Ultraschall Med 2006; 27(6): 535-542
DOI: 10.1055/s-2006-927117
Original Article

© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Analysis of Endoscopic Ultrasound Elastography Used for Characterisation and Differentiation of Benign and Malignant Lymph Nodes

Einsatz der endoskopischen Ultraschall-Elastographie zur Charakterisierung und Differenzierung von benignen und malignen LymphknotenA. Săftoiu1, 2 , P. Vilmann1 , H. Hassan1 , F. Gorunescu3
  • 1Department of Surgical Gastroenterology, Gentofte University Hospital, Hellerup, Denmark
  • 2Department of Gastroenterology, University of Medicine and Pharmacy Craiova, Romania
  • 3Department of Biostatistics, University of Medicine and Pharmacy Craiova, Romania
Further Information

Publication History

received: 27.10.2005

accepted: 20.4.2006

Publication Date:
08 December 2006 (online)

Zusammenfassung

Ziel: Ultraschall-Elastographie ist ein neues bildgebendes Verfahren, welches die Rekonstruktion der Elastizitätsverteilung erlaubt, indem es den Unterschied in der Festigkeit von krankhaftem und normalem Gewebe nachweist. Material und Methoden: Ziel unserer Untersuchung war die Anwendung der Echtzeit-Elastographie während endoskopischer Ultraschalluntersuchungen (EUS), um hierdurch den Unterschied zwischen benignen und malignen Lymphknoten herauszuarbeiten. Das Muster der Echtzeit-EUS-Elastographiebilder wurde mit dem Aussehen der Lymphknoten beim konventionellen EUS sowie mit der endgültigen zytologischen Diagnose durch EUS-Feinnadelbiopsie (FNB) und/oder dem Pathologie-Ergebnis nach chirurgischer Resektion verglichen. Ergebnisse: Patienten, bei den durch EUS zervikale, mediastinale oder abdominelle Lymphknotenveränderungen festgestellt worden waren, wurden in die prospektive Studie aufgenommen und insgesamt 42 Lymphknoten wurden mittels EUS elastographisch untersucht. Mithilfe einer qualitativen Musteranalyse konnten wir zwischen benignen und malignen Lymphknoten mit großer Sensitivität, Spezifität und Genauigkeit (jeweils 91,7 %, 94,.4 % und 92,86 %) unterscheiden. Grundlage stellten fünf vorher ermittelte Muster dar, die auf EUS-elastographischen Untersuchungen beruhten. Eine quantitative Analyse, die sich auf Histogramme der EUS-Elastographiebilder stützte, erlaubte ebenfalls eine ausgezeichnete Unterscheidung zwischen benignen und malignen Lymphknoten. Gestützt auf separate RGB-Kanal-Histogrammwerte wurde zusätzlich ein „Elastizitätsverhältnis” definiert, welches in Bezug auf die Differenzialdiagnose eine Sensitivität, Spezifität und Genauigkeit von jeweils 95,8 %, 94,4 % und 95,2 % ergab, ausgehend von einem Cut-off-Wert von 0,84. Schlussfolgerung: EUS-Elastographie ist eine viel versprechende Methode, die die Charakterisierung und Differenzierung von benignen und malignen Lymphknoten mit einer hohen Sensitivität, Spezifität und Genauigkeit erlaubt und damit zusätzliche Information zur konventionellen EUS-Untersuchung bietet.

