代謝機能障害関連脂肪性肝疾患の分類のための超音波肝臓画像

1. 目的 本研究の主な目的は、磁気共鳴弾性画像法（MRE）、MRIプロトン密度脂肪分率（PDFF）、および生検を基準として、代謝機能不全関連脂肪性肝疾患（MASLD）の病期を特定できる超音波法を開発することです。
2. 仮説 超音波は、脂肪症および線維化の病期分類においてMRIに取って代わることができる。 超音波は、炎症の病期分類を改善することができる。

3. 根拠 広範囲の病理学的変化が人体組織の機械的特性の変化を引き起こす可能性がある。 このため、非侵襲的に組織硬度を評価する方法を見出すことは、臨床的に有用であることが証明されている。 肝炎、脂肪性肝疾患、アルコール性肝障害など、様々な病因による多くの肝疾患は、線維化による肝硬度の増加を呈する。 線維化は、様々な肝臓がんや肝硬変につながり、時には死を引き起こすことがある。 肝硬変の有病率は一般人口の4.5％から9.5％と推定されており、はるかに多くの人々が様々な段階の線維化に罹患していることを示している。 線維化による肝硬度の劇的な増加が早期段階で捉えられれば、患者に合わせた治療が可能となり、結果をモニタリングして回復の可能性を高め、損傷効果を遅らせることができる。

   生検は、伝統的に肝疾患の診断と経過観察の標準的な方法であり、1958年以来広く使用されている。 生検の利点には、脂肪や鉄沈着の可視化が含まれる。 残念ながら、生検は同じ部位から読み取られることが多く、肝臓体積のわずか1/50,000しか構成しないため、線維化の不均一性を示すことができない。 研究では、左葉と右葉の生検結果が33％の症例で不一致を示し、肝硬変症例の30％が誤分類されていることが示されている。 また、観察者間および観察者内の有意な変動が研究で示されている。 最後に、生検の欠点は、痛み、出血、死亡率に関連するリスクであり、これが弾性画像法などの非侵襲的診断法への移行を促している。

   様々な弾性画像法が開発され、肝臓に適用されている。 過渡弾性画像法であるFibroScan（EchoSens、パリ）は、現在肝臓に適用されている最も一般的な弾性画像法で、線維化活動を示す硬度の測定に用いられる。 これは、一次元プローブを用いた超音波技術を使用してせん断波の速度を測定する。 診断的信頼性が高く、手頃な価格の装置として、世界中の一部のクリニックで標準的なケアとなっている。 痛みがなく、迅速で便利であるが、肝臓の右葉から非常に小さなサンプルしか収集できないため、不均一性を捉えることができず、臓器全体の状態を誤って表現する可能性がある。 また、研究者の知る限り、FibroScanの測定値から得られた硬度値は、文献において磁気共鳴弾性画像法の値と直接比較されたことはなく、線維化の初期段階では信頼性の低い結果をもたらす。

   磁気共鳴弾性画像法は、肝臓に適用される別のタイプの弾性画像法である。 これは、患者を線維化段階に分類する際に非常に高い診断精度を示しており、主に米国を中心に一部の民間クリニックで使用されている。 データ取得に使用されるプロトコルとその応用において柔軟性がある。 高い再現性と再現性を示し、BMIが高い患者にも効果的であることが多い。 MRIスキャンに関連する高コストと複雑さは、肝疾患の影響を受ける多くの地域での有用性を制限している。

   研究者のS-WAVE法は、肝臓全体を可視化できる2次元および3次元画像を生成する超音波法である。 これは調整可能な多周波数技術であり、臓器の広い領域を体積弾性マップとして表示できる。 超音波装置の単純なハードウェア要件により、広範な臨床現場で手頃な価格で実現可能である。

   組織硬度の測定に使用される超音波データは、組織脂肪含量の推定にも使用できる。 実際、脂肪組織は正常組織よりも超音波を減衰させる傾向がある。 超音波データ（高周波またはRFデータ）の他の特性も、組織が脂肪化すると変化する。 MASLDの最初の段階は脂肪症であり、肝組織内の脂肪割合の増加であり、その後炎症が続き、組織瘢痕と線維化が続く。

4. 目的

   • 健康なボランティアおよび患者において、MRE、S-WAVE、およびFibroScanから得られた硬度結果を比較し、線維化評価におけるS-WAVEとMREの強い一致を示す。
   • MRIプロトン密度脂肪分率と超音波減衰および他の測定値を比較し、脂肪症評価における超音波とMRI-PDFFの強い一致を示す。
   • 超音波が、生検を基準として、脂肪症、線維化、炎症を含むMASLDスペクトル全体を評価できることを示す。

