대사 기능 장애 관련 지방간질환 분류를 위한 초음파 간 영상

1. 목적 이 연구의 주요 목적은 자기공명 탄성도(MRE), 자기공명 영상 양성자 밀도 지방 분율(PDFF) 및 생검을 기준으로 대사 기능 장애 관련 지방간 질환(MASLD)의 단계를 식별할 수 있는 초음파 방법을 개발하는 것입니다.
2. 가설 초음파는 지방증 및 섬유증의 단계 평가에서 MRI를 대체할 수 있습니다. 초음파는 염증의 단계 평가를 개선할 수 있습니다.

3. 근거 다양한 병리학적 상태가 인체 조직의 기계적 특성 변화를 일으킬 수 있습니다. 이러한 이유로 조직 강성을 비침습적으로 평가할 수 있는 방법을 찾는 것은 임상적으로 유용한 것으로 입증되고 있습니다. 간염, 지방간 질환, 알코올 중독 등 다양한 원인의 많은 간 질환은 섬유증으로 인한 간 강성 증가로 나타납니다. 섬유증은 다양한 간암이나 간경변증으로 이어질 수 있으며, 경우에 따라 사망을 초래할 수 있습니다. 간경변증의 유병률이 일반 인구의 4.5%에서 9.5%로 추정되며, 이는 훨씬 더 많은 집단이 다양한 단계의 섬유증에 시달리고 있음을 나타냅니다. 섬유증으로 인한 간 강성의 급격한 증가를 조기에 발견할 수 있다면 환자 맞춤형 치료를 제공하고 결과를 모니터링하여 회복 가능성을 높이고 손상 효과를 늦출 수 있습니다.

   생검은 전통적으로 간 질환을 진단하고 모니터링하는 표준 방법으로, 1958년부터 널리 사용되어 왔습니다. 생검의 일부 장점으로는 지방 및 철 침착의 가시화가 포함됩니다. 불행히도, 생검은 종종 동일한 위치에서 채취되며 간 부피의 1/50,000에 불과하기 때문에 섬유증의 이질성을 보여줄 수 없습니다. 연구에 따르면 생검 결과에서 좌엽과 우엽 간 불일치가 33%의 사례에서 발생하며, 간경변증 사례의 30%가 오분류됩니다. 또한, 연구에 따르면 관찰자 간 및 관찰자 내 변이가 상당합니다. 마지막으로, 통증, 출혈 및 사망 위험과 관련된 생검의 단점은 탄성도와 같은 비침습적 진단 방법으로의 전환을 촉진했습니다.

   다양한 탄성도 방법이 개발되어 간에 적용되었습니다. 일시적 탄성도 측정법인 FibroScan(EchoSens, Paris)은 현재 간에 적용되는 가장 일반적인 탄성도 유형으로, 섬유성 활동을 나타내는 강성을 측정합니다. 이는 1차원 탐촉자를 사용한 초음파 기술로 전단파의 속도를 측정합니다. 진단적으로 신뢰할 수 있는 저렴한 장비로서 전 세계 일부 클리닉에서 표준 치료법이 되었습니다. 통증이 없고 빠르며 편리하지만, 간 우엽에서 매우 작은 샘플만 수집할 수 있어 이질성을 포착할 수 없으며 전체 장기의 상태를 잘못 표현할 수 있습니다. 또한, 연구자들이 알기로는 FibroScan 판독값에서 얻은 강성 값은 문헌상 어떤 직접 비교에서도 자기공명 탄성도 값과 상관관계가 확인되지 않았으며, 섬유증 초기 단계에서는 덜 신뢰할 수 있는 결과를 제공합니다.

   자기공명 탄성도는 간에 적용되는 또 다른 유형의 탄성도입니다. 이는 섬유증 단계로 환자를 분류하는 데 매우 높은 진단 정확도를 보여주며, 주로 미국의 일부 사설 클리닉에서 사용됩니다. 이는 데이터 획득에 사용되는 적용 및 프로토콜에서 유연성을 허용합니다. 뛰어난 반복성과 재현성을 보여주며, BMI가 높은 환자에서도 종종 효과적입니다. MRI 스캔과 관련된 높은 비용과 복잡성은 간 질환이 영향을 미치는 많은 지역에서의 유용성을 제한합니다.

   연구진의 S-WAVE 방법은 간 전체를 시각화할 수 있는 2차원 및 3차원 영상을 생성하는 초음파 방법입니다. 이는 조정 가능한 다중 주파수 기술로, 장기의 넓은 영역을 체적 탄성도 맵으로 보여줄 수 있습니다. 초음파 장치의 간단한 하드웨어 요구 사항으로 인해 광범위한 임상 환경에서 저렴하고 실행 가능합니다.

   조직 강성을 측정하는 데 사용되는 초음파 데이터는 조직 지방 함량을 추정하는 데에도 사용될 수 있습니다. 실제로, 지방 조직은 정상 조직보다 초음파를 더 많이 감쇠시키는 경향이 있습니다. 초음파 데이터(무선 주파수 또는 RF 데이터)의 다른 특성도 조직이 지방화될 때 변경됩니다. MASLD의 첫 번째 단계는 지방증으로, 간 조직의 지방 비율 증가이며, 그 다음에 염증, 조직 흉터 및 섬유증이 뒤따릅니다.

4. 목표

   • 건강한 지원자와 환자에서 MRE, S-WAVE 및 FibroScan에서 얻은 강성 결과를 비교하여 섬유증 평가에서 S-WAVE와 MRE 간의 강력한 일치를 입증합니다.
   • MRI 양성자 밀도 지방 분율을 초음파 감쇠 및 기타 측정값과 비교하여 지방증 평가에서 초음파와 MRI-PDFF 간의 강력한 일치를 입증합니다.
   • 초음파가 생검을 기준으로 지방증, 섬유증 및 염증을 포함한 전체 MASLD 스펙트럼을 평가할 수 있음을 보여줍니다.

