Diagnostic potential of ultrasound elastography in patients with surgical diseases and injuries: Systematic review

Full Text

АКТУАЛЬНОСТЬ

Закономерная эволюция традиционной ультразвуковой диагностики результировалась, на рубеже веков, созданием новой генерации технологий, основанных на различных физических, механических и биологических принципах и эффектах, прежде всего упругости и жесткости тканей, проявляющихся в результате внешнего силового воздействия [1–3]. Формирование общего понятийного аппарата представляло существенную сложность, учитывая заимствование терминов из фундаментальных наук, разноязычные источники и объективные трудности перевода. В русскоязычной специальной литературе большую распространенность получило словосочетание «ультразвуковая эластография». Ультразвуковая эластография — это группа диагностических методов, позволяющих визуально представить в условных индикаторах и объективно оценить механические характеристики биологических тканей, включая их жесткость, упругие (восстанавливающие) возможности противодействовать внешней силе, вызывающей деформацию сдвига, что в совокупности расширяет потенциал неинвазивной идентификации патоморфологических процессов. Термин «эластография» (от лат. elasticus — «упругий» и греч. γραΦω — «пишу»), описывающий методику измерения показателей упругости тканей, был предложен исследователями из Хьюстона (США) в 1991 г. [4]. В России (Москва) в 2010 г. прошла презентация оборудования с режимом двумерной эластографии сдвиговой волны.

В соответствии с современными воззрениями все технологии ультразвуковой эластографии, интегрированные в клиническую практику, могут быть разделены на четыре группы [5].

Cтрейновая эластография (Strain elastography) — устоявшийся и более предпочтительный термин в русском языке — компрессионная эластография. Этот метод оценивает деформацию тканей, вызываемую квазистатическими воздействиями, такими как ручная компрессия датчиком, пульсация сердца, сосудистой стенки и дыхательные движения. Данную технологию обозначают также как статическую или квазистатическую эластографию. Изображения генерируются повторными минимальными давлениями датчика на подлежащие ткани и отображаются распределением деформации тканей в зоне интереса.

Транзиентная эластография (transient elastography) — метод, при котором деформация тканей оценивается только в виде распространения сдвиговой волны и вычислении ее скорости без изображения. Технологию обозначают как одномерную эластографию, так как метод не позволяет обеспечить визуализацию органа, где осуществляется измерение жесткости, и получить двухмерное изображение.

Точечная эластография сдвиговой волны (ARFI-эластография, Acoustic Radiation Force Impulse — технология создания сдвиговой волны) использует акустическое давление сфокусированного ультразвукового излучения. В этом методе эластографии акустическое излучение фокусируется в определенной точке, выбираемой оператором, формируя сдвиговую или поперечную волну, распространяющуюся в тканях с различной скоростью в зависимости от их жесткости.

Двухмерная эластография сдвиговой волны (2D-Shear Wave Elastography) — метод визуализации упругости, использующий силу звукового излучения для генерации множественных сдвиговых волн на различной глубине и формирующий количественное отображение показателя жесткости в виде цветового изображения, «накладывающегося» на изображение в В-режиме [1, 2].

Ограниченный временной период и низкая обеспеченность отечественных медицинских организаций данным составом оборудования определяют недостаточную информированность специалистов лучевой диагностики о реальном потенциале технологии и, соответственно, актуальность формирования профильного систематического обзора.

