Estimation de la pression assistée par sous-harmonique améliorée par contraste (SHAPE) à l’aide de l’imagerie par ultrasons en mettant l’accent sur l’identification de l’hypertension portale
Summary
Un protocole d’estimation non invasive des pressions ambiantes utilisant l’imagerie par ultrasons subharmoniques de microbulles de contraste perfusées (après un étalonnage approprié) est décrit avec des exemples de patients humains atteints d’une maladie hépatique chronique.
Abstract
La mesure non invasive et précise des pressions dans le corps humain est depuis longtemps un objectif clinique important mais insaisissable. Les agents de contraste pour l’imagerie par ultrasons sont des microbulles encapsulées remplies de gaz (diamètre < 10 μm) qui traversent tout le système vasculaire et augmentent les signaux jusqu’à 30 dB. Ces microbulles produisent également des oscillations non linéaires à des fréquences allant de la sous-harmonique (la moitié de la fréquence d’émission) aux harmoniques supérieures. L’amplitude sous-harmonique a une relation linéaire inverse avec la pression hydrostatique ambiante. Ici, un système à ultrasons capable d’effectuer une estimation de pression assistée par subharmonique (SHAPE) en temps réel est présenté. Lors de la perfusion d’agent de contraste par ultrasons, un algorithme d’optimisation des sorties acoustiques est activé. Après cet étalonnage, les signaux de microbulles subharmoniques (c.-à-d. SHAPE) ont la plus grande sensibilité aux changements de pression et peuvent être utilisés pour quantifier la pression de manière non invasive. L’utilité de la procédure SHAPE pour identifier l’hypertension portale dans le foie est l’accent mis ici, mais la technique a une applicabilité dans de nombreux scénarios cliniques.
Introduction
Un certain nombre d’agents de contraste échographiques (UCA) différents sont approuvés pour une utilisation clinique en cardiologie (en particulier l’opacification ventriculaire gauche) et en radiologie (en particulier la caractérisation des lésions hépatiques chez l’adulte et l’enfant) à travers le monde. 1 La sensibilité et la spécificité de l’imagerie par ultrasons peuvent être améliorées par injection intraveineuse (IV) de microbulles remplies de gaz (diamètre < 10 μm) encapsulées par une enveloppe lipidique ou protéique sous forme d’UCA qui traversent tout le système vasculaire et augmentent les signaux jusqu’à 30 dB. 1 Ces UCA améliorent non seulement les signaux ultrasonores rétrodiffusés, mais à des pressions acoustiques suffisantes (> 200 kPa), ils agissent également comme des oscillateurs non linéaires. Par conséquent, des composants énergétiques importants seront produits dans les échos reçus allant des fréquences subharmoniques et harmoniques aux fréquences ultraharmoniques. 1,2 Ces composants de signal non linéaires peuvent être extraits des échos tissulaires et linéaires des bulles (par exemple, en utilisant l’inversion d’impulsion) et utilisés pour créer des modalités d’imagerie spécifiques au contraste telles que l’imagerie subharmonique (SHI), qui reçoit à la moitié de la fréquence d’émission (c’est-à-dire à f 0/2). 3 Notre groupe a démontré dans des essais cliniques humains que l’SHI peut détecter le flux sanguin dans les néovaisseaux et les artérioles associés à une variété de tumeurs et de tissus. 4,5,6,7,8,9
Nous avons préconisé l’utilisation des UCA non pas comme traceurs vasculaires, mais comme capteurs pour l’estimation non invasive de la pression dans le système circulatoire en surveillant les variations d’amplitude des bulles de contraste subharmoniques. 10 Cette technique novatrice, appelée estimation de pression assistée par sous-harmonique (SHAPE), repose sur la corrélation linéaire inverse entre l’amplitude des signaux sous-harmoniques et la pression hydrostatique (jusqu’à 186 mmHg) mesurée pour la plupart des UCA commerciales in vitro (r2 > 0,90), comme résumé dans le tableau 1. 10,11 Cependant, il convient de noter que ce ne sont pas toutes les UCA qui présentent ce comportement. Plus particulièrement, il a été démontré que les signaux subharmoniques de l’UCA SonoVue (connu sous le nom de Lumason aux États-Unis) augmentent initialement avec des augmentations de pression hydrostatique, suivies d’un plateau et d’une phase décroissante. 12 Néanmoins, SHAPE offre la possibilité d’obtenir de manière non invasive des gradients de pression dans le cœur et dans l’ensemble du système cardiovasculaire ainsi que la pression du liquide interstitiel dans les tumeurs. 13,14,15,16,17 Récemment, nous avons mis en œuvre une version en temps réel de l’algorithme SHAPE sur un échographe commercial et fourni une preuve de concept que SHAPE peut fournir des estimations de pression in vivo avec des erreurs inférieures à 3 mmHg dans les ventricules gauche et droit des patients. 16,17