5. 연구 방법 간 질환 병력이 없는 40명의 대상자(주로 UBC 대학원생 인구에서 모집) 및 다양한 단계의 섬유증을 가진 105명의 대상자(밴쿠버의 위장관 연구소(GIRI) 및 VGH에서 모집)는 FibroScan, S-WAVE 및 PDFF와 MRE를 포함한 MRI 스캔을 받게 됩니다.

   FibroScan과 S-WAVE는 각각 GIRI 또는 VGH에서 기술자 및 초음파 검사사에 의해 수행됩니다.

   MRI 검사는 UBC MRI 연구 센터에서 수행됩니다.

   환자의 늑간 공간을 통해 우엽에서 10개의 FibroScan 판독값을 얻습니다. FibroScan은 중앙 강성(kPa) 및 사분위 범위를 표시합니다. FibroScan 판독값을 수용하기 위해서는 최소 80%의 성공률과 강성 값의 30% 미만 사분위 범위가 필요합니다. 각 대상자는 이 과정을 한 번 거칩니다.

   S-WAVE는 조직의 기계적 특성을 추정하기 위해 다중 주파수 진동에 대한 조직 반응을 사용하는 UBC에서 개발된 탄성도 기술입니다. 진동은 조직에서 정상 상태의 전단파를 생성합니다. 일련의 초음파 영상이 조직 전단파 운동을 포착하고 조직 모델을 사용하여 기본 기계적 특성을 추정합니다. 이는 이미 전립선, 유방, 태반 및 간 영상화에 성공적으로 적용되었습니다.

   사용되는 여기 장치는 검사대 위 환자 아래에 놓이는 판입니다. 적용되는 주파수는 45 Hz에서 80 Hz 범위입니다. 선택된 진폭은 관심 영역에서 적절한 파동을 생성하고 환자의 편안함 수준 내에 있을 만큼 충분합니다. 3D 초음파 탐촉자는 초음파 검사사가 고정한 상태에서 영상 체적을 얻는 데 사용됩니다. 또한, 2D 초음파 변환기를 스위핑하여 대략 동일한 위치에서 영상 체적을 얻습니다.

   반복 가능한 프로토콜에 따라 늑간 및 복부 통과 영상을 얻습니다.

   모든 S-WAVE 스캔은 두 명의 훈련받고 매우 경험 많은 초음파 검사사인 Vickie Lessoway 여사와 Jan Reid 여사에 의해 수행됩니다.

   자기공명 탄성도는 UBC MRI 연구 센터에 위치한 3T Philips Elition MR 스캐너에서 수행됩니다. 스캔은 축방향 T1 및 T2 영상으로 시작한 후 확산 강조 영상이 뒤따릅니다.

   그런 다음 eXpresso 시퀀스와 동시 조직 여기를 사용한 MR 탄성도 검사가 다음에 수행됩니다. eXpresso 시퀀스는 팬텀, 간 및 전립선 연구에 사용되었습니다. 여기 시스템은 자체 제작된 전자기 작동기로, 코일로 배열된 와이어 루프로 구성됩니다. 진동은 MR 스캐너의 자기장 존재 하에서 와이어에 전류가 흐를 때 발생합니다. 이는 MRI 영상 시퀀스와 동기화됩니다. 쉐이커는 대상자가 앙와위 자세로 누워 있을 때 오른쪽 늑골 위에 놓입니다. 벨크로 벨트로 고정되어 움직임을 방지합니다. 쉐이커 플레이트의 직경은 5~10 cm 너비입니다. 이 시스템은 다른 곳의 이전 연구 및 전립선과 간 영상화에 사용된 것과 매우 유사합니다.

   전체 MRI 영상 세션은 90분 미만 지속됩니다.

   MRE 및 VE 데이터의 처리는 오프라인에서 이루어져 기계적 특성 및 지방 함량 정보를 추출합니다. 이들은 시각적으로 표시되고 비교될 수 있습니다. 둘 다 원시 초음파 에코 데이터의 처리를 포함합니다.

6. 데이터 처리 모든 S-WAVE 데이터는 UBC 로봇공학 및 제어 연구실에서 개발한 소프트웨어로 처리됩니다. 이 소프트웨어는 조직 모델을 기반으로 모든 영상화된 지점에서 강성 값을 추정할 수 있습니다. 출력은 해당 B-모드 영상에 중첩될 수 있는 조직 강성의 체적 맵입니다. 관심 영역은 혈관이 거의 없는 균질한 영역을 기반으로 선택됩니다.

원시 MRE 영상은 데이터를 필터링하고 각 픽셀에 대한 동적 전단 계수(Gd) 및 점도(Gl)를 계산하기 위해 모델을 적용하는 자체 개발 소프트웨어로 처리됩니다. 이러한 기계적 특성은 새로운 영상을 형성하며, 이는 쉽게 시각화하기 위해 표준 T2 강조 영상에 중첩됩니다. 혈관이 거의 없는 관심 영역이 선택됩니다. Gd와 Gl의 평균 및 표준 편차가 계산됩니다.

조직 지방 함량은 표준 MRI PDFF 시퀀스에 의해 결정됩니다. 조직 지방 함량은 원시 초음파 RF 데이터의 정량적 분석을 기반으로 초음파에서 결정됩니다.

초음파 영상 처리는 MRI 영상과 일치하도록 최적화됩니다(MRI는 섬유증 및 지방증 평가의 기준으로 사용).

초음파 영상 처리는 생검 결과를 기준으로 염증을 예측하도록 최적화됩니다.