Elastographie: Ultraschall und Magnetresonanz

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Viele Erkrankungen wie z. B. Leberzirrhose oder Tumore führen zu einer Veränderung des Gewebes. Eine Gewebedifferenzierung ist notwendig, um Pathologien diagnostizieren zu können. Herkömmliche bildgebende Verfahren leisten diese Arbeit nicht/nur bedingt. Hingegen hat sich die Ultraschall-Elastographie als favorisiertes Verfahren herauskristallisiert. Die Sonoelastographie ist in der Lage, die Gewebe-Steifigkeit darzustellen und das nicht-invasiv und beliebig oft wiederholbar. Mit der Strain-, Scherwellen-, ARFI-, Transient- oder Magnetresonanz-Elastographie stehen verschiedene Techniken zur Auswahl.

Ultraschall-Elastographie
Die Ultraschall-Elastographie kann die Elastizität und Viskosität von Gewebe darstellen.

Was ist Ultraschall-Elastographie?

Die Ultraschall-Elastographie ist ein nicht-invasives und risikoloses Bildgebungsverfahren, das die Steifigkeit bzw. die Elastizität und Viskosität von Gewebe im Mikrometerbereich messen und darstellen kann. Ebenso wie die manuelle Palpation (Abtastuntersuchung) nutzt die Elastografie den Fakt für sich, dass Tumorgewebe fester und komprimierter als gesundes Gewebe ist. Im Gegensatz zur manuellen Tastuntersuchung sind die Ergebnisse jedoch nicht vom subjektiven Empfinden des Arztes abhängig, sondern sie sind objektiv. Im Elastogramm kann das feste Tumorgewebe anhand einer farblichen Hervorhebung vom Arzt diagnostiziert werden.

  • blau/violett = steifes/festes Gewebe
  • gelb/grün = mittelhartes Gewebe
  • rot = weiches Gewebe

Nachdem blaues/violettes Tumorgewebe festgestellt worden ist, kann eine gezielte Biopsie (Gewebeentnahme) zur weiteren Untersuchung veranlasst werden. Neben der Tumorerkennung kann die Elastographie u. a. auch dazu genutzt werden, die Ursache von chronischen Schmerzen im Bewegungsapparat zu lokalisieren.

Die Elastografie stellt die Steifheit von Weichgewebe dar, indem sie den Grad der Verformung unter Druck misst. Je nachdem wie die mechanische Kompression aufgebaut wird, unterscheidet man zwischen 2 verschiedenen Techniken:

  • Strain-Elastographie
  • Scherwellen-Elastographie

Strain-Elastographie

Bei der Strain-Elastographie (Kompressionselastographie, Vibrationselastographie, Real-Time Elastographie) wird die mechanische Kraft zur Verformung des Gewebes vom Anwender manuell aufgebracht. Der extern zugeführte Druck wird durch Drücken des Schallkopfes an die gewünschte Körperstelle durch kardiovaskuläre Pulsation oder Atembewegung herbeigeführt. Es gilt: je geringer die Dehnung, desto härter die Läsion und je höher die Dehnung, desto weicher die Läsion. Bei dieser quasistatischen Methode mit Hilfe mechanischen Drucks wird das erzeugte Gewebsdehnungsfeld sekundär im B-Mode in Form eines farbkodierten Elastogramms ausgegeben. Man spricht hier auch von der Dehnungsbildgebung.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die ausgeübte Kompressionskraft nicht exakt messbar ist, sodass folglich die absolute Gewebedehnung nicht berechnet werden kann. Folgende Einschränkungen muss man bei der Strain-Elastografie in Kauf nehmen:

  • Technik ist abhängig vom jeweiligen Bediener
  • geringe Reproduzierbarkeit
  • hohe Interobserver-Variabilität
  • liefert nur qualitative oder halbquantitative Informationen

Außerdem ist der Lernaufwand bei der Strain-Elastographie höher als bei der Scherwellen-Elastographie, so Dr. Juan Fernández Sánchez. Als einen Vorteil führt er jedoch die Strain-Ratio an, sofern keine Knoten mit Makroverkalkungen und großen Zysten in der Schilddrüse vorhanden sind.

