Centrul de Rezonanță Magnetică de Afiliere, Institutul de Medicină Celulară, Universitatea Newcastle, Newcastle upon Tyne, Regatul Unit

grăsimii

Centrul de Rezonanță Magnetică de Afiliere, Institutul de Medicină Celulară, Universitatea Newcastle, Newcastle upon Tyne, Regatul Unit

Centrul de Rezonanță Magnetică de Afiliere, Institutul de Medicină Celulară, Universitatea Newcastle, Newcastle upon Tyne, Regatul Unit

Departamentul de afiliere pentru patologie celulară, infirmeria Royal Victoria, spitalele din Newcastle upon Tyne și Institutul de medicină celulară, Universitatea Newcastle, Newcastle upon Tyne, Regatul Unit

Centrul de Rezonanță Magnetică de Afiliere, Institutul de Medicină Celulară, Universitatea Newcastle, Newcastle upon Tyne, Regatul Unit

  • Ahmad Al-Mrabeh,
  • Kieren G. Hollingsworth,
  • Sarah Steven,
  • Dina Tiniakos,
  • Roy Taylor

Cifre

Abstract

Obiective

Acumularea de grăsime intrapancreatică poate fi importantă în diabetul de tip 2, dar au fost raportate date care variază foarte mult. Cuantificarea standard prin RMN in vivo este consumatoare de timp și depinde de un nivel ridicat de experiență. Ne-am propus să dezvoltăm o nouă metodă care să minimizeze variația inter-observator și să o comparăm cu seturile de date publicate anterior.

Metode

A fost dezvoltată o tehnică de „biopsiere” a imaginii pentru a minimiza includerea țesuturilor non-parenchimatoase. În plus, pragul a fost aplicat pentru a exclude atât canalele pancreatice, cât și intruziunile de grăsime viscerală, fiind excluși pixelii cu valori ale grăsimii de 20%. Noua „biopsie” a imaginii MR (MR-opsy) a fost comparată cu metoda standard de către 6 observatori independenți cu o experiență largă de analiză a imaginii, dar fără experiență în imagistica pancreasului. Efectul noii metode a fost examinat asupra seturilor de date din două studii de scădere în greutate în diabetul de tip 2.

Rezultate

La niveluri scăzute de grăsime intrapancreatică, nici rezultatul, nici CV-ul inter-observator nu au fost modificate prin MR-opsy, prag sau o combinație a metodelor. Cu toate acestea, la niveluri superioare, metoda convențională a prezentat un acord slab între observatori (coeficient de variație 26,9%), iar noua metodă combinată a îmbunătățit CV-ul la 4,3% (p 2 fiecare) pentru a reprezenta în mod egal capul, corpul și coada pancreasului, dimensiunea de selecție a fost ales după studii pilot pentru a permite plasarea ușoară în întregime în pancreas, având în vedere neregularitatea morfologică a pancreasului (Fig. 1A și 1B) [16]. Având în vedere distribuția potențială inegală a grăsimii parenchimatoase între diferite regiuni ale pancreasului observată în unele [33-37], dar nu în toate studiile [12, 13, 38-40], regiunile de eșantionare au fost plasate în mod egal în întregul pancreas, pentru a evita o posibilă părtinire. Analiza ambelor seturi de date ale studiului utilizând metodologia convențională așa cum a fost publicată inițial a fost efectuată de experți cu experiență în anatomia pancreasului. Acest lucru a fost efectuat orbit de toleranță la glucoză și de toți markerii clinici și metabolici atât în ​​studiile originale, cât și în prezentul studiu comparativ. Zonele de grăsime viscerală și subcutanată la L4-L5 au fost calculate din harta fracțiunii de grăsime a densității de protoni L4-L5 prin prag și analiza bazinului hidrografic [41].

