Summary
संक्रमित कंट्रास्ट माइक्रोबबल्स (उपयुक्त अंशांकन के बाद) के सबहारमोनिक अल्ट्रासाउंड इमेजिंग का उपयोग करके परिवेश के दबाव का गैर-आक्रामक रूप से आकलन करने के लिए एक प्रोटोकॉल को पुरानी यकृत रोग वाले मानव रोगियों के उदाहरणों के साथ वर्णित किया गया है।
Abstract
मानव शरीर के भीतर दबाव का गैर-संवेदनशील, सटीक माप लंबे समय से एक महत्वपूर्ण लेकिन मायावी नैदानिक लक्ष्य रहा है। अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के लिए कंट्रास्ट एजेंट गैस से भरे, एनकैप्सुलेटेड माइक्रोबबल (व्यास < 10 μm) हैं जो पूरे वाहिका को पार करते हैं और संकेतों को 30 डीबी तक बढ़ाते हैं। ये माइक्रोबबल सबहारमोनिक (संचारित आवृत्ति का आधा) से लेकर उच्च हार्मोनिक्स तक आवृत्तियों पर नॉनलाइनर दोलन भी उत्पन्न करते हैं। सबहारमोनिक आयाम का परिवेश हाइड्रोस्टेटिक दबाव के साथ एक उलटा रैखिक संबंध है। यहां एक अल्ट्रासाउंड प्रणाली जो वास्तविक समय, सबहारमोनिक एडेड प्रेशर एस्टीमेशन (शेप) करने में सक्षम है, प्रस्तुत की गई है। अल्ट्रासाउंड कंट्रास्ट एजेंट इन्फ्यूजन के दौरान, ध्वनिक आउटपुट को अनुकूलित करने के लिए एक एल्गोरिदम सक्रिय होता है। इस अंशांकन के बाद, सबहारमोनिक माइक्रोबबल सिग्नल (यानी, शेप) में दबाव परिवर्तनों के लिए उच्चतम संवेदनशीलता होती है और इसका उपयोग गैर-आक्रामक रूप से दबाव की मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। यकृत में पोर्टल उच्च रक्तचाप की पहचान करने के लिए शेप प्रक्रिया की उपयोगिता यहां जोर दिया गया है, लेकिन तकनीक में कई नैदानिक परिदृश्यों में प्रयोज्यता है।
Introduction
दुनिया भर में कार्डियोलॉजी (विशेष रूप से बाएं वेंट्रिकुलर ओपेसिफिकेशन) और रेडियोलॉजी (विशेष रूप से वयस्क और बाल चिकित्सा यकृत घाव लक्षण वर्णन) में नैदानिक उपयोग के लिए कई अलग-अलग अल्ट्रासाउंड कंट्रास्ट एजेंट (यूसीए) को मंजूरी दी जाती है। अल्ट्रासाउंड इमेजिंग की संवेदनशीलता और विशिष्टता को गैस से भरे माइक्रोबबल्स (व्यास < 10 μm) के अंतःशिरा (IV) इंजेक्शन द्वारा यूसीए के रूप में लिपिड या प्रोटीन शेल द्वारा समझाया जा सकता है जो पूरे वाहिका को पार करते हैं और संकेतों को 30 डीबी तक बढ़ाते हैं। ये यूसीए न केवल पीछे बिखरे अल्ट्रासाउंड संकेतों को बढ़ाते हैं, बल्कि पर्याप्त ध्वनिक दबाव (> 200 केपीए) पर वे नॉनलाइनर ऑसिलेटर के रूप में भी कार्य करते हैं। इसलिए, सबहारमोनिक और हार्मोनिक से अल्ट्राहारमोनिक आवृत्तियों तक प्राप्त प्रतिध्वनियों में महत्वपूर्ण ऊर्जा घटकों का उत्पादन किया जाएगा। 1,2 इन नॉनलाइनियर सिग्नल घटकों को ऊतक और रैखिक बुलबुला प्रतिध्वनियों (जैसे, पल्स व्युत्क्रम का उपयोग करके) से निकाला जा सकता है और इसका उपयोग सबहारमोनिक इमेजिंग (एसएचआई) जैसे कंट्रास्ट-विशिष्ट इमेजिंग तौर-तरीकों को बनाने के लिए किया जाता है, जो आधे संचरण आवृत्ति (यानी, एफ 0/2 पर) पर प्राप्त होता है। हमारे समूह ने मानव नैदानिक परीक्षणों में प्रदर्शित किया है कि एसएचआई विभिन्न प्रकार के ट्यूमर और ऊतकों से जुड़े नियोवेसल्स और धमनी में रक्त प्रवाह का पता लगा सकता है। 4,5,6,7,8,9
