Name: Advancing Hepatic Fibrosis Diagnosis Using Magnetic Resonance Elastography and AI (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-07-21T12:10:00
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이 간행물은 중국 국립한의학총국이 주관하는 제5회 전국 한의학 임상우수인재 연구 프로그램의 지원을 받았다. 공식 네트워크 링크는 'http://www.natcm.gov.cn/renjiaosi/zhengcewenjian/2021-11-04/23082.html. '

이 연구는 3D 디지털 LSD 모델링을 활용하여 임상적으로 확인된 간섬유증이 있는 일반적인 환자의 간을 재구성했습니다. 환자는 중국 베이징의 유명 간질환 치료기관인 '유안병원'에서 모집돼 동의 후 상복부 자기공명영상(MRI)과 MRE 영상을 받았다. 본 연구방법은 병리학적 검사를 통해 간섬유증 병기가 확인되고 뚜렷한 임상증상이 없어 초기 간섬유증 환자 진단에 대한 응용가능성과 임상적 가치?...

Quantitative Analysis of Liver Stiffness Distribution

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	<li>Henderson, N. C., Rieder, F., Wynn, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibrosis:+from+mechanisms+to+medicines.">Fibrosis: from mechanisms to medicines.</a> Nature. 587 (7835), 555-566 (2020).</li><li>Parola, M., Pinzani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liver+fibrosis:+Pathophysiology,+pathogenetic+targets+and+clinical+issues.">Liver fibrosis: Pathophysiology, pathogenetic targets and clinical issues.</a> Molecular Aspects of Medicine. 65, 37-55 (2019).</li><li>Ramachandran, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resolving+the+fibrotic+niche+of+human+liver+cirrhosis+at+single-cell+level.">Resolving the fibrotic niche of human liver cirrhosis at single-cell level.</a> Nature. 575 (7783), 512-518 (2019).</li><li>Stefan, N., H&#228;ring, H. -. U., Cusi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-alcoholic+fatty+liver+disease:+causes,+diagnosis,+cardiometabolic+consequences,+and+treatment+strategies.">Non-alcoholic fatty liver disease: causes, diagnosis, cardiometabolic consequences, and treatment strategies.</a> The Lancet. Diabetes &amp; Endocrinology. 7 (4), 313-324 (2019).</li><li>Castera, L., Friedrich-Rust, M., Loomba, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+assessment+of+liver+disease+in+patients+with+nonalcoholic+fatty+liver+disease.">Noninvasive assessment of liver disease in patients with nonalcoholic fatty liver disease.</a> Gastroenterology. 156 (5), 1264.e4-1281.e4 (2019).</li><li>Godoy-Matos, A. F., Silva J&#250;nior, W. S., Valerio, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NAFLD+as+a+continuum:+from+obesity+to+metabolic+syndrome+and+diabetes.">NAFLD as a continuum: from obesity to metabolic syndrome and diabetes.</a> Diabetology &amp; Metabolic Syndrome. 12 (1), 1-20 (2020).</li><li>Venkatesh, S. K., Xu, S., Tai, D., Yu, H., Wee, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+of+MR+elastography+with+morphometric+quantification+of+liver+fibrosis+(Fibro-C-Index)+in+chronic+hepatitis+B.">Correlation of MR elastography with morphometric quantification of liver fibrosis (Fibro-C-Index) in chronic hepatitis B.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 72 (4), 1123-1129 (2014).</li><li>Yin, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+hepatic+fibrosis+with+magnetic+resonance+elastography.">Assessment of hepatic fibrosis with magnetic resonance elastography.</a> Clinical Gastroenterology and Hepatology. 5 (10), 1207-1213 (2007).</li><li>Venkatesh, S. K., Wang, G., Lim, S. G., Wee, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+elastography+for+the+detection+and+staging+of+liver+fibrosis+in+chronic+hepatitis+B.">Magnetic resonance elastography for the detection and staging of liver fibrosis in chronic hepatitis B.</a> European Radiology. 24, 70-78 (2014).</li><li>Ichikawa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+elastography+for+staging+liver+fibrosis+in+chronic+hepatitis+C.">Magnetic resonance elastography for staging liver fibrosis in chronic hepatitis C.</a> Magnetic Resonance in Medical Sciences. 11 (4), 291-297 (2012).</li><li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+detection+of+nonalcoholic+steatohepatitis+in+patients+with+nonalcoholic+fatty+liver+disease+by+using+MR+elastography.">Early detection of nonalcoholic steatohepatitis in patients with nonalcoholic fatty liver disease by using MR elastography.</a> Radiology. 259 (3), 749-756 (2011).</li><li>Singh, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diagnostic+performance+of+magnetic+resonance+elastography+in+staging+liver+fibrosis:+a+systematic+review+and+meta-analysis+of+individual+participant+data.">Diagnostic performance of magnetic resonance elastography in staging liver fibrosis: a systematic review and meta-analysis of individual participant data.</a> Clinical Gastroenterology and Hepatology. 13 (3), 440.e6-451.e6 (2015).</li><li>Ferro, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiomics+in+prostate+cancer:+an+up-to-date+review.">Radiomics in prostate cancer: an up-to-date review.</a> Therapeutic Advances in Urology. 14, 17562872221109020 (2022).</li><li>Nam, D., Chapiro, J., Paradis, V., Seraphin, T. P., Kather, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+intelligence+in+liver+diseases:+Improving+diagnostics,+prognostics+and+response+prediction.">Artificial intelligence in liver diseases: Improving diagnostics, prognostics and response prediction.</a> JHEP Reports. 4 (4), 100443 (2022).</li><li>Wu, Y. -. J., Wu, F. -. Z., Yang, S. -. C., Tang, E. -. K., Liang, C. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiomics+in+early+lung+cancer+diagnosis:+from+diagnosis+to+clinical+decision+support+and+education.">Radiomics in early lung cancer diagnosis: from diagnosis to clinical decision support and education.</a> Diagnostics. 12 (5), 1064 (2022).</li></ol>

