Ultrazvuková elastografie a její využití v oblasti hlavy a krku

Ultrazvuková elastografie (sonoelastografie, USE) je relativně nová, rychle se rozvíjející metoda zobrazování, která měří elasticitu tkání. Její vývoj započal v devadesátých letech 20. století a urychlil se poté, co se na trhu objevily přístroje zobrazující elasticitu v reálném čase a dále s nástupem elastografie střihové vlny (shear wave elastografie, SWE), která umožňuje kvantitativní měření tuhosti. První výsledky ukazují, že sonoelastografie v kombinaci se standardním ultrazvukovým vyšetřením dosahuje u onemocnění některých tkání přesnějších výsledků než ultrazvuk samotný. V zobrazování tkání hlavy a krku bylo zatím publikováno jen několik málo, většinou pilotních, studií s SWE. Tento přehledový článek shrnuje základní informace o sonoelastografii a jejím dosavadním využití v otorinolaryngologii.

Klíčová slova:
elastografie – lymfatické uzliny – slinné žlázy, štítná žláza – ultrazvuk

ÚVOD

Elastografie umožňuje neinvazivní stanovení tuhosti tkání měřením změny jejich velikosti způsobené mechanickou deformací. Jde o přístrojovou obdobu palpačního vyšetření s možností reprodukovatelného zobrazení a kvantifikace. Základním předpokladem pro klinickou aplikaci této metody je fakt, že zánětlivě nebo nádorově změněné tkáně jsou většinou výrazně tužší než tkáně normální (1). Termín elastografie v medicínsko-diagnostickém kontextu poprvé užil Ophir v roce 1991 (2). Jako jedna z technik magnetické rezonance byla elastografie poprvé popsána Muthupillaiem v roce 1995 (3), ale v běžné klinické praxi se tato metoda zatím nepoužívá. Mnohem rozšířenější je ultrazvuková elastografie (USE), pomocí které se již rutinně diagnostikuje karcinom prsu. V detekci tohoto nádoru vykazuje při porovnatelné senzitivitě vyšší specificitu než prostý ultrazvuk (4). Další běžnou indikací metody je hodnocení stupně fibrózy u cirhotického postižení jater (5). Její diagnostický potenciál je v současnosti ověřován na celé řadě zdravých i patologicky změněných tkání (6–9). Vyvinuta byla i invazivní intravaskulární ultrazvuková elastografie, která měří pružnost cév (10). Pro onemocnění oblasti hlavy a krku bylo do ledna 2014 publikováno několik desítek převážně pilotních studií, z nichž velká většina se týkala štítné žlázy (11).

Tento článek informuje o principu USE, o některých aspektech vyšetření a shrnujeme dosud publikované výsledky v diagnostice onemocnění tkání hlavy a krku. Do přehledového článku jsou zařazeny studie uveřejněné do ledna 2014. K jejich vyhledání jsme využili elektronické databáze Google-scholar. Nalezené české publikace mají charakter kazuistik (12) nebo učebnic (1).

ZÁKLADNÍ PRINCIPY ELASTOGRAFIE

USE můžeme rozdělit na „strain“ (česky „tlak, napětí“) elastografii, při níž se měří longitudinální deformace tkání a „shear wave“ elastografii (SWE, elastografie střižnou vlnou), detekující střižné vlny. Ty vznikají jako odezva elastického odporu tkáně na mechanické vibrace s nízkou frekvencí, a šíří se kolmo na směr šíření ultrazvuku (obr. 1, 2).

STRAIN ELASTOGRAFIE

Jako první přicházely do klinické praxe na počátku devadesátých let 20. století přístroje se strain elastografií (2). Počet relevantních, dosud publikovaných studií proto zatím výrazně převyšuje počet studií s SWE, což platí i pro práce zaměřené na oblast hlavy a krku. Vyšetření se provádí běžnou sondou na klasických ultrazvukových přístrojích vybavených softwarem pro elastografii. Po identifikaci cílového místa, jehož elasticitu chceme měřit, je opakovaným přitlačením a uvolněním ruky vyšetřovaná tkáň rozkmitána, v některých případech lze využít endogenních kompresí způsobených arteriální pulzací. Získané hodnoty poměrného délkového prodloužení (ε), definovaného vzorcem ε = ∆l/l, (l je původní délka vzorku, ∆l změna její délky vyvolaná tlakem) se následně zobrazí jako elastogram (barevná mapa, kde elastické oblasti mají zelenou nebo modrou barvu a tuhé oblasti žlutou až červenou). Fyzikální princip metody je vyjádřen Hookovým zákonem:

ε = δ/E,

kde E je Youngův modul pružnosti (v kPa) a δ je mechanické napětí prostředí (v kPa) (13). Dvourozměrné elastogramy se nejčastěji zobrazují ve vzájemném překryvu s obrazem v B módu. Strain elastografie umožňuje hodnotit nálezy kvalitativně podle množství a rozložení tuhých okrsků ve sledované oblasti, jejíž elasticita je srovnávána s elasticitou zdravé tkáně (14, 15). Semikvantitativní hodnocení vychází ze stanovení elastografického skóre pohybujícího se ve škále 1 (minimální zastoupení tuhých oblastí) až 5 (velmi výrazné zastoupení tuhých oblastí (obr. 3, 4). Vyšetření je oproti SWE subjektivnější a více závislé na zkušenosti a obratnosti vyšetřujícího, především pro nutnost rovnoměrných mechanických kompresí tkáně sondou (16).