हमने यूसीए के उपयोग की वकालत संवहनी ट्रेसर के रूप में नहीं, बल्कि सबहारमोनिक कंट्रास्ट बबल आयाम भिन्नताओं की निगरानी करके संचार प्रणाली में गैर-आक्रामक दबाव आकलन के लिए सेंसर के रूप में की है। यह अभिनव तकनीक, जिसे सबहारमोनिक-एडेड प्रेशर एस्टीमेशन (शेप) कहा जाता है, सबहारमोनिक संकेतों के आयाम और हाइड्रोस्टेटिक दबाव (186 मिमीएचजी तक) के बीच व्युत्क्रम रैखिक सहसंबंध पर निर्भर करता है, जैसा कि तालिका 1 >में संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है। 10,11 हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सभी यूसीए इस व्यवहार का प्रदर्शन नहीं करते हैं। सबसे विशेष रूप से, यह दिखाया गया है कि यूसीए सोनोव्यू (यूएसए में लुमेसन के रूप में जाना जाता है) से सबहारमोनिक सिग्नल शुरू में हाइड्रोस्टेटिक दबाव में वृद्धि के साथ बढ़ते हैं, इसके बाद एक पठार और घटते चरण होते हैं। 12 बहरहाल, शेप हृदय में और पूरे कार्डियोवैस्कुलर सिस्टम में दबाव ग्रेडिएंट के साथ-साथ ट्यूमर में अंतरालीय द्रव दबाव को गैर-आक्रामक रूप से प्राप्त करने की संभावना प्रदान करता है। 13,14,15,16,17 हाल ही में, हमने एक वाणिज्यिक अल्ट्रासाउंड स्कैनर पर शेप एल्गोरिदम का एक वास्तविक समय संस्करण लागू किया और अवधारणा का प्रमाण प्रदान किया कि शेप रोगियों के बाएं और दाएं वेंट्रिकल में 3 मिमीएचजी से कम की त्रुटियों के साथ विवो दबाव अनुमानों में प्रदान कर सकता है। 16,17
शेप के साथ आज तक का सबसे अधिक अनुभव पोर्टल उच्च रक्तचाप के निदान के लिए रहा है, जिसमें 220 से अधिक विषयों को नामांकित किया गया है और एक बहु-केंद्र परीक्षण में प्रारंभिक निष्कर्षों की पुष्टि की गई है। 13,14 पोर्टल उच्च रक्तचाप को पोर्टल नस और यकृत नसों या अवर वेना कावा के बीच दबाव ढाल में वृद्धि के रूप में परिभाषित किया गया है जो 5 मिमीएचजी से अधिक है, जबकि नैदानिक रूप से महत्वपूर्ण पोर्टल उच्च रक्तचाप (सीएसपीएच) को 10 मिमीएचजी ≥ एक ढाल या इसके समकक्ष, यकृत शिरापरक दबाव ढाल (एचवीपीजी) की आवश्यकता होती है। 18 सीएसपीएच गैस्ट्रोओसोफेगल वैरिसेस, जलोदर, हेपेटिक डिकंपेनसेशन, पोस्ट-ऑपरेटिव डिकंपेनसेशन और हेपेटोसेलुलर कार्सिनोमा के बढ़ते जोखिम से जुड़ा हुआ है। जलोदर विकसित करने वाले रोगियों में 50% तीन साल की मृत्यु दर होती है और जो जलोदर द्रव के सहज संक्रमण का विकास करते हैं, उनमें 70% एक साल की मृत्यु दर होती है। सिरोसिस वाले रोगियों में गैस्ट्रोओसोफेगल वैरिकेल गठन की 5-10% वार्षिक घटनाएं होती हैं, और रक्तस्राव की 4-15% वार्षिक घटनाएं होती हैं; प्रत्येक रक्तस्राव एपिसोड में मृत्यु का 20% जोखिम होता है। 18,19
यह पांडुलिपि बताती है कि रोगियों के यकृत में पोर्टल उच्च रक्तचाप की पहचान करने पर जोर देने के साथ व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उपकरणों और यूसीए का उपयोग करके शेप अध्ययन कैसे किया जाए। दबाव परिवर्तनों का अनुमान लगाने के लिए उच्चतम संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण अंशांकन प्रक्रिया को विस्तार से समझाया गया है।
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Protocol
