الاستوگرافی (Elastography) یکی از پیشرفتهترین روشهای تصویربرداری و تشخیص پزشکی در دنیای امروز است که با هدف اندازهگیری سختی و الاستیسیته بافتهای بدن مورد استفاده قرار میگیرد. این تکنیک نقشی حیاتی در تشخیص ضایعههای سرطانی، ارزیابی وخامت آنها و پایش بیماریهای مزمن (مانند فیبروز کبدی) ایفا میکند؛ زیرا بافتهای بیمار یا سرطانی معمولاً ساختار فیزیکی متفاوتی (سختتر یا نرمتر) نسبت به بافتهای سالم دارند.
اساس عملکرد تمام روشهای الاستوگرافی بر یک اصل ساده اما قدرتمند بنا نهاده شده است: اعمال یک تحریک مکانیکی به بافت و ثبت دقیق پاسخ مکانیکی بافت به آن تحریک با استفاده از یک ابزار تصویربرداری (معمولاً اولتراسوند یا MRI). با تحلیل میزان جابجایی یا کرنش ایجاد شده، میتوان نقشه دقیقی از سختی بافت تهیه کرد.
روشهای ثبت سیگنال در الاستوگرافی را میتوان بر اساس نوع تحریک مکانیکی به کار رفته و ماهیت خروجی آنها، به سه دسته اصلی تقسیم کرد:
۱. روش ایستا یا نیمهایستا (Static or Quasi-Static Elastography)
این روش که با نام «کرنش الاستوگرافی» (Strain Elastography) نیز شناخته میشود، یکی از قدیمیترین و سادهترین رویکردها است و خروجی آن به صورت یک نقشه سختی نسبی ارائه میشود.
| شاخص | جزئیات |
|---|---|
| نحوه تحریک | اعمال یک فشار ثابت، آرام و کنترلشده بهوسیله دست اپراتور یا از طریق فشار مستقیم پروب تصویربرداری به بافت. |
| ثبت سیگنال | ثبت دو تصویر از بافت: یک تصویر قبل از اعمال فشار و یک تصویر در حین نگه داشتن فشار. |
| تحلیل | الگوریتمهای پردازشی با مقایسه این دو تصویر، میزان کرنش (تغییر شکل نسبی) ایجاد شده در هر نقطه از بافت را محاسبه میکنند. مناطقی که کرنش کمتری نشان میدهند (تغییر شکل نمیدهند) سفتتر تلقی میشوند. |
| خروجی | یک نقشه رنگی (الاستوگرام) که سختی نواحی را به صورت نسبی نشان میدهد (مثلاً با رنگهای مختلف). این روش قادر به ارائه مقدار کمی و دقیق الاستیسیته (مانند واحد پاسکال) نیست. |
۲. روش غیرفعال (Passive Elastography)
در این رویکرد نوآورانه، منبع تحریک نه اپراتور است و نه دستگاه، بلکه حرکات طبیعی و فیزیولوژیک بدن است.
| شاخص | جزئیات |
|---|---|
| نحوه تحریک | استفاده از حرکات فیزیولوژیک داخلی بدن مانند ضربان قلب، نبض رگها، تنفس ریهها یا انقباضات طبیعی عضلات. این حرکات، جابجاییهای بسیار کوچکی در بافتهای اطراف ایجاد میکنند. |
| ثبت سیگنال | دستگاه تصویربرداری، این جابجاییهای ریز و طبیعی بافت را در طول زمان با نرخ فریم بالا ثبت میکند. |
| تحلیل | از الگوریتمهای پردازشی پیشرفتهای مانند “شناسایی کور” (Blind Identification) استفاده میشود تا منبع و مشخصات تحریک داخلی تخمین زده شود و بر اساس آن، خواص مکانیکی بافت تحلیل شود. |
| خروجی | اطلاعات معمولاً کیفی یا نسبی از سختی بافت را ارائه میدهد، اما پتانسیل توسعه برای اندازهگیریهای کمی را نیز دارد. |
۳. روش پویا (Dynamic Elastography)
روش پویا، تنها رویکردی است که امکان اندازهگیری کمی و دقیق الاستیسیته بافت را فراهم میکند. اساس کار در این روش، تولید امواج برشی (Shear Waves) در بافت و اندازهگیری سرعت انتشار آنهاست. از آنجایی که سرعت موج برشی مستقیماً به سختی بافت وابسته است (بافت سفتتر = سرعت موج بیشتر)، با محاسبه سرعت میتوان مقدار دقیق سختی را تعیین کرد.
