Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

מודל דיגיטלי תלת מימדי לאבחון מוקדם של פיברוזיס בכבד המבוסס על אלסטוגרפיה בתהודה מגנטית

Published: July 21, 2023 doi: 10.3791/65507
Automatic Translation
1, 2, 3, 4, 1, 1
1Center for Integrated Chinese and Western Medicine, Beijing You An Hospital, Capital Medical University, 2Fever Clinics, Dongzhimen Hospital of Beijing University of Chinese Medicine, 3Beijing Intelligent Entropy Science& Technology Co Ltd., 4First Department of The Liver Disease Center, Beijing You An Hospital, Capital Medical University

Summary

מטרת מחקר זה הייתה לפתח מודל דיגיטלי תלת ממדי חדשני לאבחון מוקדם של פיברוזיס בכבד, הכולל את הנוקשות של כל ווקסל בכבד של המטופל ובכך יכול לשמש לחישוב יחס הפיזור של הכבד של המטופל בשלבי פיברוזיס שונים.

Abstract

פיברוזיס בכבד הוא שלב מוקדם של שחמת הכבד, ואין שיטות לא פולשניות ונוחות יותר לאיתור והערכה של המחלה. למרות ההתקדמות הטובה שהושגה עם מפת קשיחות הכבד (LSM) המבוססת על אלסטוגרפיה של תהודה מגנטית (MRE), עדיין יש כמה מגבלות שיש להתגבר עליהן, כולל קביעת מיקוד ידנית, בחירה ידנית של אזורי עניין (ROIs), ונתוני LSM לא רציפים ללא מידע מבני, מה שלא מאפשר להעריך את הכבד בכללותו. במחקר זה, אנו מציעים מודל דיגיטלי תלת ממדי (3D) חדשני לאבחון מוקדם של פיברוזיס בכבד המבוסס על MRE.

MRE היא טכניקת הדמיה לא פולשנית המשתמשת בדימות תהודה מגנטית (MRI) כדי למדוד את נוקשות הכבד באתר הסריקה באמצעות אינטראקציה בין אדם למחשב. מחקרים הצביעו על קשר חיובי מובהק בין LSM המתקבל באמצעות MRE לבין מידת הפיברוזיס בכבד. עם זאת, למטרות קליניות, יש צורך בכימות מקיף ומדויק של מידת הפיברוזיס בכבד. כדי להתמודד עם זה, הרעיון של התפלגות נוקשות הכבד (LSD) הוצע במחקר זה, אשר מתייחס נפח נוקשות 3D של כל ווקסל כבד המתקבל על ידי יישור של תמונות רקמת כבד 3D אינדיקטורים MRE. זה מספק כלי קליני יעיל יותר לאבחון וטיפול בפיברוזיס בכבד.

Introduction

פיברוזיס בכבד מתייחס להיווצרות של רקמת צלקת עודפת בכבד, בדרך כלל כתוצאה מנזק לכבד או מחלה 1,2,3,4. לעתים קרובות היא מתעוררת כתוצאה מפגיעה כרונית בכבד והיא קשורה בדרך כלל למחלות כבד, כגון דלקת כבד נגיפית כרונית, מחלת כבד שומני שאינה אלכוהולית ומחלת כבד אלכוהולית. אם לא מטופלים, פיברוזיס בכבד יכול להתקדם לשחמת הכבד, מצב מסכן חיים פוטנציאלי הקשור לתחלואה ותמותה משמעותיות.

מחקר פעיל בתחום זה נועד להבהיר את המנגנונים התאיים והמולקולריים העומדים בבסיס הפתוגנזה של פיברוזיס בכבד, כמו גם לפתח אסטרטגיות אבחון וטיפול חדשניות לשיפור תוצאות המטופלים. מטרה נוספת היא גילוי לא פולשני של שלב הפיברוזיס בכבד, שהוא היבט קריטי שנמצא בקורלציה ישירה עם אבחון המחלה, בחירת הטיפול והערכת הפרוגנוזה. למרות החשיבות של אבחון מדויק וניטור של פיברוזיס בכבד, שיטות אבחון מסורתיות, כגון ביופסיה של הכבד, הן פולשניות וקשורות לסיכונים משמעותיים. לעומת זאת, אלסטוגרפיהבתהודה מגנטית 5,6 (MRE) היא טכניקת הדמיה לא פולשנית מבטיחה שהוכיחה פוטנציאל באבחון וניטור של פיברוזיס בכבד על ידי כימות נוקשות הכבד.

