Obrazowanie wątroby za pomocą ultradźwięków do klasyfikacji stłuszczeniowej choroby wątroby związanej z dysfunkcją metaboliczną

1. Cel Głównym celem tego badania jest opracowanie metod ultrasonograficznych, które mogą identyfikować etapy metabolicznej dysfunkcji związanej ze stłuszczeniową chorobą wątroby (MASLD) przy użyciu rezonansu magnetycznego elastografii (MRE), frakcji tłuszczowej protonowej gęstości MRI (PDFF) oraz biopsji jako punktu odniesienia.
2. Hipoteza Ultrasonografia może zastąpić MRI w określaniu stopnia stłuszczenia i zwłóknienia. Ultrasonografia może poprawić określanie stopnia zapalenia.

3. Uzasadnienie Szeroki zakres patologii może powodować zmiany właściwości mechanicznych ludzkiej tkanki. Z tego powodu znalezienie sposobu nieinwazyjnej oceny sztywności tkanki okazuje się przydatne klinicznie. Wiele chorób wątroby o różnej etiologii, w tym zapalenie wątroby, stłuszczeniowa choroba wątroby, alkoholizm i inne, objawia się zwiększoną sztywnością wątroby spowodowaną zwłóknieniem. Zwłóknienie może prowadzić do różnych nowotworów wątroby lub marskości, czasami powodując śmierć. Szacuje się, że częstość występowania marskości wynosi 4,5% do 9,5% ogólnej populacji, co wskazuje na znacznie większą grupę dotkniętą różnymi etapami zwłóknienia. Jeśli gwałtowny wzrost sztywności wątroby spowodowany zwłóknieniem można wykryć we wczesnym stadium, leczenie można dostosować do pacjenta, a wyniki można monitorować, aby zwiększyć prawdopodobieństwo odwrócenia i spowolnić szkodliwe skutki.

   Biopsja tradycyjnie jest standardową metodą diagnozowania i monitorowania stanów wątroby, szeroko stosowaną od 1958 roku. Niektóre zalety biopsji obejmują wizualizację złogów tłuszczu i żelaza. Niestety, biopsje nie są w stanie wykazać heterogeniczności zwłóknienia, ponieważ odczyt często jest pobierany z tego samego miejsca i stanowi tylko 1/50 000 objętości wątroby. Badania wykazały rozbieżność w wynikach biopsji między lewym a prawym płatem w 33% przypadków oraz 30% błędną klasyfikację przypadków marskości. Ponadto badania wykazały znaczną zmienność między obserwatorami i wewnątrz obserwatora. Wreszcie, wadą biopsji, która przyspieszyła przejście do nieinwazyjnych środków diagnostycznych, takich jak elastografia, jest związane z nią ryzyko bólu, krwawienia i śmiertelności.

   Opracowano różne metody elastografii i zastosowano je do wątroby. Elastografia przejściowa, FibroScan (EchoSens, Paryż) jest obecnie najczęściej stosowanym rodzajem elastografii w wątrobie do pomiaru sztywności, wskazującej na aktywność włóknienia. Wykorzystuje technologię ultrasonograficzną z sondą jednowymiarową do pomiaru prędkości fal ścinających. Stała się standardem opieki w niektórych klinikach na całym świecie jako niedrogie urządzenie, które jest diagnostycznie niezawodne. Chociaż jest bezbolesna, szybka i wygodna, może pobrać tylko bardzo małą próbkę z prawego płata wątroby, więc nie może uchwycić żadnej heterogeniczności i może błędnie przedstawiać stan całego narządu. Ponadto, według najlepszej wiedzy badaczy, wartości sztywności uzyskane z odczytów FibroScan nie zostały skorelowane z wartościami rezonansu magnetycznego elastografii w żadnym bezpośrednim porównaniu w literaturze i dają mniej wiarygodne wyniki dla wcześniejszych etapów zwłóknienia.

