Karakterisering van het leverparenchym met behulp van parametrische T1 en T2 magnetische resonantie relaxometrie

Hoewel leverbiopsie de huidige standaard is voor histologische karakterisering van het leverparenchym, heeft deze invasieve procedure een aanzienlijk risico op - mogelijk dodelijke - bloedingen. Bovendien, aangezien een leverziekte de lever focaal of heterogeen kan aantasten, kunnen histologische bevindingen vals-negatief of niet representatief zijn. Niet-invasieve beeldvormingsmodaliteiten (bijv. echografie (VS), computertomografie (CT) en magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) bieden daarentegen waardevolle informatie met betrekking tot globale en regionale weefselkarakterisering en kunnen helpen bij het begeleiden/richten van leverbiopsie. Bovendien hebben nieuwe ontwikkelingen de afgelopen jaren de deur geopend naar een betere, meer omvattende beoordeling van de status van de lever. Een daarvan is elastografie die de mechanische, visco-elastische eigenschappen van de lever beoordeelt, waardoor waardevolle informatie wordt verkregen met betrekking tot de stijfheid (of elasticiteit) van de lever, en kan worden gebruikt voor nauwkeurige stadiëring van leverfibrose (1,2). Een andere benadering is weefselkarakterisering met behulp van het relaxatiegedrag van leverweefsel in een sterk magnetische omgeving ('relaxometrie'). Aangezien relaxatietijden weefselspecifiek zijn, kan focale of diffuse pathologie veranderen (d.w.z. verkorten of verlengen) ontspanningstijden. Deze veranderingen kunnen worden gebruikt om de ernst van de ziekte weer te geven en te kwantificeren. Op het gebied van cardiale beeldvorming heeft relaxometrie een paradigmaverschuiving teweeggebracht, maar voor leverbeeldvorming heeft dit tot nu toe relatief weinig belangstelling gekregen. Het meest bekend is T2*-relaxometrie waarmee patiënten met hemochromatose kunnen worden gediagnosticeerd en opgevolgd. Onlangs hebben enkele artikelen het gebruik van T1- en T1-rho-relaxometrie beschreven om respectievelijk levercongestie bij Fontan-patiënten te diagnosticeren en om leverfibrose weer te geven (3,4).

Als onderdeel van een uitgebreid cardiaal MRI-onderzoek zijn we in 2014 begonnen met het routinematig uitvoeren van T1- en T2-relaxometrie van het hart. De techniek werd gevalideerd tegen een gestandaardiseerd, in de handel verkrijgbaar fantoom in een internationale studie (5). In de praktijk omvat het in kaart brengen van T1 en T2 metingen in zowel de cardiale korte as als de horizontale lange as voor en na de toediening van intraveneuze, in de handel verkrijgbare gadoliniumchelaten. Aangezien in cardiale korte-asrichting de lever gedeeltelijk wordt omsloten, zullen we deze beelden gebruiken om de T1- en T2-relaxatietijden van de lever te meten. Aangezien alle gegevens op PACS worden opgeslagen, is het ons doel om deze T1- en T2-mappingstudies opnieuw te gebruiken om de T1- en T2-relaxatie van de lever in normale omstandigheden te bepalen.

Ten eerste zullen we uit onze cardiale MRI-database een representatieve groep onderzoeken afleiden die als normaal zijn bestempeld (d.w.z. normale cardiale MRI-bevindingen). In het medisch patiëntendossier worden de serumbiomarkers voor leverziekte gecontroleerd (zie hieronder), evenals bevindingen bij echocardiografie (uitsluiting rechterhartfalen, uitsluiting ernstige tricuspidalisinsufficiëntie), abdominale echografie / computertomografie (uitsluiting leverziekte, d.w.z. hemochromatose, steatose, levercongestie en levercirrose). Alleen MRI-onderzoeken worden opgenomen als leverziekte wordt uitgesloten. In een volgende stap wordt handmatig een representatief interessegebied getekend (> 100 pixels) in een gebied exclusief de levervaten. Deze analyses zullen worden uitgevoerd op de pre- en post-contrast T1-kaart en op de T2-kaart. Het doel is om normale waarden te bepalen bij minstens 100 proefpersonen, waardoor de impact van veroudering en geslacht kan worden beoordeeld.

