Ultrasound Liver Imaging per la Classificazione della Malattia del Fegato Steatosico Associata a Disfunzione Metabolica

1. Scopo Lo scopo principale di questo studio è sviluppare metodi ecografici in grado di identificare gli stadi della malattia epatica steatosica associata a disfunzione metabolica (MASLD) utilizzando l'elastografia a risonanza magnetica (MRE), la frazione di grasso a densità protonica MRI (PDFF) e la biopsia come verità di riferimento.
2. Ipotesi L'ecografia può sostituire la risonanza magnetica nella stadiazione della steatosi e della fibrosi. L'ecografia può migliorare la stadiazione dell'infiammazione.

3. Giustificazione Un'ampia gamma di patologie può causare cambiamenti nelle proprietà meccaniche del tessuto umano. Per questo motivo, trovare un modo per valutare in modo non invasivo la rigidità dei tessuti si sta rivelando clinicamente utile. Molte malattie epatiche di varia eziologia, tra cui epatite, steatosi epatica, alcolismo e altre, si presentano con un aumento della rigidità epatica dovuto alla fibrosi. La fibrosi può portare a vari tumori del fegato o alla cirrosi, causando talvolta la morte. È stato stimato che la prevalenza della cirrosi è del 4,5% al 9,5% della popolazione generale, indicando che un gruppo molto più ampio è affetto dai vari stadi della fibrosi. Se aumenti drammatici della rigidità epatica dovuti alla fibrosi possono essere rilevati in una fase precoce, il trattamento può essere personalizzato per il paziente e i risultati possono essere monitorati per aumentare la probabilità di inversione e rallentare gli effetti dannosi.

   La biopsia è tradizionalmente il metodo standard per diagnosticare e monitorare le condizioni epatiche, ampiamente utilizzato dal 1958. Alcuni vantaggi della biopsia includono la visualizzazione dei depositi di grasso e ferro. Sfortunatamente, le biopsie non sono in grado di mostrare l'eterogeneità della fibrosi poiché la lettura viene spesso effettuata nella stessa posizione e consiste solo in 1/50.000 del volume epatico. Gli studi hanno mostrato discordanza nei risultati delle biopsie tra il lobo sinistro e destro nel 33% dei casi e una errata classificazione del 30% dei casi di cirrosi. Inoltre, gli studi hanno mostrato una significativa variazione inter-osservatore e intra-osservatore. Infine, uno svantaggio della biopsia che ha spinto la transizione verso misure diagnostiche non invasive, come l'elastografia, è il rischio associato di dolore, sanguinamento e mortalità.

   Sono stati sviluppati vari metodi di elastografia e applicati al fegato. L'elastografia transitoria, FibroScan (EchoSens, Parigi) è il tipo più comune di elastografia attualmente applicata al fegato per la misurazione della rigidità, indicando l'attività fibrotica. Utilizza la tecnologia ecografica con una sonda unidimensionale per misurare la velocità delle onde di taglio. È diventato lo standard di cura in alcune cliniche in tutto il mondo come dispositivo economico e clinicamente affidabile. Sebbene sia indolore, veloce e conveniente, è in grado di raccogliere solo un campione molto piccolo dal lobo destro del fegato, quindi non può catturare alcuna eterogeneità e potrebbe rappresentare erroneamente lo stato dell'intero organo. Inoltre, per quanto ne sanno i ricercatori, i valori di rigidità ottenuti dalle letture FibroScan non sono stati correlati con i valori dell'elastografia a risonanza magnetica in alcun confronto diretto nella letteratura e producono risultati meno affidabili per gli stadi iniziali della fibrosi.

   L'elastografia a risonanza magnetica è un altro tipo di elastografia applicata al fegato. Ha mostrato un'elevata accuratezza diagnostica nella stadiazione dei pazienti in stadi fibrotici ed è utilizzata in alcune cliniche private, principalmente negli Stati Uniti. Permette flessibilità nella sua applicazione e nei protocolli utilizzati per acquisire i dati. Ha mostrato una grande ripetibilità e riproducibilità ed è spesso efficace in pazienti con BMI più elevati. Gli alti costi e la complessità associati alle scansioni MRI ne limitano l'utilità in molte aree affette da malattie epatiche.

   Il metodo S-WAVE dei ricercatori è un metodo ecografico che produrrà immagini bidimensionali e tridimensionali, consentendo una visualizzazione completa del fegato. È una tecnica a multifrequenza regolabile, che può mostrare ampie aree dell'organo come mappe di elasticità volumetriche. È economico e fattibile in contesti clinici diffusi grazie alle semplici esigenze hardware di un dispositivo ecografico.

   I dati ecografici utilizzati per misurare la rigidità dei tessuti possono anche essere utilizzati per stimare il contenuto di grasso del tessuto. Infatti, il tessuto adiposo tende ad attenuare gli ultrasuoni più del tessuto normale. Altre caratteristiche dei dati ecografici (i dati a radiofrequenza o RF) cambiano anche quando il tessuto diventa grasso. Il primo stadio della MASLD è la steatosi, un aumento della proporzione di grasso nel tessuto epatico, seguito da infiammazione, quindi da cicatrizzazione del tessuto e fibrosi.

4. Obiettivi

   • Confrontare i risultati di rigidità ottenuti da MRE, S-WAVE e FibroScan in volontari sani e in pazienti per dimostrare una forte concordanza tra S-WAVE e MRE nella valutazione della fibrosi.
   • Confrontare la frazione di grasso a densità protonica MRI con l'attenuazione degli ultrasuoni e altre misure, per dimostrare una forte concordanza tra ecografia e MRI-PDFF nella valutazione della steatosi.
   • Dimostrare che l'ecografia può valutare l'intero spettro della MASLD, inclusa steatosi, fibrosi e infiammazione, con la biopsia come verità di riferimento.

