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Elastografía
La escala está en kPa del módulo de Young
Ecografía convencional (imagen inferior) y elastografía (imagen de cizalla supersónica; imagen superior) del carcinoma papilar de tiroides , un cáncer maligno. El cáncer (rojo) es mucho más rígido que el tejido sano.
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La elastografía es una modalidad de imágenes médicas que mapea las propiedades elásticas y la rigidez de los tejidos blandos . [1] [2] La idea principal es que si el tejido es duro o blando proporcionará información de diagnóstico sobre la presencia o el estado de la enfermedad . Por ejemplo, los tumores cancerosos suelen ser más duros que el tejido circundante y los hígados enfermos son más rígidos que los sanos. [1] [2] [3] [4]

Las técnicas más destacadas utilizan ultrasonido o imágenes por resonancia magnética (IRM) para hacer tanto el mapa de rigidez como una imagen anatómica para comparar.

Aplicaciones [ editar ]

Si bien no es visible en la ecografía en escala de grises convencional (izquierda), una imagen de elastografía de deformación (centro) de la glándula prostática detecta un cáncer (área de color rojo oscuro en la parte inferior izquierda). El hallazgo está confirmado por histología .

La elastografía se utiliza para la investigación de muchas enfermedades en muchos órganos. Se puede usar para obtener información de diagnóstico adicional en comparación con una mera imagen anatómica, y se puede usar para guiar biopsias o, cada vez más, reemplazarlas por completo. Las biopsias son invasivas y dolorosas, presentando riesgo de hemorragia o infección, mientras que la elastografía es completamente no invasiva.

La elastografía se usa para investigar enfermedades en el hígado. La rigidez del hígado suele ser indicativa de fibrosis o esteatosis ( enfermedad del hígado graso ), que a su vez son indicativas de numerosas enfermedades, como cirrosis y hepatitis . La elastografía es particularmente ventajosa en este caso porque cuando la fibrosis es difusa (diseminada en grupos en lugar de cicatrices continuas), una biopsia puede omitir fácilmente la toma de muestras del tejido enfermo, lo que da como resultado un diagnóstico erróneo falso negativo .

Naturalmente, la elastografía se utiliza para órganos y enfermedades donde la palpación manual ya estaba muy extendida. La elastografía se utiliza para la detección y el diagnóstico de cánceres de mama , tiroides y próstata . Ciertos tipos de elastografía también son adecuados para imágenes musculoesqueléticas y pueden determinar las propiedades mecánicas y el estado de músculos y tendones .

Debido a que la elastografía no tiene las mismas limitaciones que la palpación manual, se está investigando en algunas áreas para las que no hay antecedentes de diagnóstico con palpación manual. Por ejemplo, la elastografía por resonancia magnética es capaz de evaluar la rigidez del cerebro , y existe un creciente cuerpo de literatura científica sobre la elastografía en cerebros sanos y enfermos.

Se han publicado informes preliminares sobre la elastografía utilizada en riñones trasplantados para evaluar la fibrosis cortical que muestran resultados prometedores. [5]

Antecedentes históricos [ editar ]

La palpación se ha utilizado durante mucho tiempo para detectar enfermedades. En un autoexamen de mama , las mujeres buscan bultos duros, ya que el cáncer suele ser más rígido que el tejido sano.

La palpación es la práctica de sentir la rigidez de los tejidos de un paciente con las manos del médico. Fechas palpación manual remonta al menos a 1500 aC, los egipcios Papiro de Ebers y el Papiro de Edwin Smith ambos dando instrucciones sobre el diagnóstico con la palpación. En la antigua Grecia , Hipócrates dio instrucciones sobre muchas formas de diagnóstico mediante la palpación, incluida la palpación de los senos, heridas, intestinos, úlceras, útero, piel y tumores. En el mundo occidental moderno, la palpación se consideró un método de diagnóstico respetable en la década de 1930. [1] Desde entonces, la práctica de la palpación se ha generalizado y se considera un método eficaz para detectar tumores y otras patologías.

La palpación manual, sin embargo, adolece de varias limitaciones importantes: se limita a los tejidos accesibles a la mano del médico, está distorsionada por cualquier tejido interviniente y es cualitativa pero no cuantitativa . La elastografía, la medición de la rigidez de los tejidos, busca abordar estos desafíos.

Cómo funciona [ editar ]

Existen numerosas técnicas elastográficas, en etapas de desarrollo desde la investigación inicial hasta la aplicación clínica extensa. Cada una de estas técnicas funciona de forma diferente. Lo que todos los métodos tienen en común es que crean una distorsión en el tejido, † observan y procesan la respuesta del tejido para inferir las propiedades mecánicas del tejido y luego muestran los resultados al operador, generalmente como una imagen. Cada método elastográfico se caracteriza por la forma en que hace cada una de estas cosas.

