ARFI in Differentiating Malignant From Benign Thickening of the Gallbladder Wall

Differentiating Malignant From Benign Thickening of the Gallbladder Wall by the Use of Acoustic Radiation Force Impulse Elastography


Atul Kapoor, Aprajita Kapoor, Goldaa Mahajan, J Ultrasound Med 2011; 30:1499–1507
©2011 by the American Institute of Ultrasound in Medicine

ABSTRACT:
Objectives—The purpose of this study was to determine whether real-time elastography can differentiate gallbladder carcinoma from benign gallbladder wall thickening.

Methods—Sonographic and real-time elastographic examinations were done in 125 of 2000 consecutive patients who had an increased gallbladder wall thickness of more than 3 mm. Shear wave velocities were determined for a normal gallbladder wall, a benign thickened gallbladder wall, and gallbladder carcinoma, and a value of 2.7 m/s was set as the cutoff to differentiate between benign and malignant wall thickening. Virtual touch and color maps of the gallbladder wall were also obtained. The final diagnosis was confirmed by histopathologic examination of the resected gallbladder or by guided fine-needle aspiration cytologic examination. Statistical analysis was done to determine the sensitivity and specificity of elastography for gallbladder carcinoma and benign wall thickening. Student t test and area under the receiver operating characteristic curve analyses were done to determine the statistical significance of the results.

Results—Elastography had sensitivity and specificity of 100% and 91.3%, respectively,for diagnosing gallbladder carcinoma with a mean shear wave velocity of 3.41 m/s (P< 0.0001) and an area under the curve of 0.92. False-positive findings of acute cholecystitis occurred in 8.5% of cases, which also had an increased shear wave velocity of greater than 2.7 m/s. The overall accuracy of elastography for differentiating gallbladder carcinoma from benign wall thickening was 92.8%.

Conclusions—Elastography is an accurate technique for differentiating between benign and malignant gallbladder wall thickening and can be combined with sonography as the prime imaging tool for diagnosing gallbladder carcinoma at an early stage.

BÀN LUẬN:
Dày vách túi mật trên siêu âm là một dấu hiệu bệnh lý của túi mật mặc dù không đặc hiệu trong nhiều trường hợp, bao gồm cả bệnh lý túi mật ác tính. Tần suất carcinoma túi mật tại Đông Nam Á cao từ 8% đến 28% đã được báo cáo, với hầu hết các trường hợp phát hiện đã trong giai đoạn cuối.

Siêu âm phát hiện carcinoma túi mật thường từ 40% đến 60% các trường hợp,  khi túi mật bị thay thế bởi một khối hoặc có tổn thương cứng trong lòng, và ở phần lớn bệnh nhân, rất khó chẩn đoán bằng hình ảnh khi chỉ quan sát thấy dày vách túi mật lan tỏa. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện bằng multidetector CT, với kỹ thuật dual-phase (2 giai đoạn) để tăng cường phân biệt vách túi mật (differential gallbladder wall enhancement) nhằm phân biệt giữa nguyên nhân lành tính và ác tính của dày vách túi mật, với độ nhạy và độ đặc hiệu lần lượt là 82,5% và 75,9%. Tuy nhiên, trên thực tế, rất khó để loại trừ bệnh ác tính ở tất cả các bệnh nhân có dày vách túi mật lan tỏa.
Theo chúng tôi biết, siêu âm đàn hồi bằng kỹ thuật ARFI đánh giá dày vách túi mật để phân biệt nguyên nhân ác tính và lành tính chưa được báo cáo từ trước trong y văn. Nghiên cứu này cho thấy rằng tất cả các bệnh nhân carcinoma túi mật đã có gia tăng vận tốc sóng biến dạng lớn hơn giá trị ngưỡng là 2,7 m/s.

Phân tích các kết quả chẩn đoán với các giá trị ngưỡng khác nhau (bảng 3) cho thấy độ nhạy tương tự 100% ở 2,7 và 2,4 m/s nhưng với độ đặc hiệu lần lượt là 91,3% và 87,3%.

