Summary
كان الهدف من هذه الدراسة هو تطوير نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد جديد للتشخيص المبكر للتليف الكبدي ، والذي يتضمن صلابة كل فوكسل في كبد المريض ، وبالتالي يمكن استخدامه لحساب نسبة توزيع كبد المريض في مراحل التليف المختلفة.
Abstract
التليف الكبدي هو مرحلة مبكرة من تليف الكبد ، ولا توجد طرق أفضل غير جراحية ومريحة للكشف عن المرض وتقييمه. على الرغم من التقدم الجيد الذي تم إحرازه في خريطة تصلب الكبد (LSM) بناء على التصوير الإلستوجرافي بالرنين المغناطيسي (MRE) ، لا تزال هناك بعض القيود التي يجب التغلب عليها ، بما في ذلك تحديد التركيز اليدوي ، والاختيار اليدوي لمناطق الاهتمام (ROIs) ، وبيانات LSM المتقطعة بدون معلومات هيكلية ، مما يجعل من المستحيل تقييم الكبد ككل. في هذه الدراسة ، نقترح نموذجا رقميا جديدا ثلاثي الأبعاد (3D) للتشخيص المبكر للتليف الكبدي على أساس التصوير الإلستوجرافي بالألمانيوران.
التصوير الإلستوجرافي بالرنين المغناطيسي هو تقنية تصوير غير جراحية تستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لقياس تصلب الكبد في موقع المسح من خلال التفاعل بين الإنسان والحاسوب. أشارت الدراسات إلى وجود علاقة إيجابية كبيرة بين LSM التي تم الحصول عليها من خلال التصوير بالرنين المغناطيسي ودرجة التليف الكبدي. ومع ذلك ، للأغراض السريرية ، من الضروري إجراء تقدير كمي شامل ودقيق لدرجة التليف الكبدي. لمعالجة هذا ، تم اقتراح مفهوم توزيع تصلب الكبد (LSD) في هذه الدراسة ، والذي يشير إلى حجم صلابة 3D لكل فوكسل الكبد الذي تم الحصول عليه عن طريق محاذاة صور أنسجة الكبد ثلاثية الأبعاد ومؤشرات التصوير بالرنين المغناطيسي. هذا يوفر أداة سريرية أكثر فعالية لتشخيص وعلاج التليف الكبدي.
Introduction
يشير التليف الكبدي إلى تكوين نسيج ندبي مفرط في الكبد ، عادة نتيجة لتلف الكبد أو المرض1،2،3،4. غالبا ما ينشأ نتيجة لإصابة الكبد المزمنة ويرتبط عادة بأمراض الكبد ، مثل التهاب الكبد الفيروسي المزمن ومرض الكبد الدهني غير الكحولي وأمراض الكبد الكحولية. إذا ترك دون علاج ، يمكن أن يتطور التليف الكبدي إلى تليف الكبد ، وهي حالة قد تهدد الحياة وترتبط باعتلال ووفيات كبيرة.
يهدف البحث النشط في هذا المجال إلى توضيح الآليات الخلوية والجزيئية الكامنة وراء التسبب في التليف الكبدي ، وكذلك تطوير استراتيجيات تشخيصية وعلاجية جديدة لتحسين نتائج المرضى. هدف آخر هو الكشف غير الباضع عن مرحلة التليف الكبدي ، وهو جانب حاسم يرتبط ارتباطا مباشرا بتشخيص المرض واختيار العلاج وتقييم التشخيص. على الرغم من أهمية التشخيص الدقيق ومراقبة التليف الكبدي ، فإن طرق التشخيص التقليدية ، مثل خزعة الكبد ، غازية وترتبط بمخاطر كبيرة. في المقابل ، يعد التصوير الإلستوجرافي بالرنين المغناطيسي 5,6 (MRE) تقنية تصوير واعدة غير جراحية أثبتت إمكاناتها في تشخيص ومراقبة التليف الكبدي عن طريق تحديد تصلب الكبد.