Induciendo una distorsión [ editar ]

Para visualizar las propiedades mecánicas del tejido, necesitamos ver cómo se comporta cuando se deforma. Hay tres formas principales de inducir una distorsión para observar. Estos son:

  • Empujar / deformar o hacer vibrar la superficie del cuerpo ( piel ) u órgano ( próstata ) con una sonda o una herramienta,
  • Uso de imágenes de impulso de fuerza de radiación acústica utilizando ultrasonido para crear de forma remota un 'empuje' dentro del tejido, y
  • Usar distorsiones creadas por procesos fisiológicos normales, por ejemplo, pulso o latido del corazón.

Observando la respuesta [ editar ]

La forma principal en que se clasifican las técnicas elastográficas es por la modalidad de imagen (tipo) que utilizan para observar la respuesta. Las técnicas elastográficas utilizan ultrasonido , imágenes por resonancia magnética (MRI) y sensores de presión / estrés en imágenes táctiles (TI) usando sensores táctiles . También existen algunos otros métodos.

La observación de la respuesta del tejido puede tomar muchas formas. En términos de la imagen obtenida, puede ser 1-D (es decir, una línea), 2-D (un plano), 3-D (un volumen) o 0-D (un solo valor), y puede ser un video o una sola imagen. En la mayoría de los casos, el resultado se muestra al operador junto con una imagen convencional del tejido, que muestra en qué parte del tejido se producen los diferentes valores de rigidez.

Procesamiento y presentación [ editar ]

Una vez observada la respuesta, se puede calcular la rigidez a partir de ella. La mayoría de las técnicas de elastografía encuentran la rigidez del tejido basándose en uno de dos principios principales:

  • Para una determinada fuerza aplicada ( estrés ), el tejido más rígido se deforma (se esfuerza ) menos que el tejido más blando.
  • Las ondas mecánicas (específicamente las ondas de corte ) viajan más rápido a través del tejido más rígido que a través del tejido más blando.

Algunas técnicas simplemente mostrarán la distorsión y / o respuesta, o la velocidad de la onda al operador, mientras que otras calcularán la rigidez (específicamente el módulo de Young o un módulo de corte similar ) y la mostrarán en su lugar. Algunas técnicas presentan resultados cuantitativamente, mientras que otras solo presentan resultados cualitativos (relativos).

Elastografía por ultrasonido [ editar ]

Hay muchas técnicas elastográficas por ultrasonido. Los más destacados se destacan a continuación.

Elastografía cuasiestática / imágenes de deformación [ editar ]

Elastografía de compresión manual (cuasiestática) del carcinoma ductal invasivo , un cáncer de mama .

La elastografía cuasiestática (a veces llamada simplemente 'elastografía' por razones históricas) es una de las primeras técnicas de elastografía. En esta técnica, se aplica una compresión externa al tejido y se comparan las imágenes de ultrasonido antes y después de la compresión. Las áreas de la imagen que están menos deformadas son las más rígidas, mientras que las áreas más deformadas son las menos rígidas. [3] Generalmente, lo que se muestra al operador es una imagen de las distorsiones relativas ( deformaciones ), que a menudo es de utilidad clínica. [1]

Sin embargo, a partir de la imagen de distorsión relativa, a menudo se desea hacer un mapa de rigidez cuantitativo . Para hacer esto, es necesario que se hagan suposiciones sobre la naturaleza del tejido blando que se está tomando como imagen y sobre el tejido fuera de la imagen. Además, bajo compresión, los objetos pueden moverse dentro o fuera de la imagen o alrededor de la imagen, causando problemas de interpretación. Otro límite de esta técnica es que, al igual que la palpación manual, tiene dificultad con órganos o tejidos que no están cerca de la superficie o se comprimen fácilmente. [4]

Imágenes de impulso de fuerza de radiación acústica (ARFI) [ editar ]

Una imagen ARFI de un nódulo tiroideo en el lóbulo tiroideo derecho. La velocidad de la onda de corte dentro de la caja es de 6.24 m / s, lo que refleja una alta rigidez. La histología reveló carcinoma papilar .