Đã có một xu hướng tăng dương tính giả khi giá trị ngưỡng đặt ở 2,4 m/s, và độ đặc hiệu hạ thấp. Vì bệnh nhân carcinoma túi mật trong nghiên cứu này có shear wave velocity trung bình là 3,41 m/s, cao hơn có ý nghĩa ở những bệnh nhân dày vách túi mật lành tính, nên chúng tôi sử dụng giá trị ngưỡng là 2,7 thích hợp hơn là 2,4 m/s. Bệnh nhân dày vách túi mật lành tính có shear wave velocity trung bình là 1,75 m/s, thấp hơn nhiều so với người bị carcinoma túi mật, và khác biệt này có ý nghĩa thống kê (P nhỏ hơn 0,0001). Lý do có khả năng cho sự khác biệt này là mô ác tính có độ cứng cao hơn do gia tăng mật độ tế bào khi so sánh với các mô bị viêm mạn tính và xơ hóa. Hơn nữa, việc sử dụng elastography ARFI cũng giúp phân biệt giữa dày vách do viêm túi mật lành tính và các nguyên nhân không đặc hiệu của dày vách túi mật. Dấu hiệu này cũng có tầm quan trọng lâm sàng trong việc quyết định điều trị nội khoa hay phẫu thuật. Tuy nhiên, cần có một nghiên cứu riêng biệt để xác nhận tính hữu dụng của nó.
Một so sánh các kết quả này với những nghiên cứu trước đó bằng multidetector CT cho thấy rằng đánh giá bề dày vách túi mật, đặc biệt là trong giai đoạn đầu của bệnh, có thể mang lại tiêu chuẩn hữu ích để phát hiện bệnh lý ác tính túi mật và có ảnh hưởng đến quyết định xử trí, cũng như có tác động lâu dài đến sự sống còn của bệnh nhân. Elastography có độ đặc hiệu là 91,3% để chẩn đoán carcinoma túi mật, với tỷ lệ dương tính giả là 8,5%. Dấu hiệu dương tính giả xảy ra ở 9 bệnh nhân viêm túi mật cấp, có tăng độ cứng vách túi mật với vận tốc sóng biến dạng lớn hơn 2,7 m/s.
Tuy nhiên, chúng tôi nghĩ rằng các trường hợp dương tính giả có thể được giảm thiểu bằng cách kết hợp các dấu hiệu siêu âm như có peripheric halo (quầng ngoại vi túi mật) vách túi mật, dấu hiệu sonoMurphy và tụ dịch quanh túi mật và, trên hết tất cả, là lâm sàng của những bệnh nhân này.

Cộng hưởng từ cho thấy có giá trị trong việc đánh giá dày vách túi mật, nhưng vẫn đóng một vai trò nhỏ trong chẩn đoán.
Cộng hưởng từ mật-tụy (cholangiopancreaticography) giúp đánh giá đường mật bất thường, với độ nhạỳ 100% cho phát hiện viêm túi mật cấp, nhưng độ đặc hiệu chỉ 69% cho viêm túi mật mạn tính khi so vói siêu âm là 96%. Vì chi phí cao và độ đặc hiệu thấp, MRI không dùng để chẩn đoán viêm túi mật mạn tính.
Cộng hưởng từ cholangiopancreaticography kết hợp với dynamic MRI đã được sử dụng để chẩn đoán và định giai đoạn carcinoma túi mật với độ nhạy lên tới 100% để phát hiện xâm lấn đường mật và mạch máu; tuy nhiên, carcinoma giai đoạn sớm vẫn bị MRI bỏ sót vì nền viêm túi mật mạn tính. Các kết quả của nghiên cứu bằng cách sử dụng ARFI elastography này được so sánh với MRI trong phát hiện carcinoma túi mật giai đoạn sớm; tuy nhiên, dynamic MRI có thể được sử dụng về sau này để định giai đoạn carcinoma túi mật.
Có những cạm bẫy tiềm tàng trong ước tính vận tốc sóng biến dạng bằng ARFI elastography khi khám cho bệnh nhân bị ascites, bệnh nhân béo phì nặng với chỉ số khối cơ thể lớn hơn 35 kg/m2, bệnh nhân không hợp tác vì không nín thở được và bệnh nhân viêm túi mật cấp. Một lỗi đánh giá vận tốc sóng biến dạng có thể xảy ra nếu lấy mẫu ở mô gan liền kề bất thường; Tuy nhiên, chúng tôi không ghi nhận bất kỳ quan sát nào như vậy trong nghiên cứu của chúng tôi.

Tóm lại, với hiểu biết của chúng tôi, chưa có nghiên cứu nào về thay đổi độ cứng của vách túi mật bệnh lý bằng được báo cáo trước đây. Nghiên cứu này cho thấy rằng có thể dễ dàng dùng siêu âm đàn hồi cho bệnh nhân dày vách túi mật để phân biệt lành tính và ác tính. Siêu âm đàn hồi có độ chính xác cao là 92,8% so với báo cáo của multidetector CT. Hơn nữa, siêu âm đàn hồi dễ dàng được kết hợp với siêu âm quy ước, là phương thức đánh giá túi mật chính, vì nó là không xâm hại, không có tia xạ, và có chi phí hợp lý.