थॉमस जेफरसन विश्वविद्यालय और पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय के अस्पताल दोनों के संस्थागत समीक्षा बोर्डों ने इस प्रोटोकॉल को मंजूरी दी। प्रोटोकॉल स्वास्थ्य बीमा पोर्टेबिलिटी और जवाबदेही अधिनियम के अनुरूप है। संयुक्त राज्य खाद्य और औषधि प्रशासन (एफडीए) ने इस प्रोटोकॉल के लिए एक जांच नई दवा अनुमोदन (आईएनडी # 124,465 से एफ फोर्सबर्ग) जारी किया। जीई हेल्थकेयर (ओस्लो, नॉर्वे) ने इस शोध में उपयोग किए जाने वाले यूसीए प्रदान किए (सोनाज़ोइड; तालिका 1)। सोनाज़ॉयड को संयुक्त राज्य अमेरिका में किसी भी नैदानिक अनुप्रयोगों के लिए एफडीए द्वारा अनुमोदित नहीं किया गया है, यही कारण है कि आईएनडी आवश्यक था। एफडीए अनुमोदन1 के साथ अन्य यूसीए का उपयोग उपचार करने वाले चिकित्सक के विवेक पर ऑफ-लेबल किया जा सकता है यदि संभावित रूप से चिकित्सकीय रूप से उपयोगी माना जाता है।
नोट: पूर्ण प्रोटोकॉल और सांख्यिकीय विश्लेषण योजना https:// clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02489045 पर उपलब्ध हैं। परीक्षण पंजीकरण संख्या: एनसीटी # 02489045।
1. विषय की तैयारी
- विषय की ज्ञात दवा एलर्जी या असहिष्णुता की समीक्षा करें, विशेष रूप से यूसीए के लिए किसी भी ज्ञात एलर्जी का उपयोग किया जा रहा है।
- अस्थिर कार्डियोपल्मोनरी स्थितियों वाले विषयों को बाहर करें या जो आम तौर पर चिकित्सकीय रूप से अस्थिर हैं।
- विषय को लापरवाह स्थिति में एक स्ट्रेचर पर रखें।
- यूसीए इन्फ्यूजन के लिए विषय के दाएं या बाएं हाथ में एक नस में 18 - 22 गेज कैनुला रखें।
- सुनिश्चित करें कि किसी भी तीव्र प्रतिकूल प्रतिक्रिया के मामले में अस्पताल के भीतर आपातकालीन सेवाएं (जैसे, एक क्रैश कार्ट) उपलब्ध होंगी।
नोट: यूसीए 0.01% से कम की दर से रिपोर्ट की गई गंभीर एनाफिलेक्टोइड-प्रकार की प्रतिक्रियाओं के साथ बहुत सुरक्षित हैं। 20
2. यूसीए तैयारी (सोनाज़ॉइड के लिए विशिष्ट)
- निर्माता के निर्देशों के अनुसार निलंबित करके प्रत्येक विषय के लिए 48 μL माइक्रोबबल (6 एमएल) के साथ तीन (3) शीशियां तैयार करें। यूसीए को 10 एमएल सील शीशियों के भीतर सूखे पाउडर के रूप में आपूर्ति की जाती है। शीशियों के हेडस्पेस में परफ्लोरोब्यूटेन होता है।
- यूसीए शीशी के स्टॉपर को केमोस्पाइक के साथ रखें।
- केमोस्पाइक के सिरिंज पोर्ट से सुरक्षात्मक टोपी निकालें और बाँझ पानी के 2 मिलीलीटर जोड़ें।
- केमोस्पाइक से जुड़ी सिरिंज के साथ, एक सजातीय उत्पाद सुनिश्चित करने के लिए तुरंत 1 मिनट के लिए उत्पाद को हिलाएं।
- उत्पाद को सिरिंज में वापस लें और उत्पाद को फिर से शीशी में फिर से इंजेक्ट करें। यह केमोस्पाइक में डेड-स्पेस वॉल्यूम के कारण उत्पाद के कमजोर पड़ने से बचने के लिए है।
- सिरिंज पोर्ट से सिरिंज निकालें और सुरक्षात्मक टोपी को फिर से संलग्न करें। पुनर्गठित यूसीए की एकाग्रता 8 μL माइक्रोबबल / एमएल है।
- अन्य 2 शीशियों के लिए पुनर्गठन प्रक्रिया को दोहराएं।
- 3-तरफा स्टॉपकॉक से कनेक्ट होने से पहले कनेक्टिंग ट्यूबों को भरने के लिए खारा (0.9% NaCl समाधान) का उपयोग करें। स्टॉपकॉक को तब कैनुला की ओर जाने वाले एक्सटेंशन ट्यूबिंग से जोड़ा जाएगा।
- निलंबित यूसीए की सभी तीन (3) शीशियों को 10 एमएल सिरिंज में खींचें, और इसे उसी स्तर पर या रोगी के नीचे एक सिरिंज पंप में रखें, और सीधे स्टॉपकॉक से कनेक्ट करें।
- प्रारंभिक अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के बाद और स्टॉपकॉक खोले जाने के बाद, 120 एमएल / घंटा की दर से एनएसीएल समाधान को इंजेक्ट करें, और 0.024 μL प्रति किलोग्राम शरीर के वजन प्रति मिनट (0.18 एमएल / किग्रा / घंटा की निलंबन जलसेक दर) की दर से सोनाज़ोइड को सह-इंजेक्ट करें।
