Cervical elasticity during pregnancy: current state of the problem

Cover Page

Abstract


Uterine cervix undergoes various changes throughout the pregnancy, which are characterized by the general term “remodeling”. In particular, this process includes changes of the length (shortening) and consistency (softening) of uterine cervix. The latter from the clinical point of view is important not only for observation of pregnant women with normal course of pregnancy but also for predicting such states as an outcome of labor induction or preterm delivery. Traditionally, cervical elasticity has been estimated through digital examination and Bishop score, however, currently there are available imaging techniques, which are more objective and precise. Amongst these methods, elastography plays a special role. Elastography allows measuring the capacity of tissues to deform. The softer the tissues, the higher mentioned capacity under the applied pressure. Currently there are various methods of elastography, starting from real-time elastography, when the capacity to be deformed is registered under the influence of physiologic movements or minimal manual pressure, to shear wave elastography, when the velocity of propagation of shear waves is measured. Although there are number of methods of elastography and perspectives of their use in obstetric practice, at the present time there is no consensus on standardization of these methods. In the cervical elastography this task is even more complicated, because there is no reference tissue to be compared with, especially this is true for strain elastography. The aim of this study was comparative analysis of methods estimating cervical elasticity and underlining current problems from the clinical point of view.


Шейка матки (ШМ) — анатомическая структура, связывающая полость матки с влагалищем, во время беременности она претерпевает значительные изменения [1, 2]. Ее функция изменяется со сроком беременности. Так, если до родов шейка выполняет барьерную функцию и остается закрытой для обеспечения рос­та и развития плода внутри матки, то ближе к родам она сокращается и сглаживается с целью его изгнания [2, 3]. К моменту рождения окружность ШМ увеличивается в несколько раз для прохождения плода. Однако всего через несколько часов после родов ШМ уже имеет восстановленную консистенцию и закрывается [4].

Для оценки изменений шейки матки при беременности классически применялась шкала Бишопа, оценивающая следующие характеристики при помощи пальцевого исследования: расположение, размягчение, сглаживание (истончение и укорочение), раскрытие цервикального канала и расположение плода (степень опускания в полость таза) [5, 6]. Однако в связи с субъективностью полученных данных, с неприятными ощущениями для беременных и с отсутствием данных о состоянии внутреннего зева приходилось искать альтернативные методы исследования.

Одним из таких методов является эластография, которая впервые была описана примерно 20 лет назад как дополнительная опция классического ультразвукового исследования.

Целью данной статьи является сравнительная характеристика методов, оценивающих эластичность шейки матки с обозначением существующих проблем с клинической точки зрения.

Способы оценки эластичности шейки матки современными методами исследования.

Размягчение шейки матки является ­одним из исходов процесса ремоделирования во время беременности и, более того, поддается количес­венному анализу современными диагностическими методами.

Методы, направленные на количественное определение модификаций физических характеристик шейки матки при беременности, перечислены в табл. 1.

 

Таблица 1. Краткая характеристика клинических исследований с изучением биомеханических характеристик
шейки матки

Метод (ссылка)

Исследуемая популяция

Результаты

Электрический импеданс [10]

86 женщин перед стимулированием родов

Сопротивляемость значительно ниже у пациентов с успешным стимулированием родов

Электрический импеданс [11]

205 женщин перед стимулированием родов

Сопротивляемость ниже при вагинальных родах и выше при необходимости введения окситоцина

Электрический импеданс [12]

50 небеременных контролей и 90 беременных женщин

Импеданс снижается в первом триместре и увеличивается в третьем триместре

Колоскоп, светостимулированная флуоресценция (ССФ) [13]

Небеременные контроли и беременные

(21–39 недель) перед стимулированием родов

Снижение ССФ со сроком беременности может прогнозировать роды в течение

24 ч, снижается также после назначения простагландинов

Максимальная деформируемость [8]

Беременные женщины

(5–36 недель)

Способность к деформации увеличивается линейно по мере гестационного срока

Ослабление УЗ сигнала [7]

Беременные женщины

(10–41 неделя)

Слабая корреляция между ослаблением сигнала и сроком беременности.

Отмечен прогностический потенциал

Гистограмма в режиме серой шкалы УЗИ [14–15]

Беременные женщины с преждевременными родами

(24–34 недели)

Определение средних значений на гистограмме в сочетании с определением фибронектина и с измерением длины ШМ улучшает прогнозирование исходов стимулирования родов

Гистограмма в режиме серой шкалы УЗИ [16]

Беременные женщины

(27–30 недель)

Изменения в режиме серой шкалы в переднезаднем направлении коррелируют с консистенцией при пальцевом исследовании

Аспирация [9]

50 небеременных контролей, 50 беременных женщин

(8–40 недель)

Жесткость ткани в области наружного зева уменьшается во время беременности

Инфракрасная

спектроскопия [17]

Беременные женщины

(6–41 неделя)

Слабая корреляция между оптическими характеристиками и сроком беременности

 

Как видно из таблицы, только исследования [7–9] относятся к первому триместру беременности, при этом, несмотря на различные способы исследования, большинство авторов сходятся во мнении, что жесткость шейки матки уменьшается с ранних сроков беременности и достигает минимума перед родами.