Strain- und Scherwellen-Elastographie im Vergleich
 
Eigenschaft Strain-Elastographie Scherwellen-Elastographie
Befund Qualitativ/semiquantitativ Quantitativ
Stresserzeugung Manuelle Kompression Ultraschallimpuls
Untersucher-Abhängigkeit Abhängig Unabhängig
Untersuchungsergebnis Echtzeit Nicht in Echtzeit
Eindringtiefe Beliebig Bis maximal 3 cm*
Quelle: Prof. Dr.med. Wolfgang Bauermeister, Die Bedeutung der Elastografie für die Diagnose chronischer Schmerzen (2017)
*Anmerkung d. Redaktion: Moderne Ultraschallgeräte können heutzutage bereits bis zu einer Tiefe von bis zu 7 cm eindringen.

Scherwellen-Elastographie

Bei der Scherwellen-Elastographie wird der mechanische Stress nicht manuell, sondern durch Aussendung einer Scherwelle/Transversalwelle herbeigeführt, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit durch Ultraschall gemessen wird. Ausgelöst werden kann die Welle durch 2 unterschiedliche Verfahren:

  • akustische Strahlungskraftimpulse
    • Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI): Verformung des Gewebes durch fokussierte akustische Strahlungskraft-"Schub"-Impulse
    • Point Shear Wave Elastography: Fokussierte akustische Strahlungskraftstoßimpulse kurzer Dauer (d.h. zeitlicher Impuls, < 1 ms)
  • externe mechanische Vibration (Transiente Elastographie)
    • Scherwellen-Erzeugung und Übertragung mechanischer Vibration
Elastographie-Techniken im Vergleich
Die verschiedenen Elastographie-Techniken im Vergleich. Quelle: Eigene Darstellung basierend auf den WFUMB-Richtlinien.

Weiterführende Informationen erhalten Sie in den WFUMB-Richtlinien und Empfehlungen zur klinischen Anwendung der Ultraschall-Elastographie.

Welche Ultraschallgeräte können Elastographie?

Am weitesten verbreitet ist die Strain-Elastographie, so Prof. Dr. med. Wolfgang Bauermeister (Die Bedeutung der Elastografie für die Diagnose chronischer Schmerzen, 2017). Dies liegt schlicht daran, dass die meisten Ultraschallgeräte (wenn überhaupt) nur dieses Verfahren unterstützen. Ein weiterer Vorteil dieser Technik ist, dass die Eindringtiefe unbegrenzt ist. Bauermeister erwartet jedoch, dass sich auch die Eindringtiefe der Scherwellen-Elastographie mit fortschreitender Entwicklung erhöht und so in Zukunft die Anwendbarkeit in der MSK-Diagnostik verbessert wird.


Hier erhalten Sie einen Überblick über die Elastographie-Techniken verschiedener Hersteller. Diese Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Übersicht: Ultraschallgeräte mit Elastographie-Bildgebung
Hersteller Technik Besonderheiten
Clarius Clarius Echtzeit-Elastographie
Echosens Fibroscan
  • halten das Patent der Transienten Elastographie
  • klinische Anwendung: Leber
Esaote Ultraschall Elaxto
  • Elastosonographie in Echtzeit
  • klinische Anwendung: Brust, Schilddrüse, MSK, Abdomen (Leber), Urologie (Prostata, Hoden), Intraoperativ (Leber)
    • entwickelt für lineare, konvexe, endokavitäre und intraoperative Schallköpfe
Qelaxto
  • Scherwellen-Elastographie (Point Shear Wave)
  • 3D-Darstellung der Scherwelle mit “3D eWave” möglich
Fujifilm/Hitachi Fujifilm Echtzeit-Elastographie
  • klinische Anwendung: Brust, Urologie, Schilddrüse, Lymphknoten, diagnostische Biopsie
  • kompatibel mit über 20 verschiedenen Schallköpfen
Fujifilm Scherwellen-Elastographie
  • ARFI
GE Ultraschall GE 2D Scherwellen-Elastographie
Philips Ultraschall Philips Scherwellen-Elastographie
Mindray Ultraschall Mindray-Elastographie
  • nutzbar im Resona 7 oder M9

