Эластометрия — метод определения механических свойств¶
Эластометрия — это совокупность методов определения механических свойств (упругости, вязкости, реологических параметров) эластичных материалов и биологических тканей по их отклику на внешнее механическое воздействие. Термин образован от латинского elastica (упругий) и греческого metreo (измеряю). Методы эластометрии применяются в медицине (диагностика фиброза печени, оценка эластичности молочной железы и щитовидной железы), материаловедении, пищевой промышленности и научных исследованиях.
¶Основные принципы
В основе эластометрии лежит измерение деформации материала под действием известной нагрузки или, наоборот, оценка напряжения по известной деформации. Ключевые механические характеристики, определяемые методом:
- Модуль Юнга — отношение напряжения к относительной деформации в упругой области;
- Вязкость — сопротивление течению, характеризующее вязкоупругое поведение;
- Пружинность и жёсткость — способность материала восстанавливать форму после снятия нагрузки.
Для биологических тканей, которые обладают вязкоупругими свойствами, результат измерения зависит от скорости приложения нагрузки и времени выдержки, поэтому в медицинской эластометрии часто используется параметр «жёсткость», выраженный в килопаскалях (кПа).
¶Классификация методов
По характеру воздействия и способу регистрации отклика выделяют несколько групп методов:
| Метод | Принцип | Область применения |
|---|---|---|
| Пальпационная эластометрия | Ручная оценка жёсткости ткани пальцами | Первичная диагностика новообразований |
| Ультразвуковая эластометрия | Измерение скорости сдвиговой ультразвуковой волны | Диагностика фиброза печени, опухолей |
| Магнитно-резонансная эластометрия | Визуализация распространения сдвиговых волн в магнитном поле | Точное картирование жёсткости органов |
| Индентация | Вдавливание индентора в образец | Материаловедение, биоткани |
| Динамический механический анализ | Осциллирующее воздействие, измерение модуля и тангенса потерь | Полимеры, пищевые продукты |
¶Ультразвуковая эластометрия
Наиболее распространённый в клинической практике метод. Суть его заключается в том, что на ткань передаётся механическая волна (обычно сдвиговая), скорость которой пропорциональна жёсткости среды: чем жёстче ткань, тем быстрее распространяется волна. Скорость измеряется с помощью обычного ультразвукового датчика, после чего рассчитывается модуль сдвига и модуль Юнга.
Выделяют два основных подхода:
- Компрессионная (стрейн) эластометрия — датчиком ритмично сдавливается участок тела, а по величине деформации ткани судят о её жёсткости. Метод прост, но зависит от навыка оператора.
- Сдвиговая эластометрия (FibroScan) — с помощью специального вибратора-излучателя в ткань вводится сдвиговая волна, скорость которой измеряется ультразвуком. Метод стандартизирован и не зависит от оператора; введён в клинические рекомендации по диагностике хронических болезней печени.
¶Магнитно-резонансная эластометрия
МР-эластометрия сочетает магнитно-резонансную томографию с механическим возбуждением тканей. Пациенту на поверхность тела устанавливается специальный виброгенератор, создающий низкочастотные сдвиговые волны (обычно 40–60 Гц). Последовательность МРТ-импульсов, чувствительная к фазовому смещению тканей, регистрирует карту распространения волн, из которой вычисляется карта жёсткости органа. Метод считается наиболее точным для оценки диффузного фиброза печени и включён в международные рекомендации как альтернатива биопсии.
¶Применение в медицине
Основная клиническая область применения эластометрии — гепатология. Фиброз печени сопровождается разрастанием соединительной ткани, что увеличивает жёсткость органа. Эластометрия позволяет неинвазивно оценить стадию фиброза (по шкале F0–F4), избежав пункционной биопсии. Метод применяется при вирусных гепатитах В и С, алкогольной болезни печени, неалкогольном стеатогепатите, циррозе.
В онкологии эластометрия используется для дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных образований молочной железы, щитовидной железы, предстательной железы, лимфоузлов. Злокачественные опухоли, как правило, обладают большей жёсткостью по сравнению с доброкачественными.
В офтальмологии метод применяется для измерения жёсткости роговицы и склеры, что важно при глаукоме и кератоконусе. В кардиологии — для оценки жёсткости сосудистой стенки.
¶Применение в материаловедении и пищевой промышленности
В промышленности эластометрия используется для контроля свойств резин, полимеров, композитов и клеевых материалов. Динамический механический анализ позволяет определить стеклование полимеров, модуль упругости и внутреннее трение.
В пищевой науке метод применяется для характеристики текстуры продуктов: твёрдости сыра, эластичности мяса, жевательной плотности хлеба. Аппараты для текстурного анализа (текстурометры) по сути реализуют те же принципы индентации и сжатия.
¶История
Идея оценки жёсткости тканей пальпацией известна с античности, однако количественные методы эластометрии начали развиваться в XX веке. Ультразвуковая эластометрия была предложена японскими исследователями в начале 1990-х годов (Ёсида и соавторы, 1993). Коммерческая система FibroScan (Echosens, Франция) появилась в 2001 году и стала стандартом неинвазивной оценки фиброза печени. Магнитно-резонансная эластометрия была впервые реализована в клинической практике в 2007 году (Манджи, Роттер и соавторы, Майо-Клиник).
Источники:
- Manduca A. et al. Magnetic resonance elastography: non-invasive mapping of tissue elasticity // Medical Image Analysis. — 2011.
- Friedrich-Rust M. et al. Performance of transient elastography for the staging of liver fibrosis: a meta (организация признана экстремистской, деятельность запрещена в РФ)-analysis // Gastroenterology. — 2008.
- Yosioka K. et al. Imaging of liver elasticity by ultrasound // Japanese Journal of Medical Ultrasonics. — 1993.
- Гастроэнтерологические рекомендации Российской гастроэнтерологической ассоциации по диагностике и лечению фиброза печени.
- Hilleren-Andersson K. et al. Ultrasound elastography: principles and clinical applications // Acta Radiologica. — 2022.