Описанные выше методики так и не стали популярными в клинической практике в отличие от эластографии.

Для применения в медицине эластография впервые была предложена в 1987 г. T.A. Krouskop, D.R. Dougherty, F.S. Vinson, а принципы эластографии научно были сформулированы в скором времени (1991 г.) J. Ophir, I. Cespedes, H. Ponnekanti и соавторами [18, 19].

Эластография стала общедоступным клиническим методом исследования с 2005 г., когда при производстве ультразвуковых аппаратов данная опция становится обязательной частью их программного обеспечения. В нас­тоящее время этот метод является информативным диагностическим инструментом при исследовании большинства очаговых и диффузных заболеваний. Эластография используется совместно с такими широко известными инструментальными методами обследования, как МРТ, УЗИ, рентгенография, системы оптических и акустических сигналов [19].

В основе эластографии лежит изучение вязкоэластических характеристик тканей. Эластичность материй характеризует их стремление к возвращению своего первоначального размера и формы после воздействия деформирующей силы или давления.

Методы эластографии отличаются друг от друга принципами генерирования импульса: наружная компрессия или внутренние искусственные источники. В зависимости от них различают компрессионную эластографию и эластографию сдвиговой волны. При компрессионной эластографии регистрируются характеристики тканей под воздействием мануальной компрессии при помощи ультразвукового датчика или на основании внутренних движений пациента (дыхательные движения, пульсация крупных сосудов). Результат в основном отображается в цветовой гамме. Недостатком метода является невозможность получения цифровых значений эластичности тканей [4, 20].

В отличие от компрессионной эластографии, при эластографии сдвиговой волны применяется генератор ультразвуковых волн. При этом первичный импульс приводит к распространению поперечных (сдвиговых) волн в тканях. При прохождении через ткани изменяется скорость волны в зависимости от жесткости тканей, что позволяет измерять жесткость в цифровых аналогах. Несмотря на то что элас­тография сдвиговой волны позволяет получить данные о жесткости тканей независимо от опыта исследователя, для изучения шейки матки при беременности техника пока не регламентирована [21].

В отличие от других областей применения эластографии, в частности от применения в онкологии, когда жесткость аномального ­очага сравнивается с жесткостью окружающих (нормальных) тканей, при исследовании шейки матки отсутствует референсная ткань. Эта проблема особенно актуальна при компрессион­ной эластографии, потому что в ее основе лежит сравнивание жесткости тканей. Что касается эластографии сдвиговой волны, то результаты исследования зависят от степени нажатия на ультразвуковой датчик и от места локализации датчика [22].

Большинство исследований шейки ­матки при беременности основаны на компрессион­ной эластографии, потому что до недавнего времени не хватало данных о безопасности применения эластографии сдвиговой волны для плода. Эластография шейки матки в основном применяется для оценки риска преждевременных родов и для прогнозирования исходов стимулирования родов [23–27].

Ограничениями метода эластографии при исследовании шейки матки при беременности являются:

– в отличие от исследований других органов и тканей, здесь отсутствует референсная ткань. Невозможно получить данные о соотношении жесткости (strain ratio) нормальной и исследуе­мой ткани;

– в данном случае присутствуют множест­венные источники компрессии. Для получения стабильного изображения необходима одинаковая наружная компрессия, однако у беременной женщины помимо этого присутствуют еще дыхательные движения, пульсация сосудов, движения плода, а также движения рук исследователя. При таком количестве источников вибрации сложно определить точные характеристики жесткости тканей как при компрессионной эластографии, так и при эластографии сдвиговой волны. Для компрессионной эластографии возможным решением проблемы является применение «Способа отбора беременных женщин для проведения инвазивной диагностики хромосомных аномалий плода в первом триместре беременности методом качественной соноэластографии», описанного Тухбатуллиным М.Г., Янаковой К.В., Терегуловой Л.Е. (№ 2626144) в 2017 г., а для эластографии сдвиговой волны — «Способа отбора беременных женщин для проведения инвазивной диагностики хромосомных аномалий плода в первом триместре беременности методом соноэластографии сдвиговой волны» (Тухбатуллин М.Г., Янакова К.В., Терегулова Л.Е., № 2629236 от 28 августа 2017 г.) [28, 29];

– отсутствует стандартизация зоны интереса (ROI — Region of interest). Некоторые исследователи используют зону интереса крупных размеров, другие — намного меньше. Если ROI слишком большая, то цвет в области внутреннего зева получается негомогенным, что усложняет задачу определения основного цвета. Также сложно это делать при слишком маленькой ROI, потому что цвет одной точки не соответствует состоянию всей шейки матки. Были предложены несколько методик стандартизации ROI. Одни предлагают анализировать ROI в качестве цветовой шкалы, другие — количественный анализ пикселей на картине, чтобы характеризовать степень размягчения, третьи — конкретно анализировать первичное изображение.

