Ultrazvuková elastografie a její využití v myofasciálním systému

Overview

Ultrazvukové vyšetření je široce dostupnou metodou využívanou mimo jiné v diagnostice onemocnění pohybového aparátu. Jednou z novějších modalit ultrazvukových vyšetření je elastografie, která se momentálně nejvíce využívá při diagnostice patologií jater, štítné žlázy, prsní tkáně a prostaty. V posledních letech bylo provedeno i mnoho studií, ve kterých autoři měřili elasticitu tkání pohybového aparátu. Je známo, že jak funkční, tak strukturální poruchy pohybového aparátu často způsobují změny tuhosti tkání, které se mohou měnit v závislosti na vývoji stavu. Tyto změny bylo dříve možné hodnotit pouze palpací, která, na rozdíl od elastografie, neposkytovala objektivní data. Stále chybí doporučené postupy, které by jasně definovaly metodiku měření u konkrétních struktur myofasciálního systému. Ultrazvuková elastografie by mohla přispět k pochopení fungování pohybového aparátu, k diagnostice jeho patologií či k posouzení účinnosti léčebných technik, například v oblasti rehabilitace.

Klíčová slova:

elastografie – ultrazvukové vyšetření – muskuloskeletální systém

ÚVOD

Ultrazvuk (UZ) je mechanické vlnění s frekvencí vyšší než 20 000 Hz. Historie jeho využívání v lékařství sahá do 50. let minulého století. Jeho hlavními výhodami jsou zobrazení v reálném čase, mobilita, relativně nízké pořizovací náklady v porovnání s ostatními zobrazovacími metodami, jako jsou výpočetní tomografie (CT), magnetická rezonance (MR) a absence ionizujícího záření. Jeho limitacemi jsou omezené možnosti vyšetření u velmi obézních osob či nespoluprací pacienta (33).

Při interakci UZ s hmotou dochází k absorpci, odrazu, rozptylu a lomu ultrazvukových vln v závislosti na vlastnostech vyšetřované tkáně. Hlavní účinky UZ na živou tkáň jsou tepelné a mechanické. V důsledku absorpce UZ energie dochází k vnitřnímu tření kmitajících částic a následnému ohřívání, které se zvyšuje s delší dobou působení UZ, a to zejména při působení na jedno místo a dále s vyšší intenzitou vlnění. Při kavitaci dochází ke vzniku mikrobublin plynu v tekutině, které mohou kolabovat a uvolnit velké množství tepelné a tlakové energie. Mezi mechanické účinky řadíme změnu tlaku, pnutí a rychlosti proudění částic, které mohou vyústit v poškození membrán. Tyto účinky ultrazvuku se využívají například v chirurgických oborech jako součást terapeutických intervencí. Při dodržení standardních vyšetřovacích postupů nebyly při diagnostickém použití UZ prokázány žádné nežádoucí vedlejší účinky, a to ani pro nenarozený plod (16). Je však třeba vzít v potaz zvyšování akustického výkonu u novějších přístrojů a vždy se řídit pravidlem, že by použitá intenzita a doba vyšetření neměla překročit hodnotu nutnou pro získání požadované informace (princip ALARA – as low as reasonably achievable).

Dopplerovské vyšetření má biologické účinky vyšší než standardní B-mód, a zejména při použití v prenatální medicíně by se jeho použití mělo omezit na indikované případy (3). Zatím bylo publikováno jen málo studií, které by hodnotily vliv nových UZ módů jako je UZ elastografie, respektive všech jejích typů na živé tkáně. Toto téma by mělo být v budoucnu intenzivní oblastí bádání (15).

ELASTOGRAFIE

První zmínka o ultrazvukové elastografii je z roku 1991, kdy ji Ophir a spol. popsali jako metodu pro měření elasticity tkání (28). Mimo UZ elastografie existuje i elastografie magnetickou rezonancí, na kterou se vztahují obdobná omezení jako na standardní MR (zejména delší vyšetřovací čas a vytíženost přístrojů jinými vyšetřeními). Většina publikovaných prací tedy využívá ultrazvukovou elastografii.