בשנים האחרונות נערך מחקר משמעותי שהתמקד בהערכת הדיוק והאמינות של MRE באבחון פיברוזיס בכבד, כמו גם יתרונותיו הפוטנציאליים על פני שיטות אבחון מסורתיות. מדד קשיחות הכבד של MRE קיבל אישור על ידי מנהל המזון והתרופות האמריקני (FDA) לאבחון קליני, וניתוח השוואתי נרחב עם תוצאות פתולוגיות נערך בפרקטיקה הקלינית. התוצאות הראו כי מפות הנוקשות שנוצרו על ידי MRE מציגות מתאם חיובי חזק עם שלבים שונים של פיברוזיסבכבד 7,8,9,10,11,12. עם זאת, עד כה, העבודה של הערכה מדויקת ומעקב אחר התקדמות פיברוזיס בכבד בחולים באמצעות ניתוח כמותי של התפלגות נוקשות הכבד (LSD) על ידי התאמת תמונות מבנה הכבד עם MRE לא התקדמה הרבה.

במחקר זה, טכניקת ניתוח קבוצת הדמיה רפואית13,14,15 מוצגת כדי להשיג יישור מדויק של תמונות מבנה הכבד עם מפת הנוקשות שנוצרה על ידי MRE במרחב תלת ממדי, המאפשר חישוב של ערכי נוקשות הכבד עבור כל ווקסל של הכבד כולו. בהתבסס על המודל התלת-ממדי הדיגיטלי של LSD, ניתן לחשב ולהעריך את ההתפלגות המדויקת של היערכות פיברוזיס בכבד ספציפית למטופל. זה מניח בסיס מוצק לאבחון כמותי מדויק של פיברוזיס כבד בשלב מוקדם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

מחקר זה השתמש במידול תלת-ממדי דיגיטלי של אל-אס-די כדי לשחזר את הכבד של מטופל טיפוסי עם פיברוזיס בכבד שאושר קלינית. המטופל גויס ממוסד ידוע לטיפול במחלות כבד, "You An Hospital" בבייג'ינג, סין, ועבר הדמיית תהודה מגנטית שגרתית בבטן העליונה (MRI) והדמיית MRE לאחר מתן הסכמה. המטופל נבחר כמקרה בוחן לשיטת מחקר זו בשל אישור היערכות פיברוזיס בכבד באמצעות בדיקה פתולוגית והיעדר תסמינים קליניים ברורים, המדגישים את הישימות והערך הקליני של מחקר זה באבחון חולי פיברוזיס בכבד בשלב מוקדם. מאמר זה מספק גם השוואה כמותית בין הכבד של חולה זה לבין כבד בריא. כלי התוכנה המשמשים במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.

1. איסוף נתונים והכנתם

הערה: הפרש הפרמטרים אינו רגיש לשיטת המחקר.

