Ultraschallgestützte Quantifikation von Fettlebererkrankungen - Möglichkeiten und Grenzen

Abstract

HINTERGRUND. Die mit Stoffwechselstörungen verbundene steatotische Lebererkrankung stellt weltweit ein wachsendes Problem dar. Die Früherkennung sowie die Verlaufskontrolle von neuen Therapieansätzen erfordern eine quantitative und reproduzierbare Beurteilung des Fettgehaltes der Leber. Bisheriger Goldstandard waren die Histologie sowie in den letzten Jahren zunehmend die Magnetresonanztomographie mit ihrer Möglichkeit den Fettgehalt der Leber (in Prozent) zu messen. Quantitative Ultraschallmessungen, wie zum Beispiel die Ultrasound Derived Fat Fraction, könnten eine nicht-invasive, kosteneffektive und transparente Bewertung der Steatose ermöglichen.

ZIEL: Ziel der Arbeit war es, die Wertigkeit der Ultrasound Derived Fat Fraction für die Steatosegraduierung unter Verwendung der Protonendichte-Fettfraktion als Referenz bei Patienten zu validieren sowie Einflussfaktoren wie Nahrungsaufnahme und Untersucherabhängigkeit zu erarbeiten. Im Einzelnen sollte geprüft werden: Wie gut ist die Korrelation zwischen Ultrasound Derived Fat Fraction und Protonendichte-Fettfraktion? Wie gut ist die Reproduzierbarkeit der Methode und welche sonstigen Faktoren (“Confoundig Factors”) beeinflussen die Messung?

PATIENTENGUT und METHODIK: In einer Vorstudie mit 20 Patienten wurden die mittels Ultrasound Derived Fat Fraction erhobenen Werte nüchtern sowie nach 1, 3 und 5 Stunden nach Einnahme einer Standardmahlzeit analysiert. Danach wurden an 192 Patienten, bei denen aus klinischer Indikation eine Leber-Magnetresonanztomographie indiziert war, die Werte der Protonendichte-Fettfraktion (Dixon-Technik und Spektroskopie) mit den Ergebnissen der Ultrasound Derived Fat Fraction an zwei Geräten verglichen. Auswertbar waren 187 Patienten (Durchschnittsalter 53,8 Jahre; 112 Männer, 75 Frauen), bei denen zwischen Dezember 2020 und Juli 2021 eine 3 Tesla Magnetresonanztomographie durchgeführt wurde. Alle Patienten waren länger als 4 Stunden nüchtern, die Messungen der Magnetresonanztomographie (mittlere Protonendichte-Fettfraktion der gesamten Leber und eine vergleichbare Region Of Interest sowie Voxel-Messung aus der Spektroskopie) wurden mit Mittelwert und Median von fünf interkostalen Messungen aus der Sonographie verglichen. Zusätzlich wurde eine Wiederholbarkeits- und Reproduzierbarkeitsanalyse an 30 Patienten durchgeführt (Durchschnittsalter 26,3 Jahre; 10 Männer, 20 Frauen), die sich zwischen November 2022 und Januar 2023 einer klinischen Ultraschalluntersuchung des Abdomens unterzogen. Bei diesen Patienten führten drei Untersucher nacheinander quantitative Ultraschallfettmessungen durch.

ERGEBNISSE. In der Vorstudie unterschieden sich die mittleren Werte der Ultrasound Derived Fat Fraction zwischen den Zeitpunkten in Bezug auf den Verzehr von Mahlzeiten nicht (p = .21). In der Hauptstudie zeigten die Ultrasound Derived Fat Fraction und Magnetresonanzmessungen der gesamten Leber einen Intraklassen-Korrelationskoeffizienten von 0,79. In der Bland-Altman-Analyse zeigten die Ultraschall- und Magnetresonanzmessungen eine mittlere Differenz von 1,5 % (95 % CI, 0,6-2,4 %), mit 95 % Übereinstimmungsgrenzen von -11,0 % bis 14,0%. Die Ultrasound Derived Fat Fraction wies Area Under The Curve-Werte für die Erkennung der Protonendichte-Fettfraktion bei historischen Schwellenwerten von 6,5 % und mehr, 17,4 % und mehr sowie 22,1 % und mehr von 0,90, 0,95 bzw. 0,95 auf. In der Wiederholbarkeits- und Reproduzierbarkeitsanalyse lag der Intraklassen-Korrelationskoeffizient für die intraobserver Wiederholbarkeit zwischen 0,98 und 0,99 und für die interobserver Reproduzierbarkeit zwischen 0,90 und 0,96. Die visuelle Bewertung der Datenplots auf Patientenebene deutete auf eine zunehmende Variabilität der mittleren Ultrasound Derived Fat Fraction zwischen den Untersuchern und der interkostalen Messungen bei einzelnen Patienten mit zunehmender Steatose hin.