नोट: इस जलसेक दर को शेप13,14,21 से गुजरने वाले पोर्टल उच्च रक्तचाप विषयों में सोनाज़ोइड इन्फ्यूजन के साथ हमारे समूह के पिछले अनुभवों के आधार पर चुना गया था। उपयोग किए गए यूसीए के आधार पर सटीक पुन: निलंबन प्रक्रिया और जलसेक विधि अलग-अलग होगी।
3. प्रारंभिक अल्ट्रासाउंड इमेजिंग
- एक अल्ट्रासाउंड स्कैनर (जैसे, Logiq E10, संस्करण R2) को पावर दें और C1-6-D कर्वीलीनियर जांच का चयन करें।
- अल्ट्रासाउंड स्कैनर पर एक पेट प्रीसेट का चयन करें और एक ही इमेजिंग विमान में और समान गहराई पर पोर्टल और हेपेटिक नस दोनों की ग्रेस्केल छवियों को प्राप्त करने के लिए एक सुडौल-रैखिक सरणी (आमतौर पर 1-6 या 2-8 मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ के साथ) का उपयोग करें (चित्रा 1)। यह आम तौर पर एक उप-तटीय दृष्टिकोण के माध्यम से सबसे अच्छा हासिल किया जाता है।
- अच्छे नैदानिक अभ्यास के आधार पर छवियों को अनुकूलित करें और प्रतिगामी प्रवाह के प्रभाव से बचने के लिए हीन वेना कावा से दूर यकृत शिरा क्षेत्र का चयन करने का ध्यान रखें।
4. एसएचआई और शेप इमेजिंग
- सबहारमोनिक कंट्रास्ट टच पैनल बटन का उपयोग करके डुअल डिस्प्ले मोड (यानी, रियल-टाइम बी-मोड और एसएचआई को एक साथ चलाना) में एसएचआई कंट्रास्ट इमेजिंग मोड को सक्रिय करें और कंट्रास्ट मोड को सक्रिय करें। फिर रोटरी नियंत्रण पर SUBH-AM का चयन करें।
- 2.5 मेगाहर्ट्ज की ट्रांसमिट आवृत्ति पर एसएचआई निष्पादित करें और 1.25 मेगाहर्ट्ज पर प्राप्त सिग्नल प्राप्त करें।
- सबहारमोनिक माइक्रोबबल संकेतों की पीढ़ी को अधिकतम करने के लिए पल्स-शेपिंग का उपयोग करें, जैसे कि गॉसियन विंडो वाले द्विपद फ़िल्टर किए गए वर्ग तरंग के साथ सोनाज़ोइड,21 लेकिन यह स्कैनर और यूसीए निर्भर है। 17
नोट: इमेजिंग आवृत्ति और पल्स आकार का विकल्प अंतिम उपयोगकर्ताओं के लिए उपलब्ध नहीं हो सकता है।
- पोर्टल और यकृत शिरा की पैटेंसी के साथ-साथ माइक्रोबबल की उपस्थिति की पुष्टि करें, जिसमें जलसेक की शुरुआत से 1-2 मिनट तक का समय लग सकता है।
- अलग-अलग गहराई और क्षीणन की क्षतिपूर्ति करके शेप को अनुकूलित करने के लिए शेप स्वचालित अनुकूलन कोड को सक्रिय करें। 22,23 टच पैनल पर टीआईसी विश्लेषण का चयन करें, इसके बाद एफ 6 और फिर के बटन।
- शेप ऑप्टिमाइज़ेशन एल्गोरिदम हर ध्वनिक आउटपुट स्तर के लिए सबहार्मोनिक डेटा प्राप्त करेगा। एक बार डेटा अधिग्रहण पूरा हो जाने के बाद, कंट्रास्ट नमूना विंडो (टीआईसी विश्लेषण स्क्रीन पर शीर्ष बाएं) में पोर्टल नस पर एक आरओआई रखें।
- आरओआई के भीतर औसत सबहारमोनिक डेटा को ध्वनिक आउटपुट के कार्य के रूप में प्लॉट करें और डेटा के लिए एक लॉजिस्टिक वक्र फिट करें। अनुकूलित शक्ति के रूप में इस वक्र के विभक्ति बिंदु (या बल्कि नीचे दिखाए गए व्युत्पन्न वक्र में शिखर) का चयन करें, क्योंकि इसे सबसे बड़ी आकार संवेदनशीलता का बिंदु दिखाया गया है। 22,23 वक्रों का ऐसा एक सेट चित्र 2 में दिखाया गया है।
- ध्वनिक आउटपुट पावर को चरण 4.4.1 में पहचाने गए मान में समायोजित करें, जो सबहारमोनिक आयामों में अधिकतम परिवर्तन को परिवेश दबाव (यानी, शेप की संवेदनशीलता को अधिकतम करना) के कार्य को सुनिश्चित करेगा।
- यूसीए निलंबन के जलसेक के दौरान 5-15 एस खंडों में माइक्रोबबल्स (यानी, शेप) से सबहार्मोनिक डेटा प्राप्त करें (चित्रा 3)।
5. शेप डेटा प्रोसेसिंग
