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Elastografía

La elastografía es una clase de métodos de diagnóstico por imagen médica que permiten mapear las propiedades elásticas y la rigidez de los tejidos blandos . [ 1 ] [ 2 ] La idea ...

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La elastografía es una clase de métodos de diagnóstico por imagen médica que permiten mapear las propiedades elásticas y la rigidez de los tejidos blandos . [ 1 ] [ 2 ] La idea principal es que la dureza o blandura del tejido proporciona información diagnóstica sobre la presencia o el estado de una 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 resonancia magnética (RM) para crear tanto el mapa de rigidez como una imagen anatómica para su comparación. [ 5 ]

Antecedentes históricos

La palpación se ha utilizado durante mucho tiempo para detectar enfermedades. En un autoexamen de mamas , 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 una persona o animal con las manos del profesional de la salud. La palpación manual se remonta al menos al año 1500 a. C., y tanto el Papiro de Ebers egipcio como el Papiro de Edwin Smith ofrecen instrucciones sobre el diagnóstico mediante palpación. En la antigua Grecia , Hipócrates impartió instrucciones sobre diversas formas de diagnóstico mediante palpación, incluyendo la palpación de las mamas, 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 tiene varias limitaciones importantes: se limita a los tejidos accesibles a la mano del médico, se ve distorsionada por cualquier tejido intermedio y es cualitativa , no cuantitativa . La elastografía, la medición de la rigidez del tejido, busca abordar estos problemas. [ 6 ]

Cómo funciona

Existen numerosas técnicas elastográficas, en diversas etapas de desarrollo, desde la investigación inicial hasta su amplia aplicación clínica. Cada una de estas técnicas funciona de manera 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 sus propiedades mecánicas y, posteriormente, muestran los resultados al operador, generalmente en forma de imagen. Cada método elastográfico se caracteriza por la forma en que realiza cada una de estas funciones. [ 6 ]

Inducir una distorsión

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. Estas son: [ 7 ]

  • Empujar/deformar o vibrar la superficie del cuerpo ( piel ) o del órgano ( próstata ) con una sonda o una herramienta,
  • Utilizando imágenes de impulso de fuerza de radiación acústica mediante ultrasonido para crear remotamente un "empuje" dentro del tejido, y
  • Utilizando distorsiones creadas por procesos fisiológicos normales, por ejemplo, el pulso o los latidos del corazón.

Observando la respuesta

La principal forma de clasificar las técnicas elastográficas es según la modalidad de imagen (tipo) que utilizan para observar la respuesta. Las técnicas elastográficas emplean ultrasonido , resonancia magnética (RM) y sensores de presión/tensión en la imagen táctil (IT) mediante sensores táctiles . Existen también otros métodos. [ 8 ]

La observación de la respuesta del tejido puede adoptar diversas formas. En cuanto a la imagen obtenida, puede ser unidimensional (es decir, una línea), bidimensional (un plano), tridimensional (un volumen) o cero-dimensional (un único valor), y puede ser un vídeo o una sola imagen. En la mayoría de los casos, el resultado se muestra al operador junto con una imagen convencional del tejido, que indica en qué parte del tejido se producen los diferentes valores de rigidez. [ 9 ]

Procesamiento y presentación

Una vez observada la respuesta, se puede calcular la rigidez a partir de ella. La mayoría de las técnicas de elastografía determinan la rigidez del tejido basándose en uno de dos principios principales: [ 10 ]

  • Ante una fuerza aplicada determinada ( tensión ), el tejido más rígido se deforma ( se deforma ) menos que el tejido más blando.
  • Las ondas mecánicas (específicamente las ondas de cizallamiento ) viajan más rápido a través de los tejidos más rígidos que a través de los tejidos más blandos.

Algunas técnicas simplemente mostrarán la distorsión y/o la 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 cuantitativos, mientras que otras solo presentan resultados cualitativos (relativos). [ 10 ]

Elastografía por ultrasonido

Existen numerosas técnicas de elastografía por ultrasonido. Las más destacadas se resaltan a continuación. [ 10 ]

Elastografía cuasiestática / imágenes de deformación

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

La elastografía cuasiestática (a veces llamada simplemente «elastografía» por razones históricas) es una de las técnicas de elastografía más antiguas. 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 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 suele tener utilidad clínica. [ 1 ]

Sin embargo, a partir de la imagen de distorsión relativa, a menudo se desea crear un mapa cuantitativo de rigidez. Para ello, es necesario hacer suposiciones sobre la naturaleza del tejido blando que se está visualizando y sobre el tejido que se encuentra fuera de la imagen. Además, bajo compresión, los objetos pueden moverse dentro o fuera de la imagen, o desplazarse dentro de ella, lo que dificulta la interpretación. Otra limitación de esta técnica es que, al igual que la palpación manual, presenta dificultades con órganos o tejidos que no están cerca de la superficie o que no se comprimen fácilmente. [ 4 ]

Imágenes por impulso de fuerza de radiación acústica (ARFI)

Imagen ARFI de un nódulo tiroideo en el lóbulo tiroideo derecho. La velocidad de la onda de corte dentro del recuadro es de 6,24 m/s, lo que refleja una alta rigidez. La histología reveló un carcinoma papilar .

