Scherwellenelastographie im Bewegungsapparat

Aufgrund der zunehmenden Verfügbarkeit der Scherwellenelastographie (SWE) in kommerziellen Ultraschall (US)-Systemen zeigt sich in den letzten Jahren eine Zunahme der Anzahl von Veröffentlichungen zur Thematik der Elastographie. Dennoch wird in der muskuloskelettalen Bildgebung (MSK) nur ein begrenzter Anstieg des Evidenzniveaus in einer geringen Anzahl von muskuloskelettalen Fragestellungen festgestellt [1].

Mit der zunehmenden Anwendung der Elastographie im muskuloskelettalen US dürfte sich die Zahl der Studien erhöhen, die das Potenzial haben, die Applikation in der klinischen Routine zu etablieren. Diese Übersicht bearbeitet die klinisch etablierten Fragestellungen und soll einen Ausblick über die Möglichkeiten der SWE geben. 

Technische Aspekte

Im Gegensatz zur Strain-Elastographie (auch sog. Kompressionselastographie), bei der mit gleichmäßig repetitivem Druck das Gewebe einem Dehnungsstress ausgesetzt und die bewirkte Kompression / Verformung erhoben werden kann, nutzt die SWE ein anderes phy­sikalisches Grundprinzip. Neben der Ultra­schallwelle wird eine weitere niedrigfrequente Scherwelle appliziert. Aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Transversalwelle kann das Elastizitätsmodul berechnet werden. Grundlage bilden somit senkrecht zur Ober­fläche eingestrahlte Ultraschallimpulse, Ausbreitung der Scherwellenfront wird erfasst und ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit errechnet, welche mit dem Elastizitätsmodul korreliert. Der prinzipielle Vorteil der Methode ist dabei eine Unabhängigkeit des von außen zugeführten Drucks und damit eine verbesserte Standardisierung bei geringerer Fehleranfälligkeit. Für die SWE wird in nahezu allen Studien eine gute bis sehr gute Inter- und Intraobserver Übereinstimmung beschrieben. Im Folgenden sollen klinische Anwendungen aufgezeigt werden.

Schulter

Generell wurde in mehreren Studien eine Abnahme der Steifigkeit und ein eher heterogenes Muster der affektierten Sehne im Vergleich zur gesunden Sehne beschrieben [2, 3]. Dies betrifft sowohl tendinopathische Veränderungen als auch Rupturen, wobei die Studienlage sich größtenteils auf die Sup­raspinatussehne fokussiert. Vermehrt wurde eine reduzierte Steifigkeit bei zunehmendem Fettgehalt und Muskelatrophie beschrieben, wobei diese im Endstadium jedoch wieder erhöht sein kann [4]. Da der Fettgehalt und die Muskelatrophie die Rate wiederholter Risse und schlechtere funktionelle Ergebnisse vorhersagen können, könnte die SWE einen prognostischen Nutzen bei der Entscheidung über eine operative Sanierung bieten (Vorhersage der Dehnbarkeit der Rotatorenmanschette sowie Sehnenqualität hinsichtlich postoperativer Ausfallraten).

Epikondylitis

Wiederholte Mikrotraumata gelten als Faktor, die einen Zyklus aus Sehnendegeneration und -reparatur zur Folge haben [5]. Die Unterscheidung vom gesunden Gewebe kann sich durch ähnliche Echogenitäten im B-Bild als schwierig erweisen. Neben den Bildcharakteristika wie echoarme Foci, kortikale Irregularität +/– osteophytäre Anbauten sowie die Ausbildung der Neovaskularisation kann die SWE im diag­nostischen Assessment einen weiteren, einfach zu messenden Parameter hinzufügen. Sämtliche Studien zeigen eine niedrigere Steifigkeit und Elastizität in klinisch gesicherter Epikondylitis im Vergleich zu gesunden, asymptomatischen Sehnen [6, 7]. Dies trifft gleichermaßen auf die mediale und laterale Epikondylitis zu. De Zordo et al. beispielsweise fanden mit der Elastographie bei der lateralen Epikondylitis mehr fokale Veränderungen und eine häufigere Beteiligung des lateralen Kollateralbandes sowie der peritendinösen Faszie im Vergleich zum B-Bild US [8]. Basierend auf dem Ausmaß der Substanzdefekte und Beteiligung des Kollateralbandes kann somit die therapeu­tische Entscheidung zwischen Injektionstherapie und chirur­gischem Vorgehen optimiert werden [9].

