Validierung der Shear Wave Elastographie der Leber (Shear Wave Measurement) von Hitachi Medical Systems

Abstract

Hintergrund und Ziele Die Shear Wave Elastographie mittels Shear Wave Measurement (SWM) ist eine neue Methode, um die Steifigkeit der Leber (Liver Stiffness, LS) und damit das Stadium der Fibrose im Rahmen einer Ultraschalluntersuchung zu bestimmen. Normwerte wurden bisher nicht definiert. Weiterhin wurden bisher weder Zuverlässigkeit noch Reproduzierbarkeit der Methode nachgewiesen oder gezeigt, welche Faktoren die Messergebnisse beeinflussen.

Ziel der Studie war die Validierung der Shear Wave Elastographie in einem gesunden Kollektiv. Hierzu sollten Normwerte für die Lebersteifigkeit sowie die Intra- und Interobserver-Variabilität ermittelt werden. Zudem sollte der Zuverlässigkeitsindikator (VsN) auf seine Anwendbarkeit im Klinikalltag und Einflussfaktoren untersucht werden.

Methodik Die Shear Wave Elastographie wurde mit einem Hitachi Ascendus Ultraschallgerät durchgeführt. Dabei wurde die Lebersteifigkeit (in kPa) jeweils als Mittelwert aus 10 Messungen standardisiert (nüchtern, Linksseitenlage, endexspiratorisch) bestimmt. Das Normwertkollektiv gesunder Probanden (n=170, 46% Männer, 54% Frauen, Alter 49 ± 19 Jahre) wurde von demselben Untersucher untersucht. Davon wurde die Shear Wave Messung bei 117 Probanden in einem zeitlichen Abstand von maximal vier Wochen durchgeführt (Intraobserver-Variabilität). 34 Probanden wurden von zwei Untersuchern zu einem Zeitpunkt untersucht (Interobserver-Variabilität). Bei insgesamt 223 Untersuchungen wurden die Variabilität sowie die Effizienzrate bei jeweils 20 Einzelmessungen bestimmt.

Ergebnisse Im Rahmen der Studie konnten Normwerte für die Lebersteifigkeit mittels SWM in einem gesunden Kollektiv erhoben werden. Die Lebersteifigkeit lag bei 4,0 ± 1,1 kPa. Bei allen gesunden Probanden war die Lebersteifigkeit kleiner als 7,6 kPa. In unserem gesunden Kollektiv zeigten sich signifikante (p<0,05) Geschlechtsunterschiede, wobei Männer eine höhere Lebersteifigkeit im Vergleich zu den untersuchten Frauen aufwiesen (4,4 ± 1,0 kPa vs. 3,8 ± 1,1 kPa). Außerdem war eine signifikante (p<0,01) Altersabhängigkeit der Messwerte auffällig, wobei hier mit ansteigendem Alter eine höhere Lebersteifigkeit festgestellt werden konnte (r=0,228). Der BMI zeigte dagegen keinen Einfluss auf die Messergebnisse. Im Vergleich zu anderen Elastographie-Verfahren bestätigten unsere Beobachtungen die Annahme, dass eine Übertragung der Normwerte zwischen den einzelnen Verfahren nicht direkt möglich ist. Beispielsweise lagen die Normwerte für das SWM hier etwas niedriger als die Normwerte für die transiente Elastographie bei Untersuchungen an einem vergleichbaren, gesunden Kollektiv. Es wurde eine zuverlässige und reproduzierbare Bestimmung der Lebersteifigkeit dokumentiert. Im Rahmen der Interobserver-Variabilität konnte eine hohe Übereinstimmung der gemessenen Werte durch zwei unabhängige Untersucher gezeigt werden (ICC 0,951; Rater-Differenz 13 ± 9%). Ebenso lieferte die Intraobserver-Variabilität über einen zeitlichen Verlauf gut reproduzierbare Ergebnisse, wobei die Abweichung mit dem zeitlichen Abstand der Untersuchungen korrelierte (ICC 0,823; Tages-Differenz 15 ± 13%, 4-Wochen-Differenz 18 ± 17%). Die Genauigkeit der Messergebnisse wird durch Alter, BMI und Haut-Leberkapsel-Abstand beeinflusst. Bei steigendem Alter kam es zu einer zunehmenden Variabilität der Ergebnisse (r=0,402, p<0,01; 18 - 25 Jahre 18 ± 6% vs. >70 Jahre 28 ± 10%, p<0,05). Ein höherer BMI korrelierte signifikant (p<0,01) mit einem höheren Variationskoeffizienten (r=0,403; BMI 18,5 -25 kg/m2 19 ± 8% vs. BMI >30 kg/m2 32 ± 14%; p<0,05). Beim Haut-Leberkapsel Abstand ging ein größerer Abstand ebenfalls mit einer stärkeren Streuung der Messwerte einher (≤2 cm 20 ± 9% vs. >2 cm 27 ± 11%; p<0,01). Der Parameter VsN gibt die Effizienzrate an, wobei ein zuverlässiges Resultat ab einem VsN >60% gewertet wird. Bei 82% der Untersuchungen konnte diese Effizienzrate in den für eine Untersuchung notwendigen 10 Einzelmessungen erreicht werden. Bei 2% der Untersuchungen wurde bei 20 Einzelmessungen keine Effizienzrate über 60% gemessen. Sowohl BMI (r=-0,577) als auch der Abstand zwischen Leberkapsel und Haut (r=-0,596) zeigten einen signifikanten (p<0,01) Einfluss auf die erzielte VsN-Rate.

