Charakterystyka miąższu wątroby za pomocą relaksometrii parametrycznego rezonansu magnetycznego T1 i T2

Chociaż biopsja wątroby jest obecnie standardem histologicznej charakterystyki miąższu wątroby, ta inwazyjna procedura wiąże się ze znacznym ryzykiem – potencjalnie śmiertelnego – krwawienia. Ponadto, ponieważ choroba wątroby może ogniskowo lub niejednorodnie wpływać na wątrobę, wyniki histologiczne mogą być fałszywie ujemne lub niereprezentatywne. Nieinwazyjne metody obrazowania (np. Z drugiej strony ultrasonografia (USG), tomografia komputerowa (CT) i rezonans magnetyczny (MRI) dostarczają cennych informacji w odniesieniu do globalnej i regionalnej charakterystyki tkanek i mogą być pomocne w kierowaniu/kierowaniu biopsji wątroby. Co więcej, w ostatnich latach nowe osiągnięcia otworzyły drzwi do lepszej, bardziej kompleksowej oceny stanu wątroby. Jedną z nich jest elastografia oceniająca mechaniczne, lepkosprężyste właściwości wątroby, dostarczająca cennych informacji na temat sztywności (lub elastyczności) wątroby i może być wykorzystana do dokładnego określenia stopnia zaawansowania włóknienia wątroby (1,2). Innym podejściem jest charakterystyka tkanek z wykorzystaniem zachowania relaksacyjnego tkanki wątroby w środowisku magnetycznym o silnym polu („relaksometria”). Ponieważ czasy relaksacji są specyficzne dla tkanki, patologia ogniskowa lub rozlana może ulec zmianie (tj. skrócić lub wydłużyć) czas relaksacji. Zmiany te można wykorzystać do zobrazowania i ilościowego określenia ciężkości choroby. W dziedzinie obrazowania serca relaksometria spowodowała zmianę paradygmatu, ale jak dotąd zainteresowanie obrazowaniem wątroby było stosunkowo ograniczone. Najbardziej znana jest relaksometria T2* pozwalająca na diagnostykę i obserwację pacjentów z hemochromatozą. Ostatnio w kilku artykułach opisano zastosowanie relaksometrii T1 i T1-rho do diagnozowania przekrwienia wątroby u pacjentów z zespołem Fontana oraz do obrazowania odpowiednio zwłóknienia wątroby (3,4).

W ramach kompleksowego badania MRI serca rozpoczęliśmy rutynowe wykonywanie relaksometrii T1 i T2 serca w 2014 roku. Technika ta została zweryfikowana na podstawie standaryzowanego, dostępnego w handlu fantomu w międzynarodowym badaniu (5). W praktyce mapowanie T1 i T2 obejmuje pomiary zarówno w osi krótkiej serca, jak i poziomej osi długiej przed i po podaniu dożylnych dostępnych w handlu chelatów gadolinu. Ponieważ w kierunku krótkiej osi serca wątroba jest częściowo objęta, wykorzystamy te obrazy do pomiaru czasów relaksacji wątroby T1 i T2. Ponieważ wszystkie dane są przechowywane w PACS, naszym celem jest ponowne wykorzystanie tych badań mapowania T1 i T2 w celu określenia relaksacji T1 i T2 wątroby w normalnych warunkach.

Po pierwsze, z naszej bazy danych MRI serca uzyskamy reprezentatywną grupę badań oznaczonych jako normalne (tj. prawidłowy wynik rezonansu magnetycznego serca). W dokumentacji medycznej pacjenta zostaną sprawdzone biomarkery surowicy w kierunku chorób wątroby (patrz poniżej), a także wyniki badania echokardiograficznego (wykluczenie prawokomorowej niewydolności serca, wykluczenie ciężkiej niedomykalności zastawki trójdzielnej), USG jamy brzusznej / tomografii komputerowej (wykluczenie chorób wątroby, tj. hemochromatoza, stłuszczenie, przekrwienie wątroby i marskość wątroby). Tylko badania MRI zostaną uwzględnione, jeśli wykluczona zostanie choroba wątroby. W następnym kroku reprezentatywny obszar zainteresowania zostanie ręcznie narysowany (> 100 pikseli) w regionie bez naczyń wątrobowych. Analizy te będą wykonywane na mapie T1 przed i po kontraście oraz na mapie T2. Celem jest określenie wartości prawidłowych u co najmniej 100 osób, co pozwoli na ocenę wpływu starzenia się i płci.