Výstupem UZ elastografie je obraz překrytý barevnou mapou, kde je každému bodu (pixelu) v zájmové oblasti přiřazena konkrétní barva, která koreluje s elastickými vlastnostmi příslušného bodu zobrazované tkáně. Tužší tkáně bývají většinou kódovány teplými odstíny (červená, žlutá) a elastické studenými barvami (modrá, zelená), ale toto nastavení je v ultrazvukovém přístroji možné změnit (12).

Elasticita je určena mírou deformace v důsledku působících zevních sil a dále závisí na schopnosti tkáně navrátit se do původního tvaru po ukončení působení síly – Youngově modulu pružnosti. Vyšší hodnota modulu pružnosti odpovídá vyšší odolnosti při deformaci a těleso tím pádem vykazuje vyšší tuhost, tedy nižší elasticitu.

U izotropních těles se uplatňuje Hookův zákon. Při použití in vivo se musí u fyzikálních principů podstoupit určitá zobecnění, jelikož živé tkáně vykazují značnou anizotropii a nehomogenitu (26, 38). Mechanické vlastnosti biomateriálů jsou ovlivněny složením a uspořádáním tkáně. Řadíme mezi ně elasticitu, která je pasivní vlastností a po odeznění působící síly vrátí tkáň do původní délky; viskozitu, která se mění při změně teploty, přičemž látky s vysokou viskozitou kladou vyšší odpor působícímu tlaku; a plasticitu, která uchovává vzniklou deformaci i po ukončení působení síly (25). Z těchto tří vlastností tkání ultrazvuková elastografie hodnotí primárně elasticitu.

Základní dělení elastografie je na strain („tlakovou“) a shear wave („střižnou vlnou“). Ačkoli na trhu existuje více typů UZ elastografií, patří výše zmíněné dva typy k nejvíce využívaným při měření elasticity tkání (36).

Strain elastografie (obr. 1) slouží ke kvalitativnímu zhodnocení elasticity tkání a vyhodnocuje deformaci tkání, která je způsobená zevní působící silou. Ta vzniká na podkladě kompresí, a to buď manuálně UZ sondou, nebo využitím fyziologických pohybů tkání (jako jsou například pulzace tepen či pohyby srdce), nebo pomocí vhodného externího zařízení. Z nasnímaných dvojic obrazů tkáně před kompresí a po ní se korelačními algoritmy stanoví míra deformace pro každý pixel zájmové oblasti (10).

Výhodou strain elastografie je široká dostupnost při poměrně nízké pořizovací ceně. Nevýhodami této metody jsou neznalost velikosti deformační síly – následná elasticita je pouze odhadem na základě míry deformace, relativně malá hloubka vyšetřované oblasti do cca 5 cm a také problematické srovnání a omezená reprodukovatelnost (35, 38).

Dvourozměrná, neboli dynamická real time shear wave elastografie (SWE) (obr. 2) umožňuje kvantitativní měření s konkrétními číselnými výsledky v m/s nebo kPa. UZ sonda generuje pulzy akustického tlaku vytvořené fokusovaným UZ paprskem. Vyšetřovaná tkáň vytváří proti tomuto akustickému tlaku odpor a dále indukuje mechanické vlny a příčné vlnění (shear waves). Toto vlnění je velmi slabé, a proto je nutné jeho zesílení. Dále je pro správné zachycení těchto vln nezbytná ultrarychlá snímkovací frekvence, která umožní detailně sledovat šíření příčných vln zobrazovanou rovinou. Rychlost šíření příčných vln je závislá právě na elasticitě tkáně. Výstupem SWE je UZ obraz v B-modu překrytý barevně kódovanou mapou, kde každému pixelu tkáně odpovídá barva, která charakterizuje elastické vlastnosti (4). Z každého pixelu obrazu lze také získat číselnou hodnotu elasticity. Hlavní výhodou tohoto typu elastografie, oproti předchozí strain elastografii, je možnost kvantitativního zhodnocení výsledků, nižší nároky na zkušenost vyšetřujícího, naproti tomu hlavní nevýhodou je vyšší pořizovací cena přístroje (35).