Цель обзора — установление диагностической значимости ультразвуковой эластографии у пациентов с хирургическими заболеваниями и травмами на основе результатов систематического анализа опубликованных научных исследований.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Поиск тематических публикаций осуществляли в базах данных PubMed, Google Scholar, eLibrary, а также в других источниках информации за период c 2016 по 2022 г. Всего, в соответствии с ключевыми словами, в базе данных PubMed обнаружено 3743 статьи, в Google Scholar и eLibrary соответственно 2260, 1020 публикаций. В качестве дополнительных источников информации в нашем исследовании присутствовали периодические научные издания «Journal of Pediatric Surgery», «Российский вестник детской хирургии, анестезиологии и реаниматологии», «Детская хирургия» и «SonoAce Ultrasound», в которых суммарно было выявлено 17 журнальных статей. Совокупная выборка составила 7040 источников. Исследования, включенные в количественный анализ, согласно критериям PRISMA составили 32 публикации. При этом подавляющее большинство отобранных в процессе предварительного поиска по ключевым словам статей относилось, в соответствии с концепцией PubMed, к спектру естественных наук, включая биологию (в том числе ветеринарию), биоинженерию, биофизику, что исключало возможность экстраполяции результатов данных публикаций на предмет нашего исследования. Значительная доля тематических статей, представленных в PubMed, соответствовала формату клинических наблюдений, что, по сути, исключало возможность объективной (количественной) оценки диагностического потенциала технологии, так как отсутствовали результаты статистического анализа.

Временнáя динамика количества публикаций в указанных базах данных представлена на рис. 1.

 

Рис. 1. Частота распределения тематических источников в различных базах данных в зависимости от года публикации

Fig. 1. Frequency distribution of thematic sources in various databases depending on the year of publication

 

В соответствии с представленными данными прогрессивный рост числа публикаций характеризовал только базу данных PubMed. Учитывая доминирующее значение данной базы в количественном формировании выборки, допустимо рассматривать PubMed как зону первоочередного интереса при поиске информации по направлению ультразвуковой эластографии у пациентов с хирургическими заболеваниями и травмами.

В соответствии с целью настоящего исследования в него входили публикации, основанные на результатах анализа нозологических форм и патологических состояний, объединяемых общим понятием «хирургические заболевания». Дефиниции «травмы» соответствовали 3 публикации.

При селекции словосочетания «хирургические заболевания» выявлена достаточно многообразная конфигурация понятий, в которой превалировали объемные образования различного характера и локализаций (27 публикаций), включая метастатические поражения. Очаговые и диффузные поражения (неонкологического генеза) паренхиматозных органов служили предметом исследования у двух авторов [6, 7]. Единичные публикации посвящены сосудистым осложнениям тромботического характера [8] и диагностике эктопической беременности [9].

При распределении по локализациям бóльшая часть исследований была посвящена патологии поверхностно расположенных органов и тканей, преимущественно головы и шеи. Существенный раздел (8 исследований) был основан на исследованиях патологии органов малого таза, преимущественно у мужчин. Затем, по частоте встречаемости, шли публикации, описывающие патологию органов абдоминальной локализации (6). Заболеваниям органов грудной клетки посвящены 2 исследования [10, 11].

Спектр публикаций по направлению «травмы» был существенно более ограниченным по характеру и локализации повреждений. Две публикации были связаны с диагностикой повреждений связочного аппарата крупных суставов [12, 13]. Единичное исследование посвящено количественной оценке жесткости формирующейся костной мозоли [14].

Критериями включения публикаций в анализ являлись соответствие использованному методу исследования (точечная эластография сдвиговой волны, ARFI), двухмерная эластография сдвиговой волны и компрессионная ультразвуковая эластография), их дизайн (оригинальное клиническое исследование), доступ к полному тексту статьи на русском либо английском языках, наличие подробных сведений о методике исследования, показательная выборка (от 50 наблюдений), описание возрастных, гендерных и клинических показателей, способах верификации результатов ультразвуковых наблюдений.

В качестве предмета математико-статистического анализа основных индикаторов дефиниции «информативность» рассматривались чувствительность, специфичность и точность метода. Описательная статистика предполагала распределение количественных индикаторов информативности в зависимости от частоты выявления.

Алгоритм формирования выборки для последующего систематического анализа информативности ультразвуковой эластографии у пациентов с хирургическими заболеваниями и травмами согласно критериям PRISMA представлен на рис. 2.