A: A fost selectată o porțiune reprezentativă de pancreas RMN (Dixon în 3 puncte) (panourile superioare). O scanare anatomică a fost, de asemenea, achiziționată în paralel cu scanarea Dixon în scopul localizării și pentru diferențierea țesutului parenchimatic pancreasic de vasele principale și alte țesuturi abdominale adiacente (panourile inferioare). Regiunile de interes au fost poziționate cu grijă departe de granițele pancreasului pentru a evita contaminarea cu grăsime viscerală și departe de vasele principale. ROI convențional: instrumentul poligon al ImageJ a fost utilizat pentru a selecta un singur ROI pe cap, corp și coadă pancreasului departe de grăsimea viscerală și vasele principale. MR-opsy: Trei ROI (100 mm 2 fiecare) au fost plasate uniform pentru a reprezenta diferite părți ale pancreasului utilizând instrumentul ImageJ Oval departe de grăsimea viscerală și vasele principale. B: Regiune mărită a pancreasului pentru a ilustra dimensiunea selecției biopsiei (100 mm 2) în raport cu dimensiunea unui pixel individual (1,93 mm 2 = 1 pixel). Software-ul remodelează selecția ovală (b, dreapta) pentru a lua cea mai apropiată forma pixelilor (b, stânga).

O descriere pas cu pas a procesului este prezentată în secțiunea Metode suplimentare.

Au fost selectate două felii reprezentative pentru a fi evaluate prin fiecare metodă și conținutul de grăsime pancreatică a fost calculat ca fracțiunea medie de grăsime pancreatică a ambelor felii.

Pragul de măsurare a grăsimii

Fiecare felie de imagine prin pancreas are o grosime de 5 mm pentru a permite un raport adecvat semnal/zgomot în imaginile fracțiunii de grăsime. Pentru a elimina contribuția potențială a țesutului neparenchimatic (grăsime viscerală, canal pancreatic sau vas de sânge) în regiunea selectată, s-a aplicat un prag ambelor metode prin colectarea datelor histogramei în zona de selecție și calcularea datelor rezultate pentru a exclude valorile pixelilor în afara limitelor de prag care altfel ar contribui la valoarea medie (a se vedea descrierea pas cu pas în Metode S1). Secțiunile histologice anonimizate ale țesuturilor parenchimatoase pancreatice de la persoanele supuse unei intervenții chirurgicale pancreatice prelevate din diferite locații ale pancreasului au prezentat o distribuție adipocitară similară cu limita superioară de 20% raportată de Pinnick și colab. [27]. Prin urmare, numărul maxim de adipocite grupate într-un singur voxel de țesuturi parenchimatoase pancreatice este estimat la aproximativ 4000 (Fig 2), iar orice semnal de grăsime RMN de peste 20% este probabil ca urmare a contaminării cu țesut adipos visceral.

Secțiunea histologică a țesutului pancreatic normal de fond al unei femei de 48 de ani care suferă pancreatectomie pentru o tumoare neuroendocrină. Dimensiunea medie a unui singur adipocit este de aproximativ 100μm, dar adipocitele pot apărea în grupuri. Pe baza unei dimensiuni medii a adipocitelor de 100 μm, numărul maxim de adipocite care ar putea fi prezente într-un singur voxel este

400x50 = 20.000 adipocite. Pragul superior de 20% presupune că numărul maxim de 4000 adipocite într-un singur voxel de pancreas.

În mod similar, pixelii aproape lipsiți de grăsime (Fig 3. Exemplu de arhitectură a sistemului ductal în pancreas.

A: diferite achiziții RMN axiale ale pancreasului la subiectul T2DM (a1: T2-SPAIR, a2: BTFE, a3: Dixon în 3 puncte). Pancreasul secvenței T2-SPAIR (a1) a fost segmentat și volumul redat în Drishti așa cum s-a descris mai înainte [28], volumul imaginii redate a fost etichetat prin culoare, apoi nivelul de opacitate a fost manipulat pentru a arăta distribuția sistemului ductal pancreatic în culoare albă (versiunea Drishti 2.6. 3).

Harta culorilor arată gama largă de distribuție a grăsimilor în zona de eșantionare. Acest lucru stă la baza justificării pragului pentru a exclude țesuturile non-parenchimatoase. Bara de culoare din dreapta arată nivelul de grăsime de la 0% (albastru închis) la 25% (roșu). Nivelurile pragului au fost stabilite pentru a exclude zonele cu conținut de grăsime mai mic de 1% (posibile vase de sânge sau conducte principale) sau peste 20% (contaminare viscerală a grăsimilor). S-a considerat că grăsimea parenchimatoasă variază între 1-20%. a1-a6 reprezintă zone cu conținut variat de grăsimi în selecția unică MR-opsy (a1: 20%).

