Что означает результат эластометрии с показателями жесткости медиа 11 и 9 килопаскаль

Эластометрия, определяющая жесткость медиа в килопаскалях (кПа), позволяет оценить механические свойства материалов, таких как упругость и плотность. Значения жесткости 11 и 9 кПа свидетельствуют о сравнительно низкой жесткости исследуемого материала, что может указывать на его мягкость и способность к деформации под нагрузкой.

Такие параметры могут быть полезны в различных областях, например, в медицине для оценки состояний тканей или в строительстве для выбора материалов в зависимости от требований к прочности и гибкости. Жесткость медиа также влияет на его поведение при воздействии внешних сил, что важно учитывать при проектировании и эксплуатации объектов.

С появлением новых методов медицинской визуализации вопрос о количественной оценке показателей, которые не являются геометрическими характеристиками объектов, становится настоящей проблемой. Подобное уже наблюдалось при измерении абсолютных линейных скоростей с использованием допплеровского сканирования, когда выяснилось, что угольнезависимые индексы лучше отражают действительность, чем неточные измерения скоростей. Аналогичная ситуация складывается сейчас вокруг клинической интерпретации параметров, получаемых при эластографии. Если специалист, осуществляющий эластографию, не осознает, что именно он измеряет, ценность его данных крайне низка. Неверное толкование количественной информации может представлять реальную угрозу для здоровья пациента.

На данный момент эластография, к счастью, не является широко доступной для большинства врачей УЗД и представляет собой скорее тренд. Однако эта ситуация изменится. Вскоре информация об эластографии станет доступна более широкой аудитории, и непонимание этого метода столкнется с желанием заработать, которое часто сопровождается неподготовленностью как самих врачей, так и пациентов… и предсказать последствия будет сложно. Поэтому, пока есть возможность, давайте постараемся разобраться в сути вопроса.

Эластография в своем основании является разновидностью тканевого допплера, где оцениваются не сами спонтанные движения органа, а принудительные колебания ткани, вызываемые приложением внешней силы. В этом процессе скоростные параметры движения ткани преобразуются в количественные показатели упругости, жесткости или механического напряжения по заданному алгоритму.

Все было бы хорошо, если бы измеряемый при эластографии параметр был относительным или безразмерным, но прибор при проведении исследования выдает абсолютную «цифру», выраженную в килопаскалях (КПа). Дальше – с клинической интерпретацией этой «цифры» – ситуация как в анекдоте.

Итак, самолет взлетает, и пилот обращается к бортинженеру:

Бортинженер отвечает:

3. И ТАК, ЧТО ЖЕ ОЗНАЧАЮТ «ПРИБОРЫ» В КОНТЕКСТЕ ЭЛАСТОГРАФИИ?

Разумеется, эластография в любых своих проявлениях (сдвиговые волны, динамическая компрессия, статическая) отражает реальные механические характеристики исследуемой ткани, а именно – способность объекта (в данном случае, живых тканей) деформироваться упруго под действием силы. Физической величиной, характеризующей данное свойство, является модуль упругости, который в системе СИ измеряется в паскалях (килопаскалях, мегапаскалях и т.д.).

Однако модулей упругости известно много (модуль Юнга, модуль сдвига, модуль объемной упругости, а также различные показатели и коэффициенты, например, коэффициент Пуассона), т.к. они отражают разные способы приложения силы и разные типы деформаций в ответ на эту силу, хотя измеряются все в Паскалях.

Недавние обсуждения с коллегами показали, что из всех знаний о модульных величинах только модуль Юнга известен большинству, и все уверены, что при эластографии они работают только с ним. Однако ситуация не такая простая. Значение, выводимое на экран в КПа, действительно пропорционально модулю Юнга, но не эквивалентно ему. Это, вероятно, вызвано тем, что медицинские работники избегают углубляться в формулы и сложные связи модулей упругости (даже технические специалисты не стремятся изучать сопромат), так как избегают точной науки физики и предпочитают опираться на субъективные мнения, которые традиционно доминируют в УЗИ-методах.

Тем не менее, информация о модулях носит достаточно простую природу.

Рассмотрим три наиболее нужных нам модуля и один коэффициент.