Xem  DÀY VÁCH TÚI MẬT: CHẨN ĐOÁN PHÂN BIỆT

Acoustic Radiation Force-Based Elasticity Imaging Methods

Acoustic Radiation Force-Based Elasticity Imaging Methods, Mark L. Palmeri and Kathryn R. Nightingale, Interface Focus (2011)  on October 20, 2011

Tạo hình siêu âm chẩn đoán quy ước mô tả khác biệt về đặc tính âm thanh của mô mềm, trong khi tạo hình siêu âm đàn hồi mô tả khác biệt về thuộc tính đàn hồi của mô mềm (tức là độ cứng, độ nhớt). Hình ảnh đàn hồi cho thấy nhiều mô mềm có tương tự độ sinh siêu âm, nhưng lại có đặc tính cơ học khác nhau, và có thể dùng các đặc tính này để khảo sát giải phẫu học bình thường và phân biệt được tổn thương bệnh lý. Các phương pháp tạo hình xung lực bức xạ âm dùng lực bức xạ âm để làm biến dạng mô mềm thoáng qua, và đáp ứng dời chỗ mô được đo lại và dùng đánh giá đặc tính cơ học của mô. Cả chất lượng hình và số đo định lượng tính đàn hồi có thể tái tạo lại, để cung cấp thông tin chẩn đoán và theo dõi tiến triển bệnh. Gần đây, các kỹ thuật tạo hình đàn hồi theo xung lực bức xạ âm đã chuyển từ phòng thí nghiệm đến giường bệnh, nơi khởi sự sử dụng độ cứng mô để chẩn đoán, và trên thị trường, việc triển khai siêu âm đàn hồi dựa vào xung lực bức xạ âm đang xuất hiện.  
Bài viết này cung cấp một tổng quan về tạo hình đàn hồi dựa trên xung lực bức xạ âm,  gồm đánh giá đặc trưng cơ học của mô mềm, đánh giá các phương pháp xung lực bức xạ âm cho tạo hình đàn hồi, và thảo luận về nghiên cứu hiện tại và xúc tiến thương mại các kỹ thuật tạo hình đàn hồi dựa trên xung lực bức xạ âm.

ELASTICITY IMAGING METHODS (CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH ĐÀN HỒI)


Tất cả các phương pháp tạo hình đàn hồi đều áp dụng kích thích cơ học hoặc stress đến mô, cả bằng nguồn kích thích bên ngoài, bằng nguồn chuyển động sinh lý nội tại hoặc lực bức xạ âm, rồi đo lường biến dạng mô được gây ra (tức là sự dời chỗ) để đáp ứng với stress đó, bằng siêu âm, cộng hưởng từ (MR) hoặc các phương pháp tạo hình quang học (optical imaging).

Dựa trên các mối quan hệ stress–strain (đè nén-căng), như trong phương trình (1.2), hoặc các mô hình của sự truyền sóng biến dạng, như trong phương trình Helmholtz (1.3), biến dạng mô đo được khi đáp ứng với kích thích cơ học được liên hệ đến độ cứng của mô.

Thoạt đầu khi phương pháp tạo hình đàn hồi được đề xuất, kích thích cơ học là từ chuyển động sinh lý mô , ví dụ như mạch đập, và siêu âm đã được dùng để giám sát đáp ứng mô. Sau đó, dùng nguồn rung động (vibration) từ ngoài để tạo ra sóng biến dạng trong mô  (tức là sonoelasticity) và các phương pháp nén tĩnh bên ngoài (external static compression) để kích thích cơ học (tức là tạo hình căng, strain imaging), được giám sát bởi siêu âm  đã lần lượt được giới thiệu từ năm 1988 và 1991.

Sử dụng lực bức xạ âm như nguồn kích thích cơ học đầu tiên được Sugimoto đề xuất năm 1990. Phương pháp kích thích này thuận tiện hơn các phương pháp từ ngoài vì trực tiếp trong mô khám, hơn là can thiệp thông qua mô. Kỹ thuật tạo hình đàn hồi cung cấp hình ảnh liên quan đến độ cứng mô cả về định tính, mô tả khác biệt độ cứng tương đối, hoặc định lượng, cung cấp một ước tính của mô đun đàn hồi mô tiềm ẩn bằng cách tái tạo lại. Các bài đánh giá xuất sắc về phương pháp tạo hình đàn hồi gần đây là do Greenleaf et al và Parker et al công bố. Trong bài này, các phương pháp tạo hình đàn hồi bằng lực bức xạ âm tập trung với kích thích cơ học để tạo hình đàn hồi được thảo luận.