 

Рис. 2. Блок-схема этапного отбора публикаций для систематического обзора информативности ультразвуковой эластографии (сhecklist)

Fig. 2. Block diagram of the staged selection of publications for a systematic review of the information content of ultrasound elastography (checklist)

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

В соответствии с целью настоящего исследования мы считали целесообразным представить результаты работы применительно к выделенным разделам деятельности — «хирургические заболевания» и «травмы», что также соответствует разграничению основных медицинских специальностей в сфере здравоохранения.

Наиболее многочисленные источники информации (27 публикаций) в разделе «хирургические заболевания» относились к профилю деятельности «диагностика новообразований» [6, 7, 10, 11, 15–37]. Сводные литературные данные, характеризующие количественное значение основных индикаторов информативности по профилю «диагностика новообразований», представлены в таблице.

 

Таблица. Распределение публикаций по профилю «диагностика новообразований» в зависимости от количества источников тематической информации, локализации патологического процесса и индикаторов информативности

Table. Distribution of publications according to the profile “diagnostics of neoplasms” depending on the number of sources of thematic information, localization of the pathological process, and indicators of informativeness

Источник информации в указателе литературы	Локализация патологического процесса	Индикаторы информативности, %
		чувствительность	специфичность	точность	прочие данные
15	Щитовидная железа	81,0	90,3	88,4	ПЦПР 88, ПЦОР 91
16		91,6	88,8	–	–
17		70,0	98,4	84,2	–
18		78,9	88,1	85,2	–
19		71,9–78,1	90,5–95,2	–	ПЦПР 85,2, ПЦОР 89,9–91,7
20		90,0	79,0	–	ПЦПР 98
21		95	68,8	85,9	ПЦПР 85,2, ПЦОР 87,8
22		93,1	89,8	90,9	ПЦПР 81,8, ПЦОР 96,3
23	Лимфатические узлы	88,9	100,0	–	–
24		89,7	84,6	–	–
25		82,3	88,1	–	–
26		79,0	84,0	81,0	ПЦПР 89, ПЦОР 76
27		85,0	82,0	–	–
28		86,0	77,0	–	–
29		84,5	75,6	93,1	ПЦПР 93,5, ПЦОР 91,2
30	Печень	82,1	66,1	–	–
31		100,0	100,0	100,0	–
32	Грудь, живот, конечности	57,1	71,4	–	–
6	Поджелудочная железа	97,0	75,0	84,0	ПЦПР 89, ПЦОР 97
33	Предстательная железа	91,7	74,4	73,3	ПЦПР 62,1, ПЦОР 100
34		81,0	89,0	89,0	–
35		93,1	95,8	–	ПЦПР 98,5, ПЦОР 82,1
7		97,4	92,5	–	–
10	Легкое	70,9	69,4	–	ПЦПР 78, ПЦОР 61
11		80,4	72,2	–	–
36	Органы головы и шеи	83,3	100,0	95,5	ПЦПР 100 ПЦОР 94,1
37	Молочная железа	94,8	79,0	–	–

Примечание. ПЦПР — предсказательная ценность положительного результата; ПЦОР — предсказательная ценность отрицательного результата.

Note. ПЦПР — positive predictive value (PPV); ПЦОР — negative predictive value (NPV).

 

Таким образом, среди статей, посвященных оценке диагостического потенциала ультразвуковой эластографии при новообразованиях различной локализации превалировали публикации (8), основанные на результатах исследования щитовидной железы. Опухолевые, включая метастатические процессы, в лимфатических узлах стали предметом исследований в 7 статьях. С равной частотой (4) в анализе присутствовали публикации, посвященные оценке патологических процессов в органах живота и предстательной железе. В трех исследованиях описаны результаты ультразвуковой эластографии при локализации новообразований в органах грудной клетки. Единичные статьи содержали информацию о результатах исследований молочной железы, мягких и костных тканях головы, шеи, конечностей.

При рассмотрении отдельных индикаторов информативности считали целесообразным осуществить селекцию публикаций применительно к зоне исследований.

