Shear Wave Dispersion Imaging for the Characterization of Focal Liver Lesions – A Pilot study

Abstract

Purpose Shear wave dispersion imaging is a novel ultrasound-based technique, which analyzes the speed of different shear wave components depending on their frequency. The dispersion of shear wave speed correlates with the viscosity of the liver parenchyma. The aim of this prospective study was to evaluate the use of shear wave dispersion imaging in focal liver lesions in the non-cirrhotic liver.

Methods Patients with unclear focal liver lesions in B-mode ultrasound were prospectively assigned to shear wave dispersion imaging (m/s/kHz). Measurements were conducted within the lesion and in the liver parenchyma of the right liver lobe using an intercostal window. Histology and contrast-enhanced ultrasound served as the reference for the characterization of the lesions.

Results Out of 46 patients included in this study, 24 had liver metastases and 22 had benign liver lesions. Benign lesions consisted mostly of hemangiomas (n=12) and focal nodular hyperplasia (n=8). Malignant lesions showed significantly lower shear wave dispersion (13.0±2.45 m/s/kHz) compared to benign tumors (15.2±2.74 m/s/kHz, p<0.01). In further subgroup analysis, the difference was significant for hemangiomas (15.32±2.42 m/s/kHz, p=0.04) but not for FNHs (14.98±3.36 m/s/kHz, p=0.38). The dispersion of reference liver parenchyma did not differ significantly between the groups (p=0.54).

Conclusion The quantification of viscosity by shear wave dispersion is a new parameter for the characterization of focal liver lesions with higher dispersion values in hemangiomas and lower dispersion values in metastases. However, it cannot differentiate reliably between benign and malignant lesions.

Zusammenfassung

Hintergrund Die Scherwellendispersion ist ein neues ultraschallbasiertes Verfahren, welches die Geschwindigkeit verschiedener Scherwellenanteile in Abhängigkeit ihrer Frequenz misst. Diese Dispersion der Scherwellen korreliert mit der Viskosität des Leberparenchyms. Ziel dieser prospektiven Studie war es, die Anwendung von Scherwellendispersion in fokalen Leberläsionen in der nichtzirrhotischen Leber zu untersuchen.

Methoden Patienten mit fokalen Leberläsionen wurden prospektiv mit Scherwellendispersion (m/s/kHz) untersucht. Die Messungen wurden in der Läsion und im Parenchym des rechten Leberlappens mit interkostalem Zugang durchgeführt. Die Einordnung der Leberläsionen erfolgte mittels Kontrastmittelsonografie oder Histologie.

Ergebnisse Von insgesamt 46 eingeschlossenen Patienten hatten 24 Lebermetastasen und 22 gutartige Läsionen. Benigne Veränderungen waren vor allem Hämangiome (n=12) und fokale noduläre Hyperplasien (n=8). Metastasen zeigten eine signifikant niedrigere Dispersion (13,0±2,45m/s/kHz) als gutartige Leberläsionen (15,2±2,74m/s/kHz; p<0,01). In der Subgruppenanalyse war nur der Unterschied zu Hämangiomen signifikant (15,32±2,42m/s/kHz; p=0,04), nicht aber zu FNH (14,98±3,36m/s/kHz; p=0,38). Die Messwerte des Leberparenchyms zwischen den einzelnen Gruppen waren nicht signifikant unterschiedlich (p=0,54).

Schlussfolgerung Die Bestimmung der Viskosität mit Scherwellendispersion ist ein neuer Parameter zur Charakterisierung fokaler Leberläsionen mit höheren Werten in Hämangiomen und niedrigeren Werten in Metastasen. Er ermöglicht jedoch keine zuverlässige Unterscheidung zwischen benignen und malignen Läsionen.

