Ultralyd av lever for klassifisering av metabolisk dysfunksjons-assosiert steatotisk leversykdom

1. Formål Hovedformålet med denne studien er å utvikle ultralydmetoder som kan identifisere stadiene av metabolisk dysfunksjon-assosiert steatotisk leversykdom (MASLD) med magnetisk resonans elastografi (MRE), MRI proton density fat fraction (PDFF) og biopsi som grunnsannhet.
2. Hypotese Ultralyd kan erstatte MRI i stadieinndeling av steatose og fibrose. Ultralyd kan forbedre stadieinndelingen av inflammasjon.

3. Begrunnelse Et bredt spekter av patologier kan forårsake endringer i de mekaniske egenskapene til menneskelig vev. Av denne grunn viser det seg klinisk nyttig å finne en måte å ikke-invasivt evaluere vevets stivhet på. Mange leversykdommer med ulike etiologier, inkludert hepatitt, fet leversykdom, alkoholisme og andre, viser økt leverstivhet på grunn av fibrose. Fibrose kan føre til ulike kreftformer i leveren eller cirrose, noen ganger med døden til følge. Det er estimert at forekomsten av cirrose er 4,5 % til 9,5 % av den generelle befolkningen, noe som indikerer at en mye større gruppe er rammet av de ulike stadiene av fibrose. Hvis dramatiske økninger i leverstivhet fra fibrose kan oppdages på et tidlig stadium, kan behandlingen tilpasses pasienten, og resultatene kan overvåkes for å øke sannsynligheten for reversering og bremse skadelige effekter.

   Biopsi er tradisjonelt standardmetoden for å diagnostisere og overvåke leverlidelser, og har vært mye brukt siden 1958. Noen fordeler med biopsi inkluderer visualisering av fett- og jernavleiringer. Dessverre kan ikke biopsier vise heterogenitet av fibrose siden avlesningen ofte tas fra samme sted, og består av kun 1/50 000 av levervolumet. Studier har vist uoverensstemmelse i biopsiresultater fra venstre til høyre lapp i 33 % av tilfellene, og 30 % feilklassifisering av cirrotiske tilfeller. I tillegg har studier vist betydelig variasjon mellom observatører og innen observatører. Til slutt er en ulempe ved biopsi, som har drevet overgangen til ikke-invasive diagnostiske tiltak, som elastografi, den tilhørende risikoen for smerter, blødning og dødelighet.

   Ulike elastografimetoder er utviklet og anvendt på leveren. Transient elastografi, FibroScan (EchoSens, Paris) er den vanligste typen elastografi som for tiden anvendes på leveren for måling av stivhet, som indikerer fibrotisk aktivitet. Den bruker ultralydteknologi med en endimensjonal probe for å måle hastigheten på skjærbølger. Den har blitt standard behandling i noen klinikker over hele verden som en rimelig enhet som er diagnostisk pålitelig. Selv om den er smertefri, rask og praktisk, kan den bare samle inn et svært lite utvalg fra høyre lapp av leveren, slik at den ikke kan fange opp noen heterogenitet og kan gi et feilaktig bilde av hele organets tilstand. I tillegg, så vidt forskerne vet, har stivhetsverdier hentet fra FibroScan-avlesninger ikke vært korrelert med magnetisk resonans elastografi-verdier i noen direkte sammenligning i litteraturen, og de resulterer i mindre pålitelige resultater for tidligere stadier av fibrose.

   Magnetisk resonans elastografi er en annen type elastografi som anvendes på leveren. Den har vist svært høy diagnostisk nøyaktighet i stadieinndelingen av pasienter i fibrotiske stadier, og brukes i noen private klinikker, hovedsakelig i USA. Den gir fleksibilitet i anvendelsen og i protokollene som brukes for å innhente data. Den har vist stor repeterbarhet og reproduserbarhet, og er ofte effektiv hos pasienter med høyere BMI. De høye kostnadene og kompleksiteten knyttet til MR-undersøkelser begrenser dens nytte i mange områder som er rammet av leversykdom.

   Forskerne sin S-WAVE-metode er en ultralydmetode som vil produsere to- og tredimensjonale bilder, og muliggjør full visualisering av leveren. Det er en justerbar multifrekvensteknikk, som kan vise store områder av organet som volumetriske elastisitetskart. Den er rimelig og gjennomførbar i utbredte kliniske omgivelser på grunn av de enkle maskinvarebehovene til en ultralydenhet.

   Ultralyddataene som brukes til å måle vevstivhet kan også brukes til å estimere vevfettinnhold. Faktisk har fettvev en tendens til å dempe ultralyd mer enn normalt vev. Andre egenskaper ved ultralyddataene (radiofrekvens- eller RF-data) endres også når vevet blir fett. Det første stadiet av MASLD er steatose, en økt andel fett i levervev, etterfulgt av inflammasjon, etterfulgt av vevar og fibrose.

4. Mål

   • Å sammenligne stivhetsresultatene hentet fra MRE, S-WAVE og FibroScan hos friske frivillige og hos pasienter for å demonstrer sterk samsvar mellom S-WAVE og MRE i vurdering av fibrose.
   • Å sammenligne MRI proton density fat fraction med ultralyddemping og andre mål, for å demonstrere sterk samsvar mellom ultralyd og MRI-PDFF i vurdering av steatose.
   • Å vise at ultralyd kan vurdere hele MASLD-spekteret, inkludert steatose, fibrose og inflammasjon, med biopsi som grunnsannhet.

