Wpływ kliniczny histogramów średniego odkształcenia (SH) elastografii EUS i wzmocnienia piku kontrastu w ogniskowych masach trzustki i węzłach chłonnych (ADVEUS)

1. Wstęp Endoskopowa ultrasonografia (EUS) jest techniką o dużym znaczeniu klinicznym w chorobach przewodu pokarmowego, warunkującą zmianę w diagnostyce i postępowaniu u ponad połowy badanych pacjentów [1]. Niedawne postępy w technikach EUS-FNA, ale także rozwój elastografii EUS w czasie rzeczywistym i wzmocnienia kontrastowego, pozwoliły na lepszą charakterystykę ogniskowych guzów trzustki, co może mieć wpływ na postępowanie z pacjentami z ujemnym EUS-FNA i silnym podejrzeniem złośliwość.

1.a Elastografia Elastografia jest nową ultrasonograficzną metodą rekonstrukcji rozkładu elastyczności tkanek w czasie rzeczywistym [2]. Metoda pozwala na obliczenie modułu sprężystości, co w konsekwencji pokazuje różnice we wzorcach twardości tkanek determinowane przez choroby. Głównym przeznaczeniem jest różnicowanie łagodnych i złośliwych zmian ogniskowych na podstawie znacznie mniejszego szczepu tych ostatnich [3]. Elastografia drugiej generacji wprowadza współczynnik odkształcenia (SR) i histogram odkształcenia (SH) jako powtarzalne pomiary parametryczne, które pozyskują wartości liczbowe w czasie rzeczywistym, dodając możliwości kwantyfikacji do techniki [4]. Elastografia zazwyczaj szacuje odkształcenie osiowe (wzdłuż kierunku insonizacji/ściskania) poprzez analizę sygnałów ultradźwiękowych uzyskanych za pomocą standardowych systemów ultrasonograficznych – porównuje się sygnały RF powracające ze struktur tkankowych przed i po lekkim ucisku (około 1%) [5]. Elastografię tkankową można łatwo wykonać za pomocą konwencjonalnych sond, w tym liniowych sond EUS stosowanych do badania trzustki i/lub węzłów chłonnych. Obliczenia rozkładu elastyczności tkanki przeprowadzane są w czasie rzeczywistym przy kompresji odręcznej, a wyniki badania są przedstawiane jako przezroczyste kolorowe obrazy nakładane na konwencjonalne obrazy w trybie B w skali szarości [6]. Zatem ta metoda pozwala na scharakteryzowanie wielu guzów, ponieważ są one sztywniejsze niż normalne tkanki. Elastografia ultrasonograficzna była wcześniej stosowana w diagnostyce guzów nietrawiennych, jak i pokarmowych: zmian piersi [7], raka gruczołu krokowego [8], guzków tarczycy [9], guzów odbytnicy [10]. Jeśli chodzi o rozpoznawanie ognisk ogniskowych trzustki, niektórzy autorzy nie potrafili odróżnić guzów złośliwych od łagodnych lub przewlekłego zapalenia trzustki [11], podczas gdy inni uzyskiwali dobre wyniki, zwłaszcza przy użyciu wspomaganych komputerowo metod oceny, takich jak analiza histogramu barwy [12] i sztucznych neuronów sieci [13]. Ostatnio tą metodą z powodzeniem określono zajęcie węzłów chłonnych kilku nowotworów: przełyku [14], raka płaskonabłonkowego jamy ustnej [15], raka piersi [16].