Ten tweede zullen we T1- en T2-waarden in de lever meten bij patiënten met verschillende vormen van rechterhartfalen, en de relatie tussen T1- en T2-waarden in de lever en bevindingen bij echocardiografie, serumbiomarkers en rechterhartkatheterisatie die indicatief zijn voor rechterhartfalen beoordelen. Deze laatste informatie wordt uit het medisch patiëntendossier gehaald. Net als bij rechterhartfalen neemt de vuldruk in de cavale en leveraderen toe, waardoor levercongestie ontstaat. Het is de hypothese dat in deze omstandigheden de T1- en T2-leverwaarden verhoogd zijn. Ook in latere stadia, wanneer leverfibrose begint en evolueert naar cardiale levercirrose, veronderstellen we verhoogde T1-waarden. Het doel is om te evalueren of gemiddelde T1 en/of T2 van het leverparenchym, verkregen met MRI, kan worden gebruikt als beeldvormende biomarker voor decompensatie van het rechterhart. Aangezien gelijktijdige leverziekte (zie hierboven) een correcte interpretatie van onze bevindingen kan belemmeren, moet een reeds bestaande leverziekte worden uitgesloten. Hiervoor zal een vergelijkbare aanpak worden gebruikt als bij de normale populatie. De beoogde patiëntenpopulatie is drievoudig. Ten eerste, patiënten met pulmonale hypertensie met/zonder tekenen van rechterhartfalen, die een rechterhartkatheterisatie ondergingen met invasieve drukmetingen (indien niet beschikbaar, zullen schattingen van de pulmonale arteriële druk bij transthoracale echocardiografie worden gebruikt), en tekenen van rechterhartfalen bij transthoracale echocardiografie kan worden gebruikt. Ten tweede, patiënten met gedilateerde cardiomyopathie, gedefinieerd als LV ejectiefractie < 35% met en zonder gelijktijdige rechter ventrikel (RV) disfunctie (d.w.z. RV EF < 35%). Ten derde, patiënten met constrictieve pericarditis of inflammatoire pericarditis met constrictieve fysiologie (d.w.z. verhoogde ademhalingsgerelateerde ventriculaire koppeling/onderlinge afhankelijkheid). Deze groep zal worden vergeleken met een groep patiënten met inflammatoire pericarditis zonder constrictieve fysiologie (d.w.z. behouden ventriculaire koppeling).

Ten derde, om de inter- en intra-geobserveerde reproduceerbaarheid van lever T1/T2-waarden te beoordelen, zullen metingen worden uitgevoerd door twee lezers die onafhankelijk van elkaar de metingen uitvoeren. Eén lezer herhaalt de metingen met een interval van een week tussen de analyses. Deze groep bestaat uit 10 willekeurig geselecteerde studies in de normale groep en 10 studies in de patiëntengroep. Analyse omvat beoordeling van de intraclass-correlatiecoëfficiënt (ICC) en variatiecoëfficiënt (CoV).

Ten slotte zullen we, als stap naar een meer geautomatiseerde aanpak, textuuranalyse evalueren/ontwikkelen. Deze wiskundige benadering kijkt naar patronen tussen pixels die niet zichtbaar zijn voor het menselijk oog en resulteert in beeldkenmerken die verder gaan dan het typische gemiddelde (of mediaan) en afwijkingen. Het is een robuuste techniek gebleken in veel toepassingen op het gebied van medische beeldvorming, en zal hoogstwaarschijnlijk ook bruikbaar zijn voor leverbeeldvorming. De grote groep afgeleide beeldkenmerken moet verder worden geanalyseerd met behulp van machine learning-benaderingen (met/zonder andere klinische uitlezingen). Machine learning van kenmerken gekoppeld aan een diagnose ('target') heeft het potentieel om traditionele risicoscores te verbeteren met nieuwe beeldvormende biomarkers. Regularisatiebenaderingen op basis van b.v. ondersteunende vectormachines, willekeurige bossen of convolutionele neurale netwerken (CNN's) zullen worden geïmplementeerd.