Ультразвуковое исследование печени для классификации метаболической дисфункции, ассоциированной со стеатозной болезнью печени

1. Цель Основная цель данного исследования заключается в разработке ультразвуковых методов, способных определять стадии метаболической дисфункции-ассоциированной стеатозной болезни печени (MASLD) с использованием магнитно-резонансной эластографии (MRE), МРТ-оценки доли жира по протонной плотности (PDFF) и биопсии в качестве эталонного метода.
2. Гипотеза Ультразвук может заменить МРТ в стадировании стеатоза и фиброза. Ультразвук может улучшить стадирование воспаления.

3. Обоснование Широкий спектр патологий может вызывать изменения механических свойств тканей человека. По этой причине поиск способа неинвазивной оценки жесткости тканей оказывается клинически полезным. Многие заболевания печени различной этиологии, включая гепатит, жировую болезнь печени, алкоголизм и другие, сопровождаются повышением жесткости печени вследствие фиброза. Фиброз может привести к различным видам рака печени или циррозу, иногда вызывая смерть. По оценкам, распространенность цирроза составляет от 4,5% до 9,5% среди общего населения, что указывает на гораздо большую группу лиц, страдающих различными стадиями фиброза. Если значительное увеличение жесткости печени из-за фиброза удается выявить на ранней стадии, лечение можно адаптировать для пациента, а результаты можно отслеживать, чтобы повысить вероятность регресса и замедлить повреждающие эффекты.

   Биопсия традиционно является стандартным методом диагностики и мониторинга заболеваний печени, широко используемым с 1958 года. Некоторые преимущества биопсии включают визуализацию отложений жира и железа. К сожалению, биопсия не способна показать гетерогенность фиброза, так как забор материала часто производится из одного и того же участка и составляет лишь 1/50 000 объема печени. Исследования показали расхождение в результатах биопсии между левой и правой долями в 33% случаев и 30% случаев ошибочной классификации цирроза. Кроме того, исследования показали значительные межнаблюдательные и внутреинаблюдательные вариации. Наконец, недостатком биопсии, который стимулировал переход к неинвазивным диагностическим методам, таким как эластография, является связанный с ней риск боли, кровотечения и смертности.

   Были разработаны и применены к печени различные методы эластографии. Транзиентная эластография, FibroScan (EchoSens, Париж) — это наиболее распространенный в настоящее время тип эластографии, применяемый к печени для измерения жесткости, указывающей на фиброзную активность. Она использует ультразвуковую технологию с одномерным датчиком для измерения скорости сдвиговых волн. Она стала стандартом лечения в некоторых клиниках по всему миру как доступное и диагностически надежное устройство. Хотя она безболезненна, быстра и удобна, она способна собрать лишь очень маленький образец из правой доли печени, поэтому не может уловить гетерогенность и может искажать состояние всего органа. Кроме того, насколько известно исследователям, значения жесткости, полученные по результатам FibroScan, не коррелировали со значениями магнитно-резонансной эластографии ни в одном прямом сравнении в литературе, и они дают менее надежные результаты для ранних стадий фиброза.

   Магнитно-резонансная эластография — это еще один тип эластографии, применяемый к печени. Она показала очень высокую диагностическую точность в стадировании пациентов по фиброзным стадиям и используется в некоторых частных клиниках, в основном в США. Она обеспечивает гибкость в применении и в протоколах, используемых для получения данных. Она показала отличную повторяемость и воспроизводимость и часто эффективна у пациентов с более высоким ИМТ. Высокие затраты и сложность, связанные с МРТ-сканированием, ограничивают ее полезность во многих регионах, пораженных заболеваниями печени.

   Метод S-WAVE исследователей — это ультразвуковой метод, который будет создавать двух- и трехмерные изображения, позволяя полностью визуализировать печень. Это регулируемая многочастотная техника, которая может отображать большие области органа в виде объемных карт эластичности. Он доступен по цене и осуществим в широких клинических условиях благодаря простым аппаратным требованиям ультразвукового устройства.

   Ультразвуковые данные, используемые для измерения жесткости тканей, также могут быть использованы для оценки содержания жира в тканях. Действительно, жировая ткань имеет тенденцию сильнее ослаблять ультразвук, чем нормальная ткань. Другие характеристики ультразвуковых данных (радиочастотные или RF-данные) также изменяются, когда ткань становится жировой. Первая стадия MASLD — это стеатоз, увеличение доли жира в ткани печени, за которым следует воспаление, а затем рубцевание ткани и фиброз.

4. Задачи

   • Сравнить результаты жесткости, полученные с помощью MRE, S-WAVE и FibroScan, у здоровых добровольцев и пациентов, чтобы продемонстрировать сильное согласие между S-WAVE и MRE в оценке фиброза.
   • Сравнить МРТ-оценку доли жира по протонной плотности с ультразвуковым затуханием и другими показателями, чтобы продемонстрировать сильное согласие между ультразвуком и MRI-PDFF в оценке стеатоза.
   • Показать, что ультразвук может оценить весь спектр MASLD, включая стеатоз, фиброз и воспаление, с биопсией в качестве эталонного метода.