Чувствительность ультразвуковой эластографии у пациентов с новообразованиями щитовидной железы варьировала от 70,0 до 95,0 (Ме 81,0), а применительно к лимфатическим узлам данный интервал составил 79,0–89,7 (Ме 89,4).

При исследовании печени, по данным двух авторских коллективов, констатированы цифры в части чувствительности 100,0 и 82,1, а специфичности — 100,0 и 66,1 [31, 32].

В целом, мы не считали возможным анализировать сводную авторскую статистику при представлении данных, характеризующих в малой выборке результаты комплексных исследований органов и тканей груди, живота, конечностей.

Ограниченным количеством характеризовались публикации, посвященные оценке диагностического потенциала ультразвуковой эластографии при исследовании костно-суставных структур (3) [12–14], а также в единичных статьях, посвященных проблемам распознавания венозного тромбоза [8] и внематочной беременности [9]. Существенное тактическое значение имеет дифференциальная диагностика частичных и полных разрывов связочного аппарата плечевого сустава, что позволило авторам статей рекомендовать включение технологии в алгоритм поддержки врачебных решений. Авторы высоко оценивали потенциал метода в количественной оценке жесткости формирующейся костной мозоли, не подвергали сомнению возможность идентификации трубной беременности и своевременного выявления тромботических осложнений.

Суммарно оценивая информативность ультразвуковой эластографии, при указанных в результате анализа смешанных нозологических форм и патологических состояний, авторы публикаций установили специфичность метода в межквартильном интервале [Q₁ 77 – Q₃ 95], Ме 88,1, при чувствительности соответственно [Q₁ 81 – Q₃ 94], Ме 85,5.

Результаты развернутого статистического анализа применительно к термину «точность» не сочли возможным приводить, учитывая ограниченность его использования в представленных публикациях, однако межквартильный интервал и медиана ряда имеющихся данных составили [Q₁ 84,1 – Q₃ 89,9], Ме 80,9 соответственно.

Определенные организационно-клинические перспективы составил расчетный индикатор «прогностическая ценность» положительного либо отрицательного результата исследований, представленный соответственно в 14 (43,7 %) и 13 (40,6 %) публикациях.

ОБСУЖДЕНИЕ

В соответствии с установленной целью настоящего систематического обзора авторы считали целесообразным сопоставлять результаты информативности ультразвуковой эластографии с соответствующими данными, полученными при серошкальном режиме исследований. В сравнительном аспекте рассмотрение информативности двух технологий исследования было представлено в 10-публикациях, что составило 31,3 % выборки. При этом только в двух публикациях утверждалось, что эластография не имела дополнительных преимуществ по сравнению с сочетанным использованием В-сканирования и ARFI-эластометрии, в части дифференциальной диагностики опухолевых поражений печени [30, 32].

Наиболее существенные преимущества эластографии были установлены в части специфичности метода при выявлении предикторов разрыва вращательной манжеты, составив при сопоставлении результатов исследуемой технологии и В-режима соответственно 96,7 и 61,2–62,5 % [12]. Сходные характеристики, в части сравнительной оценки информативности технологий, констатированы по результатам дифференциальной диагностики кистозных образований поджелудочной железы — специфичность ультразвуковой эластографии достигала 75,0 %, в то же время соответствующий индикатор при исследовании в В-режиме составил только 40,0 % [6]. Сравнение методов диагностики раковых метастатических поражений лимфоузлов выявило существенное (84,0 %) преимущество ультразвуковой эластографии, в части специфичности распознавания процесса, над потенциалом (69,0 %) серошкальных исследований [26]. Результаты целенаправленных исследований при повреждениях сухожилий надостной мышцы свидетельствовали, что эффективность диагностики с использованием эластографии сдвиговой волны (93,0 %) на 15 % выше, чем при применении рутинного УЗИ [13]. В исследовании, посвященном диагностике рака предстательной железы, эластография сдвиговой волны повысила специфичность метода с 45,0 до 89,0 % по сравнению с В-режимом [34]. УЗИ в В-режиме в диагностике скрытых метастазов слизистой оболочки полости рта характеризовалось специфичностью 88,2 %, а при использовании эластографии данный показатель возрос до 100,0 % [36]. При исследовании очаговых образований щитовидной железы вне количественных характеристик отмечается высокая диагностическая ценность метода ультразвуковой эластографии преимущественно в дифференциальной диагностике злокачественных процессов [15].

