Способ стандартизации измерений в ультразвуковой двумерной сдвиговолновой эластографии

Изобретение относится к медицине, в частности к ультразвуковой эластографической диагностике заболевания печени и касается способа снижения количества диагностических ошибок при определении стадии фиброзного поражения печени.

В клинической практике известными способами диагностики фиброза печени являются ультразвуковые методы, использующие оценку скорости распространения сдвиговых волн в тканях печени. Регистрация их скорости позволяет судить об упругости печеночной паренхимы, зависящей от количества соединительной ткани (фиброза), поскольку скорость сдвиговых волн и упругость тканей, в которых они распространяются, связаны уравнением Е=р3С² (где Е - упругость в кПа, р - плотность печеной ткани, принимаемая за 1, и С - скорость сдвиговых волн, выраженная в метрах в секунду).

Для ультразвуковой оценки фиброза печени известен метод «транзиентной эластографии» (ТЕ) с помощью ультразвукового аппарата «Фиброскан» (Echosens, Франция). [Mueller S., Sandrin L, Liver stiffness: a novel parameter for the diagnosis of liver disease, Hepatic Medicine: Evidence and Research 2010:2 49-67], с комбинированным датчиком, состоящим из встроенного вибратора, механически генерирующего сдвиговые волны, и ультразвукового преобразователя, способного отследить скорость их распространения.

Эластометрия на «Фиброскане» выполняется в одном из межреберий правой доли печени в положении пациента на спине, с запрокинутой за голову правой рукой для максимального расширения межреберного промежутка. Оценка упругости печени производится автоматически на основе замера скорости сдвиговой волны в неизменяемой по размеру и глубине области исследования (ROI).

Указанный метод имеет определенное количество недостатков: оператор не видит непосредственно место измерения и судит о качестве исследования только по графику распространения сдвиговой полны; проведение исследования с помощью достаточно громоздкого датчика с вибратором может быть затруднено или даже невыполнимо у пациентов с узкими межреберными промежутками; фиксированная глубина ROI затрудняет или даже делает невозможным выполнение эластометрии у пациентов с выраженным ожирением; поскольку сдвиговые волны не распространяются через жидкость, оценка фиброза печени пациентов с асцитом невозможна. В итоге, перечисленные недостатки приводят к тому, что нередко измерения упругости печени на «Фиброскане» не могут быть выполнены по техническим причинам и, даже при получении валидных данных, имеет место их заметный разброс и заметное количество как ложноположительных, так ложноотрицательных результатов.

Для ультразвуковой оценки фиброза печени известен также метод одноточечной сдвиговолновой эластографии (1pSWE или ARFI-эластографии) [Nightingale K, Soo MS, Nightingale R, Trahey G., Acoustic radiation force impulse imaging: in vivo demonstration of clinical feasibility, Ultrasound Med Biol. 2002 Feb; 28 (2):227-35]. Сдвиговая волна в этом методе генерируется не на поверхности, а в глубине тканей печени с помощью специального «Усиленного Акустического Импульса» или ARFI (acoustic radiation force impulse) в исследуемой области (ROI).

Эластометрия с использованием одноточечной сдвиговолновой эластографии выполняется также, как и при проведении «транзиентной эластографии», однако, в отличие от «транзиентной эластографии», область исследования (ROI) располагается врачем-исследователем уже в произвольно выбранном участке паренхимы правой доли, выбранной им во время стандартного УЗИ печени в В-режиме.

Одноточечной сдвиговолновой эластографии не может помешать асцит, потому что сдвиговые волны генерируются уже внутри паренхимы печени, а не на поверхности тела. Большое значение для качества измерений имеет возможность оператора визуально оценивать строение печени и выбирать место для ROI.

Недостатком метода точечной сдвиговолновой эластографии является невозможность идентификация артефактов в ROI, таких как пульсирующие сосуды, реверберации или отсутствие сигналов о продвижении сдвиговых волн, что приводит к заметной гетерогенности результатов эластометрии.

Ближайшим аналогом (прототипом) является двумерная сдвиговолновая эластография печени (2D SWE) [Bavu Е, Gennisson JL, Couade М, Bercoff J, Mallet V, Fink M, Badel A, Vallet-Pichard A, Nalpas B, Tanter M, Pol S., Noninvasive in vivo liver fibrosis evaluation using supersonic shear imaging: clinical study on 113 hepatitis С virus patients. Ultrasound in Med. & Biol., Vol. 37, No. 9, pp. 1361-1373].

Метод двумерной сдвиговолновой эластографии также основан на применении «Усиленного Акустического Импульса» (ARFI), однако, используется не один такой импульс, а последовательная, на разной глубине, серия из нескольких толчковых импульсов, создающих боковой фронт сдвиговых волн. Чтобы увеличить область исследования (ROI) в двумерной сдвиговолновой эластографии создаются несколько (3-4) таких последовательностей подряд. Продвижение всех фронтов запоминается и дает возможность сформировать двумерную карту распределения скорости сдвиговых волн или упругости тканей печени в ROI. При этом все оттенки карты сопряжены с определенной скоростью или упругостью.

Эластометрия печени с использованием двумерной сдвиговолновой эластографии также выполняеся по общепринятой для эластографии печени схеме, однако, в отличие от одноточечной сдвиговолновой эластографии, врач-оператор, запуская программу эластографии, ждет, когда прокрашивание ROI становится стабильным, без артефактов, и только после этого «замораживает» изображение и с помощью специального измерительного окна внутри ROI проводит измерение скорости или упругости в наиболее однородной области сигналов.

