Tổng số lượt xem trang

Chủ Nhật, 4 tháng 12, 2011

Tạo hình đàn hồi mô bằng siêu âm

Tạo hình đàn hồi mô bằng siêu âm, Brian S. Garra, MD, Applied Radiology © tháng 4 2011


Với khả năng tạo hình mô hoàn toàn mới của siêu âm chẩn đoán, tính đàn hồi hay độ cứng mô, có nhiều hứa hẹn  như Doppler màu trong thời gian đầu những năm 1980. Tạo hình siêu âm đàn hồi, hoặc elastography như thường được gọi, đã được gần như tất cả nhà sản xuất lớn và nhỏ kết hợp với một số dạng thức trên máy siêu âm từ năm 2010. Tuy có nhiều hứa hẹn, elastography vẫn còn là một công nghệ non trẻ với nhiều biến thể và cạm bẫy. Để sử dụng hiệu quả, cần phải hiểu những gì được đo và những yếu tố kỹ thuật có thể ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh và sự chính xác chẩn đoán.

Đánh giá đàn hồi mô

Dự đoán đàn hồi mô bằng cách sờ là một trong những phương pháp chẩn đoán bệnh cũ nhất, đã được người Ai cập báo cáo từ 2100 năm trước công nguyên. Sờ một khối, dựa trên thực tế là khối u, thường rắn hơn hoặc cứng hơn mô chứa u. Thụ thể áp lực ở ngón tay người khám nhận ra cần tăng áp lực để dời chỗ một khối u so với mô xung quanh. Phương pháp đo đàn hồi mô hoạt động bằng cách dùng áp lực để dời chỗ mô và sau đó theo dõi sự chuyển động gây ra trong mô. Việc dùng siêu âm để đo dời chỗ mô đã có ứng dụng đầu tiên của nó trong siêu âm tim M-mode vào giữa thập niên 1950, nhưng việc định lượng mô chuyển động bằng phân tích máy tính chỉ khởi sự từ đầu thập niên 1980.

Có 2 phương pháp đo chuyển động mô khác nhau để đáp ứng với áp lực từ ngoài nổi lên trong những năm 1990. Tạo hình sonoelasticity, sử dụng siêu âm Doppler màu để theo dõi dời chỗ mô để đáp ứng với kích thích rung động từ ngoài đã được báo cáo bởi Lerner, Parker và những người khác vào năm 1987, như là một phương pháp để phát hiện ung thư tuyến tiền liệt. Đo đàn hồi tĩnh cho vú và khối u tiền liệt tuyến, là phương pháp khác, đã được báo cáo vào năm 1991 bởi Ophir và cs.

Đây là minh hoạ cho hai phương pháp đo tính đàn hồi chính;  quasistatic (còn được gọi là "static, tĩnh"), khi mô phản ứng với một sự đè ấn chậm duy nhất dùng để đo độ cứng mô; và  dynamic, khi mô phản ứng với sự đè ấn nhanh hoặc rung động.

Đo đàn hồi tĩnh (static elastography)

Hiện nay static elastography là hình thức phổ biến của elastographic imaging. Trong phương pháp này, một đè ấn duy nhất, rất nhỏ được áp dụng (thường ít hơn 0,5 mm), bằng cách ấn với chính đầu dò siêu âm, và dời chỗ mô được đo ở mỗi độ sâu hoặc khoảng cách từ đầu dò bằng cách sử dụng cross-correlation function, hàm tương quan chéo (hình 1). Mức độ thay đổi trong khoảng dời chỗ mô là một hàm của khoảng cách từ đầu dò được gọi là "mô căng, tissue strain " và sẽ được hiển thị như là một hình ảnh. Với vật liệu mềm, mức độ thay đổi trong sự dời chỗ lớn với các vật chất gần với đầu dò, và xa đầu dò thì dời chỗ ít nhất. Ở vật liệu rất cứng, chẳng hạn như trong một khối thép, áp lực làm toàn bộ khối để di chuyển được một đơn vị với phần xa đầu dò chuyển động giống như phần gần với đầu dò. Vì vậy, tỷ lệ thay đổi trong sự dời chỗ từ  rìa gần của khối với rìa xa là gần bằng zero (hình 2). Vì vậy, vật liệu cứng cho thấy các giá trị căng rất thấp và vật liệu mềm có giá trị căng lớn hơn. Trên elastogram, các giá trị căng thấp thường được hiển thị như dark [tối], trong khi các giá trị lớn như bright [sáng] (hình 3). Khối u thường cứng hơn môi trường xung quanh nên hiểu hiện là một khối tối nhúng trong một nền sáng hơn. Trên máy với màn hình màu, các giá trị căng thấp thường được hiển thị như green (xanh lá cây) hoặc blue (xanh dương) và các giá trị biến dạng lớn, là yellow [vàng] hay red [đỏ] (hình 4). Màu sắc thường chồng trên hình B-scan của các tổn thương.