5. 研究方法 肝疾患の既往歴のない40名の被験者（主にUBCの大学院生集団から募集）と、様々な線維化段階の105名の被験者（バンクーバーの消化器研究所（GIRI）およびVGHで募集）が、FibroScan、S-WAVE、およびPDFFとMREを含むMRIスキャンを受ける。

   FibroScanとS-WAVEは、それぞれ技術者と超音波検査技師によって、GIRIまたはVGHで実施される。

   MR検査は、UBC MRI研究センターで実施される。

   患者の肋間を通じて右葉から10回のFibroScan測定値が取得される。 FibroScanは、中央値の硬度（kPa）および四分位範囲を表示する。 FibroScanの測定値を受け入れるには、最低80％の成功率と硬度値の四分位範囲が30％未満であることが必要である。 各被験者はこのプロセスを1回受ける。

   S-WAVEは、UBCで開発された弾性画像法技術で、多周波数振動に対する組織反応を使用して組織の機械的特性を推定する。 振動は組織内に定常せん断波を生成する。 一連の超音波画像が組織せん断波運動を捉え、組織モデルを使用して基礎となる機械的特性が推定される。 これは既に前立腺、乳房、胎盤、および肝臓の画像化に成功裏に適用されている。

   使用される励振装置は、検査台の下に置かれたボードである。 適用される周波数は45 Hzから80 Hzの範囲である。 選択される振幅は、関心領域内で適切な波を生成し、患者の快適さの範囲内である。 3D超音波プローブが超音波検査技師によって固定されながら、画像ボリュームを取得するために使用される。 さらに、2D超音波トランスデューサーがほぼ同じ位置で画像ボリュームを取得するために走査される。

   再現可能なプロトコルに従って、肋間および経腹画像が取得される。

   すべてのS-WAVEスキャンは、訓練を受け非常に経験豊富な2人の超音波検査技師、Vickie Lessoway氏とJan Reid氏によって実施される。

   磁気共鳴弾性画像法は、UBC MRI研究センターにある3T Philips Elition MRスキャナーで実施される。 スキャンは軸方向T1およびT2画像から始まり、拡散強調画像が続く。

   次に、eXpressoシーケンスを使用し、組織の同時励振によるMR弾性画像検査が行われる。 eXpressoシーケンスは、ファントム、肝臓、および前立腺の研究で使用されている。 励振システムは、内部で構築された電磁アクチュエータであり、コイルに配置されたワイヤのループで構成されている。 MRスキャナーの磁場の存在下でワイヤに電流が流れると振動が生じる。 これはMRIイメージングシーケンスと同期している。 シェーカーは、仰臥位で横たわる被験者の右肋骨弓の上に置かれる。 動きを防ぐためにベルクロベルトで固定される。 シェーカープレートの直径は5〜10 cm幅である。 このシステムは、他の場所での以前の研究および前立腺と肝臓の画像化に使用されたものと非常に類似している。

   完全なMRイメージングセッションは90分未満である。

   MREおよびVEデータの処理はオフラインで行われ、機械的特性および脂肪含量情報が抽出される。 これらは視覚的に表示および比較できる。 両方とも、生の超音波エコーデータの処理を含む。

6. データ処理 すべてのS-WAVEデータは、UBCのロボティクス・制御研究所で開発されたソフトウェアによって処理される。 このソフトウェアは、組織モデルに基づいてすべての画像化点で硬度値を推定できる。 出力は、対応するBモード画像に重ね合わせることができる組織硬度の体積マップである。 関心領域は、血管の少ない均質な領域に基づいて選択される。

生のMRE画像は、内部開発ソフトウェアで処理され、データをフィルタリングし、モデルを適用して各ピクセルの動的せん断弾性率（Gd）および粘性（Gl）を計算する。 これらの機械的特性は新しい画像を形成し、標準的なT2強調画像に重ね合わせられて視認しやすくなる。 血管の少ない関心領域が選択される。 GdとGlの平均および標準偏差が計算される。

組織脂肪含量は、標準的なMRI PDFFシーケンスによって決定される。 組織脂肪含量は、生の超音波RFデータの定量的分析に基づいて超音波から決定される。

超音波画像処理は、MRI画像と一致するように最適化される（MRIを線維化および脂肪症評価の基準として）。

超音波画像処理は、炎症を予測するように最適化され、生検結果を基準とする。