La elastografía pertenece a una clase de modalidades de imágenes médicas que mapean las propiedades elásticas y la rigidez del tejido blando . [1] [2] La idea principal es que si el tejido es duro o blando brindará información diagnóstica 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 la ecografía o la resonancia magnética (MRI) para realizar tanto el mapa de rigidez como una imagen anatómica para comparar. [ cita necesaria ]
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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 el papiro egipcio de Ebers y el papiro de Edwin Smith dan instrucciones sobre el diagnóstico mediante palpación. En la antigua Grecia , Hipócrates dio instrucciones sobre muchas formas de diagnóstico mediante palpación, incluida la palpación de los senos, heridas, intestinos, úlceras, útero, piel y tumores. En el mundo occidental moderno, la palpación pasó a ser considerada 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, está distorsionada por cualquier tejido intermedio y es cualitativa pero no cuantitativa. La elastografía, la medición de la rigidez del tejido, busca abordar estos desafíos.
Existen numerosas técnicas elastográficas, en etapas de desarrollo desde la investigación inicial hasta la aplicación clínica extensa. Cada una de estas técnicas funciona de una 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 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.
Para visualizar las propiedades mecánicas del tejido, necesitamos ver cómo se comporta cuando se deforma. Hay tres formas principales de inducir una distorsión en la observación. Estos son:
La forma principal en que se clasifican las técnicas elastográficas es según la modalidad (tipo) de imagen que utilizan para observar la respuesta. Las técnicas elastográficas utilizan ultrasonido , resonancia magnética (MRI) y sensores de presión/estrés en imágenes táctiles (TI) utilizando sensores táctiles . También existen varios otros métodos.
La observación de la respuesta del tejido puede adoptar 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 valor único), y puede ser una 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 muestra en qué parte del tejido se producen los diferentes valores de rigidez.
Una vez observada la respuesta, a partir de ella se puede calcular la rigidez. La mayoría de las técnicas de elastografía determinan la rigidez del tejido basándose en uno de dos principios fundamentales:
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 sólo presentan resultados cualitativos (relativos).
Existen multitud de técnicas elastográficas ecográficas. Los más destacados se destacan a continuación.
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 ecográficas 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 suele ser de utilidad clínica. [1]
Sin embargo, a partir de la imagen de distorsión relativa, a menudo se desea realizar un mapa de rigidez cuantitativa . Para hacer esto es necesario hacer suposiciones sobre la naturaleza del tejido blando del que se obtienen imágenes y sobre el tejido fuera de la imagen. Además, bajo compresión, los objetos pueden moverse dentro o fuera de la imagen o alrededor de ella, causando problemas de interpretación. Otro límite de esta técnica es que al igual que la palpación manual, tiene dificultades con órganos o tejidos que no están cerca de la superficie o no se comprimen fácilmente. [4]
La imagen de impulso de fuerza de radiación acústica (ARFI) [5] utiliza ultrasonido para crear un mapa bidimensional cualitativo de la rigidez del tejido. Lo hace creando un "empuje" dentro del tejido utilizando la fuerza de radiación acústica de un haz de ultrasonido enfocado. La cantidad de empuje hacia abajo del tejido a lo largo del eje del haz refleja la rigidez del tejido; El tejido más blando se empuja más fácilmente que el tejido más rígido. ARFI muestra un valor de rigidez cualitativa 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 por tacto virtual (VTIQ) se ha utilizado con éxito para identificar ganglios linfáticos cervicales malignos. [6]
En las imágenes de elasticidad de ondas de corte (SWEI), [7] similares a 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 utilizar una modalidad de imagen como la ecografía o la resonancia magnética para ver qué tan rápido llega la onda a diferentes posiciones laterales, se infiere la rigidez del tejido interpuesto. Dado que los términos "imagen de elasticidad" y "elastografía" son sinónimos, el término original SWEI que denota la tecnología para mapear la 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 del haz y crean un mapa de elasticidad midiendo los parámetros de propagación de las ondas de corte, mientras que ARFI obtiene información de elasticidad del eje del haz de empuje y utiliza múltiples empujones. 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 supersónicas (SSI).
