탄성 초음파 Elastography/Liver fibrosis/ 변형 탄성 초음파strain Elastography /전단파 탄성 초음파shear wave Elastography

탄성 초음파 Elastogr 탄성 초음파 Elastography aphy

u 조직의 단단하고 부드러운 정도를 영상으로 표현

u혈액이 풍부한 장기 검사에 유용

u조직의 단단한 정도를 컬러로 표시

u표재장기인 유방 갑상샘에 이용

 

 

 변형 탄성 초음파
strain  Elastography 

 

변형 탄성 초음파
strain  Elastography

u조직에 압박이 가해지면 변형

u변형에 의해 압박한 방향과 같은 방향으로 유도되는 파형을 분석하면 변형탄성영상(strain elastohraphy)

u검사자가 가볍게 압박하면 같은 방향에서 조직이 밀리는 정도로 표현

 

lastography

u부드러운 조직은 변형이 많고, 단단한 조직은 변형이 적다.

u연속적인 이 변형에 대한 정보를 컬러화      부드러운 조직은 붉은색

 단단한 조직은 파란색

 

 

 

전단파 탄성 초음파
shear wave  Elastography

u압박과 수직인 방향으로 퍼져가는 파형을 분석하면 전단파탄성영상(shear wave elastography).

u이는 특수 고안된 탐촉자에서 펄스를 발사시켜 전단파를 유도하고, 이 전단파를 분석하는 영상

u전단파탄성영상은 탐촉자에서 펄스를 발사시키고 상호 작용에 의한 전단파를 분석하기 때문에 검사자 간 변이가 없고 정량화(m/s 혹은 kPa) 할 수 있는 것이 장점

 

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간의 섬유화를 간편하고 정확하게 측정하는

Ultrasound shear wave elastography (SWE)

 

간섬유화의 5단계 (METAVIR scoring system)

• F0 (no fibrosis)
• F1 (mild fibrosis, portal fibrosis without septa)
• F2 (significant fibrosis, portal fibrosis with few septa)
• F3 (severe fibrosis, numerous septa without cirrhosis)
• F4 (cirrhosis)

NAFLD fibrosis score & FIB-4 score

J. Clin. Med. 2021, 10, 95

 

Ultrasound shear wave elastography

• (1) transient elastography (TE)
  • 간의 stiffness 를 평가하기 위해 피부 표면에서 기계적으로 만들어진 shear wave 의 속도를 측정하는 방식입니다. 간경화와 간섬유화를 평가하는데 괜찮은 도구지만, 비만인 환자에서 측정값이 정확하지 않다는 큰 단점을 가졌습니다. 지방이 많기 때문에 초음파와 elastic wave 를 감쇄시키기 때문입니다.
• (2) point shear wave elastography (pSWE)
• (3) two-dimensional shear wave elastography (2D-SWE)

Two-dimensional shear wave elastography (2D-SWE)

 

처음 2005년 소개된 장치 (Aixplorer (SuperSonic Imagine, Aix-en-Provence, France))로 현재는 기존의 초음파 기계에 탑재하여 사용할 수 있습니다.

Tissue 에서 생성된 shear wave 의 전파속도를 측정하여 간의 섬유화 정도를 추정합니다. 간의 섬유화 정도는 초음파 펄스로 생성된 shear wave 에 의해 실시간으로 평가되는데, 해부학적인 구조를 알 수 있는 초음파 영상을 동시에 확인이 가능합니다.

Shear waves 는 조직 (elastic medium) 에 periodic directional force 를 가할 때 생성되는 transverse wave 입니다. ‘Shear’ 는 부피의 변화 없이 발생하는 substance layer 의 모양 변화로 정의됩니다. 이는 한 쌍의 똑같은 힘이 layer의 마주보는 면을 따라 반대 방향으로 작용할 때 발생합니다. shear interaction 이 후 처음 layer 는 인접한 layer들이 shear 되는 동안 원래 모양으로 되돌아갈 것입니다. 그러면서 transverse wave 의 형태로 shear wave 는 퍼져갈 것입니다.

초음파 프로브에서 나오는 focused radiation force 로 인해 shear wave 가 생성되는데, 이 자체로 조직에서 local stress 와 local displacement 를 만들어냅니다. 만들어진 shear wave 는 인접한 조직의 transverse 면으로, primary wave 의 수직방향으로, 훨씬 더 느린 속도로 전파되어 갑니다.

 

Fast plane wave exitation 은 tissue displacement 와 shear wave velocities (shear wave 가 전파되는 속도) 를 추적하는데 사용됩니다.

ocused ultrasound 에 의해 생성된 shear waves 는 생성된 위치의 간의 stiffness 와 직접적인 관련이 있습니다. 이 shear waves 는 체표면에서 생성된 것이 아니라 간 실질의 ROI (region of interest) 근처에서 생성된 것입니다. 초음파 프로브는 국소적인 ROI 깊은 곳에서부터 localized radiation force 를 만들어 이 지점에서 전파되는 shear wave 를 유도해 냅니다.

 

Basic physics of SWE

• Step 1 : shear waves are generated using acoustic radiation force; they propagate perpendicularly to the primary US wave at a lower velocity.
• Step 2 : fast plane wave excitation is used to track displacement and velocity as shear waves propagate, and tissue displacement is calculated using a speckle tracking algorithm.
• Step 3 : tissue displacements are used to calculate shearwave velocity (Cs) and shear modulus

shear wave 의 속도를 측정하여 조직의 stiffness 를 평가하는데, m/s 단위로 표시하거나 Young’s modulus kilopascals (kPa) 로 표시합니다.

Tissue displacement map 은 shear wave velocity (Cs) 를 계산하는데 사용되며, 이는 주로 m/s 로 표현됩니다. shear wave velocities 의 각 pixel 은 shear modulus (G) 와 직접 연결됩니다. 단순한 계산 공식으로 산출하며, tissue stiffness 와 elasticity 를 Pressure 단위 (kPa) 로 표시합니다. (공식은 아래와 같으며, p 는 materal densitiy 를 의미합니다.)

아래 사진은 2D-SWE 의 예시입니다. 붉은색과 파란색은 각각 조직의 단단함과 부드러움을 나타내는 색깔입니다. 실시간으로 초음파의 B-mode 이미지 위에 color map 을 표시할 수 있습니다. ROI (regions of interest 또는 Q-box) 에서 측정됩니다. ROI는 간 우엽에서 캡슐로부터 1.5cm ~ 2cm 아래에 위치해야 합니다.

Liver fibrosis

• Mild : 5.4 kPa
• Moderate : 7.8 kPa
• Severe : 9.4 kPa
• Liver cirrhosis : 12.2 kPa