Reproductibilitatea cuantificării grăsimii

Participanții la diabetul zaharat de tip 2 cu niveluri scăzute (3,3%) și ridicate (6,5%) de grăsime pancreatică au fost analizați pentru a testa reproductibilitatea metodelor. Scanările MR obținute înainte de scăderea în greutate au fost examinate de 6 observatori independenți folosind metodele în ordine aleatorie. Observatorii au o experiență largă de analiză a imaginii, dar nu au o experiență anterioară de evaluare a pancreasului. Fiecare a fost rugat să urmeze instrucțiunile și să cuantifice grăsimea intrapancreatică prin ambele metode. Coeficientul de variație (CV) a fost calculat pentru cele 6 măsurători independente și comparat prin ambele metode pentru cei doi participanți.

Proiectarea studiilor de intervenție

Studiul de contrabalansare a testat durabilitatea inversării diabetului de tip 2 după o dietă foarte scăzută în calorii într-un grup de 30 de persoane cu o durată de 0,5-23 ani a diabetului [5]. Grăsimea intra-pancreatică a fost cuantificată la momentul inițial, după 8 săptămâni de dietă cu conținut scăzut de calorii (VLCD) și după un program de întreținere a greutății de 6 luni. Participanții au fost considerați ca respondenți dacă nivelul de glucoză plasmatică în repaus alimentar Fig 5. Reproductibilitatea metodelor de cuantificare a grăsimilor.

Variația inter-observator pentru fiecare metodă este prezentată pentru un nivel scăzut (3%) de grăsime pancreatică (A) și un nivel ridicat (6%) de grăsime pancreatică (B). Datele pentru ambele metode sunt afișate cu și fără 1-20% prag. * p Fig 6. Exemplu de zone selectate de doi observatori folosind metode convenționale și MR-opsy.

ROI-urile participanților cu un nivel ridicat de grăsime pancreatică (6%) au fost prezentate folosind metode convenționale (a, b) și MR-opsy (c, d) pentru observatorii 1 și 2. Două regiuni cu contribuție potențială la estimarea greșită a pancreasului au fost selectate conținutul de grăsime: Regiunea 1 reprezintă o regiune de grăsime focală care apare strălucitoare pe scanarea Dixon (a, c) și întunecată pe scanarea anatomică BTFE (b, d). Regiunea 2 reprezintă vasul de sânge și apare întunecată pe scanarea Dixon (a, c) și strălucitoare pe scanarea anatomică (b, d). Este clar că observatorul 1 a inclus ambele zone din selecție folosind metoda convențională, în timp ce metoda de biopsie a evitat acele regiuni de către același observator.

Efectul metodei de cuantificare a grăsimii asupra datelor studiului de contrabalansare

La momentul inițial, folosind metoda convențională în mâinile experților, nu a existat nicio diferență semnificativă în grăsimea intrapancreatică între cei care au fost ulterior sau nu au putut să-și inverseze T2DM prin scădere în greutate (5,3 ± 0,4% față de 5,9 ± 0,7%; Tabelul 1) . Aplicarea MR-opsy, cu sau fără praguri, nu a modificat acest lucru (Tabelul 1).

După perioada de scădere în greutate de 8 săptămâni, folosind metoda convențională, s-a înregistrat o scădere semnificativă a grăsimii intrapancreatice atât în ​​grupurile cu răspuns cât și în cele fără răspuns. Utilizarea MR-opsy, cu sau fără praguri, nu a modificat semnificația scăderii grăsimii intrapancreatice la respondenți. La persoanele care nu au răspuns, scăderea semnificativă raportată prin metoda convențională nu a fost observată de niciuna dintre noile metode (Tabelul 1).

După perioada de menținere a greutății de 6 luni, folosind metoda convențională, s-a înregistrat o scădere semnificativă a grăsimii intrapancreatice atât în ​​grupurile de răspuns cât și în cele care nu au răspuns. La respondenți, toate metodele au observat scăderea semnificativă raportată anterior a conținutului de grăsime intrapancreatică. La persoanele care nu au răspuns, utilizarea MR-opsy cu sau fără prag nu a fost observată nicio modificare semnificativă (Tabelul 1). Utilizarea numai a pragurilor la persoanele care nu au răspuns a scăzut gradul aparent de scădere a grăsimii pancreasului (Tabelul 1).