ELASTOGRAFIE MYOFASCIÁLNÍHO SYSTÉMU

Pohybový aparát je složen z orgánů a systémů sloužících k pohybu člověka a skládá se z kostry, kloubů a svalů. Pomocí UZ jsou dobře detekovatelné měkké tkáně, ke kterým řadíme svalovou soustavu a v širším kontextu soustavu myofasciální. Ta zahrnuje kontraktilní svalovou tkáň a vazivo (5, 23).

Poruchy pohybového aparátu tradičně dělíme na funkční a strukturální (přestože na mikroskopické úrovni je hranice mezi nimi neostrá). U obou můžeme nacházet změny elasticity tkání, které byly před elastografií zachytitelné pouze palpací. Palpační vyšetření však není považováno za dostatečně objektivní diagnostický nástroj a využití ultrazvukové elastografie by mohlo přinejmenším pro výzkumné účely přispět konkrétními měřitelnými daty. Je však důležité si uvědomit, že palpace nezachycuje pouze elasticitu tkáně, nýbrž i mnoho dalších parametrů, jako jsou například teplota tkáně, potivost, samotné reakce tkáně vyvolané v důsledku palpačního tlaku či zhodnocení bariér měkkých tkání. V klinické praxi je palpace také nezastupitelným nástrojem interpersonální komunikace s pacientem a má tedy i význam psychologický. Ultrazvuková elastografie, tedy klinické palpační vyšetření, zcela nehradit nemůže (22, 32).

Funkční poruchy mohou vznikat na podkladě adaptačních a maladaptačních změn v různých etážích řízení pohybového aparátu i jako odezva jednotlivých periferních tkání prostřednictvím jejich buněčných mechanismů (32, 42). Na tzv. subetáži kůže a podkoží nalézáme hyperalgické zóny, které se mimo jiné projevují sníženou protažitelností až zhrubnutím kůže a jejich přilehlých vrstev, popř. i prosáknutím a trofickými změnami podkoží (19, 44). Na etáži vazivově-kloubní se jedná nejčastěji o kloubní blokádu či hypermobilitu, kde opět v blízkosti kloubů s blokádou či hypermobilitou nalézáme změny laxicity měkkých tkání. Na etáži svalově-fasciové nacházíme reflexní změny (projevující se mimo jiné změnou klidového tonu), pod které spadají například spoušťové body (32) a změny fibrózních vrstev vaziva i řídkého vaziva (30, 39). U všech těchto funkčních poruch můžeme předpokládat změny elasticity.

V jedné z prací autoři zkoumali hypermobilitu pomocí strain elastografie. Elasticita byla měřena u hypermobiliních jedinců jak na vybraných svalech, tak i na ligamentech. Výsledky naznačují, že u lidí s hypermobilním syndromem je elasticita svalů nižší (měli vyšší tuhost některých svalů). Tu si autoři vysvětlují jako kompenzační mechanismus kontroly hypermobility kloubu. Elastografie by tak např. mohla být doplňkovou diagnostickou metodou k monitorování změn měkkých tkání při hypermobilitě (1).

Další možnosti využití elastografie byly popsány při objektivizaci spoušťových bodů. Jedna studie zkoumala tuhé svalové snopce (tzv. taut band, obsahující spoušťové body) za využití MR elastografie. Autoři zjistili, že tyto snopce napjaté svaloviny je možné na MR zobrazit. Zajímavé bylo odlišné zhodnocení taut band palpačním vyšetřením rehabilitačních lékařů a MR elastografií, kde u třetiny měřených probandů rehabilitační lékaři našli taut band a MRI elastografie tento jejich nález nepotvrdila (7). Lze spekulovat, že důvodem této diskrepance může být fakt, že elastografie hodnotí pouze elasticitu tkáně, nikoli však její viskozitu. Ta ale může přinejmenším u některých typů myofasciálních změn hrát zásadní roli (39). Další studie zkoumala přímo spoušťové body za použití ultrazvuku. Elasticita těchto patologických struktur byla měřena před a po kompresi tkáně. Výsledky ukázaly signifikantní změny mezi zdravou svalovou tkání a tkání s přítomností spoušťových bodů (17).

