Summary
تم وصف بروتوكول لتقدير الضغوط المحيطة بشكل غير جراحي باستخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية دون التوافقي للفقاعات الدقيقة المتباينة المملوءة (بعد المعايرة المناسبة) مع أمثلة من المرضى البشريين المصابين بأمراض الكبد المزمنة.
Abstract
لطالما كان القياس الدقيق وغير الجراحي للضغوط داخل جسم الإنسان هدفا سريريا مهما ولكنه بعيد المنال. عوامل التباين للتصوير بالموجات فوق الصوتية عبارة عن فقاعات دقيقة مملوءة بالغاز ومغلفة (قطرها < 10 ميكرومتر) تجتاز الأوعية الدموية بأكملها وتعزز الإشارات بما يصل إلى 30 ديسيبل. تنتج هذه الفقاعات الدقيقة أيضا تذبذبات غير خطية عند ترددات تتراوح من دون التوافقي (نصف تردد الإرسال) إلى التوافقيات الأعلى. السعة دون التوافقية لها علاقة خطية عكسية مع الضغط الهيدروستاتيكي المحيط. هنا يتم تقديم نظام الموجات فوق الصوتية القادر على إجراء تقدير الضغط بمساعدة دون التوافقي (SHAPE) في الوقت الفعلي. أثناء ضخ عامل التباين بالموجات فوق الصوتية ، يتم تنشيط خوارزمية لتحسين المخرجات الصوتية. بعد هذه المعايرة ، تتمتع إشارات الفقاعات الدقيقة دون التوافقية (أي SHAPE) بأعلى حساسية لتغيرات الضغط ويمكن استخدامها لقياس الضغط بشكل غير جراحي. إن فائدة إجراء SHAPE لتحديد ارتفاع ضغط الدم البابي في الكبد هي التركيز هنا ، ولكن هذه التقنية قابلة للتطبيق عبر العديد من السيناريوهات السريرية.
Introduction
تمت الموافقة على عدد من عوامل التباين بالموجات فوق الصوتية المختلفة (UCAs) للاستخدام السريري في أمراض القلب (خاصة عتامة البطين الأيسر) والأشعة (خاصة توصيف آفات الكبد للبالغين والأطفال) في جميع أنحاء العالم. 1 يمكن تحسين حساسية وخصوصية التصوير بالموجات فوق الصوتية عن طريق الحقن الوريدي (IV) للفقاعات الدقيقة المملوءة بالغاز (قطرها < 10 ميكرومتر) المغلفة بقشرة دهنية أو بروتينية مثل UCAs التي تجتاز الأوعية الدموية بأكملها وتعزز الإشارات بما يصل إلى 30 ديسيبل. 1 لا تعمل UCAs هذه على تحسين إشارات الموجات فوق الصوتية المبعثرة فحسب ، بل تعمل أيضا كمذبذبات غير خطية عند ضغوط صوتية كافية (> 200 كيلو باسكال). وبالتالي ، سيتم إنتاج مكونات طاقة كبيرة في الأصداء المستقبلة تتراوح من الترددات دون التوافقية والتوافقية إلى الترددات فائقة التوافق. 1,2 يمكن استخراج مكونات الإشارة غير الخطية هذه من أصداء الأنسجة والفقاعات الخطية (على سبيل المثال ، باستخدام انعكاس النبض) واستخدامها لإنشاء طرق تصوير خاصة بالتباين مثل التصوير دون التوافقي (SHI) ، والذي يستقبل بنصف تردد الإرسال (أي عند f 0/2). 3 أثبتت مجموعتنا في التجارب السريرية البشرية أن SHI يمكنه اكتشاف تدفق الدم في الأوعية الجديدة والشرايين المرتبطة بمجموعة متنوعة من الأورام والأنسجة. 4,5,6,7,8,9