Acoustic Radiation Force (Lực bức xạ âm)

Lực bức xạ âm là kết quả từ một chuyển đổi động lượng (momentum transfer) từ sóng siêu âm lan truyền đến mô qua đó truyền đi theo luật hấp thụ và cơ chế tán xạ.

Theo Nyborg, mô cơ thể được mô hình hóa như một chất dịch nhớt để đáp ứng với truyền sóng âm, theo giả định là sóng phẳng (plane wave), lực bức xạ âm (F) liên quan đến âm hấp thụ (a) và tốc độ âm (c) của các mô và cường độ trung bình theo thời gian của các chùm âm (I) .

Lực bức xạ âm này có hình thức là một lực cơ thể theo hướng sóng lan truyền. Đáng chú ý là dẫn xuất này không thu nhận âm tán xạ từ momentum transfer, nơi phần lớn hiện tượng giảm âm xảy ra do hấp thụ. Lực bức xạ sẽ gấp đôi lực hấp thụ cho một vật phản âm hoàn toàn. Phân bố không gian của trường lực bức xạ âm này được phân bố trong geometric shadow của lỗ đầu dò. Thông thường, đó là một đỉnh trong trường lực gần tâm điểm, như trong figure 1; tuy nhiên, với tần số cao hơn và/hoặc vật liệu giảm âm mạnh, trường lực được phân bố đồng dạng qua geometric shadow của lỗ, như mô tả trong figure 1. Vì thế, tần số tối ưu được sử dụng cho lực bức xạ âm kích thích mô thay đổi với độ sâu và được điều khiển bởi sự cân bằng giữa suy giảm mất đi trong nearfield và focal gain. Thông qua việc sử dụng xung âm dài hơn và/hoặc cường độ xung cao hơn chẩn đoán, biến dạng mô mềm thoáng qua theo micrometers (10^-6m) và dịch chảy liên tục (fluid streaming) theo cm/sec có thể được tạo ra in vivo.
Với  kích thích cơ học bên ngoài, lực bức xạ âm có thể được áp dụng cho thời khoảng khác nhau. Phương pháp đã được đề xuất để áp dụng lực bức xạ âm gần như (quasi) tĩnh, nơi xung kích thích được áp dụng đủ lâu để các mô đạt một đáp ứng trạng thái sẵn sàng (thường lớn hơn 1 s); thoáng qua, nơi các xung kích thích là một xung thời gian (tức là nhanh hơn có ý nghĩa so với các tần số cộng hưởng tự nhiên liên kết với các đáp ứng mô động); hoặc có tính hòa âm (harmonically) nơi mà kích thích kiểu xung được áp dụng theo một hoặc nhiều tần số nhằm đạt được kích thích mô xoang hóa (sinusoidal). Ngoài ra, các phương pháp xử lý dữ liệu và hiển thị cho tạo hình đàn hồi dựa vào lực bức xạ gồm hai loại chính: (i) loại định tính với hình ảnh tương đối khác biệt trong độ cứng mô, tương tự như tạo hình biến dạng nén từ ngoài, tạo hình nén tim và siêu âm nội mạch (IVUS) palpography và (ii) loại đánh giá định lượng của mô đun đàn hồi tiềm ẩn của các mô, như được thực hiện với MR elastography.

Steady-State Radiation Force Excitations in Soft Tissues (Kích thích lực bức xạ trong mô mềm)
Các mô mềm có tính đàn hồi nhớt (viscoelastic), có nghĩa là đáp ứng với kích thích cơ học phụ thuộc vào tần số kích thích. Đối với kích thích tần số siêu âm, mô mềm đáp ứng như chất dịch, nơi chỉ có sóng áp lực truyền vì mô mềm không hỗ trợ áp lực biến dạng ở tần số cao. Tuy nhiên, vì hiện tượng lực bức xạ âm phát sinh từ sự hấp thu năng lượng âm và phụ thuộc vào cường độ thời gian trung bình của một sóng âm nén (phương trình Nyborg), tần số của kích thích lực bức xạ tạo được sẽ thấp hơn sóng siêu âm (ít hơn 1000 Hz).