V další práci měřili autoři tuhost m. masseter u tří skupin: pacientů s oboustrannou bolestivostí tohoto svalu, s kontrakturou omezující hybnost čelisti a u zdravých dobrovolníků. V první skupině intenzita bolesti pozitivně korelovala s tuhostí svalů a v poslední skupině (u zdravých dobrovolníků) byla svalová tuhost nejnižší (43).

Lokální funkční změny myofasciálních tkání, v praxi zjednodušeně považované za myofasciální trigger pointy, jsou ve skutečnosti velmi heterogenní skupinou klinických nálezů, u kterých jsou v různé míře vyjádřené změny tonu svalových vláken, změny předpětí a mechanických vlastností jednotlivých vazivových elementů myofasciální tkáně, včetně změn na úrovni množství a viskozity řídkého vaziva. Sonografická elastografie tak může být jedním z nástrojů, jak tuto problematiku lépe pochopit (19, 39).

Strukturální poruchy pohybového aparátu mají patomorfologický nález, který je podkladem obtíží. Mezi strukturální poruchy pohybového aparátu patří zejména vrozené, traumatické, zánětlivé, infekční, metabolické, degenerativní či systémové vady (32). I zde můžeme nalézt množství dysfunkcí v oblasti myofasciálního aparátu, kde dochází ke změnám elasticity tkáně.

Jedna z prvních indikací UZ elastografie v myoskeletální medicíně byla diagnostika tendinopatií, jako například radiální epikondilitidy, patelární tendinopatie nebo tendinopatie Achillovy šlachy. Ukázalo se, že SWE je vhodnou metodou k posouzení změny tuhosti šlachy, dále významně zvyšuje diagnostickou přesnost sonografie a může sloužit jako nástroj k včasné detekci nebo sledování tendinopatií (9).

Elastografie by se dále mohla využít při vyšetřování například jizev po traumatech. Autoři jedné z pilotních prací prokázali u pacientů s popáleninami zvýšenou tuhost neporaněného podkožního tuku pod ránou, a v některých případech i zvýšenou tuhost perimuskulární fascie (8).

Pomocí elastografie lze hodnotit změnu elasticity svalů u Duchennovy svalové dystrofie. S použitím shear wave elastografie autoři zjistili signifikantně zvýšenou svalovou tuhost u m. rectus femoris, m. vastus lateralis, m. adductor magnus a m. gluteus maximus. Dále potvrdili proximo-distální šíření tohoto onemocnění, kde zvýšenou tuhost vykazovaly svaly v oblasti stehna a pánve, zatímco na svalech jako m. tibialis anterior docházelo k tuhnutí později. V budoucnu by se elastografie mohla stát jednou z neinvazivních diagnostických metod k určení stadia tohoto onemocnění (31).

Několik různých prací se věnovalo možnostem hodnocení spasticity v rámci neurologických dysfunkcí. V dnešní době hodnocení spasticity probíhá pouze klinickým vyšetřením, které poskytuje pouze subjektivní zhodnocení. Shear wave elastografie může poskytnout kvantitativní informace o stavu jednotlivých svalů během relaxace a kontrakce. Podstatným periferním faktorem, přispívajícím ke klinickému obrazu spastického svalu, jsou změny jeho vazivových složek, které zvyšují tuhosti svalů i dráždivost svalových vřetének. Tyto změny proto hrají důležitou roli obzvláště u dětí s dětskou mozkovou obrnou nebo u dospělých po cévní mozkové příhodě, protože spolu vytváejí funkční omezení. Shear wave elastografie by tyto změny tkání v určitých případech mohla zhodnotit bez nutnosti invazivní svalové biopsie (2, 6, 37, 41).

UZ elastografii lze využít pro posuzování degenerativních změn u syndromu karpálního tunelu. Výsledky z měření na deseti kadaverech poukázaly na lineární vztah růstu rychlosti šíření smykových vln (které odpovídají vyšší tuhosti) ve šlaše m. flexor digitorum superficialis při zvyšujícím se tlaku v oblasti karpálního tunelu. Toto vyšetření by mohlo doplnit standardní vyšetření elektromyografií, či klasické ultrazvukové vyšetření (21). Periferní nervy mohou být uskřinuty nejen ve známých úžinách, ale i na řadě míst, kde procházejí vrstvami hlubokých fascií (40). Zdroj tenze, která se do těchto míst promítá, může pocházet i ze vzdálenějších segmentů. Elastografie by tak mohla být nástrojem k objektivizaci a mapování těchto změn předpětí ve fasciálním systému.

