Ultrasonografi av levern för klassificering av metabol dysfunktionsassocierad steatos lever

1. Syfte Det huvudsakliga syftet med denna studie är att utveckla ultraljudsmetoder som kan identifiera stadierna av metabol dysfunktion-associerad steatos leversjukdom (MASLD) med magnetresonanselastografi (MRE), MR-proton densitet fettfraktion (PDFF) och biopsi som referensstandard.
2. Hypotes Ultraljud kan ersätta MR vid stadieindelning av steatos och fibros. Ultraljud kan förbättra stadieindelningen av inflammation.

3. Motivering Ett brett spektrum av patologier kan orsaka förändringar i de mekaniska egenskaperna hos mänsklig vävnad. Av denna anledning är det kliniskt användbart att hitta ett sätt att icke-invasivt utvärdera vävnadens styvhet. Många leversjukdomar av varierande etiologier inklusive hepatit, fettleversjukdom, alkoholism och andra, visar ökad leverstyvhet på grund av fibros. Fibros kan leda till olika former av levercancer eller cirros, vilket ibland orsakar dödsfall. Det har uppskattats att förekomsten av cirros är 4,5 % till 9,5 % av den allmänna befolkningen, vilket indikerar att en mycket större grupp drabbas av olika stadier av fibros. Om dramatiska ökningar av leverstyvhet från fibros kan upptäckas i ett tidigt skede, kan behandlingen anpassas för patienten, och resultat kan övervakas för att öka sannolikheten för reversibilitet och bromsa skadliga effekter.

   Biopsi är traditionellt standardmetoden för att diagnostisera och övervaka leverförhållanden och har använts brett sedan 1958. Några fördelar med biopsi inkluderar visualisering av fett- och järndepositioner. Tyvärr kan biopsier inte visa heterogenitet i fibros eftersom avläsningen ofta tas från samma plats och endast utgör 1/50 000 av levervolymen. Studier har visat avvikelser i biopsiresultat från vänster till höger leverlob i 33 % av fallen och 30 % felklassificering av cirrotica fall. Dessutom har studier visat signifikanta variationer mellan observatörer och inom samma observatör. Slutligen är en nackdel med biopsi, som har drivit övergången till icke-invasiva diagnostiska åtgärder såsom elastografi, den associerade risken för smärta, blödning och dödlighet.

   Olika elastografimetoder har utvecklats och tillämpats på levern. Transient elastografi, FibroScan (EchoSens, Paris) är den vanligaste typen av elastografi som för närvarande tillämpas på levern för mätning av styvhet, vilket indikerar fibrotisk aktivitet. Den använder ultraljudsteknik med en endimensionell sond för att mäta hastigheten hos skjuvvågor. Den har blivit standardvård i vissa kliniker världen över som en prisvärd enhet som är diagnostiskt tillförlitlig. Även om den är smärtfri, snabb och bekväm, kan den endast samla in ett mycket litet prov från höger leverlob och kan därför inte fånga någon heterogenitet och kan missrepresentera hela organets tillstånd. Dessutom, enligt forskarnas bästa vetskap, har styvhetsvärden från FibroScan-avläsningar inte korrelerats med magnetresonanselastografivärden i någon direkt jämförelse i litteraturen, och de resulterar i mindre tillförlitliga resultat för tidigare stadier av fibros.

   Magnetresonanselastografi är en annan typ av elastografi som tillämpas på levern. Den har visat mycket hög diagnostisk noggrannhet vid stadieindelning av patienter i fibroserade stadier och används i vissa privata kliniker, främst i USA. Den ger flexibilitet i sin tillämpning och i protokollen som används för att samla in data. Den har visat stor repeterbarhet och reproducerbarhet och är ofta effektiv hos patienter med högre BMI. De höga kostnaderna och komplexiteten förknippade med MR-undersökningar begränsar dess användbarhet i många områden som drabbats av leversjukdom.

   Forskarnas S-WAVE-metod är en ultraljudsmetod som kommer att producera två- och tredimensionella bilder, vilket möjliggör full visualisering av levern. Det är en justerbar multifrekvensteknik som kan visa stora områden av organet som volymetriska elasticitetskartor. Den är prisvärd och genomförbar i utbredda kliniska miljöer på grund av de enkla hårdvarukraven hos en ultraljudsenhet.

   Ultraljudsdata som används för att mäta vävnadsstyvhet kan också användas för att uppskatta vävnadsfetthalt. Fettvävnad tenderar faktiskt att dämpa ultraljud mer än normal vävnad. Andra egenskaper hos ultraljudsdata (radiofrekvens- eller RF-data) förändras också när vävnaden blir fettrik. Det första stadiet av MASLD är steatos, en ökad andel fett i levervävnad, följt av inflammation, följt av vävnadsärrbildning och fibros.

4. Mål

   • Att jämföra styvhetsresultat från MRE, S-WAVE och FibroScan hos friska volontärer och patienter för att visa stark överensstämmelse mellan S-WAVE och MRE vid bedömning av fibros.
   • Att jämföra MR-proton densitet fettfraktion med ultraljudsdämpning och andra mått för att visa stark överensstämmelse mellan ultraljud och MR-PDFF vid bedömning av steatos.
   • Att visa att ultraljud kan bedöma hela MASLD-spektrumet, inklusive steatos, fibros och inflammation, med biopsi som referensstandard.