لقد دعونا إلى استخدام UCAs ليس كمتتبعات للأوعية الدموية ، ولكن كأجهزة استشعار لتقدير الضغط غير الباضع في الدورة الدموية من خلال مراقبة تغيرات سعة فقاعة التباين دون التوافقية. (10) تعتمد هذه التقنية المبتكرة، التي تسمى تقدير الضغط بمساعدة دون التوافقي (SHAPE)، على الارتباط الخطي العكسي بين سعة الإشارات دون التوافقية والضغط الهيدروستاتيكي (حتى 186 مم زئبق) المقاس لمعظم الوصلات غير المتدرجة التجارية في المختبر (r2 > 0.90) على النحو الموجز في الجدول 1. 10,11 ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه لا تظهر جميع UCAs هذا السلوك. والجدير بالذكر أنه تبين أن الإشارات دون التوافقية من UCA SonoVue (المعروفة باسم Lumason في الولايات المتحدة الأمريكية) ترتفع في البداية مع زيادة الضغط الهيدروستاتيكي ، تليها هضبة ومرحلة متناقصة. 12 ومع ذلك ، يوفر SHAPE إمكانية السماح بتدرجات الضغط في القلب وفي جميع أنحاء نظام القلب والأوعية الدموية وكذلك ضغط السائل الخلالي في الأورام للحصول عليها بشكل غير جراحي. 13،14،15،16،17 في الآونة الأخيرة ، قمنا بتنفيذ إصدار في الوقت الفعلي من خوارزمية SHAPE على ماسح ضوئي تجاري بالموجات فوق الصوتية وقدمنا دليلا على المفهوم الذي يمكن أن يوفره SHAPE في تقديرات الضغط في الجسم الحي مع أخطاء أقل من 3 مم زئبق في البطينين الأيسر والأيمن للمرضى. 16,17
كانت معظم التجارب مع SHAPE حتى الآن هي تشخيص ارتفاع ضغط الدم البابي مع أكثر من 220 شخصا مسجلا وتأكيد النتائج الأولية في تجربة متعددة المراكز. 13,14 يعرف ارتفاع ضغط الدم البابي بأنه زيادة في تدرج الضغط بين الوريد البابي والأوردة الكبدية أو الوريد الأجوف السفلي يتجاوز 5 مم زئبق ، بينما يتطلب ارتفاع ضغط الدم البابي المهم سريريا (CSPH) تدرجا أو ما يعادله ، تدرج الضغط الوريدي الكبدي (HVPG) ≥ 10 مم زئبق. 18 يرتبط CSPH بزيادة خطر الإصابة بالدوالي المعدية المريئية ، والاستسقاء ، والمعاوضة الكبدية ، والمعاوضة بعد الجراحة ، وسرطان الخلايا الكبدية. 18،19 المرضى الذين يصابون بالاستسقاء لديهم معدل وفيات بنسبة 50٪ لمدة ثلاث سنوات وأولئك الذين يصابون بعدوى تلقائية بسائل الاستسقاء يحملون 70٪ من الوفيات لمدة عام واحد. المرضى الذين يعانون من تليف الكبد لديهم 5-10 ٪ سنويا من حدوث الدوالي المعدية المريئية ، و 4-15 ٪ سنويا من حدوث النزيف. كل نوبة نزيف تحمل ما يصل إلى 20 ٪ من خطر الوفاة. 18,19
تصف هذه المخطوطة كيفية إجراء دراسة SHAPE باستخدام المعدات المتاحة تجاريا و UCAs مع التركيز على تحديد ارتفاع ضغط الدم البابي في كبد المرضى. يتم شرح إجراء المعايرة الحرجة المطلوبة لتحقيق أعلى حساسية لتقدير تغيرات الضغط بالتفصيل.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
وافقت مجالس المراجعة المؤسسية لكل من جامعة توماس جيفرسون ومستشفى جامعة بنسلفانيا على هذا البروتوكول. يتوافق البروتوكول مع قانون قابلية التأمين الصحي والمساءلة عنه. أصدرت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) موافقة استقصائية على دواء جديد (IND # 124,465 إلى F. Forsberg) لهذا البروتوكول. قدمت جنرال إلكتريك للرعاية الصحية (أوسلو، النرويج) UCA المستخدمة في هذا البحث (Sonazoid; الجدول 1). لم تتم الموافقة على Sonazoid من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) لأي تطبيقات سريرية في الولايات المتحدة ، وهذا هو السبب في أن IND كان ضروريا. يمكن استخدام UCAs الأخرى بموافقة إدارة الغذاء والدواءالأمريكية 1 خارج التسمية وفقا لتقدير الطبيب المعالج إذا اعتبر أنه من المحتمل أن يكون مفيدا سريريا.
