Система оценки функции печени по данным магнитнорезонансной томографии с гадоксетовой кислотой

Хронические заболевания печени (ХЗП) встречаются во всем мире независимо от возраста, пола, региона или расы. Цирроз является конечным результатом заболеваний печени, характеризующихся нарушением архитектоники печени с образованием регенераторных узлов, и может иметь разнообразные клинические проявления вплоть до развития гепатоцеллюлярной карциномы (ГЦК) [1]. Магнитно-резонансная томография (МРТ) с контрастированием не несет лучевой нагрузки и является наиболее информативным методом диагностики при ХЗП [2–4]. МРТ исследования с введением гадолиниевого контраста (ГК) (Gd-EOB-DTPA) в дополнение к задачам определения распространенности опухолевого процесса и волюметрии печени обладает еще одной, нереализованной в полной мере возможностью – возможностью топического исследования функции печени [5–8].

Цель исследования: разработать систему оценки функции печени у пациентов с циррозом печени по данным МРТ с ГК.

Материал и методы

В работу включены результаты 74 исследований МРТ органов брюшной полости с в/в контрастированием ГК, выполненных в отделении рентгенодиагностики и компьютерной томографии ФГБНУ РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского. В I группу ( n = 22) вошли пациенты с нормальной функцией печени F0 METAVIR, обследованные по поводу доброкачественных образований (фокальная нодулярная гиперплазия (ФНГ), гемангиомы, кисты). Средний возраст пациентов I группы составил 39 ± 9,8 лет (от 17 до 68 лет), соотношение мужчин и женщин – 5:17, в данных лабораторных исследований нет отклонений от нормальных значений аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартатс-минотрансферазы (АСТ), гаммаглутамилтранспептидазы (ГГТП), щелочной фосфатазы (ЩФ). Во II группу ( n = 52) вошли пациенты с подтвержденным циррозом печени F4 по METAVIR, у которых лабораторные показатели АЛТ, АСТ, ГГТП, ЩФ превышали нормальные значения. Средний возраст пациентов II группы составил 51,3 ± 17,8 лет (от 6 до 86 лет), соотношение мужчин и женщин – 28:24.

Динамические МРТ выполнялись на томографе с напряженностью магнитного поля 1,5T (Magnetom Avanto, Siemens, Германия) с в/в введением контрастного вещества (КВ) с ГК (Gd-EOB-DTPA, Primovist, Bayer Healthcare, Germany) из расчета 0,025 ммоль/кг массы тела. Протокол МРТ исследования включал: последовательности на задержке дыхания (T2 Haste – двойное преобразование Фурье, Т2 взвешенных изображений (ВИ) и Т2 ВИ с подавлением сигнала от жировой ткани (FS), Т1 фаза/проти-вофаза), последовательности с задержкой дыхания (Т1 ВИ, диффузионно-взвешенные изображения (DWI), МРТ холангиография), последовательности Т1 ВИ при в/в введении ГК (сверхбыстрые последовательности VIBE (volumetric interpolated breath-hold examination) с получением фаз контрастирования (табл. 1). Для количественного анализа состояния паренхимы печени были отобраны серии с 3-мерным Т1 взвешенным градиентным эхо.

Шкала визуализации функции печени (ШВФП) в виде 3-компонентной балльной количественной оценки использована для сравнения интенсивности (ИС) печени по отношению к ИС от паренхимы почки, ИС от воротной вены к ИС паренхимы печени; отмечалось контрастирование желчных протоков и наличие КВ в 12-перстной кишке (ДПК) [9] (рис. 1).

Таблица 1. Параметры импульсных последовательностей магнитно-резонансной томографии с гадоксетовой кислотой

Table 1. Parameters of magnetic resonance imaging pulse sequences with gadoxetic acid

Параметры Parameters	Плоскость сканирования Scan plane	TR Repetition time	TE echo time	Толщина среза, мм Slice thickness, mm	FOV Field of view	Размер матрицы Matrix size
Т2 HASTE Т2 half-Fourier acquired single-shot turbo spinecho (HASTE)	Корональная Coronal	1500	93	6	380	240 х 320
DWI (b = 50, 400, 800) Diffusion-weighted imaging (b = 50, 400, 800)	Аксиальная Axial	3500	75	6	380	104 х 192
T1 ВИ T1 weighted imaging (WI)	Аксиальная Axial	2000	7,1	5	427	146 х 256
МРТ холангиография Magnetic Resonance cholangiography	Корональная Coronal	2500	694	1	380	357 х 384
Т1 фаза/противофаза Т1 in-phase/out-of-phase	Аксиальная Axial	180	2?38	6	380	308 х 512
Т1 vibe Т1 volumetric interpolated breath-hold examination (vibe)	Корональная/ Аксиальная Coronal/Axial	3?87	1.52	2?5	380	262 х 448
Т2 ВИ T2 WI	Аксиальная Axial	2000	76	5	427	207 х 384
T2 ВИ FS T2 WI FS	Аксиальная Axial	2000	84	5	427	207 х 384

