Эластография применяется для дифференциации тканей по значению их жесткости, путем приложения механических воздействий на них с последующим анализом деформаций, проводимых на УЗ-сканерах или МРТ-томографах. Принципиально эти методы не являются новыми: врачи много веков применяют ручную пальпацию для диагностики заболеваний. Но только недавно человечество разработало новые инструменты, средства и алгоритмы, способные оценивать жесткость (твердость) ткани с большой чувствительностью и обладающей хорошей разрешающей способностью.
Активное применение ультразвуковой эластографии в медицинской сфере началось только около 10 лет назад. Из-за относительной новизны а также присутствия на рынке различных технологий и алгоритмов работы, УЗ-эластографию до сих пор сложно назвать режимом, укоренившимся и понятным для специалистов. Поэтому мы решили напомнить, какие физические законы лежат в основе метода эластографии, которые позволят более полно применять её на практике, а также учитывать в работе ограничения данного метода.
Востребованность УЗ-эластографии обусловлена тем, что злокачественные образования и фиброзные изменения органов имеют более жесткую структуру, чем окружающие их ткани. Однако на стандартном УЗ-изображении эти различия практически не отображаются. Диффузные изменения, такие как цирроз печени, выявление которого с использованием обычных методов УЗД затруднено, может быть выявлено при оценке разницы в жесткости окружающих тканей.
Самая применяемая в настоящий момент технология в этой сфере — соноэластография (или УЗ-эластография). Это технология визуализации различий в жёсткости (эластичности) нормальной и изменённой ткани органа, основанная на местной деформации при приложении дозированной компрессинной силы. Упругость определяется по степени деформации в ответ на воздействие, либо же анализом возникшей сдвиговой волны. Из-за различный значений в эластичности ткань испытывает неодинаковую степень воздействия. Эластичные области при воздействии сдавливаются в большей степени, чем жёсткие.
Эластичные свойства ткани можно оценить несколькими методами. Один из основных — модуль упругости (модуль Юнга). Чем больше значение этого коэффициента, тем более жесткая ткань перед нами.
Эластичность органа тем выше, чем больше его деформация под воздействием. На практике в качестве меры оценки податливости используется противоположная характеристика — жесткость.
Также упругость тела описывается коэффициентом Пуассона. Он определяет связь продольной деформации с вызванным ею поперечным сдвигом.
Вязкость — внутреннее сопротивление, которое возникает при трении соседних тканей и влияет на путь деформации. Поэтому для её расчёта необходимо учитывать также и модуль G — модуль сдвига. Большинство биологических тканей как раз являются мягкими структурами, которым свойственна реакция в виде поперечных сдвиговых волн при наложении на них продольных деформаций.
Для более качественной оценки свойств анизотропных сред (к которым в основном относятся большинство мягких биологических тканей), используются более сложные соотношения.
Мягкие биологические ткани представляют из себя в основном жидкие структуры с присутствием твердых компонентов. Большинство твердых веществ имеют значения коэффициента Пуассона 0,2-0,4, а жидкие — порядка 0,5, ввиду их несжимаемости. Поэтому для мягких биологических тканей величина данного коэффициента зачастую принимается равной 0,5, а в качестве меры расчёта жесткости применяется модуль Юнга.
Но даже при таком допущении, расчёт коэффициента Юнга во время компрессии затруднен из-за существующей временной зависимости. А также ввиду того, что модуль Юнга определяется не только значением локальной деформации ткани, но и величиной давления на данную область, распределение которого точно установить затруднительно. Как следствие, расчёт модуля Юнга невозможен. Однако, всё же мы можем оценить различия в твердости соседних тканей с достаточной точностью для проведения дифференцированной диагностики. В клинической практике для этих целей используется двумерное отображение распределения степени деформации — эластограмма.
В таблице приведены подтверждённые экспериментами данные, которые показывают различие модуля Юнга у злокачественных опухолей в сравнении с доброкачественными образованиями и здоровыми тканями. Однако встречаются и частные случаи пересечения значений модуля Юнга у нормальных и патологических тканей.