H.1: Đánh giá dời chỗ mô bằng cách dùng cross-correlation. Với đè ấn, RF Backscatter Waveform bị nén và lệch trong vị trí. Lệch vị trí (d) của một đoạn dữ liệu được xác định bằng một “cửa sổ” được xác định bằng cách dùng cross-correlation function. Tiến trình này được lập lại ở nhiều độ sâu và cho mỗi vị trí dọc theo mặt đầu dò bằng cách tạo ra một bản đồ 2-D của dời chỗ mô đối với độ sâu.
H.2: Giản đồ cho thấy cách đơn giản của đánh giá sự căng của dời chỗ mô của các khối cứng và mềm và điều này trình bày sự biến dạng tăng lên như thế nào dưới sự đè ấn cho khối mềm gây nên giá trị căng cao hơn cho khối cứng.

Hình (căng) biến dạng, hoặc bản đồ đàn hồi [elastogram], là hình của độ cứng tương đối, vì số lượng áp lực do ấn đầu dò sẽ thay đổi số lượng mô dời chỗ và thay đổi mức độ trong sự dời chỗ. Về lý thuyết có thể tính một cách đo độ cứng khách quan hơn được gọi là độ đàn hồi Young (Young’s modulus) từ các giá trị căng, nhưng để làm một ước tính đáng tin cậy, cần phải biết đè ấn bao nhiêu và sự dời chỗ đã áp dụng và điều kiện gì hiện có ở ranh giới mô. Phương trình tương quan giữa độ đàn hồi Young (E) và vận tốc sóng biến dạng là: E = noV2 , trong đó n là một hằng số tỉ lệ nghịch liên quan đến tỷ lệ Poisson vào khoảng 3 cho hầu hết các mô. Thu thập thông tin này vô cùng khó khăn, và do đó, tái tạo lại mô đun đàn hồi trong lâm sàng không thực hiện được.

Static elastography đã được áp dụng cho nhiều cơ quan khác nhau và trong bệnh học. Thông báo ứng dụng đầu tiên của elastography là phân biệt u vú lành tính và ác tính, và breast elastography là dạng siêu âm đàn hồi vẫn còn được thực hành rộng rãi nhất hiện nay. Để có một elastogram vú, bệnh nhân nằm ngữa và mô vú được nén bằng đầu dò vào thành ngực. Ban đầu đè ấn do máy tính kiểm soát, sau được thay thế bằng kỹ thuật ấn tự do (free hand technique), thực hiện dễ dàng trong khám siêu âm vú kiểm tra; đè ấn thường cũng đủ. Bình thường chuyển động thở của bệnh nhân cũng đủ chống lại áp lực của transducer để có được một elastogram chất lượng tốt. Nhiều hình tĩnh hoặc short cine loops được ghi lại để xem lại về sau. Bởi vì có rất nhiều vùng tương đối tối có không có ý nghĩa lâm sàng có thể xuất hiện trên elastogram, elastogram luôn luôn được xem cùng với hình siêu âm từ chính vị trí tương tự; hoặc elastogram chồng lên hình siêu âm như một lớp phủ màu. Thủ thuật này giúp so sánh một tổn thương trên siêu âm với biểu hiện đàn hồi của nó.


