基于磁共振弹性成像的肝纤维化早期诊断三维数字模型

摘要

本研究的目的是开发一种用于肝纤维化早期诊断的新型三维数字模型，该模型包括患者肝脏中每个体素的硬度，因此可用于计算患者肝脏在不同纤维化阶段的分布比例。

摘要

肝纤维化是肝硬化的早期阶段，没有更好的非侵入性和便捷的方法来检测和评估该疾病。尽管基于磁共振弹性成像 （MRE） 的肝脏硬度图 （LSM） 取得了良好的进展，但仍有一些局限性需要克服，包括手动确定焦点、手动选择感兴趣区域 （ROI） 以及没有结构信息的不连续 LSM 数据，这使得无法评估整个肝脏。在这项研究中，我们提出了一种基于MRE的肝纤维化早期诊断的新型三维（3D）数字模型。

MRE是一种非侵入性成像技术，它采用磁共振成像（MRI）通过人机交互测量扫描部位的肝脏硬度。研究表明，通过MRE获得的LSM与肝纤维化程度之间存在显著的正相关关系。然而，出于临床目的，有必要对肝纤维化的程度进行全面和精确的量化。针对这一问题，本研究提出了肝脏硬度分布（LSD）的概念，即通过3D肝组织图像与MRE指标对齐得到的每个肝脏体素的3D硬度体积。这为肝纤维化的诊断和治疗提供了更有效的临床工具。

引言

肝纤维化是指肝脏中形成过多的瘢痕组织，通常是由于肝损伤或疾病1,2,3,4。它经常由慢性肝损伤引起，通常与肝脏疾病有关，例如慢性病毒性肝炎、非酒精性脂肪性肝病和酒精性肝病。如果不及时治疗，肝纤维化会发展为肝硬化，这是一种可能危及生命的疾病，与严重的发病率和死亡率有关。

该领域的积极研究旨在阐明肝纤维化发病机制的细胞和分子机制，并开发新的诊断和治疗策略以改善患者的预后。另一个目标是肝纤维化阶段的无创检测，这是与疾病诊断、治疗选择和预后评估直接相关的一个关键方面。尽管准确诊断和监测肝纤维化很重要，但传统的诊断方法（如肝活检）具有侵入性且具有重大风险。相比之下，磁共振弹性成像 ^5,6 （MRE） 是一种很有前途的非侵入性成像技术，已通过量化肝脏硬度在诊断和监测肝纤维化方面显示出潜力。

近年来，有大量研究集中在评估MRE在肝纤维化诊断中的准确性和可靠性，以及其相对于传统诊断方法的潜在优势。MRE的肝脏硬度指标已获得美国食品药品监督管理局（FDA）的临床诊断批准....

研究方案

本研究利用 3D 数字 LSD 建模重建了临床确诊肝纤维化的典型患者的肝脏。患者从中国北京著名的肝病治疗机构“佑安医院”招募，经同意后进行了常规上腹部磁共振成像（MRI）和MRE成像。由于病理检查确认肝纤维化分期，且无明显临床症状，故选择该患者作为本研究的病例，强调了本研究在早期肝纤维化患者诊断中的适用性和临床价值。本文还对该患者的肝脏与健康肝脏进行了定量比较。本研究中使用的软件工具列在 材料表中。

1. 资料收集与准备

注：参数差异对研究方法不敏感。

1. MRI 扫描策略
   注：本研究利用了使用 GE 制造的磁共振成像 （MRI） 设备从临床成像中获得的实际 DICOM 数据。数据内容包括IDEAL（水和脂肪的迭代分解，回波不对称和最小二乘估计）、水脂分离成像和磁共振弹性成像（MRE）成像。
   1. 确保 IDEAL 数据的水平分辨率为 256 x 256 像素，像素间距为 1.5625 mm，切片厚度为 10 mm。
      注：扫描策略可以进一步优化，但本研究采用的方法适用于更高精度的医学成像。
2. 重命名每个序列的文件夹。
   注意：由于从设备导出的DICOM数据没有明确提供序列名称，因此在预处理阶段，需要为每个序列添加显式名称，以方便后续分析和处理。

讨论

在临床实践中，准确量化和跟踪早期肝纤维化患者的病情具有挑战性。 图9 所示的比较充分反映了患者与健康肝脏相比的肝纤维化程度;当然，这个数字也可以是患者两个不同时期的比较，用于评估治疗效果。这种精确的定量方法是本研究的核心关键步骤。此外，图 5 和 图6 所示的LSD三维体积的计算方法可以准确定位患者肝脏中纤.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
MATLAB	MathWorks	2022B	Computing and visualization
Mimics	Materialise	Mimics Research V20	Model format transformation
Tools for 3D_LSD	Intelligent Entropy	HepaticFibrosis V1.0	Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modeling for CT/MRI fusion