Po drugie, zmierzymy wartości T1 i T2 wątroby u pacjentów z różnymi postaciami niewydolności prawego serca i ocenimy związek między wartościami T1 i T2 wątroby a wynikami badań echokardiograficznych, biomarkerów surowicy i cewnikowania prawego serca wskazujących na niewydolność prawego serca. Te ostatnie informacje zostaną pobrane z dokumentacji medycznej pacjenta. Podobnie jak w niewydolności prawokomorowej, ciśnienie napełniania wzrasta w żyłach głównych i wątrobowych, powodując przekrwienie wątroby. Przypuszcza się, że w tych okolicznościach wartości wątrobowe T1 i T2 są podwyższone. Również w późniejszych stadiach, kiedy zwłóknienie wątroby inicjuje się i ewoluuje w kierunku marskości wątroby, stawiamy hipotezę o podwyższonych wartościach T1. Celem pracy jest ocena, czy średnie T1 i/lub T2 miąższu wątroby uzyskane w badaniu MRI mogą być wykorzystane jako obrazowy biomarker dekompensacji prawego serca. Ponieważ współistniejąca choroba wątroby (patrz wyżej) może utrudniać prawidłową interpretację naszych wyników, należy wykluczyć istniejącą wcześniej chorobę wątroby. W tym celu zastosowane zostanie podobne podejście jak w normalnej populacji. Docelowa populacja pacjentów jest trzykrotna. W pierwszej kolejności pacjenci z nadciśnieniem płucnym z/bez cech prawokomorowej niewydolności serca, u których wykonano cewnikowanie prawego serca z inwazyjnym pomiarem ciśnienia (w przypadku braku możliwości wykorzystania oceny ciśnienia w tętnicy płucnej w badaniu echokardiograficznym przezklatkowym) oraz objawy niewydolności prawokomorowej w badaniu przezklatkowym można zastosować echokardiografię. Po drugie, pacjenci z kardiomiopatią rozstrzeniową, definiowaną jako frakcja wyrzutowa LV < 35% z towarzyszącą dysfunkcją prawej komory (RV) lub bez niej (tj. RVEF < 35%). Po trzecie, pacjenci z zaciskającym zapaleniem osierdzia lub zapalnym zapaleniem osierdzia o fizjologii zaciskającej (tj. zwiększone sprzężenie/współzależność komór związane z oddychaniem). Ta grupa zostanie porównana z grupą pacjentów z zapalnym zapaleniem osierdzia bez fizjologii zaciskania (tj. z zachowanym sprzężeniem komorowym).

Po trzecie, w celu oceny między- i wewnątrzobserwowanej odtwarzalności wartości T1/T2 wątroby, pomiary będą wykonywane przez dwóch czytników niezależnie wykonujących pomiary. Jeden czytelnik powtórzy pomiary z zachowaniem jednotygodniowego odstępu między analizami. Ta grupa obejmuje 10 losowo wybranych badań w grupie normalnej i 10 badań w grupie pacjentów. Analiza obejmuje ocenę współczynnika korelacji wewnątrzklasowej (ICC) oraz współczynnika zmienności (CoV).

Wreszcie, jako krok w kierunku bardziej zautomatyzowanego podejścia, ocenimy/opracujemy analizę tekstury. To matematyczne podejście analizuje wzorce między pikselami niewidocznymi dla ludzkiego oka i skutkuje „cechami” obrazu, które wykraczają poza typową średnią (lub medianę) i odchylenia. Okazało się, że jest to solidna technika w wielu zastosowaniach w dziedzinie obrazowania medycznego i najprawdopodobniej będzie również przydatna w obrazowaniu wątroby. Duża grupa pochodnych cech obrazu wymaga dalszej analizy przy użyciu metod uczenia maszynowego (z/bez innych odczytów klinicznych). Uczenie maszynowe cech w połączeniu z diagnozą („celem”) może potencjalnie rozszerzyć tradycyjne oceny ryzyka o nowe biomarkery obrazowania. Podejścia regularyzacyjne oparte m.in. zostaną zaimplementowane maszyny wektorów nośnych, losowe lasy lub konwolucyjne sieci neuronowe (CNN).