Эластография: новые горизонты в ультразвуковой диагностике

Каждое вещество на земле имеет свою определённую плотность. Не является исключением и человеческий организм. Каждая наша ткань и орган имеют определённое строение и различные физические параметры. Больные органы меняют свою плотность – чаще всего они становятся гораздо жёстче. Именно этот факт лёг в основу эластографии – метода, который совершил прорыв в ультразвуковой диагностике. 

Особенно ценен метод в диагностике рака. Раньше для подтверждения диагноза злокачественной опухоли требовалось обязательное проведение инвазивной биопсии. Результат гистологии иногда нужно было ждать несколько недель. Сама процедура забора биоптата неприятна, слегка болезненна и иногда требует госпитализации.

Метод известен уже более 40 лет – с момента начала широкого употребления ультразвуковой диагностики. В основу метода заложен такой параметр, как «сдвиговая упругость». Сначала он использовался только в научных целях. Было непонятно, как применить его на практике и как интерпретировать результаты. Однако с течением времени, совершенствованием аппаратуры и разрешающей способности датчиков стали появляться два новых метода: эластография сдвиговой волны и компрессионная эластография.

Принцип работы метода

Для более детального понимания сути метода надо обратиться к законам физики. Приложение определённой силы приводит к определённой компрессии предмета. Эта деформация характеризуется модулем сдвига (μ), который показывает способность материала сопротивляться изменению формы, при этом не изменяя свой объём.

Для проведения процедуры используется модуль Юнга: физическая величина, характеризующая способность материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации. Она обозначается большой буквой Е. Измеряется в Ньютонах на квадратный метр или в Паскалях.

Его связь с модулями упругости всестороннего сжатия и сдвиговой упругости определяется формулой:  

Для мягких тканей принято считать, что К ≫ μ. Поэтому формула значительно упрощается до Е = 3 μ. Именно этот подсчёт и используют при обследовании организма человека.

Подсчитан модуль Юнга различных мягких тканей организма.
 

Ткань	E, кПа
Нормальная ткань печени	0,4–6
Цирроз печени	15–100
Нормальная простата	55–70
Карцинома простаты	90–240
Ткани молочной железы: жировая железистая фиброзная карцинома	18–24 28–66 96–244 22–560

В изображении на шкале интенсивность эхосигналов зависит от разницы акустического сопротивления соседних тканей: импеданса, который считается как произведение плотности ткани на скорость распространения в ней ультразвуковой волны от датчика. Чем больше разница импедансов, тем сильнее различаются соседние ткани по своей структуре.

Плотность и скорость ультразвука в мягких тканях практически одинаковы, разница между ними составляет несколько процентов. Однако сдвиговая упругость различается значительно – иногда в сотни раз. Именно поэтому сдвиговая упругость является весьма информативным параметром в диагностическом процессе.

На биохимическом и биофизическом уровне упругость органа определяется силами взаимодействия между молекулами, а не клеточной структурой ткани. Более мягкие ткани по составу различаются гораздо меньше, чем по структуре: они содержат до 80% воды, а их белковая структура примерно одинакова. Поэтому скорость отражения ультразвука тоже будет примерно одинакова.

Однако модуль Юнга и модуль сдвига будут отличаться в разы. Метод, основанный на этих закономерностях, называется методом компрессионного сдвига. Он требует внешнего воздействия датчиком – то есть определённой компрессии.

Чуть позже был разработан метод SWEI (Shear Wave Elasticity Imaging) – эластография сдвиговой волны. Он не требует сжатия тканей ультразвуковым датчиком, при этом визуализация и точность параметров в разы больше. Впервые этот метод был опробован в 1997 году в Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова.

В момент, когда на орган воздействуют силы, вызывающие сдвиговую и объёмную деформации, появляются силы противодействия, которые стремятся вернуть орган к привычному состоянию. Но при этом орган слегка деформируется в стороне, противоположенной воздействию. Так возникают колебательные ультразвуковые волны. Волны противодействий распространяются поперечно (относительно ультразвуковых волн датчика).

В подсчёте используют параметры радиационного давления – от слова «радиус», а не «радиация». Воздействие направленного пучка ультразвука становится источником сдвиговых волн. Можно изменять параметры ультразвука так, чтобы он фокусировался на определённой глубине в обследуемом органе.

С помощью специальной аппаратуры можно отследить скорость распространения сдвиговой волны от точки фокуса ультразвука и пересчитать в модуль упругости. Результат отображается на экране монитора в килопаскалях. Эта технология получила название ARFI – Acoustic Radiation Force Impulse.