Další možné využití elastografie je v rámci hodnocení účinnosti léčebných rehabilitačních technik. S její pomocí lze objektivizovat polohu segmentu paže nejvýhodnější pro protažení m. supraspinatus (27), efekt dynamického strečinku na biomechanické vlastnosti m. gastrocnemius (29), nebo statického strečinku na m. gastrocnemius (13).

Dále jsme narazili na dvě pilotní práce srovnávající terapeutické postupy. V první byl porovnáván bezprostřední efekt tzv. myofascial release a termoterapie u m. vastus lateralis. Obě metody měly vliv na fascial gliding (kluznost fascie) a elasticitu svalu, v případě termoterapie ale pouze při dvacetiminutové aplikaci, u kratšího nahřívání změny naměřeny nebyly (14). Ve druhém článku hodnotili autoři efekt akupunktury a elektroakupunktury u myofasciálního bolestivého syndromu. Oba postupy vedly ke snížení tuhosti v oblasti spoušťových bodů (24).

Je třeba si uvědomit, že UZ elastografií nelze změřit jakoukoliv strukturu pohybového aparátu. Hlavními limitacemi jsou nemožnost kvalitního stabilizování segmentu a přítomnost doprovodných pohybů – například tepání velkých cév, dechové pohyby a mimovolní kontrakce svalového aparátu. Bylo by tedy vhodné určit struktury, u kterých lze nezkresleně hodnotit elasticitu a dále stanovit optimální podmínky měření (stabilizaci segmentů, opakování měření, stanovení inkluzivních a exkluzivních kritérií) (20, 45). Nesmíme také zapomenout na funkční souvislosti při strukturálních lézích a nadhodnocovat význam těchto strukturálních lézí. Typickým příkladem může být identifikace trhlin v rotátorové manžetě u pacientů s bolestí ramena, kdy jsou mnohdy přítomností trhlin vysvětlovány bolestivé subjektivní symptomy pacientů. Je přitom známé, že tyto změny jsou často klinicky němé a bolest v ramenu může mít řadu jiných příčin. Informace o přítomnosti trhlin podána pacientovi pak může působit jako významné nocebo (11).

Roku 2012 vydala Evropská společnost muskuloskeletální radiologie doporučené postupy vyjadřující se k aplikaci ultrazvuku v souvislosti s vyšetřením pohybového aparátu. Další studie z roku 2018 již zmiňuje i ultrazvukovou elastografii a její použití v pohybovém aparátu (18, 34), nicméně stále zde chybí standardizace měření.

V posledních letech je u nás i ve světě patrná snaha využívat v rámci objektivizace více diagnostický ultrazvuk v rehabilitaci, a to jak lékaři, tak i fyzioterapeuty. Bylo by však chybou, pokud by výsledkem bylo nadhodnocování a přeceňování významu strukturálních lézí a odtahování oboru od jeho funkční podstaty.

ZÁVĚR

Při dodržení pravidel bezpečnosti a jasně definovaných postupech vyšetření by mohla být ultrazvuková elastografie součástí diferenciální diagnostiky patologií pohybového aparátu či mít význam při hodnocení efektu rehabilitace. Nesnižuje význam palpačního vyšetření, nicméně má potenciál hodnotit více funkčně relevantní parametry jako jsou změny elasticity měkkých tkání, tedy atributy funkčních změn, které více korespondují se subjektivními symptomy.

Práce byla podpořena granty MZ ČR – RVO (FNOL, 00098892) a interním grantem Univerzity Palackého v Olomouci IGA LF 2020_012.

Adresa ke korespondenci:

Mgr. Martin Vita

Radiologická klinika, Lékařská fakulta UP

Hněvotínská 3

775 15  Olomouc

e-mail: martin.vita277@gmail.com