برای ایجاد تحریک و ثبت سیگنال در روش پویا، دو رویکرد اصلی وجود دارد:
الف) نیروی تابش صوتی (Acoustic Radiation Force – ARF)
این رویکرد که اساس تکنیکهایی مانند Point SWE و 2D SWE است، از خود پروب اولتراسوند استفاده میکند:
- نحوه تحریک: مبدلهای پیزوالکتریک موجود در پروب، یک پالس صوتی متمرکز و پرقدرت ارسال میکنند. این پالس، نیروی مکانیکی کوچکی به بافت وارد کرده و موج برشی تولید میکند.
- ثبت سیگنال: پروب باید بین حالت “تحریک” و حالت “تصویربرداری و ردیابی” جابجا شود. ابتدا پالس تحریک ارسال شده و بلافاصله پس از آن، امواج اولتراسوند معمولی (با نرخ فریم بالا) برای ردیابی و اندازهگیری سرعت موج برشی ایجاد شده، ارسال و دریافت میشوند.
- مزایا و معایب: مزیت اصلی، سادگی و عدم نیاز به سختافزار اضافی است. عیب آن کاهش نرخ تصویربرداری (Frame Rate) به دلیل جابجایی بین دو حالت و تولید جابجاییهای کوچک است که تحلیل سیگنال را دشوار میسازد.
ب) لرزاننده مکانیکی خارجی (External Mechanical Vibrator)
این رویکرد که در تکنیکهایی مانند Transient Elastography (TE) به کار میرود، از یک دستگاه جانبی استفاده میکند:
- نحوه تحریک: یک عملگر یا لرزاننده مکانیکی مستقل (مثلاً لرزاننده الکترومغناطیسی) به پروب اولتراسوند متصل یا در تماس با بدن قرار میگیرد. این لرزاننده، تحریکات مکانیکی (معمولاً گذرا یا سینوسی) با فرکانس و دامنه قابل تنظیم (مانند ۰ تا ۱۰۰ هرتز) را مستقیماً به بافت اعمال میکند.
- ثبت سیگنال: مزیت اصلی این روش، انجام عملیات تحریک و تصویربرداری بهصورت همزمان است. در حالی که لرزاننده خارجی موج برشی را تولید میکند، پروب اولتراسوند بدون وقفه به تصویربرداری ادامه میدهد. این همزمانی، نرخ تصویربرداری بالا و کیفیت سیگنال بهتری را تضمین میکند.
- مزایا و معایب: این روش میتواند جابجاییهای بزرگتر و نفوذ عمقیتری برای موج برشی ایجاد کند. چالش اصلی، طراحی یک لرزاننده یکپارچه، سبک و کمنویز است تا بر کیفیت تصویربرداری اولتراسوند تأثیر منفی نگذارد.
جدول خلاصه روشهای ثبت سیگنال در الاستوگرافی
| روش تحریک | منبع تحریک | نحوه ثبت سیگنال | نوع خروجی |
|---|---|---|---|
| ایستا (Static/Strain) | فشار خارجی (دست یا پروب) | مقایسه دو تصویر قبل و بعد از فشار | نسبی (نقشه کرنش) |
| غیرفعال (Passive) | حرکات داخلی بدن (ضربان قلب، تنفس) | ردیابی جابجاییهای طبیعی بافت | نسبی/کیفی |
| پویا (ARF) | پالس صوتی پروب | جابجایی بین حالت تحریک و تصویربرداری | کمی (سرعت موج برشی و سختی دقیق) |
| پویا (لرزاننده خارجی) | عملگر مکانیکی مستقل | تحریک و تصویربرداری همزمان | کمی (سرعت موج برشی و سختی دقیق) |
جمعبندی و منابع
پیشرفتهای اخیر در الاستوگرافی پویا، این روش را به ابزاری کلیدی در تشخیص زودهنگام و دقیق بیماریها تبدیل کرده است. درک روشهای مختلف ثبت سیگنال، برای انتخاب مناسبترین تکنیک در کاربردهای بالینی مختلف ضروری است. برای کسب اطلاعات بیشتر و عمیقتر در زمینه فناوریهای نوظهور و تجهیزات تخصصی الاستوگرافی و اولتراسوند، میتوانید به وبسایت متخصصین این حوزه، نوراوید، مراجعه نمایید