ملاحظة: يتوفر البروتوكول الكامل وخطة التحليل الإحصائي على https:// clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02489045. رقم التسجيل التجريبي: NCT # 02489045.
1. إعداد الموضوع
- راجع الحساسية أو عدم تحمل الأدوية المعروفة للموضوع على وجه الخصوص أي حساسية معروفة تجاه UCA المستخدمة.
- استبعاد الأشخاص الذين يعانون من حالات قلبية رئوية غير مستقرة أو غير مستقرين طبيا بشكل عام.
- ضع الموضوع على نقالة في وضع ضعيف.
- ضع قنية قياس 18-22 في الوريد في الذراع اليمنى أو اليسرى للشخص لتسريب UCA.
- تأكد من توفر خدمات الطوارئ (على سبيل المثال ، عربة التصادم) داخل المستشفى في حالة حدوث أي ردود فعل سلبية حادة.
ملاحظة: UCAs آمنة للغاية مع ردود فعل تأقانية خطيرة تم الإبلاغ عنها بمعدل أقل من 0.01٪. 20
2. إعداد UCA (خاص بالسونازويد)
- قم بإعداد ثلاث (3) قوارير تحتوي على 48 ميكرولتر من الفقاعات الدقيقة (6 مل) لكل موضوع عن طريق التعليق وفقا لتعليمات الشركة المصنعة. يتم توفير UCA كمسحوق جاف داخل قوارير مختومة سعة 10 مل. يحتوي فراغ رأس القوارير على البيرفلوروبوتان.
- ثقب سدادة قارورة UCA مع العلاج الكيميائي.
- قم بإزالة الغطاء الواقي من منفذ حقنة الكيميائي وأضف 2 مل من الماء المعقم.
- مع بقاء المحقنة متصلة ب chemospike ، هز المنتج على الفور لمدة 1 دقيقة لضمان منتج متجانس.
- اسحب المنتج إلى المحقنة وأعد حقن المنتج مرة أخرى في القارورة مرة أخرى. هذا لتجنب تخفيف المنتج بسبب حجم المساحة الميتة في الحاجز الكيميائي.
- أخرج المحقنة من منفذ المحقنة وأعد توصيل الغطاء الواقي. تركيز UCA المعاد تشكيله هو 8 ميكروبابل / مل.
- كرر إجراء إعادة التكوين لقوارير 2 الأخرى.
- استخدم محلول ملحي (محلول كلوريد الصوديوم 0.9٪) لملء أنابيب التوصيل قبل توصيلها بمحبس ثلاثي الاتجاهات. سيتم بعد ذلك توصيل المحبس بأنبوب التمديد المؤدي إلى القنية.
- اسحب جميع القوارير الثلاث (3) من UCA المعلقة في حقنة سعة 10 مل ، وضعها في مضخة حقنة على نفس المستوى أو أسفل المريض ، وقم بتوصيلها مباشرة بالمحبس.
- بعد التصوير الأولي بالموجات فوق الصوتية وبعد فتح المحبس ، قم ببث محلول كلوريد الصوديوم بمعدل 120 مل / ساعة ، وشارك في غرس Sonazoid بمعدل 0.024 ميكرولتر لكل كيلوغرام من وزن الجسم في الدقيقة (معدل تسريب التعليق 0.18 مل / كجم / ساعة).