Сравнение ИС печени к ИС почки SI liver parenchymal relative to kidney

2 балла – гиперинтенсивный МР-сигнал

2 score – hyperintense

1 балл – изоинтенсивный МР-сигнал

1 score – isointense

0 баллов – гипоинтенсивный МР-сигнал

0 score – hypointense

Сравнение ИС воротной вены к ИС печени SI potral vena relative to liver parenchyma SI

2 балла – гиперинтенсивный МР-сигнал

2 score – hyperintense

1 балл – изоинтенсивный МР-сигнал

1 score – isointense

0 баллов – гипоинтенсивный МР-сигнал

0 score – hypointense

Наличие КВ в желчных протоках и дпк Contrast agent in bic ducts

2 балла – КВ во внепеченочных протоках и днк

2 – exeretion into common biliary duct or duodenum

1 балл – КВ во внутрипеченочных протоках

1 score – exeretion into peripheral biliary duct

0 балл – КВ отсутствует в желчных протоках

0 score – no biliary contract exeretion

Рис. 1. Оценка функции печени по шкале визуализации паренхимы печени

Fig. 1. Evaluation of liver function according to the liver parenchyma imaging scale

Путем сопоставления интенсивности (АСИ) были проанализированы изображения до введения ГК и в гепатобилиарную фазу контрастирования (ГБФ) на 20-й мин от начала в/в введения. Средние значения ИС паренхимы печени, селезенки и скелетной мускулатуры (СМ) мышц спины обозначены стандартной областью интереса (СОИ). СОИ в диаметре около 10 мм2 были установлены в печени вне зоны расположения сосудов и желчных протоков. Дополнительно устанавливался СОИ размером 0,1 мм2 на корковое вещество почек:

• 1.    Показатели RE (относительное усиление) = ИС* – ИС/ИС.

• 2.    Показатель CEI (индекс контрастного усиления) = ИС*/ИС [5]

• 3.    Индекс Печень/Мышцы: ИС печень* – ИС печень/ ИС мышцы* [10]

• 4.    Индекс Печень/Селезенка: ИС печень* – ИС печень/ ИС селезенка*

• 5.    Индекс Печень/Почка: ИС печень* – ИС печень/ИС корковое вещество почки*

Анализ гистограмм (АГ) представляет собой инструмент отображения графического распределения уровней гетерогенности ИС, которая и определяет степень фиброза. Спектр пикселей на МРТ изображениях печени в ГБФ контрастирования соответствует функционирующим гепатоцитам (яркие точки) и плотным фиброзным участкам (темные точки). Сочетание неизмененных гепатоцитов и фиброза, в свою очередь, будет выглядеть как пиксели в градации серой цветовой гаммы.

Для проведения АГ определены показатели общей площади гистограммы (ОПГ), отношения общей площади окна гистограммы к общей площади гистограммы (ОПОГ/ ОПГ), отношения верхушки к основанию гистограммы (В/О) и основания к верхушке гистограммы (О/В) (рис. 2).

Рис. 3. Определение функции печени по системе ШВФП в гепатобилиарную фазу на 20-й мин после контрастирования. А. ШВФП = 6 баллов, нормальная функция печени. Белые стрелки – показатель ПП – 2 балла, Черная стрелка – ВВ (воротная вена) – 2 балла, Черная стрелка с белым контуром – ЖП – 2 балла; В. ШВФП = 3 балла, сниженная функция печени, цирроз печени. Белые стрелки – показатель ПП – 1 балл, Черная стрелка – ВВ – 2 балла, Черная стрелка с белым контуром – ЖП – 0 баллов

Fig. 3. Determination of liver function according to the FLIS in the hepatobiliary phase at 20 minutes after intravenous enhancement. A. FLIS = 6 points, normal liver function. White arrows: PL index – 2 points. Black arrow: portal vein (VP) – 2 points. Black arrow with a white outline: BD – 2 points. B. FLIS = 3 points, reduced liver function, liver cirrhosis. White arrows: PL indicator – 1 point. Black arrow: VP – 2 points. Black arrow with a white outline: BD – 0 points

Count 421

Mean: 174 280

StdDev: 7.499

Min: 160

Max 193

Mode: 177 (33)

Рис. 2. Определение площади верхней и нижней частей гистограммы по осям с дальнейшим вычислением их отношения

Fig. 2. Determining the area of the upper and lower parts of the histogram along the axes with further calculation ratio

Статистическая обработка данных выполнена с использованием электронных таблиц Microsoft Excel, программ IBM SPSS STATISTIC версии 26. Оценка статистической значимости различий осуществлялась с применением критерия U-Манна – Уитни, выполнен корреляционный анализ Спирмена. Проведен ROC-анализ прогностических показателей нарушения функции печени.