   Rezonans magnetyczny elastografia to kolejny rodzaj elastografii stosowanej w wątrobie. Wykazała bardzo wysoką dokładność diagnostyczną w klasyfikacji pacjentów na etapy włóknienia i jest stosowana w niektórych prywatnych klinikach, głównie w Stanach Zjednoczonych. Pozwala na elastyczność w zastosowaniu i protokołach używanych do pozyskiwania danych. Wykazała dużą powtarzalność i odtwarzalność oraz często jest skuteczna u pacjentów z wyższym BMI. Wysokie koszty i złożoność związana ze skanami MRI ograniczają jej przydatność w wielu obszarach dotkniętych chorobami wątroby.

   Metoda S-WAVE badaczy to metoda ultrasonograficzna, która będzie wytwarzać obrazy dwu- i trójwymiarowe, umożliwiając pełną wizualizację wątroby. Jest to regulowana technika wieloczęstotliwościowa, która może pokazywać duże obszary narządu jako wolumetryczne mapy elastyczności. Jest niedroga i wykonalna w powszechnych warunkach klinicznych ze względu na proste wymagania sprzętowe urządzenia ultrasonograficznego.

   Dane ultrasonograficzne używane do pomiaru sztywności tkanki mogą również służyć do oszacowania zawartości tłuszczu w tkance. Rzeczywiście, tkanka tłuszczowa ma tendencję do większego tłumienia ultradźwięków niż normalna tkanka. Inne charakterystyki danych ultrasonograficznych (dane częstotliwości radiowej lub RF) również zmieniają się, gdy tkanka staje się tłusta. Pierwszy etap MASLD to stłuszczenie, zwiększenie proporcji tłuszczu w tkance wątroby, następnie zapalenie, a następnie bliznowacenie tkanki i zwłóknienie.

4. Cele

   • Porównanie wyników sztywności uzyskanych z MRE, S-WAVE i FibroScan u zdrowych ochotników i pacjentów w celu wykazania silnej zgodności między S-WAVE a MRE w ocenie zwłóknienia.
   • Porównanie frakcji tłuszczowej protonowej gęstości MRI z tłumieniem ultradźwięków i innymi pomiarami, aby wykazać silną zgodność między ultrasonografią a MRI-PDFF w ocenie stłuszczenia.
   • Wykazanie, że ultrasonografia może ocenić całe spektrum MASLD, w tym stłuszczenie, zwłóknienie i zapalenie, z biopsją jako punktem odniesienia.

5. Metody badawcze 40 osób bez historii chorób wątroby, głównie rekrutowanych z populacji studentów studiów magisterskich na UBC, oraz 105 osób z różnymi etapami zwłóknienia, rekrutowanych w Instytucie Gastroenterologii Instytutu Badawczego (GIRI) w Vancouver i VGH, przejdzie badanie FibroScan, S-WAVE oraz skany MRI, w tym PDFF i MRE.

   FibroScan i S-WAVE będą wykonywane odpowiednio przez technika i sonografistę w GIRI lub VGH.

   Badanie MR zostanie przeprowadzone w centrum badawczym MRI UBC.

   Dziesięć odczytów FibroScan zostanie uzyskanych z prawego płata przez przestrzeń międzyżebrową pacjenta. FibroScan wyświetla medianę sztywności w kPa oraz zakres międzykwartylowy. Wymagany jest minimalny wskaźnik sukcesu 80% z zakresem międzykwartylowym mniejszym niż 30% wartości sztywności, aby zaakceptować odczyty FibroScan. Każdy uczestnik przejdzie proces raz.

   S-WAVE to technika elastografii opracowana na UBC, która wykorzystuje odpowiedź tkanki na wibracje wieloczęstotliwościowe do oszacowania właściwości mechanicznych tkanki. Wibracje generują fale ścinające w stanie ustalonym w tkance. Seria obrazów ultrasonograficznych przechwytuje ruch fali ścinającej tkanki, a model tkanki służy do oszacowania podstawowych właściwości mechanicznych. Została już z powodzeniem zastosowana do obrazowania prostaty, piersi, łożyska i wątroby.