ملاحظة: تم اختيار معدل التسريب هذا بناء على التجارب السابقة لمجموعتنا مع تسريب Sonazoid في موضوعات ارتفاع ضغط الدم البابي التي تخضع ل SHAPE13،14،21. سيختلف إجراء إعادة التعليق الدقيق وطريقة التسريب اعتمادا على UCA المستخدمة.
3. التصوير الأولي بالموجات فوق الصوتية
- قم بتشغيل ماسح ضوئي بالموجات فوق الصوتية (على سبيل المثال ، Logiq E10 ، الإصدار R2) وحدد المسبار المنحني C1-6-D.
- حدد إعدادا مسبقا للبطن على الماسح الضوئي بالموجات فوق الصوتية واستخدم مصفوفة خطية منحنية (عادة مع عرض نطاق ترددي 1-6 أو 2-8 ميجاهرتز) للحصول على صور ذات تدرج رمادي لكل من البوابة والوريد الكبدي في نفس مستوى التصوير وعلى أعماق مماثلة (الشكل 1). من الأفضل تحقيق ذلك بشكل عام من خلال نهج دون الضلعي.
- قم بتحسين الصور بناء على الممارسة السريرية الجيدة واحرص على تحديد منطقة الوريد الكبدي بعيدا عن الوريد الأجوف السفلي لتجنب تأثير التدفق الرجعي.
4. SHI وتصوير الشكل
- قم بتنشيط وضع التصوير بالتباين SHI في وضع العرض المزدوج (أي تشغيل الوضع B في الوقت الفعلي و SHI في وقت واحد) باستخدام زر لوحة اللمس بالتباين دون التوافقي وتنشيط وضع التباين. ثم حدد SUBH-AM على وحدة التحكم الدوارة.
- قم بإجراء SHI بتردد إرسال 2.5 ميجاهرتز واحصل على الإشارات المستقبلة عند 1.25 ميجاهرتز.
- استخدم تشكيل النبض لزيادة توليد إشارات الفقاعات الدقيقة دون التوافقية إلى أقصى حد ، مثل موجة مربعة ذات حدين ذات نافذة غاوسية مع سونازويد ،21 ولكن هذا يعتمد على الماسح الضوئي و UCA. 17
ملاحظة: قد لا يكون اختيار تردد التصوير وشكل النبضة متاحا للمستخدمين النهائيين.
- تأكد من سالكية البوابة والوريد الكبدي بالإضافة إلى وجود فقاعات دقيقة ، والتي يمكن أن تستغرق ما يصل إلى 1-2 دقائق من بداية التسريب.
- قم بتنشيط رمز التحسين التلقائي SHAPE لتحسين SHAPE عن طريق التعويض عن اختلاف العمق والتوهين. 22,23 حدد تحليل TIC على لوحة اللمس متبوعا ب F6 ثم الزر k.
- ستحصل خوارزمية تحسين SHAPE على بيانات دون توافقية لكل مستوى إخراج صوتي. بمجرد اكتمال الحصول على البيانات ، ضع عائد استثمار على وريد البوابة في نافذة عينة التباين (أعلى اليسار على شاشة تحليل TIC).
- ارسم متوسط البيانات دون التوافقية ضمن عائد الاستثمار كدالة للإخراج الصوتي وتناسب منحنى لوجستي مع البيانات. حدد نقطة الانعطاف لهذا المنحنى (أو بالأحرى القمة في منحنى المشتق الموضح أدناه) كقوة محسنة ، حيث ثبت أن هذه هي النقطة الأكثر حساسية للشكل. 22,23 تظهر إحدى هذه المجموعات من المنحنيات في الشكل 2.