- एक बार अनुकूलित एसएचआई सिने-लूप प्राप्त हो जाने के बाद (चरण 5.6) टच पैनल पर "टीआईसी विश्लेषण" चुनें।
- सुनिश्चित करें कि "मोशन ट्रैकिंग" टच पैनल पर सक्रिय है, जो किसी भी श्वास या अन्य गति की भरपाई के लिए प्रत्येक फ्रेम के लिए आरओआई स्थिति को समायोजित करता है।
- सुनिश्चित करें कि डीबी विश्लेषण विंडो में निशान पर वाई-अक्ष के लिए इकाई के रूप में चुना गया है।
- कंट्रास्ट नमूना विंडो में (स्क्रीन पर शीर्ष बाएं) यकृत और पोर्टल नसों के भीतर समान आरओआई (अण्डाकार क्षेत्र डिफ़ॉल्ट हैं) का चयन करें। विश्लेषण विंडो में (दाईं ओर) प्रत्येक पोत के भीतर सबहारमोनिक सिग्नल (डीबी में) 1.25 मेगाहर्ट्ज के आसपास 0.5 मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ में सभी फ्रेम पर औसत है।
- हेपेटिक और पोर्टल नस आरओआई के बीच औसत सबहारमोनिक सिग्नल में अंतर के रूप में अंतिम शेप ग्रेडिएंट (डीबी में) की गणना करें। वर्तमान अध्ययनों के आधार पर, सीएसपीएच की पहचान करने के लिए इष्टतम ऑपरेटिंग बिंदु -0.11 डीबी है और रैखिक प्रतिगमन समीकरण एचवीपीजी = 0.81 एक्स शेप + 9.43 है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यह कटऑफ और समीकरण स्कैनर और यूसीए दोनों निर्भर हैं।
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Representative Results
सभी अल्ट्रासाउंड इमेजिंग परीक्षाओं के साथ, लिवर शेप के लिए पहला विचार लक्ष्य क्षेत्र की सर्वोत्तम संभव बेसलाइन ग्रेस्केल छवियों को प्राप्त करना है और यह सुनिश्चित करना है (डॉपलर इमेजिंग का उपयोग करके) कि कोई इंट्राहेपेटिक पोर्टल शिरापरक शंट या अन्य संवहनी असामान्यताएं मौजूद नहीं हैं। पोर्टल उच्च रक्तचाप के निदान के लिए यकृत इमेजिंग के मामले में, क्षीणन के प्रभाव को कम करने के लिए एक ही गहराई पर पोर्टल नस और यकृत शिरा दोनों की कल्पना करना महत्वपूर्ण है (चित्रा 1)।
भले ही यूसीए एकाग्रता को शेप प्रक्रियाओं10,23 में एक महत्वपूर्ण कारक नहीं माना जाता है, फिर भी परिवर्तनशीलता के सभी स्रोतों को कम करने के लिए यूसीए को शामिल करने की सिफारिश की जाती है। निर्माता के विशिष्ट निर्देशों के अनुसार यूसीए को पुनर्गठित और संक्रमित किया जाना चाहिए (अधिमानतः 20 या 22 गेज सुई24 के माध्यम से)। एक बार संतुलन वृद्धि तक पहुंचने के बाद अनुकूलन एल्गोरिथ्म को सक्रिय किया जाना चाहिए और पोर्टल नस में एक आरओआई का चयन किया जाना चाहिए, जो चित्र 2 में दिखाए गए वक्रों का उत्पादन करेगा। एक बार इष्टतम ध्वनिक आउटपुट पावर का चयन हो जाने के बाद कैलिब्रेटेड एसएचआई डेटा (यानी, शेप) प्राप्त किया जा सकता है।
सीएसपीएच के साथ और बिना विषयों में शेप छवियों के उदाहरण चित्रा 3 में प्रस्तुत किए गए हैं। मुख्य दृश्य अंतर सीएसपीएच (चित्रा 3 बी) के साथ विषय में यकृत शिरा में मौजूद चिह्नित सबहारमोनिक सिग्नल है और दूसरे मामले में अनुपस्थित है (चित्रा 3 ए)। मात्रात्मक, सापेक्ष दबाव अनुमानों की गणना यकृत और पोर्टल नसों (यानी, शेप ग्रेडिएंट) में रखे गए आरओआई के औसत सबहार्मोनिक संकेतों के बीच अंतर से की जा सकती है। हालांकि, अब तक अध्ययन किए गए लगभग 10% मामलों में, सबहारमोनिक सिग्नल स्कैनर के शोर फर्श के बहुत करीब था और इसे छोड़ना पड़ा। यह अपर्याप्त विपरीत वृद्धि के कारण हो सकता है। इसके अलावा, ऐसे रोगी हैं जो पोर्टल उच्च रक्तचाप के नैदानिक और प्रयोगशाला संकेतों के साथ मौजूद हैं, लेकिन जिनके पास एचवीपीजी मान हैं जो सामान्य या शून्य हैं। या संवहनी विविधताओं के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, जैसे कि पोर्टल और यकृत शिरा के बीच एक फिस्टुला के साथ एक विषय जिससे मुक्त और वेज्ड दबावों के बीच कोई अंतर नहीं होता है और इस प्रकार, एक गलत शेप निदान (चित्रा 4)।
