Ultrazvukové zobrazení jater pro klasifikaci metabolické dysfunkce spojené s steatózou jater

1. Účel Hlavním účelem této studie je vyvinout ultrazvukové metody, které mohou identifikovat stádia metabolické dysfunkce asociované steatózní jaterní choroby (MASLD) pomocí magnetické rezonanční elastografie (MRE), MRI protonové denzity tukové frakce (PDFF) a biopsie jako referenční metody.
2. Hypotéza Ultrazvuk může nahradit MRI při stanovování stádia steatózy a fibrózy. Ultrazvuk může zlepšit stanovování stádia zánětu.

3. Odpůvodnění Široká škála patologií může způsobit změny mechanických vlastností lidské tkáně. Z tohoto důvodu se hledání způsobu, jak neinvazivně hodnotit tuhost tkáně, ukazuje jako klinicky užitečné. Mnoho jaterních onemocnění různé etiologie včetně hepatitidy, tukového onemocnění jater, alkoholismu a dalších se projevuje zvýšenou tuhostí jater v důsledku fibrózy. Fibróza může vést k různým nádorům jater nebo cirhóze, někdy způsobujícím smrt. Odhaduje se, že prevalence cirhózy je 4,5 % až 9,5 % obecné populace, což naznačuje, že mnohem větší skupina je postižena různými stádii fibrózy. Pokud lze výrazné zvýšení tuhosti jater z fibrózy zachytit v raném stádiu, lze léčbu přizpůsobit pacientovi a výsledky lze sledovat, aby se zvýšila pravděpodobnost reverze a zpomalily se škodlivé účinky.

   Biopsie je tradičně standardní metodou pro diagnostiku a monitorování jaterních stavů, široce používanou od roku 1958. Mezi výhody biopsie patří vizualizace tukových a železných depozit. Bohužel biopsie nejsou schopny ukázat heterogenitu fibrózy, protože odečet je často prováděn ze stejného místa a sestává pouze z 1/50 000 objemu jater. Studie ukázaly nesoulad v bioptických výsledcích z levého do pravého laloku ve 33 % případů a 30 % chybnou klasifikaci cirhotických případů. Stejně tak studie ukázaly významnou mezilehlou a vnitřní pozorovatelskou variabilitu. Nakonec nevýhodou biopsie, která podnítila přechod k neinvazivním diagnostickým opatřením, jako je elastografie, je související riziko bolesti, krvácení a mortality.

   Byly vyvinuty a aplikovány na játra různé metody elastografie. Přechodná elastografie, FibroScan (EchoSens, Paříž) je nejběžnějším typem elastografie v současnosti aplikované na játra pro měření tuhosti, což indikuje fibrózní aktivitu. Používá ultrazvukovou technologii s jednorozměrnou sondou k měření rychlosti smykových vln. Stala se standardem péče v některých klinikách po celém světě jako cenově dostupné zařízení, které je diagnosticky spolehlivé. Ačkoli je bezbolestné, rychlé a pohodlné, je schopno odebrat pouze velmi malý vzorek z pravého laloku jater, takže nemůže zachytit žádnou heterogenitu a může zkreslit stav celého orgánu. Stejně tak, pokud je výzkumníkům známo, hodnoty tuhosti získané z FibroScan měření nebyly korelovány s hodnotami magnetické rezonanční elastografie v žádné přímé komparaci v literatuře a vedou k méně spolehlivým výsledkům pro raná stádia fibrózy.

   Magnetická rezonanční elastografie je dalším typem elastografie aplikované na játra. Ukázala velmi vysokou diagnostickou přesnost při zařazování pacientů do fibrózních stádií a je používána v některých soukromých klinikách, primárně ve Spojených státech. Umožňuje flexibilitu v její aplikaci a v protokolech používaných k získání dat. Ukázala velkou opakovatelnost a reprodukovatelnost a je často účinná u pacientů s vyšším BMI. Vysoké náklady a složitost spojená s MRI skeny omezují její užitečnost v mnoha oblastech postižených jaterním onemocněním.

   Metoda S-WAVE výzkumníků je ultrazvuková metoda, která bude produkovat dvourozměrné a trojrozměrné snímky, umožňující plnou vizualizaci jater. Je to přizpůsobitelná multifrekvenční technika, která může zobrazit velké oblasti orgánu jako volumetrické mapy elasticity. Je cenově dostupná a proveditelná v rozšířených klinických prostředích díky jednoduchým hardwarovým potřebám ultrazvukového zařízení.

   Ultrazvuková data, která se používají k měření tuhosti tkáně, lze také použít k odhadu obsahu tuku v tkáni. Tuková tkáň skutečně má tendenci tlumit ultrazvuk více než normální tkáň. Další charakteristiky ultrazvukových dat (rádiové frekvence nebo RF data) se také mění, když tkáň ztuční. Prvním stádiem MASLD je steatóza, zvýšený podíl tuku v jaterní tkáni, následovaný zánětem, následovaný jizvením tkáně a fibrózou.

4. Cíle

   • Porovnat výsledky tuhosti získané z MRE, S-WAVE a FibroScan u zdravých dobrovolníků a u pacientů, aby se prokázala silná shoda mezi S-WAVE a MRE při hodnocení fibrózy.
   • Porovnat protonovou denzitu tukové frakce MRI s ultrazvukovým útlumem a dalšími měřeními, aby se prokázala silná shoda mezi ultrazvukem a MRI-PDFF při hodnocení steatózy.
   • Ukázat, že ultrazvuk může posoudit celé spektrum MASLD, včetně steatózy, fibrózy a zánětu, s biopsií jako referenční metodou.