Модуль Юнга (Е) – это модуль продольной упругости, наиболее известный из всех. Он отражает свойства ткани удлиняться или укорачиваться вдоль направления прикладываемой силы. Соответственно, сила действует вдоль оси объекта.

Модуль сдвига (G) описывает способность ткани сопротивляться сдвиговым нагрузкам и изменять свою форму, сохраняя объем. В этом случае сила прикладывается под углом (по направлению, перпендикулярному) к оси объекта.

Модуль объемной упругости (К) – способность ткани (объекта) сопротивляться/деформироваться при всестороннем обжатии, т.е. отражает уменьшение объема (сжимаемость) ткани в ответ на увеличения давления окружающей среды. Т.е. сила действует на предметсо всех сторон по направлению к центру.

Значения этих модулей в КПа значительно различаются: например, стекло имеет E=70 ГПа, G=26,2 ГПа, а модуль сжатия К=35-55 ГПа.

Интересный факт: зная любые два из трех модулей, можно вычислить третий, а если известна плотность ткани, можно даже определить скорость звука в ней.

Эти модули связаны через коэффициент Пуассона (формулы приводить не будем – кто заинтересован, может ознакомиться с ними в Википедии).

Наиболее «отзывчивым», репрезентативным параметром при исследовании живых, т.е. практически несжимаемых, тканей является, естественно, модуль сдвига.

Если бы живые ткани были однородными и изотропными, и имелось бы достаточно неинвазивных измерений параметров, таких как тот же коэффициент Пуассона, то все было бы проще. К сожалению, в механике и сопромате живая ткань представляет собой сложный набор разнообразных по ориентации и размеру структур стромы (тубулярные и фибриллярные структуры), на которых находятся клетки паренхимы.

Определить, на какие тканевые компоненты влияет деформирующая сила вдоль, а на какие – поперек, а также что подвергается всестороннему сжатию – невозможно! Более того, когда фронт деформирующей волны (которая может быть только продольной) проходит, возникают все три вида деформаций – гидростатическое давление в ткани увеличивается, а элементы стромы растягиваются как вдоль, так и поперек оси. В этом контексте сканер, по сути, оценит только среднюю величину кинетической энергии этих входящих в резонанс элементов, то есть измерит «среднюю температуру по больнице» – некий средний продольно-сдвигово-объемный модуль.

Если фронт деформирующей волны встретит в основном продольно ориентированную строму, то в этом среднем (продольно-сдвигово-объемном) модуле упругости будет преобладать модуль Юнга. Если волновой фронт распространяется поперек элементов стромы – преобладает модуль сдвига. Если же стромы мало, а паренхимы много – будет преобладать модуль объемной упругости. Таким образом, в одной и той же ткани в зависимости от направления фронта сдвиговой волны, т.е взаимного расположения датчика и объекта исследования, будут получены разные величины модулей упругости.

Кроме того, остаются некоторые неучтенные или не измеряемые параметры – например, коэффициент Пуассона и фоновая величина внутритканевого давления.

Мы попробовали выяснить, как внутритканевое давление влияет на модуль упругости, определяемый при эластографии.

В положении лежа на спине, лежа на боку и стоя в одной и той же точке одной и той же печени величина модуля различается в пределах 10-25 %. Вероятно, разработчики прекрасно осведомлены о влиянии величины внутритканевого давления на измеряемый модуль, т.к. просят избегать всяческой компрессии исследуемого органа.

Что касается коэффициента Пуассона… Вероятно, его величина является неким соглашением разработчиков, основанным на общепринятых мнениях специалистов, аналогичных условной скорости звука, принимаемой во всех сканерах.

Следовательно, модуль, измеряемый при эластографии, имеет условный характер и относится к фактическим модулю упругости в тканях так же, как инсценировка под названием «Метель», поставленная незнакомым режиссером, относится к оригинальной повести «Метель», написанной Пушкиным.

В связи с этим необходимо прийти к общему пониманию того, что мы измеряем в процессе эластографии (сдвиговых волн).

Во-первых, это условный показатель, приблизительно пропорциональный трем модулям упругости – линейному, сдвиговому и объемному, но не равный ни одному из них. Во-вторых, преобладающей величиной в этом показателе, по- видимому, является модуль сдвига (на это указывает порядок измеряемых величин – КПа).