हमने ट्रांसजुगुलर लिवर बायोप्सी (संदर्भ मानक के रूप में एचवीपीजी माप प्रदान करना) से गुजरने वाले 45 रोगियों में शेप का पहला, पायलट अध्ययन किया, जिसने कम एचवीपीजी (1.37 ± 0.59 डीबी बनाम -1.68 डीबी बनाम -1.68 ± 0.27 डीबी) वाले लोगों की तुलना में सीएसपीएच (यानी, 10 मिमीएचजी ≥ एचवीपीजी) वाले लोगों में पोर्टल और हेपेटिक नसों के बीच काफी अधिक शेप ग्रेडिएंट दिखाया। पी < 0.001)। 13
हाल ही में, हमने एक बड़े बहु-केंद्र नैदानिक परीक्षण में पोर्टल दबाव आकलन के लिए शेप का उपयोग करने की अवधारणा पर विस्तार किया। संशोधित लॉजिक 9 सिस्टम का उपयोग करके दो साइटों में 178 विषयों के परिणामों ने 91% (95% आत्मविश्वास अंतराल: 88-93%) की संवेदनशीलता और 82% की विशिष्टता (95% आत्मविश्वास अंतराल: 75-85%) के साथ सीएसपीएच के निदान के लिए शेप की उपयोगिता स्थापित की। सीएसपीएच (95% आत्मविश्वास अंतराल (सीआई): 89-99%) के साथ विषयों के निदान के लिए समग्र सटीकता 95% थी और इन विषयों में कम एचवीपीजी (0.27 ± 2.13 डीबी बनाम -5.34 ± 3.29 डीबी; पी < 0.001) वाले प्रतिभागियों की तुलना में उच्च आकार ढालथा। इसी तरह, पोर्टल उच्च रक्तचाप (यानी, एचवीपीजी ≥ 5 मिमीएचजी) वाले सभी विषयों के निदान के लिए संवेदनशीलता और विशिष्टता क्रमशः 71% और 80% थी।
चित्रा 1: शेप दीक्षा के लिए ग्रेस्केल यकृत छवि का उदाहरण। तीर पोर्टल नस (पीवी) और एक यकृत नस (एचवी) को इंगित करते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 2: शेप अनुकूलन के लिए अंशांकन वक्र। (ए) सबहारमोनिक आयाम (डीबी में) ध्वनिक आउटपुट पावर (% में) के एक फ़ंक्शन के रूप में विशेषता एस-वक्र व्यवहार को दर्शाता है। (बी) आउटपुट पावर चयन के लिए एस-वक्र का व्युत्पन्न (तीर चयनित शिखर और इस प्रकार, शक्ति को इंगित करता है)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 3: प्रत्येक छवि के क्रमशः बाईं और दाईं ओर बी-मोड (काले और सफेद) और सबहारमोनिक इमेजिंग (सोना) के साथ दोहरी इमेजिंग। (ए) सामान्य एचवीपीजी मूल्यों (3 मिमीएचजी) के साथ एक रोगी पोर्टल नस (पीवी) से एक उज्ज्वल सबहारमोनिक सिग्नल और हेपेटिक नस (एचवी) से अपर्याप्त संकेत के साथ। (बी) सीएसपीएच और 15 मिमीएचजी के एचवीपीजी के साथ एक रोगी पोर्टल और हेपेटिक नसों दोनों में काफी सबहारमोनिक संकेतों का प्रदर्शन करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 4: यकृत नसों के बीच एक फिस्टुला के साथ विषय में असफल शेप अध्ययन। इस शारीरिक भिन्नता के परिणामस्वरूप 0 मिमीएचजी का एचवीपीजी हुआ, भले ही ढाल दबाव (जिसे मुक्त और वेज्ड दबाव 18,19 के रूप में संदर्भित किया जाता है) दोनों 39 मिमीएचजी (यानी, 0 मिमीएचजी का अंतर) थे, जबकि शेप ढाल -15.33 डीबी था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
| UCA | निर्माता | सबहारमोनिक सिग्नल रिडक्शन (डीबी) | रैखिक प्रतिगमन (आर2)। |
| निश्चय। | लैंथियस मेडिकल इमेजिंग, एन बिलेरिका, एमए, यूएसए | 11.0 ± 0.3 | 0.98 |