  1. אסטרטגיות סריקת MRI
    הערה: מחקר זה השתמש בנתוני DICOM אמיתיים שהתקבלו מהדמיה קלינית באמצעות מכשיר דימות תהודה מגנטית (MRI) המיוצר על ידי GE. תוכן הנתונים כולל IDEAL (פירוק איטרטיבי של מים ושומן עם אקו, אסימטריה והערכת ריבועים פחותים), הדמיית הפרדת מים-שומן והדמיית אלסטוגרפיה בתהודה מגנטית (MRE).
    1. ודא שנתוני IDEAL הם בעלי רזולוציה אופקית של 256 פיקסלים על 256 פיקסלים, עם מרווח פיקסלים של 1.5625 מ"מ ועובי פרוסה של 10 מ"מ.
      הערה: אסטרטגיית הסריקה יכולה להיות ממוטבת עוד יותר, אך המתודולוגיה המיושמת במחקר זה ישימה לדימות רפואי בדיוק גבוה יותר.
  2. שנה את שם התיקיה של כל רצף.
    הערה: מכיוון שנתוני DICOM המיוצאים מהציוד אינם מספקים במפורש שמות רצפים, בשלב העיבוד המוקדם, יש צורך להוסיף שמות מפורשים לכל רצף כדי להקל על הניתוח והעיבוד הבאים.
    1. העתק את כל נתוני DICOM לספריית עבודה מותאמת אישית.
    2. נווטו אל הספרייה המכילה את הנתונים בספריית העבודה של MATLAB.
    3. הפעל את הפונקציה Description_Name כדי להוסיף שמות תיאוריים לתיקיות עבור כל רצף.
    4. ראו איור 1 להשוואה לפני ואחרי שינוי השם. הוסף שם תיאור לכל תיקיית רצף תמונות כדי להקל על זיהוי רצפי התמונות הדרושים למטרות אנליטיות שונות.
  3. בדוק במהירות תמונות של IDEAL.
    1. שנה את הספרייה של תיקיות השלבים השונים, כולל השלבים בפאזה, מחוץ לפאזה, מים ושמן, שאוחסנו בתיקיות נפרדות להדמיה באמצעות IDEAL.
    2. הפעל את הפונקציה Slice_View כדי להציג את רצפי ההשפעה עבור כל שלב.
    3. ראו איור 2 לתמונה של ממשק המשתמש הגרפי האינטראקטיבי (GUI) עבור רצף MRI-IDEAL. השתמש בפס הגלילה בתחתית ממשק המשתמש הגרפי כדי לדפדף במהירות בין הרצפים השונים.
    4. השתמש ברצף MRI-IDEAL out-phase כסוג של רצף MRI כדי לספק תיאורים ברורים יותר של גבולות רקמת הכבד.
      הערה: בפעולות הבאות, ההתמקדות תהיה בשימוש ברצף החוץ פאזי של IDEAL כדי לתחום את האזור התלת-ממדי של הכבד.

2. חלץ את האזור התלת-ממדי של הכבד

הערה: הווקסלים הבודדים באזור התלת-ממדי של הכבד משמשים כנשאים מרחביים של אל-אס-די, כאשר ערך הנוקשות של כל ווקסל נגזר מ-MRE. חילוץ האזור התלת-ממדי של רקמת הכבד הוא צעד הכרחי לפני האיחוי. בעוד שניתן להשתמש בלמידה עמוקה כדי לבצע משימה זו בצורה יעילה יותר, היא אינה המוקד של מחקר זה. לכן, כלי תוכנה בוגרים (למשל, MIMICS) עדיין משמשים כאן כדי לחלץ את האזור התלת-ממדי של רקמת הכבד.

  1. כדי להפעיל את תוכנת MIMICS, בחר New Project ובתיבת הדו-שיח הבאה, נווט אל התיקיה המכילה את התמונות מחוץ לשלב IDEAL. המשך על ידי לחיצה על הבא | להמיר כפתור , ובכך להשיג כניסה למצב עריכת הרצף.
  2. כדי ליצור מסיכה ריקה, לחץ על הלחצן חדש בתיבת הדו-שיח MASK הממוקמת בצד ימין ובחר את הסף המרבי.
  3. לתיחום אזור הכבד בכל התצוגות האופקיות, השתמשו בכלי עריכת מסיכות הממוקם מתחת לתווית Segment .
  4. כדי ליצור את החלק המרחבי התלת-ממדי של הכבד, בחר את מסיכת הכבד שסומנה ולחץ על הלחצן חשב חלק ממסיכה . האזור התלת-ממדי המופק של הכבד מוצג באיור 3.
  5. לחץ על קובץ | ייצוא | בחר בפקודה Dicom . בתיבת הדו-שיח המוקפצת, בחרו במסיכת הכבד, קבעו את נתיב הקובץ ואת שמות הקבצים ולחצו על הלחצן OK להשלמת הייצוא של האזור התלת-ממדי של הכבד לקובצי DICOM שצוינו.

3. רצף מפת נוקשות הכבד

הערה: טווח קשיחות MRE בחולים עם פיברוזיס מוקדם הוא בדרך כלל מתחת ל- 8 kpa. כדי להציג זאת, יש לבחור את תמונת הרצף שכותרתה 'SE27_ST8K_(Pa)'.