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Las imágenes de corte supersónico (SSI) [8] [9] brindan 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 la 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 moteado 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 utilizar muchos impulsos casi simultáneos, SSI crea una fuente de ondas de corte que se mueve a través del medio a una velocidad supersónica. En segundo lugar, la onda de corte generada se visualiza mediante una técnica de imágenes ultrarrápida. Utilizando algoritmos de inversión, la elasticidad de corte 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 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 un beneficio clínico en imágenes de mama, tiroides, hígado, próstata y musculoesquelético . SSI se utiliza para el examen de mama con varios transductores lineales de alta resolución. [10] Un gran estudio multicéntrico de imágenes mamarias ha demostrado reproducibilidad [11] y una mejora significativa en la clasificación [12] de las lesiones mamarias cuando se agregan imágenes de elastografía de onda cortante a la interpretación de las imágenes de ultrasonido estándar en modo B y en color. .
En la industria alimentaria, los ultrasonidos de baja intensidad ya se utilizan desde la década de 1980 para proporcionar información sobre la concentración, estructura y estado físico de los componentes de alimentos como verduras, carnes y productos lácteos y también para el control de calidad [13]. por ejemplo para evaluar las cualidades reológicas del queso. [14]
La elastografía transitoria se llamó inicialmente elastografía de pulso resuelta en el tiempo [15] cuando se introdujo a finales de los años 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 sigue 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. [16] La técnica se puede implementar en 1D [17] y 2D, lo que requirió el desarrollo de un escáner de ultrasonido ultrarrápido. [18]
La elastografía transitoria proporciona una imagen cuantitativa unidimensional (es decir, una línea) de la rigidez del "tejido". Funciona haciendo vibrar la piel con un motor para crear una distorsión pasajera en el tejido (una onda de corte ) y generando imágenes del 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 ). [19] [20] Esta técnica es utilizada principalmente por el sistema Fibroscan, que se utiliza para la evaluación del hígado, [21] por ejemplo, para diagnosticar cirrosis . [22] Se ha desarrollado una implementación específica de elastografía transitoria 1D llamada VCTE para evaluar la rigidez promedio del hígado que se correlaciona con la fibrosis hepática evaluada mediante biopsia hepática. [23] [24] 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 . [25]
La elastografía por resonancia magnética (MRE) [26] 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 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 corte ). [27] [28] El resultado de una exploración por MRE es un mapa tridimensional cuantitativo de la rigidez del tejido, así como una imagen de resonancia magnética tridimensional convencional.
Uno de los puntos fuertes de la MRE es el mapa de elasticidad tridimensional resultante, que puede cubrir un órgano completo. [2] Debido a que la resonancia magnética no está limitada por el aire o el hueso, puede acceder a algunos tejidos a los que la ecografía no puede acceder, en particular al 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.
La elastografía se utiliza para la investigación de muchas enfermedades en muchos órganos. Puede usarse para obtener información de diagnóstico adicional en comparación con una mera imagen anatómica y puede usarse para guiar biopsias o, cada vez más, reemplazarlas por completo. Las biopsias son invasivas y dolorosas y presentan riesgo de hemorragia o infección, mientras que la elastografía es completamente no invasiva.
La elastografía se utiliza 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, incluidas cirrosis y hepatitis . La elastografía es particularmente ventajosa en este caso porque cuando la fibrosis es difusa (se extiende en grupos en lugar de cicatrices continuas), una biopsia puede fácilmente omitir el muestreo del tejido enfermo, lo que resulta en un diagnóstico erróneo falso negativo .
Naturalmente, la elastografía se utiliza en órganos y enfermedades en las que la palpación manual ya estaba muy extendida. La elastografía se utiliza para la detección y 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 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 cuales no hay antecedentes de diagnóstico con palpación manual. Por ejemplo, la elastografía por resonancia magnética es capaz de evaluar la rigidez del cerebro , [29] y existe un creciente cuerpo de literatura científica sobre elastografía en cerebros sanos y enfermos.
En 2015, se publicaron informes preliminares sobre la elastografía utilizada en riñones trasplantados para evaluar la fibrosis cortical que muestran resultados prometedores. [30] En el estudio de la Universidad de Bristol Children of the 90s , se descubrió mediante ecografía a la edad de 18 años que el 2,5% de 4.000 personas nacidas en 1991 y 1992 tenían enfermedad del hígado graso no alcohólico; cinco años después, la elastografía transitoria encontró que más del 20% tenía depósitos grasos en el hígado de 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 de fibrosis en el hígado , lo que puede provocar cirrosis . [31]
Otras técnicas incluyen elastografía con tomografía de coherencia óptica [32] (es decir, ligera).
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. [33]