Efectul metodei de cuantificare a grăsimii asupra studiului chirurgiei bariatrice

La momentul inițial, utilizarea oricăreia dintre metode a arătat că grăsimea intrapancreatică este semnificativ mai mare în grupul cu diabet zaharat de tip 2 comparativ cu grupul normal tolerant la glucoză (convențional: 6,6 ± 0,5% vs. 5,1 ± 0,2%; MR-opsy cu praguri: 6,4 ± 0,3 vs. 5,1 ± 0,6%; Tabelul 2). Scăderea grăsimii intrapancreatice în timpul pierderii în greutate în grupul diabetic de tip 2 a rămas semnificativă folosind toate metodele. Dimpotrivă, pierderea în greutate nu a determinat nicio modificare în cadrul grupului NGT între momentul inițial și 8 săptămâni după operație, folosind metode convenționale sau noi (Tabelul 2).

Variabilitatea distribuției grăsimilor în zonele pancreasului

Distribuția grăsimilor a variat semnificativ între cap și alte părți ale pancreasului pentru studiul Contrabalans (Tabelul 3). La momentul inițial al studiului, procentul de grăsime a fost mai mare în capul pancreasului comparativ cu corpul sau coada utilizând convențional, MR-opsy singur sau MR-opsy cu metode de prag care indică eterogenitatea între diferitele țesuturi pancreatice în distribuția grăsimilor (MR-opsy plus prag: cap vs. corp, p = 0,006; cap vs. coadă, p = 0,01).

Corelația dintre grăsimea pancreasului și unele caracteristici ale corpului

Nici o corelație între greutatea corporală și IMC cu grăsimea pancreatică nu a fost găsită în studiul de contrabalansare folosind vreo metodă de cuantificare. În studiul de chirurgie bariatrică, a existat o corelație între grăsimea pancreatică și greutate folosind doar metoda convențională (r = 0. 5, p = 0.04). În ambele studii nu a fost observată nicio corelație între conținutul de grăsime și vârstă. În mod interesant, am găsit o corelație semnificativă între durata de grăsime pancreatică și durata diabetului în cadrul studiului de contrabalansare (r = 0,48, p = 0,008).

Discuţie

Cuantificarea reproductibilă a grăsimii pancreatice intra-parenchimatoase este importantă pentru a permite comparații între datele din diferite grupuri de cercetare și acest lucru este deosebit de important, deoarece diferențele absolute în grăsimea pancreasului între diabetul de tip 2 și cel normal sunt modeste [5-7]. Demonstrăm că se poate obține un acord mai mare între observatori folosind MR-opsy comparativ cu metoda convențională a regiunii de interes atunci când nivelurile de grăsime intrapancreatice sunt mai mari și volumul pancreasului este mai mic [28]. Pe măsură ce grăsimea intrapancreatică crește și volumul pancreasului scade odată cu creșterea duratei bolii [28, 29], datele sunt de o relevanță deosebită pentru această stare a bolii. Reanaliza utilizând noua metodă de studii de intervenție publicate anterior de diabet de tip 2, care a folosit metodologia convențională aplicată de experți, nu a modificat implicațiile fiziopatologice raportate anterior.

Mai multe studii au demonstrat asocierea dintre creșterea grăsimii intrapancreatice și diabetul de tip 2. La modelele cu rozătoare predispuse la diabet, supraalimentarea diabetului de tip 2 determină afectarea funcției celulelor beta, iar această susceptibilitate la disponibilitatea lipidelor se reflectă în studiile efectuate pe insulele izolate [3, 4, 42-44]. La oamenii predispuși să dezvolte diabet de tip 2, perfuzia intralipidă prelungită afectează grav funcția celulelor beta [45]. În schimb, îndepărtarea excesului de lipide din mediul insulei pancreatice permite revenirea secreției normale de insulină în diabetul de tip 2 timpuriu [5, 7]. Acest lucru a fost observat și în insulele izolate [3]. Relația aparentă a acestui depozit de lipide cu fiziopatologia diabetului de tip 2 subliniază importanța metodologiei pentru măsurarea precisă.