Abstract

Purpose: Ultrasound elastography is a new imaging procedure which allows the reconstruction of elasticity distribution by characterising the difference of hardness between pathological and normal tissue. Materials and Methods: The aim of our study was to apply real-time elastography during endoscopic ultrasound (EUS) examinations and to consequently characterise benign versus malignant lymph nodes. The pattern of real-time EUS elastography images was compared with the conventional EUS aspects of lymph nodes and with the final diagnosis obtained by EUS-FNA cytology analysis and/or by surgical pathology. Results: Patients diagnosed by EUS with cervical, mediastinal or abdominal lymph nodes were prospectively included, with a total number of 42 lymph nodes examined by EUS elastography. By using a qualitative pattern analysis, we were able to differentiate between benign and malignant lymph nodes with a high sensitivity, specificity and accuracy (91.7 %, 94.4 % and 92.86 %, respectively), based on five pre-defined patterns obtained on EUS elastography. A quantitative analysis based on histograms of the EUS elastography images also allowed an excellent discrimination between benign and malignant lymph nodes. Based on separate RGB channel histogram values, an “elasticity ratio” was further defined and yielded a sensitivity, specificity and accuracy for the differential diagnosis of 95.8 %, 94.4 % and 95.2 % respectively, based on a cut-off level of 0.84. Conclusion: EUS elastography is a promising method which allows characterisation and differentiation of benign and malignant lymph nodes with a high sensitivity, specificity and accuracy, offering complementary information added to conventional EUS imaging.