5. Методы исследования 40 субъектов без истории заболеваний печени, в основном набираемых из числа аспирантов UBC, и 105 субъектов с различными стадиями фиброза, набираемых в Институте гастроэнтерологических исследований (GIRI) в Ванкувере и VGH, пройдут FibroScan, S-WAVE и МРТ-сканирование, включая PDFF и MRE.

   FibroScan и S-WAVE будут выполнены техником и сонографистом соответственно в GIRI или VGH.

   МРТ-исследование будет проведено в исследовательском центре МРТ UBC.

   Десять показаний FibroScan будут получены из правой доли через межреберное пространство пациента. FibroScan отображает медианную жесткость в кПа, а также межквартильный размах. Для принятия показаний FibroScan требуется минимальный успешный показатель в 80% с межквартильным размахом менее 30% от значения жесткости. Каждый субъект пройдет процедуру один раз.

   S-WAVE — это техника эластографии, разработанная в UBC, которая использует реакцию ткани на многочастотные вибрации для оценки механических свойств ткани. Вибрации генерируют установившиеся сдвиговые волны в ткани. Серия ультразвуковых изображений фиксирует движение сдвиговых волн в ткани, и для оценки основных механических свойств используется модель ткани. Она уже успешно применялась для визуализации простаты, молочной железы, плаценты и печени.

   Используемое возбуждающее устройство — это плата, размещаемая под пациентом на кушетке для обследования. Применяемые частоты будут варьироваться от 45 Гц до 80 Гц. Выбранная амплитуда будет достаточной для создания адекватных волн в области интереса и в пределах уровня комфорта пациента. 3D ультразвуковой датчик будет использоваться для получения объемов изображений, удерживаемый на месте сонографистом. Кроме того, 2D ультразвуковой преобразователь будет перемещаться для получения объемов изображений примерно в том же месте.

   Межреберные и трансабдоминальные изображения будут получены в соответствии с повторяемым протоколом.

   Все сканирования S-WAVE будут выполнены двумя обученными и очень опытными сонографистами, г-жой Викки Лессовей и г-жой Джан Рид.

   Магнитно-резонансная эластография будет выполнена на 3Т МРТ-сканере Philips Elition, расположенном в исследовательском центре МРТ UBC. Сканирование начнется с аксиальных T1 и T2 изображений, за которыми последует диффузионно-взвешенная визуализация.

   Затем будет выполнено МР-эластографическое исследование с использованием последовательности eXpresso и одновременного возбуждения ткани. Последовательность eXpresso использовалась в исследованиях на фантомах, печени и простате. Возбуждающая система — это электромагнитный актуатор, созданный собственными силами и состоящий из витков провода, сформированных в катушку. Вибрации возникают при пропускании тока через провода в присутствии магнитного поля МРТ-сканера. Она синхронизирована с последовательностью МРТ-визуализации. Вибратор будет размещен над правой грудной клеткой субъекта, лежащего в положении лежа на спине. Он будет закреплен на месте с помощью липучки, чтобы избежать любого движения. Диаметр пластины вибратора составляет от 5 до 10 см в ширину. Система очень похожа на ту, что использовалась в предыдущих исследованиях в других местах для визуализации простаты и печени.

   Полная сессия МРТ-визуализации продлится менее 90 минут.

   Обработка данных MRE и VE происходит оффлайн для извлечения информации о механических свойствах и содержании жира. Затем их можно визуально отобразить и сравнить. Оба включают обработку исходных ультразвуковых эхо-данных.

6. Обработка данных Все данные S-WAVE будут обработаны программным обеспечением, разработанным в Лаборатории робототехники и управления UBC. Это программное обеспечение способно оценить значение жесткости во всех точках изображения на основе модели ткани. Результатом является объемная карта жесткости ткани, которую можно наложить на соответствующее B-режимное изображение. Области интереса будут выбраны на основе однородных участков с небольшим количеством кровеносных сосудов.

Исходные изображения MRE будут обработаны с помощью программного обеспечения, разработанного собственными силами, которое фильтрует данные и применяет модели для расчета динамического модуля сдвига (Gd) и вязкости (Gl) для каждого пикселя. Эти механические свойства формируют новое изображение, которое затем накладывается на стандартные T2-взвешенные изображения для удобной визуализации. Будут выбраны области интереса с небольшим количеством кровеносных сосудов. Будет рассчитано среднее значение и стандартное отклонение Gd и Gl.

Содержание жира в ткани будет определяться стандартными последовательностями MRI PDFF. Содержание жира в ткани будет определяться на основе ультразвука с помощью количественного анализа исходных ультразвуковых RF-данных.

Обработка ультразвуковых изображений будет оптимизирована для соответствия МРТ-изображениям (МРТ в качестве эталона для оценки фиброза и стеатоза).

Обработка ультразвуковых изображений будет оптимизирована для прогнозирования воспаления, с результатами биопсии в качестве эталона.