СРАВНЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ МЕТОДОВ ЛУЧЕВОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ (ARFI, VIRTUAL TOUCH QUANTIFICATION, SIEMENS ) И СВЕРХЗВУКОВОЙ СДВИГОВОЛНОВОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ (SSI, SUPERSONIC) ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ ЖЕСТКОСТИ ПЕЧЕНИ

Метод лучевой акустической импульсной визуализации (ARFІ, тут и далее рассматривается только методика Virtual Touch Quantification) и сверхзвуковой сдвиговолновой визуализации являются неинвазивными методами оценки фиброза печени, что является важным элементом в уходе за пациентами с хроническими заболеваниями печени. Оба метода визуализации и ARFI, и SSI являются методами эластографии, которые основаны на скорости сдвига волны и используют технику ARFI для генерации сдвиговых волн, хотя методы генерирования сдвиговых волн и регистрация распространения сдвиговых волн имеют отличия в деталях. 

Hyunsik Woo, MD, Jae Young Lee, MD, Jeong Hee Yoon, MD, Won Kim, MD, Belong Cho, MD, Byung Ihn Choi, MD

Сокращения: ARFI = метод лучевой акустической импульсной визуализации, ROI = поле зрения, SSI = метод сверхзвуковой сдвиговолновой визуализации.

Цель: сравнить надежность методов лучевой акустической импульсной визуализации (ARFI- acoustic radiation force impulse) и сверхзвуковой сдвиговолновой визуализации (SSI- supersonic shear imaging) при измерениях жесткости печени.

Материалы и методы. Это исследование было одобрено этическим комитетом, письменное информированное согласие было получено у всех пациентов. Семьдесят девять больных (25 здоровых пациентов, 26 с Чайлд-Пью класс А, и 28 Чайлд-Пью класса B или C) были включены в исследование и проанализированы с апреля 2012 года по апрель 2013 года. У каждого пациента, три абдоминальных радиолога выполняли девять измерений скорости сдвига волны в печени с использованием обеих методов визуализации ARFI и SSI в один и тот же день. Четыре недели спустя, была проведена вторая сессия с таким же протоколом. Были рассчитаны межисследовательское и внутриисследовательское согласование с помощью внутриклассовых коэффициентов корреляции. Были оценены причины неудач по техническим причинам и время измерения.

Результаты. Во время исследования получено четыре неудачных измерения по техническим причинам в группе SSI и одно в группе ARFI (P = 0,375). Среднее межисследовательское согласование метода ARFI было значительно выше, чем при SSI (0,941 против 0,828, P < 0,001). Среднее внутриисследовательское согласование метода ARFI было значительно выше, чем при SSI (0,915 против 0,829, P < 0,001). Средняя скорость сдвига волны при измерении с помощью SSI была выше, чем при измерении с помощью ARFI (2,04 м/сек ± 0,88, против 1.80 м/сек ± 0,81, P < 0,001). Время измерения при SSI было больше, чем при ARFI (310,8 секунд ± 88,5 по сравнению с 84,5 секунд ± 15,4, P < 0,001).

Вывод. Показатели ARFI были более надежными, чем показатели SSI при измерении жесткости печени. Скорость сдвига волны в печени, полученная при SSI была выше, чем при измерениях ARFI, что означает, что параметры скорости сдвига волны, измеренные при ARFI и SSI, не могут быть взаимозаменяемыми.

Метод лучевой акустической импульсной визуализации (ARFІ, тут и далее рассматривается только методика Virtual Touch Quantification) и сверхзвуковой сдвиговолновой визуализации являются неинвазивными методами оценки фиброза печени, что является важным элементом в уходе за пациентами с хроническими заболеваниями печени. Оба метода визуализации и ARFI, и SSI являются методами эластографии, которые основаны на скорости сдвига волны и используют технику ARFI для генерации сдвиговых волн, хотя методы генерирования сдвиговых волн и регистрация распространения сдвиговых волн имеют отличия в деталях. Одним из преимуществ методов ARFI и SSI является то, что они в полной мере интегрированы в обычные диагностические ультразвуковые системы. Следовательно, и ARFI и SSI методики могут быть легко выполнены при стандартном ультразвуковом исследовании печени, которое обычно выполняется у пациентов с хроническими заболеваниями печени.

Каждый метод измерения параметров должен быть надежным, достоверным и проверенным для использования в клинической практике. Существует множество литературных источников о точности методик ARFI и SSI в сравнении с биопсией печени, как эталоном диагностики, и об их надежности и воспроизводимости с точки зрения межисследовательского и внутриисследовательского согласования. Но по нашим данным не существует информации по сравнению надежности изображений ARFI и SSI для измерения жесткости печени. Целью данного исследования было оценить и сравнить надежность методик ARFI и SSI в измерении жесткости печени.

Материалы и методы

Включение пациентов в исследование

Это исследование было одобрено институциональной комиссией и было получено информированное согласие от всех пациентов. С апреля 2012 года по апрель 2013, всего 87 пациентов, которым недавно было проведено исследование функции печени, были перспективно включены в три группы. Первая группа состояла из 26 здоровых пациентов без какого-либо другого заболевания, синдрома или аномальными результатами анализов функции печени (здоровая группа); вторая группа – 31 пациент с хроническим гепатитом Чайлд-Пью класс А (Чайлд-Пью А группа); и третья группа – 30 пациентов с хроническим гепатитом Чайлд-Пью класс В или С (Чайлд-Пью B/C группа). Из исследования были исключены пациенты с любой гепатобилиарной операцией в анамнезе, наличием злокачественного поражения печени, с текущим вмешательством или лечением диффузного или фокального поражения печени, такие как трансартериальная химиоэмболизация или противовирусная терапия, или предполагаемыми проблемами сотрудничества, такие как проблемы задержки дыхания или нарушение слуха. Восемь пациентов были исключены из-за следующих причин: смерть (n = 1), гепатоцеллюлярная карцинома обнаружена при скрининговом ультразвуковом исследовании (n = 3), поступление в реанимацию (n = 1), потеря контакта (n = 1), и отзыв своего согласия (n = 2). Оставшиеся 79 пациентов, которые включали 25 пациентов здоровой группы, 26 пациентов Чайлд-Пью А группы и 28 пациентов Чайлд-Пью B/C группа, были включены в анализ (рис. 1).

Рис.1. Блок-схема исследуемой популяции

*Весь статистический анализ, кроме межисследовательского и внутриисследовательского согласования.

Демографические и биохимические характеристики всех пациентов, показаны в таблице 1.

Таблица 1

Демографические и биохимические характеристики пациентов

Примечание: ИМТ = индекс массы тела, HBV = вирус гепатита В, HCV = вирус гепатита С, АСТ = аспартатаминотрансфераза, АЛТ = аланинаминотрансфераза.

* Данные представлены в виде среднего ±стандартное отклонение; данные в скобках являются диапазоном.

† Включает одного пациента с аутоиммунным гепатитом и одного пациента с циррозом печени неизвестной этиологии.

‡ Включает одного пациента с безалкогольным стеатогепатитом и одного пациента с сердечным циррозом печени.

Протокол ультразвукового исследования

Три абдоминальных радиолога (J.Y.L., H.W., J.H.Y.) с более чем 2-х летним опытом работы с обоими методами ARFI и SSI приняли участие в этом исследовании. Радиологи не имели информации о пациентах и не делились результатами измерений друг с другом. В начале первой сессии, проводили рутинное ультразвуковое исследование верхней части живота для выявления возможных локальных поражений печени одним из радиологом с 20-ти летнем опытом работы в ультразвуковой диагностике печени (J.Y.L.). В случае, если было выявлено какое-либо подозрительное поражение печени, исследование приостанавливалось для пациента, до того, как будет доказано доброкачественную природу поражения с последующей его оценкой (три случая). Если повреждение было злокачественным, то пациент был исключен из исследования для проведения соответствующей терапии (три случая).

При первой сессии, каждый радиолог осуществлял девять раз подряд измерения скорости сдвига волны печени с помощью ARFI методики и девять последовательных измерений с использованием методики SSI в один и тот же день. Порядок, в котором проводились две серии исследований был определен случайно. Было записано время, необходимое для выполнения девяти последовательных измерений для каждого случая. Четыре недели спустя, проводилась вторая сессия по тому же протоколу тому же пациенту, теми же радиологами. В результате, 108 измерений были получены от каждого пациента (девять измерений * два метода эластографии * три радиолога * две сессии). Среднее значение из девяти измерений было использован в качестве репрезентативного значения в статистическом анализе.

Протокол измерения метода ARFI

Аппарат Acuson S2000 (Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany) был использован для измерения скорости сдвига волны с помощью методики ARFI. У всех пациентов измерения проводили с помощью конвексного датчика (4С1) в правой доле печени через межреберный промежуток, с положением пациента лежа на спине. Пациенты не принимали пищу после полуночи перед каждой сессией исследования. Поле зрения (region of interest – ROI), было расположено в зоне паренхимы печени глубже, чем 2 см от поверхности капсулы печени и вдалеке от крупных кровеносных сосудов, артефактов реверберации и акустического затенения. Измерения проводились во время задержки дыхания пациентом, в фазе от середины до конца выдоха, для того, чтобы избежать полного вдоха и артефактов движения. Если было получено недопустимое значение скорости сдвига волны (представлено в виде XXX.XX), измерение повторялось до получения допустимого значения. Если последовательно были получены только недопустимые значения на протяжении более чем 2-х минут, то это считалось техническим сбоем исследования.

Протокол измерения метода SSI

Ультразвуковая система Aixplorer (SuperSonic Imagine, Aix-en-Provence, Франция) была использована для измерения скорости сдвига волны по методике SSI с конвексным датчиком (SC6-1). Количество измерений, расположение датчика, положение пациента, задержка дыхания, общие правила позиционирования поля зрения – ROI и определение технического сбоя исследования были одинаковыми для SSI, как для методики ARFI.

Параметры сдвиговолновой эластографии SSI были установлены следующим образом: размер поля зрения ROI 2 см * 2 см, оптимизация режима проникновения сдвиговолновой эластографии, высокая персистенция, минимальное сглаживание, формат двойного дисплея и единицы измерения на дисплее в килопаскалях. После позиционирования окно ROI, радиологи ожидали около 4 секунд 5 кадров в среднем, потому что использовался параметр высокой персистенции. В ожидании получения кадров, пациент задерживал дыхание для того, чтобы сохранить установленную позицию окна ROI в печени. Если было достигнуто ROI, которое можно измерить, использовалась Q-окно (Q-Box) для количественного подсчета и затем регистрации средней эластичности, которая отображается на дисплее ультразвуковой машины. Измеримое ROI определялось, как ROI, содержащее действительную площадь ткани большую, чем Q-окно без какого-либо содержания пикселей нулевого значения. Диаметр Q-окна был зафиксирован на уровне 10 мм, и при этом не проводилось более чем одно измерения Q-окна в пределах ROI.

Для сравнения с методикой ARFI, измеренная эластичность, которая выражалась в килопаскалях, была преобразована в скорость сдвига волны, выраженную в метрах в секунду, с помощью следующего уравнения: Е = 3ρc2, где Е – модуль Юнга, ρ – это плотность, а с – скорость звука. Для подтверждения этого уравнения были измерены эластичность и скорость сдвига волны для первой сессии у первых девяти пациентов с помощью обзорной функции Aixplorer. С плотность такой же, как у плотности воды (ρ = 1), уравнение было точным за исключением минимальных погрешностей, которые, скорее всего, обусловлены различием в числе значимых цифр. Причина, почему авторы не просто приняли значение скорости сдвига волны, которое отображается на Aixplorer, заключается в том, что значение скорости сдвига волны на Aixplorer имеет меньше значимых цифр (только одна цифра после десятичной точки), чем это предусмотрено на Acuson S2000 (две цифры после десятичной точки). Эта разница, как считается, потенциально влияет на расчет и сравнение надежности исследования.

Статистический анализ

Разницу в скорости сдвига волны, измеренную с помощью методики ARFI и SSI анализировали с помощью парного Т теста. Корреляция между изображениями ARFI и SSI была рассчитана с помощью коэффициента корреляции Пирсона. Частота технических сбоев и время, необходимое для измерения были рассчитаны и проанализированы с помощью McNemar теста и парным Т тестом, соответственно. Пациенты с техническими сбоями были исключены из последующего подсчета согласования. Межисследовательское и внутриисследовательское согласование оценивалось с точки зрения внутриклассовых коэффициентов корреляции, рассчитанных по линейной смешанной модели со случайными эффектами, такие как субъекты, наблюдатели и проведенные сессии. Разницу в среднем согласовании между методикой ARFI и SSI испытывали с помощью F теста, который предложили Alsawalmeh и Feldt. SAS версия 9.3 (SAS Institute, Кэри, Северная Каролина), R версия 3.1.2 (HTTP: // www.r-project.org), и IBP SPSS Statistics Версия 20 (IBM, Армонк, штат Нью-Йорк) были использованы для статистического анализа. Принято, что значение р меньше 0,05, указывает на значительную разницу.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Корреляция, время измерения и частота технических сбоев

При обеих методиках, и ARFI, и SSI показано, что средняя скорость сдвига волны увеличивается от группы здоровых до пациентов с Чайльд-Пью B/C группы. Средняя скорость сдвига волны, которая получена с методикой ARFI и SSI были 1,80 м/сек ± 0,81 и 2,04 м/сек ± 0,88, соответственно. Средняя разность 0,24 м/сек между ARFI методикой и SSI была статистически значимой (Р ˂ 0,001). Эта тенденция более высокой скорости сдвига волны при SSI была отмечена во всех трех группах (таблица 2).

Таблица 2

Скорость сдвига волны и время измерения ARFI и SSI

Данные представлены в виде среднего ±стандартное отклонение.

Скорости сдвига волны при ARFI и SSI имели хорошую корреляцию, r = 0,928.

Время, необходимое для выполнения девяти последовательных измерений с методикой ARFI и девяти последовательных измерений с методикой SSI было 84,5 секунды ± 15.4 и 310,8 секунд ± 88,5, соответственно (Р ˂ 0,001). Время измерения при SSI в группе Чайльд-Пью B / C группе была значительно больше, чем в группе здоровых и в группе Чайльд-Пью A (р = 0,002 и Р˂  0,001, соответственно), в то же время измерения при методике ARFI в трех группах существенно не отличалось (р = 0,260) (Таблица 2).

Технический сбой произошел у одного пациент при ARFI (Чайльд-Пью A группа) и у четырех пациентов при SSI (один в группе здоровых и три в группе Чайльд-Пью B / C). Частота технических сбоев на одного пациента составила 1,3% и 5,1% для методики ARFI и SSI, соответственно (p = 0,375).

Межисследовательское и внутриисследовательское согласование

Данные о 74 пациентах без технических сбоев показали, что межисследовательское согласование при методике ARFI было выше, чем SSI в обеих сессиях исследования (в среднем 0,941 против 0,828, Р˂ 0,001). Внутриисследовательское ARFI у 1-го исследователя и 3-го исследователя было значительно выше, чем SSI (Р˂ 0,001 для обоих), в то время как внутриисследовательское согласование при методике ARFI у 2-го исследователя было несколько ниже, чем при SSI (р = 0,151). Среднее внутриисследовательское согласование при ARFI было значительно выше, чем при SSI (0,915 против 0,829, Р˂  0,001) (таблица 3).

Таблица 3

Межисследовательское и внутриисследовательское согласование при ARFI и SSI

Данные в скобках являются 95% доверительными интервалами.

ОБСУЖДЕНИЕ

Скорость сдвига волны, которая была измерена с помощью SSI, была выше, чем полученная с помощью методики ARFI, при этом средняя разница составила 0,24 м/с. Этот результат подтверждается результатами предыдущих исследований. Bavu и др. сообщили, что оптимальными пороговыми значениями эластичности при SSI для диагностики фиброза печени у 113 пациентов с хроническим гепатитом С были 9.12 кПа, 10,08 кПа и 13.30 кПа – количество баллов F2, или больше, F3 или больше и F4, соответственно. Преобразованные пороговые значения скорости сдвига волны, измеренные с помощью SSI были 1,74 м/сек, 1,90 м/сек и 2.11 м/сек, что было выше, чем пороговые значения скорости сдвига волны, измеренные с помощью ARFI, согласно данным мета-анализа (1,34 м/сек, 1,55 м/сек, 1,80 м/с). Средняя разница 0,35 м/сек, между этими двумя методиками, является очень близкой к результатам наших исследований. Это говорит о том, что параметры скорости сдвига волны, которые измеряются с помощью ARFI и SSI могут иметь системные различия, что вероятно усложняет прямое сравнение этих значений. Предыдущие исследования на фантомах также сообщили о значимом различии поверхностного измерения скорости сдвига волны при помощи ARFI и SSI, а также разнообразие и изменение упругих свойств, которые измеряли с помощью различных методов эластографии. Следовательно, параметры скорости сдвига волны, полученные с помощью ARFI и SSI не должны использоваться взаимозаменяемо, что означает, что мы не должны изменять тип эластографической машины во время последующего динамического наблюдения жесткости печени.

В нашем исследовании, время измерения SSI было значительно больше, чем при ARFI и было больше в группе Чайлд-Пью B / C, чем в двух других группах. В связи с использованием настроек высокого персистирования при измерении скорости сдвига волны с помощью SSI, необходимо было ждать, по крайней мере 5 кадров, для получения одной эластичнографической карты. Это является основной причиной разницы во времени измерении между методикой ARFI и SSI, наряду с дополнительным временем измерения, необходимым для манипулирования Q-окном при SSI. Кроме того, если измеримое ROI не было получено во время задержки дыхания пациентом, из-за слабой способности задерживать дыхание или плохого акустического проникновения в ткань печени, эти данные отбрасывали, и снова повторяли измерение. Это может объяснить увеличенное время измерения при SSI в группе Чайльд-Пью B / C, в которой общее состояние пациентов и акустическое проникновение в ткань печени заранее были плохими. В противоположность тому, методика ARFI не показала никакой существенной разницы во времени измерения в трех группах, что означает, что методика ARFI является более надежной для пациентов с плохим общим состоянием и слабым акустическим проникновением.

Наше исследование ясно показало лучшее межисследовательское и внутриисследовательское согласование при методике ARFI, чем при SSI. Хотя настройки высокой персистенции означают максимальное усреднение кадра, что используется для оптимизации надежности SSI, надежность изображений ARFI была лучше, чем при SSI. При измерении скорости сдвига волны при ARFI (имеется ввиду только Virtual Touch Quantification), расположение ROI является единственным фактором, который определяется радиологом. С другой стороны, при измерении скорость сдвига волны с помощью SSI, расположение ROI и расположение Q-окна в пределах ROI определяются радиологом. Кроме того, из-за того, что SSI является эластографией в реальном времени, радиолог должен определить момент, когда «заморозить» эластографическую карту для запуска количественного измерения. Как следствие, SSI более зависима от радиолога, и это потенциально приводит к низкому межисследовательскому и внутриисследовательскому согласованию методики SSI.

Все радиологи не имели информации об исследовании друг друга, о расположении ROI в ткани печени и информации о расположение ROI при предыдущей сессии исследования, которую они выполняли. Это было предназначено для максимального приближения к шаблону в клинической практике, учитывая тот факт, что мы не можем измерить скорость сдвига волны в том же самом месте в процессе динамического наблюдения. Отсутствие информации о расположении ROI способствует снижению как межисследовательского, так и внутриисследовательского согласования путем увеличения случайных ошибок в смешанной модели, учитывая тот факт, что фиброз печени у пациентов с хроническим гепатитом – гетерогенный. Это может объяснить несколько меньшее внутриисследовательское согласование при SSI в этом исследовании по сравнению с согласование в исследовании Suh и др., в котором параметры были рассчитаны от трех последовательных измерений, а также согласование в исследовании Ferraioli и др., в котором параметры были рассчитаны при исследовании в один и тот же день. Таким образом, результаты этого исследования можно интерпретировать как относительно консервативные значения межисследовательского и внутриисследовательского согласования.

Существовало несколько ограничений в этом исследовании. Во-первых, это не исследование точности, а скорее надежности исследования. Во-вторых, 4-недельный интервал между двумя сессиями, мог повлиять на внутриисследовательское согласование. Во время планирования дизайна исследования, этот интервал был установлен таким образом, чтобы минимизировать возможные отклонения, которые связаны с эффектом памяти радиолога. Несмотря на то, прогрессирование фиброза печени в течение 4-недельного интервала будет минимальным, на скорость сдвига волны в ткани печени при этом влияет не только фиброз печени, но и активность воспаления и центральное венозное давление, и это, возможно, способствовало увеличению случайных эффектов или системных отклонений между сессиями и снижению внутриисследовательского согласования. Тем не менее, учитывая, что этот эффект будет влиять на методику ARFI и SSI одинаково, мы посчитали, что это не влияет на возможность сравнения ARFI и SSI.

В заключение, надежность методики ARFI была значительно выше, чем надежность SSI при измерении жесткости печени. Скорость сдвига волны в печеночной ткани при измерениях с помощью SSI была выше, чем при измерениях с помощью методики ARFI, со средней разницей – 0,24 м/сек, что означает, что параметры скорости сдвига волны, которые измеряются с помощью методики ARFI или SSI, не могут использоваться взаимозаменяемо. Для проведения исследований рекомендуем использовать аппарат от компании GE Voluson E8.

Дополнительные сведения

• Среднее межисследовательское и внутриисследовательское согласование метода лучевой акустической импульсной визуализации (ARFI) было значительно выше, чем у сверхзвуковой сдвиговолновой визуализации (SSI) в измерении жесткости печени (0,941 против 0,828 и 0,915 против 0,829, P < 0,001 для обоих).

• Скорость сдвига волны в печеночной ткани при измерениях с помощью SSI была выше, чем при методике ARFI, со средней разницей 0,24 м/с.

• Измерение SSI занимает значительно дольше времени, чем методика ARFI (310,8 секунд ± 88.5 против 84.5 секунд ± 15.4).

Значения методик для ухода за пациентами

• Методика ARFI является более надежной, чем SSI для измерения жесткости печени.
• Параметры скорости сдвига волны в печеночной ткани при помощи SSI и методике ARFI нельзя использовать взаимозаменяемо. Это означает, что мы не должны менять ультразвуковой аппарат для эластографии во время динамического наблюдения жесткости печени.