في السنوات الأخيرة ، كانت هناك أبحاث مهمة تركز على تقييم دقة وموثوقية التصوير بالرنين المغناطيسي في تشخيص التليف الكبدي ، فضلا عن مزاياه المحتملة على طرق التشخيص التقليدية. تم منح مقياس تصلب الكبد ل MRE الموافقة من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) للتشخيص السريري ، وتم إجراء تحليل مقارن واسع النطاق مع النتائج المرضية في الممارسة السريرية. أظهرت النتائج أن خرائط الصلابة الناتجة عن التصوير الإلستوجرافي بالإلستوجرافي تظهر ارتباطا إيجابيا قويا مع مراحل مختلفة من تليف الكبد7،8،9،10،11،12. ومع ذلك ، حتى الآن ، فإن عمل التقييم الدقيق وتتبع تطور تليف الكبد لدى المرضى من خلال التحليل الكمي لتوزيع تصلب الكبد (LSD) عن طريق مطابقة صور بنية الكبد مع التصوير الإلستوجرافي بمخاطر الألغام لم يحرز تقدما كبيرا.
في هذه الدراسة ، تم تقديم تقنية تحليل مجموعة التصوير الطبي13،14،15 لتحقيق محاذاة دقيقة لصور بنية الكبد مع خريطة الصلابة التي تم إنشاؤها بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي في الفضاء ثلاثي الأبعاد ، مما يتيح حساب قيم تصلب الكبد لكل فوكسل من الكبد بأكمله. استنادا إلى نموذج 3D-digital ل LSD ، يمكن حساب وتقييم التوزيع الدقيق لمراحل تليف الكبد الخاصة بالمريض. هذا يضع أساسا متينا للتشخيص الكمي الدقيق لتليف الكبد في مرحلة مبكرة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
استخدمت هذه الدراسة نمذجة LSD الرقمية 3D لإعادة بناء الكبد لمريض نموذجي مصاب بالتليف الكبدي المؤكد سريريا. تم تجنيد المريض من مؤسسة معروفة لعلاج أمراض الكبد ، "مستشفى يو آن" في بكين ، الصين ، وخضع للتصوير بالرنين المغناطيسي الروتيني في الجزء العلوي من البطن (MRI) والتصوير بالرنين المغناطيسي بعد تقديم الموافقة. تم اختيار المريض كدراسة حالة لهذه الطريقة البحثية بسبب تأكيد التليف الكبدي من خلال الفحص المرضي وعدم وجود أعراض سريرية واضحة ، مما يؤكد على قابلية التطبيق والقيمة السريرية لهذا البحث في تشخيص مرضى التليف الكبدي في المراحل المبكرة. تقدم هذه الورقة أيضا مقارنة كمية بين كبد هذا المريض والكبد السليم. يتم سرد أدوات البرمجيات المستخدمة في هذه الدراسة في جدول المواد.
1. جمع البيانات وإعدادها
ملاحظة: فرق المعلمة غير حساس لطريقة البحث.
- استراتيجيات مسح التصوير بالرنين المغناطيسي
ملاحظة: استخدمت هذه الدراسة بيانات DICOM الفعلية التي تم الحصول عليها من التصوير السريري باستخدام جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) الذي تصنعه جنرال إلكتريك. يتضمن محتوى البيانات IDEAL (التحلل التكراري للماء والدهون مع عدم تناسق الصدى وتقدير المربعات الصغرى) تصوير فصل الماء عن الدهون والتصوير الإلستوجرافي بالرنين المغناطيسي (MRE).- تأكد من أن بيانات IDEAL لها دقة أفقية تبلغ 256 بكسل × 256 بكسل ، مع تباعد بكسل يبلغ 1.5625 مم وسمك شريحة يبلغ 10 مم.