Выводы

С клинической точки зрения добавление модуля эластографии к классическим ультразву­ковым методам исследования шейки матки при беременности открывает новые горизонты для оценки риска преждевременных родов или исходов стимулирования родов. Метод является неинвазивным, достаточно комфортно ­переносится беременными, позволяет получать объективные данные относительно эластичес­ких характеристик шейки матки в течение всей беременности. В то же время у метода наблюдаются определенные недостатки, такие как отсутствие референсной ткани, стандартизирования силы и места компрессии, размеров зон интереса и т.д. Несмотря на наличие протоколов применения эластографии, рекомендованные международными сообществами, в них до сих пор не включены стандарты проведения эластографии шейки матки.

 

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.

M G Tukhbatullin

Kazan State Medical Academy

Author for correspondence.
Email: kyanakova80@gmail.com
Kazan, Russia

K V Yanakova

City Hospital No 7

Email: kyanakova80@gmail.com
Kazan, Russia

  1. Aylamazyan E.K. Akusherstvo: uchebnik dlya meditsinskikh vuzov. (Obstetrics: textbook for medical universities.) 7th ed. Saint Petersburg: SpetsLit. 2010; 543 p. (In Russ.)
  2. House M., Kaplan D.L., Socrate S. Relationships between mechanical properties and extracellular matrix constituents of the cervical stroma during pregnancy. Sem. Perinatol. 2009; 20: 43–48. doi: 10.1053/j.semperi.2009.06.002.
  3. Carlson L.C., Hall T.J., Rosado-Mendez I.M., et al. Detection of Changes in Cervical Softness Using Shear Wave Speed in Early versus Late Pregnancy: An in Vivo Cross-Sectional Study. Ultrasound Med. Biol. 2018; 44 (3): 515–521. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2017.10.017.
  4. Hyunjung K., Han Sung H. Elastographic measurement of the cervix during pregnancy: Current status and future challenges. Obstet. Gynecol. Sci. 2017; 60 (1): 1–7. doi: 10.5468/ogs.2017.60.1.1.
  5. Bishop E.H. Pelvic scoring for elective induction. Obstet. Gynecol. 1964; 24: 266–268. PMID: 14199536.
  6. Poellmann M.J., Chien E.K., McFarlin B.L., Wagoner A.J. Mechanical and structural changes of the rat cervix in late-stage pregnancy. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2013; 17: 66–75. doi: 10.1016/j.jmbbm.2012.08.002.
  7. Mazza E., Parra-Saavedra M., Bajka M., et al. In vivo assessment of the biochemical properties of the uterine cervix in pregnancy. Prenatal Diagnosis. 2014; 34: 33–41. doi: 10.1002/pd.4260.
  8. McFarlin B.L., Bigelow T.A., Laybed Y., et al. Ultrasonic attenuation estimation of the pregnant cervix: a preliminary report. Ultrasound Obstet. Gynecol. 2010; 36: 218–225. doi: 10.1002/uog.7643.
  9. Parra-Saavedra M., Gomez L., Barrero A., et al. Prediction of preterm birth using the cervical consistency index. Ultrasound Obstet. Gynecol. 2011; 38: 44–51. doi: 10.1002/uog.9010.
  10. Badir S., Mazza E., Bajka M. Cervical softening occurs early in pregnancy: characterization of cervical stiffness in 100 healthy women using the aspiration technique. Prenat. Diagn. 2013; 27: 143–153. doi: 10.1002/pd.4116.
  11. O’Connell M.P., Tidy J., Wisher S.J., et al. An in vivo comparative study of the pregnant and nonpregnant cervix using electrical impedance measurements; an objective measure of prelabor cervical change. J. Matern. Fetal. Neonatal. Med. 2003; 14 (6): 389–391. doi: 10.1111/j.1471-0528.2000.tb10410.x.
  12. Jokhi R.P., Brown B.H., Anumba D.O. The role of cervical electrical impedance spectroscopy in the prediction of the course and outcome of induced labor. BMC Pregnancy Childbirth. 2009; 9: 40. doi: 10.1590/2446-4740.05617.
  13. Gandhi S.V., Walker D.C., Brown B.H., Anumba D.O.C. Comparison of human uterine cervical electrical impedance measurements derived using two tetrapolar probes of different sizes. Biomed Eng. Online. 2006; 5: 62. doi: 10.1186/1475-925X-5-62.
  14. Maul H., Mackay L., Garfield R. Cervical ripening: biochemical, molecular, and clinical considerations. Clin. Obstet & Gynecol. 2006; 49: 70–76. doi: 10.1097/00003081-200609000-00015.