Ở tần số thấp này, các mô đã được mô hình hóa hợp lý cũng như chất rắn đàn hồi, nơi mà độ cứng của mô không được xem là một hàm của tần số kích thích, hoặc bằng cách sử dụng đơn giản mô hình viscoelastic, ví dụ như các mô hình Voigt và mô hình chất rắn ba tham số.
Trong mô mềm, xung kích thích lực bức xạ âm PRF cao có thể được sử dụng để tạo một bước kích thích  (excitation step) có hiệu quả của vật liệu (thông thường đối với một vài trăm mili giây), và cả thời gian tăng và sự dời chỗ trạng thái ổn định có liên quan đến độ cứng vật liệu bên dưới. Cả xung kích thích được sử dụng để giám sát các phản ứng mô, hoặc xung tạo hình thời hạn ngắn hơn được xen kẽ với xung đẩy để giám sát mô. Walker khám phá cách tiếp cận này, bằng cách sử dụng cả các mô hình vật chất đàn hồi, và mô hình viscoelastic Voigt để có được đặc trưng vật chất tương đối từ các đáp ứng mô. Viola et al đã sử dụng cách tiếp cận này để chẩn đoán hiện tượng đông máu in vitro trong phòng khảo sát được thiết kế để thông tin phản hồi kịp thời để cho chuyên viên gây mê, bác sĩ phẫu thuật sử dụng siêu âm lưu biến (sonorheometry). Mauldin et al. cũng đã sử dụng cách tiếp cận này với mô hình Voigt, bằng cách sử dụng một hằng số rộng vào account cho giảm âm, cường độ và các yếu tố khác ảnh hưởng đến độ lớn lực bức xạ.


TRANSIENT (impulsive) RADIATION FORCE EXCITATIONS (KÍCH THÍCH LỰC BỨC XẠ [XUNG] THOÁNG QUA)
Quality Methods (Phương pháp định tính)

Kích thích lực bức xạ âm tập trung thoáng qua thường là xung đơn có độ dài khoảng vài trăm chu kỳ (0.05–1 ms). Trong đáp ứng tập trung với các kích thích thoáng qua, các mô trong vùng kích thích (region of excitation ROE) bị biến dạng, và sóng biến dạng tạo ra được truyền đi khỏi vùng ROE, như trong figure 2. Tạo hình xung lực bức xạ âm (ARFI) sử dụng kích thích như xung-thời gian (thời lượng xung đẩy nhỏ hơn 1ms) và theo dõi đáp ứng dời chỗ mô thoáng qua trong ROE bằng cách sử dụng một mảng (array) tạo hình SACĐ duy nhất. Trình tự tạo hình ARFI tuần tự tra xét các vị trí trong không gian liền kề để xây dựng một tập dữ liệu ARFI 2-D tổng hợp các đáp ứng từ mọi tra xét này. Qua mỗi ROE, mỗi điểm ảnh chứa dữ liệu dời chỗ theo thời gian (như được hiển thị bởi đường cong màu xanh, ở trung tâm của vòng ROE tại điểm khu trú trong biểu đồ figure 2) cho phép đánh giá một loạt các tham số, bao gồm sự dời chỗ tại một thời điểm được cho sau khi kích thích, sự dời chỗ tối đa, dời chỗ thời gian đỉnh (time-to-peak) và thời gian phục hồi từ dời chỗ đỉnh. Phương trình (1.1) chỉ ra rằng với 1 stress nhất định, sự căng (và dời chỗ) liên quan nghịch với độ cứng mô.

Do đó tạo hình ARFI mô tả độ cứng mô, tương tự như những hình ảnh có dược từ tạo hình đàn hồi nén từ ngoài. Những hình ảnh này không cung cấp thông tin định lượng về độ cứng mô vì độ lớn của lực bức xạ âm thay đổi với suy giảm mô từ bệnh nhân này sang bệnh nhân khác và khó định lượng được. Tuy nhiên, những hình ảnh về định tính này, có độ tương phản được cải tiến, được sử dụng đồng thời với hình B-mode để cải thiện tạo hình cấu trúc giải phẫu và các tổn thương.
Hình 3 cho thấy hình ARFI khối u gan trong một nghiên cứu bởi Fahey et al, nơi chúng có dời chỗ khác nhau tương phản tương đối so với các mô nền gan phụ thuộc vào tình trạng mô gan.
Các ứng dụng lâm sàng khác của tạo hình ARFI đã nghiên cứu bao gồm giám sát  thủ thuật ablation do nhiệt, chẩn đoán tim và các mạch máu, tạo hình tuyến tiền liệt, tạo hình u vú, tạo hình đường tiêu hóa và hướng dẫn gây tê mê khu vực.
Một phương pháp tương tự để giám sát siêu âm HIFU bằng cách sử dụng đầu dò HIFU để tạo ra lực bức xạ thoáng qua và một đầu dò tạo hình riêng biệt để giám sát sự dời chỗ đã được phát triển bởi Lizzi et al.
Ứng dụng này  đầy hứa hẹn có tiềm năng để cung cấp với chi phí thấp, giám sát thủ thuật HIFU trong thời gian thực (real-time), hiện đang được giám sát bằng bởi tạo hình MR nhiệt.