5. Forskningsmetoder 40 forsøkspersoner uten tidligere leversykdom, hovedsakelig rekruttert fra en populasjon av masterstudenter ved UBC, og 105 forsøkspersoner, med ulike stadier av fibrose, rekruttert ved Gastroenterology Institute of Research Institute (GIRI) i Vancouver, og VGH vil gjennomgå en FibroScan, S-WAVE og MR-undersøkelser inkludert PDFF og MRE.

   FibroScan og S-WAVE vil bli utført av en tekniker og en ultralydtekniker, henholdsvis, ved GIRI eller VGH.

   MR-undersøkelsen vil bli utført ved UBC MRI forskningssenter.

   Ti FibroScan-avlesninger vil bli hentet fra høyre lapp gjennom pasientens interkostalrom. FibroScan viser median stivhet i kPa samt interkvartilområdet. En minimum suksessrate på 80 % med et interkvartilområde på mindre enn 30 % stivhetsverdi kreves for å akseptere FibroScan-avlesninger. Hver forsøksperson vil gjennomgå prosessen én gang.

   S-WAVE er en elastografiteknikk utviklet ved UBC som bruker vevets respons på multifrekvensvibrasjoner for å estimere vevets mekaniske egenskaper. Vibrasjonene genererer stasjonære skjærbølger i vev. En serie ultralydbilder fanger vevets skjærbølgebevegelse, og en vevmodell brukes for å estimere de underliggende mekaniske egenskapene. Den har allerede blitt vellykket brukt til å avbilde prostata, brystet, morkaken og i leveren.

   Eksitasjonsenheten som brukes er en plate plassert under pasienten på undersøkelsessengen. Frekvensene som brukes vil variere fra 45 Hz til 80 Hz. Amplituden som velges vil være tilstrekkelig til å produsere tilstrekkelige bølger i området av interesse, og innenfor pasientens komfortnivå. En 3D ultralydprobe vil bli brukt for å oppnå bildemens volum, mens den holdes på plass av ultralydteknikeren. I tillegg vil en 2D ultralydomformer bli feid for å oppnå bildemens volum på omtrent samme sted.

   Interkostale og transabdominale bilder vil bli innhentet i henhold til en repeterbar protokoll.

   Alle S-WAVE-skanninger vil bli utført av to trente og svært erfarne ultralydteknikere, Ms. Vickie Lessoway og Ms. Jan Reid.

   Magnetisk resonans elastografi vil bli utført på 3T Philips Elition MR-skanneren lokalisert ved UBC MRI forskningssenter. Skanningen vil begynne med aksiale T1- og T2-bilder, etterfulgt av diffusjonsvektet avbildning.

   Deretter vil MR elastografiundersøkelse ved bruk av eXpresso-sekvensen og samtidig eksitasjon av vev bli utført. eXpresso-sekvensen har blitt brukt i fantom-, lever- og prostata-studier. Eksitasjonssystemet er en elektromagnetisk aktuator som er bygget internt og består av løkker av ledning arrangert i en spole. Vibrasjoner oppstår når strøm ledes gjennom ledningene i nærvær av MR-skannerens magnetfelt. Den er synkronisert med MR-avbildningssekvensen. Shakeren vil bli plassert over høyre ribbenbur på forsøkspersonen mens de ligger i ryggleie. Den vil bli festet på plass med en borrelåsbelte for å unngå bevegelse. Diameteren på shakerplaten er 5 til 10 cm bred. Systemet er svært likt det som er brukt i tidligere studier andre steder og for å avbilde prostata og leveren.

   Den fullstendige MR-avbildningsøkten vil vare mindre enn 90 minutter.

   Behandling av MRE- og VE-data skjer offline for å trekke ut mekaniske egenskaper og fettinnholdsinformasjon. Disse kan deretter vises visuelt og sammenlignes. Begge involverer behandling av rå ultralydekkodata.

6. Databehandling Alle S-WAVE-data vil bli behandlet av programvare utviklet i Robotics and Control Laboratory ved UBC. Denne programvaren er i stand til å estimere en stivhetsverdi på alle avbildede punkter basert på en vevmodell. Resultatet er et volumetrisk kart over vevstivhet som kan overlegges på det tilsvarende B-modusbildet. Interesseområder vil bli valgt basert på homogene områder med få blodkar.

De rå MRE-bildene vil bli behandlet med en internt utviklet programvare som filtrerer dataene og bruker modeller for å beregne den dynamiske skjærmodulen (Gd) og viskositeten (Gl) for hver piksel. Disse mekaniske egenskapene danner et nytt bilde som deretter overlegges på standard T2-vektede bilder for enkel visualisering. Interesseområder med få blodkar vil bli valgt. Gjennomsnittet og standardavviket til Gd og Gl vil bli beregnet.

Vevfettinnhold vil bli bestemt av standard MRI PDFF-sekvenser. Vevfettinnhold vil bli bestemt fra ultralyd basert på kvantitativ analyse av de rå ultralyd RF-dataene.

Ultralydbildebehandling vil bli optimalisert for å matche MR-bildene (MRI som grunnsannhet for fibrose- og steatosevurdering).

Ultralydbildebehandling vil bli optimalisert for å forutsi inflammasjon, med biopsiresultater som grunnsannhet.