利用超声成像的增强谐波辅助压力估测（SHAPE）技术在门静脉高压识别中的应用

摘要

本文描述了一种利用输注的对比微泡的次谐波超声成像（在适当校准后）无创估算环境压力的方案，并提供了来自患有慢性肝病的人类患者的实例。

摘要

无创、准确测量人体内部压力一直是重要但难以实现的临床目标。超声成像用对比剂是充满气体、具有包膜的微泡（直径<10 μm），可流经整个血管系统，并使信号增强高达30 dB。这些微泡还会产生从次谐波（发射频率的一半）到高次谐波频率范围内的非线性振荡。次谐波振幅与周围静水压呈反向线性关系。本文介绍一种能够实时进行次谐波辅助压力估测（SHAPE）的超声系统。在输注超声对比剂期间，启动用于优化声学输出的算法。完成校准后，微泡的次谐波信号（即SHAPE）对压力变化具有最高敏感性，可用于无创地定量压力。本文重点阐述SHAPE技术在识别肝脏门静脉高压中的应用价值，但该技术适用于多种临床场景。

引言

目前，多种不同的超声造影剂（UCAs）已在全球范围内获批用于心脏病学（特别是左心室显影）和放射学（特别是成人及儿童肝脏病灶表征）的临床应用。¹ 通过静脉注射包裹脂质或蛋白外壳的充气微泡（直径<10 μm）作为超声造影剂，可穿越整个血管系统，并使超声信号增强高达30 dB，从而提高超声成像的敏感性和特异性。¹ 这些超声造影剂不仅能增强背向散射的超声信号，而且在足够高的声压（>200 kPa）下，还可表现为非线性振荡器。因此，在接收的回波中将产生显著的非线性信号成分，其频率范围涵盖次谐波、谐波至超谐波。^1,2 这些非线性信号成分可通过特定技术（例如脉冲反转法）从组织信号及线性微泡回波中分离出来，并用于构建针对造影剂的特异性成像模式，如次谐波成像（SHI），该模式在发射频率的一半进行接收（即在f₀/2）。³ 本课题组在人体临床试验中已证实，次谐波成像能够检测与多种 肿瘤和组织相关的新生血管及微动脉中的血流。^4,5,

方案

托马斯·杰斐逊大学和宾夕法尼亚大学医院的机构审查委员会均已批准本方案。本方案符合《健康保险可携性和责任法案》的要求。美国食品药品监督管理局（FDA）已为本方案签发了研究性新药批准（IND # 124,465，授予 F. Forsberg）。本研究中使用的超声造影剂（UCA）由通用电气医疗集团（挪威奥斯陆）提供（Sonazoid；表1）。Sonazoid 尚未获得 FDA 批准在美国用于任何临床用途，因此必须申请 IND。其他已获 FDA 批准的超声造影剂¹，若治疗医师认为其可能具有临床应用价值，可酌情超说明书使用。

注意：完整方案和统计分析计划可在 https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02489045 获取。试验注册编号：NCT # 02489045。

1. 受试者准备

1. 评估受试者已知的药物过敏史或不耐受情况，特别是对正在使用的造影剂（UCA）是否存在已知过敏反应。
2. 排除患有不稳定心肺状况或总体医学状况不稳定的受试者。
3. 将受试者平卧置于担架上。
4. 在受试者左臂或右臂的静脉中置入18至22号套管针，用于注射造影剂（UCA）。
5. 确保医院内可及时提供急救服务（例如急救车）。
   注意：造影剂（U....

结果

与所有超声成像检查一样，进行肝脏SHAPE检查时首先需要获取目标区域尽可能清晰的基线灰阶图像，并通过多普勒成像确认是否存在肝内门静脉分流或其他血管异常。在用于诊断门静脉高压的肝脏成像中，关键是同时显示同一深度的门静脉和肝静脉，以尽量减少衰减的影响（图1）。

尽管UCA浓度在SHAPE操作中不被视为关键因素^10,23，但仍建议输注UCA以尽量减少所有变异来源。应根据制造商的具体说明对UCA进行重构并输注（建议通过20或22号针头²⁴）。当达到平衡增强状态后，应启动优化算法并选择门静脉内的感兴趣区域（ROI），从而生成如图2所示的曲线。在选定最佳声学输出功率后，即可采集经校准的SHI数据（即SHAPE）。

伴有和不伴有临床显著性门静脉高压（CSPH）.......

讨论

无创且准确地测量人体内部压力一直是重要但难以实现的临床目标。本文介绍的SHAPE测量方案实现了这一目标。SHAPE操作中最关键的部分是优化算法，因为若次谐波数据未在最佳声功率输出条件下获取，则其与静水压的相关性将显著降低。^17,22,23 在Logiq 9扫描仪上实现的该软件初始版本，常在S形曲线导数中显示多个峰值（参见图2B），使得正确选择输出功率变得困难。^13,14 然而，随着Logiq E10扫描仪上运动校正技术的改进，这一问题已得到一定程度的缓解。²³ 此外，当前实现的SHAPE算法仍存在约10%的失败率，表现为次谐波信噪比过低，无法计算出可靠的压力量值。^1.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
2 mL 注射器	Becton Dickinson	309637	用于 Sonazoid 的重悬
10 mL 生理盐水注射器	Becton Dickinson	306545	用于冲管以确认静脉通路通畅
500 mL 生理盐水袋	Baxter Healthcare Corp	2131323	用于与 Sonazoid 共同输注
C1-6-D 曲阵探头	GE Healthcare	H40472LT	用于肝脏成像
Chemoprotect Spike	Codan USA	C355	用于 Sonazoid 重悬的化疗穿刺装置
Discofix C Blue	B. Braun Medical Inc	16494C	三通阀
Intrafix Safeset 180 cm	B. Braun Medical Inc	4063000	输液管路
Logiq E10 超声扫描仪	GE Healthcare	H4928US	用于常规超声成像以及 SHI 和 SHAPE 成像
Luer 锁扣 10 mL 注射器	Becton Dickinson	300912	用于 Sonazoid 的输注
Medfusion 3500 注射泵	Smiths Medical	3500-500	用于以 0.18 mL/kg/h 的速率输注 Sonazoid
Perfusor-leitung 管路 150 mm	B. Braun Medical Inc	8722960	延长管，用于将注射器连接至患者的静脉通路
SHI/SHAPE 软件	GE Healthcare	H4920CI	特异性对比成像软件
Sigma Spectrum 输注系统	Baxter Healthcare Corp	35700BAX	用于以 120 mL/h 的速率共输注生理盐水的泵
Sonazoid	GE Healthcare		基于气体微泡的超声对比剂
无菌水，2 mL	B. Braun Medical Inc		用于 Sonazoid 的重悬
超声耦合剂	Cardinal Health	USG-250BT	用于探头与患者之间的接触
Venflon 静脉留置针 22GA	Becton Dickinson	393202	用于建立静脉通路的套管针