Метод 3D-количественного определения распределения фракций жира в печени с использованием магнитно-резонансной томографии Диксона
Summary
В этом исследовании представлен уникальный метод 3D-количественного определения распределения фракции жира в печени (LFF) с использованием магнитно-резонансной томографии Диксона (МРТ Диксона). Карты LFF, полученные на основе синфазных и водно-фазовых изображений, интегрированы с 3D-контурами печени для дифференциации паттернов LFF между нормальной и стеатотической печенью, что позволяет точно оценить содержание жира в печени.
Abstract
В этом исследовании представлена методология 3D-количественной оценки распределения фракции жира печени (LFF) с использованием анализа изображений МРТ Диксона. Основная цель состоит в том, чтобы предложить высокоточный и неинвазивный способ оценки содержания жира в печени. Этот процесс включает в себя получение синфазных и водных изображений из последовательности Диксона. Затем карты LFF тщательно вычисляются воксел за вокселом путем деления изображений липидной фазы на синфазные изображения. Одновременно с этим из синфазных изображений извлекаются 3D-контуры печени. Эти важнейшие компоненты легко интегрируются для создания комплексной модели распределения 3D-LFF. Этот метод не ограничивается здоровой печенью, но распространяется и на тех, кто страдает стеатозом печени. Полученные результаты демонстрируют замечательную эффективность этого подхода как в визуализации, так и в количественной оценке содержания жира в печени. Он отчетливо различает закономерности, которые дифференцируют нормальную и стеатозную печень. Используя МРТ Диксона для извлечения 3D-структуры печени, этот метод обеспечивает точную оценку LFF, охватывающую весь орган, тем самым открывая большие перспективы для диагностики стеатоза печени с замечательной эффективностью.
Introduction
Неалкогольная жировая болезнь печени (НАЖБП) охватывает спектр патологических состояний, начиная от аномального накопления триглицеридов в клетках печени (стеатоз печени) и заканчивая развитием воспаления и повреждения клеток печени, известного как неалкогольный стеатогепатит (НАСГ). В некоторых случаях НАЖБП может прогрессировать до более тяжелых стадий, включая фиброз, цирроз, терминальную стадию заболевания печени или даже гепатоцеллюлярную карциному (ГЦК)1. Опубликованные данные Всемирной организации здравоохранения и Глобального бремени болезней свидетельствуют о том, что примерно 1 235,7 миллиона человек во всем мире страдают от НАЖБП во всехвозрастных группах2. В настоящее время НАЖБП считается одной из наиболее распространенных причин заболеваний, связанных с печенью, во всем мире и, как ожидается, станет ведущей причиной терминальной стадии заболеваний печени в ближайшие десятилетия3.
Точная оценка степени стеатоза печени имеет существенное значение для постановки точного диагноза, правильного выбора лечения и эффективного мониторинга прогрессирования заболевания. Золотым стандартом оценки содержания жира в печени по-прежнему остается биопсия печени. Однако из-за инвазивного характера, возможности возникновения боли, кровотечения и других послеоперационных осложнений он не является практичным вариантом для частых контрольных обследований 4,5,6. Следовательно, существует насущная потребность в неинвазивных методах визуализации, которые могут надежно количественно оценить отложение жира в печени. Магнитно-резонансная томография (МРТ) является многообещающей в этой области благодаря отсутствию ионизирующего излучения и способности чувствительно обнаруживать содержание жира с помощью эффектов химического сдвига 7,8.
В недавних исследованиях были описаны методы МРТ для количественного определения жира в печени, основанные на методах градиентного эха химического сдвига, таких как визуализация Диксона 9,10. Тем не менее, большинство этих методов основаны на анализе двумерных областей интереса. Комплексная оценка трехмерного распределения фракции жира в печени (LFF) остается ограниченной. В настоящем исследовании представлен уникальный 3D подход к количественной оценке LFF, сочетающий МРТ по Диксону с структурной визуализацией печени. Полученная 3D модель LFF позволяет точно визуализировать и измерять распределение содержания жира по всему объему печени. Этот метод демонстрирует существенную клиническую полезность для точной диагностики стеатоза печени.
