Realtime-Elastographie

Zusammenfassung

Entzündliche Veränderungen oder Tumoren können zu einer Verhärtung der Gewebestruktur führen, d. h. zu einer Veränderung des Elastizitätsmoduls. Die Darstellung der Gewebeelastizität liefert einen potenziell wichtigen Beitrag für die Diagnostik dieser Krankheiten. Sonographische Verfahren zur Abbildung der elastischen Gewebeeigenschaften wurden in den letzten Jahren entwickelt und experimentell evaluiert. Das Elastizitätsmodul, d. h. die Gewebeelastizität, lässt sich aus den Dehnungs- und Belastungswerten der untersuchten Gewebestrukturen ableiten. Während die Dehnungswerte sich unmittelbar aus den hochfrequenten Echosignalen ableiten lassen, die aus der Untersuchungsregion vor und nach einer geringfügigen Kompression des Gewebes mit der Schallsonde reflektiert werden, können die Belastungswerte nicht direkt im Gewebe gemessen werden. Des Weiteren kommt es bei einer Kompression des Gewebes zu einer seitlichen Verschiebung verhärteter Bereiche, die in einem zweidimensionalen Schnitt nur sehr schwer zu erfassen sind, jedoch für eine genaue Abschätzung der elastischen Gewebeeigenschaften berücksichtigt werden muss. Das hier vorgestellte Verfahren ermittelt die Elastizitätswerte der untersuchten Gewebestruktur über eine sog. erweiterte kombinierte Autokorrelationsmethode in Verbindung mit einer 3D-Finite-Elemente-Berechnung. Dies ermöglicht eine genauere Abschätzung der Belastungswerte, und der Einfluss der seitlichen Verschiebung kann zufriedenstellend kompensiert werden. Die hier beschriebene Realtime-Elastographie ist als "SonoElastography-Modul für das HITACHI EUB-8500 Ultraschallsystem erhältlich und lässt sich vollständig in die Systemplattform integrieren. Die Untersuchung ist einfach mit Standardschallsonden ohne zusätzliche Apparaturen (Systeme zur Messung der eingeleiteten Drucke, Vibrationsquellen etc.) durchzuführen, ähnlich einer Farbdoppleruntersuchung. Die Berechnung der Elastizitätswerte erfolgt in Echtzeit, die Ergebnisse werden dem konventionellen B-Bild farbkodiert überlagert. Bisherige Testergebnisse und Phantomexperimente haben gezeigt, dass sich mit Hilfe der von der hier beschriebenen Realtime-Elastographie gelieferten Informationen Läsionen sicherer und schneller darstellen lassen als mit herkömmlichen 2D-Verfahren, und sich sogar Läsionen visualisieren lassen, die auf dem konventionellen B-Bild nicht erkennbar sind.

Abstract

It is well known that some diseases, such as cancer, lead to a change of tissue hardness (i.e. the so-called elasticity modulus). The reconstruction of tissue elasticity provides the sonographer with important additional information which can be applied for the diagnosis of these diseases. Elasticity imaging has recently attracted attention as a technique which directly reveals the physical property of tissue and enables us to determine the change of tissue hardness caused by diseases. The elasticity modulus, i.e. the tissue elasticity distribution can be calculated from the strain and the stress of the examined structures. While the strain field can be estimated from the RF signals returned from tissue structures before and after compression, it is impossible to measure the stress field directly within the tissue. Another problem is that the compression of harder tissue structures is often followed by a lateral displacement of these structures. It is nearly impossible to represent the volume of this sideslip with conventional 2D methods but its calculation is indispensable for an accurate determination of the tissue elasticity of the examined structures. To overcome these problems, we propose the so-called Extended CA-method (Extended Combined Autocorrelation Method) which allows the reconstruction of the tissue elasticity of the examined structures on the basis of the 3-dimensional finite element model. The new technique enables a highly accurate estimation of the tissue elasticity distribution and the adequate compensation of sideslips. The realtime elasticity imaging described in this article, can easily be performed with the SonoElastography module that can be integrated into the platform of the HITACHI EUB-8500 system. Like colour Doppler examinations, tissue elasticity imaging can easily be performed with conventional ultrasound probes and does not require additional instruments (e.g. for measuring pressure or vibrations). The calculation of tissue elasticity distribution is performed in realtime and the examination results are represented in colour over the conventional B-mode image. The results of the simulations and phantom experiments performed verify that with the information obtained by the new realtime elasticity imaging method, lesions can be detected and represented more rapidly and with higher accuracy than with conventional methods based on the 2D Model, and that even lesions invisible on B-mode images can be detected.