Elastographie

Es gibt eine Vielzahl von elastographischen Ultraschallverfahren. Die bekanntesten werden im Folgenden hervorgehoben.

Quasistatische Elastographie / DehnungsbildgebungBearbeiten

Die quasistatische Elastographie (aus historischen Gründen manchmal einfach „Elastographie“ genannt) ist eine der frühesten Elastographietechniken. Bei dieser Technik wird eine externe Kompression auf das Gewebe ausgeübt, und die Ultraschallbilder vor und nach der Kompression werden verglichen. Die Bereiche des Bildes, die am wenigsten verformt sind, sind die steifsten, während die am stärksten verformten Bereiche am wenigsten steif sind. Im Allgemeinen wird dem Bediener ein Bild der relativen Verzerrungen (Dehnungen) angezeigt, das oft von klinischem Nutzen ist.

Aus dem Bild der relativen Verzerrungen soll jedoch oft eine quantitative Steifigkeitskarte erstellt werden. Dazu müssen Annahmen über die Beschaffenheit des abgebildeten Weichgewebes und über das Gewebe außerhalb des Bildes getroffen werden. Außerdem können sich Objekte unter Kompression in das Bild hinein- oder aus dem Bild herausbewegen oder sich im Bild bewegen, was zu Problemen bei der Interpretation führt. Eine weitere Einschränkung dieser Technik besteht darin, dass sie wie die manuelle Palpation Schwierigkeiten mit Organen oder Geweben hat, die nicht nahe an der Oberfläche liegen oder leicht komprimiert werden können.

Akustische Strahlungskraft-Impuls-Bildgebung (ARFI)Bearbeiten

Die akustische Strahlungskraft-Impuls-Bildgebung (ARFI) verwendet Ultraschall, um eine qualitative 2-D-Karte der Gewebesteifigkeit zu erstellen. Dazu wird durch die akustische Strahlungskraft eines fokussierten Ultraschallstrahls ein „Schub“ im Gewebe erzeugt. Das Ausmaß, in dem das Gewebe entlang der Achse des Strahls nach unten gedrückt wird, spiegelt die Steifigkeit des Gewebes wider; weicheres Gewebe lässt sich leichter verschieben als steiferes Gewebe. ARFI zeigt einen qualitativen Steifigkeitswert entlang der Achse des schiebenden Strahls an. Indem man an vielen verschiedenen Stellen drückt, erhält man eine Karte der Gewebesteifigkeit. Virtual Touch Imaging Quantification (VTIQ) wurde erfolgreich zur Identifizierung bösartiger Halslymphknoten eingesetzt.

Shear-wave elasticity imaging (SWEI)

Bei der Scherwellen-Elastizitäts-Bildgebung (SWEI) wird, ähnlich wie bei ARFI, durch akustische Strahlung ein „Schub“ tief im Gewebe ausgelöst. Die durch diesen Schub erzeugte Störung breitet sich als Scherwelle seitwärts durch das Gewebe aus. Mithilfe eines Bildgebungsverfahrens wie Ultraschall oder MRT kann man sehen, wie schnell die Welle verschiedene seitliche Positionen erreicht, und daraus auf die Steifigkeit des dazwischen liegenden Gewebes schließen. Da die Begriffe „Elastizitätsbildgebung“ und „Elastographie“ Synonyme sind, wird der ursprüngliche Begriff SWEI, der die Technologie der Elastizitätskartierung mittels Scherwellen bezeichnet, häufig durch SWE ersetzt. Der Hauptunterschied zwischen SWEI und ARFI besteht darin, dass SWEI auf der Verwendung von Scherwellen basiert, die sich seitlich von der Balkenachse ausbreiten, und dass die Elastizitätskarte durch Messung der Parameter der Scherwellenausbreitung erstellt wird, während ARFI die Elastizitätsinformationen von der Achse des schiebenden Balkens erhält und mehrere Schübe verwendet, um eine 2-D-Steifigkeitskarte zu erstellen. Bei ARFI sind keine Scherwellen und bei SWEI keine axiale Elastizitätsbewertung involviert. SWEI wird in der Überschall-Scher-Bildgebung (SSI) eingesetzt, einer der fortschrittlichsten Modalitäten der Ultraschall-Elastographie.