5. Forskningsmetoder 40 försökspersoner utan tidigare leversjukdom, huvudsakligen rekryterade från en population av forskarstuderande vid UBC, och 105 försökspersoner med olika stadier av fibros, som rekryteras vid Gastroenterologiska forskningsinstitutet (GIRI) i Vancouver, och VGH kommer att genomgå en FibroScan, S-WAVE och MR-undersökningar inklusive PDFF och MRE.

   FibroScan och S-WAVE kommer att utföras av en tekniker respektive en ultraljudsundersökare vid GIRI eller VGH.

   MR-undersökningen kommer att utföras vid UBC MR-forskningscentrum.

   Tio FibroScan-avläsningar kommer att erhållas från höger lob genom patientens interkostalrum. FibroScan visar medianstyvnheten i kPa samt interkvartilavståndet. En minimiframgångsfrekvens på 80 % med ett interkvartilavstånd på mindre än 30 % av styvhetsvärdet krävs för att acceptera FibroScan-avläsningar. Varje försöksperson kommer att genomgå processen en gång.

   S-WAVE är en elastografiteknik utvecklad vid UBC som använder vävnadens respons på multifrekvensvibrationer för att uppskatta vävnadens mekaniska egenskaper. Vibrationerna genererar stationära skjuvvågor i vävnaden. En serie ultraljudsbilder fångar vävnadens skjuvvågrörelse och en vävnadsmodell används för att uppskatta de underliggande mekaniska egenskaperna. Den har redan framgångsrikt tillämpats för att avbilda prostatan, bröstet, placentan och i levern.

   Anordningen som används för excitation är en platta som placeras under patienten på undersökningsbädden. Frekvenserna som appliceras kommer att variera från 45 Hz till 80 Hz. Amplituden som väljs kommer att vara tillräcklig för att producera adekvata vågor i området av intresse och inom patientens komfortnivå. En 3D-ultraljudssond kommer att användas för att erhålla bildvolymer, medan den hålls på plats av ultraljudsundersökaren. Dessutom kommer en 2D-ultraljudsstrålare att svepas för att erhålla bildvolymer på ungefär samma plats.

   Interkostala och transabdominella bilder kommer att erhållas enligt ett repeterbart protokoll.

   Alla S-WAVE-undersökningar kommer att utföras av två utbildade och mycket erfarna ultraljudsundersökare, Ms. Vickie Lessoway och Ms. Jan Reid.

   Magnetresonanselastografi kommer att utföras på 3T Philips Elition MR-skannern som finns vid UBC MR-forskningscentrum. Skannern börjar med axiella T1- och T2-bilder, följt av diffusionsviktad avbildning.

   Därefter utförs MR-elastografiundersökning med eXpresso-sekvens och samtidig excitation av vävnad. eXpresso-sekvensen har använts i fantom-, lever- och prostataundersökningar. Excitationssystemet är en elektromagnetisk aktuator som har byggts internt och består av trådvarv arrangerade i en spole. Vibrationer uppstår när ström passerar genom trådarna i närvaro av MR-skannerns magnetfält. Den är synkroniserad med MR-avbildningssekvensen. Vibratorn placeras över höger revben på försökspersonen medan denne ligger i ryggläge. Den kommer att fasthållas med ett velkroband för att undvika rörelse. Vibratorplattans diameter är 5 till 10 cm bred. Systemet är mycket likt det som använts i tidigare studier på andra platser och för att avbilda prostatan och levern.

   Den fullständiga MR-avbildningssessionen kommer att vara mindre än 90 minuter.

   Bearbetning av MRE- och VE-data sker offline för att extrahera mekaniska egenskaper och fetthaltsinformation. Dessa kan sedan visas visuellt och jämföras. Båda innebär bearbetning av råa ultraljudsechodata.

6. Databehandling All S-WAVE-data kommer att bearbetas av programvara utvecklad i Robotics and Control Laboratory vid UBC. Denna programvara kan uppskatta ett styvhetsvärde vid alla avbildade punkter baserat på en vävnadsmodell. Resultatet är en volymetrisk karta över vävnadsstyvhet som kan överlagras på motsvarande B-mode-bild. Regioner av intresse kommer att väljas baserat på homogena områden med få blodkärl.

De råa MRE-bilderna kommer att bearbetas med en internt utvecklad programvara som filtrerar data och tillämpar modeller för att beräkna den dynamiska skjuvmodulen (Gd) och viskositeten (Gl) för varje pixel. Dessa mekaniska egenskaper bildar en ny bild som sedan överlagras på standard T2-viktade bilder för enkel visualisering. Regioner av intresse med få blodkärl kommer att väljas. Genomsnittet och standardavvikelsen för Gd och Gl kommer att beräknas.

Vävnadsfetthalt kommer att bestämmas med standard MR-PDFF-sekvenser. Vävnadsfetthalt kommer att bestämmas från ultraljud baserat på kvantitativ analys av råa ultraljuds RF-data.

Ultraljudsbildbehandling kommer att optimeras för att matcha MR-bilderna (MR som referensstandard för bedömning av fibros och steatos).

Ultraljudsbildbehandling kommer att optimeras för att förutsäga inflammation, med biopsiresultat som referensstandard.