La proyección de imagen de impulso de fuerza de radiación acústica (ARFI) [6] utiliza ultrasonido para crear un mapa bidimensional cualitativo de la rigidez del tejido. Lo hace creando un "empujón" dentro del tejido utilizando la fuerza de radiación acústica de un haz de ultrasonido enfocado. La cantidad de tejido a lo largo del eje del haz es empujado hacia abajo refleja la rigidez del tejido; el tejido más blando se empuja más fácilmente que el tejido más rígido. ARFI muestra un valor de rigidez cualitativo a lo largo del eje de la viga de empuje. Al presionar en muchos lugares diferentes, se construye un mapa de la rigidez del tejido. La cuantificación de imágenes de Virtual Touch (VTIQ) se ha utilizado con éxito para identificar los ganglios linfáticos cervicales malignos. [7]

Imágenes de elasticidad de ondas de corte (SWEI) [ editar ]

En la formación de imágenes de elasticidad de ondas transversales (SWEI), [8] similar al ARFI, se induce un "empujón" profundo en el tejido por la fuerza de la radiación acústica . La perturbación creada por este empuje viaja lateralmente a través del tejido como una onda de corte . Mediante el uso de una modalidad de imagen como ultrasonido o resonancia magnéticapara ver qué tan rápido llega la onda a diferentes posiciones laterales, se infiere la rigidez del tejido interviniente. Dado que los términos "imagen de elasticidad" y "elastografía" son sinónimos, el término original SWEI que denota la tecnología para el mapeo de elasticidad utilizando ondas de corte a menudo se reemplaza por SWE. La principal diferencia entre SWEI y ARFI es que SWEI se basa en el uso de ondas de corte que se propagan lateralmente desde el eje de la viga y crean un mapa de elasticidad midiendo los parámetros de propagación de la onda de corte, mientras que ARFI obtiene información de elasticidad del eje de la viga de empuje y utiliza múltiples empujes para crear un mapa de rigidez 2-D. No hay ondas de corte involucradas en ARFI y no hay evaluación de elasticidad axial involucrada en SWEI. SWEI se implementa en imágenes de corte supersónico (SSI),una de las modalidades más avanzadas de elastografía por ultrasonido.

Imágenes de cizallamiento supersónico (SSI) [ editar ]

Imagen de corte supersónico de la rigidez durante la contracción de los músculos de la mano abductor digiti minimi (A) y primer interóseo dorsal (B). La escala está en kPa de módulo de corte.

Imágenes de cizallamiento supersónico (SSI) [9] [10]proporciona un mapa bidimensional cuantitativo en tiempo real de la rigidez del tejido. SSI se basa en SWEI: utiliza la fuerza de radiación acústica para inducir un 'empuje' dentro del tejido de interés generando ondas de corte y la rigidez del tejido se calcula a partir de la rapidez con que la onda de corte resultante viaja a través del tejido. Los mapas de velocidad del tejido local se obtienen con una técnica de seguimiento de manchas convencional y proporcionan una película completa de la propagación de la onda de corte a través del tejido. Hay dos innovaciones principales implementadas en SSI. Primero, al usar muchos empujes casi simultáneos, SSI crea una fuente de ondas de corte que se mueven a través del medio a una velocidad supersónica. En segundo lugar, la onda de corte generada se visualiza utilizando una técnica de imagen ultrarrápida. Usando algoritmos de inversión,la elasticidad cortante del medio se mapea cuantitativamente a partir de la película de propagación de ondas. SSI es la primera tecnología de imágenes ultrasónicas capaz de alcanzar más de 10,000 cuadros por segundo de órganos profundamente asentados. SSI proporciona un conjunto de parámetros cuantitativos e in vivo que describen las propiedades mecánicas del tejido: módulo de Young, viscosidad, anisotropía.

Este enfoque demostró un beneficio clínico en las imágenes de mama, tiroides, hígado, próstata y musculoesquelético . El SSI se utiliza para el examen de mamas con varios transductores lineales de alta resolución. [11] Un gran estudio multicéntrico de imágenes mamarias ha demostrado tanto la reproducibilidad [12] como una mejora significativa en la clasificación [13] de las lesiones mamarias cuando se agregan imágenes de elastografía de ondas transversales a la interpretación de imágenes de ultrasonido estándar en modo B y en modo color .

Elastografía transitoria [ editar ]

La elastografía transitoria proporciona una imagen cuantitativa unidimensional (es decir, una línea) de la rigidez del tejido. Funciona al hacer vibrar la piel con un motor para crear una distorsión pasajera en el tejido (una onda de corte ) y obtener imágenes del movimiento de esa distorsión a medida que penetra más profundamente en el cuerpo utilizando un haz de ultrasonido 1D. A continuación, muestra una línea cuantitativa de datos de rigidez del tejido ( módulo de Young ). [14] [15] Esta técnica se utiliza principalmente en el sistema Fibroscan, que se utiliza para la evaluación del hígado, [16] por ejemplo, para diagnosticar la cirrosis . [17]Debido a la prominencia de la marca Fibroscan, muchos médicos simplemente se refieren a la elastografía transitoria como 'Fibroscan'. [ cita requerida ]

Mapas de propagación de ondas de corte obtenidos mediante la técnica de Elastografía transitoria VCTE en un hígado normal (arriba) y un hígado cirrótico (abajo). La rigidez del hígado es significativamente mayor en el hígado cirrótico.