Ponieważ obrazy i filmy elastograficzne stanowią dane wyjściowe typu jakościowego, które pociągają za sobą subiektywną interpretację przez badającego, stronniczość człowieka jest zawsze podatna na zakłócenia wyników i diagnoz z powodu błędów postrzegania kolorów, ruchomych artefaktów lub możliwego błędu selekcji wywołanego analizą nieruchome obrazy. Opracowano bardziej obiektywne, wspomagane komputerowo, półilościowe sposoby interpretacji wyników, ale mają one tę wadę, że są pracochłonne i wykorzystują oprogramowanie firm trzecich, którego nie można używać w czasie rzeczywistym [17]. Elastografia drugiej generacji wprowadza współczynnik odkształcenia (SR) i histogram odkształcenia (SH) jako dwa powtarzalne pomiary, które pobierają wartości liczbowe w czasie rzeczywistym, znacznie zmniejszając w ten sposób błąd ludzki bez potrzeby korzystania z oprogramowania innych firm [4]. SR oblicza względne odkształcenie między dwoma obszarami zainteresowania (ROI) (normalnym i patologicznym). SH mierzy wartości odkształceń obszarów elementarnych wewnątrz ROI i dzieli zakres pomiarowy na przedziały; jeżeli wartość odkształcenia elementu mieści się w przedziale, jego początkowa powierzchnia znormalizowana przez początkowe całkowite pole powierzchni jest dodawana do bieżącej sumy tego przedziału; suma wartości każdego przedziału jest używana do utworzenia wykresu i wartości średniej. Zarówno SR, jak i SH były już stosowane in vivo w przypadku guzów trzustki lub węzłów chłonnych, z obiecującymi wynikami [18].

1. b Wzmacnianie kontrastu Ultrasonograficzne środki kontrastowe w połączeniu z technikami obrazowania kontrastowymi są coraz częściej akceptowane w klinicznym zastosowaniu do diagnostyki obrazowej [19]. Badanie trzustki to nowe i obiecujące zastosowanie ultrasonografii z kontrastem (CE-US), w tym ultrasonografii endoskopowej z kontrastem (CE-EUS). Technika ta nie jest wskazana do poprawy wykrywania zmian w trzustce, ale do poprawy wyznaczania i różnicowania zmian w trzustce [20-23]. Jednym ze środków kontrastowych zawierających gaz fluorowy stosowanym w CE-US i CE-EUS jest Sonovue®, który składa się ze stabilizowanych fosfolipidami pęcherzyków heksafluorku siarki (SF6) [24]. Sonovue® jest izotoniczny, stabilny i odporny na nacisk, o lepkości zbliżonej do krwi. Nie dyfunduje do kompartmentu pozanaczyniowego pozostającego w obrębie naczyń krwionośnych, dopóki gaz się nie rozpuści i nie zostanie usunięty z wydychanym powietrzem (środek kontrastowy puli krwi) [25]. Profil bezpieczeństwa preparatu SonoVue wykazał bardzo niską częstość występowania działań niepożądanych; nie jest nefrotoksyczny, a częstość występowania ciężkiej nadwrażliwości jest podobna do innych środków kontrastowych do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego. Ponadto Sono-Vue jest dopuszczony do użytku klinicznego w krajach UE. Dopływ krwi do trzustki jest całkowicie tętniczy, dzięki czemu badania z kontrastem są wykonalne i łatwo dostępne. Na podstawie wytycznych i zaleceń Europejskiej Federacji Towarzystw Ultrasonografii w Medycynie i Biologii, zaktualizowanych w 2008 roku, zdefiniowano dwie fazy dla CE-US i CE-EUS trzustki: fazę wczesną/tętniczą (rozpoczynająca się od 10 do 30 sekund) i faza żylna/późna (od 30 do 120 sekund) [19].