ملاحظة: يمكن تحسين استراتيجية المسح بشكل أكبر ، لكن المنهجية المستخدمة في هذه الدراسة قابلة للتطبيق على التصوير الطبي عالي الدقة.
- تأكد من أن بيانات IDEAL لها دقة أفقية تبلغ 256 بكسل × 256 بكسل ، مع تباعد بكسل يبلغ 1.5625 مم وسمك شريحة يبلغ 10 مم.
- أعد تسمية مجلد كل تسلسل.
ملاحظة: نظرا لأن بيانات DICOM المصدرة من الجهاز لا توفر صراحة أسماء تسلسلية ، أثناء مرحلة المعالجة المسبقة ، من الضروري إضافة أسماء صريحة لكل تسلسل لتسهيل التحليل والمعالجة اللاحقة.- انسخ جميع بيانات DICOM إلى دليل عمل مخصص.
- انتقل إلى الدليل الذي يحتوي على البيانات في دليل عمل MATLAB.
- قم بتنفيذ الدالة Description_Name لإضافة أسماء وصفية إلى المجلدات لكل تسلسل.
- انظر الشكل 1 للمقارنة قبل وبعد إعادة التسمية. أضف اسم وصف إلى كل مجلد تسلسل صور لتسهيل تحديد تسلسلات الصور اللازمة لأغراض تحليلية مختلفة.
- تحقق بسرعة من صور IDEAL.
- قم بتغيير دليل مجلدات المراحل المختلفة ، بما في ذلك المراحل الداخلية والخارجية والمائية والدهنية ، والتي تم تخزينها في مجلدات منفصلة للتصوير باستخدام IDEAL.
- قم بتنفيذ وظيفة Slice_View لعرض تسلسلات التأثير لكل مرحلة.
- انظر الشكل 2 للحصول على صورة لواجهة المستخدم الرسومية التفاعلية (GUI) لتسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي. استخدم شريط التمرير في الجزء السفلي من واجهة المستخدم الرسومية لتصفح التسلسلات المختلفة بسرعة.
- استخدم تسلسل الطور الخارجي MRI-IDEAL كنوع من تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي لتقديم أوصاف أوضح لحدود أنسجة الكبد.
ملاحظة: في العمليات التالية ، سيكون التركيز على استخدام تسلسل الطور الخارجي ل IDEAL لتحديد منطقة 3D من الكبد.
2. استخراج المنطقة 3D من الكبد
ملاحظة: تعمل الفوكسل الفردية في منطقة 3D من الكبد كناقلات مكانية ل LSD ، مع اشتقاق قيمة الصلابة لكل فوكسل من التصوير بالرنين المغناطيسي. استخراج منطقة 3D من أنسجة الكبد هو خطوة ضرورية قبل الانصهار. في حين يمكن استخدام التعلم العميق لإنجاز هذه المهمة بشكل أكثر كفاءة ، إلا أنه ليس محور هذه الدراسة. لذلك ، لا تزال تستخدم أدوات البرامج الناضجة (على سبيل المثال ، MIMICS) هنا لاستخراج منطقة 3D من أنسجة الكبد.
- لبدء برنامج MIMICS ، حدد مشروع جديد وفي مربع الحوار التالي ، انتقل إلى المجلد الذي يحتوي على صور IDEAL خارج الطور. تابع بالنقر فوق NEXT | الزر " تحويل" ، وبالتالي الدخول إلى حالة تحرير التسلسل.
- لإنشاء قناع فارغ ، انقر فوق الزر "جديد" في مربع الحوار MASK الموجود على الجانب الأيمن وحدد الحد الأقصى.
- لتحديد مساحة الكبد في كل طرق العرض الأفقية، استخدم أداة تحرير الأقنعة الموجودة أسفل تسمية القطع .
