elastografía de ondas de corte

La onda de cizallamiento es, en esencia, una onda transversal presente en sólidos (como los tejidos humanos) cuando estos se someten a una fuerza de cizallamiento periódica. La onda de cizallamiento generada se propaga en una dirección perpendicular a la vibración. En la elastografía por ondas de cizallamiento, estas ondas se generan mediante la fuerza de radiación acústica focalizada (ARF) proveniente de un conjunto lineal de ultrasonidos.

La fuerza de radiación acústica es un fenómeno acústico no lineal. Básicamente, las partículas están sujetas a una fuerza neta en un campo acústico con gradiente. Aunque la ARF se utiliza ampliamente para fabricar pinzas acústicas ^{[ 15 ]} y manipular partículas ^{[ 16 ]} , también tiene la capacidad de generar desplazamientos en el tejido de forma remota ^{[ 17 ]} . En este caso, un conjunto de transductores de ultrasonido emite pulsos de ultrasonido que convergen en el foco, sirviendo como fuente de esfuerzo cortante. Luego, las ondas de esfuerzo cortante y deformación se propagan hacia afuera.

Una vez generadas las ondas de cizallamiento, estas inducen el desplazamiento del tejido. Se utiliza otro conjunto lineal de ultrasonidos para obtener imágenes en tiempo real del desplazamiento del tejido. El desplazamiento del tejido se calcula mediante un algoritmo de seguimiento de patrones de moteado. ^{[ 18 ]}

La velocidad de la onda de cizallamiento en cada píxel del plano de imagen se calcula mediante un método de tiempo de vuelo . Este método supone que las ondas de cizallamiento se propagan lateralmente dentro del plano. Analizando las señales de posiciones laterales adyacentes, se utiliza su correlación para medir el tiempo de propagación de la onda de cizallamiento entre estos puntos, lo que permite determinar la velocidad de propagación local de la onda. ^{[ 17 ]}

El último paso consiste en reconstruir el mapa de elasticidad a partir de la señal recolectada. Esta distribución de velocidad de onda de corte a través del plano de imagen está estrechamente relacionada con el módulo de corte (G), que cuantifica la rigidez y elasticidad del tejido y se expresa típicamente en kilopascales. El módulo de corte se deriva utilizando la ecuación${\displaystyle G=\rho c_{s}^{2}}$, donde ρ representa la densidad del tejido y${\displaystyle c_{s}}$es la velocidad de la onda de corte calculada en el paso anterior.

En los tejidos blandos, la densidad a menudo se aproxima utilizando valores encontrados en la literatura o se supone que es similar a la del agua (1 g/cm³). Para materiales isotrópicos, la relación entre el módulo de corte y el módulo de Young también se puede expresar como${\displaystyle E=2G(1+\nu )}$dónde${\displaystyle \nu }$es el coeficiente de Poisson. Los tejidos blandos sometidos a pequeñas deformaciones se tratan típicamente como incompresibles (${\displaystyle \nu =0.5}$), simplificando la ecuación a${\displaystyle E=3G}$Como resultado, algunos estudios informan velocidades de ondas de corte o G, mientras que otros utilizan E basándose en estas relaciones.

A diferencia del método previamente descrito, la elastografía transitoria (ET) utiliza vibraciones mecánicas de baja frecuencia (aproximadamente 50  Hz) para generar ondas de cizallamiento en el tejido. ^{[ 19 ]} Funciona excitando la tensión de cizallamiento con un vibrador para que la onda de cizallamiento se genere y penetre en la piel, y visualizando el movimiento de la deformación de los tejidos mediante un transductor ultrasónico a medida que la onda se propaga a mayor profundidad en el cuerpo.

Entre las principales ventajas de la elastografía transitoria se incluyen su simplicidad, rapidez y capacidad para proporcionar mediciones en tiempo real. La elastografía transitoria se utiliza ampliamente para la estadificación de la fibrosis hepática, especialmente en afecciones como la hepatitis B y C. Diversos estudios han demostrado su eficacia en la detección temprana de la fibrosis hepática y la hipertensión portal. Está integrada en dispositivos como FibroScan, ofreciendo una solución portátil y eficiente para la medición de la rigidez hepática en entornos clínicos. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

A medida que se utiliza la fuerza de radiación acústica para generar desplazamientos en los tejidos, la elastografía por ultrasonido entra en una nueva era. Si bien la ARF se utilizó originalmente para empujar el tejido en un punto y calcular su rigidez midiendo el desplazamiento (la llamada ARFI ), los investigadores pronto descubrieron que una parte de las ondas longitudinales generadas por la ARFI se convierte en ondas de corte. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

La elastografía de ondas de corte puntuales (p-SWE) es una técnica avanzada de elastografía por ultrasonido que utiliza impulsos de fuerza de radiación acústica (ARFI) para inducir el desplazamiento del tejido. El desplazamiento generado en este proceso es función de la profundidad y el tiempo. La velocidad se estima mediante correlaciones de ecos retrodifundidos (a través del moteado ultrasónico) registrados a una frecuencia de imagen superior a mil veces por segundo con un transductor ultrasónico monodimensional (5  MHz). ^{[ 20 ]} Esta velocidad se informa directamente o se utiliza para calcular el módulo de Young, lo que proporciona una evaluación cuantitativa de la elasticidad del tejido.