Результаты

У всех пациентов I группы функция печени оценивалась в 6 баллов, используя ШВФП, тогда как у пациентов группы с циррозом печени на фоне наличия регенераторных, диспластических узлов определялось неравномерное и сниженное накопление КВ. У 36 пациентов (69%) количество баллов составило 5–6, что свидетельствует об удовлетворительной функции печени. У 16 пациентов (31%) количество баллов колебалось от 2 до 4, что свидетельствовало о снижении функции печени и замедлении выведения КВ (рис. 3).

В обеих группах выявлены статистически значимые различия показателей RE и CEI. RE составил 2,1 ± 0,5 у пациентов I группы и 1,3 ± 0,6 у пациентов II группы ( p < 0,001). CEI в группах сравнения определен в значениях 3,3 ± 0,5 и 2,3 ± 0,6 соответственно ( p < 0,001), рисунок 4.

Рис. 4. А. Пациент 44 лет. Структура и функция печени не изменена. B.

Пациент 56 лет, цирроз печени, функция печени снижена

Fig. 4. A. Patient aged 44 years. The structure and function of the liver are unchanged. B. Patient aged 56 years, liver cirrhosis, reduced liver function

Индекс Печень/СМ у пациентов I группы 1,5 ± 0,3 отличался от значений во II группе 0,7 ± 0,4 ( p < 0,001), превышая его почти в 2 раза. Разница наблюдалась в индексах Печень/Селезенка и Печень/Почка: в I группе 2,6 ± 0,6 и 1,5 ± 0,4, против 1,4 ± 0,7 и 0,6 ± 0,4, p < 0,001 во II группе (табл. 2).

Таблица 2. Средние значения показателей RE, CEI, индексов Печень/ Скелетная мускулатура М, Печень/Селезенка, Печень/Почки у пациентов двух групп

Table 2. Average values of RE, CEI, Liver/SM index, Liver/Spleen index, and Liver/Kidney index in patients of two groups

Показатели Parameters	I группа Group I	II группа Group II	р
RE Relative enhancement	2,1 ± 0,5;	1,3 ± 0,6	< 0,0001
CEI Contrast enhancement index	3,3 ± 0,5	2,3 ± 0,6	< 0,0001
Печень/СМ Liver/Muscle	1,5 ± 0,3	0,7 ± 0,4	< 0,0001
Печень/Селезенка Liver/Spleen	2,6 ± 0,6	1,4 ± 0,7	< 0,0001
Печень/Почки Liver/Kidney	1,5 ± 0,4	0,6 ± 0,4	< 0,0001

Специфичность Specifity

Источник кривой

RE (Relative Enhanement)

CEL (Contrast Enhanement index)

Индекс Печень

CM (Index Liver/Muscle)

Индекс Печень/Селезенка (Index Liver/Spleen) Индекс Печень/Почки (Index Liver/Kidney) Опорная линия

Рис. 5. ROC-анализ показателей RE, CEI, индексов Печень/СМ, Пе-чень/Селезенка, Печень/Почки

Fig. 5. ROC-analysis of RE, CEI, Liver/SM index, Liver/Spleen index, and Liver/Kidney index

У пациентов с циррозом были выявлены статистически значимые прямые корреляционные связи ИС паренхимы печени с индексами Печень/СМ (r_xy = 0,915; p = 0,001), Печень/Селезенка (r_xy= 0,842; p = 0,001), Печень/Почки (r_xy = 0,822; p = 0,001). При визуальной оценке МР томограмм в ГБФ у них наблюдалась узловатая структура печени и обширные зоны сливного фиброза, в которых не было зафиксировано накопления гепа-тотропного КВ.

Исследуемые в АСИ параметры показали высокую предсказательную способность по данным ROC-анализа (рис. 5, табл. 3).

По данным ROC-анализа, предсказательная способность модели была высокой для среднего значения гистограмм при пороговом значении 76,8 с чувствительностью 100% и специфичностью 70%. Площадь под кривой была 1,0; ДИ 95% [1,0; 1,0], что соответствует высокой прогностической модели по шкале экспертных оценок. Площадь под кривой у О/В составила 0,865 [0,698; 1,032] при пороговом значении 2,2 с чувствительностью 100% и специфичностью 70%. Площадь под кривой у ОПОГ/В – 0,76 [0,531; 0,989] при пороговом значении 719,9 с чувствительностью 90% и специфичностью 100%.

