Ultraschallelastografie des Pankreas

Abstract

Darstellung des Forschungsstandes: Mit steigender Mortalität stellt das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) eine diagnostische Herausforderung dar. Für das Verständnis der Erkrankung sind das Wissen über das gesunde Pankreas, sowie physiologische Einflussfaktoren auf die Gewebemechanik unerlässlich. Entsprechend gab es bereits früher Ansätze die Gewebeeigenschaften des Pankreas zu untersuchen. Mittels drei verschiedener Methoden der Ultraschallelastografie (USE) wurden Scherwellengeschwindigkeiten (SWS) für Pankreasgewebe bestimmt: i) Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI), ii) Shear Wave Elastography (SW-EG), und iii) Point Shear Wave Elastography (pSWE). Die mittlere Scherwellengeschwindigkeit für gesundes Pankreasgewebe betrug 1,17 ± 0,14 (Reichweite: 0,97 – 1,40) m/s. Insgesamt zeigen die USE-Methoden gute bis sehr gute Reproduzierbarkeit (pSWE: Intraklassenkorrelationen [ICC] von 0,57 – 0,98). Als signifikante physiologische Einflussfaktoren auf die pankreatische Steifigkeit wurden erhöhtes Alter für pSWE (P < 0,01; univariate Analyse: P = 0,04) und endoskopische Ultraschallelastografie (P < 0,01), weibliches Geschlecht für pSWE (P < 0,01), erhöhter Alkoholkonsum für pSWE (univariate und multivariate Analyse P < 0,01), sowie eine tiefere Lage des Pankreas für pSWE (univariate und multivariate Analyse P < 0,01) beschrieben. In zwei Studien erfolgte für ARFI die Abgrenzung des PDAC zu gesundem Pankreasgewebe mit Sensitivitäten und Spezifitäten von 56,4 – 88 % und 96 – 100 %. Eine Studie beschrieb hierfür einen Grenzwert von 1,36 m/s. Die durchschnittliche SWS für PDAC betrug 2,48 ± 0,23 (Reichweite: 2,34 – 2,74) m/s. Zeitharmonische Elastografie (THE): Als Methode der Scherwellenelastografie kann durch die THE eine nicht-invasive Quantifizierung der Gewebemechanik erfolgen. Die Quantifizierung erfolgt auf Grundlage unterschiedlicher Scherwellenlängen in Abhängigkeit der Steifigkeit des Gewebes. Insbesondere in der Verlaufsbeurteilung von Leberfibrose, sowie der Tumorquantifizierung, findet die THE Einsatz im klinischen Alltag. Neue Ergebnisse: Im Rahmen einer ersten Studie zur Pankreas-THE wurden i) Referenzwerte für gesundes Pankreasgewebe bestimmt (SWS: 1,63 ± 0,04 m/s), ii) eine hohe Wiederholbarkeit (ICC: 0,99), sowie exzellente Übereinstimmung zwischen zwei Untersuchenden (ICC: 0,97) gezeigt, iii) eine positive Korrelation der Steifigkeit mit steigendem Alter identifiziert (r = 0,45; P = 0,01), iv) tumoröses Pankreasgewebe quantifiziert (SWS: 1,88 ± 0,07 m/s), sowie v) durch Grenzwerte von 1,70 bzw. 1,73 m/s mit optimaler diagnostischer Genauigkeit gesundes Pankreasgewebe von Tumorgewebe (Sensitivität / Spezifität: 100 % / 100 %) abgegrenzt. Schlussfolgerung: Die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften des Pankreas ist durch verschiedene ultraschallbasierte Elastografieverfahren möglich. Die zeitharmonische Elastografie ermöglicht momentan als einziges Verfahren Elastogramme im gesamten Sichtfeld darzustellen und bietet somit die derzeit höchste diagnostische Genauigkeit für die nicht-invasive Identifikation von Pankreastumoren.

State of research: With increasing mortality, ductal adenocarcinoma of the pancreas (PDAC) presents a diagnostic challenge. Knowledge of the healthy pancreas as well as physiological factors influencing tissue mechanics is essential for understanding the disease. There are earlier ultrasound elastography-based (USE) approaches (via Acoustic Radiation Force Impulse [ARFI], Shear Wave Elastography and Point Shear Wave Elastography [pSWE]) to investigate the tissue properties of the pancreas in the literature which reported a mean shear wave velocity (SWS) of 1.17 ± 0.14 (range: 0.97 – 1.40) m/s for healthy pancreatic tissue. Overall, the USE methods show good reproducibility (pSWE: intraclass correlations [ICC] of 0.57 – 0.98). Increased age for pSWE (P < 0.01; univariate analysis: P = 0.04) and endoscopic ultrasound elastography (P < 0.01), female gender for pSWE (P < 0.01), increased alcohol consumption for pSWE (univariate and multivariate analysis P < 0.01), and a deeper pancreatic location for pSWE (univariate and multivariate analysis P < 0.01) were described as physiological influences on pancreatic stiffness. In two studies, PDAC was differentiated from healthy pancreatic tissue via ARFI with sensitivities and specificities of 56.4 – 88% and 96 – 100%. One study described a cut-off value of 1.36 m/s. The average SWS for PDAC was 2.48 ± 0.23 (range: 2.34 – 2.74) m/s. Time-harmonic elastography (THE): As a method of shear wave elastography, THE can provide a non-invasive quantification of tissue mechanics. The quantification is based on different shear wave lengths depending on the tissue stiffness. THE is being used for the assessment of liver fibrosis and tumor quantification. New findings: As a first study on pancreatic THE i) reference values for healthy pancreatic tissue (SWS: 1.63 ± 0.04 m/s) were determined, ii) a high repeatability (ICC: 0.99), as well as excellent interobserver agreement (ICC: 0.97) was shown, iii) a positive correlation of stiffness with increasing age (r = 0.45; P = 0.01) was identified, iv) tumorous pancreatic tissue (SWS: 1.88 ± 0.07 m/s) was quantified, and v) healthy pancreatic tissue was distinguished from tumor tissue by threshold values of 1.70 and 1.73 m/s with optimal diagnostic accuracy (sensitivity / specificity: 100 % / 100 %). Conclusion: The characterization of the mechanical properties of the pancreas is possible by different ultrasound-based elastography methods. Time-harmonic elastography is currently the only method that allows elastograms to be displayed over the entire field-of-view and thus offers the highest diagnostic accuracy currently available for the non-invasive identification of pancreatic tumors.