Schlussfolgerungen SWM ermöglicht eine quantitative Beurteilung der Lebersteifigkeit und ist zuverlässig und reproduzierbar durchführbar. Eine Übertragung von Normwerten zwischen den verschiedenen Elastographie-Verfahren ist nicht direkt möglich. Dementsprechend bedarf es einer Validierung der einzelnen Methoden. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde das SWM an einem gesunden Kollektiv validiert. Es konnten Normwerte für die Lebersteifigkeit ermittelt werden. Geschlechts- und altersspezifische Unterschiede sind zu berücksichtigen. Eine Validierung an Patienten mit chronischen Lebererkrankungen steht noch aus und ist notwendig, um Normwerte für SWM zur Unterscheidung der Fibrosestadien ermitteln zu können. SWM eignet sich einerseits zur Primärdiagnostik bei Verdacht auf eine Lebererkrankung und kann die Indikationsstellung zur Leberbiopsie verbessern, andererseits kann sie im Rahmen des Follow-up bei bekannter chronischer Lebererkrankung eingesetzt werden.

Background and Research Objectives Shear wave elastography using shear wave measurement (SWM) is a newly developed method to determine liver stiffness (LS) and therefore presumably the stage of fibrosis when performing an ultrasound examination. However, standard values are not available to date. Furthermore, neither reliability nor reproducibility of the method have been demonstrated so far, nor have the factors influencing the measurements been shown.

The aim of the study was to validate shear wave elastography in a healthy population. For this purpose, normal values for liver stiffness as well as intra- and interobserver variability should be determined. In addition, the reliability indicator (VsN) should be assessed for its applicability in everyday clinical practice.

Patients and Methods Shear wave elastography was performed with the Hitachi Ascendus ultrasound scanner. In each patient, liver stiffness (in kPa) was determined as the mean of 10 measurements under standardized conditions (fasting, left lateral position, end-expiratory). The cohort of healthy subjects (n=170, 46% men, 54% women, age 49 ± 19 years) was examined by the same investigator. Shear wave measurement was performed in 117 subjects at a maximum time interval of four weeks (intraobserver variability). Thirty-four subjects were examined by two investigators at one time point (interobserver variability). In the total group of 223 examinations, variability as well as efficiency rate were determined for 20 individual measurements each.

Results In this study, normal values for liver stiffness were obtained by SWM in a healthy population. The mean liver stiffness was 4.0 ± 1.1 kPa. In all healthy subjects, liver stiffness was below 7.6 kPa. Significant (p<0.05) gender differences were evident in our healthy cohort, with men having higher liver stiffness as compared to women (4.4 ± 1.0 kPa vs. 3.8 ± 1.1 kPa). In addition, a significant (p<0.01) age dependence of the measured values was noted, whereby liver stiffness increased with age (r=0.228). BMI, on the other hand, showed no effect on the measurements. In comparison with other elastography methods, the standard values for SWM were lower than the standard values for transient elastography using FibroScan in studies on a comparable healthy group. A reliable and reproducible determination of liver stiffness was documented. For interobserver variability, a high agreement of the measured values by two independent examiners could be shown (ICC 0.951; rater difference 13 ± 9%). Similarly, intraobserver variability provided well-reproducible results, and the deviation correlated with the time interval between the examinations (ICC 0.823; daily difference 15 ± 13%, 4-week difference 18 ± 17%). The accuracy of the measurement results is influenced by age, BMI and skin-liver capsule distance. Higher age was associated with increasing variability of measurements (r=0.402, p<0.001; 18 - 25 years 18 ± 6% vs. >70 years 28 ± 10%; p<0.05). Higher BMI correlated significantly (p<0.01) with higher coefficient of variation (r=0.403; BMI 18.5 - 25 kg/m2 19 ± 8% vs. BMI >30 kg/m2 32 ± 14%; p<0.05). For skin-liver capsule distance, greater distance was also associated with greater scatter in measured values (≤2 cm 20 ± 9% vs. >2 cm 27 ± 11%; p<0.01). The parameter VsN indicates the efficiency rate, whereby a reliable result is defined by VsN >60%. In 82% of the studies, this efficiency rate was achieved in the 10 individual measurements required for the study. In 2% of the examinations, an efficiency rate above 60% was never measured in 20 individual measurements. Both BMI (r=-0.577) and distance between liver capsule and skin (r=-0.596) showed a significant (p<0.01) effect on VsN.

Conclusions Shear wave measurement allows the quantitative assessment of liver stiffness and can be performed reliably and reproducibly. A transfer of standard values between the different elastography methods is not directly possible. Accordingly, the validation of individual methods is required. In the present study, SWM was validated in a healthy population. Normal values for liver stiffness could be determined. Gender- and age-specific differences have to be considered. Validation in patients with chronic liver disease is still pending and is necessary to establish reference values for SWM to distinguish fibrosis stages. SWM is suitable for primary diagnosis of suspected liver disease and can not only decrease the need for liver biopsy but can also be used as part of the follow-up of patients with chronic liver diseases.