임상 실습에서 초기 단계 간 섬유증 환자의 상태를 정확하게 정량화하고 추적하는 것은 어렵습니다. 그림 9 에 표시된 비교는 건강한 간과 비교하여 환자의 간 섬유화 정도를 완전히 반영합니다. 물론 이 수치는 치료 효능 평가에 사용되는 환자에 대한 두 가지 다른 기간을 비교한 것일 수도 있습니다. 이 정확한 정량화 방법은 이 연구의 핵심적이고 중요한 단계입니다. 또한...

간섬유증은 간에 과도한 반흔 조직이 형성되는 것을 말하며, 일반적으로 간 손상이나 질병의 결과로발생합니다 1,2,3,4. 만성 간 손상의 결과로 자주 발생하며 일반적으로 만성 바이러스성 간염, 비알코올성 지방간 질환 및 알코올성 간 질환과 같은 간 질환과 관련이 있습니다. 간섬유증을 치료하지 않고 방치하면 간경변증으로 진행될 수 있으며, 간경변증은 심각한 이환율과 사망률과 함께 생명을 위협할 수 있는 질환입니다.
이 분야의 활발한 연구는 간섬유증의 발병기전의 기저에 있는 세포 및 분자 메커니즘을 밝히고 환자 결과를 개선하기 위한 새로운 진단 및 치료 전략을 개발하는 것을 목표로 합니다. 또 다른 목표는 간 섬유증 단계의 비침습적 검출이며, 이는 질병 진단, 치료 선택 및 예후 평가와 직접적인 관련이 있는 중요한 측면입니다. 간 섬유증의 정확한 진단과 모니터링의 중요성에도 불구하고 간 생검과 같은 전통적인 진단 방법은 침습적이며 심각한 위험과 관련이 있습니다. 대조적으로, 자기 공명 탄성 조영술 5,6(MRE)은 간 경직을 정량화하여 간 섬유증의 진단 및 모니터링에서 잠재력을 입증한 유망한 비침습적 영상 기술입니다.
최근 몇 년 동안 간 섬유증 진단에서 MRE의 정확성과 신뢰성뿐만 아니라 기존 진단 방법에 대한 잠재적인 이점을 평가하는 데 중점을 둔 중요한 연구가 있었습니다. MRE의 간 경직 메트릭은 미국 식품의약국(FDA)의 임상 진단을 위한 승인을 받았으며 병리학적 결과와 광범위한 비교 분석이 임상 실습에서 수행되었습니다. 그 결과, MRE에 의해 생성된 경직 지도는 간 섬유증 7,8,9,10,11,12의 다양한 단계와 강한 양의 상관관계를 나타낸다는 것을 보여주었다. 그러나 지금까지 간 구조 영상과 MRE를 일치시켜 간 경직 분포(LSD)의 정량 분석을 통해 환자의 간 섬유증 진행을 정확하게 평가하고 추적하는 작업은 큰 진전을 이루지 못했습니다.
본 연구에서는 3D 공간에서 MRE에 의해 생성된 경직 맵과 간 구조 이미지의 정확한 정렬을 달성하기 위해 의료 영상군 분석 기술(13,14,15)을 도입하여 전체 간의 복셀별 간 경직도 값을 계산할 수 있습니다. LSD의 3D 디지털 모델을 기반으로 환자별 간 섬유증 병기의 정확한 분포를 계산하고 평가할 수 있습니다. 이는 초기 간 섬유증의 정확한 정량적 진단을 위한 견고한 토대를 마련합니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks&#160;</td>
			<td>2022B</td>
			<td>Computing and visualization&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mimics</td>
			<td>Materialise</td>
			<td>Mimics Research V20</td>
			<td>Model format transformation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tools for 3D_LSD</td>
			<td>Intelligent&#160;Entropy</td>
			<td>HepaticFibrosis V1.0</td>
			<td>Beijing Intelligent Entropy Science &#38; Technology Co Ltd. 
			Modeling for CT/MRI fusion</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a three-dimensional digital model for early diagnosis of hepatic fibrosis based on magnetic resonance elastography