Protocol
Representative Results
Discussion
В данном исследовании представлена инновационная методика 3D-количественной оценки для анализа распределения фракции жира печени (LFF) с помощью МРТДиксона 9,10. Интегрируя карты LFF, которые генерируются на основе синфазных и водных изображений, с 3D-контура?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Данная публикация получила поддержку пятой национальной программы по выявлению выдающихся клинических талантов в области традиционной китайской медицины, организованной Национальным управлением традиционной китайской медицины. Официальная ссылка на сеть: http://www.natcm.gov.cn/renjiaosi/zhengcewenjian/2021-11-04/23082.html.
Materials
| MATLAB | MathWorks | 2022B | Computing and visualization |
| Mimics | Materialise | Mimics Research V20 | Model format transformation |
| Tools for 3D_LFF | Intelligent Entropy | HepaticSteatosis V1.0 | Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modeling for CT/MRI fusion |
References
- Pouwels, S., et al. Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD): a review of pathophysiology, clinical management and effects of weight loss. BMC Endocr Disord. 22 (1), 63 (2022).
- Younossi, Z. M., et al. The global burden of liver disease. Clin Gastroenterol Hepatol. 21 (8), 1978-1991 (2023).
- Younossi, Z., et al. Global burden of NAFLD and NASH. Trends, predictions, risk factors and prevention. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 15 (1), 11-20 (2018).
- Boyum, J. H., et al. Incidence and risk factors for adverse events related to image-guided liver biopsy. Mayo Clin Proc. 91 (3), 329-335 (2016).
- Khalifa, A., Rockey, D. C. The utility of liver biopsy in 2020. Curr Opin Gastroenterol. 36 (3), 184-191 (2020).
- Sumida, Y., Nakajima, A., Itoh, Y. Limitations of liver biopsy and non-invasive diagnostic tests for the diagnosis of nonalcoholic fatty liver disease/nonalcoholic steatohepatitis. World J Gastroenterol. 20 (2), 475-485 (2014).
- Ajmera, V., Loomba, R. Imaging biomarkers of NAFLD, NASH, and fibrosis. Mol Metab. 50, 101167 (2021).
- Castera, L., Friedrich-Rust, M., Loomba, R. Noninvasive assessment of liver disease in patients with nonalcoholic fatty liver disease. Gastroenterology. 156 (5), 1264-1281 (2019).
- Jiang, Y., et al. Application of multi-echo Dixon and MRS in quantifying hepatic fat content and staging liver fibrosis. Sci Rep. 13 (1), 12555 (2023).
- Yang, Y., et al. The accuracy and clinical relevance of the multi-echo dixon technique for evaluating changes to hepatic steatosis in patients with non-alcoholic fatty liver disease treated with formulated food. Magn Reson Med Sci. 22 (2), 263-271 (2023).
- Peng, H., et al. Fat-water separation based on Transition REgion Extraction (TREE). Magn Reason Med. 82 (1), 436-448 (2019).
- Hines, C. D. G., et al. T(1) independent, T(2)(*) corrected chemical shift based fat-water separation with multi-peak fat spectral modeling is an accurate and precise measure of hepatic steatosis. Magn Reason Imaging. 33 (1), 873-881 (2011).
- Tang, A., et al. Nonalcoholic fatty liver disease: MR imaging of liver proton density fat fraction to assess hepatic steatosis. Radiology. 267 (2), 422-431 (2013).
- Caussy, C., Reeder, S. B., Sirlin, C. B., Loomba, R. Noninvasive, quantitative assessment of liver fat by MRI-PDFF as an endpoint in NASH Trials. Hepatology. 68 (2), 763-772 (2018).
- Reeder, S. B., Cruite, I., Hamilton, G., Sirlin, C. B. Quantitative assessment of liver fat with magnetic resonance imaging and spectroscopy. Magn Reson Imaging. 34 (4), 729-749 (2011).