Nutzen und Einsatzbereiche

Veränderungen in der Gewebeelastizität sind an verschiedenen Krankheiten beteiligt. Darunter zählen z. B. Leberzirrhose, Fibrose, Atherom, kanzeröses Gewebe (Krebs) oder Verkalkung in Verbindung mit Arteriosklerose. Der klinische Nutzen der Elastographie kann an folgenden Beispielen festgemacht werden:

  • Verwendung bei der Früherkennung und Differentialdiagnose von Krankheiten, da sie qualitative Veränderungen widerspiegeln kann, selbst wenn morphologische Veränderungen nicht offensichtlich sind.
  • Verbesserung der Genauigkeit bei der Diagnose von Fibroseerkrankungen wie Krebs, chronischer Hepatitis und Atherosklerose durch Bewertung des Ausmaßes der Läsionen und des Grads der Progression.
  • Bewertung des Ansprechens auf Behandlungen wie Radiofrequenzablation und Chemotherapie.

Elastografie-Untersuchungen werden häufig an folgenden Körperstellen durchgeführt:

  • Prostata
  • Schilddrüse
  • Brust
  • Leber

Daneben kann Elastographie-Ultraschall auch bei der Ursachenfindung von chronischen Schmerzen des Bewegungsapparates hilfreich sein. Verhärtungen der Faszien und Muskeln können sichtbar gemacht werden, was mit den konventionellen bildgebenden Verfahren in der Medizin nicht möglich ist. Die Sonoelastographie bildet die Grundlage für die anschließende Behandlung mit dem Stoßwellentherapie-Gerät.

Magnetresonanz-Elastographie

Mit der Magnetresonanz-Elastographie (MR-Elastographie) lässt sich ein Elastogramm darstellen, dass die Steifigkeit des Körpergewebes widerspiegelt. Diese Untersuchung wird nicht mit einem Ultraschallgerät, sondern mit einem MRT-Gerät durchgeführt. Der Hauptzweck besteht vornehmlich darin, eine durch Entzündung und Fibrose verursachte Versteifung der Leber bei chronischen Lebererkrankungen zu diagnostizieren.

Im Gegensatz zur Biopsie von Lebergewebe bietet die MR-Elastographie folgende Vorteile:

  • nicht-invasiv und sicherer
  • Beurteilung der gesamten Leber und nicht nur Teile des Lebergewebes
  • Fibrose kann frühzeitiger erkannt werden
  • eignet sich vor allem für übergewichtige Menschen
  • kann das Risiko bestimmter Leberkomplikationen prognostizieren, inklusive Flüssigkeitsansammlung im Bauchraum (Aszites)

Die Magnetresonanz-Elastographie ergänzt den günstigeren und einfacher durchzuführenden Fibroscan (transiente Ultraschall-Elastographie der Leber) bei der Diagnostik der Leberfibrose, aber sie ersetzt ihn nicht. Dr. Huber bezeichnet die MR-Elastographie als “Feintuning”, das zum Einsatz kommt, wenn der Fibroscan eine erhöhte Lebersteifigkeit gemessen hat. Zusätzlich zur Feindiagnostik eignet sich diese Technik auch zur Verlaufskontrolle und zur Selektion von NASH- oder Fibrosepatienten, die eine Biopsie benötigen.

Die MR-Elastographie ist für Patienten ungeeignet, die metallische oder elektronische Gegenstände an oder in sich tragen, da dadurch Bildfehler (Artefakte) entstehen können. Zu diesen Gegenständen gehören bspw. Herzschrittmacher, metallische Gelenkprothesen, Cochlea-Implantate, Schmuck usw.