Diabetul de tip 2 de scurtă durată poate fi inversat după scăderea în greutate cu restabilirea funcției normale a celulelor beta și acest lucru a fost raportat a fi asociat cu o scădere a conținutului de grăsime intrapancreatică [5-7]. Aplicarea noii metode a dus la identificarea nicio modificare a grăsimii intrapancreatice în grupul cu durată mai lungă (care nu a răspuns la scăderea în greutate prin normalizarea glucozei plasmatice). Acești subiecți au prezentat pancreasuri mai mici, mai neregulate decât cei care au răspuns, iar noua metodă este mai probabil să reflecte nivelurile adevărate de grăsime intra-pancreatică. În studiul bariatric, participanții la diabetul de tip 2 au prezentat o revenire bună la controlul normal al glucozei [6], iar cuantificarea grăsimii intrapancreatice fie prin metoda convențională în mâinile experților, fie prin noua metodă a arătat o scădere semnificativă.

Mai multe studii au raportat soliditatea metodelor de cuantificare a grăsimilor bazate pe MR [22, 47, 48]. Un studiu fantomă recent a evaluat reproductibilitatea tehnicii de cuantificare a grăsimii RMN între centrele de cercetare, furnizorii de scanere MR, punctele tari și protocoalele de achiziție [49], subliniind importanța tehnicii standardizate de analiză a imaginii pentru o comparație precisă. Cu toate acestea, utilizarea unei fantome nu reflectă complexitățile introduse prin includerea variabilă a canalelor intraorganice pline de grăsime viscerală și lichide.

Studiile publicate care utilizează MR pentru a cuantifica conținutul de grăsime pancreatică au folosit o gamă largă de metode pentru eșantionarea dimensiunii și a locației selectate pentru cuantificarea grăsimilor (Tabelul 4). Acest lucru poate explica parțial discrepanța în conținutul raportat de grăsime pancreatică. Dintre aceste studii, unii au raportat o relație semnificativă între diabetul sau rezistența la insulină și grăsimea pancreasului [6, 8-12, 14, 15, 29, 40, 50, 51]. Alte studii nu au raportat nicio diferență semnificativă în conținutul de grăsime pancreasică între diabetul de tip 2 și controalele non-diabetice [7, 10, 13, 37, 52, 53].

Studiile rămase nu au comparat între grupurile non-diabetice și cele diabetice [6, 22, 35, 38, 39, 46, 54-60]. În timp ce metodele de imagistică prin rezonanță magnetică permit selectarea ulterioară a volumului de analizat, spectroscopia prin rezonanță magnetică depinde de obținerea datelor dintr-un volum al corpului preselectat prin imagistică. În consecință, este deosebit de susceptibilă la includerea grăsimii viscerale din cauza mișcărilor respiratorii și a altor mișcări în scaner. Astfel de metode de spectroscopie tind să raporteze un conținut mai ridicat de grăsime pancreasică (până la 24%). Hu și colab. [22] a raportat că spectroscopia MR a fost mai puțin precisă decât imagistica pentru cuantificarea grăsimii pancreasului datorită dificultății în poziționarea voxelului, iar acest lucru este în concordanță cu datele actuale privind efectul selecției regiunii de interes pentru cuantificarea grăsimilor. Prin combinarea (a) selecției mai multor regiuni pentru a reprezenta țesuturile din întregul organ; (b) restricționarea dimensiunii regiunii selectate pentru a reduce contaminarea cu grăsime viscerală; și (c) aplicarea pragurilor pentru a exclude contribuția din țesuturile non-parenchimatoase, se observă o îmbunătățire a acordului între observatori.

Informatii justificative

Metode S1.

Mulțumiri

Mulțumim tuturor participanților noștri și lui L Ward, T Hodgson și D Wallace, radiografi de cercetare.

Contribuțiile autorului

  1. Conceptualizare: RT.
  2. Arhivarea datelor: KGH.
  3. Analiza formală: AA-M SS KGH.
  4. Achiziție de finanțare: RT KGH.
  5. Investigație: AA-M SS KGH.
  6. Metodologie: AA-M KGH RT.
  7. Administrarea proiectului: RT.
  8. Resurse: KGH DT.
  9. Software: KGH.
  10. Supraveghere: RT.
  11. Validare: AA-M KGH RT.
  12. Vizualizare: AA-M KGH RT.
  13. Scriere - schiță originală: AA-M.
  14. Scriere - recenzie și editare: AA-M KGH SS DT RT.