使用超声成像的对比增强次谐波辅助压力估计 （SHAPE），重点是识别门静脉高压症
2020年12月5日
通过人类慢性肝病患者的例子描述了利用注入对比微泡的次谐波超声成像（经过适当校准）无创估计环境压力的方案。
该技术设计用于非侵入性测量体内压力。它特别适用于监测心脏压力、监测癌症治疗，以及在这个特定项目中测量肝脏压力。要制备超声造影剂，请从化疗针的注射器端口取下保护帽，并使用化疗针刺穿药物三个小瓶中的第一个小瓶的塞子。
向样品瓶中加入 2 毫升无菌水，并立即摇动样品瓶 1 分钟。获得均质产品后，将产品抽出到注射器中。重组的超声造影剂含有浓度为每毫升 8 微升的微泡。
以相同的方式对其他两个小瓶重复重构后，使用盐水填充连接管并将管连接到三通旋塞阀。将旋塞阀连接到通向套管的延长管上，并将注射器直接连接到旋塞阀。然后将注射器安装在与患者相同或低于患者的注射泵上。
要获取一组初始超声图像，请启动超声扫描仪并选择 C1-6-D 曲线探头。在扫描仪上选择腹部预设。使用肋下入路和曲线阵列在同一成像平面和相似深度上获取门静脉和肝静脉的灰度图像。
根据良好的临床实践优化图像，注意选择远离下腔静脉的肝静脉区域，以避免逆行血流的影响。初始超声成像后，打开旋塞阀，以每小时 120 毫升的速度注入盐水溶液，同时以每分钟每公斤体重 0.024 微升的速度混合注入造影剂。要在双显示模式下激活次谐波成像，请使用次谐波对比度触摸面板按钮激活对比度模式。
在旋转控制器上选择次谐波成像幅度调制。以 2.5 兆赫兹的发射频率执行次谐波成像，并获取 1.25 兆赫兹的接收信号。确认门静脉和肝静脉的通畅性以及微泡的存在，从输注开始可能需要一到两分钟。
在触摸面板上选择时间强度曲线分析，然后按 F6 和 K 补偿不同的深度和衰减，以激活 SHAPE 自动优化代码以优化 SHAPE 成像。SHAPE 优化算法将获取每个声学输出电平的次谐波数据。数据采集完成后，在造影剂样品窗口中的门静脉上定位感兴趣的区域。
将区域内的平均次谐波数据绘制为声学输出的函数，并将 Logistic 曲线拟合到数据。然后选择此曲线的拐点作为优化功率，因为这已被证明是 SHAPE 灵敏度最高的点。将声学输出功率调整到拐点值，以最大限度地提高 SHAPE 的灵敏度，并在注入 UCA 悬浮液期间以 5 到 15 秒的分段从微气泡中获取次谐波数据。
在影像学检查诊断肝脏门静脉高压症时，关键是在同一深度观察门静脉和肝静脉，以尽量减少衰减的影响。在 UCA 诱导的平衡增强后，应激活优化算法，并在门静脉中选择感兴趣区域以生成次谐波振幅和输出功率选择曲线。在这些来自有临床意义的门静脉高压症和无临床意义的门静脉患者的 SHAPE 图像中，主要的视觉差异是高血压患者肝静脉中存在的明显次谐波信号，而无高血压患者则不存在。
请注意，一些患者出现门静脉高压症的临床和实验室体征，但 HVPG 值正常或为零。这可归因于许多解剖学和/或血管变异，导致 SHAPE 诊断不正确。这种技术是无创、安全且准确的。
它允许获取相对和绝对压力估计值，这是目前其他成像技术无法做到的。
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概述
本文介绍了一种使用对比微泡亚谐波超声成像进行非侵入性压力估计的协议。该技术特别适用于监测肝脏、心脏和癌症治疗过程中的压力。
关键研究组成部分
科学领域
- 非侵入性成像技术
- 超声技术
- 医学诊断
背景
- 亚谐波超声成像是一种新颖的压力测量方法。
- 微泡在超声成像中作为对比剂。
- 该方法允许实时监测内部压力。
- 它在多个医学领域有应用，包括心脏病学和肿瘤学。
研究目的
- 开发一种非侵入性的环境压力估计方法。
- 增强慢性肝病患者的监测能力。
- 提供可在临床环境中复制的协议。
使用的方法
- 通过重组微泡来制备超声对比剂。
- 对成像系统进行校准以获得准确的压力读数。
- 在人类患者中应用该技术。
- 监测各个器官（特别是肝脏）的压力。
主要结果
- 成功获得了非侵入性压力测量。
- 该方法在临床应用中表现出可靠性。
- 增强了对慢性肝病压力动态的理解。
- 在其他医疗条件中有广泛应用的潜力。
结论
- 该协议为非侵入性压力估计提供了一个有价值的工具。
- 它可以改善患者监测和治疗结果。
- 进一步的研究可能扩大其在不同医学领域的应用。
常见问题
Executive Industry Relevance
Noninvasive, quantitative pressure estimation using subharmonic ultrasound imaging with microbubble contrast agents addresses a critical gap in translational research and preclinical model validation. SHAPE enables real-time, reproducible measurement of vascular pressures, supporting mechanistic de-risking and predictive confidence in disease-relevant systems such as portal hypertension. This capability enhances early discovery, target validation, and risk-adjusted portfolio advancement in biopharma R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct interrogation of hemodynamic hypotheses in disease models.
- Supports functional target validation by quantifying pressure changes in response to interventions.
- Facilitates mechanistic de-risking by providing quantitative, noninvasive readouts.
- Improves predictive confidence for vascular and hepatic disease targets.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, quantitative pressure measurements for assay development.
- Enables reproducible evaluation of compound effects on vascular pressures.
- Supports scalability and platform reuse across multiple preclinical models.
- Delivers reliable, real-time outputs for screening candidate interventions.
Translational & Preclinical Research
- Aligns pressure measurements with disease-relevant biomarkers in preclinical models.
- Ensures continuity from discovery through preclinical validation for vascular indications.
- Supports risk-adjusted advancement decisions based on quantitative endpoints.
- Provides mechanistic insight into intervention effects on portal hypertension.
Pipeline & Workflow Integration
SHAPE integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis testing, quantitative readouts, and standardized analytics for vascular pressure endpoints.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven interrogation of vascular mechanisms and pressure modulation.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative pressure outputs for compound evaluation.
- Analytics: Provides subharmonic amplitude measurements and logistic curve-based optimization for robust data comparison.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical validation with disease-relevant pressure biomarkers.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, noninvasive platform for pressure estimation across multiple disease models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in vascular target validation.
- Operational Value: Standardizes pressure measurement workflows and enhances reproducibility.
- Strategic Value: Enables better go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of vascular and hepatic programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in ultrasound imaging and contrast agent handling.
- Needs access to subharmonic-capable ultrasound systems and analytical software.
- Demands cross-team standardization of imaging protocols and data analysis.
- May require adaptation for different anatomical sites or disease models.
- Diagnostic accuracy can be affected by anatomical or vascular variations in some subjects.