Изображение, полученное в результате исследования, называется эластограммой. Она представляет собой цветное двухмерное изображение, на котором более плотные участки отмечены красным, более мягкие – зелёным или голубым.

Врачу, который владеет такой методикой, не нужно вручную считать модуль Юнга. Специальное программное обеспечение делает это за него, поэтому результат выводится на монитор мгновенно в виде понятных цветных схем.

Где используют методику

После своего изобретения этот способ стал считаться одним из основных методов в ультразвуковой диагностике. Наряду с классическим УЗИ и доплеровским сканированием.

Данная методика открыла новые возможности для диагностики новообразований и значительно снизила потребность в проведении инвазивных процедур. Результат, который ясен сразу на приёме, позволяет как можно быстрее начать необходимое лечение.

Однако, стоит помнить, что эластография лишь дополняет биопсию, но никак не отменяет её. Только с помощью биопсии и последующей гистологии можно точно определить тип патологической ткани и сделать последующие лечебные назначения.

Основные области применения методики:

• подозрение на цирроз печени;
• определение степени цирроза печени;
• подозрение на жировое перерождение печени;
• воспаление желчных протоков – холангит;
• подозрение на гепатит любой этиологии (вирусной, медикаментозной, токсической);
• обследование увеличенных лимфатических узлов;
• обследование щитовидной железы при подозрении на опухоли или кисты;
• обследование органов мошонки;
• обследование молочной железы при наличии в ней уплотнения;
• отслеживание стадии рака молочной железы;
• диагностика и мониторинг поражение простаты;
• прицельное выявление небольших очагов поражения внутренних органов для точечного проведения биопсии.

Применение при раке и других заболеваниях молочных желёз

Рак молочной железы занимает 2 место среди всех онкологических заболеваний. За 2020 год рак груди был диагностирован у 2,3 млн женщин. У 685 000 из них он закончился летальным исходом. В 2023 году в мире живёт 7,8 миллионов женщин, у которых рак груди был выявлен на протяжении последних 5 лет.

Выделены факторы, которые повышают риск развития рака. Это семейный анамнез по онкологии, алкоголь и курение, ожирение, гормональная терапия в период постменопаузы, воздействие радиации, репродуктивный анамнез. Однако примерно в половине случаев у заболевших женщин нет других предрасполагающих к развитию рака признаков, кроме женского пола и возраста старше 40 лет.

Риск развития рака молочной железы увеличивают унаследованные мутации в генах BRCA1, BRCA2 и PALB-2. При обнаружении этих мутаций надо обязательно рассмотреть возможность профилактического (до заболевания) удаления молочных желёз с возможным последующим замещением их грудными имплантами.

Чаще всего процедуру нельзя рассматривать как единственный метод исследования. Но вместе с рентгенографией и ультразвуковой маммографией она значительно повышает точность постановки диагноза. Такая комбинация методов позволяет весьма точно определить локализацию образования, его размеры и плотность. Именно плотность является основным способом дифференциальной диагностики многих новообразований.

Жидкостная киста будет более подвержена сдавлению и иначе реагирует на проведение процедуры, что отразится в конечном протоколе исследования. Это позволяет значительно снизить количество инвазивных и слегка неприятных пункций для забора биоптата. И более точно определить дальнейшую специфику обследования и наблюдения.

Есть несколько основных показаний к проведению процедуры.

1. Обнаружение на ощупь любого образования в глубине молочной железы.
2. Обнаружение любого образования, не имеющего чётких границ при любом другом методе исследования – маммографии или ультразвуковом обследовании.
3. Появление кровянистых или любых других выделений из соска.
4. Изменение цвета и плотности кожи молочной железы.
5. Воспалительные процессы в ткани молочной железы (по типу маститов, особенно безлактационных).
6. Оценка состояния лимфатических узлов (подмышечная группа). Это очень важно при подозрении на метастазирование рака. Поражённые лимфоузлы будут гораздо более плотные, чем здоровые.
7. Проведение дифференциальной диагностики между доброкачественными железистыми поражениями (фиброаденома), онкологией и кистами любой этиологии.

Шкала BI RADS

Эластография официально включена в международную шкалу BI RADS, которая является наиболее авторитетной в мире в области диагностики образований молочных желёз. Шкала получила своё название по первым буквам Breast Imaging Radiology Data System – система радиологических данных визуализации молочной железы. В данной системе выделяют несколько категорий.