Überschall-Scher-Bildgebung (SSI)

Supersonic shear imaging (SSI) liefert eine quantitative, zweidimensionale Echtzeitkarte der Gewebesteifigkeit. SSI basiert auf SWEI: Es nutzt akustische Strahlungskraft, um einen „Schub“ innerhalb des interessierenden Gewebes zu erzeugen, der Scherwellen hervorruft, und die Steifigkeit des Gewebes wird daraus berechnet, wie schnell sich die resultierende Scherwelle durch das Gewebe bewegt. Lokale Karten der Gewebegeschwindigkeit werden mit einem herkömmlichen Speckle-Tracking-Verfahren erstellt und liefern einen vollständigen Film der Scherwellenausbreitung durch das Gewebe. SSI enthält zwei wesentliche Neuerungen. Erstens erzeugt SSI durch die Verwendung vieler nahezu gleichzeitiger Stöße eine Quelle von Scherwellen, die sich mit Überschallgeschwindigkeit durch das Medium bewegt. Zweitens wird die erzeugte Scherwelle mit Hilfe der ultraschnellen Bildgebungstechnik sichtbar gemacht. Mithilfe von Inversionsalgorithmen wird die Scherelastizität des Mediums anhand des Wellenausbreitungsfilms quantitativ abgebildet. SSI ist die erste Ultraschall-Bildgebungstechnologie, die mehr als 10.000 Bilder pro Sekunde von tief liegenden Organen erreichen kann. SSI liefert eine Reihe von quantitativen In-vivo-Parametern, die die mechanischen Eigenschaften des Gewebes beschreiben: Elastizitätsmodul, Viskosität, Anisotropie.

Dieser Ansatz hat einen klinischen Nutzen bei der Bildgebung von Brust, Schilddrüse, Leber, Prostata und Muskel-Skelett-Systemen gezeigt. SSI wird für Brustuntersuchungen mit einer Reihe von hochauflösenden linearen Schallköpfen verwendet. Eine große multizentrische Studie zur Brustbildgebung hat sowohl die Reproduzierbarkeit als auch eine signifikante Verbesserung bei der Klassifizierung von Brustläsionen gezeigt, wenn Scherwellenelastographie-Bilder zur Interpretation von Standard-B-Mode- und Color-Mode-Ultraschallbildern hinzugefügt werden.

Transiente ElastographieBearbeiten

Die transiente Elastographie liefert ein quantitatives eindimensionales (d. h. ein Linien-) Bild der Gewebesteifigkeit. Sie funktioniert, indem die Haut mit einem Motor in Schwingung versetzt wird, um eine vorübergehende Verzerrung im Gewebe (eine Scherwelle) zu erzeugen, und die Bewegung dieser Verzerrung mit einem 1D-Ultraschallstrahl abgebildet wird, während sie tiefer in den Körper eindringt. Anschließend wird eine quantitative Linie mit Daten zur Gewebesteifigkeit (dem Elastizitätsmodul) angezeigt. Diese Technik wird vor allem vom Fibroscan-System verwendet, das zur Beurteilung der Leber eingesetzt wird, z. B. zur Diagnose von Zirrhosen. Aufgrund der Bekanntheit der Marke Fibroscan bezeichnen viele Kliniker die transiente Elastographie einfach als „Fibroscan“.

Die transiente Elastographie wurde ursprünglich als zeitaufgelöste Impuls-Elastographie bezeichnet, als sie in den späten 1990er Jahren eingeführt wurde. Das Verfahren beruht auf einer vorübergehenden mechanischen Vibration, die dazu dient, eine Scherwelle in das Gewebe zu induzieren. Die Ausbreitung der Scherwelle wird mit Ultraschall verfolgt, um die Scherwellengeschwindigkeit zu ermitteln, aus der sich der Elastizitätsmodul unter der Annahme von Homogenität, Isotropie und reiner Elastizität (E=3ρV²) ableiten lässt. Ein wichtiger Vorteil der instationären Elastographie im Vergleich zu harmonischen Elastographieverfahren ist die Trennung von Scher- und Kompressionswellen. Die Technik kann in 1D und 2D implementiert werden, was die Entwicklung eines ultraschnellen Ultraschallscanners erforderte. Eine spezielle Implementierung der 1D-Transienten-Elastographie namens VCTE wurde entwickelt, um die durchschnittliche Lebersteifigkeit zu bewerten, die mit der durch Leberbiopsie ermittelten Leberfibrose korreliert. Diese Technik ist in einem Gerät namens FibroScan implementiert, das auch den kontrollierten Dämpfungsparameter (CAP) bewerten kann, der ein guter Surrogatmarker für Lebersteatose ist.