Кількісне визначення внутрішньопанкреатичного жиру при цукровому діабеті 2 типу за допомогою МРТ

Приєднаний центр магнітного резонансу, Інститут стільникової медицини, Університет Ньюкасла, Ньюкасл-апон-Тайн, Великобританія

Приєднаний центр магнітного резонансу, Інститут клітинної медицини, Університет Ньюкасла, Ньюкасл-апон-Тайн, Великобританія

Афілійований відділ клітинної патології, лікарня Королівської Вікторії, лікарні Ньюкасла на Тайн та Інститут клітинної медицини, Університет Ньюкасла, Ньюкасл-апон-Тайн, Великобританія

Ахмад аль-Мрабех,
Кірен Г. Холлінгсворт,
Сара Стівен,
Діна Тініакос,
Рой Тейлор

Цифри

Анотація

Завдання

Накопичення внутрішньопанкреатичного жиру може бути важливим при цукровому діабеті 2 типу, але повідомляється про дуже різні дані. Стандартна кількісна оцінка за допомогою МРТ in vivo вимагає багато часу та залежить від високого рівня досвіду. Ми прагнули розробити новий метод, який мінімізував би різницю між спостерігачами, і порівняти це з раніше опублікованими наборами даних.

Методи

Була розроблена методика «біопсії» зображення для мінімізації включення непаренхіматозних тканин. Крім того, було застосовано порогове значення для виключення як проток підшлункової залози, так і інтрузій вісцерального жиру, з виключенням пікселів значення жиру 20%. Нову «біопсію» МР-зображення (MR-opsy) порівняли із стандартним методом 6 незалежних спостерігачів з великим досвідом аналізу зображень, але без досвіду візуалізації підшлункової залози. Вплив нового методу вивчали на наборах даних двох досліджень втрати ваги при діабеті 2 типу.

Результати

При низькому рівні внутрішньопанкреатичного жиру ані результат, ані CV між спостережниками не змінювались за допомогою MR-опсії, порогового значення або комбінації методів. Однак на вищих рівнях звичайний метод демонстрував погану згоду між спостерігачами (коефіцієнт варіації 26,9%), а новий комбінований метод покращував CV до 4,3% (р 2 кожен), щоб однаково представляти голову, тіло та хвіст підшлункової залози, розмір вибір було обрано після експериментальних досліджень, щоб забезпечити легке розміщення повністю в підшлунковій залозі, враховуючи нерегулярність морфології підшлункової залози (рис. 1А та 1В) [16]. З огляду на потенційний нерівномірний розподіл паренхіматозного жиру між різними регіонами підшлункової залози, який спостерігався в деяких [33–37], але не у всіх дослідженнях [12, 13, 38–40], ділянки відбору проб були розміщені однаково по всій підшлунковій залозі, щоб уникнути можливого зміщення. Аналіз обох наборів даних досліджень із використанням загальноприйнятої методології, яка була опублікована спочатку, проводили експерти, що мають досвід анатомії підшлункової залози. Це було виконано всліпу за толерантністю до глюкози та усіх клінічних та метаболічних маркерів як в оригінальних дослідженнях, так і в цьому порівняльному дослідженні. Зони вісцерального та підшкірного жиру в L4-L5 були розраховані за картографічною фракцією жирової щільності протону L4-L5 шляхом аналізу порогів та вододілу [41].

В: Вибрано репрезентативний МРТ (3-бальний Діксон) зріз підшлункової залози (верхні панелі). Також паралельно скануванню Діксона було проведено анатомічне сканування для локалізації та для диференціації паренхіматозної тканини підшлункової залози від магістральних судин та інших прилеглих тканин живота (нижні панелі). Регіони, що цікавлять, були ретельно розміщені подалі від кордонів підшлункової залози, щоб уникнути забруднення вісцеральним жиром та подалі від магістральних судин. Звичайна рентабельність інвестицій: Полігональний інструмент ImageJ використовувався для вибору одиничної рентабельності інвестицій на голові, тілі та хвості підшлункової залози подалі від вісцерального жиру та магістральних судин. MR-опсія: Три ROI (по 100 мм по 2) були розміщені рівномірно для представлення різних частин підшлункової залози за допомогою інструменту ImageJ Oval подалі від вісцерального жиру та магістральних судин. B: Збільшена область підшлункової залози для ілюстрації розміру виділення біопсії (100 мм 2) щодо розміру окремого пікселя (1,93 мм 2 = 1 піксель). Програмне забезпечення змінює овальний виділення (b, праворуч), щоб зробити найближчий форма пікселя (b, ліворуч).