| लेवोविस्ट | शेरिंग एजी, बर्लिन, जर्मनी | 9.6 ± 0.2 | 0.98 |
| लुमेसन उर्फ सोनोव्यू | ब्रैको, मिलान, इटली | 1.0 ± 1.3 | 0.20 |
| Optison | जीई हेल्थकेयर, प्रिंसटन, एनजे, यूएसए | 10.1 ± 0.2 | 0.97 |
| Sonazoid | जीई हेल्थकेयर, ओस्लो, नॉर्वे | 13.3 ± 0.2 | 0.99 |
तालिका 1: लगभग 185 मिमीएचजी की दबाव वृद्धि के लिए वाणिज्यिक यूसीए की सबहारमोनिक प्रतिक्रिया (और सहसंबंध)।
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Discussion
मानव शरीर के भीतर दबाव का गैर-संवेदनशील, सटीक माप लंबे समय से एक महत्वपूर्ण लेकिन मायावी नैदानिक लक्ष्य रहा है। यहां प्रस्तुत शेप माप के लिए प्रोटोकॉल इस लक्ष्य को प्राप्त करता है। शेप प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण घटक अनुकूलन एल्गोरिदम है, क्योंकि इष्टतम ध्वनिक बिजली उत्पादन पर प्राप्त नहीं होने वाले सबहारमोनिक डेटा हाइड्रोस्टेटिक दबावों के साथ खराब रूप से सहसंबंधित होंगे। 17,22,23 एक Logiq 9 स्कैनर पर लागू इस सॉफ्टवेयर का प्रारंभिक संस्करण एस-वक्र (cf., चित्रा 2B) के व्युत्पन्न में कई चोटियों को प्रदर्शित करने के लिए प्रवण था, जिससे सही आउटपुट पावर चयन मुश्किल हो गया। 13,14 हालांकि, Logiq E10 स्कैनर पर बेहतर गति सुधार के साथ इस समस्या को कुछ हद तक कम कर दिया गया है। इसके अलावा, वर्तमान में लागू शेप एल्गोरिदम में लगभग 10% की विफलता दर है, जहां विश्वसनीय दबाव अनुमानों की गणना के लिए सबहार्मोनिक सिग्नल-टू-शोर अनुपात बहुत कम है। सफल और असफल शेप अध्ययन वाले विषयों के बीच उम्र, बॉडी-मास-इंडेक्स, इमेजिंग की गहराई या यकृत की स्थिति में कोई अंतर नहीं पाया गया है।
इस प्रोटोकॉल में शेप के लिए हाइलाइट किया गया यूसीए सोनाज़ॉइड था, लेकिन कई वाणिज्यिक यूसीए का उपयोग किया जा सकता है (सीएफ, तालिका 1)। 11,13,14,15,16 शेप के साथ उपयोग किए जाने वाले किसी भी यूसीए के लिए आवश्यक इन्फ्यूजन सेटअप और माइक्रोबबल एकाग्रता को विशिष्ट निर्माता की सिफारिशों के आधार पर समायोजित किया जाना चाहिए।
यद्यपि यह आम तौर पर एक उपयोगकर्ता सुलभ पैरामीटर नहीं है, सबहारमोनिक माइक्रोबबल सिग्नल की पीढ़ी को अधिकतम करने के लिए पल्स-शेपिंग का उपयोग करना एक सफल शेप प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण है। स्कैनर के लॉजिक परिवार के लिए, सोनाज़ोइड के साथ गॉसियन विंडो द्विपद फ़िल्टर ्ड स्क्वायर वेव इष्टतम21 दिखाई देता है, लेकिन यह स्कैनर और यूसीए निर्भर है। बीके अल्ट्रासाउंड से सोनिक्स टैबलेट स्कैनर के लिए एक वर्ग तरंग और एक चहचहाहट पल्स दोनों का उपयोग किया जा सकता है (विभिन्न यूसीए के साथ)। ऊपर उल्लिखित प्रणालियों के अलावा, वर्तमान में एसएचआई के साथ उपलब्ध एकमात्र अन्य वाणिज्यिक अल्ट्रासाउंड स्कैनर और इस प्रकार, शेप माइंडरे से हैं।
यह प्रोटोकॉल नैदानिक अनुप्रयोग के रूप में पुरानी जिगर की बीमारी वाले रोगियों में पोर्टल उच्च रक्तचाप की पहचान करने पर केंद्रित है। एक प्रमुख कारण यह है कि सीटी, एमआरआई या अल्ट्रासाउंड इमेजिंग का उपयोग करने जैसी मौजूदा गैर-आक्रामक तकनीकें अप्रत्यक्ष और गुणात्मक हैं और परिणाम काफी मिश्रित हैं। 