  1. שנה את הספרייה לתיקייה של 'SE27_ST8K_(Pa)', המכילה את רצף מפת נוקשות הכבד.
  2. כדי לדפדף בכל מפת קשיחות, הפעילו את פונקציית MRE_show בסביבת העבודה של Matlab, כשהארגומנט של הפונקציה הוא שם הקובץ הממוקם בנתיב שצוין.
  3. מפת קשיחות הכבד המוצגת באיור 4 היא תמונת RGB בצבע אמיתי, עם מבנה נתונים של 512 פיקסלים על 512 פיקסלים על 3 מטריצה, כאשר לכל נקודת פיקסל יש שלושה ערכים המייצגים את שלושת צבעי היסוד, RBG. התבוננו בסרגל הצבע משמאל המציג את ערכי הקשיחות המתאימים של פיקסלים בצבעים שונים. חשב את הקשיחות המדויקת של כל פיקסל באמצעות המתאמים המתאימים לו.
  4. המידע המשלים באיור 4 כולל נתונים כגון תיאור הרצף, מיקום הסריקה, זמן, מידע על מטופלים ופרמטרים של תמונה. השתמש בנתונים אלה, במיוחד בפרמטרים של התמונה, כדי לקבוע את הקשר המרחבי בין רצפי MRE ורצפים אידיאליים.

4.3D-נפח התפלגות נוקשות הכבד

הערה: כל ווקסל בנפח נוקשות הכבד התלת-ממדי מייצג את ערך הנוקשות של ווקסל מקביל באזור הכבד התלת-ממדי, הנגזר מערך הנוקשות של כל פיקסל באיור 4. על-ידי יישור אזור הכבד התלת-ממדי באיור 3 עם מפת הנוקשות באיור 4, ניתן לחלץ את ערך הנוקשות של כל ווקסל, וכתוצאה מכך נוצר נפח נוקשות הכבד התלת-ממדי.

  1. הפעילו את פונקציית LSD_Slice עם אזור הכבד התלת-ממדי המוצג באיור 3 ומפת נוקשות הכבד באיור 4 כפרמטרי קלט כדי לקבל את התפלגות נוקשות הכבד בנפח תלת-ממדי, כפי שמוצג באיור 5.
  2. צפו במפת הנוקשות של כל שכבה בכבד על-ידי גרירת פס הגלילה מתחת לממשק המשתמש הגרפי המוצג באיור 5.
    הערה: אולם בניגוד לאיור 4, רק רקמת כבד נשמרת כאן במדויק.
  3. התבונן בסמלים בפינה הימנית העליונה של ממשק המשתמש הגרפי (איור 5), כגון התקרבות, התרחקות, חזרה לתצוגה הכללית וסימון הקואורדינטות של הפיקסל שנבחר.
    הערה: סרגל הצבעים המוגדר כברירת מחדל הוא מפת הצבעים של "jet", כלומר הערכים המתאימים (Unit kpa) מכחול לאדום הם נמוכים לגבוהים.
  4. בצעו את פונקציית LSD_Volume עם אותו קלט כמו LSD_Slice כדי לקבל את ההתפלגות המרחבית של LSD בכבד התלת-ממדי, כפי שמוצג באיור 6. צפו בעוצמת הקול התלת-ממדית של אל-אס-די מכל נקודת מבט על-ידי לחיצה ממושכת על לחצן העכבר השמאלי וגרירת המסך (איור 6).

5. ניתוח כמותי של LSD

הערה: מוקד ניתוח כמותי חשוב של מחקר זה הוא לספק את היחס בין שלבים שונים של ווקסלים LSD בכבד של המטופל. איור 6 מראה שהתפלגות פיברוזיס בכבד בחולים אינה אחידה במקומות מרחביים שונים. הסיבה לכך שהתסמינים הקליניים עדיין אינם ברורים היא בעיקר בגלל שחלק ניכר מרקמת הכבד נמצא בשלב תקין. לכן, יש צורך לכמת במדויק את ההבדל בין חולים לאנשים בריאים. זוהי תפיסה כמותית חשובה של מחקר זה.

  1. קבע את הטווחים המספריים של ערכי הנוקשות עבור שלבים שונים של פיברוזיס בכבד, כפי שמוצג באיור 7.
  2. חשב את ההתפלגות של כל ווקסלי הכבד של המטופל בשלבי פיברוזיס שונים (איור 8) על-ידי הפעלת הפונקציה Hepatic_Fibrosis עם פרמטר הקלט של נפח התלת-ממד של LSD שמוצג באיור 6.
  3. השתמשו באותם צעדים כדי לחשב ולהשוות את התוצאות של כבד בריא לחלוטין עם חולה פיברוזיס טיפוסי בכבד שתואר לעיל (איור 9).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

על ידי ניצול המידע בשדה Description_Name של קובצי DICOM, ניתן לשנות את שם תיקיית ה- MRI המקורית כדי להקל על לוקליזציה מהירה של רצף ההדמיה הנדרש במהלך תהליך הניתוח בקבוצת ההדמיה. רצף ה- MRI-IDEAL מחוץ לשלב הוא סוג של רצף MRI המשמש למתן תיאורים ברורים יותר של גבולות רקמת הכבד. הסיבה לכך היא שרצף מחוץ לפאזות של MRI IDEAL יכול להבדיל טוב יותר בין חוזק המגנטיזציה והזווית של רקמות שונות באמצעות טכניקות עיבוד תמונה ספציפיות.