Quantitative Methods (Phương pháp định lượng)

Sóng biến dạng được tạo ra bởi kích thích lực bức xạ thoáng qua, như trong figure 2, tạo cơ hội định lượng mô đun biến dạng mô. Vận tốc lan truyền sóng biến dạng có độ lớn chậm hơn so với tốc độ âm trong mô mềm (tức là 1-5 m/s so với 1540 m/s), do đó, mối tương quan siêu âm và kỹ thuật dựa trên Doppler được sử dụng để giám sát truyền sóng. Dựa trên phương trình truyền sóng (phương trình Helmholtz(1.3)), tốc độ truyền có liên quan đến mô đun biến dạng mô bên dưới.

Shear Wave Elasticity Imaging (Tạo hình đàn hồi sóng biến dạng)

Sarvazyan et al đầu tiên đề xuất định lượng mô đun biến dạng mô bằng cách sử dụng xung bức xạ âm tập trung thoáng qua để tạo sóng biến dạng trong các mô. Trong công trình này, họ sử dụng piston HIFU để tạo lực bức xạ và giám sát các kết quả truyền sóng biến dạng bằng phương pháp tạo hình MR. Nightingale et al sử dụng các mảng (array) chẩn đoán siêu âm tương tự để tạo lực bức xạ và giám sát truyền sóng biến dạng, thoạt tiên bằng cách sử dụng phương trình Helmholtz đảo ngược để định lượng tốc độ sóng biến dạng ở người in vivo. Bercoff et al. đồng thời phát triển việc sử dụng nhiều kích thích lực bức xạ tập trung ở độ sâu theo trục tăng dần để tạo ra một near plane-wave shear wavefront (mặt đầu sóng biến dạng gần) (tức là một ROE hình trụ), và theo dõi sự truyền sóng phẳng (plane-wave transmit), phương pháp tạo chùm song song rộng (extensively parallel beam-forming methods), và gọi là tạo hình sóng biến dạng siêu thanh [supersonic shear imaging (SSI)]. Plane-wave shear wave fronts (mặt đầu sóng biến dạng phẳng) có thể cải thiện hiệu lực của một số giả định gắn liền với những kỹ thuật tái tạo sóng biến dạng time-of-flight (TOF) (xem thảo luận dưới đây), hiện đang được thực hiện trong nhiều phương pháp dựa trên tạo hình sóng đàn hồi biến dạng (shear wave elasticity imaging SWEI). Spatially modulated ultrasound radiation force (SMURF) [lực bức xạ siêu âm điều hòa trong không gian], được phát triển bởi McAleavey et al. dùng các kiểu kích thích lực bức xạ phức tạp hơn và một định vị theo dõi dời chỗ đơn giản trong không gian để ước tính tốc độ sóng biến dạng từ kích thích bù đắp. Tạo hình  chùm kích thích phức tạp tạo ra sóng biến dạng với tần số không gian đã biết, và tần số này được điều hòa nhất thời bằng độ cứng biến dạng của các mô và có thể đo được tại nơi theo dõi.


Shear Wave Speed Reconstruction Methods (Phương pháp tái tạo tốc độ sóng biến dạng )