   Używane urządzenie wzbudzające to płyta umieszczona pod pacjentem na łóżku do badań. Stosowane częstotliwości będą w zakresie od 45 Hz do 80 Hz. Wybrana amplituda będzie wystarczająca do wytworzenia odpowiednich fal w obszarze zainteresowania i w granicach komfortu pacjenta. Sonda ultrasonograficzna 3D zostanie użyta do uzyskania objętości obrazów, podczas gdy będzie trzymana na miejscu przez sonografistę. Dodatkowo, przetwornik ultrasonograficzny 2D będzie przesuwany, aby uzyskać objętości obrazów w mniej więcej tej samej lokalizacji.

   Obrazy międzyżebrowe i przezbrzuszne zostaną uzyskane zgodnie z powtarzalnym protokołem.

   Wszystkie skany S-WAVE będą wykonywane przez dwie przeszkolone i bardzo doświadczone sonografistki, panią Vickie Lessoway i panią Jan Reid.

   Rezonans magnetyczny elastografia zostanie wykonany na skanerze MR Philips Elition 3T znajdującym się w centrum badawczym MRI UBC. Skanowanie rozpocznie się od obrazów osiowych T1 i T2, a następnie obrazowania ważonego dyfuzyjnie.

   Następnie zostanie przeprowadzone badanie elastografii MR przy użyciu sekwencji eXpresso i jednoczesnego wzbudzania tkanki. Sekwencja eXpresso była używana w badaniach fantomów, wątroby i prostaty. System wzbudzający to elektromagnetyczny siłownik zbudowany wewnętrznie, składający się z pętli drutu ułożonych w cewkę. Wibracje powstają, gdy prąd przepływa przez druty w obecności pola magnetycznego skanera MR. Jest zsynchronizowany z sekwencją obrazowania MRI. Wzbudnik zostanie umieszczony nad prawą klatką piersiową badanego podczas leżenia w pozycji na wznak. Zostanie przymocowany na miejscu paskiem rzepowym, aby uniknąć ruchu. Średnica płyty wzbudnika wynosi od 5 do 10 cm szerokości. System jest bardzo podobny do tego używanego w poprzednich badaniach w innych miejscach oraz do obrazowania prostaty i wątroby.

   Pełna sesja obrazowania MR potrwa mniej niż 90 minut.

   Przetwarzanie danych MRE i VE odbywa się offline w celu wyodrębnienia informacji o właściwościach mechanicznych i zawartości tłuszczu. Następnie można je wyświetlić wizualnie i porównać. Oba obejmują przetwarzanie surowych danych echa ultradźwiękowego.

6. Przetwarzanie danych Wszystkie dane S-WAVE będą przetwarzane przez oprogramowanie opracowane w Laboratorium Robotyki i Sterowania na UBC. To oprogramowanie jest w stanie oszacować wartość sztywności we wszystkich obrazowanych punktach na podstawie modelu tkanki. Wynikiem jest wolumetryczna mapa sztywności tkanki, którą można nałożyć na odpowiedni obraz w trybie B. Obszary zainteresowania będą wybierane na podstawie jednorodnych obszarów z niewielką liczbą naczyń krwionośnych.

Surowe obrazy MRE będą przetwarzane przy użyciu oprogramowania opracowanego wewnętrznie, które filtruje dane i stosuje modele do obliczania dynamicznego modułu ścinania (Gd) i lepkości (Gl) dla każdego piksela. Te właściwości mechaniczne tworzą nowy obraz, który jest następnie nałożony na standardowe obrazy ważone T2 dla łatwej wizualizacji. Zostaną wybrane obszary zainteresowania z niewielką liczbą naczyń krwionośnych. Zostanie obliczona średnia i odchylenie standardowe Gd i Gl.

Zawartość tłuszczu w tkance zostanie określona za pomocą standardowych sekwencji MRI PDFF. Zawartość tłuszczu w tkance zostanie określona z ultrasonografii na podstawie ilościowej analizy surowych danych RF ultrasonografii.

Przetwarzanie obrazów ultrasonograficznych zostanie zoptymalizowane, aby dopasować je do obrazów MRI (MRI jako punkt odniesienia dla oceny zwłóknienia i stłuszczenia).

Przetwarzanie obrazów ultrasonograficznych zostanie zoptymalizowane, aby przewidywać zapalenie, z wynikami biopsji jako punktem odniesienia.