La imagen por impulso de fuerza de radiación acústica (ARFI) [ 11 ] utiliza ultrasonido para crear un mapa cualitativo bidimensional de la rigidez del tejido. Lo hace creando un "empuje" dentro del tejido mediante la fuerza de radiación acústica de un haz de ultrasonido enfocado. La cantidad en que el tejido se empuja hacia abajo a lo largo del eje del haz refleja la rigidez del tejido; el tejido más blando se empuja con mayor facilidad que el tejido más rígido. ARFI muestra un valor cualitativo de rigidez a lo largo del eje del haz de empuje. Al empujar en diferentes puntos, se construye un mapa de la rigidez del tejido. La cuantificación de imágenes de tacto virtual (VTIQ) se ha utilizado con éxito para identificar ganglios linfáticos cervicales malignos. [ 12 ]

Imágenes de elasticidad por ondas de corte (SWEI)

En la elastografía por ondas de corte (SWEI), [ 13 ] similar a la ARFI, se induce un "empuje" profundo en el tejido mediante la fuerza de radiación acústica . La perturbación creada por este empuje viaja lateralmente a través del tejido como una onda de corte . Al usar una modalidad de imagen como ultrasonido o resonancia magnética para ver qué tan rápido la onda llega a diferentes posiciones laterales, se infiere la rigidez del tejido intermedio. Dado que los términos "imagen de elasticidad" y "elastografía" son sinónimos, el término original SWEI que denota la tecnología para el mapeo de elasticidad usando 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 del haz y crea un mapa de elasticidad midiendo los parámetros de propagación de la onda de corte, mientras que ARFI obtiene información de elasticidad del eje del haz de empuje y usa múltiples empujes para crear un mapa de rigidez 2D. No hay ondas de corte involucradas en ARFI y no hay evaluación de elasticidad axial involucrada en SWEI. SWEI se implementa en la obtención de imágenes de cizallamiento supersónico (SSI).

Imágenes de cizallamiento supersónico (SSI)

Imágenes de cizallamiento supersónico de la rigidez durante la contracción de los músculos de la mano abductor del dedo meñique (A) y primer interóseo dorsal (B). La escala está expresada en kPa de módulo de cizallamiento.

La imagen de cizallamiento supersónico (SSI) [ 14 ] [ 15 ] proporciona un mapa bidimensional cuantitativo en tiempo real de la rigidez del tejido. La SSI se basa en SWEI: utiliza la fuerza de radiación acústica para inducir un "empuje" dentro del tejido de interés, generando ondas de cizallamiento, y la rigidez del tejido se calcula a partir de la velocidad a la que la onda de cizallamiento resultante viaja a través del tejido. Los mapas de velocidad local del tejido se obtienen con una técnica convencional de seguimiento de motas y proporcionan una película completa de la propagación de la onda de cizallamiento a través del tejido. Hay dos innovaciones principales implementadas en la SSI. Primero, al utilizar muchos empujes casi simultáneos, la SSI crea una fuente de ondas de cizallamiento que se mueve a través del medio a velocidad supersónica. Segundo, la onda de cizallamiento generada se visualiza utilizando una técnica de imagen ultrarrápida. Utilizando algoritmos de inversión, la elasticidad de cizallamiento del medio se mapea cuantitativamente a partir de la película de propagación de la onda. La SSI es la primera tecnología de imagen ultrasónica capaz de alcanzar más de 10 000 fotogramas por segundo de órganos profundos. SSI proporciona un conjunto de parámetros cuantitativos e in vivo que describen las propiedades mecánicas del tejido: módulo de Young, viscosidad y anisotropía.

