Portal Hipertansiyonu Tanımlamaya Odaklanan Ultrason Görüntüleme Kullanarak Kontrastlı Subharmonik Yardımlı Basınç Tahmini (SHAPE)
Summary
İnfüze edilen kontrast mikrokabarcıkların subharmonik ultrason görüntülemesini kullanarak ortam basınçlarını invaziv olmayan bir şekilde tahmin etmek için bir protokol (uygun kalibrasyonu takiben), kronik karaciğer hastalığı olan insan hastalardan örneklerle açıklanmaktadır.
Abstract
İnsan vücudundaki basınçların invaziv olmayan, doğru ölçümü uzun zamandır önemli ancak zor bir klinik hedef olmuştur. Ultrason görüntüleme için kontrast maddeler, tüm vaskülatürü geçen ve sinyalleri 30 dB’ye kadar artıran gaz dolu, kapsüllenmiş mikrokabarcıklardır (çap < 10 μm). Bu mikrokabarcıklar ayrıca alt harmonikten (iletim frekansının yarısı) daha yüksek harmoniklere kadar değişen frekanslarda doğrusal olmayan salınımlar üretir. Subharmonik genlik, ortam hidrostatik basıncı ile ters doğrusal bir ilişkiye sahiptir. Burada gerçek zamanlı, subharmonik yardımlı basınç tahmini (SHAPE) yapabilen bir ultrason sistemi sunulmaktadır. Ultrason kontrast madde infüzyonu sırasında, akustik çıkışları optimize etmek için bir algoritma aktive edilir. Bu kalibrasyonu takiben, subharmonik mikrokabarcık sinyalleri (yani, SHAPE) basınç değişikliklerine karşı en yüksek duyarlılığa sahiptir ve basıncı invaziv olmayan bir şekilde ölçmek için kullanılabilir. Karaciğerde portal hipertansiyonu tanımlamak için SHAPE prosedürünün faydası burada vurgulanmaktadır, ancak tekniğin birçok klinik senaryoda uygulanabilirliği vardır.
Introduction
Tüm dünyada kardiyolojide (özellikle sol ventrikül opaklaşması) ve radyolojide (özellikle yetişkin ve pediatrik karaciğer lezyonu karakterizasyonunda) klinik kullanım için bir dizi farklı ultrason kontrast maddesi (UCA) onaylanmıştır. 1 Ultrason görüntülemenin duyarlılığı ve özgüllüğü, tüm vaskülatürü geçen ve sinyalleri 30 dB’ye kadar artıran UCA’lar olarak bir lipit veya protein kabuğu tarafından kapsüllenen gaz dolu mikrokabarcıkların (çap < 10 μm) intravenöz (IV) enjeksiyonu ile iyileştirilebilir. 1 Bu UCA’lar sadece geri saçılmış ultrason sinyallerini arttırmakla kalmaz, aynı zamanda yeterli akustik basınçlarda (> 200 kPa) doğrusal olmayan osilatörler olarak da işlev görürler. Bu nedenle, alınan yankılarda subharmonik ve harmonikten ultraharmonik frekanslara kadar değişen önemli enerji bileşenleri üretilecektir. 1,2 Bu doğrusal olmayan sinyal bileşenleri, doku ve doğrusal kabarcık yankılarından (örneğin, nabız ters çevirme kullanılarak) çıkarılabilir ve iletim frekansının yarısında (yani, f 0/2’de) alan subharmonik görüntüleme (SHI) gibi kontrasta özgü görüntüleme modaliteleri oluşturmak için kullanılabilir. 3 Grubumuz, insan klinik çalışmalarında, SHI’nin çeşitli tümör ve dokularla ilişkili neodamarlarda ve arteriollerde kan akışını tespit edebildiğini göstermiştir. 4,5,6,7,8,9