   Odróżnienie gruczolakoraka trzustki od innych guzów trzustki pozostaje trudne przy obecnych technikach obrazowania [22-27]. Specyficzność rozróżnienia łagodnych i złośliwych zmian ogniskowych trzustki została określona na 93,3% przy użyciu EUS wzmocnionego kontrastem Dopplera (PD-CE-EUS) w porównaniu z 83,3% dla konwencjonalnej EUS [26]. Hipowaskularny aspekt zmian pod PD-CE-EUS wydawał się wysoce czuły i swoisty (powyżej 90%) dla gruczolakoraka w kilku opublikowanych badaniach [22-27]. Podczas badania PD-CE-EUS częstotliwość ultradźwięków powracających do głowicy jest taka sama jak transmitowana, jednak metoda ta wiąże się z artefaktami wynikającymi z przepływu turbulentnego (błyski i przemalowania) [28]. Podczas CE-EUS gruczolakorak przewodowy jest zwykle słabo wzmocniony w porównaniu z przylegającą tkanką trzustki we wszystkich fazach [19]. Ponadto lepiej uwidacznia się wielkość i brzegi zmiany, a także związek z tętnicami i żyłami okołotrzustkowymi. Opisano zmiany ogniskowe w przewlekłym zapaleniu trzustki, które mają podobne lub hiperwzmocnione cechy w porównaniu z prawidłowym miąższem trzustki [19].

   Od niedawna w nowych systemach EUS dostępne są dedykowane techniki EUS harmoniczne wzmocnione kontrastem (oparte na niskim indeksie mechanicznym). Częstotliwości harmoniczne zwracane podczas CEH-EUS różnią się od tych transmitowanych przez przetwornik i są wynikiem nieliniowych oscylacji mikropęcherzyków [24]. Uzyskany obraz jest sumą sygnału utworzonego przez zniekształcenie mikropęcherzyków i sygnału pochodzącego z tkanki. Można to zoptymalizować, stosując niski MI, który pozwala na minimalne zniszczenie pęcherzyków i całkowite „odjęcie” sygnału pochodzącego z tkanki, uzyskując ciągłą ocenę mikrokrążenia w czasie rzeczywistym w wysokiej rozdzielczości podczas okresu wychwytu kontrastu (obrazowanie perfuzji w czasie rzeczywistym) [ 29-31]. CEH-EUS pozwala na dokładniejszą lokalizację struktur naczyniowych w obrębie miąższu i zmian ogniskowych, z lepszym niż EUS wytyczeniem zmian w trzustce, szczególnie w przypadkach, gdy powietrze lub tłuszcz powoduje artefakty i niedostateczne uwidocznienie miąższu trzustki. We wstępnym badaniu pilotażowym opisano eksperymentalną technikę CEH-EUS opartą na liniowym prototypie EUS, niskim indeksie mechanicznym (0,08 - 0,25) i środku kontrastowym drugiej generacji (Sono-Vue), co pozwoliło na wizualizację wczesnej fazy tętniczej i wzmocnienie późnej fazy miąższowej trzustki [32]. Inne badanie pilotażowe wykazało zarówno ciągłe obrazy w czasie rzeczywistym drobno rozgałęzionych naczyń trzustki, jak i przerywane obrazy jednorodnej perfuzji miąższu, przy użyciu promieniowego prototypowego mikroskopu EUS, niskiego indeksu mechanicznego (0,4) i środka kontrastowego drugiej generacji (Sono-Vue) [33]. Kilka innych grup badawczych zgłosiło już wykonalność CEH-EUS o niskim indeksie mechanicznym [34-36]. Czułość, swoistość i dokładność rozpoznawania gruczolakoraka trzustki w jednym badaniu wyniosła 88%, 89% i 88,5% [34], a w drugim 80%, 91,7% i 86% [33]. Jednak dane są nadal ograniczone i z pewnością konieczne byłoby prospektywne, wieloośrodkowe badanie z ślepą próbą.

   Protokół badania opiera się na wieloośrodkowym półilościowym podejściu danych elastografii EUS w połączeniu z EUS ze wzmocnieniem kontrastowym, składającym się z pomiaru SR i SH dla ogniskowych mas trzustki i węzłów chłonnych, a także kilku parametrów na analizie krzywej intensywności czasu (TIC). Należy wziąć pod uwagę szereg parametrów, ponieważ ROI są nadal wybierane ręcznie przez użytkownika. Celem pracy jest ustalenie algorytmu diagnostycznego opartego na EUS u pacjentów z guzami trzustki i węzłami chłonnymi, z ujemnym lub niejednoznacznym badaniem cytopatologicznym po EUS-FNA, w oparciu o wcześniej opublikowane wyniki i punkty odcięcia elastografii i wzmocnienia kontrastowego. Zaproponowany algorytm sekwencyjnego wykorzystania elastografii w czasie rzeczywistym, a następnie EUS ze wzmocnieniem kontrastowym może być dobrym narzędziem klinicznym pomagającym w selekcji pacjentów z podejrzeniem gruczolakoraka trzustki lub złośliwych węzłów chłonnych, w przypadku pacjentów z ujemnym wynikiem EUS-FNA.

