Kontrastmittelverstärkte subharmonische Druckschätzung (SHAPE) mittels Ultraschallbildgebung mit Schwerpunkt auf der Identifizierung portaler Hypertonie
December 5th, 2020
Ein Protokoll zur nicht-invasiven Abschätzung des Umgebungsdrucks unter Verwendung der subharmonischen Ultraschallbildgebung von infundierten Kontrastmittelmikrobläschen (nach entsprechender Kalibrierung) wird anhand von Beispielen von menschlichen Patienten mit chronischer Lebererkrankung beschrieben.
Diese Technik ist für die nicht-invasive Messung des Drucks im Körper konzipiert. Es ist besonders nützlich für die Überwachung des Drucks im Herzen, für die Überwachung der Behandlung von Krebs und in diesem speziellen Projekt für die Messung des Drucks in der Leber. Um das Ultraschallkontrastmittel vorzubereiten, entfernen Sie die Schutzkappe von der Spritzenöffnung des Chemo-Spikes und perforieren Sie mit einem Chemo-Spike den Stopfen der ersten von drei Durchstechflaschen des Mittels.
Geben Sie zwei Milliliter steriles Wasser in das Fläschchen und schütteln Sie das Fläschchen sofort eine Minute lang. Wenn ein homogenes Produkt erhalten wurde, ziehen Sie das Produkt in die Spritze zurück. Das rekonstituierte Ultraschallkontrastmittel enthält Mikrobläschen in einer Konzentration von acht Mikrolitern pro Milliliter.
Nachdem Sie die Rekonstitution für die beiden anderen Durchstechflaschen auf die gleiche Weise wiederholt haben, verwenden Sie Kochsalzlösung, um die Verbindungsschläuche zu füllen, und verbinden Sie die Schläuche mit einem Dreiwegehahn. Verbinden Sie den Absperrhahn mit dem Verlängerungsschlauch, der zur Kanüle führt, und schließen Sie die Spritze direkt an den Absperrhahn an. Montieren Sie dann die Spritze auf einer Spritzenpumpe auf gleicher Höhe oder unterhalb des Patienten.
Um einen ersten Satz von Ultraschallbildern aufzunehmen, schalten Sie ein Ultraschallgerät ein und wählen Sie die krummlinige Sonde C1-6-D aus. Wählen Sie eine Bauchvoreinstellung auf dem Scanner aus. Verwenden Sie einen subkostalen Ansatz und ein krummliniges Array, um Graustufenbilder sowohl der Pfortadern als auch der Lebervene in derselben Bildgebungsebene und in ähnlichen Tiefen aufzunehmen.
Optimieren Sie die Bilder auf der Grundlage guter klinischer Praxis und achten Sie darauf, die Lebervenenregion von der unteren Hohlvene weg zu selektieren, um den Einfluss eines retrograden Flusses zu vermeiden. Öffnen Sie nach der ersten Ultraschallbildgebung den Absperrhahn und infundieren Sie die Kochsalzlösung mit einer Geschwindigkeit von 120 Millilitern pro Stunde, während Sie den Kontrast mit einer Geschwindigkeit von 0,024 Mikrolitern pro Kilogramm Körperfrequenz pro Minute co-infundieren. Um die subharmonische Bildgebung im Dual-Display-Modus zu aktivieren, verwenden Sie die Taste des Touchpanels für den subharmonischen Kontrast, um den Kontrastmodus zu aktivieren.
Wählen Sie die subharmonische Bildamplitudenmodulation auf dem Drehregler aus. Führen Sie subharmonische Bildgebung bei einer Sendefrequenz von 2,5 Megahertz durch und erhalten Sie die empfangenen Signale bei 1,25 Megahertz. Bestätigen Sie die Durchgängigkeit des Portals und der Lebervenen sowie das Vorhandensein von Mikrobläschen, die bis zu ein bis zwei Minuten nach Beginn der Infusion dauern können.
Wählen Sie die Zeitintensitätskurvenanalyse auf dem Touchpanel, gefolgt von F6 und K, um unterschiedliche Tiefen und Dämpfungen zu kompensieren, um den automatisierten SHAPE-Optimierungscode zu aktivieren und die SHAPE-Bildgebung zu optimieren. Der SHAPE-Optimierungsalgorithmus erfasst subharmonische Daten für jeden akustischen Ausgangspegel. Sobald die Datenerfassung abgeschlossen ist, positionieren Sie einen Bereich von Interesse auf der Pfortader im Kontrastprobenfenster.