רצף ה-MRI-IDEAL out-phase פועל באמצעות רצפי הד הדרגתיים (GREs) ליצירת תמונות ושימוש בבקרת Out-phase במהלך רכישת תמונה. זה מפחית את חוסר ההומוגניות של השדה המגנטי בין רקמות במהלך ההדמיה, ובכך משפר את הרזולוציה והניגודיות של תמונות עבור מבני רקמות. בנוסף, רצף ה- MRI-IDEAL מחוץ לשלב יכול גם לדכא את אות השומן, ובכך להפחית את ההפרעה של שומן בהדמיה ולספק תצוגה טובה יותר של מבני רקמות סמוכים. לסיכום, רצף ה-MRI-IDEAL מחוץ לפאזות יכול לשפר את רזולוציית ההדמיה ואת הניגודיות באמצעות טכניקות כגון בקרת שדה מגנטי ודיכוי אותות שומן, וכתוצאה מכך גבולות רקמה ברורים יותר.

למרות שניתן להשתמש בכלי למידה עמוקה כדי לחלץ את המבנה האנטומי התלת-ממדי של הכבד, לשיטה זו יש מידה מסוימת של טעות למידת מכונה. המוקד של מחקר זה הוא כימות מדויק של פיברוזיס בכבד; לכן, הכלי MIMICS שימש לחילוץ אזור רקמת הכבד התלת-ממדית, בשילוב עם ניסיון מומחה לחילוץ אזור תלת-ממדי מדויק יחסית ברקמת הכבד.

מפת קשיחות MRE יכולה להציג את קשיחות הגזירה של מיקומים מרחביים שונים בתוך כל סריקה אופקית בבטן העליונה. מחקר זה התמקד בשלבים המוקדמים של פיברוזיס בכבד; לכן, הטווח המספרי היה 0-8 kPa. איור 4 הוא הגרסה הסטנדרטית של מפת קשיחות הכבד MRE-Liver במכשיר GE, הכוללת את מפת הנוקשות, אולם קשה להבחין במבנה האנטומי של הכבד. החידוש העיקרי של מחקר זה הוא הכימות המדויק שהושג על-ידי יישור מפת קשיחות הכבד MRE-Liver עם המבנה האנטומי של הכבד המוצג באיור 3.

איור 5 מספק מפת נוקשות מדויקת של הכבד, אשר מאפשרת לרופאים ולמטופלים לקבל הבנה מדויקת של המיקום והגודל של נגעי פיברוזיס מוקדמים בכבד, במקום תחושה מעורפלת. זה מפנה את הדרך לניתוח כימות מספרי נוסף.

איור 6 מתקבל על-ידי שחזור מפת הנוקשות של כל שכבה סרוקה בכבד לאורך הציר האופקי במרחב תלת-ממדי; איור 6 הוא הגרסה התלת-ממדית של איור 5. במרחב תלת ממדי, ניתן לזהות בצורה ברורה יותר את מידת ומיקום הפיברוזיס בכבד של המטופל.

את תוצאות ההשוואה, הניתוח והלימוד של תוצאות בדיקות פתולוגיות עם קשיחות MRE ניתן למצוא במקום אחר9. כדי לכמת עוד יותר את ההתפלגות המספרית של שלב פיברוזיס בכבד בחולים, איור 7 מפרט את טווח מרווחי הנוקשות עבור שלבים שונים ששימשו במחקר זה בהתבסס על תוצאות מחקר קודם.

על פי הטווח המספרי של נוקשות עבור שלבים שונים של פיברוזיס בכבד המתואר באיור 7, ניתן לחשב את היחס הספציפי של ווקסלים תלת-ממדיים בכבד בשלבים שונים עבור המטופל. חישוב זה מבוסס על הנתונים מה-LSD התלת-ממדי כפי שמוצג באיור 6. כתוצאה מכך, איור 8 מציג את התוצאות הכמותיות של פיברוזיס הכבד של החולה, המצביעות על שיעור הכבד של המטופל שנמצא בשלבים שונים של פיברוזיס בכבד.