H.3: Một tổn thương tương đối mềm (vùng đóng vòng) hiếm khi xuất hiện trên elastogram vì độ cứng của nó tương tự như mô xung quanh (A). Mặt khác, một tổn thương cứng  dễ xác định được vì tối hơn nhiều mô xung quanh trên elastogram (B).
H.4: (A) Elastogram màu sai, (B) hình B-mode của một tổn thương, (C) và elastogram thang xám.
H.5: IDC xâm lấn nhỏ ở (A) elastogram và (B) hình siêu âm. Ghi nhận bóng lưng trung tâm trên hình siêu âm và độ cứng cao (tối) của tổn thương trên elastogram. Tổn thương cũng xuất hiện to trên elastogram hơn trong hình siêu âm, nếu chỉ chú ý tổn thương echo kém và không kể đến bờ có echo xung quanh.

Elastograms thường được sử dụng để đánh giá một khối lành tính hay ác tính trên siêu âm. Hai tính năng hữu ích nhất trong việc phân biệt là độ cứng tương đối của tổn thương và kích thước của các tổn thương trên elastogram so với hình siêu âm. Ung thư có xu hướng cứng (tối hơn) nhiều hơn so với các mô xung quanh (hình 5), trong khi tổn thương lành tính có xu hướng có độ cứng tương tự như mô xung quanh. Một tổn thương lành tính thấy rõ trên siêu âm có thể gần như vô hình trên elastogram (hình 6). Bởi vì ung thư thường liên quan đến mô xung quanh, tạo ra một viền dày có echo, elastogram sẽ thường xuyên hiển thị  tổn thương lớn hơn đáng kể so với hình siêu âm (hình 7). Với hai tính năng này, hầu hết các nghiên cứu đã thông báo cáo các đường cong ROC trong phạm vi 0,90-0,95, với ý nghĩa có hiệu suất tốt. Thay vì chẩn đoán ung thư, elastography thường được dùng để tăng sự chắc chắn về lâm sàng một tổn thương có vẻ lành tính, có nghĩa là tránh được sinh thiết, chỉ cần theo dõi. Theo kinh nghiệm của chúng tôi, có khoảng 15% tổn thương có thể tránh làm sinh thiết mà không làm tăng tỷ lệ ung thư bị bỏ qua.

H.6: FA lành tính dễ thấy như tổn thương echo kém trên (A) hình siêu âm nhưng không thấy trên (B) elastogram.
H.7: (A) Color elastogram cho thấy một ung thư (dark blue) vì lớn hơn đáng kể tổn thương echo kém trên hình siêu âm tương ứng (B).

Elastograms có thể rất khó để giải thích vì một số yếu tố có thể làm cho hình bị nhiễu hoặc gây hiểu lầm. Đè ấn đầu dò quá mức làm cứng mô xung quanh, và làm cho ung thư không khác so với mô xung quanh. Quá nhiều áp lực cũng gây ra chuyển động sang bên [sideways movement] của khối u, gây nhiễu và xảo ảnh trong elastogram, làm khó diễn giải hơn. Quá nhiều hoặc quá ít chuyển động đầu dò khi đè ấn có thể làm cho phương pháp tương quan (cross-correlation method) để phát hiện mô dời chỗ thất bại, gây ra xảo ảnh và gây hiểu nhầm các vùng "tối". Hầu hết các nhà sản xuất có đặt một chỉ số chất lượng hình (quality indicator) trên elastogram để hỗ trợ người sử dụng trong việc lựa chọn những hình ảnh đúng để giải thích (hình 8). Chỉ số chất lượng, có thể được hiển thị như một giá trị số hoặc là một color bar (thanh màu), để ước tính chính xác giá trị căng trong hình elastogram. Một số nhà sản xuất sẽ "gray out, xám hoá" các hình ảnh không có giá trị để ngăn việc sử dụng trong chẩn đoán. Các phương pháp đánh giá hình elastogram có chất lượng vẫn còn rất thay đổi và hầu hết chưa được chứng minh về lâm sàng vì máy hãy còn khá mới.