SHEAR WAVE ELASTOGRAFIE (SWE)

Kvantitativní USE přístroje využívající střižné vlny se objevily poměrně nedávno. První výsledky klinických studií pro oblast hlavy a krku byly publikovány teprve v roce 2011. U této metody je používána speciální ultrazvuková sonda vytvářející fokusované tlakové pulzy. Ty generují střižné vlny, jejichž působením dochází k minimální, ale měřitelné deformaci tkání, která je detekována konvenčním ultrazvukem. Šíření těchto vln v pevném prostředí popisuje vzorec:

E = 3ρc²,

kde E je Youngův modul pružnosti (kPa), c značí rychlost střižné vlny (m/s) a ρ hustotu prostředí (kg/m³) (13). Pro většinu zdravých měkkých tkání se ρ přibližně rovná hustotě vody (1000 kg/m³). Tekutinami se střihové vlny nešíří, protože tlak se v nich přenáší rovnoměrně všemi směry. Za tuhé jsou většinou považovány léze s elastickým modulem nad 100 kPa (1). U SWE na rozdíl od strain elastografie není nutná mechanická stimulace tkáně vyšetřujícím ani porovnání s elasticitou referenční tkáně. Výstupem jsou kvantitativní hodnoty. Vyšetření je tedy nejen jednodušší a reprodukovatelné, ale i méně závislé na zkušenostech vyšetřujícího (16) (obr. 5, 6).

OBECNÉ POZNÁMKY K VYŠETŘENÍ

Ultrazvuková elastografie je rychlé, pro pacienty nezatěžující vyšetření prodlužující běžné ultrazvukové vyšetření jen o několik málo minut. Má podobná technická omezení jako standardní ultrasonografie (17).

Příliš velký tlak sondy na kůži může uměle zvyšovat tuhost tkání. Kvalita elastogramů u strain elastografie, méně i u SWE, záleží na zkušenostech vyšetřujícího. Ten musí brát v potaz možné artefakty vzniklé nerovnostmi kůže nebo pohyby tkání. Na vyšetřujícím závisí i interpretace nálezů, neboť dynamické elastogramy jsou samozřejmě proměnlivé. Problematickým bodem je také určení vhodné oblasti zájmu (region of interest), protože mnoho zdravých i patologicky změněných tkání je na USE nehomogenních (16, 17).

VYUŽITÍ ELASTOGRAFIE V OBLASTI HLAVY A KRKU

Štítná žláza

Na poli sonoelastografie štítné žlázy probíhá v současné době velmi intenzivní výzkum. Dvě provedené metaanalýzy zahrnující celkem více než 50 studií prokazují významný přínos této metody v diferenciální diagnostice tyroidálních uzlů (18, 19).

Podle metaanalýzy studií se strain elastografií (18) znamenají léze s elastografickým skóre ≥ 3 nález suspektní z malignity. Pro tuto hodnotu zjistil Cantisani (20) senzitivitu 97 %, specificitu 92 % a přesnost 94 %, tedy vyšší, než vyšla ve stejné studii při využití jednotlivých kritérií běžného ultrazvuku (38–81 %). Jen o něco málo nižší senzitivitu a specificitu (88, resp. 90 %) zaznamenal Hong (21). U jednotlivých histopatologických typů karcinomu jakož i lymfomů štítné žlázy vykazuje USE různou spolehlivost (22, 18, 23).

Metaanalýza šesti studií s SWE z roku 2013 (19) zjistila v detekci karcinomu štítné žlázy celkovou senzitivitu 84 % a specificitu 90 %, výsledky jednotlivých studií se přitom liší. Konkrétně Sebag (24) a Veyrieres (25) dosáhli při optimalizovaných hraničních hodnotách 65, resp. 66 kPa senzitivitu a specificitu 85,2 % a 93,9 % (21), respektive 80 % a 90,5 % (25). Bhatia (26) ovšem při hodnotě 42,1 kPa udává senzitivitu jen 52,9 % a specificitu 77,8 %. Příčina takto rozdílných výsledků v souborech není zcela jasná. Posledně jmenovaný autor se domnívá, že vyšetřující u optimističtějších studií více tlačili na sondy, což mohlo uměle zvýšit tuhost uzlů (11).

Poněkud kontroverzní jsou i zkušenosti s SWE u difuzních chorob štítné žlázy (Hashimotově tyreoiditidě a Gravesově-Basedowově chorobě). Sporea popisuje signifikantně vyšší tuhosti oproti zdravým kontrolám (30), ve studii Kima ovšem statistická významnost prokázána nebyla (28).