בהתבסס על התוצאות המוצגות באיור 8, הנתונים של כבד בריא חושבו כהשוואה כדי להמחיש את ההשפעה הכמותית של השיטה שנחקרה במחקר זה, כפי שמוצג באיור 9. ניתן להמחיש את הפרש הכימות המדויק בין השניים. בהתבסס על פרדיגמת מחקר זו, במחקרים הבאים, קבוצה זו תערוך חקירה נוספת על LSD של כבד בריא ואת הסיווג הכמותי של פיברוזיס בכבד בשלב מוקדם.

Figure 1
איור 1: תיאור השם של כל רצף MRI. מוצגים כאן שמות התיקיות של רצפי סריקת MRI. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: ממשק המשתמש הגרפי של הפרוסות של כל רצף פאזה אידיאלי. דוגמה לגלישה באמצעות MRI-IDEAL. MRI-IDEAL הוא כלי רב עוצמה המשפר את האיכות ויכולת הפירוש של תמונות MRI, במיוחד במקרים בהם הפרדת שומן ומים היא קריטית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: האזור התלת-ממדי המופק של הכבד. מציג את ההיקף המרחבי התלת-ממדי של הכבד בהתבסס על תמונות מבניות של הכבד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: מפת נוקשות הכבד. הגרסה הסטנדרטית של מפת נוקשות הכבד MRE. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: פרוסות של התפלגות נוקשות כבד. מפת נוקשות מדויקת השייכת לכבד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: נפח תלת-ממדי של התפלגות נוקשות הכבד. זוהי גרסת התלת-ממד של איור 5. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: שלבים שונים של פיברוזיס בכבד. רשימה של טווח מרווחי הנוקשות עבור שלבים שונים המשמשים במחקר זה בהתבסס על תוצאות מחקר קודם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: התפלגות נוקשות הכבד של השלבים השונים. תוצאות כמותיות של פיברוזיס הכבד של המטופל מצביעות על שיעור הכבד של המטופל שנופל בשלבים שונים של פיברוזיס בכבד. קיצור: LSD = התפלגות נוקשות הכבד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 9
תרשים 9: השוואה של התפלגות נוקשות הכבד. השוואה כמותית מפורטת בין כבד בריא לבין חולה עם פיברוזיס בכבד בשלב מוקדם. קיצור: LSD = התפלגות נוקשות הכבד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

בפרקטיקה הקלינית, זה מאתגר לכמת ולעקוב במדויק אחר מצבם של חולי פיברוזיס בכבד בשלב מוקדם. ההשוואה המוצגת באיור 9 משקפת במלואה את מידת הפיברוזיס בכבד אצל המטופל בהשוואה לכבד בריא; כמובן, נתון זה יכול להיות גם השוואה בין שתי תקופות שונות עבור המטופל, המשמש להערכת יעילות הטיפול. שיטת כימות מדויקת זו היא השלב הקריטי המרכזי של מחקר זה. יתר על כן, שיטת החישוב של נפח ה-LSD התלת-ממדי המוצג באיור 5 ובאיור 6 יכולה לאתר במדויק את המיקום המרחבי והגודל של נגעים פיברוטיים בכבד של המטופל, ולספק בסיס כמותי מוצק לאבחון מדויק של פיברוזיס בכבד בשלב מוקדם. זה יכול גם לספק תמיכה מדעית עבור ניקוב כבד מונחה מדויק באמצעות מודל 3D-דיגיטלי.

מחקר זה מציע את הרעיון של LSD 3D ואת הכימות המדויק שלה בשלבים שונים של פיברוזיס בכבד. התוצאות מראות כי שיטה זו יכולה להעריך באופן כמותי יעיל את התקדמות המחלה של חולי פיברוזיס מוקדמים בכבד. שיפורים נוספים אפשריים ואבולוציה כוללים שיפור דיוק הסריקה של סריקות MRE, במיוחד מרווח הסריקה האופקי; שיפור דיוק ההדמיה של תמונות מבניות של תהודה מגנטית בכבד; הצגת טכנולוגיית למידה עמוקה כדי לסייע במיצוי מהיר של האזור התלת-ממדי של הכבד; צבירת נתוני LSD נוספים עבור כבדים בריאים כדי לבסס בסיס להשוואות אבחון; וצבירת נתוני מטופלים נוספים עבור כל שלב של פיברוזיס בכבד כדי לפתח תקני סיווג מדויקים יותר.