- لإنشاء الجزء المكاني 3D من الكبد ، حدد قناع الكبد الذي تم تحديده وانقر على زر حساب الجزء من القناع . يوضح الشكل 3 المنطقة ثلاثية الأبعاد المستخرجة من الكبد.
- انقر فوق ملف | تصدير | حدد أمر Dicom. في مربع الحوار المنبثق ، اختر قناع الكبد ، وقم بتعيين مسار الملف وأسماء الملفات ، وانقر فوق OK زر لإكمال تصدير منطقة 3D من الكبد إلى ملفات DICOM المحددة.
3. تسلسل خريطة تصلب الكبد
ملاحظة: عادة ما يكون نطاق تصلب التصوير الإلستوجرافي بالرنين المغناطيسي في المرضى الذين يعانون من التليف المبكر أقل من 8 كيلو باسكال. لعرض هذا ، يجب تحديد صورة التسلسل المسماة "SE27_ST8K_ (Pa)".
- قم بتغيير الدليل إلى مجلد 'SE27_ST8K_(Pa)'، الذي يحتوي على تسلسل خريطة تصلب الكبد.
- لتصفح كل خريطة صلابة ، قم بتنفيذ الدالة MRE_show في مساحة عمل Matlab ، مع كون وسيطة الوظيفة هي اسم الملف الموجود في المسار المحدد.
- خريطة تصلب الكبد الموضحة في الشكل 4 هي صورة RGB بالألوان الحقيقية ، مع بنية بيانات 512 بكسل × 512 بكسل في 3 مصفوفة ، حيث تحتوي كل نقطة بكسل على ثلاث قيم تمثل الألوان الأساسية الثلاثة ، RBG. لاحظ شريط الألوان الموجود على اليسار والذي يعرض قيم الصلابة المقابلة لوحدات البكسل الملونة المختلفة. احسب الصلابة الدقيقة لكل بكسل باستخدام الارتباطات الخاصة بكل منها.
- تتضمن المعلومات التكميلية في الشكل 4 بيانات مثل وصف التسلسل وموضع المسح والوقت ومعلومات المريض ومعلمات الصورة. استخدم هذه البيانات ، وخاصة معلمات الصورة ، لإنشاء العلاقة المكانية بين تسلسلات MRE و IDEAL.
4.3D-حجم توزيع تصلب الكبد
ملاحظة: يمثل كل فوكسل في حجم تصلب الكبد ثلاثي الأبعاد قيمة الصلابة للفوكسل المقابل في منطقة الكبد ثلاثية الأبعاد ، والتي يتم اشتقاقها من قيمة الصلابة لكل بكسل في الشكل 4. من خلال محاذاة منطقة الكبد ثلاثية الأبعاد في الشكل 3 مع خريطة الصلابة في الشكل 4 ، يمكن استخراج قيمة الصلابة لكل فوكسل ، مما يؤدي إلى توليد حجم تصلب الكبد ثلاثي الأبعاد.
- استدعي دالة LSD_Slice مع منطقة الكبد ثلاثية الأبعاد الموضحة في الشكل 3 وخريطة تصلب الكبد في الشكل 4 كمعلمات إدخال للحصول على الحجم ثلاثي الأبعاد لتوزيع تصلب الكبد ، كما هو موضح في الشكل 5.
- اعرض خريطة الصلابة لكل طبقة من طبقات الكبد عن طريق سحب شريط التمرير أسفل واجهة المستخدم الرسومية الموضحة في الشكل 5.
ملاحظة: ومع ذلك ، على عكس الشكل 4 ، يتم الاحتفاظ بأنسجة الكبد فقط بدقة هنا. - لاحظ الرموز الموجودة في الزاوية اليمنى العليا من واجهة المستخدم الرسومية (الشكل 5) مثل التكبير والتصغير والعودة إلى العرض العام ووضع علامة على إحداثيات البكسل المحدد.