Plotten Sie die durchschnittlichen subharmonischen Daten innerhalb der Region als Funktion der akustischen Ausgabe und passen Sie eine logistische Kurve an die Daten an. Wählen Sie dann den Wendepunkt dieser Kurve als optimierte Leistung aus, da sich dies als der Punkt mit der größten SHAPE-Empfindlichkeit erwiesen hat. Passen Sie die akustische Ausgangsleistung an den Wendepunktwert an, um die Empfindlichkeit des SHAPE zu maximieren und subharmonische Daten von den Mikroblasen in fünf bis 15 Sekunden langen Segmenten während der Infusion der UCA-Suspension zu erfassen.
Bei der Bildgebung zur Diagnose der portalen Hypertonie in der Leber ist es wichtig, sowohl die Pfortadern als auch die Lebervenen in der gleichen Tiefe zu visualisieren, um die Auswirkungen der Abschwächung zu minimieren. Nach einer UCA-induzierten Gleichgewichtsverstärkung sollte der Optimierungsalgorithmus aktiviert und eine Region von Interesse in der Pfortader ausgewählt werden, um subharmonische Amplituden- und Ausgangsleistungsauswahlkurven zu erzeugen. In diesen SHAPE-Bildern von Patienten mit und ohne klinisch signifikante portale Hypertonie ist der Hauptvisuelle Unterschied das ausgeprägte subharmonische Signal, das in der Lebervene bei Patienten mit Hypertonie vorhanden ist und bei Patienten ohne Hypertonie nicht vorhanden ist.
Beachten Sie, dass einige Patienten klinische und laboratorische Anzeichen einer portalen Hypertonie aufweisen, aber HVPG-Werte aufweisen, die normal oder null sind. Dies kann auf eine Reihe von anatomischen und/oder vaskulären Variationen zurückgeführt werden, die zu einer falschen SHAPE-Diagnose führen. Diese Technik ist nicht-invasiv, sicher und genau.
Es ermöglicht die Erfassung von relativen und absoluten Druckschätzungen, was derzeit kein anderes bildgebendes Verfahren leisten kann.
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Überblick
Dieser Artikel präsentiert ein Protokoll für die nichtinvasive Druckschätzung mittels subharmonischer Ultraschallbildgebung von Kontrastmikrobläschen. Die Technik ist besonders vorteilhaft für die Überwachung von Drücken in der Leber, im Herzen und während Krebsbehandlungen.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsgebiet
- Nichtinvasive Bildgebungstechniken
- Ultraschalltechnologie
- Medizinische Diagnostik
Hintergrund
- Subharmonische Ultraschallbildgebung ist ein neuartiger Ansatz zur Druckmessung.
- Mikroblasen dienen als Kontrastmittel in der Ultraschallbildgebung.
- Diese Methode ermöglicht eine Echtzeitüberwachung der internen Drücke.
- Sie hat Anwendungen in verschiedenen medizinischen Bereichen, einschließlich Kardiologie und Onkologie.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer nichtinvasiven Methode zur Schätzung von Umgebungsdrücken.
- Verbesserung der Überwachungsmöglichkeiten bei Patienten mit chronischer Lebererkrankung.
- Bereitstellung eines Protokolls, das in klinischen Umgebungen repliziert werden kann.
Verwendete Methoden
- Herstellung eines Ultraschallkontrastmittels durch Rekonstitution von Mikroblasen.
- Kalibrierung des Bildgebungssystems für genaue Druckablesungen.
- Anwendung der Technik bei menschlichen Patienten.
- Überwachung der Drücke in verschiedenen Organen, insbesondere der Leber.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche nichtinvasive Druckmessungen wurden erzielt.
- Die Methode zeigte Zuverlässigkeit in klinischen Anwendungen.
- Verbessertes Verständnis der Druckdynamik bei chronischer Lebererkrankung.
- Potenzial für breitere Anwendungen bei anderen medizinischen Zuständen.
Schlussfolgerungen
- Das Protokoll bietet ein wertvolles Instrument für die nichtinvasive Druckschätzung.
- Es kann die Patientenüberwachung und Behandlungsergebnisse verbessern.
- Weitere Forschung könnte seine Anwendungen auf verschiedene medizinische Bereiche ausweiten.
Häufig gestellte Fragen
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.