  15. Tekesin I., Wallwiener D., Schmidt S. The value of quantitative ultrasound tissue characterization of the cervix and rapid fetal fibronectin in predicting preterm delivery. J. Prenat. Med. 2005; 33 (5): 383–391. doi: 10.1515/JPM.2005.070.
  16. Kuwata T., Matsubara S., Taniguchi N., et al. A novel method for evaluating uterine cervical consistency using vaginal ultrasound gray-level histogram. J. Perinat. Med. 2010; 38 (5): 451–567. doi: 10.1515/JPM.2010.079.
  17. Hornung R., Spichitg S., Banos A., et al. Frequency-domain near-infrared spectroscopy of the uterine cervix during regular pregnancies. Laser Med. Sci. 2011; 26: 205–212. doi: 10.1007/s10103-010-0832-7.
  18. Krouskop T.A., Dougherty D.R., Vinson F.S. A pulsed Doppler ultrasonic system for making non-invasive mea­sure­ments of the mechanical properties of soft tissue. J. Rehabil. Res. Dev. 1987; 24: 1–8. PMID: 3295197.
  19. Ophir J., Cespedes I., Ponnekanti H., et al. Elastography: a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues. Ultrason. Imag. 1991; 13: 111–134. doi: 10.1177/016173469101300201.
  20. Yanakova K.V., Tukhbatullin M.G. Elastichnostʹ sheyki matki u beremennykh gruppy vysokogo riska po khromosomnoy patologii ploda. Prakticheskaya meditsina. 2016; 9: 131–141. (In Russ.)
  21. Sarvazyan A., Hall T.J., Urban M.W., et al. An overview of elastography — an emerging branch of medical imaging. Curr. Med. Imaging Rev. 2011; 7 (4): 255–282. doi: 10.2174/157340511798038684.
  22. Hernandez-Andrade E., Maymon E., Luewan S., et al. A soft cervix, categorized by shear-wave elastography, in women with short or with normal cervical length at 18–24 weeks is associated with a higher prevalence of ­spontaneous preterm delivery. J. Perinat. Med. 2018; 6 (5): 489–501. doi: 10.1515/jpm-2018-0062.
  23. Swiatkowska-Freund M., Traczyk-Los A., Preis K., et al. Prognostic value of elastography in predicting premature delivery. Ginekol. Pol. 2014; 85: 204–207. doi: 10.17772/gp/1714.
  24. Wozniak S., Czuczwar P., Szkodziak P., et al. Elastography in predicting pre­term delivery in asymptomatic, low-risk women: a pro­spective observational study. BMC Pregnancy Childbirth. 2014; 14: 238. doi: 10.1186/1471-2393-14-238.
  25. Hernandez-Andrade E., Romero R,. Korzeniewski S.J., et al. Cervical strain determined by ultrasound elastography and its associa­tion with spontaneous preterm delivery. J. Perinat. Med. 2014; 42: 159–169. doi: 10.1515/jpm-2013-0277.
  26. Hernandez-Andrade E., Garcia M,. Ahn H., et al. Strain at the internal cervical os assessed with quasi-­static elastography is associated with the risk of spontaneous preterm delivery at ≤34 weeks of gestation. J. Perinat. Med. 2015; 43: 657–666. doi: 10.1515/jpm-2014-0382.
  27. Sabiani L., Haumonte J.B., Loundou A., et al. Cervical HI-RTE elastography and pregnancy outcome: a prospective study. Eur. J. Obstet. Gynecol. Reprod. Biol. 2015; 186: 80–84. doi: 10.1016/j.ejogrb.2015.01.016.
  28. Patent RF № 0002626144 issued on 21.07.2017. Method of selection of pregnant women for invasive diagnosis of fetal chromosomal anomalies in the first trimester by qualitative sonoelastography. Patent of Russie № 2626144. 2017. Byul. № 21, Tukhba­tullin M.G., Yanakova K.V., Teregu­lova L.E. (In Russ.)
  29. Patent RF № 0002629236 issued on 28.08.2017. Method of selection of pregnant women for invasive diagnosis of fetal chromosomal anomalies in the first trimester by shear wave sonoelastography. Patent of Russia № 2629236.2017. Byul. № 22, Tukhba­tullin M.G., Yanakova K.V., Teregulova L.E. (In Russ.)

Views

Abstract - 104

PDF (Russian) - 80

PlumX


© 2018 Tukhbatullin M.G., Yanakova K.V.

Creative Commons License

This work is licensed
under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.


Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77-75008 от 1 февраля 2019 года выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)