Lý tưởng nhất, tốc độ shear wave có thể được tái tạo lại từ dữ liệu dời chỗ ba chiều bằng cách sử dụng đảo ngược phương trình Helmholtz (phương trình (1.3)), như MR elastography thường dùng. Tuy nhiên, tạo hình siêu âm tính đàn hồi  bị giới hạn trong một mặt phẳng tạo hình cắt lớp (tomographic), không cho dữ liệu tái tạo ba chiều đầy đủ. Ngoài ra, sự hiện diện của jitter trong các ước lượng dời chỗ có thể mang lại dữ liệu với 10-20 dB với chỉ số tín hiệu siêu âm-nhiễu ồn [signal-to-noise ratio (SNR)],  không dễ phân biệt trong không gian và thời gian mà không có quá nhiều amplification jitter, dẫn tới ước tính nhiều biến số   tốc độ  sóng biến dạng khi đảo ngược Helmholtz, như  theo phương pháp kích thích lực bức xạ thoáng qua. Với những lý do này, phương pháp TOF bây giờ thường được dùng để tận dụng lợi thế của thông tin đầu tiên về hướng truyền sóng biến dạng để ước lượng thời gian sóng đến và tốc độ truyền.
TOF dựa trên phương pháp sử dụng giả định tiên nghiệm, bao gồm tính đồng dạng tại chỗ, và một hướng truyền đã biết, như vậy thời gian đến tại các vị trí lân cận có thể được sử dụng để xác định tốc độ sóng biến dạng. Trong phương pháp TOF, cần xác định thời gian đến của sóng biến dạng ở mỗi vị trí trong không gian, có thể làm bằng cách sử dụng một loạt các số đo thời gian đến (ví dụ như là thời gian dời chỗ đỉnh và thời gian đến của mép đầu của sóng biến dạng. Một khi thời gian đến đã được xác định như là một hàm của vị trí, một số cách tiếp cận đã được sử dụng để xác định tốc độ sóng biến dạng, bao gồm cả hồi quy tuyến tính của vị trí so với dữ liệu thời gian đến, loại bỏ độ lệch (outlier) với, ví dụ, đồng thuận mẫu ngẫu nhiên (RANSAC), và khi đến bề mặt thời gian phù hợp được làm theo để nghịch đảo phương trình giải pháp Eikonal và phương pháp thiết lập mức độ .
Một ứng dụng lâm sàng của phương pháp tạo hình đàn hồi định lượng đã được nghiên cứu rộng rãi là phân độ xơ hóa gan không xâm hại (non-invasively staging liver fibrosis), là một quá trình bệnh lan tỏa, như vậy, đáp ứng các giả định TOF dựa trên tính đồng dạng qua một vùng truyền rộng. Một ví dụ về mối quan hệ giữa mô-đun biến dạng do lực bức xạ ước tính và làm sinh thiết gan chứng minh giai đoạn fibrosis được hiển thị trong figure 4.
Trong phương pháp tái tạo tốc độ sóng biến dạng, có cân bằng giữa độ chính xác và độ ly giải không gian. Sử dụng larger regression kernels để giả định một vùng đồng dạng lớn hơn và thường kết hợp với độ tĩ mĩ cao và độ chính xác cao; tuy nhiên, điều này xuất phát từ độ ly giải không gian. Smaller regression kernels mang lại độ ly giải không gian tốt hơn cho dữ liệu tốc độ sóng biến dạng tái tạo; tuy nhiên, giảm kích thước kernel cũng làm đánh giá thay đổi nhiều. Độ ly giải không gian của TOF dựa trên tái tạo cuối cùng được giới hạn bởi nhu cầu sóng để truyền trên một không gian giới hạn (finite) để định lượng tốc độ sóng truyền.
Fink et al. đã phát triển rộng rãi và báo cáo phương pháp định lượng sóng biến dạng dựa trên TOF bằng cách sử dụng các kỹ thuật kích thích SSI và đã thông báo độ ly giải không gian từ 1-2 mm. Phương pháp tiếp cận tạo hình SSI đã được thực hiện trong một số ứng dụng lâm sàng, trong đó có: giám sát thủ thuật ablation nhiệt, tạo hình vú, tạo hình cơ xương khớp (figure 5), tạo hình gan và, tạo hình transcranial não động vật nhỏ, trong số những ứng dụng khác.
Những nỗ lực này đã dẫn đến một sản phẩm thương mại SSI mới có gần đây, sẽ được thảo luận sau đây.
Kích thích thoáng qua cũng đã được sử dụng để chẩn đoán phân tán (tức là sự phụ thuộc tần số của tốc độ sóng biến dạng) trong mô mềm. Một phương pháp được trình bày bởi Deffieux et al bằng cách sử dụng phương pháp biến đổi Fourier để đánh giá các pha lệch trên toàn miền truyền sóng của một kích thích SSI như là một hàm của tần số. Bằng cách sử dụng phương pháp này, các tác giả định lượng phân tán của sóng biến dạng ở gan và cơ bắp với tần số sóng biến dạng từ 75 đến 500 Hz.
Với khả năng tạo chùm song song rộng (extensively parallel beam-forming capabilities) hiện có sẵn trên nhiều máy siêu âm, có thể đồng thời theo dõi sự dời chỗ qua một mặt phẳng tạo hình. Vì vậy, hiện nay hình ảnh ARFI (định tính) và SWEI (định lượng) có thể được tạo ra từ một tập dữ liệu đơn (figure 6).
Hình ảnh SWEI miêu tả thông tin định lượng với độ tương phản cao, trong khi ARFI cung cấp hình ảnh độ ly giải không gian cao hơn.