Keywords

ultrasound - shear wave dispersion - shear wave elastography - focal liver lesion

Publikationsverlauf

Eingereicht: 06. Mai 2021

Angenommen nach Revision: 17. August 2021

Artikel online veröffentlicht:
06. Oktober 2021

• References

• 1 Sugimoto K, Moriyasu F, Oshiro H. et al. Viscoelasticity Measurement in Rat Livers Using Shear-Wave US Elastography. Ultrasound Med Biol 2018; 44: 2018-2024
• 2 Chen S, Urban MW, Pislaru C. et al. Liver elasticity and viscosity quantification using shearwave dispersion ultrasound vibrometry (SDUV). Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc 2009; 2009: 2252-2255
• 3 Chen S, Fatemi M, Greenleaf JF. Quantifying elasticity and viscosity from measurement of shear wave speed dispersion. J Acoust Soc Am 2004; 115: 2781-2785
• 4 Sugimoto K, Moriyasu F, Oshiro H. et al. The Role of Multiparametric US of the Liver for the Evaluation of Nonalcoholic Steatohepatitis. Radiology 2020; 296: 532-540
• 5 Lee DH, Cho EJ, Bae JS. et al. Accuracy of Two-Dimensional Shear Wave Elastography and Attenuation Imaging for Evaluation of Patients With Nonalcoholic Steatohepatitis. Clin Gastroenterol Hepatol 2020;
• 6 Dong Y, Qiu Y, Zhang Q. et al. Vorläufige klinische Erfahrung mit der Scherwellendispersionsbildgebung für die Leberviskosität bei der präoperativen Diagnose fokaler Leberläsionen. Z Gastroenterol 2020; 58: 847-854
• 7 Desmet VJ, Gerber M, Hoofnagle JH. et al. Classification of chronic hepatitis: diagnosis, grading and staging. Hepatology 1994; 19: 1513-1520
• 8 Ballestri S, Lonardo A, Romagnoli D. et al. Ultrasonographic fatty liver indicator, a novel score which rules out NASH and is correlated with metabolic parameters in NAFLD. Liver Int 2012; 32: 1242-1252
• 9 Dietrich CF, Nolsøe CP, Barr RG. et al. Guidelines and Good Clinical Practice Recommendations for Contrast-Enhanced Ultrasound (CEUS) in the Liver-Update 2020 WFUMB in Cooperation with EFSUMB, AFSUMB, AIUM, and FLAUS. Ultrasound Med Biol 2020; 46: 2579-2604
• 10 Dietrich CF, Bamber J, Berzigotti A. et al. EFSUMB-Leitlinien und Empfehlungen zur klinischen Anwendung der Leberelastographie, Update 2017 (Langversion). Ultraschall in Med 2017; 38: e16-e47
• 11 Fang C, Lim A, Sidhu PS. Ultrasound-based liver elastography in the assessment of fibrosis. Clin Radiol 2020; 75: 822-831
• 12 Conti CB, Cavalcoli F, Fraquelli M. et al. Ultrasound elastographic techniques in focal liver lesions. World J Gastroenterol 2016; 22: 2647-2656
• 13 Strobel D, Seitz K, Blank W. et al. Contrast-enhanced ultrasound for the characterization of focal liver lesions--diagnostic accuracy in clinical practice (DEGUM multicenter trial). Ultraschall in Med 2008; 29: 499-505
• 14 Piscaglia F, Bolondi L. The safety of Sonovue in abdominal applications: retrospective analysis of 23188 investigations. Ultrasound Med Biol 2006; 32: 1369-1375
• 15 Park HS, Kim YJ, Yu MH. et al. Shear Wave Elastography of Focal Liver Lesion: Intraobserver Reproducibility and Elasticity Characterization. Ultrasound Q 2015; 31: 262-271
• 16 Guibal A, Boularan C, Bruce M. et al. Evaluation of shearwave elastography for the characterisation of focal liver lesions on ultrasound. Eur Radiol 2013; 23: 1138-1149
• 17 Ronot M, Di Renzo S, Gregoli B. et al. Characterization of fortuitously discovered focal liver lesions: additional information provided by shearwave elastography. Eur Radiol 2015; 25: 346-358
• 18 Tian W-S, Lin M-X, Zhou L-Y. et al. Maximum Value Measured by 2-D Shear Wave Elastography Helps in Differentiating Malignancy from Benign Focal Liver Lesions. Ultrasound Med Biol 2016; 42: 2156-2166
• 19 Torbenson MS. Hamartomas and malformations of the liver. Semin Diagn Pathol 2019; 36: 39-47
• 20 Shen Y, Wang X, Lu J. et al. Reduction of Liver Metastasis Stiffness Improves Response to Bevacizumab in Metastatic Colorectal Cancer. Cancer Cell 2020; (37) 800-817.e7