2. Cel pracy Celem pracy jest ocena ilościowa parametrów elastografii i wzmocnienia kontrastowego podczas badania EUS ogniskowych guzów trzustki i węzłów chłonnych, standaryzacja algorytmu ich zastosowania i w konsekwencji zróżnicowanie łagodnych i złośliwych guzów trzustki oraz ocena węzłów chłonnych udział w przyszłym projekcie wieloośrodkowym.

3. Pacjenci i metody Projekt badania jest prospektywny, zaślepiony i wieloośrodkowy, porównujący wyniki endoskopowej elastografii ultrasonograficznej (EG-EUS) i wzmocnienia kontrastowego (CE-EUS) w celu scharakteryzowania ogniskowych guzów trzustki i węzłów chłonnych za pomocą pomiarów parametrycznych, w porównanie ze złotym standardem reprezentowanym przez patologię.

   Badanie zostanie przeprowadzone za zgodą rady instytucjonalnej (komitetu etycznego) przeglądu każdego ośrodka. Pełny protokół badania i uczestniczące ośrodki zostaną przesłane na ClinicalTrials.gov, rejestr badań klinicznych wspieranych przez władze federalne i prywatne prowadzonych w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie.

   Kryteria przyjęcia

   • Pacjenci z rozpoznaną litą masą guza trzustki, z potwierdzeniem cytologicznym/histologicznym
   • Kwalifikują się pacjenci z podejrzeniem zajęcia węzłów chłonnych lub bez niego
   • Wiek od 18 do 90 lat, kobiety lub mężczyźni
   • Podpisana świadoma zgoda na biopsję EG-EUS, CE-EUS i FNA Kryteria wykluczenia
   • Wcześniejsze leczenie chirurgiczne z zamiarem wyleczenia lub chemio-radioterapia
   • Pacjenci, u których zdiagnozowano guzy produkujące mucynę, torbielowate guzy trzustki itp.

4. Zbieranie danych

   • Dane osobowe (imię, nazwisko, wiek, data przyjęcia, SSN, diagnoza przy przyjęciu)

5. Badania obrazowe

   • U wszystkich chorych z podejrzeniem guza trzustki lub węzłów chłonnych należy wykonać EUS z sekwencyjnym EG-EUS i CE-EUS

   • EUS z FNA pod kontrolą EUS i elastografią

     • Protokół EUS z EUS-FNA powinien obejmować instrumenty EUS liniowe z pełnym badaniem trzustki.
     • Opisana zostanie charakterystyka guza (echogeniczność, echostruktura, wielkość) oraz obecność/brak sygnałów power Dopplera.
     • EUS-FNA zostanie przeprowadzona we wszystkich guzach trzustki z co najmniej trzema przejściami
     • Wszyscy egzaminatorzy powinni być zaślepieni na wyniki patologii

   • Procedura EG-EUS:

