Möglichkeiten der Sonographie zur Quantifikation von Gewebeveränderungen

Abstract

Eine präzise und reproduzierbare Schätzung des Leberfibrosegrades ist wichtig für die Entscheidung über Prognose und Behandlung der Erkrankung. Goldstandard in der Diagnostik der Leberfibrose ist aktuell die Leberbiopsie, welche einige Risiken birgt. Als nichtinvasive Alternativmethoden stehen neben der Bestimmung von Serummarkern bildgebende Verfahren zur Verfügung. Hierzu gehört unter anderem die Elastographie, eine Möglichkeit zur Beurteilung der Gewebeelastizität. Inzwischen sind verschiedene elastographische Methoden in der Diagnostik der Leberfibrose etabliert. Dazu gehören unter anderem Scherwellenelastographieverfahren wie die transiente Elastographie (FibroScan®) und die Acoustic radiation force impulse (ARFI)-Technik, auf welchen in dieser Arbeit das Augenmerk liegt. Obwohl es Berichte über eine hohe Übereinstimmung der Elastographieverfahren mit der Histologie und ebenso zwischen den verschiedenen Techniken gibt, stehen absolute Werte sowie die Reproduzierbarkeit gültiger Messungen noch zur Diskussion. Ziel des ersten Teils dieser Arbeit war es, die Reproduzierbarkeit von Scherwellenelastographieverfahren am Beispiel der ARFI-Elastographie zu evaluieren. Einflussfaktoren, welche absolute Werte beeinflussen, wurden an einem standardisierten Elastographie-Phantom herausgearbeitet. Hierzu kam das CIRS Model 039 mit vier unterschiedlichen Steifigkeitswerten zum Einsatz. Es wurden vier Ultraschallgeräte mit je bis zu drei Schallköpfen verglichen. Die Ergebnisse der Reproduzierbarkeitsmessungen zeigen eine deutliche Abhängigkeit der Steifigkeitswerte des Phantommodels, gemessen mit der ARFI-Technik in m/s, insbesondere vom Faktor Tiefe. Eine multiple lineare Regressionsanalyse lieferte signifikante Werte: für die Phantomsteifigkeit lag mit einem Regressionskoeffizienten von 0,828 ein hoch signifikanter positiver Zusammenhang vor. Schallkopffrequenz und Tiefe zeigten einen negativen linearen Zusammenhang. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Quantifikation des Leberfettgehaltes. Nichtinvasive Bildgebungsmodalitäten spielen eine große Rolle in der Diagnostik der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (engl. non-alcoholic fatty liver disease; NAFLD). Sonographie, Computertomographie (CT) und Magnetresonanz-Bildgebung (engl. magnetic resonance imaging; MRI) werden zunehmend zur Fettquantifizierung eingesetzt. Dennoch sind diese Verfahren aufgrund verschiedener limitierender Faktoren noch nicht Mittel der ersten Wahl in der 1 Zusammenfassung 2 Diagnostik der NAFLD. Bis heute stellt die Leberbiopsie den Goldstandard in der Diagnose einer Fettlebererkrankung dar. Die Sonographie ist ein nichtinvasives, kostengünstiges und nahezu überall verfügbares Verfahren der Bildgebung. Die Verfettung von Lebergewebe äußert sich in Änderungen der akustischen Eigenschaften des Leberparenchyms. Hinter der Vermutung, dass der Fettgehalt im Leberparenchym zu einer Dämpfung von ausgesendeten Ultraschallfrequenzen führt, verbirgt sich der Ansatz des zweiten Teils dieser Arbeit. Um diese Annahme zu prüfen, wurden Radiofrequenzdaten von 20 freiwilligen Probanden aufgenommen und mit Hilfe eines Programmes zur Analyse der hochfrequenten Ultraschallwelle ausgewertet. Entwickelt wurde das Programm vom Fraunhofer Institut für biomedizinische Technik in Sulzbach (Hauptabteilung Ultraschall, Leitung: Dipl.-Ing. S. Tretbar). Die Erstfassung des Analyse-Programms wurde aufgrund der in dieser Arbeit erhaltenen Erkenntnisse weiterentwickelt. Die Etablierung des Attenuation Tool erfolgte erstmals im Rahmen der vorliegenden Studie. Die Aufnahme der Radiofrequenzdaten gelang mit dem „Ultrasound research interface“ der Ultraschallgeräte Acuson S2000 und S3000 von Siemens. Zuvor waren die Fettprozentwerte der Probanden in einer MRT-Untersuchung ermittelt worden. Ziel war die Bestimmung von Parametern zur Gewebedifferenzierung anhand der Analyse dieser Radiofrequenzdaten. In den MRT-Untersuchungen ergaben sich Fettprozentwerte von 1,8% bis 24,5%. Bei der Signalverarbeitung aus den Radiofrequenzdaten konnten gewebespezifische Eigenschaften wie eine Verschiebung der Mittenfrequenz oder eine frequenzabhängige Dämpfung des Ultraschallsignals dargestellt werden. Es zeigte sich, dass die höherfrequenten Anteile der Ultraschallwelle (z.B. um 4 MHz bei 4C1-Schallkopf) mit zunehmender Tiefe und steigendem Fettgehalt der Leber stärker gedämpft werden als die niederfrequenten Anteile der Ultraschallwelle, sodass eine Einteilung in fünf verschiedene Kurventypen gelang. Hierbei handelt es sich um eine qualitative Analyse mit deskriptivem Charakter. Eine Quantifikation des Leberfettgehaltes ist zum aktuellen Zeitpunkt mit dieser Methode noch nicht möglich.