References

  • 1 Frey H. Real-time elastography. A new ultrasound procedure for the reconstruction of tissue elasticity.  Der Radiologe. 2003;  43 850-855
  • 2 Skovoroda A R, Klishko A N, Gusakyan D A. et al . Quantitative analysis of the mechanical characteristics of pathologically changed soft biological tissues.  Biophysics. 1995;  40 1359-1364
  • 3 Ophir J, Céspedes I, Ponnekanti H. et al . Elastography: a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues.  Ultrason Imaging. 1991;  13 111-134
  • 4 Bercoff J, Chaffai S, Tanter M. et al . In vivo breast tumour detection using transient elastography.  Ultrasound Med Biol. 2003;  29 1387-1396
  • 5 Cochlin D L, Ganatra R H, Griffiths D FR. Elastography in the detection of prostatic cancer.  Clinical Radiology. 2002;  57 1014-1020
  • 6 Varghese T, Zagzebski J A, Lee F T. Elastographic imaging of thermal lesions in the liver in vivo following radiofrequency ablation: preliminary results.  Ultrasound Med Biol. 2002;  28 1467-1473
  • 7 Souchon R, Rouvière O, Gelet A. et al . Visualisation of HIFU lesions using elastography of the human prostate in vivo: preliminary results.  J Ultrasound Med Biol. 2003;  29 1007-1015
  • 8 Schaar J A, Korte C L, Mastik F de. et al . Characterizing vulnerable plaque features with intravascular elastography.  Circulation. 2003;  108 2636-2641
  • 9 Varghese T, Zagzebski J A, Rahko P. et al . Ultrasonic imaging of myocardial strain using cardiac elastography.  Ultrason Imaging. 2003;  25 1-16
  • 10 Ziol M, Handra-Luca A, Kettaneh A. et al . Noninvasive assessment of liver fibrosis by measurement of stiffness in patients with chronic hepatitis C.  Hepatology. 2005;  41 48-54
  • 11 Vilmann P, Hancke S. A new biopsy handle instrument for endoscopic ultrasound guided biopsy.  Gastrointestinal Endoscopy. 1996;  43 238-242
  • 12 Sakamoto F, Natsugoe S, Yoshinaka H. et al . Endosonographic detection of mediastinal lymph node metastasis in superficial carcinoma of the esophagus: assessment by type classification and histogram.  J Gastroenterol. 2004;  39 7-13
  • 13 Eng J. ROC analysis: web-based calculator for ROC curves. (updated May 24; cited September 15, 2005). Available from: http://www.jrocfit.org Baltimore; Johns Hopkins University
  • 14 Monkman G J, Boese H, Ermert H. et al . Technologies for haptic systems in medicine.  Stud Health Technol Inform. 2003;  97 83-93
  • 15 Khaled W, Reichling S, Bruhns O T. et al . Palpation imaging using a haptic system for virtual reality applications in medicine.  Stud Health Technol Inform. 2004;  98 147-153
  • 16 Catalano M F, Sivak Jr M V, Rice T. et al . Endosonographic features predictive of lymph node metastasis.  Gastrointest Endosc. 1994;  40 442-446
  • 17 Kelly S, Harris K M, Berry E. et al . A systematic review of the staging performance of endoscopic ultrasound in gastro-esophageal carcinoma.  Gut. 2001;  49 534-539
  • 18 Vilmann P. Endoscopic ultrasonography-guided fine needle aspiration biopsy of lymph nodes.  Gastrointestinal Endoscopy. 1996;  43 24-29
  • 19 Loren D E, Seghal C M, Ginsberg G G. et al . Computer-assisted analysis of lymph-nodes detected by EUS in patients with esophageal carcinoma.  Gastrointest Endosc. 2002;  56 742-746
  • 20 Schmulitz N, Wildi S M, Varadarajulu S. et al . Accuracy of EUS criteria and primary tumour site for identification of mediastinal lymph node metastases from non-small lung cancer.  Gastrointest Endosc. 2004;  59 205-212
  • 21 Fritscher-Ravens A, Sriram P V, Bobrowski C. et al . Mediastinal lymphadenopathy in patients with or without previous malignancy: EUS-FNA based differential cytodiagnosis in 153 patients.  Am J Gastroenterol. 2000;  95 2278-2284
  • 22 Bhutani M S, Hawes R H, Hoffman B J. A comparison of the accuracy of echo features during endoscopic ultrasound (EUS) and EUS-guided fine-needle aspiration for diagnosis of malignant lymph node invasion.  Gastrointest Endosc. 1997;  45 474-479
  • 23 Hernandez L V, Mishra G, George S. et al . A descriptive analysis of EUS-FNA for mediastinal lymphadenopathy: an emphasis on clinical impact and false negative results.  Am J Gastroenterol. 2004;  99 249-254
  • 24 Vazquez-Sequerios E, Norton I D, Clain J E. et al . Impact of EUS-guided fine needle aspiration on lymph node staging in patients with esophageal carcinoma.  Gastrointest Endosc. 2001;  53 751-757
  • 25 Larsen S L, Krasnik M, Vilmann P. et al . Endoscopic ultrasound guided biopsy of mediastinal lesions has a major impact on patient management.  Thorax. 2002;  57 1-5
  • 26 Savoy A D, Ravenel J G, Hoffman B J. et al . Endoscopic ultrasound for thoracic malignancy: a review.  Curr Probl Diagn Radiol. 2005;  34 106-115
  • 27 Giovannini M, Monges G, Seitz J F. et al . Distant lymph node metastases in esophageal cancer: impact of endoscopic ultrasound-guided biopsy.  Endoscopy. 1999;  31 536-540
  • 28 Eloubeidi M A, Wallace M B, Reed C E. et al . The utility of EUS and EUS-guided fine needle aspiration in detecting celiac lymph-node metastasis in patients with esophageal cancer: a single center experience.  Gastrointest Endosc. 2001;  54 714-719
  • 29 Wallace M B, Block M I, Gillanders W. et al . Accurate molecular detection of non-small cell lung cancer metastases in mediastinal lymph nodes sampled by endoscopic ultrasound-guided needle aspiration.  Chest. 2005;  127 430-437
  • 30 Langevin H M, Konofagou E E, Badger G J. et al . Tissue displacements during acupuncture using ultrasound elastography techniques.  Ultrasound Med Biol. 2004;  30 1173-1183

Adrian Săftoiu, M.D., Ph. D.

Department of Gastroenterology, University of Medicine and Pharmacy Craiova, Romania

Str. Horia nr. 11

Craiova, Dolj, 200490

Romania

Phone: ++4/07 44/82 33 55

Fax: ++4/02 51/53 45 96

Email: adry@umfcv.ro; adriansaftoiu@netscape.net