномалій сигналу в сухожиллях надостної і дельтовидних м’язів, що тягнуться до поверхневих м’яких тканин, які містяться в пунктирних паралельних лініях в C. Хоча ці зміни можуть представляти неоднорідність сухожилля / м’яза, лінійний характер зміни сигналу і осередкові опуклі края глибоко в цих областях, позначені червоними кружками в C, дозволяють припустити, що зміни сигналу були артефактними, створюючи «рефлексивний коридор».
На щастя, цей артефакт відображення можна мінімізувати. Хоча може бути неможливо повністю усунути відображення, в залежності від тканин, що спостерігається, проте можливо змістити коридор відображення в менш важливу область в полі зору. Наприклад, на зображенні 5 орієнтація датчика була злегка змінена, щоб побачити місце кріплення сухожилля в нетрадиційній, злегка похилій орієнтації. З цією невеликою зміною положення датчика основний кістковий фон був мінімізований, оскільки опуклі поверхневі кісткові краї були зміщені до периферії поля зору.
Зображення 5: Сіре сонографічне зображення сухожилля (A), вище розміщеного дельтоподібного м’яза і кісткового акустичного орієнтира лежить в основі більшої бугристості, але з орієнтацією датчика, злегка нахиленою до довгої осі сухожилля. Кольорові карти, отримані під час візуалізації тієї ж області (B, C), знову демонструють деякі вертикальні, лінійні області неоднорідності, що містяться в пунктирних паралельних лініях в C, розташованих на поверхні від вогнищевими опуклими кістковими краями, позначеними червоними кружками в C. У порівнянні з зображеннями на зображенні 4 зміни сигналів на цих зображеннях значно менш виражені, а «коридори» зміщені до боків поля зору, зводячи до мінімуму їх вплив на вимірювання швидкості зсуву.
Слід визнати, що навіть ці оптимізовані зображення демонструють неоднорідність, про що свідчить наявність деяких тонких смуг всередині сухожилля, які можуть бути артефактні і пов’язані з відображенням; однак такі менші відображення можуть бути усунені, так як настройки машини і алгоритми обробки зображень продовжують розвиватися.
Потенційні пастки і технічні міркування
Позиціонування датчика
Положення ультразвукового датчика є змінною складовою, яка повинна враховуватися при виконанні ЕЗХ. Зсувні хвилі поширюються швидше по м’язових волокнах, коли датчик орієнтований в поздовжньому, а не перпендикулярному напрямку або під кутом нахилу 45 ° до сухожилля.
Автори провели вимірювання поперечної і поздовжньої хвилі при дослідженні двоголового м’яза плеча і медіальної головки литкового м’яза. Результати цих досліджень продемонстрували більш подібні показники в поперечній і поздовжній площинах при скануванні литкового м’яза і більш варіабельні вимірювання при скануванні двоголового м’яза плеча. Відмінності в вимірах, ймовірно, були пов’язані з орієнтацією нижчих м’язових волокон, так як поперечні хвилі поширюються швидше вздовж паралельних м’язових волокон двоголового м’яза плеча, що призводить до високої ШЗХ при візуалізації в поздовжній площині і значно нижчою при візуалізації в поперечній площині.
Також варто враховувати положення пацієнта. Добре розуміння функціональної м’язово-скелетної одиниці, яка візуалізується, важливо при дослідженні кістково-м’язової системи, особливо в зв’язку з деформацією м’яких тканин щодо положення суглоба.
Сила компресії датчика
Під час традиційного ультразвукового сканування датчик чинить постійний тиск на поверхню шкіри. Однак при роботі з ЕЗХ слід уникати або стандартизувати тиск датчика, оскільки прикладене зусилля стискає тканини нижче поверхні. Стиснення тканин збільшує ШЗХ у всіх тканинах, але цей ефект особливо важливий в м’яких тканинах, де збільшення стиснення на ~ 10% подвоює показники.
Зменшення руху
Один з основних артефактів, які можуть з’явитися в ЕЗХ, пов’язаний з рухом. Цей артефакт руху може бути викликаний або рухом зонда щодо предмета (викликаним користувачем), або рухом тканини щодо зонда (викликаним предметом).
Щоб продемонструвати вплив невеликого руху на польові розрахунки ШЗХ, було проведено просте дослідження з використанням «м’якого» желатинового фантома (5% желатину). У першому стані і фантом, і ультразвуковий датчик були зафіксовані на місці, і було отримано кілька зображень ШЗХ (зображення 6). У цих випробуваннях фантом здавався досить рівномірним, із середнім значенням ШЗХ 3,97 м / с і середньої дисперсією всередині зображення (стандартне відхилення / середнє) 0,42 м / с. У другому стані зонд був зафіксований на місці, але була викликана невелика кількість коливань желатином (зображення 7). У цьому випадку поле демонструвало області з високим і низьким значеннями ШЗХ, де до індукованого руху не спостерігалося жодного. Це показало, що середня ШЗХ впала до 3,32 м / с, а дисперсія всередині зображення більш ніж подвоїлася до 0,86 м / с.
Характеристики, які спостерігаються в цьому простому дослідженні, також спостерігалися під час випробувань in vivo від таких простих рухів, як глибокий вдих або відчутний м’язовий спазм. Важливо усвідомлювати можливість цього артефакту і контролювати його якомога краще.
Зображення 6: Діаграма, що ілюструє ультразвуковий датчик, який був зафіксований на місці, гель-фантом, який також був зафіксований на місці (обведений прямокутником), і результативна колірна карта еластографії.
Зображення 7: Діаграма, що ілюструє ультразвуковий датчик, який був зафіксований на місці, з тим же гелевим фантомом, що і на зображенні 6, з індукованим рухом, позначеним горизонтальними стрілками, і результативна колірна карта еластографії того ж фантома.
Якщо у Вас залишилися питання зв’яжіться з нашим менеджером. Також ви можете знайти у нас в каталозі УЗД апарати для ортопедії і з підтримкою функції еластографії.
14.10.2019
Юра