Contrast-Enhanced Subharmonic Aided Pressure Estimation (SHAPE) met behulp van echografie met een focus op het identificeren van portale hypertensie
5 december 2020
Een protocol voor het niet-invasief schatten van omgevingsdrukken met behulp van subharmonische echografie van geïnfundeerde contrastmicrobubbels (na de juiste kalibratie) wordt beschreven met voorbeelden van menselijke patiënten met chronische leverziekte.
Deze techniek is ontworpen voor het niet-invasief meten van drukken binnen het lichaam. Het is bijzonder nuttig voor het bewaken van drukken in het hart, voor het bewaken van de behandeling van kanker, en in dit specifieke project voor het meten van drukken in de lever. Om het ultrageluid contrastmiddel voor te bereiden, verwijdert u de beschermkap van de injectiepoort van de chemo spike en gebruikt u een chemo spike om de stop van de eerste van de drie flacons van het middel te doorboren.
Voeg twee milliliter steriele water toe aan de flacon en schud de flacon onmiddellijk gedurende één minuut. Wanneer een homogeen product is verkregen, trekt u het product in de spuit. Het gereconstitueerde ultrageluid contrastmiddel bevat microbubbels in een concentratie van acht microliter per milliliter.
Nadat de reconstitutie voor de andere twee flacons op dezelfde manier is herhaald, gebruikt u fysiologische zoutoplossing om de verbindingsslangen te vullen en verbindt u de slangen met een driewegstopkraan. Verbind de stopkraan met de verlengslang die naar de canule leidt en verbind de spuit direct met de stopkraan. Monteer vervolgens de spuit op een spuitpomp op hetzelfde niveau of lager dan de patiënt.
Om een eerste set ultrageluidbeelden te verkrijgen, zet u een ultrageluidscanner aan en selecteert u de C1-6-D curvilineaire sonde. Selecteer een abdominale preset op de scanner. Gebruik een subcostale benadering en een curvilineair array om grijstintenbeelden van zowel de poortader als de leverader in hetzelfde beeldvlak en op vergelijkbare diepten te verkrijgen.
Optimaliseer de beelden op basis van goede klinische praktijk, en zorg ervoor dat u het leveradergebied selecteert dat verwijderd is van de inferieure vena cava om de invloed van retrograde stroming te vermijden. Na de initiële ultrageluidbeeldvorming, opent u de stopkraan en infundeert u de fysiologische zoutoplossing met een snelheid van 120 milliliter per uur terwijl u gelijktijdig het contrast in een snelheid van 0,024 microliter per kilogram lichaamsgewicht per minuut infundeert. Gebruik de subharmonische contrastaanraakknop om de contrastmodus te activeren voor subharmonische beeldvorming in dubbel weergavemodus.
Selecteer de amplitudemodulatie voor subharmonische beeldvorming op de draaiknop. Voer subharmonische beeldvorming uit met een zendfrequentie van 2,5 megahertz en verkrijg de ontvangen signalen op 1,25 megahertz. Bevestig de doorgang van de poortader en de leverader evenals de aanwezigheid van microbubbels, wat tot één tot twee minuten vanaf het begin van de infusie kan duren.
Selecteer de tijdintensiteitcurve-analyse op het aanraakscherm gevolgd door F6 en K om te compenseren voor variërende diepten en verzwakkingen om de geautomatiseerde optimalisatiecode SHAPE te activeren voor de optimalisatie van de SHAPE-beeldvorming. Het SHAPE-optimalisatiealgoritme zal subharmonische gegevens verzamelen voor elke akoestische uitgangsniveau. Zodra de gegevensverzameling is voltooid, plaatst u een gebied van belang op de poortader in het contrastmonstervenster.
Plot de gemiddelde subharmonische gegevens binnen het gebied als functie van akoestisch uitgangsniveau en past u een logistische curve aan de gegevens aan. Selecteer vervolgens het ombuigpunt van deze curve als de geoptimaliseerde vermogen, omdat dit is aangetoond als het punt met de grootste SHAPE-gevoeligheid. Pas het akoestische uitgangsvermogen aan tot de waarde van het ombuigpunt om de gevoeligheid van de SHAPE te maximaliseren en verzamel subharmonische gegevens van de microbubbels in segmenten van vijf tot vijftien seconden tijdens de infusie van de UCA-suspensie.
Bij het beelden voor het diagnosticeren van poortaderhypertensie in de lever, is het belangrijk om zowel de poortader als de leverader op dezelfde diepte te visualiseren om de impact van verzwakking te minimaliseren. Na een door UCA geïnduceerde evenwichtsverbetering, moet het optimalisatiealgoritme worden geactiveerd en moet een gebied van belang in de poortader worden geselecteerd om subharmonische amplitude- en uitgangsvermogenselectiecurven te produceren. In deze SHAPE-beelden van patiënten met en zonder klinisch significante poortaderhypertensie, is het belangrijkste visuele verschil het duidelijke subharmonische signaal dat aanwezig is in de leverader van de patiënt met hypertensie, dat afwezig is bij de patiënt zonder hypertensie.
Let erop dat sommige patiënten klinische en laboratoriumtekenen van poortaderhypertensie vertonen, maar HVPG-waarden hebben die normaal of nul zijn. Dit kan worden toegeschreven aan een aantal anatomische en/of vasculaire variaties, wat resulteert in een onjuiste SHAPE-diagnose. Deze techniek is niet-invasief, veilig en nauwkeurig.
Het maakt de verwerving van relatieve en absolute drukschatten mogelijk, en het is iets dat geen andere beeldvormingstechniek momenteel kan doen.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor niet-invasieve drukmeting met behulp van subharmonische ultrasone beeldvorming van contrastmicrobubbels. De techniek is bijzonder nuttig voor het bewaken van drukken in de lever, het hart en tijdens kankerbehandelingen.
Belangrijke onderdelen van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Niet-invasieve beeldvormingstechnieken
- Ultrasone technologie
- Medische diagnostiek
Achtergrond
- Subharmonische ultrasone beeldvorming is een nieuwe benadering voor drukmeting.
- Microbubbels dienen als contrastmiddelen in ultrasone beeldvorming.
- Deze methode maakt real-time bewaking van interne drukken mogelijk.
- Het heeft toepassingen in verschillende medische vakgebieden, waaronder cardiologie en oncologie.
Doel van het onderzoek
- Om een niet-invasieve methode te ontwikkelen voor het schatten van omgevingsdrukken.
- Om de bewakingsmogelijkheden bij patiënten met chronische leverziekte te verbeteren.
- Om een protocol te bieden dat in klinische omgevingen kan worden gerepliceerd.
Gebruikte methoden
- Bereiding van ultrasoon contrastmiddel door het reconstitueren van microbubbels.
- Calibratie van het beeldvormingssysteem voor nauwkeurige drukweergaven.
- Toepassing van de techniek bij menselijke patiënten.
- Bewaking van drukken in verschillende organen, met name de lever.
Belangrijkste resultaten
- Er werden succesvolle niet-invasieve drukmetingen verkregen.
- De methode toonde betrouwbaarheid in klinische toepassingen.
- Beter begrip van drukdynamica bij chronische leverziekte.
- Mogelijkheid voor bredere toepassingen bij andere medische aandoeningen.
Conclusies
- Het protocol biedt een waardevol hulpmiddel voor niet-invasieve drukmeting.
- Het kan de bewaking van patiënten en behandelingsresultaten verbeteren.
- Verder onderzoek kan de toepassingen in verschillende medische vakgebieden uitbreiden.
Veelgestelde vragen
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.