При АГ значимое различие отношения О/В и В/О гистограммы наблюдалось у пациентов I и II групп: 4,8 ± 1,6 и 2,7 ± 1,1; ( p < 0,05); 0,2 ± 0,08 и 0,5 ± 0,5 ( p < 0,05), рисунок 6.

Таблица 3. Данные ROC-анализа показателей RE, CEI, индексов Печень/Скелетная мускулатура, Печень/Селезенка, Печень/Почки у пациентов обеих групп

Table 3. ROC analysis data of RE, CEI, Liver/SM index, Liver/Spleen index, and Liver/Kidney index in patients of two groups

Параметры Options	AUC1 Area under the curve	95% ДИ2 95% confidence interval	Пороговое значение Cut-off value	Чувствите-льность, % Sensitivity, %	Cпецифичность, % Specificity, %
RE Relative enhancement	0,886	[0,809; 0,964]	0,850	100	75
CEI Contrast enhancement index	0,886	[0,809; 0,964]	1,850	100	75
Печень/СМ Liver/Muscle	0,934	[0,877; 0,990]	0,35	100	80
Печень/Селезе-нка Liver/Spleen	0,899	[0,829; 0,968]	0,75	100	81
Печень/Почки Liver/Kidney	0,950	[0,901; 0,999]	0,35	100	71

Рис. 6. Ящечные диаграммы для независимых выборок для I и II групп ( p < 0,005). А. Основание/верхушка гистограммы, В. Верхушка/основание гистограммы

Fig. 6. Box plots for independent samples for groups 1 and 2 ( p < 0.005).

A. Histogram bottom/top. B. Histogram top/bottom

Обсуждение

Высокие показатели заболеваемости ХЗП, приводящие к развитию фиброза и цирроза, определяют поиск своевременных и современных подходов к их диагностике. Для уточнения степени изменений и динамического наблюдения с помощью МРТ печени с ГК предложены методики определения функции печени. Вычислением параметров RE, CEI, индексов Печень/СМ, Печень/Селезен-ка, Печень/Почки количественно отображается степень снижения функции печени, а построенные гистограммы визуально представляют распределение ГК в печени с демонстрацией выраженности фиброзных изменений.

При сохраненной функции печень на МР-изображе-ниях с ГК в ГБФ выглядит яркой и однородной. При ге- патите за счет некроза в печени происходит уменьшение количества гепатоцитов, появляется воспалительная инфильтрация клеток в паренхиме, структура печени изменяется, происходит перестройка печеночных долек, а при прогрессировании процесса формируется фиброз. Это находит свое отражение в неоднородном накоплении ГК паренхимой печени [11–13].

МРТ с ГК доказала свою эффективность для оценки как глобальной, так и региональной функции, и исследования показали, что она является более надежным прогностическим фактором, чем клиренс индоцианина зеленого (ICG) [14, 15]. Принимая во внимание полученные результаты, разработан алгоритм (рис. 7), по которому после проведения мультипараметрического МРТ можно оценить функцию печени.

Рис. 7. Алгоритм оценки функции печени по данным мультипараметрического МРТ исследования Fig. 7. Algorithm for assessing liver function based on data of multiparametric MRI study

С учетом уровня билирубина и степени билиарной гипертензии по данным МРТ в ГБФ на 20-й мин производится последовательный анализ ШВФП, АИС и АГ. При сумме баллов 1–3 стоит говорить о сниженной функции печени и необходимости принятия лечебных мер по восстановлению функции печени. Сумма баллов 4 является пограничным значением, что требует более детального дальнейшего обследования на большей группе пациентов. ШВФП 5–6 баллов говорит о сохранной функции печени.

У пациентов с суммой баллов 4–1 вычисляются показатели RE, CEI, индексы Печень/СМ, Печень/Селезенка, Печень/Почка, проводится построение и анализ гистограмм. При пороговых значениях RE ниже 0,85; CEI ниже 1,85 (чувствительность – 100%, специфичность – 75%), индексов Печень/СМ, Печень/Селезенка, Печень/Почки 0,35; 0,75; 0,35 соответственно следует сделать вывод о наличии функционального дефицита (чувствительность – 100%, специфичность – 81%).

Выводы

Разработанная система оценки функции печени с использованием ШВФП, анализа сопоставления интенсивности (АСИ), анализа гистограмм (АГ) по данным МРТ с ГК позволяет определить наличие функционального дефицита у пациентов с циррозом для формирования дальнейшей тактики лечения. Критериями функционального дефицита печени на основании данных МРТ с ГК является снижение общего количества баллов по системе ШВФП 4 и ниже, значений RE ниже 0,85 и CEI ниже 1,38 с чувствительностью и специфичностью 100 и 75%, значений индексов Печень/СМ и Печень/Почки ниже 0,350, индекса Печень/Селезенка ниже 0,750 с чувствительностью и специфичностью 100 и 81% у пациентов с циррозом.