H.8: Bộ phận đánh giá chất lượng hình. Một máy (A) trình bày “quality factor” là giá trị số (mủi tên) trong khí máy thứ hai (B) hiển thị chất lượng elastogram là pie chart trong đó các phân đoạn xanh lá cây xác định chất lượng cao hơn (mủi tên).

Do đó cần thực hành nhiều để khám và giải thích elastograms. Thiếu huấn luyện đầy đủ có thể là nguyên nhân của một số báo cáo về hiệu suất kém của đơn vị elastography lâm sàng. Chưa có một hệ thống huấn luyện tiêu chuẩn hóa, nhưng sẽ rất hữu ích cho việc cải thiện tính hữu dụng của elastography.

Thêm vào việc phân biệt khối rắn lành tính và ác tính, breast elastography đã tỏ ra hữu ích để chẩn đoán có debris trong tổn thương nang, thường giả dạng như khối u đặc. Khi chất lỏng được nén, các hạt nằm rải rác trong nó di chuyển ngẫu nhiên hơn các tán xạ trong mô đặc, gây ra xảo ảnh trên elastogram, làm dễ chẩn đoán là nang có cặn. Thật không may, loại chính xác của artifact gây ra phụ thuộc vào cách phần mềm xử lý mất tương quan [decorrelation] xãy ra bên trong nang, vì không có biểu hiện tiêu chuẩn áp dụng cho tất cả các máy siêu âm (hình 9). Với thời gian, người dùng phải làm quen với biểu hiện của nang trên các máy mà họ sử dụng.

H.9: 2 phát hiện nang khác nhau. Trên elastogram (A), nang xuất hiện là tổn thương dark với trung tâm bright. Máy khác cho thấy nang có kiểu hỗn hợp của các vùng sáng và tối (B).


Một bổ sung mới vào các phân tích đàn hồi của tổn thương vú là kỹ thuật gọi là đàn hồi biến dạng căng theo trục (axial shear strain elastography, ASSE). Trong phương pháp này, các chuyển động sang bên (sideways movement) của các tổn thương đối với mô xung quanh được phân tích bằng cách sử dụng một biến thể của elastography. Phương pháp này nhạy phát hiện các tổn thương ràng buộc với mô xung quanh (ví dụ như ung thư) so với tổn thương lành tính, có ranh giới là tự do chuyển động chống lại các mô xung quanh. Hình ASSE có thể dễ giải thích hơn elastograms và có thể chứng minh là một công cụ mạnh mẽ bổ sung cho phân biệt tổn thương lành tính từ ác tính (hình 10).


H.10: Axial shear strain elastograms (ASSE) của tổn thương ác tính (A, B, C) và tổn thương lành tính (D, E, F). Hình siêu âm được trình bày là A và D, elastogram là B và C, và axial shear strain elastogram là C và F. Ghi nhận large areas của axial shear strain cạnh ung thư (C, mủi tên lớn) và vùng mảnh [slender zones] của axial shear strain cạnh tổn thương lành tính (F, mủi tên lớn). Bản quyền của Thitai Kumar, và Jonathan Ophir, University of Texas Medical School, Houston, TX.


Với sự sẵn có phổ biến rộng rãi của static elastography trên các máy thương mại, elastography đã được thử nghiệm ở nhiều cơ quan với nhiều thành quả. Hạch bạch huyết, nhân tuyến giáp và ung thư tuyến tiền liệt đã được chẩn đoán thành công với tạo hình đàn hồi. Hình căng của mảng xơ vữa và thành mạch được tạo ra nhờ sử dụng mạch đập tự nhiên của các mạch máu thay vì dùng áp lực trực tiếp. Nỗ lực đánh giá độ căng có tính định lượng bằng cách sử dụng chỉ số căng (ratio of strain) trong một tổn thương với sự căng trong mô liền kề giúp chẩn đoán tổn thương, nhưng chưa có sự đồng thuận thực sự trên chỉ số sử dụng hoặc giá trị nào đại diện cho ngưỡng chẩn đoán. Những cải tiến hơn nữa trong cả chất lượng hình ảnh và định lượng có thể dự kiến được.