Este enfoque demostró beneficio clínico en imágenes de mama, tiroides, hígado, próstata y musculoesqueléticas . SSI se utiliza para el examen de mama con varios transductores lineales de alta resolución. [ 16 ] Un gran estudio multicéntrico de imágenes de mama ha demostrado tanto reproducibilidad [ 17 ] como una mejora significativa en la clasificación [ 18 ] de lesiones mamarias cuando se agregan imágenes de elastografía de onda de corte a la interpretación de imágenes de ultrasonido estándar en modo B y modo Color.

elastografía transitoria

En la industria alimentaria, los ultrasonidos de baja intensidad se utilizan desde la década de 1980 para proporcionar información sobre la concentración, la estructura y el estado físico de los componentes de alimentos como verduras, carnes y productos lácteos, y también para el control de calidad, [ 19 ] por ejemplo, para evaluar las cualidades reológicas del queso. [ 20 ]

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 hepática es significativamente mayor en el hígado cirrótico.

La elastografía transitoria se denominó inicialmente elastografía de pulso resuelta en el tiempo [ 21 ] 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 cizallamiento en el tejido. La propagación de la onda de cizallamiento se rastrea mediante ultrasonido para evaluar su velocidad, a partir de la cual se deduce el módulo de Young bajo la 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 las ondas de cizallamiento y las ondas de compresión. [ 22 ] La técnica se puede implementar en 1D [ 23 ] y 2D, lo que requirió el desarrollo de un escáner de ultrasonido ultrarrápido. [ 24 ]

La elastografía transitoria proporciona una imagen cuantitativa unidimensional (es decir, una línea) de la rigidez del tejido. Funciona vibrando la piel con un motor para crear una distorsión transitoria en el tejido (una onda de cizallamiento ) y visualizando el movimiento de esa distorsión a medida que penetra más profundamente en el cuerpo mediante un haz de ultrasonido 1D. Luego muestra una línea cuantitativa de datos de rigidez del tejido (el módulo de Young ). [ 25 ] [ 26 ] Esta técnica se utiliza principalmente en el sistema FibroScan, que se emplea para la evaluación del hígado, [ 27 ] por ejemplo, para diagnosticar la cirrosis . [ 28 ] 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. [ 29 ] [ 30 ] Esta técnica se implementa en un dispositivo que también puede evaluar el parámetro de atenuación controlada (CAP), que es un buen marcador sustituto de la esteatosis hepática . [ 31 ]

Elastografía por resonancia magnética (ERM)

Imagen anatómica de resonancia magnética de un cerebro (arriba) y elastograma de elastografía por resonancia magnética del mismo cerebro (abajo). La rigidez se expresa en kPa de módulo de corte .

La elastografía por resonancia magnética (ERM) [ 32 ] se introdujo a mediados de la década de 1990 y se han investigado múltiples aplicaciones clínicas. En la ERM, se utiliza un vibrador mecánico en la superficie del cuerpo del paciente; esto crea ondas de cizallamiento que viajan hacia los tejidos más profundos del paciente. Se utiliza una secuencia de adquisición de imágenes que mide la velocidad de las ondas, y esto se utiliza para inferir la rigidez del tejido (el módulo de cizallamiento ). [ 33 ] [ 34 ] El resultado de una exploración de ERM es un mapa 3D cuantitativo de la rigidez del tejido, así como una imagen de resonancia magnética 3D convencional.

Una de las ventajas de la elastografía por resonancia magnética (ERM) es el mapa de elasticidad tridimensional resultante, que puede abarcar un órgano completo. [ 2 ] Dado que la ERM no está limitada por el aire ni el hueso, puede acceder a algunos tejidos a los que la ecografía no puede llegar, especialmente al cerebro. Además, presenta la ventaja de ser más uniforme entre operadores y depender menos de la habilidad del operador que la mayoría de los métodos de elastografía por ultrasonido.

La elastografía por resonancia magnética ha experimentado avances significativos en los últimos años, con tiempos de adquisición de hasta un minuto o menos, y se ha utilizado en diversas aplicaciones médicas, incluyendo la investigación cardiológica en corazones humanos vivos. El corto tiempo de adquisición de la elastografía por resonancia magnética también la hace competitiva frente a otras técnicas de elastografía. [ 35 ]