UCA’ların vasküler izleyiciler olarak değil, subharmonik kontrast kabarcık genlik varyasyonlarını izleyerek dolaşım sisteminde noninvaziv basınç tahmini için sensörler olarak kullanılmasını savunduk. 10 Subharmonik destekli basınç tahmini (SHAPE) olarak adlandırılan bu yenilikçi teknik, Tablo 1’de özetlendiği gibi çoğu ticari UCA in vitro (r2 > 0.90) için ölçülen subharmonik sinyallerin genliği ile hidrostatik basınç (186 mmHg’ye kadar) arasındaki ters doğrusal korelasyona dayanır. 10,11 Bununla birlikte, tüm UCA’ların bu davranışı sergilemediğine dikkat edilmelidir. En önemlisi, UCA SonoVue’dan (ABD’de Lumason olarak bilinir) gelen subharmonik sinyallerin başlangıçta hidrostatik basınç artışlarıyla yükseldiği, ardından bir plato ve azalan bir faz izlediği gösterilmiştir. 12 Bununla birlikte, SHAPE, kalpte ve kardiyovasküler sistem boyunca basınç gradyanlarının yanı sıra tümörlerde interstisyel sıvı basıncının invaziv olmayan bir şekilde elde edilmesine izin verme imkanı sunmaktadır. 13,14,15,16,17 Son zamanlarda, ticari bir ultrason tarayıcısında SHAPE algoritmasının gerçek zamanlı bir versiyonunu uyguladık ve SHAPE’in hastaların sol ve sağ ventriküllerinde 3 mmHg’den daha az hatalarla in vivo basınç tahminleri sağlayabileceğine dair kavram kanıtı sağladık. 16,17
Bugüne kadar SHAPE ile ilgili en fazla deneyim, portal hipertansiyonun 220’den fazla deneğin kayıtlı olduğu ve ilk bulguların çok merkezli bir çalışmada doğrulandığı bir teşhis olmuştur. 13,14 Portal hipertansiyon, portal ven ile hepatik venler veya inferior vena kava arasındaki basınç gradyanının 5 mmHg’yi aşması olarak tanımlanırken, klinik olarak anlamlı portal hipertansiyon (CSPH) bir gradyan veya eşdeğeri, bir hepatik venöz basınç gradyanı (HVPG) ≥ 10 mmHg gerektirir. 18 CSPH, gastroözofageal varis, asit, hepatik dekompansasyon, postoperatif dekompansasyon ve hepatosellüler karsinom riskinde artış ile ilişkilidir. 18,19 Asit gelişen hastalarda %50 üç yıllık mortalite ve asit sıvısının spontan enfeksiyonu gelişenlerde %70 oranında bir yıllık mortalite vardır. Sirozlu hastalarda yıllık% 5-10 gastroözofageal varis oluşumu insidansı ve yıllık% 4-15 kanama insidansı vardır; Her kanama atağı% 20’ye kadar ölüm riski taşır. 18,19
Bu makalede, hastaların karaciğerinde portal hipertansiyonun tanımlanmasına vurgu yapılarak, ticari olarak temin edilebilen ekipman ve UCA’lar kullanılarak bir SHAPE çalışmasının nasıl yürütüleceği açıklanmaktadır. Basınç değişimlerini tahmin etmede en yüksek hassasiyeti elde etmek için gereken kritik kalibrasyon prosedürü ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
İnsan vücudundaki basınçların invaziv olmayan, doğru ölçümü uzun zamandır önemli ancak zor bir klinik hedef olmuştur. Burada sunulan SHAPE ölçümleri protokolü bu amaca ulaşmaktadır. SHAPE prosedürünün en kritik bileşeni optimizasyon algoritmasıdır, çünkü optimum akustik güç çıkışında elde edilmeyen subharmonik veriler hidrostatik basınçlarla zayıf bir şekilde ilişkili olacaktır. 17,22,23 Logiq 9 tarayıcıda uygulanan bu yazılımın ilk sürümü, S-eğri…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma kısmen W81XWH-08-1-0503 ve W81XWH-12-1-0066 altındaki ABD Ordusu Tıbbi Araştırma Malzemesi Komutanlığı, 0655441U ve 15SDG25740015 sayılı AHA hibelerinin yanı sıra NIH R21 HL081892, R21 HL130899, R21 HL089175, RC1 DK087365, R01 DK098526, R01 DK118964, R01 CA140338, R01 CA234428, Lantheus Medical Imaging ve GE Healthcare, Oslo, Norveç tarafından desteklenmektedir.
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 |
Referências
- Lyshchik, A. . Fundamentals of CEUS. , (2019).
- Leighton, T. G. . The Acoustic Bubble. , (1994).
- Forsberg, F., Shi, W. T., Goldberg, B. B. Subharmonic imaging of contrast agents. Ultrasonics. 38 (1-8), 93-98 (2000).
