Riassunto analitico
Nel corso degli ultimo anni, molti sforzi sono stati profusi per conoscere più approfonditamente la cirrosi epatica e una delle sue occorrenze più comuni: l’ipertensione portale, ovvero l’incremento della pressione nella vena porta. La procedura TIPS (Transjugular Intrahepatic Portosystemic Shunt) prevede il posizionamento di un condotto artificiale che mette in comunicazione la vena porta con la vena di deflusso del fegato.Lo shunt è efficace nel ridurre la pressione portale e nel controllare le complicazioni; tuttavia sono presenti criticità significative come la ridotta durata e l’aumento delle encefalopatie. La presenza sul mercato di shunt regolabili in calibro ha dato vita a tecniche diagnostiche in grado di prevedere e monitorare l’emodinamica epatica, potenzialmente modificando il diametro dello shunt sulla base di dati relativi al paziente per una risposta migliore. Da un punto di vista emodinamico, questa tematica è una sfida altamente impegnativa in relazione al doppio afflusso vascolare (arterioso e venoso con differenti pattern in pressione e volume) e al sistema di compensazione HABR (Hepatic Arterial Buffer Response), che interviene sia in situazioni ordinarie (es. dopo un pranzo) che patologiche. Ad oggi, le procedure in grado di misurare l’afflusso vascolare epatico sono invasive e limitate alla componente venosa come il “catetere a termo diluizione”. Tecniche diagnostiche non invasive comunemente impiegate in altri distretti anatomici sono ora oggetto di attenzione per l’analisi dell’emodinamica epatica: - Phase Contrast –Risonanza Magnetica Angiografica (PC-MRI): è tecnica MRI che permette una misurazione non invasiva del flusso nei suoi vasi; - Perfusion Dynamic Constrast Enhanced(DCE-MRI) è una tecnica che cerca di quantificare lo stato microcircolatorio di un organo, attraverso acquisizioni dinamiche 4D e l’iniezione di un mezzo di contrasto a base di gadolinio. Per elaborare i dati di perfusione epatica, diversi modelli sono stati proposti, differenziandosi per il numero di vasi in ingresso –one input (solo flusso portale) o due input (flusso portale che arterioso) – o per il numero di compartimenti epatici, uno nei modelli “Mono Compartment” e due nei modelli “Dual Compartment”. In questo lavoro, sono stati acquisiti dati con tecniche DCE-MRI e PC-MRI in pazienti affetti da cirrosi epatica prima e dopo il posizionamento TIPS. Attraverso la teoria e i dati sperimentali è stato possibile determinare i livelli di incertezza per ciascun parametro stimato dai modelli compartimentali. L’analisi dei dati di DCE-MRI –processati con i modelli “Dual Input Mono Comparment” e “Dual Input Dual Compartment” dimostrano che la DCE-MRI è una tecnica affidabile in grado di misurare i parametri di perfusione epatica. La comparazione tra le misurazioni del flusso portale con PC-MRI e con catetere a termo diluizione ha reso possibile quantificare l’incertezza anche sui dati MRI, promuovendo la PC-MRI come approccio standard per misure di flusso anche in strutture che risentono di movimenti respiratori e cardiaci. Grazie ai risultati ottenuti è stato possibile valutare le variazioni nell’emodinamica epatica dovute al posizionamento TIPS. In particolare, dopo il posizionamento TIPS, quasi tutto il sangue drena nello shunt, ma non sempre l’arteria epatica è in grado di compensare la diminuzione del flusso portale; il tempo di transito medio (MTT), che è il tempo che il sangue rimane nel fegato, aumenta, ma sulla base delle valutazioni del modello “Dual Input Dual Compartment”, la parte vascolare del MTT diminuisce. I risultati di questo lavoro possono portare ad un nuovo approccio al posizionamento TIPS, come la personalizzazione del diametro dello shunt nella fase di follow up sulla base delle valutazione effettuate con DCE-MRI e PC-MRI.
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Abstract
During the last years a lot of efforts have been produced to understand cirrhosis liver disease and one of its most common sign: the portal hypertension, i.e. the increase of the pressure in the portal vein.
TIPS (Transjugular Intrahepatic Portosystemic Shunt) procedure implies the positioning of an artificial channel that connects the portal vein with the liver outflow vein. Such shunts are known to be efficacious in reducing portal venous pressure and controlling complications, nonetheless they have been associated with significant problems such as poor shunt durability and increased encephalopathy.
The appearance on the market of new shunts with adjustable diameter triggered a new impulse for the development of diagnostic techniques able to forecast and monitor hepatic hemodynamic, possibly modifying shunt diameter on a patient specific basis for a better outcome.
From a hemodynamic point of view, addressing this issue is a high demanding challenge because of the double vascular inflow (arterial and venous inflow with different pattern in pressure and flow volume) and because of the compensatory system named HABR (hepatic arterial buffer response) that comes into play both in ordinary situation (e.g. after a meal) and in pathological diseases.
Actually, procedures able to measure the liver blood inflow are invasive and limited to the venous inflow such as the "thermodiluition catheter technique".
Non-invasive diagnostic techniques commonly in use for others body districts are now under investigation for the analysis of liver hemodynamic:
- Phase Contrast Magnetic Resonance Angiography (PC-MRI), a MR technique that allows a non invasive measurement of the flow in major vessels;
- Perfusion Dynamic Contrast Enhanced – MRI (DCE-MRI), a technique that tries to quantify the microcirculatory status of an organ by means of a 4D dynamic acquisition and a contrast agent gadolinium based injection. To process liver perfusion DCE-MRI data, several models have been proposed, differing for the number of inflow vessels – typically one input (only portal flow) or two inputs (both portal and arterial flow) - or for the number of liver’s compartments, specifically one or two in “Mono Compartment” and “Dual Compartment” models respectively.
In this work, data were acquired with DCE-MRI and PC-MRI techniques in patient with cirrhosis disease immediately before and after TIPS implant.
From theory and experimental data it was possible to determine an uncertainty level for each output parameter.
The analysis of DCE-MRI data - processed with Dual Input Mono Compartment and Dual Input Dual Compartment models- showed that DCE-MRI is a robust technique able to measure liver perfusion parameters.
The comparison between PC-MRI data and invasive measurements of portal flow obtained with the thermodilution catheter technique made possible to quantify the MRI data uncertainty, promoting PC-MRI as a standard tool to measure flow also in structure like the liver being affected by cardiac and respiratory movements.
Thanks to the obtained results, the evaluation of changes in hepatic hemodynamic due to TIPS implant could be assessed. In particular, after TIPS implant, though portal flow increases, almost all of the his blood drains through the shunt and not in every case the hepatic artery is able to compensate for lack of venous supply; the Mean Transit Time (MTT), that is the time the blood remains in liver, increases, but according to the “Dual Input Dual Compartment model” the MTT of the vascular part decreases.
The results of this work can therefore lead to a new approach to TIPS implant, like diameter customization during a follow up based on the DCE-MRI and the PC-MRI datasets analysis.
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