Эластометрия с помощью двумерной сдвиговолновой эластографии имеет ряд очевидных преимуществ, среди которых большая по размеру, чем в одноточечной сдвиговолновой эластографии, область исследования (ROI) и возможность выбора стабильного изображения, по качеству которого врач-оператор судит о валидности последующих измерений.

Основным недостатком прототипа является проблема, связанная с определенной субъективностью использования измерительного окна в области исследования (ROI): иногда используются два или три небольших измерительных окна, но чаще - одно большое с оценкой среднего значение скорости (или упругости) в нем так, как на примере в рис 1. На представленном изображении среднее значение упругости печени в большом круглом измерительном окне составляет 8,5 кПа, что соответствует стадия фиброза F2-3 по шкале Метавир, однако в этом же окне очевидно присутствуют и другие показатели упругости - минимальное - 5,4 кПа, которое соответствует норме, и максимальное - 12,1 кПа, указывающее на стадию фиброза F4.

Причина возникновения подобных разночтений в литературе не описана.

Техническим результатом изобретения является стандартизация места проведения измерений - эластометрии (измерения упругости) или велосиметрии (измерения скорости сдвиговых волн) - на ультразвуковой двумерной сдвиговолновой эластограмме, что приводит к уменьшению количество ошибок и повышает точность дифференциальной оценки стадий фиброза по сравнению с прототипом.

Технический результат достигается благодаря тому, что Способ стандартизации измерений в ультразвуковой двумерной сдвиговолновой эластографии, включающий следующие основные стадии прототипа, а именно: измерения упругости печени обычным конвексным ультразвуковым датчиком в правой доле печени через одно из межреберий при положении пациента на спине с максимальным отведением правой руки и во время короткой на 4-5 сек задержки дыхания; выбор область исследования с помощью В-режима, отличается тем, что включаются следующие новые стадии: перед включением двумерной эластографии диапазон цветовой шкалы суживается до момента визуального появления в области исследования вертикальных полос, указывающих на наличие одного или нескольких фронтов сдвиговых волн; эластограмма «замораживается» только после устойчивого появления этих полос; измерения проводятся только в зоне полос с использованием для интерпретации только максимальных значений скорости или упругости.

Краткое описание фигур и чертежей:

Фиг. 1. Двумерная сдвиговолновая эластограмма печени

Фиг. 2. Двумерная сдвиговолновая эластограмма печени больного с циррозом печени

Фиг. 3. Двумерная сдвиговолновая эластограмма печени пациента с верифицированным фиброзом печени F3.

Фиг. 4. Двумерная сдвиговолновая эластограмма печени пациента с цирозом печени.

Фиг. 5. Двумерная сдвиговолновая эластограмма фантома в режимах широкого (а) и суженного (б) диапазонов цветовой шкалы (в верхнем правом углу эластограмм)

Достижение технических результатов демонстрируется конкретными примерами.

Пример 1. Пациент В-в, 52 лет, с циррозом печени (выраженный асцит, расширение вен пищевода). При измерении в полосе (фиг. 1) упругость печени составила в среднем 16 кПа, что свидетельствует о фиброзе F4 по Метавир, тогда как измерение вне полосы (в среднем 9,8 кПа) указывает лишь на стадию фиброза F3 по Метавир.

Пример 2. Пациент Г-н, 48 лет, с верифицированным по данным биопсии фиброзом печени F3 по Метавир. При измерении в полосе (Фиг. 2) упругость печени составила в среднем 9 кПа, что свидетельствует о фиброзе F3 по Метавир. Результат измерения вне полосы (Фиг. 3) составил в среднем лишь 7,2 кПа, что указывает только на стадию фиброза F2 по Метавир.

Пример 3. Пациент Т-й, 60 лет, циррозом печени (асцит, расширение вен пищевода). При измерении в широкой полосе (Фиг. 4) упругость печени составила в среднем 31,7 кПа, измерение вне полосы - в среднем 16,3 кПа. И в том и другом случае речь идет о циррозе, однако это различие принципиально, поскольку занижение результата опасно пропуском тяжелого осложнения - портальной гипертензии, которая обычно проявляется после 20-25 кПа.

Причина разброса результатов цифровых значений при проведении двумерной сдвиговолнововой эластографии кроется в использовании только стандартного диапазона цветовой шкалы, достаточно широкого, чтобы скрыть особенности распространения сдвиговых волн в тканях. Для примера на Фиг. 5 продемонстрировано измерение упругости фантома с помощью большого измерителя и при широком диапазоне (0 до 125 кПа) шкалы, при котором прокрашивание области исследования представляется полностью гомогенным. Средний показатель упругости ткани фантома (13,1 кПа), заметно отличается от минимального (11,4 кПа) и максимального (16,1 кПа) значений, хотя речь в данном случае идет о фантоме с изотропной структурой ткани. Однако, если значительно сузить диапазон шкалы (в данном случае до 0-15 кПа), то на эластограмме этого же фантома начинают отчетливо проявляться темные вертикальные полосы, возникновение которых легко объясняется ранее описанной особенностью создания нескольких последовательно расположенных вертикальных фронтов сдвиговых волн. Начальная амплитуда сдвиговой волны имеет максимальное значение, что делает ее продвижение наиболее заметным, но на определенном расстоянии от места возбуждения амплитуда перемещений ткани затухает и точность измерений скорости заметно снижается. В приведенном на рис. 5б примере упругость в полосе колеблется от 14,3 до 15,6 кПа, между полосами - уже от 12,7 до 13,5 кПа. Поэтому очевидно, что наиболее адекватной оценка скорости или упругости ткани будет только при измерении в зоне полос - в месте рождения сдвиговых волн.