A diferencia de la elastografía transitoria 1D, la p-SWE se puede realizar con equipos de ultrasonido estándar utilizando sondas convencionales, lo que la hace más accesible en entornos clínicos. La técnica es altamente sensible y precisa, ya que elimina la necesidad de compresión manual, reduciendo la variabilidad causada por la dependencia del operador. ^{[ 23 ]}

La imagen de cizallamiento supersónico (SSI) genera fuentes de vibración de ondas de cizallamiento en los tejidos, moviéndose a velocidades supersónicas para generar conos de Mach, que a su vez generan ondas de cizallamiento planares, y captura imágenes de estas ondas de cizallamiento con otra sonda de ultra alta velocidad (5000 fps). ^{[ 24 ]} La composición de la onda de cizallamiento se puede lograr cambiando el ángulo del cono de Mach.

La técnica anterior de imagen elástica transitoria utiliza fuentes de vibración externas para generar ondas de corte. La ventaja es que es insensible al movimiento del paciente y a los artefactos generados por las condiciones de contorno. La desventaja es que el oscilador externo es voluminoso, el modo direccional de la onda de corte es único y produce estimaciones sesgadas. Las soluciones a estos problemas incluyen: enfocar el ultrasonido para producir ARF, usar dos haces de ultrasonido de diferente frecuencia para producir pulsos de baja frecuencia, SWEI y ARFI enfocando el ultrasonido en el tejido durante un período de tiempo más prolongado, midiendo el desplazamiento y calculando la viscoelasticidad en función del tiempo de desplazamiento. Sin embargo, el desplazamiento mecánico depende de la forma del haz, el coeficiente de absorción y la heterogeneidad de la onda de corte en el punto focal, por lo que es difícil evaluarlo cuantitativamente.

SSI combina las ventajas de los métodos anteriores y se basa en ARF para generar ondas de corte cuasiplanas de baja frecuencia, que pueden proporcionar el módulo de corte en 30 ms. ^{[ 25 ]} Su innovación radica en el uso del efecto acumulativo de la interferencia de fase de las ondas de corte para producir un gran desplazamiento. La onda de corte que se propaga en ambas direcciones aumenta la región efectiva. Cambiar el ángulo del cono de Mach y utilizar la recombinación de ondas de corte puede aumentar la robustez.

La elastografía de ondas de corte bidimensional (2D-SWE) es un método ampliamente utilizado para evaluar las propiedades elásticas de los tejidos. A diferencia de la p-SWE, que se centra en un solo punto, la 2D-SWE excita múltiples zonas focales en rápida sucesión, produciendo un cono de onda de corte casi cilíndrico. ^{[ 21 ] [ 24 ]} Esto permite la monitorización y medición en tiempo real de la velocidad de la onda de corte y el módulo de Young (E) en un plano bidimensional, lo que posibilita la creación de elastogramas cuantitativos. ^{[ 26 ]}

Una ventaja significativa de la elastografía por ondas de cizallamiento 2D (2D-SWE) es su capacidad para superponer mapas de elasticidad codificados por colores en tiempo real sobre imágenes de ultrasonido en modo B. Esta integración de información anatómica y de rigidez facilita la localización precisa de anomalías, mejorando la precisión diagnóstica. Se ha aplicado ampliamente en la evaluación de la rigidez tisular en diversos contextos clínicos, incluyendo la estadificación de la fibrosis hepática ^{[ 27 ]} (como se muestra en la figura), la caracterización de lesiones mamarias y la evaluación de nódulos tiroideos.

Los sistemas comerciales que admiten 2D-SWE incluyen Virtual Touch™ Imaging Quantification (VTIQ/ARFI) de Siemens, Shear Wave™ Elastography™ de SuperSonic Imagine, Shear Wave Elastography™ de Philips, Acoustic Structure Quantification™ (ASQ) de Toshiba y el sistema 2D-SWE de GE Healthcare. ^{[ 21 ] [ 26 ] [ 28 ]} Estos sistemas ofrecen alta fiabilidad, pero desafíos como la atenuación de la señal en tejidos profundos y la variabilidad dependiente del operador siguen siendo áreas de investigación y desarrollo activas.

Las sólidas capacidades de la elastografía por ondas de cizallamiento 2D (2D-SWE) la convierten en la opción preferida en la práctica clínica, ya que combina la precisión diagnóstica con la facilidad de uso en la obtención de imágenes en tiempo real.

La elastografía de ondas de corte tridimensional (3D-SWE) amplía los principios de la 2D-SWE al añadir capacidades de imagen volumétrica. Genera mapas de elasticidad 3D codificados por colores, que proporcionan una distribución espacial detallada de la rigidez del tejido en una sola adquisición. ^{[ 29 ]} Esto permite la evaluación cuantitativa de la rigidez del tejido en un volumen más amplio, útil en aplicaciones como evaluaciones de mama, hígado y sistema musculoesquelético. La figura de la derecha muestra un grupo de imágenes reconstruidas en 3D de una mujer de 66 años con fibroadenoma en una biopsia con aguja gruesa, cuyos resultados indican la categoría 4a BI-RADS.