간섬유증은 간경변증의 초기 단계이며, 질병의 발견 및 평가를 위한 더 나은 비침습적이고 편리한 방법은 없습니다. 자기 공명 탄성 조영술(MRE)을 기반으로 한 간 경직 맵(LSM)이 좋은 진전을 이뤘음에도 불구하고, 수동 초점 결정, 관심 영역(ROI)의 수동 선택, 구조적 정보가 없는 불연속 LSM 데이터 등 극복해야 할 몇 가지 한계가 여전히 있어 간 전체를 평가할 수 없습니다. 본 연구에서는 MRE를 기반으로 한 간섬유증 조기진단을 위한 새로운 3차원(3D) 디지털 모델을 제안한다.
MRE는 자기공명영상(MRI)을 사용하여 인간-컴퓨터 상호작용을 통해 스캐닝 부위의 간 강성을 측정하는 비침습적 영상 기술입니다. 연구에 따르면 MRE를 통해 얻은 LSM과 간 섬유증 정도 사이에 상당한 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 임상적 목적을 위해서는 간 섬유증의 정도에 대한 포괄적이고 정확한 정량화가 필요합니다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 3D 간 조직 영상과 MRE 지표의 정렬에 의해 얻어진 각 간 복셀의 3D 경직 부피를 의미하는 LSD(Liver Stiffness Distribution)의 개념을 제안했습니다. 이는 간 섬유증의 진단 및 치료를 위한 보다 효과적인 임상 도구를 제공합니다.

A Three-Dimensional Digital Model for Early Diagnosis of Hepatic Fibrosis Based on Magnetic Resonance Elastography

DICOM 파일의 Description_Name 필드에 있는 정보를 활용하여 이미징 그룹의 분석 프로세스 중에 필요한 이미징 시퀀스의 신속한 위치 파악을 용이하게 하기 위해 원본 MRI 폴더의 이름을 변경할 수 있습니다. MRI-IDEAL out-phase sequence는 간 조직 경계에 대한 보다 명확한 설명을 제공하는 데 사용되는 MRI 시퀀스 유형입니다. 이는 MRI-IDEAL 위상차 시퀀스가 특정 이미지 처리 기술을 통해 서로 다른...

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Advancing Hepatic Fibrosis Diagnosis Using Magnetic Resonance Elastography and AI (Video) | JoVE

이 연구의 목적은 간섬유증의 조기 진단을 위한 새로운 3차원 디지털 모델을 개발하는 것인데, 여기에는 환자의 간에서 각 복셀의 경직도가 포함되어 있어 다양한 섬유증 단계에서 환자의 간 분포 비율을 계산하는 데 사용할 수 있습니다.

자기공명탄성검사(Magnetic Resonance Elastography)를 기반으로 한 간섬유증 조기 진단을 위한 3차원 디지털 모델

Hepatic fibrosis is an early stage of liver cirrhosis, and there are no better non-invasive and convenient methods for the detection and evaluation of the ...

연구 범위는 자기공명탄성검사(MRI)를 기반으로 간섬유증의 조기 진단을 위한 3차원 디지털 모델을 개발하는 것입니다. 이 연구는 현재 방법의 한계를 해결하고 간 섬유증의 정확한 평가 및 모니터링을 위한 비침습적 및 정량적 접근 방식을 제공하는 것을 목표로 합니다. 간섬유증 연구 분야의 현재 실험적 과제 중 일부는 자기 공명 탄성 조영술과 같은 비침습적 방법의 스캐닝 정확도 및 이미징 기술 개선, 일관된 결과를 위한 계산 프로토콜 표준화 및 보다 포괄적인 축적을 포함하며, 이는 정확한 분류 및 진단을 위한 데이터 크기입니다.간 MRI 구조 이미지는 MRE 이미지와 정확하게 정렬되어 간 경직도, 분포의 3차원 분포를 가능하게 하고 3D 공간에서 정확한 정량화를 달성했습니다. 건강한 간을 위한 간의 경직 분포도를 정확하게 수립할 수 있으며, 간경변증의 여러 단계를 가진 환자의 진단 및 치료에 편리하게 활용할 수 있습니다. 앞으로는 AI 기반 간 질환의 진단, 치료, 예후, 간 질환 관련 한약 개발 등을 다루고자 합니다.