Lymfatické uzliny krku

Metaanalýza devíti studií se strain elastografií zjistila v detekci zhoubného onemocnění lymfatických uzlin senzitivitu 74 % a specificitu 90 % (15). Nejoptimističtější zde zahrnutá studie Lyshchika (29) udává senzitivitu 85 %, specificitu 98 % a přesnost 92 %. Tyto hodnoty jsou lepší než u standardního ultrazvukového vyšetření, jehož nejspolehlivějším kritériem vykazujícím ve stejné studii 75% senzitivitu, 81% specificitu a 79% přesnost je poměr délky dlouhé ke krátké ose uzliny. Jen jediná práce využívala SWE. Do tohoto souboru Bhatia zahrnul 55 uzlin, z nichž bylo 31 maligních. Tuhost těchto uzlin byla signifikantně vyšší než tuhost benigních. Při hraniční hodnotě 30,2 kPa činila senzitivita 41,9 % a specificita 100 %. Tento autor se domnívá, že SWE může u krčních uzlin zlepšit výsledky ultrazvukového vyšetření, pokud je spojena s dalšími běžnými ultrazvukovými kritérii malignity, ale sama o sobě lepších výsledků nedosahuje (31).

Slinné žlázy

Pro oblast slinných žláz bylo dosud publikováno pouhých šest studií se strain elastografií (27, 32–36). Shodují se ve značném překryvu elastografického skóre mezi pleomorfními adenomy a karcinomy. Jediná studie hodnotící SWE (37) zahrnuje 60 nádorů, z toho pět maligních (dva mukoepidermoidní karcinomy, myoepiteliální karcinom, non-hodgkinský lymfom a metastázu nazofaryngeálního karcinomu). Pleomorfní adenomy měly často poměrně vysokou tuhost (průměrně 39 kPa) vyšší než Warthinovy tumory (24 kPa). Mukoepidermoidní karcinomy vykazovaly výrazně vyšší tuhost (172 kPa) než ostatní tumory, ovšem ostatní histopatologické typy karcinomů a lymfomů měly tuhost menší (12–15 kPa) než výše uvedené benigní sialomy. Průměrná tuhost normálního parenchymu žlázy činila 11 kPa. Autor studie tedy uzavírá, že pomocí SWE nelze odlišit benigní od maligních tumorů slinných žláz.

Ostatní nálezy

Ještě menší zkušenosti s USE jsou u jiných onemocnění na hlavě a krku. Zabýval se jimi pouze Bhatia (38). Ve studii s SWE hodnotil 40 benigních (lipomy, lymfatické nebo vaskulární malformace, neurogenní tumory, mediální krční cysty, dermoidy, abscesy, laterální krční cystu) a šest maligních afekcí. Tuhost posledně uvedených byla signifikantně vyšší než tuhost benigních lézí. Malignity by byly správně diagnostikovány již prostým ultrazvukem, a použití USE tak nezvýšilo přesnost vyšetření.

ZÁVĚR

Naše publikační analýza svědčí pro to, že USE by se mohla v ORL oblasti stát slibnou, nikoliv však samostatně stojící ultrazvukovou modalitou. Studií s SWE zaměřených na měkké tkáně hlavy a krku bylo dosud publikováno velmi málo. Velká část jich navíc pochází od jediného týmu autorů. Je tedy nanejvýš vhodné přinést další informace o této moderní metodě zobrazování pro oblast hlavy a krku.

V klinické praxi se plánujeme zaměřit na využití elastografie v diagnostice patologií hlavy a krku. Z dostupné literatury plyne, že USE se hodí ke zvýšení přesnosti samotného ultrazvukového vyšetření v diferenciální diagnostice maligních a benigních lézi zejména při postižení štítné žlázy a krčních uzlin. Předpokládáme, že zařazení USE jako další ultrazvukové modality bude přínosné. Otázkou je, zda již dnes dostupné silné prediktory maligního růstu (např. šířko-délkový index, ohraničení a abnormální vaskularizace) mohou být doplněny dalšími parametry, které by v kombinaci se standardními ultrazvukovými parametry měli ještě silnější prediktivní roli. Dále plánujeme ověřit roli USE v diagnostice onemocnění slinných žláz. Zde by přesnější předoperační suspekce na malignitu byla obzvlášť přínosná vzhledem ke známým omezením dostupných diagnostických technik (ultrazvuku a aspirační cytologie tenkou jehlou).

Seznam použitých zkratek

ES elastografické skóre

SWE shear wave elastografie (elastografie střižné vlny)

USE ultrazvuková elastografie

Autoři děkují za pomoc se zpracováním technické části Ing. Janu Smetanovi z firmy Siemens a Ing. Ladislavu Doležalovi z Ústavu lékařské biofyziky Univerzity Palackého v Olomouci.

Konflikt zájmů: žádný.

ADRESA PRO KORESPONDENCI:

MUDr. Richard Salzman, Ph.D.

Otorinolaryngologická klinika FN

I. P. Pavlova 6, 775 20 Olomouc

e-mail: richard.salzman@fnol.cz