Introduction to ultrasound elastography
- PMID: 27446596
- PMCID: PMC4954857
- DOI: 10.15557/JoU.2016.0013
Introduction to ultrasound elastography
Abstract
For centuries tissue palpation has been an important diagnostic tool. During palpation, tumors are felt as tissues harder than the surrounding tissues. The significance of palpation is related to the relationship between mechanical properties of different tissue lesions. The assessment of tissue stiffness through palpation is based on the fact that mechanical properties of tissues are changing as a result of various diseases. A higher tissue stiffness translates into a higher elasticity modulus. In the 90's, ultrasonography was extended by the option of examining the stiffness of tissue by estimating the difference in backscattering of ultrasound in compressed and non-compressed tissue. This modality is referred to as the static, compression elastography and is based on tracking the deformation of tissue subjected to the slowly varying compression through the recording of the backscattered echoes. The displacement is estimated using the methods of cross-correlation between consecutive ultrasonic lines of examined tissue, so calculating the degree of similarity of ultrasonic echoes acquired from tissue before and after the compression was applied. The next step in the development of ultrasound palpation was to apply the local remote tissue compression by using the acoustic radiation force generated through the special beam forming of the ultrasonic beam probing the tissue. The acoustic radiation force causes a slight deformation the tissue thereby forming a shear wave propagating in the tissue at different speeds dependent on the stiffness of the tissue. Shear wave elastography, carries great hopes in the field of quantitative imaging of tissue lesions. This article describes the physical basis of both elastographic methods: compression elastography and shear wave elastography.
Od stuleci badanie palpacyjne tkanek stanowi ważne narzędzie diagnostyczne. Nowotwory są zazwyczaj wyczuwane palpacyjnie jako tkanki twardsze od otoczenia. Istotność palpacji związana jest z zależnością wielu zmian tkankowych od ich własności mechanicznych. Palpacyjna ocena twardości lub sztywności tkanek opiera się na fakcie, że wiele chorób powoduje zmiany ich własności mechanicznych. Zwiększona sztywność tkanki oznacza zwiększony moduł sprężystości. W latach 90. ultrasonografia została rozszerzona o opcję badania sztywności tkanek, polegającą na ocenie różnicy w rozproszeniu ultradźwięków na tkance nieuciśniętej i uciśniętej. Jest to statyczna metoda elastografii kompresyjnej. Polega ona na wolnozmiennym ucisku badanego obszaru tkanki i ocenie jej odkształcenia poprzez śledzenie zmian w echach ultradźwiękowych rejestrowanych w kolejnych chwilach uciskania. Wielkość przemieszczenia wyznacza się metodami korelacji wzajemnej pomiędzy następującymi po sobie liniami obrazowymi, a więc obliczając stopień podobieństwa ech ultradźwiękowych przed uciskiem i po ucisku. Kolejnym krokiem w rozwoju palpacji ultradźwiękowej było zastosowanie do lokalnego, zdalnego ucisku tkanki, akustycznej siły promieniowania generowanej przez odpowiednie formownie wiązki ultradźwiękowej sondującej badany narząd. Akustyczna siła promieniowania powoduje niewielkie odkształcenie lub przemieszczenie się tkanki, w wyniku czego powstaje fala ścinania rozchodząca się w tkance z różną prędkością, zależną od sztywności tkanki. Elastografia fali ścinania niesie ogromne nadzieje w zakresie ilościowego obrazowania lokalnych zmian własności tkanki. W artykule opisane zostały podstawy fizyczne obu typów elastografii: kompresyjnej i fali ścinania.
Keywords: dynamic sonoelastography; elastography; static sonoelastography; ultrasonography.
Figures








Similar articles
-
Ultrasound Shear Wave Elastography for Liver Disease. A Critical Appraisal of the Many Actors on the Stage.Ultraschall Med. 2016 Feb;37(1):1-5. doi: 10.1055/s-0035-1567037. Epub 2016 Feb 12. Ultraschall Med. 2016. PMID: 26871407
-
Added value of Virtual Touch IQ shear wave elastography in the ultrasound assessment of breast lesions.Eur J Radiol. 2014 May;83(5):773-7. doi: 10.1016/j.ejrad.2014.01.021. Epub 2014 Feb 6. Eur J Radiol. 2014. PMID: 24602803
-
Tissue mimicking materials for the detection of prostate cancer using shear wave elastography: a validation study.Med Phys. 2013 Feb;40(2):022903. doi: 10.1118/1.4773315. Med Phys. 2013. PMID: 23387774 Free PMC article.
-
Ultrasound elastography: principles and techniques.Diagn Interv Imaging. 2013 May;94(5):487-95. doi: 10.1016/j.diii.2013.01.022. Epub 2013 Apr 22. Diagn Interv Imaging. 2013. PMID: 23619292 Review.
-
Imaging and estimation of tissue elasticity by ultrasound.Ultrasound Q. 2007 Dec;23(4):255-68. doi: 10.1097/ruq.0b013e31815b7ed6. Ultrasound Q. 2007. PMID: 18090836 Review.
Cited by
-
A guide for assessment of myocardial stiffness in health and disease.Nat Cardiovasc Res. 2022 Jan;1(1):8-22. doi: 10.1038/s44161-021-00007-3. Epub 2022 Jan 12. Nat Cardiovasc Res. 2022. PMID: 39196108 Review.
-
Ultrasonographic Elasticity Contrast Index of Palpable Breast Lumps.JNMA J Nepal Med Assoc. 2018 Jul-Aug;56(212):787-790. doi: 10.31729/jnma.3536. JNMA J Nepal Med Assoc. 2018. PMID: 30387470 Free PMC article.
-
Clinical, sonographic, and molecular changes in calcific tendinitis of the shoulder following extracorporeal shockwave therapy: a prospective case-control study.Int J Surg. 2024 Dec 1;110(12):7447-7455. doi: 10.1097/JS9.0000000000002078. Int J Surg. 2024. PMID: 39248317 Free PMC article.
-
Quantitative assessment of the aging corpus cavernosum by shear wave elastography.Asian J Androl. 2022 Nov-Dec;24(6):628-632. doi: 10.4103/aja2021119. Asian J Androl. 2022. PMID: 35381690 Free PMC article.
-
Comparing Focused-Tracked and Plane Wave-Tracked ARFI Log(VoA) In Silico and in Application to Human Carotid Atherosclerotic Plaque, Ex Vivo.IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2023 Jul;70(7):636-652. doi: 10.1109/TUFFC.2023.3278495. Epub 2023 Jun 29. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2023. PMID: 37216241 Free PMC article.
References
-
- Bamber J, Cosgrove D, Dietrich CF, Fromageau J, Bojunga J, Calliada F, et al. EFSUMB guidelines and recommendations on the clinical use of ultrasound elastography. Part 1: Basic principles and technology. Ultraschall Med. 2013;34:169–184. - PubMed
-
- Ophir J, Céspedes I, Ponnekanti H, Yazdi Y, Li X. Elastography: a quantitative method for imaging the elasticity in biological tissues. Ultrasonic Imaging. 1991;13:111–134. - PubMed
-
- Krouskop TA, Wheeler TM, Kallel F, Garra BS, Hall T. Elastic moduli of breast and prostate tissues under compression. Ultrasonic Imaging. 1998;20:260–274. - PubMed
-
- Itoh A, Ueno E, Tohno E, Kamma H, Takahashi H, Shiina T, et al. Breast disease: clinical application of US elastography for diagnosis. Radiology. 2006;239:341–350. - PubMed
Publication types
LinkOut - more resources
Full Text Sources
Other Literature Sources