Charakterisierung des Leberparenchyms mittels parametrischer T1- und T2-Magnetresonanz-Relaxometrie

Obwohl die Leberbiopsie der aktuelle Standard für die histologische Charakterisierung des Leberparenchyms ist, birgt dieses invasive Verfahren ein erhebliches Risiko für – möglicherweise tödliche – Blutungen. Da Lebererkrankungen zudem fokal oder heterogen die Leber betreffen können, können histologische Befunde falsch negativ oder nicht repräsentativ sein. Nicht-invasive bildgebende Verfahren (z. Ultraschall (US), Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) hingegen liefern wertvolle Informationen im Hinblick auf die globale und regionale Gewebecharakterisierung und können bei der Steuerung/Zielsetzung der Leberbiopsie hilfreich sein. Darüber hinaus haben neue Entwicklungen in den letzten Jahren die Tür zu einer besseren und umfassenderen Einschätzung des Status der Leber geöffnet. Eines davon ist die Elastographie, die die mechanischen, viskoelastischen Eigenschaften der Leber bewertet und somit wertvolle Informationen hinsichtlich der Lebersteifheit (oder -elastizität) liefert und zur genauen Einstufung der Leberfibrose verwendet werden kann (1,2). Ein weiterer Ansatz ist die Gewebecharakterisierung anhand des Relaxationsverhaltens von Lebergewebe in einer hochfeldmagnetischen Umgebung („Relaxometrie“). Da Relaxationszeiten gewebespezifisch sind, kann sich die fokale oder diffuse Pathologie ändern (d. h. verkürzen oder verlängern) Entspannungszeiten. Diese Veränderungen können zur Darstellung und Quantifizierung der Krankheitsschwere herangezogen werden. Auf dem Gebiet der kardialen Bildgebung hat die Relaxometrie einen Paradigmenwechsel bewirkt, während sie für die Leberbildgebung bisher auf relativ geringes Interesse gestoßen ist. Am bekanntesten ist die T2*-Relaxometrie, mit der Patienten mit Hämochromatose diagnostiziert und nachbeobachtet werden können. Kürzlich haben einige Artikel die Verwendung von T1- und T1-Rho-Relaxometrie zur Diagnose einer Leberstauung bei Fontan-Patienten bzw. zur Darstellung einer Leberfibrose beschrieben (3,4).

Im Rahmen einer umfassenden kardialen MRT-Untersuchung haben wir 2014 mit der routinemäßigen T1- und T2-Relaxometrie des Herzens begonnen. Die Technik wurde in einer internationalen Studie gegen ein standardisiertes, kommerziell erhältliches Phantom validiert (5). In der Praxis umfasst die T1- und T2-Kartierung Messungen sowohl in der kardialen Kurzachse als auch in der horizontalen Langachse vor und nach der Verabreichung von intravenösen, im Handel erhältlichen Gadoliniumchelaten. Da die Leber in kardialer Kurzachsenrichtung teilweise erfasst wird, werden wir diese Bilder verwenden, um die T1- und T2-Relaxationszeiten der Leber zu messen. Da alle Daten auf PACS gespeichert sind, ist es unser Ziel, diese T1- und T2-Mapping-Studien wiederzuverwenden, um die T1- und T2-Relaxation der Leber unter normalen Bedingungen zu bestimmen.

Zunächst werden wir aus unserer kardialen MRT-Datenbank eine repräsentative Gruppe von Studien ableiten, die als normal gekennzeichnet sind (d. h. normaler kardialer MRT-Befund). In der medizinischen Patientenakte werden die Serum-Biomarker für Lebererkrankungen überprüft (siehe unten), sowie Befunde bei Echokardiographie (Ausschluss Rechtsherzinsuffizienz, Ausschluss schwerer Trikuspidalinsuffizienz), Abdominal-Ultraschall / Computertomographie (Ausschluss Lebererkrankung, d.h. Hämochromatose, Steatose, Leberstauung und Leberzirrhose). Nur MRT-Untersuchungen werden eingeschlossen, wenn eine Lebererkrankung ausgeschlossen wird. In einem nächsten Schritt wird ein repräsentativer Interessenbereich manuell gezeichnet (> 100 Pixel) in einem Bereich, der die Lebergefäße nicht umfasst. Diese Analysen werden auf der Prä- und Post-Kontrast-T1-Karte und auf der T2-Karte durchgeführt. Ziel ist es, bei mindestens 100 Probanden Normalwerte zu ermitteln, um den Einfluss von Alterung und Geschlecht abschätzen zu können.

