ЧТО ЗА ПАРАМЕТР ИЗМЕРЯЕТСЯ ПРИ ЭЛАСТОГРАФИИ?
Кузнецов Е.П. (к.м.н.)*, Коробейникова О.В. (д.т.н.)**, Бабочкин А.Б., Самарин А.Г.( к.м.н.), Богдан О.П.**
*ГОУ ВПО «Ижевская государственная медицинская академия»,
**ГОУ ВПО « Ижевский государственный технический университет»
БУЗ УР «Республиканская инфекционная больница МЗ УР», г. Ижевск
БУЗ УР «Республиканский клинико-диагностический центр МЗ УР», г. Ижевск
1. В ЧЕМ ВОПРОС?
При появлении любого нового метода медицинской визуализации необходимость измерять и интерпретировать количественные показатели, не являющиеся геометрическими параметрами объекта, становится подлинной головной болью. Так уже было с измерением абсолютных величин линейных скоростей при допплеровском сканировании, когда стало ясно, что уголнезависимые индексы более репрезентативны, чем кое-как измеренные скорости. То же происходит сейчас с попытками клинической интерпретации количественных параметров, выявляемых при эластографии. Если врач, проводящий эластографию, не будет понимать, что же на самом деле он измеряет, грош цена его измерениям. Неправильно интерпретируемая количественная информация просто опасна для здоровья пациента.
Эластография пока, к счастью, недоступна широким массам врачей УЗД, являясь по сути особой модой. Но это ненадолго. Скоро поток эластографической информации хлынет в народные массы, и тогда малопонятность метода наложится на желание заработать, идущее рука об руку с привычным невежеством первичного звена и самих пациентов… и один Бог знает, что из этого выйдет. Поэтому, пока не поздно, попытаемся разобраться в сути вопроса.
По сути эластография – это вариант метода т.н. тканевого допплера, при котором оцениваются не собственные, спонтанные движения органа, а вынужденные колебания ткани, провоцируемые приложением внешней силы. При этом скоростные параметры движения ткани по определенному алгоритму пересчитываются в некие количественные показатели упругости, жесткости или механического напряжения.
Все было бы хорошо, если бы измеряемый при эластографии параметр был относительным или безразмерным, но прибор при проведении исследования выдает абсолютную «цифру», выраженную в килопаскалях (КПа). Дальше – с клинической интерпретацией этой «цифры» – ситуация как в анекдоте.
2.АНЕКДОТ.
Взлетает самолет. Пилот – бортинженеру:
- Приборы?!
Бортинженер пилоту:
- Восемь!
Пилот (возмущенно):
- Что «восемь»?!
Бортинженер в ответ:
- А что «приборы?!»?
3.ТАК ЧТО ЖЕ ТАКОЕ «ПРИБОРЫ» ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЭЛАСТОГРАФИИ?
Безусловно, эластография в ее любом варианте (сдвиговой волны, компрессионная динамическая, статическая) отражает реальные механические свойства исследуемой ткани, а именно – способность объекта (в данном случае – живых тканей) упруго деформироваться при приложении к нему силы. Физическая величина, характеризующая это свойство, – модуль упругости, который в системе СИ выражается в паскалях (килопаскалях, мегапаскалях и т.д.).
Однако модулей упругости известно много (модуль Юнга, модуль сдвига, модуль объемной упругости, а также различные показатели и коэффициенты, например, коэффициент Пуассона), т.к. они отражают разные способы приложения силы и разные типы деформаций в ответ на эту силу, хотя измеряются все в Паскалях.
Как показала недавняя дискуссия с коллегами, из всего многообразия им известна только одна величина, а именно – модуль Юнга, и все искренне уверены, что при эластографии они имеют дело именно с ним. Но не так все просто. Выводимая на экран величина КПа действительно пропорциональна модулю Юнга измеряемого объекта, но никак ему не равна. Вероятно, это связано с тем, что врачи не любят копаться в формулах и хитросплетениях модулей упругости (наука под названием сопромат нелюбима даже технарями), т.к. испытывают идиосинкразию к физике как науке точной и стремятся уйти от нее подальше в сферу субъективных мнений, каковой по традиции является метод УЗИ.
Однако ничего сложного в этих модулях нет.
Рассмотрим три наиболее нужных нам модуля и один коэффициент.
Модуль Юнга (Е) – модуль продольной упругости. Самый известный из всех. Отражает свойство ткани деформироваться по оси, т.е. удлиняться или укорачиваться вдоль вектора деформирующей силы. Таким образом сила прикладываетсяпо оси предмета.
Модуль сдвига (G ) – способность ткани (объекта) сопротивляться сдвиговой нагрузке, т.е. изменять форму при сохранении объема. Сила прикладываетсяпод углом (ad maximum – поперек) к оси предмета.