Поэтому мы считаем важным ввести термин «условный модуль упругости» или «условный модуль сдвига», выраженный в КПа, для описания количественных параметров, получаемых при эластографии, чтобы избежать путаницы в интерпретациях и умы людей, занимающихся данными исследованиями.

Дизайн исследования

В исследовании использованы данные из четырех рандомизированных плацебо-контролируемых испытаний, в которых оценивалась эффективность ряда новых препаратов, каждый из которых включал пациентов с прогрессирующим фиброзом (F3–F4).

В качестве основной конечной точки рассматривали связь между жёсткостью печени и прогрессией заболевания.

Результаты

• У 16% пациентов с фиброзом и у 4% пациентов с циррозом наблюдалось прогрессирование до цирроза.
• Пороговое значение жесткости печени (нормальные значения составляют от 2 до 7 кПа), устойчиво предсказывающее прогрессирование до цирроза – ≥16,6 кПа, предсказывающее печеночные события – ≥30,7 кПа.
• Изначальные показатели жесткости печени ≥16,6 кПа (отношение рисков 3,99; 95% ДИ 2,66-5,98, p <0,0001) и увеличение на ≥5 кПа (отношение рисков 1,98; 95% ДИ 1,20-3,26, p=0,008) являлись независимыми предикторами прогрессирования до цирроза у пациентов с мостовидным фиброзом.
• Жесткость печени ≥30,7 кПа (отношение рисков 10,13; 95% ДИ 4,38-23,41, p <0,0001) служила предсказателем неблагоприятных печеночных событий.

На основе результатов исследования было установлено пороговое значение жесткости печени, которое можно использовать для стратификации пациентов с неалкогольным стеатогепатитом и прогрессирующим фиброзом.

Корреляция результатов определения плотности печени и гистологической оценки выраженности ФП

При эластографии печени основное внимание уделяется плотности ее ткани, которая в первую очередь зависит от количества коллагена в органе (хотя может меняться под воздействием других факторов, о чем будет сказано позже). Гидрологические системы оценки ФП, которые существуют, позволяют лучше оценить модели структурных изменений в органе, а не просто количество соединительной ткани.

Данные морфологического исследования не линейны и полуколичественны. Объем ткани, анализируемый при гистологическом исследовании биоптата печени, в лучшем случае составляет 1/500 000 общего ее объема [8]. При проведении непрямой эластографии этот показатель не менее чем в 1000 раз больше (при проведении в процессе обследования больного 10 измерений).

Эти обстоятельства не дают возможности полностью сопоставлять результаты гистологической оценки уровня ФП в биоптате печени и плотности ткани, определяемой при неконтактной эластографии. Тем не менее для оценки клинической эффективности метода непрямой эластографии его данные сравнены с результатами морфологического исследования, которое в настоящее время является признанным «золотым стандартом» для диагностики степени выраженности ФП. При этом чаще всего используется полуколичественная система METAVIR, выделяющая пять стадий фиброза: от 0 до 4, где F0 – отсутствие фиброза, F1 – портальный фиброз (расширение портальных трактов без септ), F2 – портальный фиброз с единичными септами, F3 – портальный фиброз с множественными септами без цирроза, F4 – цирроз.

С практической точки зрения крайне важно различать стадии F1 и F2 (переход от минимального к выраженному фиброзу) и F3 от F4 (переход от фиброза к циррозу).

Было проведено принципиальное исследование с использованием эластографии печени, которое подтвердило прогрессивное увеличение плотности печени в зависимости от выраженности фиброза.

L. Sandrin и соавт. [22] в 2003 г. и в дальнейшем неоднократно подтверждено другими

Ответ на клинический случай № 2

Для интерпретации полученных клинических данных были использованы Рекомендации по проведению эластографии сдвиговой волной для оценки жесткости печени при использовании ультразвуковых аппаратов компании Филипс с примером протокола. Следует отметить достаточно высокую жесткость печени у пациента по данным предыдущих обследований и низкую активность основного заболевания по данным биохимических проб, что является показанием для динамического наблюдения и оценки жесткости печени.