 
BÀN LUẬN

Việc sử dụng lực bức xạ âm như nguồn kích thích cơ học cho tạo hình đàn hồi đã được khảo sát trong các thiết kế nghiên cứu từ giữa thập niên 1990, và gần đây đã được giới thiệu ra thị trường.
Đây là một công cụ độc đáo để tập trung kích thích trực tiếp vào cơ quan nội tạng, với  nguồn rung động từ ngoài. Ngoài ra, phương pháp này không dựa vào người khám để gây stress, do đó dữ liệu thu thập độc lập với người khám. Như với các phương pháp tạo hình đàn hồi bằng kích thích từ ngoài, các phương pháp tạo hình lực bức xạ âm cung cấp cả thông tin đàn hồi định tính và định lượng. Các phương pháp định tính cung cấp thông tin cấu trúc với độ ly giải cao, và phương pháp truyền sóng cung cấp số liệu đàn hồi định lượng.
Để tạo hình đàn hồi định lượng trở thành công cụ lâm sàng khả thi và hữu ích, cần phải thực hiện các nghiên cứu quy mô lớn để thiết lập số liệu đàn hồi các mô bình thường và bệnh lý. Y văn hiện tại có các giá trị độ cứng cho các mô mềm với các phép đo được thực hiện trong một thiết kế ngoài cơ thể,  chứ không phải in vivo. Vì vậy, số đo độ cứng cần phải được thiết lập như là một hàm của trạng thái bệnh và nhân khẩu bệnh nhân (patient demographics) in vivo. Trong khi có nhiều giả thuyết cho lý do tại sao các mô cứng lên hoặc mềm đi trong biểu hiện của bệnh (ví dụ như sẹo gan dẫn đến tăng mô xơ là cứng hơn), các quá trình bệnh lý có biểu hiện cơ học khác nhau dựa trên nguyên nhân của bệnh, điều kiện tiên khởi (pre-existing) và các biến số khác liên quan đến sức khỏe tổng thể của bệnh nhân như huyết áp, tưới máu, vv... Ngoài ra, với nhiều giả định đang được thực hiện trong phương pháp tạo hình sóng biến dạng (ví dụ như tính chất tuyến tính [linearity], độ đàn hồi nhớt [viscoelasticity], vv..), đo độ cứng là quan trọng kèm với thông tin về việc xử lý các thuật toán và các cách thức kích thích (ví dụ như tĩnh so với động, tần số của kích thích, vv...) để so sánh các phương pháp với nhau.
Có bổ sung những cải tiến kỹ thuật để cải thiện khả năng phương pháp tạo hình đàn hồi dựa trên lực bức xạ. Vì béo phì  phổ biến trong xã hội phương Tây, khả năng tạo hình ở sâu được quan tâm nhiều hơn. Nhiều cơ quan đích cho tạo hình đàn hồi, chẳng hạn như gan và thận, trở nên khó tạo hình vì lượng mỡ dưới da và mỡ nội tạng giữa đầu dò siêu âm và cơ quan đích gia tăng. Mô mỡ làm giảm âm nhiều, làm giảm chỉ số tín hiệu siêu âm-nhiễu ồn SNR (signal-to-noise ratio) ở sâu, làm giảm chất lượng hình ảnh B-mode quy ước, ảnh hưởng đến việc đánh giá dời chỗ chính xác, và làm giảm biên độ lực bức xạ âm. Cải tiến trong công nghệ đầu dò để đạt được nhiều hơn lượng âm xuất (acoustic output) mà không làm nóng thấu kính đầu dò sẽ giúp xung âm mạnh hơn và lâu hơn khi đến mô. Ngoài ra, những cải tiến trong đánh giá dời chỗ trong nhiễu tín hiệu giúp tạo hình đàn hồi được cải thiện mà không cần tăng phơi nhiễm âm (acoustic exposure) cho bệnh nhân. Các thuật toán cao cấp hơn đang được nhiều nhóm nghiên cứu tích cực tiến hành.
Cuối cùng, nghiên cứu các mô hình vật chất phức tạp hơn để đại diện cho các mô mềm có khả năng mở ra nhiều cơ hội lâm sàng mới khi bổ sung số liệu để phân biệt các trạng thái bệnh được khám phá thêm. Nhiều cơ hội lâm sàng sẽ được tạo ra khi bổ sung các công nghệ này cho các thế hệ máy thương mại trong tương lai và tạo sẵn điều kiện nghiên cứu nhiều bệnh lý với quy mô lớn cho các bác sĩ.