19 लिवर कठोरता के लिए इलास्टोग्राफी जैसे नॉनइनवेसिव अल्ट्रासाउंड उपाय मात्रात्मक तकनीकें हैं जो सीएसपीएच के उच्च जोखिम वाले रोगियों की पहचान कर सकती हैं; विशेष रूप से जब प्लीहा के आकार और प्लेटलेट काउंट के माप के साथ जोड़ा जाता है। सीएसपीएच के प्रारंभिक निदान के लिए 90-94% की अशुद्धियों की सूचना दी गई है, लेकिन ये विधियां एचवीपीजी में चिकित्सीय कटौती को ट्रैक करने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त रूप से सटीक नहीं हैं। नैदानिक स्कोरिंग प्रणालियों में सुधार, सीरम यकृत समारोह परीक्षणों का सामान्यीकरण, या जलोदर और वैरिसेस में कमी गुणात्मक रूप से पोर्टल उच्च रक्तचाप में सुधार का संकेत देती है। हालांकि, शेप के विपरीत, इनमें से कोई भी उपाय पोर्टल दबाव का मात्रात्मक माप प्रदान नहीं करता है। नतीजतन, पोर्टल दबाव को निर्धारित करने के लिए एकमात्र चिकित्सकीय रूप से स्वीकृत तरीका एक आक्रामक दबाव कैथेटर के माध्यम से मापा गया एचवीपीजी के माध्यम से है।
इसी तरह, शेप एल्गोरिदम रोगियों में 3 मिमीएचजी से कम की त्रुटियों के साथ हृदय दबाव अनुमान प्रदान कर सकता है। कार्डियोलॉजी में शेप के लिए कोई मात्रात्मक, गैर-प्रभावी विकल्प मौजूद नहीं हैं। यह अभी भी एक चुनौतीपूर्ण अनुप्रयोग है, क्योंकि पूर्ण, वास्तविक समय दबाव अनुमानों की आवश्यकता होती है। नियोएडजुवेंट थेरेपी के लिए स्तन कैंसर की प्रतिक्रिया के उपाय के रूप में अंतरालीय द्रव दबाव की निगरानी के लिए 3 डी शेप में जांच से पता चला है कि चिकित्सा के 10% पूरा होने पर (यानी, एक कीमोथेरेपी चक्र के बाद) ट्यूमर और आसपास के सामान्य ऊतक के बीच शेप ढाल आंशिक / गैर उत्तरदाताओं (3.23 ± 1.41 डीबी बनाम -0.88 ± 1.46 डीबी; पी = 0.001) से उत्तरदाताओं को अलग कर सकती है। 15 अन्य नैदानिक क्षेत्रों, जैसे मूत्राशय या मस्तिष्क में दबाव का अनुमान लगाना, दुनिया भर के शोधकर्ताओं द्वारा शेप तकनीक की व्यापक प्रयोज्यता का प्रदर्शन करते हुए पीछा किया जा रहा है।
सारांश में, यह शेप प्रोटोकॉल व्यावसायिक रूप से उपलब्ध यूसीए, एक अल्ट्रासाउंड स्कैनर और कैलिब्रेटेड एसएचआई को जोड़ता है ताकि वास्तविक समय, गैर-प्रभावी मात्रात्मक दबाव अनुमान प्रदान किया जा सके, इस प्रकार, एक महत्वपूर्ण और अब तक अपूर्ण नैदानिक आवश्यकता को पूरा किया जा सके।
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Disclosures
फोर्सबर्ग, गुप्ता, वालेस और ईसेनब्रे के पास शेप तकनीक पर एक पेटेंट लंबित है। वालेस जीई के एक कर्मचारी हैं।
Acknowledgments
इस काम को अमेरिकी सेना चिकित्सा अनुसंधान सामग्री कमान द्वारा W81XWH-08-1-0503, और W81XWH-12-1-0066 के तहत, AHA अनुदान संख्या 0655441U और 15SDG25740015 के साथ-साथ NIH R21 HL081892, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL130899, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL08999, R21 HL0899
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Fundamentals of CEUS. Lyshchik, A. , Elsevier. Manitoba, Canada. (2019).
- Leighton, T. G. The Acoustic Bubble. , Academic Press. London, England. (1994).
- Forsberg, F., Shi, W. T., Goldberg, B. B.
- 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. , https://doi.org/10.1148/radiol.2020202677 (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, Suppl 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), Oxford Academic. 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).