La elastografía de onda de corte tridimensional (3D-SWE) ofrece resultados comparables a la elastografía de onda de corte bidimensional (2D-SWE), pero su capacidad para proporcionar visualización multiplanar y mapeo espacial de órganos representa una clara ventaja. Sin embargo, desafíos como la variabilidad dependiente de la ubicación y el volumen, así como las diferencias de medición específicas del sistema, requieren un estudio más profundo. Entre sus aplicaciones se incluyen el diagnóstico de masas escrotales y la evaluación de la infertilidad masculina. Si bien es prometedora, la 3D-SWE se beneficia de estudios a mayor escala para validar su papel en la práctica clínica, en particular para mejorar los cálculos de volumen y la evaluación de lesiones en múltiples dimensiones. ^{[ 30 ]}

La elastografía por ondas de corte ha demostrado potencial para la evaluación no invasiva de la fibrosis hepática. Si bien la biopsia de tejido sigue siendo el método de referencia para el diagnóstico de la fibrosis hepática, la elastografía por ondas de corte es un método diagnóstico no invasivo que puede reflejar adecuadamente el estado de fibrosis de todo el hígado. ^{[ 31 ] [ 32 ]} Sin embargo, la elastografía hepática por ondas de corte (SWE) tiene sus limitaciones. Por ejemplo, las mediciones pueden verse afectadas tanto por procesos patológicos como fisiológicos normales. Además, varios procesos patológicos, como la inflamación hepática y la congestión hepática pasiva, también pueden influir negativamente en la medición de la SWE. ^{[ 21 ]}

Aunque la mamografía y la ecografía son los métodos de detección de cáncer de mama más utilizados, ambos presentan algunas limitaciones, como la presencia de falsos negativos en la mamografía de mamas densas y la especificidad relativamente baja de la ecografía en modo B. ^{[ 33 ]} La elastografía por ondas de corte (SWE) puede utilizarse como herramienta complementaria para mejorar la caracterización no invasiva de las lesiones mamarias. La imagen de la derecha muestra un ejemplo de SWE en cáncer de mama.

La elastografía por ondas de cizallamiento (SWE) para el diagnóstico del cáncer de mama presenta limitaciones, como la falta de una codificación de color estandarizada para el elastograma y las dificultades para evaluar lesiones heterogéneas o profundas. Algunas lesiones benignas pueden parecer rígidas, mientras que las malignas pueden parecer blandas ocasionalmente, lo que requiere un análisis cuidadoso de los tejidos circundantes. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

Los nódulos tiroideos son un hallazgo común en la población general, presentes hasta en el 67% de los adultos mediante ecografía en modo B de alta resolución. ^{[ 36 ]} La elastografía por ondas de cizallamiento (SWE) se muestra prometedora en el diagnóstico de malignidad tiroidea, particularmente en neoplasias foliculares, lo que podría reducir las tiroidectomías totales innecesarias. Sin embargo, la SWE en el diagnóstico de nódulos tiroideos presenta desafíos, incluyendo la variabilidad dependiente del operador, la eficacia limitada en nódulos con calcificaciones o componentes quísticos, y las imprecisiones en nódulos grandes o fibróticos. Se necesitan estudios de cohortes más amplios y estandarización para abordar la variabilidad y el sesgo de selección en la investigación actual. ^{[ 37 ]}

Estudios recientes sobre elastografía por ondas de corte (SWE, por sus siglas en inglés) de tendones y músculos han mostrado resultados prometedores, la mayoría de ellos experimentales y algunos clínicos.

Los hallazgos de SWE sugieren que las ondas de corte viajan más rápido en tendones y músculos sanos o contraídos que en los enfermos o relajados, y la propagación es más rápida a lo largo del eje longitudinal del tendón que a lo largo del eje transversal. ^{[ 38 ]}

Estos hallazgos resaltan el potencial de la elastografía por ondas de cizallamiento (SWE) para evaluar la salud de los tendones y los músculos. ^{[ 1 ]}

La SWE se utiliza ampliamente en la medición de muchos otros tejidos humanos como el riñón , ^{[ 39 ]} ganglio linfático , ^{[ 40 ]} próstata , ^{[ 41 ]} nervios , ^{[ 42 ]} articulaciones y ligamentos , ^{[ 43 ]} y demás.

La elastografía por ondas de cizallamiento (SWE) ha demostrado su versatilidad en la evaluación de una amplia gama de tejidos, aportando información diagnóstica valiosa sobre sus propiedades mecánicas. A medida que sus aplicaciones clínicas se expanden, la SWE se perfila como una herramienta prometedora para mejorar el diagnóstico de enfermedades, la planificación del tratamiento y el seguimiento de pacientes en numerosos campos médicos. Los avances futuros, como una mayor resolución de imagen, la estandarización de protocolos y la integración con la IA, podrían perfeccionar aún más su precisión diagnóstica y ampliar su utilidad, consolidando la SWE como una herramienta indispensable en la medicina personalizada.