Een driedimensionaal digitaal model voor vroege diagnose van leverfibrose op basis van magnetische resonantie-elastografie

Summary

Het doel van deze studie was om een nieuw driedimensionaal digitaal model te ontwikkelen voor de vroege diagnose van leverfibrose, dat de stijfheid van elke voxel in de lever van de patiënt omvat en dus kan worden gebruikt om de distributieverhouding van de lever van de patiënt in verschillende fibrosestadia te berekenen.

Abstract

Leverfibrose is een vroeg stadium van levercirrose en er zijn geen betere niet-invasieve en handige methoden voor de detectie en evaluatie van de ziekte. Ondanks de goede vooruitgang die is geboekt met de leverstijfheidskaart (LSM) op basis van magnetische resonantie-elastografie (MRE), zijn er nog steeds enkele beperkingen die moeten worden overwonnen, waaronder handmatige focusbepaling, handmatige selectie van interessegebieden (ROI’s) en discontinue LSM-gegevens zonder structurele informatie, waardoor het onmogelijk is om de lever als geheel te evalueren. In deze studie stellen we een nieuw driedimensionaal (3D) digitaal model voor voor de vroege diagnose van leverfibrose op basis van MRE.

MRE is een niet-invasieve beeldvormingstechniek die gebruik maakt van magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) om de leverstijfheid op de scanplaats te meten door middel van interactie tussen mens en computer. Studies hebben een significante positieve correlatie aangetoond tussen de LSM verkregen via MRE en de mate van leverfibrose. Voor klinische doeleinden is echter een uitgebreide en nauwkeurige kwantificering van de mate van leverfibrose noodzakelijk. Om dit aan te pakken, werd in deze studie het concept van Liver Stiffness Distribution (LSD) voorgesteld, dat verwijst naar het 3D-stijfheidsvolume van elke levervoxel dat wordt verkregen door de uitlijning van 3D-leverweefselbeelden en MRE-indicatoren. Dit biedt een effectiever klinisch hulpmiddel voor de diagnose en behandeling van leverfibrose.

Introduction

Leverfibrose verwijst naar de vorming van overmatig littekenweefsel in de lever, meestal als gevolg van leverbeschadiging of ziekte 1,2,3,4. Het ontstaat vaak als gevolg van chronische leverbeschadiging en wordt vaak geassocieerd met leverziekten, zoals chronische virale hepatitis, niet-alcoholische leververvetting en alcoholische leverziekte. Indien onbehandeld, kan leverfibrose zich ontwikkelen tot cirrose, een potentieel levensbedreigende aandoening die gepaard gaat met aanzienlijke morbiditeit en mortaliteit.

Actief onderzoek op dit gebied heeft tot doel de cellulaire en moleculaire mechanismen op te helderen die ten grondslag liggen aan de pathogenese van leverfibrose, en om nieuwe diagnostische en therapeutische strategieën te ontwikkelen om de resultaten voor patiënten te verbeteren. Een ander doel is de niet-invasieve detectie van het stadium van leverfibrose, wat een cruciaal aspect is dat rechtstreeks correleert met de diagnose van de ziekte, de selectie van de behandeling en de evaluatie van de prognose. Ondanks het belang van een nauwkeurige diagnose en de monitoring van leverfibrose, zijn traditionele diagnostische methoden, zoals leverbiopsie, invasief en gaan ze gepaard met aanzienlijke risico’s. Magnetische resonantie-elastografie ^5,6 (MRE) daarentegen is een veelbelovende niet-invasieve beeldvormingstechniek die potentieel heeft aangetoond bij de diagnose en monitoring van leverfibrose door leverstijfheid te kwantificeren.

In de afgelopen jaren is er veel onderzoek gedaan naar het evalueren van de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van MRE bij de diagnose van leverfibrose, evenals de potentiële voordelen ervan ten opzichte van traditionele diagnostische methoden. De leverstijfheidsmetriek van MRE is goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) voor klinische diagnose, en uitgebreide vergelijkende analyse met pathologische resultaten is uitgevoerd in de klinische praktijk. De resultaten hebben aangetoond dat de stijfheidskaarten die door MRE worden gegenereerd een sterke positieve correlatie vertonen met verschillende stadia van leverfibrose 7,8,9,10,11,12. Maar tot nu toe heeft het werk van het nauwkeurig evalueren en volgen van de progressie van leverfibrose bij patiënten door middel van kwantitatieve analyse van de distributie van leverstijfheid (LSD) door leverstructuurbeelden te matchen met MRE niet veel vooruitgang geboekt.

In deze studie wordt de analysetechniek^13,14,15 van de medische beeldvormingsgroep geïntroduceerd om een nauwkeurige uitlijning van de leverstructuurbeelden te bereiken met de stijfheidskaart die door MRE in 3D-ruimte wordt gegenereerd^, waardoor de leverstijfheidswaarden voor elke voxel van de gehele lever kunnen worden berekend. Op basis van het digitale 3D-model van LSD kan de exacte verdeling van patiëntspecifieke stadiëring van leverfibrose worden berekend en geëvalueerd. Dit legt een solide basis voor de nauwkeurige kwantitatieve diagnose van leverfibrose in een vroeg stadium.

Protocol

Deze studie maakte gebruik van 3D-digitale LSD-modellering om de lever te reconstrueren van een typische patiënt met klinisch bevestigde leverfibrose. De patiënt werd gerekruteerd uit een bekende instelling voor de behandeling van leverziekten, “You An Hospital” in Beijing, China, en onderging routinematige magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) en MRE-beeldvorming in de bovenbuik na toestemming te hebben gegeven. De patiënt werd gekozen als casestudy voor deze onderzoeksmethode vanwege de bevestiging van leverfibro…

Representative Results

Door gebruik te maken van de informatie in het Description_Name veld van DICOM-bestanden, kan de oorspronkelijke MRI-map worden hernoemd om de snelle lokalisatie van de vereiste beeldvormingssequentie tijdens het analyseproces in de beeldvormingsgroep te vergemakkelijken. De MRI-IDEAL outfasesequentie is het type MRI-sequentie dat wordt gebruikt voor het geven van duidelijkere beschrijvingen van leverweefselgrenzen. Dit komt omdat de MRI-IDEAL out-of-phase sequentie de magnetisatiesterkte en -hoek van v…

Discussion

In de klinische praktijk is het een uitdaging om de toestand van patiënten met leverfibrose in een vroeg stadium nauwkeurig te kwantificeren en te volgen. De vergelijking in figuur 9 geeft de mate van leverfibrose bij de patiënt volledig weer in vergelijking met een gezonde lever; Dit cijfer kan natuurlijk ook een vergelijking zijn tussen twee verschillende perioden voor de patiënt, die wordt gebruikt voor de evaluatie van de werkzaamheid van de behandeling. Deze nauwkeurige kwantificerin…

Materials

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