1. Категория 0 или неполное исследование. Используется тогда, когда невозможно провести полное исследование по ряду причин. Такое может быть при повреждении ткани молочной железы из-за травмы или ожога, после хирургического вскрытия мастита или иных вмешательств. Это не значит, что нет проблемы. Это значит, что необходимо использовать дополнительные методы исследования.
2. Категория 1 (отрицательная). Объёмные образования не обнаружены и нет факторов, которые в ближайшее время могли запустить злокачественный процесс. При категории 1 пациенток продолжают наблюдать согласно профилактическим рекомендациям.
3. Категория 2. Обнаружены только доброкачественные структуры, которые не увеличивались в размерах за последние 6 месяцев: липомы, кисты, фиброаденомы. Нет факторов, настораживающих в плане злокачественных новообразований. Регулярность наблюдения зависит от возраста. Пациенток в возрасте до 50 лет приглашают на повторное исследование через 2 года. Старше 50 лет – каждый год.
4. Категория 3. Обнаружены структуры, которые с высокой долей вероятности являются доброкачественными. Но желательно повторить исследование раньше, чем рекомендовано планом профилактического наблюдения. Сюда относятся впервые выявленные фиброаденомы. А также фиброаденомы, у которых невозможно оценить скорость роста, так как нет данных предыдущих исследований или же оно не проводилось. Кроме того, кисты атипичной формы или с признаками воспалительного процесса. В данном случае обычно рекомендуют повторить исследование через 3 месяца или по окончанию курса терапии.
5. Категория 4. Подозрение на злокачественное образование. Данная категория подразумевает обязательное направление пациентки на проведение биопсии.  Тактика и частота дальнейшего обследования решаются индивидуально после получения результатов морфологического исследования опухоли.
6. Категория 5. Крайне высокая вероятность злокачественного процесса. Характеризуется обнаружениями опухолей, которые по своей структуре и плотности весьма похожи на злокачественные. Обязательно проведение биопсии в максимально короткие сроки после проведения исследования. Дальнейшее наблюдение (как и в категории 4) проводится по индивидуальному плану.
7. Категория 6. Образования, чья злокачественная природа уже была ранее подтверждена гистологически. Данная категория определяется при наблюдении за течением лечения рака груди, перед назначением лучевой и химиотерапии, оперативным вмешательством.

Применение при обследовании щитовидной железы

Большую распространённость данный метод получил в эндокринологических исследованиях. С его помощью оценивают изменения в глубине ткани щитовидной железы. Можно визуализировать как локальные уплотнения по типу узлов или кист, так и диффузные изменения плотности всей щитовидной железы, что характерно для тиреоидита. Метод позволяет уберечь пациента от проведения ненужных пункций, так как значительно повышает информативность ультразвукового исследования.

Есть несколько основных показаний к проведению такой манипуляции.

• Обнаружение образования в щитовидной железе при прощупывании.
• Обнаружение образования, незаметного при прощупывании, но заметного при проведении обычного ультразвукового исследования.
• Диффузное изменение всей ткани щитовидной железы.
• Обнаружение при ультразвуковом исследовании внутриорганного образования, которое не имеет чётких границ.
• Дифференциальная диагностика между раком щитовидной железы, аденомой и кистой на этапе до проведения биопсии.
• Контроль за состоянием опухоли щитовидной железы во время лечения.
• Оценка состояния лимфатических узлов, соседствующих с щитовидной железой. Данное исследование имеет особую ценность при подозрении на метастазирование рака. Поражённые лимфатические узлы будут иметь большую плотность, чем обычные.

Применение при исследованиях печени

До появления эластографии одним из основных способов исследования ткани печени при подозрении на цирроз или другие изменения была биопсия. Данная процедура инвазивна и неприятна. Через кожу специальной длинной биопсийной иглой проводят забор ткани печени. В дальнейшем полученный биоптат направляют на гистологическое исследование, которое может занимать до нескольких недель. Это значительно снижает комфорт пациентов и удлиняет время до постановки диагноза и начала верной терапии.  

Эластография и эластометрия печени позволили значительно сократить время для постановки верного диагноза и свести неприятные ощущения при врачебных манипуляциях к минимуму. Длительность проведения процедуры составляет не более 15 минут. Госпитализация не требуется, манипуляция проводится на амбулаторном приёме. Из подготовки требуется лишь не есть 4 часа до процедуры. И за сутки не принимать пищу, которая может способствовать повышенному газообразованию.

