門脈圧亢進症の同定に着目した超音波画像を用いた造影補助圧力推定(SHAPE)
December 5th, 2020
注入された造影剤マイクロバブルのサブハーモニック超音波イメージング(適切なキャリブレーション後)を利用して周囲圧力を非侵襲的に推定するためのプロトコルが、慢性肝疾患のヒト患者の例とともに説明されています。
この技術は、体内の圧力を非侵襲的に測定するために設計されています。これは、心臓の圧力のモニタリング、がんの治療のモニタリング、そしてこの特定のプロジェクトでは肝臓の圧力を測定するために特に役立ちます。超音波造影剤を調製するには、ケモスパイクのシリンジポートから保護キャップを取り外し、ケモスパイクを使用して、薬剤の3つのバイアルのうちの最初のストッパーを穿孔します。
バイアルに2ミリリットルの滅菌水を加え、すぐにバイアルを1分間振とうします。均質な製品が得られたら、製品をシリンジに引き込みます。再構成された超音波造影剤は、ミリリットル当たり8マイクロリットルの濃度でマイクロバブルを含有する。
同様に他の2つのバイアルの再構成を繰り返した後、生理食塩水を使用して接続チューブを充填し、チューブを三方ストップコックに接続します。活栓をカニューレにつながる延長チューブに接続し、シリンジを活栓に直接接続します。次に、シリンジをシリンジポンプの患者と同じレベルまたは下の位置に取り付けます。
超音波画像の初期セットを取得するには、超音波スキャナーの電源を入れ、C1-6-D曲線プローブを選択します。スキャナーで腹部のプリセットを選択します。肋骨下アプローチと曲線アレイを使用して、同じイメージング平面で同様の深さでポータル静脈と肝静脈の両方のグレースケール画像を取得します。
良好な臨床実践に基づいて画像を最適化し、逆行性の流れの影響を避けるために、下大静脈から離れた肝静脈領域を選択するように注意します。最初の超音波イメージングの後、ストップコックを開き、生理食塩水を1時間あたり120ミリリットルの速度で注入し、コントラストを1キログラムあたり0.024マイクロリットルの速度で同時注入します。デュアルディスプレイモードでサブハーモニックイメージングを有効にするには、サブハーモニックコントラストタッチパネルボタンを使用してコントラストモードをアクティブにします。
ロータリーコントロールでサブハーモニックイメージング振幅変調を選択します。2.5メガヘルツの送信周波数でサブハーモニックイメージングを実行し、1.25メガヘルツで受信信号を取得します。ポータルと肝静脈の開存性、および注入開始から最大1〜2分かかるマイクロバブルの存在を確認します。
タッチパネルで時間強度曲線解析を選択し、続いてF6とKを選択してさまざまな深さと減衰を補正し、SHAPE自動最適化コードをアクティブにしてSHAPEイメージングを最適化します。SHAPE最適化アルゴリズムは、すべての音響出力レベルのサブハーモニックデータを取得します。データ取得が完了したら、コントラストサンプルウィンドウの門脈に関心領域を配置します。
領域内の平均サブハーモニック データを音響出力の関数としてプロットし、ロジスティック曲線をデータに当てはめます。次に、この曲線の変曲点を最適化されたパワーとして選択します。これは、SHAPE感度が最も高いポイントであることが示されているためです。音響出力電力を変曲点値に調整して、SHAPEの感度を最大化し、UCA懸濁液の注入中に5〜15秒セグメントでマイクロバブルからサブハーモニックデータを取得します。
肝臓の門脈圧亢進症を診断するためのイメージングでは、門脈と肝静脈の両方を同じ深さで視覚化して、減衰の影響を最小限に抑えることが重要です。UCAによる平衡強化の後、最適化アルゴリズムをアクティブにし、ポータル静脈の関心領域を選択して、サブハーモニック振幅と出力パワー選択曲線を生成する必要があります。臨床的に有意な門脈圧亢進症の患者とない患者のこれらのSHAPE画像では、主な視覚的な違いは、高血圧症の患者の肝静脈に存在する顕著なサブハーモニック信号であり、高血圧症のない患者には存在しません。
一部の患者は、門脈圧亢進症の臨床的および検査的徴候を示しますが、HVPG値は正常またはゼロであることに注意してください。これは、解剖学的および/または血管の多くのばらつきに起因する可能性があり、その結果、誤ったSHAPE診断が下されます。この技術は、非侵襲的で、安全で、正確です。
これにより、相対圧力と絶対圧力の推定値を取得でき、現在、他のイメージング技術では不可能なことです。
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概要
この記事は、造影マイクロバブルの非浸襲的超音波イメージングを用いた圧力推定プロトコルを紹介します。この技術は特に、肝臓、心臓、およびがん治療中の圧力のモニタリングに有益です。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 非浸襲的イメージング技術
- 超音波技術
- 医療診断
背景
- 非調和超音波イメージングは、圧力測定のための新しいアプローチです。
- マイクロバブルは超音波イメージングにおける造影剤として機能します。
- この方法は、内部圧力のリアルタイムモニタリングを可能にします。
- 心臓病学や腫瘍学を含む様々な医療分野での応用があります。
研究の目的
- 周囲圧を推定するための非浸襲的方法を開発すること。
- 慢性肝疾患患者のモニタリング能力を向上させること。
- 臨床環境で再現可能なプロトコルを提供すること。
使用された方法
- マイクロバブルを再構成して超音波造影剤を準備すること。
- 正確な圧力読み取りのためのイメージングシステムの校正。
- 人間の患者への技術の適用。
- 様々な臓器、特に肝臓の圧力のモニタリング。
主な結果
- 非浸襲的な圧力測定が成功しました。
- この方法は臨床応用において信頼性を示しました。
- 慢性肝疾患における圧力ダイナミクスの理解が向上しました。
- 他の医療条件でのより広範な応用の可能性。
結論
- このプロトコルは非浸襲的圧力推定のための貴重なツールを提供します。
- 患者のモニタリングと治療結果を改善することができます。
- さらなる研究により、異なる医療分野での応用が拡大する可能性があります。
よくある質問
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.