     • EUS-EG będzie wykonywane podczas zwykłych badań EUS, z dwoma 10-sekundowymi filmami nagranymi na wbudowanym HDD w celu zminimalizowania zmienności i zwiększenia powtarzalności akwizycji.
     • Wykorzystany zostanie dwupanelowy obraz ze zwykłym konwencjonalnym obrazem EUS w trybie B w skali szarości po prawej stronie i obrazem elastograficznym po lewej stronie. Te same parametry zostaną ustawione we wszystkich używanych systemach: e-dynamic range 2,persistence 3 itd.
     • Obszar zainteresowania dla EUS-EG będzie korzystnie większy niż masa ogniskowa (około 50%-50%), aby objąć otaczające struktury. Jeśli masa ogniskowa jest większa niż 3 cm, część masy zostanie uwzględniona w ROI, jak również otaczające struktury (najlepiej unikać dużych naczyń). Dzięki pojawieniu się bocznych artefaktów uniknie się bardzo dużego zwrotu z inwestycji w obliczenia elastograficzne.
     • We wszystkich centrach zostaną zastosowane następujące ustawienia wstępne: mapa kolorów elastografii 1, odrzucanie klatek 2, odrzucanie szumów 2, trwałość 3, wściekłość dynamiczna 4, wygładzanie 2, mieszanie 50%.
     • Zostaną zmierzone SR i SH; z trzema pomiarami wykonanymi i zapisanymi na wbudowanym dysku twardym. W przypadku SR obszar odniesienia należy umieścić na tym samym poziomie co zmiana, jeśli to możliwe.

   • Procedura CE-EUS:

     • Zostanie użyty dwupanelowy obraz ze zwykłym konwencjonalnym obrazem EUS w trybie B w skali szarości po prawej stronie i kontrastowym obrazem harmonicznym po lewej stronie, zgodnie z wcześniej ustalonymi ustawieniami.
     • Punktem startowym stopera będzie moment podania dożylnego środka kontrastowego (Sonovue 4,8 ml).
     • CE-EUS zostanie wykonane podczas zwykłych badań EUS, a cały film (T0-T120s) zostanie nagrany na wbudowanym dysku twardym systemu ultrasonograficznego do późniejszej analizy.
     • Zastosowana zostanie procedura niskiego indeksu mechanicznego (tryb obrazowania harmonicznego z dynamicznym szerokopasmowym kontrastem), z indeksem mechanicznym równym 0,2 i odpowiednimi potęgami.
     • We wszystkich ośrodkach stosowane będą następujące ustawienia wstępne: tryb kontrastu dCHI-W, WPI-R/P (rozdzielczość / penetracja dla struktur powierzchownych i głębokich), indeks mechaniczny (zmienna od 0,1, preferowana 0,2), skala szarości MI (0,03), mapa szarości 4, AGC 0, filtr R C, trwałość 2, zakres dynamiki 50, kolor B 21, wygładzanie 3, liniowa krzywa gamma.
     • Aby zminimalizować ludzką stronniczość, cała obróbka końcowa i analiza komputerowa filmów cyfrowych będą wykonywane w koordynującym Centrum Informatycznym, przy czym wszyscy programiści i statystycy będą ślepi na dane kliniczne, obrazowe i patologiczne.
     • Analiza off-line krzywych czas-intensywność zostanie przeprowadzona przy użyciu Vue-Box, która daje następujące parametry ilościowe: Wzmocnienie piku (PE), Powierzchnia pod krzywą prania (Wi-AUC), Czas narastania (RT), średnia czas przejścia (mTT), czas do osiągnięcia szczytu (TTP), szybkość wymywania (WiR) i wskaźnik perfuzji wymywania (WiPI). Oprogramowanie udostępnia również wartości referencyjne (wyrażone w procentach), dopasowując zestaw wartości ROI guza do miąższowych.