Patellarsehne

Aufgrund der Seltenheit von akuten Rupturen ist die Diagnostik der Insertionstendinopathie bei Patellaspitzensyndrom die häufigste klinische Fragestellung. Neben den etablierten US-Kriterien wie Sehnenverdickung, Verlust der Sehnenstruktur am kaudalen Patellarpol, Ossifikationen und Neovaskularisation zeigt die SWE diskrepante Ergebnisse in der Literatur. So wurde in wenigen Studien eine erhöhte, in anderen Arbeiten eine erniedrigte Steifigkeit beschrieben. Diese Studien unterscheiden sich jedoch stark von methodischen bzw. technische Grundlagen wie Flexionsgrad oder Messprotokoll. Die klinische Erfahrung zeigt jedoch zunehmend, dass das akute Patellaspitzensyndrom mit einer eher erniedrigten Sehnensteifigkeit einhergeht, wobei die chronischen Tendinopathien mit höherer Steifigkeit assoziiert sind, mutmaßlich bedingt durch Vernarbung bzw. Fibrosierung (Abb. 1).  

Achillessehne

Der US gilt längst als primäre Bild­gebung der Wahl mit einer exzellenten Aussagekraft in der Evaluation von tendinopathischen Veränderungen und etabliert in der funktionellen Unter­suchung akuter Rupturen. Durch die – verglichen zu anderen anatomischen Regionen – größere Studienlage sind die Erfahrungen in der Achillessehnendiagnostik definitiv höher. Die gesunde Achillessehne liefert in der Regel ein homogenes Bild mit höheren Steifigkeitswerten (Abb. 2 d), wobei die Steifigkeit der Sehne mit dem Trainingsumfang oder einer relevanten Vorbelastung zusammenhängt und sich vor allem durch intensives Training verändern kann. So ist bei professionellen Athleten mit hohem Trainingspensum die Grund­steifigkeit höher als bei semiprofessionellen Hobbyathleten [10]. 

Die Verwendung der SWE erreicht eine hohe Spezifität bei der Erkennung einer Tendinopathie und die kombinierte Verwendung von konventionellem US wird empfohlen, um die Sensitivität der Diagnose zu erhöhen. In einer Meta-Analyse beschrieben nahezu alle Studien signifikant reduzierte Steifigkeitswerte in symptomatischen Sehnen im Rahmen der Tendinopathie, was auch die klinische Erfahrung widerspiegelt [11]. Die SWE kann optimal zu Diagnostik und Follow-up genutzt werden, um frühe intraindividuelle Veränderungen der erkrankten Sehnen und die Anpassung an die gesunde Gegenseite im Rahmen kurzfristiger Verlaufskontrollen darzustellen (Abb. 2). Wenngleich die akute Achillessehnenruptur im B-Bild und der dynamischen Untersuchung oft eindeutig ist, kann die SWE auch hier hilfreich sein. Die Totalruptur zeigt in der Regel sehr niedrige SWE-Werte durch vollständige ­Retraktion und Verlust der Sehnenspannung. Dies kann vor allem bei Partialrupturen genutzt werden, um den rupturierten und noch erhaltenen Sehnenanteil – mit hohen Steifigkeitswerten – zu differenzieren (Abb. 3).

Fazit und Ausblick

Trotz eines großen Interesses an der SWE ist die publizierte Literatur immer noch spärlich und konzentriert sich stark auf Querschnittsstudien mit kleineren Fallzahlen. Die klinisch etablierte Anwendung der SWE ist somit vor allem in diagnostischen Fragestellungen von Sehnen und Sehnenansatzerkrankungen verankert. Hier wird die SWE in der Regel additiv zu den etablierten B-Bild und Doppler Kriterien eingesetzt und erhöht die diagnostische Aussagekraft. Dieser Zusammenfluss mehrerer US-Applikationen wird heutzutage vermehrt als „multiparametrischer Ultraschall“ bezeichnet. Derzeit weist die SWE noch Limitationen auf, dass sie als US-Applikation generell als untersucherabhängig gilt und noch nicht optimal standardisiert ist. Weiters sind die metrisch erfassten Werte von US-Systemen unterschiedlicher Hersteller nicht direkt vergleichbar. Es existiert noch keine Leitlinie im MSK-Bereich, welche einen Konsens über technische Grundlagen zusammenfasst (z. B. Messfeldgröße, Region-of-Interest und Anzahl der Messungen pro Areal). Neben dem rein diagnostischen Ansatz der SWE fehlen aktuell Longitudinalstudien vor allem im sportmedizinischen oder rheumatologischen Fachgebiet z. B. im Rahmen von Muskelverletzungen (Abb. 4), um auch einen möglichen präventiven oder rehabilitativen („return to train/sport“) Ansatz der SWE aufzuarbeiten. Die wissenschaftlich relevante Fragestellung der kommenden Jahre wäre in erster Linie, ob der frühzeitige Einsatz der SWE akute Verletzungen in einer vorgeschädigten Sehne oder einem überlasteten Muskel vermeiden könnte. 