Таким образом, диагностический потенциал ультразвуковой эластографии наиболее существенно реализовался при исследованиях у онкологических больных с поражением щитовидной и предстательной желез, регионарных лимфатических узлов, кистозных образований поджелудочной железы. При этом в структуре дефиниции «информативность» наиболее показательны преимущества метода в категории «специфичность».

Менее изученным, однако перспективным разделом внедрения эластографии в клиническую практику по профилю деятельности является травматология и ортопедия. Ограниченное количество (2) публикаций по использованию метода в выявлении повреждений параартикулярных тканей, представленных общим коллективом авторов в едином периодическом издании, формально являются факторами, содержащими риски субъективности [12, 13]. Однако, учитывая масштаб выборки (128 пациентов), продуманный дизайн исследований, основанный на мультипараметрическом подходе с привлечением комплекса лучевых и эндоскопических технологий, корректную статистическую обработку данных, следует констатировать достоверность выводов.

Очевидный интерес представляет публикация, посвященная использованию ультразвуковой эластографии в оценке жесткости костной мозоли, позволяющей получить количественные результаты в режиме реального времени и объективизировать данные, начиная с первых дней после перелома до завершения процесса консолидации [14]. Кроме того, с помощью эхографии возможно оценить состояние окружающих тканей и сосудов. В совокупности это создает преимущество по сравнению с рентгенологическими методами исследования. Авторы отмечают, что чувствительность и специфичность эластографии в определении жесткости костной мозоли наиболее высока в соединительнотканной стадии ее формирования (94 и 90 % соответственно), что обусловлено физическими основами метода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, результаты систематического обзора позволяют утверждать, что формирующаяся парадигма технологий ультразвуковых исследований содержит перспективы получения новых знаний при широком круге заболеваний у пациентов всех возрастных групп, включая детей.

Применительно к разделу «хирургия детского возраста» наибольшие перспективы представляют дифференциальная диагностика новообразований, диффузных и очаговых патологических изменений структуры паренхиматозных органов, заболеваний и травм костно-мышечной системы, а также изменений в органах репродукции, контроля течения репаративных послеоперационных, в том числе посттравматических, раневых процессов.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Личный вклад каждого автора: В.М. Розинов — концепция и дизайн исследования; А.В. Беляева — сбор и обработка материалов, написание текста; О.А. Беляева — анализ полученных данных.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении поисково-аналитической работы и подготовке рукописи.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. Thereby, all authors made a substantial contribution to the conception of the study, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the article, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the study. The contribution of each author: V.M. Rozinov — study concept and design; A.V.Belyaeva — collection and processing of materials, writing the text; O.A. Belyaeva — analysis of the received data.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Funding source. This publication was not supported by any external sources of funding.

About the authors

Anastasiya V. Belyaeva

Veltischev Research and Clinical Institute for Pediatrics and Pediatric Surgery, Pirogov Russian National Research Medical University

Author for correspondence.
Email: avbelyaeva1@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4899-904X
SPIN-code: 4515-6952
ResearcherId: HMV-2047-2023

MD, Cand. Sci. (Med)., Research Associate

Russian Federation, Moscow

Olga A. Belyaeva

G.N. Speransky Children’s Hospital No. 9

Email: belyaeva300@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-9738-9603
SPIN-code: 1968-4120

MD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Vladimir M. Rozinov

Veltischev Research and Clinical Institute for Pediatrics and Pediatric Surgery, Pirogov Russian National Research Medical University

Email: rozinov@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-9491-967X
SPIN-code: 2770-3752

MD, PhD, Dr. Sci. (Med.), Professor, Deputy Director

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files