ملاحظة: شريط الألوان الافتراضي هو خريطة ألوان "jet" مما يعني أن القيم المقابلة (Unit kpa) من الأزرق إلى الأحمر منخفضة إلى عالية. - نفذ دالة LSD_Volume بنفس المدخلات مثل LSD_Slice للحصول على التوزيع المكاني ل LSD للكبد ثلاثي الأبعاد ، كما هو موضح في الشكل 6. عرض حجم 3D من LSD من أي منظور عن طريق الضغط باستمرار على زر الماوس الأيسر وسحب الشاشة (الشكل 6).
5. التحليل الكمي LSD
ملاحظة: التركيز المهم للتحليل الكمي لهذه الدراسة هو توفير نسبة المراحل المختلفة من voxels LSD في كبد المريض. يوضح الشكل 6 أن توزيع تليف الكبد لدى المرضى غير متساو في المواقع المكانية المختلفة. السبب في أن الأعراض السريرية ليست واضحة بعد يرجع أساسا إلى نسبة كبيرة من أنسجة الكبد في مرحلة طبيعية. لذلك ، من الضروري تحديد الفرق بدقة بين المرضى والأفراد الأصحاء. هذا مفهوم كمي مهم لهذه الدراسة.
- أوجد النطاقات العددية لقيم التيبس للمراحل المختلفة للتليف الكبدي، كما هو موضح في الشكل 7.
- احسب توزيع فوكسل الكبد بالكامل للمريض في مراحل التليف المختلفة (الشكل 8) عن طريق استدعاء وظيفة Hepatic_Fibrosis مع معلمة الإدخال لحجم 3D من LSD الموضح في الشكل 6.
- استخدم نفس الخطوات لحساب ومقارنة نتائج الكبد السليم تماما مع مريض تليف الكبد النموذجي الموصوف أعلاه (الشكل 9).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
من خلال استخدام المعلومات الموجودة في الحقل Description_Name لملفات DICOM ، يمكن إعادة تسمية مجلد التصوير بالرنين المغناطيسي الأصلي لتسهيل التوطين السريع لتسلسل التصوير المطلوب أثناء عملية التحليل في مجموعة التصوير. تسلسل الطور الخارجي MRI-IDEAL هو نوع تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي المستخدم لتوفير أوصاف أوضح لحدود أنسجة الكبد. وذلك لأن تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي المثالي خارج الطور يمكن أن يميز بشكل أفضل قوة المغنطة وزاوية الأنسجة المختلفة من خلال تقنيات معالجة الصور المحددة.
يعمل تسلسل الطور الخارجي MRI-IDEAL باستخدام تسلسلات صدى التدرج (GREs) لتوليد الصور واستخدام التحكم خارج الطور أثناء التقاط الصور. هذا يقلل من عدم تجانس المجال المغناطيسي بين الأنسجة أثناء التصوير ، وبالتالي تحسين دقة وتباين الصور لهياكل الأنسجة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لتسلسل الطور الخارجي MRI-IDEAL أيضا قمع إشارة الدهون ، وبالتالي تقليل تداخل الدهون في التصوير وتوفير عرض أفضل لهياكل الأنسجة المجاورة. باختصار ، يمكن لتسلسل الطور الخارجي MRI-IDEAL تحسين دقة التصوير والتباين باستخدام تقنيات مثل التحكم في المجال المغناطيسي وقمع إشارة الدهون ، مما يؤدي إلى حدود أوضح للأنسجة.
على الرغم من أنه يمكن استخدام أدوات التعلم العميق لاستخراج البنية التشريحية 3D للكبد ، إلا أن هذه الطريقة لديها درجة معينة من خطأ التعلم الآلي. تركز هذه الدراسة على التحديد الكمي الدقيق للتليف الكبدي. لذلك ، تم استخدام أداة MIMICS لاستخراج منطقة أنسجة الكبد ثلاثية الأبعاد ، جنبا إلى جنب مع خبرة الخبراء لاستخراج منطقة ثلاثية الأبعاد دقيقة نسبيا من أنسجة الكبد.