Zweitens werden wir die Leber-T1- und -T2-Werte bei Patienten mit verschiedenen Formen der Rechtsherzinsuffizienz messen und die Beziehung zwischen den Leber-T1- und -T2-Werten und Befunden bei Echokardiographie, Serum-Biomarkern und Rechtsherzkatheterisierung beurteilen, die auf eine Rechtsherzinsuffizienz hinweisen. Letztere Informationen werden aus der medizinischen Patientenakte abgerufen. Wie bei der Rechtsherzinsuffizienz steigt der Füllungsdruck in den Hohl- und Lebervenen an, wodurch es zu einer Stauung der Leber kommt. Es wird vermutet, dass unter diesen Umständen die T1- und T2-Leberwerte erhöht sind. Auch in späteren Stadien, wenn die Leberfibrose beginnt und sich zu einer kardialen Leberzirrhose entwickelt, gehen wir von erhöhten T1-Werten aus. Ziel ist es zu evaluieren, ob im MRT ermittelte mittlere T1 und/oder T2 des Leberparenchyms als bildgebender Biomarker der Rechtsherzdekompensation verwendet werden können. Da eine begleitende Lebererkrankung (siehe oben) die korrekte Interpretation unserer Ergebnisse erschweren kann, muss eine vorbestehende Lebererkrankung ausgeschlossen werden. Dabei wird ein ähnlicher Ansatz wie in der Normalbevölkerung verwendet. Die Zielpatientenpopulation ist dreifach. Erstens Patienten mit pulmonaler Hypertonie mit/ohne Anzeichen einer Rechtsherzinsuffizienz, die sich einer Rechtsherzkatheterisierung mit invasiven Druckmessungen unterzogen haben (falls nicht verfügbar, werden pulmonale Arteriendruckschätzungen bei transthorakaler Echokardiographie verwendet) und Zeichen einer Rechtsherzinsuffizienz bei transthorakalem Echokardiographie kann verwendet werden. Zweitens: Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie, definiert als LV-Ejektionsfraktion < 35 % mit und ohne begleitende rechtsventrikuläre (RV) Dysfunktion (d. h. RV EF < 35 %). Drittens, Patienten mit konstriktiver Perikarditis oder entzündlicher Perikarditis mit konstriktiver Physiologie (d. h. erhöhte atembedingte ventrikuläre Kopplung/Interdependenz). Diese Gruppe wird mit einer Gruppe von Patienten mit entzündlicher Perikarditis ohne konstriktive Physiologie (d. h. erhaltene ventrikuläre Kopplung) verglichen.

Drittens werden zur Beurteilung der inter- und intrabeobachteten Reproduzierbarkeit von Leber-T1/T2-Werten Messungen von zwei Lesegeräten durchgeführt, die die Messungen unabhängig voneinander durchführen. Ein Leser wiederholt die Messungen unter Beachtung eines einwöchigen Intervalls zwischen den Analysen. Diese Gruppe umfasst 10 zufällig ausgewählte Studien in der Normalgruppe und 10 Studien in der Patientengruppe. Die Analyse umfasst die Bewertung des Intraklassen-Korrelationskoeffizienten (ICC) und des Variationskoeffizienten (CoV).

Schließlich werden wir als Schritt in Richtung eines stärker automatisierten Ansatzes eine Texturanalyse evaluieren/entwickeln. Dieser mathematische Ansatz betrachtet Muster zwischen Pixeln, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind, und führt zu Bildmerkmalen, die über den typischen Mittelwert (oder Medianwert) und Abweichungen hinausgehen. Es hat sich in vielen Anwendungen auf dem Gebiet der medizinischen Bildgebung als robuste Technik erwiesen und wird höchstwahrscheinlich auch für die Bildgebung der Leber nützlich sein. Die große Gruppe der abgeleiteten Bildmerkmale muss mithilfe maschineller Lernansätze (mit/ohne andere klinische Messwerte) weiter analysiert werden. Das maschinelle Lernen von Merkmalen, die mit einer Diagnose („Ziel“) gekoppelt sind, hat das Potenzial, traditionelle Risikobewertungen mit neuartigen bildgebenden Biomarkern zu erweitern. Regularisierungsansätze basierend auf z.B. Support Vector Machines, Random Forests oder Convolutional Neural Networks (CNNs) werden implementiert.