Покроковий опис процесу представлений у розділі Додаткові методи.

Для кожного методу було обрано два типові зрізи, і вміст жиру в підшлунковій залозі розраховували як середню частку жиру підшлункової залози в обох зрізах.

Порогове вимірювання жиру

Кожен зріз зображення підшлункової залози має товщину 5 мм, щоб забезпечити адекватне відношення сигнал/шум на зображеннях жирової фракції. Для того, щоб виключити потенційний внесок непаренхіматозної тканини (вісцерального жиру, протоки підшлункової залози або кровоносної судини) у вибраній області, для обох методів було застосовано поріг, зібравши дані гістограми в зоні відбору та обчисливши отримані дані для виключення значення пікселів, що виходять за межі порогових значень, що в іншому випадку сприяло б середньому значенню (див. покроковий опис у S1 Methods). Анонімізовані гістологічні зрізи тканин паренхіми підшлункової залози у людей, які перенесли хірургічну операцію на підшлунковій залозі, взяті з різних місць у підшлунковій залозі, показали розподіл адипоцитів, подібний до верхньої межі 20%, про яку повідомляють Pinnick et al [27]. Отже, максимальна кількість адипоцитів, скупчених в межах одного вокселя паренхіматозних тканин підшлункової залози, оцінюється приблизно в 4000 (рис.2), і будь-який жировий сигнал МРТ, що перевищує 20%, може бути обумовлений забрудненням вісцеральної жирової тканини.

Гістологічний зріз фонової нормальної тканини підшлункової залози 48-річної жінки, яка переносить панкреатектомію для нейроендокринної пухлини. Середній розмір одиночних адипоцитів становить приблизно 100 мкм, але адипоцити можуть виникати в скупченнях. Виходячи із середнього розміру адипоцитів 100 мкм, максимальна кількість адипоцитів, які можуть бути присутніми в одному вокселі, становить

400х50 = 20000 адипоцитів. Верхній поріг 20% передбачає, що максимальне число - 4000 адипоцитів в межах одного вокселя підшлункової залози.

Подібним чином пікселі майже позбавлені жиру (рис. 3. Приклад архітектури протокової системи в підшлунковій залозі.

A: різні осьові придбання МРТ підшлункової залози у суб’єкта T2DM (a1: T2-SPAIR, a2: BTFE, a3: 3-бальний Діксон). Підшлункова залоза послідовності T2-SPAIR (a1) була сегментована та оброблена в Дрішті, як описано раніше [28], відтворене об'ємне зображення було позначено кольором, потім маніпулювали рівнем непрозорості, щоб показати розподіл протокової системи підшлункової залози в білому кольорі (версія Drishti 2.6. 3).

На кольоровій карті показано широкий діапазон розподілу жиру в межах проби. Це лежить в основі обґрунтування порогового значення для виключення непаренхіматозних тканин. Колірна смужка праворуч показує рівень жиру від 0% (темно-синій) до 25% (червоний). Порогові рівні були встановлені для виключення ділянок вмісту жиру менше 1% (можливі кровоносні судини або головний проток) або вище 20% (забруднення вісцерального жиру). Вважалося, що паренхіматозний жир коливається в межах 1–20%. a1-a6 представляють ділянки різноманітного вмісту жиру в межах одноразового відбору MR-opsy (a1: 20%).

Відтворюваність кількісного визначення жиру

Учасників діабету 2 типу з низьким (3,3%) та високим (6,5%) рівнями жиру в підшлунковій залозі аналізували для перевірки відтворюваності методів. МР-скани, отримані до втрати ваги, досліджували 6 незалежних спостерігачів, використовуючи методи у довільному порядку. Спостерігачі мають великий досвід аналізу зображень, але попереднього досвіду оцінки підшлункової залози немає. Кожному було запропоновано дотримуватися інструкцій та кількісно визначати внутрішньопанкреатичний жир обома методами. Коефіцієнт варіації (CV) розраховували для 6 незалежних вимірювань і порівнювали обома методами для двох учасників.