La plus grande expérience avec SHAPE à ce jour a été pour le diagnostic de l’hypertension portale avec plus de 220 sujets recrutés et les résultats initiaux confirmés dans un essai multicentrique. 13,14 L’hypertension portale est définie comme une augmentation du gradient de pression entre la veine porte et les veines hépatiques ou la veine cave inférieure supérieure à 5 mmHg, tandis que l’hypertension portale cliniquement significative (CSPH) nécessite un gradient ou son équivalent, un gradient de pression veineuse hépatique (HVPG) ≥ 10 mmHg. 18 La CSPH est associée à un risque accru de varices gastro-œsophagiennes, d’ascite, de décompensation hépatique, de décompensation postopératoire et de carcinome hépatocellulaire. 18,19 Les patients qui développent une ascite ont une mortalité de 50% à trois ans et ceux qui développent une infection spontanée du liquide ascite ont une mortalité de 70% à un an. Les patients atteints de cirrhose ont une incidence annuelle de 5 à 10% de la formation de varices gastro-œsophagiennes et une incidence annuelle de saignement de 4 à 15%; Chaque épisode hémorragique comporte jusqu’à 20% de risque de décès. 18,19
Ce manuscrit décrit comment mener une étude SHAPE en utilisant des équipements disponibles dans le commerce et des UCA en mettant l’accent sur l’identification de l’hypertension portale dans le foie des patients. La procédure d’étalonnage critique requise pour obtenir la plus grande sensibilité à l’estimation des changements de pression est expliquée en détail.
Protocol
Representative Results
Discussion
La mesure non invasive et précise des pressions dans le corps humain est depuis longtemps un objectif clinique important mais insaisissable. Le protocole de mesure SHAPE présenté ici atteint cet objectif. L’élément le plus critique de la procédure SHAPE est l’algorithme d’optimisation, car les données sous-harmoniques non acquises à la puissance acoustique optimale seront mal corrélées avec les pressions hydrostatiques. 17,22,23 La version initiale de ce logiciel implémentée sur…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail est soutenu en partie par le U.S. Army Medical Research Material Command sous W81XWH-08-1-0503 et W81XWH-12-1-0066, par les subventions AHA no 0655441U et 15SDG25740015 ainsi que par NIH R21 HL081892, R21 HL130899, R21 HL089175, RC1 DK087365, R01 DK098526, R01 DK118964, R01 CA140338, R01 CA234428, par Lantheus Medical Imaging et par GE Healthcare, Oslo, Norvège.
Materials
| 2 mL syringe | Becton Dickinson | 309637 | Used for reconstituting Sonazoid |
| 10 mL saline-filled syringe | Becton Dickinson | 306545 | Used for flushing line to verify IV access |
| 500 mL saline bag | Baxter Healthcare Corp | 2131323 | Used for co-infusion with Sonazoid |
| C1-6-D curvi-linear proble | GE Healthcare | H40472LT | Used for liver imaging |
| Chemoprotect Spike | Codan USA | C355 | Chemospike used for reconstituting Sonazoid |
| Discofix C Blue | B. Braun Medical Inc | 16494C | 3-way stopcock |
| Intrafix Safeset 180 cm | B. Braun Medical Inc | 4063000 | Infusion tubing |
| Logiq E10 ultrasound scanner | GE Healthcare | H4928US | Used for conventional ultrasound imaging as well as for SHI and SHAPE |
| Luer lock 10 mL syringe | Becton Dickinson | 300912 | For infusion of Sonazoid |
| Medfusion 3500 syringe pump | Smiths Medical | 3500-500 | Used for infusing Sonazoid at 0.18 mL/kg/hour |
| Perfusor-leitung tubing 150 mm | B. Braun Medical Inc | 8722960 | Extension line enabling syringe connection to patient's IV access |
| SHI/SHAPE software | GE Healthcare | H4920CI | Contrast-specific imaging software |
| Sigma Spectrum infusion system | Baxter Healthcare Corp | 35700BAX | Pump used for co-infusing saline at 120 mL/hour |
| Sonazoid | GE Healthcare | Gas-filled microbubble based ultrasound contrast agent | |
| sterile water, 2 mL | B. Braun Medical Inc | Used for reconstituting Sonazoid | |
| ultrasound gel | Cardinal Health | USG-250BT | Used for contact between probe and patient |
| Venflon IV cannula 22GA | Becton Dickinson | 393202 | Cannula needle for obtaining IV access |
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