Phương pháp động (Dynamic Method)

Mặc dù static elastography đã được rộng rãi triển khai thực hiện và áp dụng cho các cơ quan nông, phương pháp này khó sử dụng sâu trong cơ thể, và chất lượng hình ảnh đã không được chứng minh là có giá trị trong phát hiện bệnh cơ quan lan toả, như chai gan.

Có thể sử dụng một kích thích rung động hoặc một xung đẩy singe nhanh để tạo sóng biến dạng, truyền chậm qua mô, đủ để dùng siêu âm tracking. Tỷ lệ truyền sóng biến dạng phụ thuộc vào biến dạng ngang (shear modulus) của mô, thường tỉ lệ thuận trực tiếp với Young‘s modulus. Do đó có thể để định lượng độ cứng mô cả trong một khối u hoặc trong mô không có u bằng cách sử dụng phương pháp này. Máy đầu tiên áp dụng phương pháp này để khảo sát bệnh gan lan toả là Fibroscan [TM] do Echosens sản xuất, được áp qua da vùng gan. Một piston tại trung tâm đầu dò phát sóng biến dạng vào gan và vận tốc của sóng biến dạng được sử dụng để đánh giá shear modulus. Máy này tỏ ra hữu ích cho chẩn đoán xơ gan không xâm lấn và xơ hóa nặng, mặc dù những thay đổi nhẹ được phát hiện không đáng tin cậy.

Các máy khác, chẳng hạn như Siemens S2000 sử dụng tạo hình lực bức xạ âm (ARFI) để đẩy vào cơ quan một xung siêu âm cường độ cao. Một elastogram tiêu chuẩn có thể được tạo ra bằng cách theo dõi sự dời chỗ gây ra bởi các xung, nhưng độ cứng trong một tổn thương hoặc vùng mô khác cũng có thể được định lượng, vì xung tạo ra sóng biến dạng mà vận tốc có thể đo được. Máy ARFI chưa được FDA chuẩn y, nhưng nhiều nghiên cứu sâu rộng của phương pháp này đang được tiến hành. Một máy khác (Supersonic Imagine) tạo ra sóng biến dạng bằng cách truyền siêu nhanh các chùm âm có cường độ bình thường với nhiều focus khác nhau; cách tiếp cận này đã được FDA thông qua.

Bất chấp sự ra đời của static elastography và ARFI, vẫn còn có sự quan tâm đến việc sử dụng kích thích rung (vibratory stimuli) để tạo hình độ cứng của nhiều cơ quan chất lượng cao. Tất nhiên kích thích rung có thể cũng được sử dụng để tạo hình độ cứng của nội tạng và tổn thương bằng cách sử dụng vận tốc sóng biến dạng như thường được thực hiện với MRI, mặc dù cách tiếp cận cụ thể này không được thực hiện trên bất kỳ máy siêu âm trong lâm sàng.

Kết luận

Tóm lại, siêu âm đánh giá đàn hồi mô, cả định tính--như với static elastography--hoặc bằng cách sử dụng phương pháp dynamic để tracking (theo dõi) sóng biến dạng, là một kỹ thuật phong phú và phát triển nhanh, hứa hẹn cải thiện chẩn đoán cho nhiều bệnh lý. Như với hầu hết các công nghệ mới, cơ chế kiểm tra chất lượng và tiêu chuẩn chẩn đoán vẫn đang được thiết lập. Bác sĩ quan tâm đến siêu âm đàn hồi được khuyến khích bắt đầu tự đào tạo để sử dụng thích hợp phương pháp mới này .

Không có nhận xét nào :