6. Ostateczna diagnoza

   • Pozytywne rozpoznanie cytologiczne będzie traktowane jako ostateczny dowód złośliwości guza trzustki lub węzła chłonnego. Rozpoznania uzyskane za pomocą EUS-FNA będą dalej weryfikowane przez operację lub podczas obserwacji klinicznej trwającej co najmniej 6 miesięcy.
   • Rozpoznanie przewlekłego zapalenia trzustki będzie opierać się na informacjach klinicznych (wywiad nadużywania alkoholu, wcześniejsze rozpoznanie przewlekłego zapalenia trzustki lub cukrzycy) oraz kombinacji metod obrazowych (USG, TK i EUS). Co najmniej cztery kryteria przewlekłego zapalenia trzustki podczas EUS będą brane pod uwagę przy pozytywnym rozpoznaniu. Rozpoznanie przewlekłego rzekomego zapalenia trzustki lub łagodnych węzłów chłonnych będzie zawsze potwierdzone operacyjnie lub przez co najmniej sześciomiesięczną obserwację, mającą na celu wykluczenie nowotworu złośliwego u pacjentów, którzy nie będą operowani.
   • Próbki patologiczne pobrane z dwunastnicy-pankreatektomii lub ogonowej pankreatektomii wykonanej z zamiarem wyleczenia, jak również fragmenty mikrohistologiczne uzyskane w wyniku biopsji EUS-FNA będą przetwarzane przez zatapianie w parafinie ze zwykłymi barwieniami (hematoksylina-eozyna), a następnie immunohistochemia na uznania patologów uczestniczących ośrodków w celu wykluczenia guzów neuroendokrynnych / przerzutów do trzustki.
   • Pacjenci będą pod obserwacją przez co najmniej sześć miesięcy poprzez badanie kliniczne, badania biologiczne i USG przezbrzuszne, ewentualnie powtórne spiralne CT / EUS po sześciu miesiącach.

7. Analiza statystyczna

   • Opisowe statystyki

     • Wszystkie wyniki zostaną wyrażone jako średnia ± odchylenie standardowe (SD). Różnice między pacjentami z rakiem trzustki i przewlekłym zapaleniem trzustki zostaną pokazane za pomocą testu t dla dwóch próbek (dwie niezależne próbki). Ponieważ ta metoda parametryczna przyjmuje założenia dotyczące normalności i podobnych wariancji, najpierw wykonamy testy normalności Kołmogorowa-Smirnowa i Shapiro-Wilka W i zweryfikujemy założenie równości wariancji za pomocą testu F. W przypadku testu t dla dwóch prób wykonamy również nieparametryczną alternatywę, jaką daje test U Manna-Whitneya, ponieważ w niektórych przypadkach może on nawet oferować większą moc do odrzucenia hipotezy zerowej niż test t .
     • Ponieważ przy więcej niż dwóch grupach obserwacji znacznie lepiej jest zastosować pojedynczą analizę, która umożliwia nam spojrzenie na wszystkie dane w tym samym czasie, przeprowadzimy również metodę jednokierunkowej analizy wariancji (ANOVA) z tą samą linią bazową założenia. Wartość p mniejsza niż 0,05 zostanie uznana za istotną statystycznie.
   • Czułość, swoistość, dodatnia wartość predykcyjna, ujemna wartość predykcyjna oraz trafność EG-EUS i CE-EUS zostaną określone w porównaniu z ostatecznym rozpoznaniem. Również czułość, swoistość, dodatnia wartość predykcyjna, ujemna wartość predykcyjna i dokładność dla podgrupy pacjentów z ujemnym EUS-FNA i dodatnim rozpoznaniem nowotworu podczas późniejszej obserwacji zostaną obliczone oddzielnie.

8. Analiza mocy

   • Szacunkowa liczba włączonych pacjentów wynosi co najmniej 210, w oparciu o co najmniej 10 ośrodków z co najmniej 20 pacjentami w każdym, które zostaną włączone w okresie 12 miesięcy. Analiza mocy została oparta na następującym założeniu: aby zastosować potężny test t dla niezależnych prób, wielkość próby równa 105 pacjentom w każdej grupie jest wystarczająca, aby zapewnić 95% mocy statystycznej do wykrycia różnicy 5% średniej, dla błędu I rodzaju alfa = 0,05, a odchylenie standardowe populacji = 10%.
   • Różnica w średniej została oparta na wcześniej opublikowanych danych, które wykazują dokładność około 80-85% dla EUS-FNA i 90% dla EG-EUS i/lub CE-EUS.