Показания к проведению процедуры:

• подозрение на цирроз печени;
• определение стадии развития уже подтверждённого диагноза «цирроз печени»;
• определение состояния ткани печени при различных видах гепатитов: инфекционном, токсическом, медикаментозном;
• исследование при подозрении на жировой гепатоз;
• подозрение на холангит и другие поражения печени с застоем желчи и распадом клеток;
• контроль проводимой терапии болезни печени;
• более точное определение структуры кистозных образований;
• определение состояния лимфоузлов в воротах печени при подозрении на метастазирование рака печени;
• детальное обследование при подозрении на рак печени.

Фибросканирование

Самое обширное применение получила методика эластографии на специальном аппарате Фиброскан. Данное исследование называют фибросканированием.

Фибросканирование позволяет определить степень фиброза печени, что очень важно при лечении различных видов гепатита. Оно даёт возможность оценить соотношение между фиброзной и обычной тканью печени.

Данные, полученные при исследовании, отражаются в специальной шкале Metavir.

• F0 – 5,8 кПа и менее. Означает, что печень пациента на момент осмотра полностью здорова.
• F1 – 5,9–7,2 кПа. Минимальные изменения печени.
• F2 – 7,3–9,5 кПа. Умеренные изменения печени.
• F3 – 9,6–12,5 кПа. Выраженные изменения печени.

Три перечисленных выше стадии соответствуют степеням фиброза. Это значит, что ткань печени начинает замещаться соединительной тканью, которая не может выполнять функции здоровых печёночных клеток. Данный процесс весьма характерен для хронических вирусных гепатитов. При обнаружении фиброза врач индивидуально определяет частоту дальнейшего обследования.

Ещё одна стадия – F4 – 12,6 кПа и более.  Данная стадия характерна для выраженного цирроза печени, когда клетки печёночной ткани практически полностью замещены соединительной тканью. Это характерно для алкогольных гепатитов и запущенных вирусных гепатитов.  

Не всегда удаётся провести такое исследование. Есть несколько ситуаций, когда её результаты довольно сложно получить и интерпретировать:

• тяжёлое ожирение – ультразвуковая волна не может проникнуть через толстый слой жировой ткани;
• массивный асцит – выпот жидкости в брюшную полость;
• поражение кожи в зоне исследования: массивные эрозии, значительные рубцы;
• аномалии развития скелета и органов брюшной полости.

Применение при исследованиях болезней кожи и подкожно-жировой клетчатки

При обнаружении подкожных образований непонятного генеза обследование позволяет значительно облегчить диагностический процесс. Раньше практически все элементы, настораживающие в плане онкологии, отправляли на биопсию.

У пациента забирают кусочек повреждённой ткани. Забор могут проводить как с помощью пункционной иглы, так и с помощью скальпеля. При данном методе иссекают больной участок, на рану накладывают шов или повязку. Для пациента данная манипуляция чаще всего требует однодневной госпитализации в стационаре. Время ожидания результатов морфологического исследования могло достигать месяца. 

Исследование мягких тканей не требует стационарного лечения и особой подготовки.

Показания к проведению эластографии мягких тканей:

• обнаружение при прощупывании любого подкожного образования с чёткими границами или без них;
• обнаружение на УЗИ образования без чётких контуров;
• проведение дифференциального диагноза между воспалительным инфильтратом, липомой, кистой или раком кожи.

В дерматологии данный метод не используют как основной. Только как дополнительный, в сочетании с остальными способами диагностики.

Зачастую этот метод используется на стыке врачебных дисциплин. Например, при псориазе, который чаще всего расценивается только как поражение кожи. А при тяжёлых формах может прогрессировать поражение печени и суставов. Для их обследования и подбора оптимальной терапии и используют данную методику.  

В гинекологии процедуру применяют при подозрении на рак яичников и шейки матки. Поражённые ткани будут иметь большую плотность. Исследование позволяет более точно определить объём оперативного вмешательства и избежать удаления здоровых тканей и лимфоузлов.

В некоторых случаях манипуляцию проводят при подозрении на внематочную беременность. Плотность ткани плодного яйца и хориона маточных труб значительно различается. Ранняя постановка данного диагноза позволит избежать таких грозных осложнений, как перитонит при разрыве плодного яйца.

При риске невынашивания беременности этот метод (наряду с цервиокметрией) позволяет определить состояние шейки матки. Но если цервикометрия показывает лишь длину шейки матки, то эластография – плотность. Этот аспект позволяет понять, насколько шейка матки размягчена и насколько она готова к родам.

Важно: статья не является медицинской рекомендацией. Для получения подробной информации обратитесь к специалисту.

Фото: Shutterstock / FOTODOM (за исключением указанных особо)

⚠️ Представленная информация не может быть использована для самостоятельной постановки диагноза, определения лечения и не заменяет обращение к врачу!