elastografía óptica

La elastografía óptica es una técnica emergente que utiliza la microscopía óptica para obtener imágenes de tejido. La forma más común de elastografía óptica, la elastografía de coherencia óptica (OCE), se basa en la tomografía de coherencia óptica (OCT), que combina la interferometría con el escaneo de haz lateral para la adquisición rápida de imágenes 3D y alcanza resoluciones espaciales de 5-15 μm. [ 36 ] Para la OCE, se aplica una carga mecánica al tejido y la deformación resultante se mide utilizando el seguimiento de patrones de moteado o la detección sensible a la fase. [ 37 ] Las primeras implementaciones de la OCE implicaban la aplicación de una compresión cuasiestática al tejido, [ 38 ] aunque más recientemente se ha logrado la carga dinámica mediante la aplicación de una modulación sinusoidal a través de un transductor de contacto u onda acústica. [ 36 ] También se han introducido otras modalidades de imagen con mayor resolución óptica para la elastografía óptica para explorar la microescala entre células y tejidos completos. [ 36 ] La OCT se basa en longitudes de onda más largas, de 850 a 1050  nm, y por lo tanto proporciona una resolución óptica más baja en comparación con la microscopía de luz común, que utiliza longitudes de onda visibles de 400 a 700  nm, y proporciona resoluciones espaciales laterales de <1 μm. Ejemplos de análisis de mayor resolución incluyen el uso de microscopía confocal y de lámina de luz respectivamente para la caracterización mecánica de esferoides multicelulares [ 39 ] y para el análisis estructural de organoides 3D con resolución de célula única. [ 40 ] Al utilizar estas modalidades de imagen, se puede inducir compresión cuasiestática en la muestra de tejido mediante un dispositivo de microindentación, como una micropinza. [ 39 ] La deformación resultante se puede medir a partir de las imágenes de microscopía utilizando algoritmos de seguimiento nodal basados ​​en imágenes, [ 39 ] [ 40 ] y las propiedades mecánicas se pueden discernir utilizando análisis del método de elementos finitos (FEM).

Aplicaciones

Aunque no es visible en la ecografía convencional en escala de grises (izquierda), una imagen de elastografía por deformación (centro) de la próstata detecta un cáncer (área rojo oscuro en la parte inferior izquierda). El hallazgo se confirma mediante histología .

La elastografía se utiliza para investigar diversas patologías en múltiples órganos. Proporciona información diagnóstica adicional a la de una simple imagen anatómica y puede utilizarse para guiar biopsias o, cada vez más, para sustituirlas por completo. Las biopsias son invasivas y dolorosas, y conllevan riesgo de hemorragia o infección, mientras que la elastografía es completamente no invasiva. [ 10 ]

Una lectura de elastografía transitoria (FibroScan) que muestra la medición de rigidez hepática (LSM) para evaluar la fibrosis y el parámetro de atenuación controlada (CAP) para cuantificar la esteatosis hepática (hígado graso). [ 41 ] [ 42 ]

La elastografía se utiliza para investigar enfermedades del hígado. La rigidez hepática suele ser indicativa de fibrosis o esteatosis ( enfermedad del hígado graso ), que a su vez son indicativas de numerosas afecciones, como la cirrosis y la hepatitis . La elastografía resulta particularmente ventajosa en este caso porque, cuando la fibrosis es difusa (se extiende en cúmulos en lugar de presentar cicatrices continuas), una biopsia puede fácilmente no obtener una muestra del tejido afectado, lo que da lugar a un diagnóstico erróneo falso negativo . [ 43 ]

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 la obtención de imágenes musculoesqueléticas y pueden determinar las propiedades mecánicas y el estado de los músculos y tendones . Dado 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 mediante palpación manual. Por ejemplo, la elastografía por resonancia magnética es capaz de evaluar la rigidez del cerebro , [ 44 ] y existe un creciente cuerpo de literatura científica sobre elastografía en cerebros sanos y enfermos.

En 2015, se publicaron informes preliminares sobre elastografía utilizada en riñones trasplantados para evaluar la fibrosis cortical, mostrando resultados prometedores. [ 45 ] En el estudio de la Universidad de Bristol , Niños de los 90 , se encontró que el 2,5 % de 4000 personas nacidas en 1991 y 1992 tenían enfermedad del hígado graso no alcohólico, según una ecografía realizada a los 18 años; cinco años después, la elastografía transitoria encontró que más del 20 % tenían depósitos grasos en el hígado por esteatosis, lo que indica enfermedad del hígado graso no alcohólico; la mitad de ellos fueron clasificados como graves. Las exploraciones también encontraron que el 2,4 % tenía cicatrices hepáticas por fibrosis , que pueden conducir a la cirrosis . [ 46 ] [ 47 ]

Otras técnicas incluyen la elastografía con tomografía de coherencia óptica [ 48 ] (es decir, luz).

La imagen táctil implica 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 diversas configuraciones. [ 49 ]

Notas

† ^ En el caso de la obtención de imágenes de movimiento endógeno, en lugar de inducir una perturbación, se observan perturbaciones creadas naturalmente por procesos fisiológicos.

Referencias

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