5. Výzkumné metody 40 subjektů bez anamnézy jaterního onemocnění, převážně rekrutovaných z populace postgraduálních studentů na UBC, a 105 subjektů s různými stádii fibrózy, rekrutovaných v Gastroenterologickém institutu výzkumného institutu (GIRI) ve Vancouveru a VGH, podstoupí FibroScan, S-WAVE a MRI skeny včetně PDFF a MRE.

   FibroScan a S-WAVE budou provedeny technikem a sonografistou, respektive, v GIRI nebo VGH.

   MR vyšetření bude provedeno ve výzkumném centru MRI na UBC.

   Deset měření FibroScan bude získáno z pravého laloku přes mezižeberní prostor pacienta. FibroScan zobrazuje medián tuhosti v kPa stejně jako interkvartilové rozpětí. Pro přijetí měření FibroScan je vyžadována minimální úspěšnost 80 % s interkvartilovým rozpětím menším než 30 % hodnoty tuhosti. Každý subjekt podstoupí proces jednou.

   S-WAVE je elastografická technika vyvinutá na UBC, která používá odezvu tkáně na multifrekvenční vibrace k odhadu mechanických vlastností tkáně. Vibrace generují ustálené smykové vlny v tkáni. Řada ultrazvukových snímků zachycuje pohyb smykových vln v tkáni a k odhadu základních mechanických vlastností se používá model tkáně. Již byla úspěšně aplikována na zobrazování prostaty, prsu, placenty a jater.

   Používané excitační zařízení je deska umístěná pod pacientem na vyšetřovacím lůžku. Použité frekvence budou v rozsahu od 45 Hz do 80 Hz. Zvolená amplituda bude dostatečná k vytvoření adekvátních vln v oblasti zájmu a v rámci komfortní úrovně pacienta. Bude použit 3D ultrazvukový snímač k získání objemu snímků, zatímco bude držen na místě sonografistou. Kromě toho bude 2D ultrazvukový měnič přejet, aby se získaly objemy snímků přibližně ve stejné lokalitě.

   Mezižeberní a transabdominální snímky budou získány podle opakovatelného protokolu.

   Všechny S-WAVE skeny budou provedeny dvěma vyškolenými a velmi zkušenými sonografistkami, paní Vickie Lessoway a paní Jan Reid.

   Magnetická rezonanční elastografie bude provedena na 3T Philips Elition MR skeneru umístěném ve výzkumném centru MRI na UBC. Skenování začne axiálními T1 a T2 snímky, následovanými difuzně váženým zobrazením.

   Poté bude následovat MR elastografické vyšetření pomocí sekvence eXpresso a simultánní excitace tkáně. Sekvence eXpresso byla použita ve studiích fantomů, jater a prostaty. Excitační systém je elektromagnetický aktuátor, který byl vyroben interně a sestává ze smyček drátu uspořádaných do cívky. Vibrace vznikají, když proud prochází dráty v přítomnosti magnetického pole MR skeneru. Je synchronizován se sekvencí MRI zobrazování. Vibrační zařízení bude umístěno nad pravou částí hrudního koše subjektu při ležení v poloze na zádech. Bude upevněno na místě suchým zipem, aby se zabránilo jakémukoli pohybu. Průměr vibrační desky je 5 až 10 cm široký. Systém je velmi podobný tomu, který byl použit v předchozích studiích jinde a k zobrazování prostaty a jater.

   Celé MR zobrazovací sezení bude trvat méně než 90 minut.

   Zpracování MRE a VE dat probíhá offline k extrakci informací o mechanických vlastnostech a obsahu tuku. Ty pak mohou být vizuálně zobrazeny a porovnány. Oba zahrnují zpracování surových ultrazvukových echových dat.

6. Zpracování dat Všechna S-WAVE data budou zpracována softwarem vyvinutým v Laboratoři robotiky a řízení na UBC. Tento software je schopen odhadnout hodnotu tuhosti ve všech zobrazených bodech na základě modelu tkáně. Výstupem je volumetrická mapa tuhosti tkáně, která může být superponována na odpovídající B-mode snímek. Oblasti zájmu budou vybrány na základě homogenních oblastí s malým množstvím krevních cév.

Surové MRE snímky budou zpracovány interně vyvinutým softwarem, který filtruje data a aplikuje modely k výpočtu dynamického smykového modulu (Gd) a viskozity (Gl) pro každý pixel. Tyto mechanické vlastnosti tvoří nový snímek, který je pak superponován na standardní T2-vážené snímky pro snadnou vizualizaci. Budou zvoleny oblasti zájmu s malým množstvím krevních cév. Bude vypočten průměr a směrodatná odchylka Gd a Gl.

Obsah tuku v tkáni bude stanoven standardními sekvencemi MRI PDFF. Obsah tuku v tkáni bude stanoven z ultrazvuku na základě kvantitativní analýzy surových ultrazvukových RF dat.

Zpracování ultrazvukových snímků bude optimalizováno tak, aby odpovídalo MRI snímkům (MRI jako referenční metoda pro hodnocení fibrózy a steatózy).

Zpracování ultrazvukových snímků bude optimalizováno pro predikci zánětu, s bioptickými výsledky jako referenční metodou.