Модуль объемной упругости (К) – способность ткани (объекта) сопротивляться/деформироваться при всестороннем обжатии, т.е. отражает уменьшение объема (сжимаемость) ткани в ответ на увеличения давления окружающей среды. Т.е. сила действует на предметсо всех сторон по направлению к центру.
Величина этих модулей в КПа весьма различается: например, у стекла Е=70 Гпа, G=26,2 ГПа, а К=35-55 ГПа.
Физический прикол состоит в том, что зная любые два модуля из трех, всегда можно вычислить третий, а если знаешь плотность ткани – так еще и скорость звукопроведения.
Связаны эти модули через коэффициент Пуассона (формулы писать не будем – кому надо, посмотрит в Википедии).
Наиболее «отзывчивым», репрезентативным параметром при исследовании живых, т.е. практически несжимаемых, тканей является, естественно, модуль сдвига.
И все было бы ничего, если бы живые ткани являлись однородными и изотропными объектами, и имелось бы достаточное количество неинвазивно измеренных параметров, например, тот же коэффициент Пуассона. К сожалению, для механики и сопромата живая ткань представляет собой мешанину по-разному ориентированных в пространстве разнородных и разнокалиберных объектов стромы (тубулярные и фибриллярные структуры) с навешанными на них клетками паренхимы.
Понять и оценить, на какие тканевые элементы деформирующая сила действует вдоль, на что – поперек, а которые из них подвергся всестороннему сжатию – невозможно! Более того, при прохождении фронта деформирующей волны (которая может быть только продольной) возникают все три деформации – повышается гидростатическое давление в ткани, элементы стромы растягиваются как поперек оси своей оси, так и вдоль. Сканер же фактически оценит только среднюю величину кинетической энергии этих возмущенных элементов, т.е. измерит «среднюю температуру по больнице» – некий продольно-сдвигово-объемный модуль.
Если фронт деформирующей волны встретит в основном продольно ориентированную строму, то в этом среднем (продольно-сдвигово-объемном) модуле упругости будет преобладать модуль Юнга. Если волновой фронт распространяется поперек элементов стромы – преобладает модуль сдвига. Если же стромы мало, а паренхимы много – будет преобладать модуль объемной упругости. Таким образом, в одной и той же ткани в зависимости от направления фронта сдвиговой волны, т.е взаимного расположения датчика и объекта исследования, будут получены разные величины модулей упругости.
К тому же останутся и некоторые неучитываемые или неизмеряемые параметры – тот же коэффициент Пуассона и фоновая величина внутритканевого давления.
Кстати, мы попытались проследить влияние величины внутритканевого давления на величину модуля упругости, измеряемого при эластографии.
В положении лежа на спине, лежа на боку и стоя в одной и той же точке одной и той же печени величина модуля различается в пределах 10-25 %. Вероятно, разработчики прекрасно осведомлены о влиянии величины внутритканевого давления на измеряемый модуль, т.к. просят избегать всяческой компрессии исследуемого органа.
А уж коэффициент Пуассона… Скорее всего, его величина является неким допущением фирмы-разработчика, консенсусом неизвестных нам специалистов, аналогичным принятой во всех сканерах «условной» скорости звукопроведения.
Таким образом, измеряемый при эластографии модуль носит условный характер, т.е. относится к фактически существующим в тканях модулям упругости так же, как инсценировка под названием «Метель», поставленная режиссером Пупкиным по мотивам Пушкина, к собственно повести «Метель», написанной самим поэтом.
В связи с этим необходимо джентльменское соглашение о том, что же измеряется при эластографии (сдвиговой волны). Во-первых, это условный показатель, приблизительно пропорциональный трем модулям упругости – линейному, сдвиговому и объемному, но не равный ни одному из них. Во-вторых, преобладающей величиной в этом показателе, по- видимому, является модуль сдвига (на это указывает порядок измеряемых величин – КПа).
Поэтому мы считаем необходимым ввести для описания и оценки количественных параметров, измеряемых при эластографии величину (показатель) «условный модуль упругости» или «условный модуль сдвига», выраженный в КПа, иначе так и будет царить путаница в заключениях и головах людей, которые причастны к данному виду исследований.
72
12640
68
6916
54
4253
48
5265
47
7346
47
15964
44
4616
41
5546
41
10173
72
12640
68
6916
54
4253
48
5265
47
7346
47
15964
44
4616
41
5546
41
10173
Комментариев еще нет
Если вы впервые на сайте, заполните, пожалуйста, регистрационную форму.
Главная
Новости
Аппараты УЗИ
Обучение
Блоги
Форум
О проекте
Кузнецов Александр Анатольевич