למרות שהשיטה המוצעת במחקר זה יכולה לשלב באופן כמותי פיברוזיס מוקדם בכבד המבוסס על LSD תלת-ממדי, היא אינה מתייחסת למנגנונים הבסיסיים של התפתחות המחלה2. ציוד שונה ואסטרטגיות סריקה שונות עלולות להוביל לתוצאות לא עקביות. פיתוח פרוטוקול חישובי סטנדרטי ואוניברסלי יותר נותר מאתגר.

בהשוואה לשיטות אבחון פולשניות מסורתיות לפיברוזיס בכבד, לעבודה המוצגת במאמר זה יש את היתרונות הבולטים הבאים. ראשית, גם MRI בטן עליונה שגרתית וגם MRE אינם פולשניים. שנית, LSD תלת-ממדי יכול לאפיין במדויק את הגודל והמיקום של נגעי פיברוזיס בכבד בחלל תלת-ממדי. שלישית, התוצאות הכמותיות יכולות לספק לרופאים הבנה ברורה של שיעור הווקסלים בכבד בשלבים שונים של פיברוזיס בכבד. לבסוף, מחקר זה השיג התאמה מדויקת של מבנה רקמת הכבד עם מפת הנוקשות של MRE, ואיפשר לרופאים לאנדקס ערכי נוקשות מתמונות מבניות או להיפך, כדי לאנדקס את המיקום המרחבי של רקמת הכבד מנגעים במפת הנוקשות. גישה זו היא בעלת ערך רב לכימות מדויק של פיברוזיס מוקדם בכבד.

טכניקת MRI-IDEAL פועלת על ידי רכישת תמונות MRI בזמני הד מרובים, המאפשרים הפרדה של אותות מים ושומן על ידי ניצול תדרי התהודה השונים שלהם. הפרדה זו מושגת באמצעות תהליך פירוק איטרטיבי שמחשב את הפרופורציות היחסיות של מים ושומן בכל פיקסל בתמונה. התמונות המתקבלות יכולות לספק לרופאים מידע רב ערך על התפלגות וכמות שומן הגוף, אשר יכול להיות שימושי באבחון וניטור מצבים כגון השמנת יתר, סוכרת ומחלות כבד.

השיטה הכמותית המוצעת במחקר זה ישימה לא רק לאבחון כמותי של פיברוזיס מוקדם בכבד, אלא גם לאבחון שחמת כבד בשלב בינוני ומאוחר. זה יכול לשמש גם כטכניקת קיבוץ והקרנה כדי להוציא חולים עם פיברוזיס בכבד או שחמת הכבד, כמו גם כלי פרוגנוסטי עבור סוגים שונים של שחמת הכבד. ה-LSD התלת-ממדי יכול לשמש גם ככלי ניווט לניקוב כבד מדויק או ניתוח.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

כלי התוכנה לכימות פיברוזיס בכבד המופיע בטבלת החומרים של מחקר זה, HepaticFibrosis V1.0, הוא כלי תוכנה מבית Beijing Intelligent Entropy Science &; Technology Co Ltd. זכויות הקניין הרוחני של כלי תוכנה זה שייכות לחברה.

Acknowledgments

פרסום זה נתמך על ידי התוכנית הלאומית החמישית למחקר כישרונות קליניים מצוינים ברפואה סינית מסורתית שאורגנה על ידי המנהל הלאומי לרפואה סינית מסורתית. הקישור הרשמי לרשת הוא 'http://www.natcm.gov.cn/renjiaosi/zhengcewenjian/2021-11-04/23082.html. '

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MATLAB MathWorks  2022B Computing and visualization 
Mimics Materialise Mimics Research V20 Model format transformation
Tools for 3D_LSD Intelligent Entropy HepaticFibrosis V1.0 Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd.
Modeling for CT/MRI fusion

