Глава 4. Ультразвуковая эластография

4.1. Обзор методик эластографии и их основные принципы работы

Высокая плотность образования рассматривается как показатель злокачественности. Когда врач проводит пальпацию железы, он выявляет именно эти зоны и уплотнения. Патологический процесс в ткани вызывает изменения в ее структуре, модифицирует ее свойства и приводит к локальному увеличению плотности и снижению эластичности. Мягкие ткани легко поддаются деформации и сжатию, а жесткие — плохо.

В начале 1990-х годов Ophir с соавт. предложили использовать принцип оценки жесткости или упругости с помощью УЗ-волны в медицине и биологии [50]. Этот метод получил название эластографии.

Несмотря на то, что о теоретических предпосылках эластографии сообщалось с 1980-х годов, первые результаты клинического применения данной методики при исследовании молочной железы появляются лишь в конце 1990-х — начале 2000-х годов [37, 40, 47–49, 52].

В 2003–2004-х гг. эластография проводится в режиме реального времени с превосходным качеством изображения и низким количеством шумов, и с этого времени она начинает активно внедряться в клиническую практику. Метод продолжает активно изучаться и сегодня.

Данные эластографии служат важным дополнительным критерием оценки характера изменений в тканях различных органов и помогают в дифференциальной диагностике новообразований различных локализаций. В настоящее время УЗ-эластография позволяет не только дифференцировать доброкачественные и злокачественные ткани, но также определяет гистологическое строение, показывая распределение тканевой жесткости, что может потенциально иметь значение для оценки эффекта противоопухолевой терапии. Метод применяется не только для изучения упругих свойств узловых образований, но и для оценки эластичности неузловых структур.

Физические принципы эластографии

Качественные и количественные изменения упругих свойств ткани под влиянием компрессии или УЗ-сигнала отражаются при эластографии в виде цветовой шкалы и могут быть подсчитаны при помощи количественных показателей.

Эластичность тканей оценивается с помощью различных показателей, в том числе с помощью коэффициента, который называется модулем упругости (модулем Юнга). Модуль упругости — это математическое представление способности тел или веществ упруго деформироваться при приложении к ним силы:

λ = stress/strain,

где λ — модуль упругости, stress — напряжение, вызываемое в образце действующей силой (равно силе, деленной на площадь приложения силы), strain — упругая деформация образца, вызванная напряжением (равна отношению размера образца после деформации к его первоначальному размеру). Если напряжение измеряется в паскалях, то, поскольку деформация является безразмерной величиной, единицей измерения λ также является паскаль.

Выделяют три основных типа модуля упругости:

1) модуль Юнга (Е) характеризует сопротивление материала растяжению/сжатию при упругой деформации или свойство объекта деформироваться вдоль оси при воздействии силы вдоль этой оси; определяется как отношение напряжения к удлинению;

2) модуль сдвиговой упругости (μ) характеризует способность материала сопротивляться изменению формы при сохранении его объема. Он представляется как отношение напряжения сдвига к деформации сдвига, определяемой как изменение прямого угла между плоскостями, по которым действуют касательные напряжения;

3) модуль объемной упругости (К) характеризует способность объекта изменять свой объем под воздействием напряжения, одинакового по всем направлениям. Данный модуль является фундаментальной величиной, ответственной за эхоконтраст в УЗ-изображении (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схематическое изображение разных типов модуля упругости: а — модуль объемной упругости; б — модуль Юнга и модуль сдвига

В литературе приведены данные о значениях модуля Юнга для различных типов тканей молочной железы, полученные в экспериментах с образцами ткани in vitro [56, 57, 60]. В указанных экспериментальных работах значения модуля упругости варьируют (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Значения модуля Юнга для тканей молочной железы, по данным разных авторов

Причина столь больших различий кроется в том, что механические свойства биологических тканей непостоянны и зависят от «возраста» ткани и степени напряжения, используемого для деформации образца ткани. Sarvazyan сообщал, что неизмененная ткань молочной железы в 4 раза менее жесткая, чем ткань фиброаденомы, и в 7 раз менее жесткая, чем раковая опухолевая ткань [57].

Т. Krouskop и соавт. провели эксперимент с 142 образцами различной ткани молочной железы с уровнем напряжения, накладываемого на ткань, 5 и 20% [39].
В результате было установлено, что жировая ткань имеет самые низкие значения модуля упругости, которые не зависят от степени напряжения (компрессии), в отличие от фиброзной и железистой ткани. В связи с этим жировая ткань в молочной железе может служить эталоном и использоваться в качестве референсной для сопоставления с другими тканями или патологическими изменениями. Модуль упругости железистой ткани при 5% компрессии практически не отличался от жировой ткани, однако при 20% компрессии его значения повышались. Фиброзная ткань более жесткая в сравнении с жировой и железистой. Модуль упругости внутрипротокового рака in situ имел низкие значения при 5% компрессии и был неотличим от значений жировой ткани. В случае увеличения компрессии до 20% значения модуля резко увеличивались и были выше в сравнении с неизмененными тканями молочной железы [39]. Ткань инфильтрирующего протокового рака очень жесткая, она обладала наибольшими значениями модуля упругости в проведенном эксперименте (рис. 4.2).