SCHLUSSFOLGERUNG. Die Ultrasound Derived Fat Fraction zeigte eine robuste Übereinstimmung mit der Protonendichte-Fettfraktion, eine gute diagnostische Leistung für Steatosegrade sowie eine Wiederholbarkeit zwischen den Operateuren und eine Reproduzierbarkeit zwischen den Operateuren. Als zu berücksichtigende Einflussfaktoren erwiesen sich ausgeprägte Leberzirrhose mit komplettem Umbau und stattgehabte arterielle Chemoembolisation. Zudem nahm die intraobserver und interobserver Variation mit zunehmender Steatose zu.

BACKGROUND. The metabolic-disorder-associated fatty liver disease (MASLD) represents a growing global issue. Early detection and monitoring of novel therapeutic approaches require a quantitative and reproducible assessment of liver fat content. Traditionally, histology has been the gold standard, while in recent years, magnetic resonance imaging (MRI) has become increasingly utilized due to its capability to measure liver fat content (as a percentage). Quantitative ultrasound measurements, such as ultrasound-derived fat fraction (UDFF), could enable a non-invasive, cost-effective, and transparent assessment of steatosis. Which factors (confounding factors) influence the measurement?

AIM. The aim of this study was to validate the usefulness of UDFF for steatosis assessment by using the proton density fat fraction (PDFF) as a reference in patients and to identify influencing factors such as food intake and operator dependency. Specifically, we aimed to evaluate the following: How well does UDFF correlate with MR-PDFF? How reproducible is the method?

PATIENT COHORT AND METHODS. In a preliminary study with 20 patients, UDFF values were analyzed in fasting conditions and at 1, 3, and 5 hours after a standard meal. Subsequently, UDFF values from 192 patients, who had a clinical indicated liver MRI, were compared to MRI values obtained via the Dixon technique and spectroscopy across two devices. Data were available for 187 patients (mean age: 53.8 years; 112 men, 75 women) who underwent a 3-T liver MRI between December 2020 and July 2021. All patients fasted for more than 4 hours, and the MRI measurements (average PDFF across the entire liver and comparable ROI, as well as voxel measurements from spectroscopy) were compared with the mean and median values from five intercostal measurements from ultrasound. Additionally, a repeatability and reproducibility analysis were performed on 30 patients (mean age: 26.3 years; 10 men, 20 women) who underwent a clinical abdominal ultrasound between November 2022 and January 2023. Three operators consecutively performed UDFF measurements on these patients. RESULTS. In the preliminary study, there were no significant differences in mean UDFF values across time points relative to meal intake (p = .21). In the main study, the overall liver measurements of UDFF and PDFF showed an intraclass correlation coefficient (ICC) of 0.79. Bland-Altman analysis demonstrated a mean difference of 1.5% (95% CI, 0.6–2.4%) between UDFF and PDFF voxel measurements, with 95% limits of agreement ranging from -11.0% to 14.0%. The UDFF measurements yielded AUC values for identifying PDFF voxel at historical thresholds of ≥6.5%, ≥17.4%, and ≥22.1% of 0.90, 0.95, and 0.95, respectively. In the repeatability and reproducibility study, the ICC for intraoperator repeatability ranged from 0.98 to 0.99, while interoperator reproducibility ranged from 0.90 to 0.96. Visual assessment of the patient-level data plots indicated increasing variability in mean UDFF measurements among operators and intercostal measurements in patients with increasing steatosis. CONCLUSION. UDFF demonstrated robust agreement with PDFF, good diagnostic performance for steatosis grading, and operator repeatability and reproducibility. Notable influencing factors included advanced cirrhosis with complete remodeling and prior chemoembolization. Additionally, intraoperator and interoperator variability increased with advancing steatosis.