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Henderson, N. C., Rieder, F., Wynn, T. A. Fibrosis: from mechanisms to medicines. Nature. 587 (7835), 555-566 (2020).
  2. Parola, M., Pinzani, M. Liver fibrosis: Pathophysiology, pathogenetic targets and clinical issues. Molecular Aspects of Medicine. 65, 37-55 (2019).
  3. Ramachandran, P., et al. Resolving the fibrotic niche of human liver cirrhosis at single-cell level. Nature. 575 (7783), 512-518 (2019).
  4. Stefan, N., Häring, H. -U., Cusi, K. Non-alcoholic fatty liver disease: causes, diagnosis, cardiometabolic consequences, and treatment strategies. The Lancet. Diabetes & Endocrinology. 7 (4), 313-324 (2019).
  5. Castera, L., Friedrich-Rust, M., Loomba, R. Noninvasive assessment of liver disease in patients with nonalcoholic fatty liver disease. Gastroenterology. 156 (5), 1264.e4-1281.e4 (2019).
  6. Godoy-Matos, A. F., Silva Júnior, W. S., Valerio, C. M. NAFLD as a continuum: from obesity to metabolic syndrome and diabetes. Diabetology & Metabolic Syndrome. 12 (1), 1-20 (2020).
  7. Venkatesh, S. K., Xu, S., Tai, D., Yu, H., Wee, A. Correlation of MR elastography with morphometric quantification of liver fibrosis (Fibro-C-Index) in chronic hepatitis B. Magnetic Resonance in Medicine. 72 (4), 1123-1129 (2014).
  8. Yin, M., et al. Assessment of hepatic fibrosis with magnetic resonance elastography. Clinical Gastroenterology and Hepatology. 5 (10), 1207-1213 (2007).
  9. Venkatesh, S. K., Wang, G., Lim, S. G., Wee, A. Magnetic resonance elastography for the detection and staging of liver fibrosis in chronic hepatitis B. European Radiology. 24, 70-78 (2014).
  10. Ichikawa, S., et al. Magnetic resonance elastography for staging liver fibrosis in chronic hepatitis C. Magnetic Resonance in Medical Sciences. 11 (4), 291-297 (2012).
  11. Chen, J., et al. Early detection of nonalcoholic steatohepatitis in patients with nonalcoholic fatty liver disease by using MR elastography. Radiology. 259 (3), 749-756 (2011).
  12. Singh, S., et al. Diagnostic performance of magnetic resonance elastography in staging liver fibrosis: a systematic review and meta-analysis of individual participant data. Clinical Gastroenterology and Hepatology. 13 (3), 440.e6-451.e6 (2015).
  13. Ferro, M., et al. Radiomics in prostate cancer: an up-to-date review. Therapeutic Advances in Urology. 14, 17562872221109020 (2022).
  14. Nam, D., Chapiro, J., Paradis, V., Seraphin, T. P., Kather, J. N. Artificial intelligence in liver diseases: Improving diagnostics, prognostics and response prediction. JHEP Reports. 4 (4), 100443 (2022).
  15. Wu, Y. -J., Wu, F. -Z., Yang, S. -C., Tang, E. -K., Liang, C. -H. Radiomics in early lung cancer diagnosis: from diagnosis to clinical decision support and education. Diagnostics. 12 (5), 1064 (2022).

Tags

פיברוזיס בכבד שחמת כבד שיטות לא פולשניות נוחות זיהוי הערכה מפת נוקשות כבד (LSM) אלסטוגרפיה בתהודה מגנטית (MRE) קביעת מיקוד ידנית אזורי עניין (ROIs) נתוני LSM לא רציפים מידע מבני מודל דיגיטלי תלת מימדי (3D) אבחון מוקדם MRE דימות תהודה מגנטית (MRI) נוקשות כבד אינטראקציה בין אדם למחשב מתאם חיובי משמעותי דרגת פיברוזיס בכבד כימות מקיף כבד התפלגות נוקשות (LSD) נפח נוקשות תלת-ממדי ווקסל כבד תמונות רקמת כבד תלת-ממדיות
מודל דיגיטלי תלת מימדי לאבחון מוקדם של פיברוזיס בכבד המבוסס על אלסטוגרפיה בתהודה מגנטית
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Liu, Y., Liang, T., Xing, F., Hou,… More

Liu, Y., Liang, T., Xing, F., Hou, W., Shang, X., Li, X. A Three-Dimensional Digital Model for Early Diagnosis of Hepatic Fibrosis Based on Magnetic Resonance Elastography. J. Vis. Exp. (197), e65507, doi:10.3791/65507 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter