ПОРІВНЯННЯ НАДІЙНОСТІ МЕТОДІВ ПРОМЕНЕВОЇ АКУСТИЧНОЇ ІМПУЛЬСНОЇ ВІЗУАЛІЗАЦІЇ (ARFI, SIEMENS) І НАДЗВУКОВОЇ ЗСУВНОХВИЛЬОВОЇ ВІЗУАЛІЗАЦІЇ (SSI, SUPERSONIC) ПРИ ВИМІРЮВАННІ ЖОРСТКОСТІ ПЕЧІНКИ

Метод променевої акустичної імпульсної візуалізації (ARFІ, тут і надалі розглядається лише методика Virtual Touch Quantification) і надзвукової зсувнохвильової візуалізації є неінвазивним методом оцінки фіброзу печінки, що є важливим елементом у догляді за пацієнтами з хронічними захворюваннями печінки. Обидва методи візуалізації, і ARFI, і SSI є методами еластографії, які засновані на швидкості зсуву хвилі і використовують техніку ARFI для генерації зсувних хвиль, хоча методи генерування зсувних хвиль і реєстрація поширення зсувних хвиль мають відмінності в деталях. 

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

Скорочення: ARFI = метод променевої акустичної імпульсної візуалізації, ROI = поле зору, SSI = метод надзвукової зсувнохвильової візуалізації

Мета: порівняти надійність методів променевої акустичної імпульсної візуалізації (ARFI – acoustic radiation force impulse) і надзвукової зсувнохвильової візуалізації (SSI- supersonic shear imaging) при вимірах жорсткості печінки

Матеріали та методи. Це дослідження було схвалено етичним комітетом, письмову інформовану згоду було отримано у всіх пацієнтів. Сімдесят дев’ять хворих (25 здорових пацієнтів, 26 з Чайлд-Пью клас А, і 28 Чайлд-Пью класу B або C) були включені в дослідження та проаналізовані з квітня 2012 року по квітень 2013 року. У кожного пацієнта, три абдомінальних радіолога виконували дев`ять вимірювань швидкості зсуву хвилі в печінці з використанням обох методів візуалізації ARFI і SSI в один і той же день. Чотири тижні потому, була проведена друга сесія з таким самим протоколом. Були розраховані міждослідницьке і внутрішньодослідницьке узгодження за допомогою внутрішньокласових коефіцієнтів кореляції. Були оцінені причини невдач з технічних причин і час вимірювання.

Результати. Під час дослідження отримано чотири невдалі вимірювання з технічних причин у групі SSI і одне в групі ARFI (P = 0.375). Середнє міждослідницьке узгодження методу ARFI було значно вищим, ніж при SSI (0,941 проти 0,828, P <0,001). Середнє внутрішньодослідницьке узгодження методу ARFI було значно вищим, ніж при SSI (0,915 проти 0,829, P <0,001). Середня швидкість зсуву хвилі при вимірюванні за допомогою SSI була вищою, ніж при вимірюванні за допомогою ARFI (2,04 м/сек ± 0,88, проти 1,80 м/сек ± 0,81, P <0,001). Час вимірювання при SSI був більшим, ніж при ARFI (310,8 секунд ± 88,5 у порівнянні з 84,5 секунд ± 15,4, P <0,001).

Висновок. Показники ARFI були більш надійними, ніж показники SSI при вимірюванні жорсткості печінки. Швидкість зсуву хвилі в печінці, отримана при SSI, була вищою, ніж при вимірах ARFI, що означає, що параметри швидкості зсуву хвилі, виміряні при ARFI і SSI, не можуть бути взаємозамінними.

Метод променевої акустичної імпульсної візуалізації (ARFІ, тут і надалі розглядається лише методика Virtual Touch Quantification) і надзвукової зсувнохвильової візуалізації є неінвазивним методом оцінки фіброзу печінки, що є важливим елементом у догляді за пацієнтами з хронічними захворюваннями печінки. Обидва методи візуалізації, і ARFI, і SSI є методами еластографії, які засновані на швидкості зсуву хвилі і використовують техніку ARFI для генерації зсувних хвиль, хоча методи генерування зсувних хвиль і реєстрація поширення зсувних хвиль мають відмінності в деталях. Однією з переваг методів ARFI і SSI є те, що вони повною мірою інтегровані в звичайні діагностичні ультразвукові системи. Отже, і ARFI і SSI методики можуть бути легко виконані при стандартному ультразвуковому дослідженні печінки, яке зазвичай виконується у пацієнтів з хронічними захворюваннями печінки.

Кожен метод вимірювання параметрів повинен бути надійним, достовірним і перевіреним для використання в клінічній практиці. Існує безліч літературних джерел про точність методик ARFI і SSI в порівнянні з біопсією печінки, як еталоном діагностики, і про їх надійність та відтворюваність з погляду міждослідницького і внутрішньодослідницького узгодження. Але, за нашими даними, не існує інформації в порівнянні надійності зображень ARFI і SSI для вимірювання жорсткості печінки. Метою даного дослідження було оцінити і порівняти надійність методик ARFI і SSI при вимірюванні жорсткості печінки.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ

Включення пацієнтів в дослідження

Це дослідження було схвалено інституційної комісією і було отримано інформовану згоду від усіх пацієнтів. З квітня 2012 по квітень 2013, всього 87 пацієнтів, яким недавно було проведено дослідження функції печінки, були перспективно включені в три групи. Перша група складалася з 26 здорових пацієнтів без будь-якого іншого захворювання, синдрому або аномальними результатами аналізів функції печінки (здорова група); друга група – 31 пацієнт з хронічним гепатитом Чайлд-Пью клас А (Чайлд-Пью А група); і третя група – 30 пацієнтів з хронічним гепатитом Чайлд-Пью клас В або С (Чайлд-Пью B/C група). З дослідження були виключені пацієнти з будь-якою гепатобіліарною операцією в анамнезі, наявністю злоякісного ураження печінки, з поточним втручанням або лікуванням дифузного або фокального ураження печінки, такі як трансартеріальна хіміоемболізація або противірусна терапія, або передбачуваними проблемами співпраці, такі як проблеми затримки дихання або порушення слуху. Вісім пацієнтів були виключені з дослідження через наступні причини: смерть (n = 1), гепатоцелюлярна карцинома, яка виявлена при скринінговому ультразвуковому дослідженні (n = 3), надходження до реанімації (n = 1), втрата контакту (n = 1), і скасування своєї згоди (n = 2). Решта 79 пацієнтів, які включали 25 пацієнтів здорової групи, 26 пацієнтів Чайлд-Пью А групи і 28 пацієнтів Чайлд-Пью B/C групи, були включені в аналіз (рис. 1).

Рис.1. Блок-схема досліджуваної популяції

*Увесь статистичний аналіз, окрім міждослідницького та внутрішньодослідницького узгодження.

Демографічні та біохімічні характеристики всіх пацієнтів, показані у таблиці 1.

 Таблиця 1

Демографічні та біохімічні характеристики пацієнтів

Примітка: ІВТ = індекс ваги тіла, HBV = вірус гепатиту В, HCV = вірус гепатиту С, АСТ = аспартатамінотрансфераза, АЛТ = аланінамінотрансфераза.

* Дані представлені у вигляді середнього ± стандартне відхилення; дані в дужках є діапазоном.

† Включає одного пацієнта з аутоімунним гепатитом і одного пацієнта з цирозом печінки невідомої етіології.

‡ Включає одного пацієнта з безалкогольним стеатогепатитом і одного пацієнта з серцевим цирозом печінки.

Протокол ультразвукового дослідження

Три абдомінальних радіолога (JYL, HW, JHY) з більш ніж 2-х річним досвідом роботи з обома методами ARFI і SSI взяли участь у цьому дослідженні. Радіологи не мали інформації про пацієнтів і не ділилися результатами вимірювань один з одним. На початку першої сесії, проводили рутинне ультразвукове дослідження верхньої частині живота для виявлення можливих локальних уражень печінки одним з радіологом з 20-ти річним досвідом роботи в ультразвуковій діагностиці печінки (JYL). У випадку, якщо було виявлено якесь підозріле ураження печінки, дослідження призупинялося для пацієнта, до того, як буде доведено доброякісну природу ураження з подальшою його оцінкою (три випадки). Якщо ураження було злоякісним, то пацієнт був виключений з дослідження для проведення відповідної терапії (три випадки).

При першій сесії, кожен радіолог здійснював дев’ять разів поспіль вимірювання швидкості зсуву хвилі печінки за допомогою ARFI методики і дев’ять послідовних вимірювань з використанням методики SSI в один і той же день. Порядок, в якому проводилися дві серії досліджень був визначений випадково. Було записано час, необхідний для виконання дев’яти послідовних вимірювань для кожного випадку. Чотири тижні потому, проводилася друга сесія за тими ж протоколами тому ж пацієнтові, тими ж самими радіологами. В результаті, 108 вимірювань були отримані від кожного пацієнта (дев’ять вимірів * два методи еластографії * три радіолога * дві сесії). Середнє значення з дев’яти вимірювань було використано як репрезентативне значення в статистичному аналізі.

Протокол вимірювання методу ARFI

Апарат Acuson S2000 (Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany) був використаний для вимірювання швидкості зсуву хвилі за допомогою методики ARFI. У всіх пацієнтів вимірювання проводили за допомогою конвексного датчика (4С1) у правій долі печінки через міжреберний проміжок, з положенням пацієнта лежачи на спині. Пацієнти не приймали їжу після півночі перед кожною сесією дослідження. Поле зору (region of interest – ROI), було розташоване в зоні паренхіми печінки глибше, ніж 2 см від поверхні капсули печінки і далеко від великих кровоносних судин, артефактів реверберації і акустичного затінення. Виміри проводилися під час затримки дихання пацієнтом у фазі від середини до кінця видиху для того, щоб уникнути повного вдиху і артефактів руху. Якщо було отримано неприпустиме значення швидкості зсуву хвилі (представлено у вигляді XXX.XX), вимірювання повторювалося до отримання допустимого значення. Якщо послідовно були отримані тільки неприпустимі значення протягом більш ніж 2-х хвилин, то це вважалося технічним збоєм дослідження.

Протокол вимірювання методу SSI

Ультразвукова система Aixplorer (SuperSonic Imagine, Aix-en-Provence, Франція) була використана для вимірювання швидкості зсуву хвилі за методикою SSI з конвексним датчиком (SC6-1). Кількість вимірювань, розташування датчика, положення пацієнта, затримка дихання, загальні правила позиціонування поля зору – ROI і визначення технічного збою дослідження були однаковими для SSI, як і для методики ARFI.

Параметри зсувнохвильової еластографії SSI були встановлені таким чином: розмір поля зору ROI 2 см * 2 см, оптимізація режиму проникнення зсувнохвильової еластографії, висока персистенція, мінімальне згладжування, формат подвійного дисплея і одиниці виміру на дисплеї в кілопаскалях. Після позиціонування вікна ROI, радіологи чекали близько 4 секунд – 5 кадрів в середньому, бо використовувався параметр високої персистенції. В очікуванні отримання кадрів, пацієнт затримував дихання для того, щоб зберегти встановлену позицію вікна ROI в печінці. Якщо було досягнуто ROI, яке можна виміряти, використовувалося Q-вікно (Q-Box) для кількісного підрахунку і потім реєстрації середньої еластичності, яка відображається на дисплеї ультразвукової машини. Вимірне ROI визначалося, як ROI, що містить дійсну площу тканини більшу, ніж Q-вікно без будь-якого включення пікселів нульового значення. Діаметр Q-вікна був зафіксований на рівні 10 мм, і при цьому не проводилося більше ніж одне вимірювання Q-вікна в межах ROI.

Для порівняння з методикою ARFI, виміряна еластичність, яка виражалася в кілопаскалях, була перетворена в швидкість зсуву хвилі, виражену в метрах в секунду, за допомогою наступного рівняння: Е = 3ρc2, де Е – модуль Юнга, ρ – це щільність, а с – швидкість звуку. Для підтвердження цього рівняння були виміряні еластичність і швидкість зсуву хвилі для першої сесії у перших дев’яти пацієнтів за допомогою оглядової функції Aixplorer. З щільністю такою ж, як у щільності води (ρ = 1), рівняння було точним, за винятком мінімальних похибок, які, швидше за все, обумовлені розходженням в числі значущих цифр. Причина, чому автори не просто взяли значення швидкості зсуву хвилі, яке відображається на Aixplorer, полягає в тому, що значення швидкості зсуву хвилі на Aixplorer має менше значущих цифр (тільки одна цифра після десяткової крапки), ніж це передбачено на Acuson S2000 (дві цифри після десяткової крапки). Ця різниця, як вважається, потенційно впливає на розрахунок і порівняння надійності дослідження.

Статистичний аналіз

Різницю в швидкості зсуву хвилі, виміряну за допомогою методики ARFI і SSI аналізували за допомогою парного Т тесту. Кореляція між зображеннями ARFI і SSI була розрахована за допомогою коефіцієнта кореляції Пірсона. Частота технічних збоїв і час, необхідний для вимірювання були розраховані і проаналізовані за допомогою McNemar тіста і парним Т тестом, відповідно. Пацієнти з технічними збоями були виключені з подальшого підрахунку узгодження. Міждослідницьке і внутрішньодослідницьке узгодження оцінювалося з точки зору внутрішньокласових коефіцієнтів кореляції, розрахованих за лінійною змішаною моделлю з випадковими ефектами, такі як суб’єкти, спостерігачі та проведені сесії. Різницю в середньому узгодженні між методикою ARFI і SSI оцінювали за допомогою F тесту, який запропонували Alsawalmeh і Feldt. SAS версія 9.3 (SAS Institute, Кері, Північна Кароліна), R версія 3.1.2 (HTTP: // www.r-project.org), і IBP SPSS Statistics Версія 20 (IBM, Армонк, штат Нью-Йорк) були використані для статистичного аналізу. Прийнято, що значення р менше 0,05, вказує на значну різницю.

РЕЗУЛЬТАТИ

Кореляція, час вимірювання та частота технічних збоїв

При обох методиках, ARFI і SSI, показано, що середня швидкість зсуву хвилі збільшується від групи здорових до пацієнтів з Чайльд-Пью B/C групи. Середня швидкість зсуву хвилі, яка отримана з методикою ARFI і SSI була 1,80 м/сек ± 0,81 і 2,04 м/сек ± 0,88, відповідно. Середня різниця 0,24 м/сек між ARFI методикою і SSI була статистично значимою (Р ˂ 0,001). Ця тенденція більш високої швидкості зсуву хвилі при SSI була відзначена у всіх трьох групах (таблиця 2).

Таблиця 2

Швидкість зсуву хвилі та час вимірювання ARFI та SSI

Дані представлені у вигляді середнього ± стандартне відхилення.

Швидкості зсуву хвилі при ARFI і SSI мали гарну кореляцію, r = 0,928. Час, необхідний для виконання дев’яти послідовних вимірювань з методикою ARFI і дев’яти послідовних вимірювань з методикою SSI був 84,5 секунди ± 15.4 і 310,8 секунд ± 88,5, відповідно (Р ˂ 0,001). Час вимірювання при SSI в групі Чайльд-Пью B/C групі був значно більшим, ніж у групі здорових і в групі Чайльд-Пью A (р = 0,002 і Р˂  0,001, відповідно), в той же час вимірювання при методикою ARFI в трьох групах істотно не відрізнялося (р = 0,260) (Таблиця 2).

Технічний збій стався у одного пацієнта при ARFI (Чайльд-Пью A група) і у чотирьох пацієнтів при SSI (один у групі здорових і три в групі Чайльд-Пью B/C). Частота технічних збоїв на одного пацієнта склала 1,3% і 5,1% для методики ARFI і SSI, відповідно (p = 0,375).

Міждослідницьке і внутрішньодослідницьке узгодження

Дані про 74 пацієнтів без технічних збоїв показали, що міждослідницьке узгодження при методиці ARFI було вищим, ніж при SSI в обох сесіях дослідження (в середньому 0,941 проти 0,828, Р˂ 0,001). Внутрішньодослідницьке узгодження ARFI у 1-го дослідника і 3-го дослідника було значно вищим, ніж SSI (Р˂ 0,001 для обох), у той час, як внутрішньодослідницьке узгодження при методиці ARFI у 2-го дослідника було дещо нижчим, ніж при SSI (Р = 0,151). Середнє внутрішньодослідницьке узгодження при ARFI було значно вищим, ніж при SSI (0,915 проти 0,829, Р˂ 0,001) (таблиця 3).

Таблиця 3

Міждослідницьке і внутрішньодослідницьке узгодження при ARFI і SSI

Дані в дужках є 95% довірчими інтервалами.

ОБГОВОРЕННЯ

Швидкість зсуву хвилі, яка була виміряна за допомогою SSI, була вищою, ніж та, що отримана за допомогою методики ARFI, при цьому середня різниця склала 0,24 м/с. Цей результат підтверджується результатами попередніх досліджень. Bavu та ін. повідомили, що оптимальними пороговими значеннями еластичності при SSI для діагностики фіброзу печінки у 113 пацієнтів з хронічним гепатитом С були 9,12 кПа, 10,08 кПа і 13,30 кПа – кількість балів F2, або більше, F3 або більше і F4, відповідно. Перетворені порогові значення швидкості зсуву хвилі, виміряні за допомогою SSI були 1,74 м/сек, 1,90 м/сек і 2.11 м/сек, що було вище, ніж порогові значення швидкості зсуву хвилі, виміряні за допомогою ARFI, згідно з даними мета-аналізу (1,34 м/сек, 1,55 м/сек, 1,80 м/сек ). Середня різниця 0,35 м/сек, між цими двома методиками, є дуже близькою до результатів наших досліджень. Це говорить про те, що параметри швидкості зсуву хвилі, які вимірюються за допомогою ARFI і SSI, можуть мати системні відмінності, що ймовірно ускладнює пряме порівняння цих значень. Попередні дослідження на фантомах також повідомили про значимі розходження поверхневого вимірювання швидкості зсуву хвилі за допомогою ARFI і SSI, а також різноманітність і зміни пружних властивостей, які вимірювали за допомогою різних методів еластографії. Отже, параметри швидкості зсуву хвилі, отримані за допомогою ARFI і SSI не повинні використовуватися взаємозамінно, що означає, що ми не повинні змінювати тип еластографічної машини під час подальшого динамічного спостереження жорсткості печінки.

У нашому дослідженні, час вимірювання SSI був значно більшим, ніж при ARFI і  більшим в групі Чайлд-Пью B/C, ніж у двох інших групах. У зв’язку з використанням налаштувань високого персистування при вимірюванні швидкості зсуву хвилі за допомогою SSI, необхідно було чекати, принаймні 5 кадрів, для отримання однієї еластографічної карти. Це є основною причиною різниці в часі вимірювання між методикою ARFI і SSI, поряд з додатковим часом вимірювання, необхідним для маніпулювання Q-вікном при SSI. Крім того, якщо вимірюване ROI не було отримано під час затримки дихання пацієнтом, через слабку здатність затримувати дихання або погане акустичне проникнення в тканину печінки, ці дані відкидали, і знову повторювали вимір. Це може пояснити збільшений час вимірювання при SSI в групі Чайльд-Пью B/C, в якій загальний стан пацієнтів та акустичне проникнення в тканину печінки заздалегідь були поганими. На противагу тому, методика ARFI не показала жодної істотної різниці в часі вимірювання в трьох групах, що означає, що методика ARFI є більш надійною для пацієнтів з поганим загальним станом і слабким акустичним проникненням.

Наше дослідження ясно показало краще міждослідницьке і внутрішньодослідницьке узгодження при методиці ARFI, ніж при SSI. Хоча налаштування високою персистенції означають максимальне усереднення кадру, що використовується для оптимізації надійності SSI, надійність зображень ARFI була кращою, ніж при SSI. При вимірюванні швидкості зсуву хвилі при ARFI (мається на увазі лише Virtual Touch Quantification), розташування ROI є єдиним чинником, який визначається радіологом. З іншого боку, при вимірюванні швидкість зсуву хвилі за допомогою SSI, розташування ROI і розташування Q-вікна в межах ROI визначаються радіологом. Крім того, через те, що SSI є еластографією в реальному часі, радіолог повинен визначити момент, коли «заморозити» еластографічну карту для запуску кількісного виміру. Як наслідок, SSI більш залежна від радіолога, і це потенційно призводить до низького міждослідницького і внутрішньодослідницького узгодження методики SSI.

Всі радіологи не мали інформації про дослідження один одного, про розташування ROI в тканини печінки та інформації про розташування ROI при попередній сесії дослідження, яку вони виконували. Це було призначено для максимального наближення до шаблону в клінічній практиці, враховуючи той факт, що ми не можемо виміряти швидкість зсуву хвилі в тому ж самому місці в процесі динамічного спостереження. Відсутність інформації про розташування ROI сприяє зниженню як міждослідницького, так і внутрішньодослідницького узгодження шляхом збільшення випадкових помилок в змішаній моделі, враховуючи той факт, що фіброз печінки у пацієнтів з хронічним гепатитом – гетерогенний. Це може пояснити дещо менше внутрішньодослідницьке узгодження при SSI в цьому дослідженні в порівнянні з узгодження в дослідженні Suh та ін., в якому параметри були розраховані від трьох послідовних вимірювань, а також узгодження в дослідженні Ferraioli та ін., в якому параметри були розраховані при дослідженні в один і той же день. Таким чином, результати цього дослідження можна інтерпретувати, як відносно консервативні значення міждослідницького і внутрішньодослідницького узгодження.

Існувало кілька обмежень в цьому дослідженні. По-перше, це не дослідження точності, а скоріше дослідження надійності. По-друге, 4-тижневий інтервал між двома сесіями міг вплинути на внутрішньодослідницьке узгодження. Під час планування дизайну дослідження, цей інтервал був встановлений таким чином, щоб мінімізувати можливі відхилення, які пов’язані з ефектом пам’яті радіолога. Незважаючи на те, що прогресування фіброзу печінки протягом 4-тижневого інтервалу буде мінімальним, при цьому на швидкість зсуву хвилі в тканини печінки впливає не тільки фіброз печінки, а й активність запалення і центральний венозний тиск, це, можливо, сприяло збільшенню випадкових ефектів або системних відхилень між сесіями і зниженню внутрішньодослідницького узгодження. Проте, враховуючи, що цей ефект буде впливати на методику ARFI і SSI однаково, ми порахували, що це не впливає на можливість порівняння ARFI і SSI.

На закінчення, надійність методики ARFI була значно вище, ніж надійність SSI при вимірюванні жорсткості печінки. Швидкість зсуву хвилі в тканині печінки при вимірах за допомогою SSI була вищою, ніж при вимірах за допомогою методики ARFI, з середньою різницею – 0,24 м/сек, що означає, що параметри швидкості зсуву хвилі, які вимірюються за допомогою методики ARFI або SSI, не можуть використовуватися взаємозамінно.

Додаткові відомості

• Середнє міждослідницьке і внутрішньодослідницьке узгодження методу променевої акустичної імпульсної візуалізації (ARFI) було значно вищим, ніж у надзвуковій зсувнохвильовій візуалізації (SSI) у вимірі жорсткості печінки (0,941 проти 0,828 і 0,915 проти 0,829, P <0,001 для обох).

• Швидкість зсуву хвилі в печінковій тканини при вимірах за допомогою SSI була вищою, ніж при методиці ARFI, з середньою різницею 0,24 м/с .

• Вимірювання SSI займає значно довше часу, ніж методика ARFI (310,8 секунд ± 88,5 проти 84,5 секунд ± 15,4).

Значення методик для догляду за пацієнтами

• Методика ARFI є більш надійною, ніж SSI для вимірювання жорсткості печінки.

• Параметри швидкості зсуву хвилі в печінковій тканини за допомогою SSI і методики ARFI не можна використовувати взаємозамінно. Це означає, що ми не повинні міняти ультразвуковий апарат для еластографії під час динамічного спостереження жорсткості печінки. Для проведення досліджень рекомендуємо використовувати апарат від компании GE Voluson E8.