La elastografía transitoria se denominó inicialmente elastografía de pulsos de resolución temporal [18] cuando se introdujo a finales de la década de 1990. La técnica se basa en una vibración mecánica transitoria que se utiliza para inducir una onda de corte en el tejido. La propagación de la onda de corte se rastrea mediante ultrasonidos para evaluar la velocidad de la onda de corte a partir de la cual se deduce el módulo de Young bajo hipótesis de homogeneidad, isotropía y elasticidad pura (E = 3ρV²). Una ventaja importante de la elastografía transitoria en comparación con las técnicas de elastografía armónica es la separación de ondas de corte y ondas de compresión. [19] La técnica se puede implementar en 1D [20] y 2D, lo que requirió el desarrollo de un escáner de ultrasonido ultrarrápido. [21]Se ha desarrollado una implementación específica de la elastografía transitoria 1D llamada VCTE para evaluar la rigidez hepática promedio que se correlaciona con la fibrosis hepática evaluada mediante biopsia hepática. [22] [23] Esta técnica se implementa en un dispositivo llamado FibroScan que también puede evaluar el parámetro de atenuación controlada (CAP), que es un buen marcador sustituto de la esteatosis hepática. [24]

Elastografía por resonancia magnética (MRE) [ editar ]

Una imagen de resonancia magnética anatómica de un cerebro (arriba) y un elastograma de MRE del mismo cerebro (abajo). La rigidez está en kPa de módulo de corte .
Artículo principal: Elastografía por resonancia magnética

La elastografía por resonancia magnética (ERM) [25] se introdujo a mediados de la década de 1990 y se han investigado múltiples aplicaciones clínicas. En MRE, se utiliza un vibrador mecánico en la superficie del cuerpo del paciente; esto crea ondas de corte que viajan a los tejidos más profundos del paciente. Se usa una secuencia de adquisición de imágenes que mide la velocidad de las ondas, y esto se usa para inferir la rigidez del tejido (el módulo de corte ). [26] [27] El resultado de una resonancia magnética es un mapa cuantitativo en 3D de la rigidez del tejido, así como una imagen de resonancia magnética en 3D convencional.

Una fortaleza de MRE es el mapa de elasticidad 3D resultante, que puede cubrir un órgano completo. [2] Debido a que la resonancia magnética no está limitada por el aire o los huesos, puede acceder a algunos tejidos que el ultrasonido no puede, en particular el cerebro. También tiene la ventaja de ser más uniforme entre los operadores y menos dependiente de la habilidad del operador que la mayoría de los métodos de elastografía por ultrasonido.

La elastografía por resonancia magnética ha logrado avances significativos en los últimos años con tiempos de adquisición de hasta un minuto o menos y se ha utilizado en una variedad de aplicaciones médicas, incluida la investigación cardiológica en corazones humanos vivos. El corto tiempo de adquisición de la elastografía por RM también la hace competitiva con otras técnicas de elastografía.

Otras técnicas [ editar ]

Estos incluyen elastografía con tomografía de coherencia óptica [28] (es decir, luz).

Las imágenes táctiles implican traducir los resultados de un "toque" digital en una imagen. Se han explorado muchos principios físicos para la realización de sensores táctiles : principios resistivos, inductivos, capacitivos, optoeléctricos, magnéticos, piezoeléctricos y electroacústicos, en una variedad de configuraciones. [29]

Estudios de población [ editar ]

En el estudio Children of the 90s de la Universidad de Bristol , el 2,5% de las 4.000 personas nacidas en 1991 y 1992 fueron diagnosticadas mediante ecografías a la edad de 18 años con enfermedad del hígado graso no alcohólico; cinco años después, la elastografía transitoria (fibroscan) encontró que más del 20% tenían depósitos de grasa en el hígado de esteatosis, lo que indica enfermedad de hígado graso no alcohólico; la mitad de ellos se clasificaron como graves. Las exploraciones también encontraron que el 2,4% tenía cicatrices hepáticas de fibrosis , lo que puede provocar cirrosis . [30]

Notas [ editar ]

† ^ En el caso de las imágenes de movimiento endógenas, en lugar de inducir una perturbación, se observan las perturbaciones creadas naturalmente por los procesos fisiológicos.

Referencias [ editar ]

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