- Forsberg, F., Piccoli, C. W., Merton, D. A., Palazzo, J. P., Hall, A. L. Breast lesions: imaging with contrast-enhanced subharmonic US – initial experience. Radiology. 244 (3), 718-726 (2007).
- Sridharan, A., et al. Characterizing breast lesions using quantitative parametric 3D subharmonic imaging: a multi-center study. Academic Radiology. 27 (8), 1065-1074 (2020).
- Forsberg, F., et al. Subharmonic and endoscopic contrast imaging of pancreatic masses: a pilot study. Journal of Ultrasound in Medicine. 37 (1), 123-129 (2018).
- Delaney, L. J., et al. Characterization of adnexal masses using contrast-enhanced subharmonic imaging: a pilot study. Journal of Ultrasound in Medicine. 39 (5), 977-985 (2020).
- Eisenbrey, J. R., et al. Contrast-enhanced subharmonic and harmonic ultrasound of renal masses undergoing percutaneous cryoablation. Academic Radiology. 22 (7), 820-826 (2015).
- Gupta, I., et al. Transrectal subharmonic ultrasound imaging for prostate cancer detection. Urology. 138 (4), 106-112 (2020).
- Shi, W. T., Forsberg, F., Raichlen, J. S., Needleman, L., Goldberg, B. B. Pressure dependence of subharmonic signals from contrast microbubbles. Ultrasound in Medicine and Biology. 25 (2), 275-283 (1999).
- Halldorsdottir, V. G., et al. Subharmonic contrast microbubble signals for noninvasive pressure estimation under static and dynamic flow conditions. Ultrasonic Imaging. 33 (3), 153-164 (2011).
- Nio, A. Q. X., et al. Optimal control of SonoVue microbubbles to estimate hydrostatic pressure. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 67 (3), 557-567 (2020).
- Eisenbrey, J. R., et al. Chronic liver disease: noninvasive subharmonic aided pressure estimation of hepatic venous pressure gradient. Radiology. 268 (2), 581-588 (2013).
- Gupta, I., et al. Diagnosing portal hypertension with noninvasive subharmonic pressure estimates from an ultrasound contrast agent. Radiology. , (2020).
- Nam, K., et al. Monitoring neoadjuvant chemotherapy for breast cancer by using three-dimensional subharmonic aided pressure estimation and imaging with US contrast agents: preliminary experience. Radiology. 285 (1), 53-62 (2017).
- Dave, J. K., et al. Non-invasive intra-cardiac pressure measurements using subharmonic-aided pressure estimation: proof of concept in humans. Ultrasound in Medicine and Biology. 43 (11), 2718-2724 (2017).
- Esposito, C., Dickie, K., Forsberg, F., Dave, J. K. Developing an interface and investigating optimal parameters for real-time intra-cardiac subharmonic aided pressure estimation. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. , (2020).
- Bosch, J., Groszmann, R. J., Shah, V. H. Evolution in the understanding of the pathophysiological basis of portal hypertension: How changes in paradigm are leading to successful new treatments. Journal of Hepatology. 62, 121-130 (2015).
- Procopet, B., Berzigotti, A. Diagnosis of cirrhosis and portal hypertension: imaging, non-invasive markers of fibrosis and liver biopsy. Gastroenterology Report. 5 (2), 79-89 (2017).
- Dietrich, C. F., 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 in Medicine and Biology. , (2020).
- Gupta, I., et al. Effect of pulse shaping on subharmonic aided pressure estimation in vitro and in vivo. Journal of Ultrasound in Medicine. 36 (1), 3-11 (2017).
- Dave, J. K., et al. On the implementation of an automated acoustic output optimization algorithm for subharmonic aided pressure estimation. Ultrasonics. 53 (4), 880-888 (2013).
- Gupta, I., Eisenbrey, J. R., Machado, P., Stanczak, M., Wallace, K., Forsberg, F. On factors impacting subharmonic- aided pressure estimation (SHAPE). Ultrasonic Imaging. 41 (1), 35-48 (2019).
- Eisenbrey, J. R., Daecher, A., Kramer, M. R., Forsberg, F. Effects of needle and catheter size on commercially available ultrasound contrast agents. Journal of Ultrasound in Medicine. 34 (11), 1961-1968 (2015).