Literatur

[1]  Sconfienza, L.M.; Albano, D.; Allen, G.; Bazzocchi, A.; Bignotti, B.; Chianca, V.; Facal de Castro, F.; Drakonaki, E.E.; Gallardo, E.; Gielen, J.; et al. Clinical Indications for Musculoskeletal Ultrasound Updated in 2017 by European Society of Musculoskeletal Radiology (ESSR) Consensus. Eur. Radiol. 2018 2812 2018, 28, 5338–5351, doi:10.1007/S00330-018-5474 – 3.

[2] Jeong, J.Y.; Khil, E.K.; Kim, A.Y.; Lee, S.A.; Choi, J.A. Utility of Preoperative Shear-Wave Elastography of the Supraspinatus Muscle for Predicting Successful Rotator Cuff Repair: A Prospective Observational Study With MRI Correlation. AJR. Am. J. Roentgenol. 2022, 218, 1051–1060, doi:10.2214/AJR.21.27129.

[3] Huang, J.; Jiang, L.; Wang, J.; Wu, D.; Huang, W.; Hu, N.; Chen, H. Ultrasound Shear Wave Elastography-Derived Tissue Stiffness Is Positively Correlated with Rotator Cuff Tear Size and Muscular Degeneration. Knee Surg. Sports Traumatol. Arthrosc.2022, 30, 2492–2499, doi:10.1007/S00167-022-06892-W.

[4] Rosskopf, A.B.; Ehrmann, C.; Buck, F.M.; Gerber, C.; Flück, M.; Pfirrmann, C.W.A. Quantitative Shear-Wave US Elastography of the Supraspinatus Muscle: Reliability of the Method and Relation to Tendon Integrity and Muscle Quality. Radiology 2016, 278, 465–474, doi:10.1148/RADIOL.2015150908.

[5] Eygendaal, D.; Rahussen, F.T.G.; Diercks, R.L. Biomechanics of the Elbow Joint in Tennis Players and Relation to Pathology. Br. J. Sports Med. 2007, 41, 820, doi:10.1136/BJSM.2007.038307.

[6] Bang, J.Y.; Hahn, S.; Yi, J.; Lim, Y. jung; Jung, H.K. Clinical Applicability of Shear Wave Elastography for the Evaluation of Medial Epicondylitis. Eur. Radiol. 2021, 31, 6726–6735, doi:10.1007/S00330-021-07791-3.

[7] Hong, S.; Hahn, S.; Yi, J.; Park, E.J.; Bang, J. Comparing the Clinical Application of Strain Elastography and Shear Wave Elastography for the Evaluation of Lateral Epicondylitis. J. Clin. Ultrasound 2022, doi:10.1002/JCU.23356.

[8] De Zordo, T.; Lill, S.R.; Fink, C.; Feuchtner, G.M.; Jaschke, W.; Bellmann-Weiler, R.; Klauser, A.S. Real-Time Sonoelastography of Lateral Epicondylitis: Comparison of Findings between Patients and Healthy Volunteers. AJR. Am. J. Roentgenol. 2009, 193, 180–185, doi:10.2214/AJR.08.2020.

[9] Clarke, A.W.; Ahmad, M.; Curtis, M.; Connell, D.A. Lateral Elbow Tendinopathy: Correlation of Ultrasound Findings with Pain and Functional Disability. Am. J. Sports Med. 2010, 38, 1209–1214, doi:10.1177/0363546509359066.

[10] Romer, C.; Czupajllo, J.; Zessin, E.; Fischer, T.; Wolfarth, B.; Lerchbaumer, M.H. Stiffness of Muscles and Tendons of the Lower Limb of Professional and Semiprofessional Athletes Using Shear Wave Elastography. J. Ultrasound Med. 2022, doi:10.1002/JUM.16062.

[11] Prado-Costa, R.; Rebelo, J.; Monteiro-Barroso, J.; Preto, A.S. Ultrasound Elastography: Compression Elastography and Shear-Wave Elastography in the Assessment of Tendon Injury. Insights Imaging 2018, 9, 791, doi:10.1007/S13244-018-0642-1.

Autoren

PD Dr. med. Dr. med. univ. Markus Lerchbaumer

ist Facharzt für Radiologie mit Schwerpunkt auf muskuloskelettale Bildgebung. Er beschäftigt sich hauptsächlich mit akuten Sportverletzungen und chronischen Überlastungsschäden von Sehnen und Muskeln. Nach seiner Ausbildung in der Klinik für Radiologie der Charité Berlin und radiologischer Betreuung des 1. FC Union Berlin ist er derzeit bei Radiologie München GbR, u.a. am Standort an der Säbener Straße (FC Bayern), tätig.