يمكن أن تعرض خريطة صلابة التصوير الإلستوجرافي بالرنين المغناطيسي صلابة القص لمختلف المواضع المكانية داخل كل مسح أفقي في الجزء العلوي من البطن. ركزت هذه الدراسة على المراحل المبكرة من التليف الكبدي. لذلك ، كان النطاق العددي 0-8 كيلو باسكال. الشكل 4 هو الإصدار القياسي من خريطة تصلب الكبد MRE على جهاز GE ، والتي تتضمن خريطة الصلابة ، ولكن من الصعب التمييز بين التركيب التشريحي للكبد. الابتكار الأساسي لهذه الدراسة هو القياس الكمي الدقيق الذي تم تحقيقه من خلال محاذاة خريطة تصلب الكبد MRE مع البنية التشريحية للكبد الموضحة في الشكل 3.
يقدم الشكل 5 خريطة دقيقة لتصلب الكبد، وهو ما يسمح للأطباء والمرضى بالحصول على فهم دقيق لموقع آفات التليف الكبدي المبكرة وحجمها، بدلا من الإحساس الغامض. هذا يمهد الطريق لمزيد من التحليل الكمي العددي.
يتم الحصول على الشكل 6 عن طريق إعادة بناء خريطة الصلابة لكل طبقة ممسوحة ضوئيا للكبد على طول المحور الأفقي في الفضاء 3D. الشكل 6 هو الإصدار ثلاثي الأبعاد من الشكل 5. في الفضاء 3D ، يمكن تحديد درجة وموقع التليف الكبدي للمريض بشكل أكثر وضوحا.
يمكن العثور على نتائج مقارنة وتحليل ودراسة نتائج الفحص المرضي مع تصلب التصوير الإلستوجرافي بالإلستوجرافي في مكان آخر9. لمزيد من التحديد الكمي للتوزيع العددي لمرحلة تليف الكبد لدى المرضى ، يسرد الشكل 7 نطاق فترات الصلابة للمراحل المختلفة المستخدمة في هذه الدراسة بناء على نتائج الأبحاث السابقة.
وفقا للنطاق العددي للصلابة لمراحل مختلفة من تليف الكبد الموضح في الشكل 7 ، من الممكن حساب النسبة المحددة من فوكسل الكبد 3D في مراحل مختلفة للمريض. يعتمد هذا الحساب على البيانات من 3D LSD كما هو موضح في الشكل 6. وبالتالي ، يعرض الشكل 8 النتائج الكمية للتليف الكبدي للمريض ، مما يشير إلى نسبة كبد المريض التي تقع تحت مراحل مختلفة من التليف الكبدي.
بناء على النتائج الموضحة في الشكل 8 ، تم حساب بيانات الكبد السليم كمقارنة لتوضيح التأثير الكمي للطريقة التي تم بحثها في هذه الدراسة ، كما هو موضح في الشكل 9. يمكن تصور الفرق الكمي الدقيق بين الاثنين. بناء على نموذج البحث هذا ، في الدراسات اللاحقة ، ستجري هذه المجموعة مزيدا من التحقيق في LSD للكبد السليم والتصنيف الكمي للتليف الكبدي في المراحل المبكرة.