5. Metodi di ricerca 40 soggetti senza storia di malattia epatica, principalmente da reclutare da una popolazione di studenti laureati presso UBC, e 105 soggetti, con vari stadi di fibrosi, da reclutare presso il Gastroenterology Institute of Research Institute (GIRI) a Vancouver, e VGH, si sottoporranno a FibroScan, S-WAVE e scansioni MRI inclusi PDFF e MRE.

   Il FibroScan e il S-WAVE saranno eseguiti rispettivamente da un tecnico e da un ecografista presso il GIRI o VGH.

   L'esame di risonanza magnetica sarà eseguito presso il centro di ricerca MRI dell'UBC.

   Dieci letture FibroScan saranno ottenute dal lobo destro attraverso lo spazio intercostale del paziente. FibroScan visualizza la rigidità mediana in kPa così come l'intervallo interquartile. È richiesto un tasso di successo minimo dell'80% con un intervallo interquartile inferiore al 30% del valore di rigidità per accettare le letture FibroScan. Ogni soggetto si sottoporrà al processo una volta.

   S-WAVE è una tecnica di elastografia sviluppata presso UBC che utilizza la risposta del tessuto a vibrazioni multifrequenza per stimare le proprietà meccaniche del tessuto. Le vibrazioni generano onde di taglio stazionarie nel tessuto. Una serie di immagini ecografiche cattura il movimento dell'onda di taglio del tessuto e un modello tissutale è utilizzato per stimare le proprietà meccaniche sottostanti. È già stata applicata con successo per visualizzare la prostata, il seno, la placenta e il fegato.

   Il dispositivo di eccitazione utilizzato è una tavola posizionata sotto il paziente sul lettino di esame. Le frequenze applicate varieranno da 45 Hz a 80 Hz. L'ampiezza selezionata sarà sufficiente per produrre onde adeguate nella regione di interesse e entro il livello di comfort del paziente. Una sonda ecografica 3D sarà utilizzata per ottenere volumi di immagini, mentre viene mantenuta in posizione dall'ecografista. Inoltre, un trasduttore ecografico 2D sarà spazzato per ottenere volumi di immagini approssimativamente nella stessa posizione.

   Immagini intercostali e transaddominali saranno ottenute secondo un protocollo ripetibile.

   Tutte le scansioni S-WAVE saranno eseguite da due ecografisti formati e molto esperti, la signora Vickie Lessoway e la signora Jan Reid.

   L'elastografia a risonanza magnetica sarà eseguita sul scanner MR Philips Elition 3T situato presso il centro di ricerca MRI dell'UBC. La scansione inizierà con immagini T1 e T2 assiali, seguite da imaging pesato in diffusione.

   Quindi verrà eseguita l'esame di elastografia a risonanza magnetica utilizzando la sequenza eXpresso e l'eccitazione simultanea del tessuto. La sequenza eXpresso è stata utilizzata in studi su fantocci, fegato e prostata. Il sistema di eccitazione è un attuatore elettromagnetico costruito internamente e comprende anelli di filo disposti in una bobina. Le vibrazioni si generano quando la corrente passa attraverso i fili in presenza del campo magnetico dello scanner MR. È sincronizzato con la sequenza di imaging MRI. Lo shaker sarà posizionato sopra la gabbia toracica destra del soggetto mentre giace in posizione supina. Sarà fissato in posizione con una cintura in velcro per evitare qualsiasi movimento. Il diametro della piastra dello shaker è da 5 a 10 cm di larghezza. Il sistema è molto simile a quello utilizzato in studi precedenti altrove e per visualizzare la prostata e il fegato.

   L'intera sessione di imaging MR durerà meno di 90 minuti.

   L'elaborazione dei dati MRE e VE avviene offline per estrarre informazioni sulle proprietà meccaniche e sul contenuto di grasso. Queste possono poi essere visualizzate visivamente e confrontate. Entrambe coinvolgono l'elaborazione dei dati grezzi dell'eco ecografico.

6. Elaborazione dei dati Tutti i dati S-WAVE saranno elaborati da software sviluppato nel Robotics and Control Laboratory presso UBC. Questo software è in grado di stimare un valore di rigidità in tutti i punti immagine basandosi su un modello tissutale. L'output è una mappa volumetrica della rigidità tissutale che può essere sovrapposta alla corrispondente immagine in modalità B. Le regioni di interesse saranno selezionate in base ad aree omogenee con pochi vasi sanguigni.

Le immagini MRE grezze saranno elaborate con un software sviluppato internamente che filtra i dati e applica modelli per calcolare il modulo di taglio dinamico (Gd) e la viscosità (Gl) per ogni pixel. Queste proprietà meccaniche formano una nuova immagine che viene poi sovrapposta alle immagini pesate in T2 standard per una facile visualizzazione. Saranno scelte regioni di interesse con pochi vasi sanguigni. Saranno calcolati la media e la deviazione standard di Gd e Gl.

Il contenuto di grasso del tessuto sarà determinato da sequenze MRI PDFF standard. Il contenuto di grasso del tessuto sarà determinato dall'ecografia basandosi sull'analisi quantitativa dei dati grezzi RF ecografici.

L'elaborazione delle immagini ecografiche sarà ottimizzata per corrispondere alle immagini MRI (MRI come verità di riferimento per la valutazione della fibrosi e della steatosi).

L'elaborazione delle immagini ecografiche sarà ottimizzata per predire l'infiammazione, con i risultati della biopsia come verità di riferimento.