Хочу отметить, что для выявления степени жесткости у этого технически сложного пациента был оправданно выбран аппарат экспертного класса. Подготовка пациента соответствовала требованиям исследования. Представленные слайды подтверждают правильное выполнение проб, что позволяет говорить о достоверности полученных данных. Учитывая полученную медиану жесткости на уровне 17,88 кПа (13,59-22,02 kPa) и стандартные отклонения, не превышающие 30%, я считаю, что степень фиброза соответствует стадии F4. Заведующий отделением УЗД МЦ «Асклепий», Глушенко Д. Е.

Пациент обратился к врачу с направлением на исследование степени жесткости печени в июне 2017 года. Согласно истории болезни, он страдает от гепатита С с 2015 года и не получал лечение. В апреле 2016 года, с помощью транзиентной эластографии была установлена медиана жесткости печени 5,8 kPa (4,4-7,7).

На момент последнего исследования пациент не принимал пищу в течение 4 часов, а уровни АСТ и АЛТ не превышали нормы. Для оценки жесткости использовалась технология компании Philips ElastPQ (точечная эластография) и аппарат Philips Epiq 7. Исследование проводилось в соответствии с клиническими рекомендациями по ультразвуковым приборам этой компании. В результате исследования были получены следующие результаты:

1 [4.94] kPa2 [7.09] kPa3 [7.13] kPa4 [4.74] kPa5 [5.17] kPa6 [7.78] kPa7 [6.19] kPa8 [7.63] kPa9 [4.64] kPa10 [6.18] kPa11 [4.49] kPa12 [4.54] kPa13 [6.08] kPaСтандартное отклонение [1.17] kPa Медиана жесткости [6.08] kPa Фактор качества IQR/Med 9%

Изображения

94.0 KB

Зона интереса находится более чем на сантиметр глубже капсулы, по направлению луча, в центре изображения, в зоне печени без артефактов.

101.0 KB

Капсула видна как белая линия, перпендикулярная направлению ультразвукового луча; исследования проводятся примерно в одном и том же сегменте печени.

Преимущества эластометрии печени

Долгое время степень фибротических изменений определялась с помощью биопсии печени, которая позволяет оценить лишь ограниченный участок ткани. Кроме того, это инвазивный метод, вызывающий дискомфорт и риски осложнений. Существуют противопоказания для проведения биопсии, поэтому фиброскан печени является более информативным методом.

Это высокодостоверная скрининговая методика, которую используют для качественной оценки степени поражения гепатоцитов, составления прогноза для пациента, отслеживания динамики заболевания, определения эффективности антифибротической терапии. Эластометрия обладает рядом преимуществ по сравнению с инвазивными диагностическими методами исследования печени:

Эластометрия по ощущениям не отличается от УЗИ:

• комфортна для пациентов;
• не травматична – не нарушает целостность кожи и печени;
• безопасна;
• информативна;
• безболезненна;
• универсальна – позволяет выявлять фиброзные изменения при любых печеночных заболеваниях, кроме асцита;
• не требует специальной подготовки;
• весь процесс автоматизирован;
• подходит для детей;
• экономически более выгодна по сравнению с биопсией;
• позволяет проводить динамическое наблюдение за изменениями;
• пациенту не нужно оставаться в стационаре.

Процедура фибросканирования печени длится не более 15 минут, и результаты можно узнать сразу после окончания диагностики. Весь процесс автоматизирован, и квалификация специалиста, проводящего исследование, не влияет на результаты. Эластометрию можно повторять многократно для контроля лечения.

Принцип метода

Метод основан на измерении упругости тканей печени через скорость распространения волн упругого сдвига. В ходе фибросканирования специалист получает цифровые значения жесткости в килопаскалях, что позволяет оценить степень фиброзных изменений.

Метод эластометрии основан на исследованиях, которые подтвердили, что нарастание стадий фиброза приводит к снижению эластичности печени. Чем выше плотность печени, тем тяжелее стадия фиброза.

Технология также позволяет определить стадию патологического процесса: датчик анализирует скорость отражения волн от стенок груди. Чем выше плотность тканей печени, тем быстрее отражаются волны, что указывает на более легкое распространение патологического процесса.