الشكل 1: وصف اسم كل تتابع التصوير بالرنين المغناطيسي. تظهر هنا أسماء مجلدات تسلسلات فحص التصوير بالرنين المغناطيسي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: واجهة المستخدم الرسومية لشرائح كل تسلسل طور IDEAL. مثال على التصفح من خلال التصوير بالرنين المغناطيسي. يعد التصوير بالرنين المغناطيسي أداة قوية تعزز جودة صور التصوير بالرنين المغناطيسي وقابليتها للتفسير ، خاصة في الحالات التي يكون فيها فصل الدهون والماء أمرا بالغ الأهمية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: المنطقة ثلاثية الأبعاد المستخرجة من الكبد. يظهر المدى المكاني 3D للكبد على أساس الصور الهيكلية للكبد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: خريطة تصلب الكبد. الإصدار القياسي من خريطة تصلب الكبد MRE. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: توزيع شرائح تيبس الكبد. خريطة صلابة دقيقة تنتمي إلى الكبد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: حجم 3D لتوزيع تصلب الكبد. هذه هي النسخة ثلاثية الأبعاد من الشكل 5. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: المراحل المختلفة للتليف الكبدي. قائمة بنطاق فترات الصلابة للمراحل المختلفة المستخدمة في هذه الدراسة بناء على نتائج البحث السابقة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8: توزيع تيبس الكبد في المراحل المختلفة. تشير النتائج الكمية للتليف الكبدي للمريض إلى نسبة كبد المريض التي تندرج تحت مراحل مختلفة من التليف الكبدي. اختصار: LSD = توزيع تصلب الكبد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 9: مقارنة توزيع تيبس الكبد. مقارنة كمية مفصلة بين الكبد السليم والمريض المصاب بتليف الكبد في مرحلة مبكرة. اختصار: LSD = توزيع تصلب الكبد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
في الممارسة السريرية ، من الصعب تحديد وتتبع حالة مرضى التليف الكبدي في المراحل المبكرة بدقة. تعكس المقارنة الموضحة في الشكل 9 تماما درجة التليف الكبدي لدى المريض مقارنة بالكبد السليم. بالطبع ، يمكن أن يكون هذا الرقم أيضا مقارنة بين فترتين مختلفتين للمريض ، تستخدم لتقييم فعالية العلاج. طريقة القياس الكمي الدقيقة هذه هي الخطوة الأساسية الحاسمة لهذه الدراسة. علاوة على ذلك ، فإن طريقة حساب حجم 3D من LSD الموضحة في الشكل 5 والشكل 6 يمكن أن تحدد بدقة الموقع المكاني وحجم الآفات الليفية في كبد المريض ، مما يوفر أساسا كميا متينا للتشخيص الدقيق للتليف الكبدي في المراحل المبكرة. يمكن أن يوفر أيضا الدعم العلمي لثقب الكبد الموجه بدقة باستخدام نموذج 3D-digital.
تقترح هذه الدراسة مفهوم 3D LSD وقياسه الكمي الدقيق في مراحل مختلفة من التليف الكبدي. تظهر النتائج أن هذه الطريقة يمكن أن تقيم كميا بشكل فعال تطور المرض لمرضى التليف الكبدي المبكر. وتشمل التحسينات والتطورات الأخرى الممكنة تحسين دقة المسح الضوئي لفحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي ، وخاصة الفاصل الزمني للمسح الأفقي. تحسين دقة التصوير للصور الهيكلية للرنين المغناطيسي للكبد ؛ إدخال تكنولوجيا التعلم العميق للمساعدة في الاستخراج السريع لمنطقة 3D في الكبد ؛ تجميع المزيد من بيانات LSD للكبد الصحي لإنشاء خط أساس للمقارنات التشخيصية ؛ وتجميع المزيد من بيانات المرضى لكل مرحلة من مراحل التليف الكبدي لتطوير معايير تصنيف أكثر دقة.
على الرغم من أن الطريقة المقترحة في هذه الدراسة يمكن أن تحدد كميا مرحلة التليف الكبدي المبكر بناء على 3D LSD ، إلا أنها لا تتناول الآليات الأساسية لتطور المرض2. قد تؤدي المعدات المختلفة واستراتيجيات المسح الضوئي إلى نتائج غير متسقة. لا يزال تطوير بروتوكول حسابي أكثر توحيدا وعالمية يمثل تحديا.
بالمقارنة مع طرق التشخيص الغازية التقليدية للتليف الكبدي ، فإن العمل المقدم في هذه الورقة له المزايا البارزة التالية. أولا ، كل من التصوير بالرنين المغناطيسي الروتيني للبطن العلوي والتصوير بالرنين المغناطيسي غير جراحي. ثانيا ، يمكن ل 3D LSD أن يميز بدقة حجم وموقع آفات التليف الكبدي في الفضاء ثلاثي الأبعاد. ثالثا ، يمكن أن توفر النتائج الكمية للأطباء فهما واضحا لنسبة فوكسل الكبد في مراحل مختلفة من التليف الكبدي. أخيرا ، حققت هذه الدراسة محاذاة دقيقة لبنية أنسجة الكبد مع خريطة تصلب التصوير بالرنين المغناطيسي ، مما يسمح للأطباء بفهرسة قيم الصلابة من الصور الهيكلية أو العكس ، لفهرسة الموقع المكاني لأنسجة الكبد من الآفات في خريطة الصلابة. هذا النهج ذو قيمة كبيرة للقياس الكمي الدقيق للتليف الكبدي المبكر.
تعمل تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي عن طريق الحصول على صور التصوير بالرنين المغناطيسي في أوقات صدى متعددة ، مما يسمح بفصل إشارات الماء والدهون عن طريق استغلال ترددات الرنين المختلفة. يتم تحقيق هذا الفصل من خلال عملية تحلل تكرارية تحسب النسب النسبية للماء والدهون في كل بكسل من الصورة. يمكن أن تزود الصور الناتجة الأطباء بمعلومات قيمة حول توزيع وكمية الدهون في الجسم ، والتي يمكن أن تكون مفيدة في تشخيص ومراقبة حالات مثل السمنة والسكري وأمراض الكبد.
الطريقة الكمية المقترحة في هذه الدراسة لا تنطبق فقط على التشخيص الكمي للتليف الكبدي المبكر ولكن أيضا لتشخيص تليف الكبد في المرحلة المتوسطة والمتأخرة. يمكن استخدامه أيضا كتقنية تجميع وفحص لاستبعاد المرضى الذين يعانون من التليف الكبدي أو تليف الكبد ، بالإضافة إلى أداة تنبؤية لأنواع مختلفة من تليف الكبد. يمكن أيضا استخدام 3D LSD كأداة تنقل لثقب الكبد أو الجراحة بدقة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الأداة البرمجية لقياس كمية التليف الكبدي المدرجة في جدول المواد لهذه الدراسة ، HepaticFibrosis V1.0 ، هي أداة برمجية من شركة Beijing Intelligent Entropy Science and Technology Co Ltd. تنتمي حقوق الملكية الفكرية لأداة البرنامج هذه إلى الشركة.
Acknowledgments
تم دعم هذا المنشور من قبل البرنامج الوطني الخامس لأبحاث المواهب السريرية الممتازة للطب الصيني التقليدي الذي نظمته الإدارة الوطنية للطب الصيني التقليدي. رابط الشبكة الرسمي هو '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 |
References
- Henderson, N. C., Rieder, F., Wynn, T. A. Fibrosis: from mechanisms to medicines. Nature. 587 (7835), 555-566 (2020).
- Parola, M., Pinzani, M. Liver fibrosis: Pathophysiology, pathogenetic targets and clinical issues. Molecular Aspects of Medicine. 65, 37-55 (2019).
- Ramachandran, P., et al. Resolving the fibrotic niche of human liver cirrhosis at single-cell level. Nature. 575 (7783), 512-518 (2019).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Yin, M., et al. Assessment of hepatic fibrosis with magnetic resonance elastography. Clinical Gastroenterology and Hepatology. 5 (10), 1207-1213 (2007).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ferro, M., et al. Radiomics in prostate cancer: an up-to-date review. Therapeutic Advances in Urology. 14, 17562872221109020 (2022).
- 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).
- 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).