- اضبط طاقة الخرج الصوتي على القيمة المحددة في الخطوة 4.4.1 ، والتي ستضمن أقصى تغيير في السعات دون التوافقية دالة للضغط المحيط (أي تعظيم حساسية SHAPE).
- الحصول على بيانات دون توافقية من الفقاعات الدقيقة (أي SHAPE) في مقاطع 5-15 ثانية أثناء ضخ تعليق UCA (الشكل 3).
5. معالجة بيانات الشكل
- بمجرد الحصول على حلقة SHI السينمائية المحسنة (الخطوة 5.6) ، حدد "تحليل TIC" على لوحة اللمس.
- تأكد من تنشيط "تتبع الحركة" على لوحة اللمس ، والتي تضبط موضع عائد الاستثمار لكل إطار للتعويض عن أي تنفس أو حركة أخرى.
- تأكد من تحديد ديسيبل كوحدة للمحور ص على التتبعات في نافذة التحليل.
- في نافذة عينة التباين (أعلى اليسار على الشاشة) ، حدد عائد استثمار متطابق (المناطق البيضاوية افتراضية) داخل الأوردة الكبدية والبابية. في نافذة التحليل (إلى اليمين) يتم حساب متوسط الإشارة دون التوافقية (بالديسيبل) داخل كل سفينة على جميع الإطارات في عرض نطاق 0.5 ميجاهرتز حوالي 1.25 ميجاهرتز.
- احسب تدرج SHAPE النهائي (بالديسيبل) كفرق في متوسط الإشارة دون التوافقية بين عائد الاستثمار للوريد الكبدي والوريد البابي. بناء على الدراسات الحالية ، فإن نقطة التشغيل المثلى لتحديد CSPH هي -0.11 ديسيبل ومعادلة الانحدار الخطي هي HVPG = 0.81 × SHAPE + 9.43. 14 من المهم ملاحظة أن هذا القطع والمعادلة يعتمدان على كل من الماسح الضوئي و UCA.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
كما هو الحال مع جميع فحوصات التصوير بالموجات فوق الصوتية ، فإن الاعتبار الأول ل SHAPE للكبد هو الحصول على أفضل صور أساسية ممكنة للتدرج الرمادي للمنطقة المستهدفة والتأكد (باستخدام تصوير دوبلر) من عدم وجود تحويلات وريدية بابية داخل الكبد أو تشوهات وعائية أخرى. في حالة تصوير الكبد لتشخيص ارتفاع ضغط الدم البابي ، فإن المفتاح هو تصور كل من الوريد البابي والوريد الكبدي بنفس العمق لتقليل تأثير التوهين (الشكل 1).
على الرغم من أن تركيز UCA لا يعتبر عاملا حاسما في إجراءات SHAPE10،23 ، إلا أنه يوصى بضخ UCA لتقليل جميع مصادر التباين. يجب إعادة تشكيل UCA وغرسه (يفضل من خلال إبرة قياس 20 أو 2224) وفقا لتعليمات الشركة المصنعة المحددة. بمجرد الوصول إلى تعزيز التوازن ، يجب تنشيط خوارزمية التحسين واختيار عائد استثمار في الوريد البوابي ، مما سينتج منحنيات مثل تلك الموضحة في الشكل 2. بمجرد اختيار طاقة الخرج الصوتية المثلى ، يمكن الحصول على بيانات SHI المعايرة (أي SHAPE).
يتم عرض أمثلة على صور SHAPE في الموضوعات مع CSPH وبدونه في الشكل 3. الفرق البصري الرئيسي هو الإشارة دون التوافقية الملحوظة الموجودة في الوريد الكبدي في الموضوع مع CSPH (الشكل 3B) وغائبة في الحالة الأخرى (الشكل 3A). يمكن حساب تقديرات الضغط النسبي الكمي من الفرق بين متوسط الإشارات دون التوافقية لعائد الاستثمار الموضوعة في الأوردة الكبدية والبابية (أي تدرج SHAPE). ومع ذلك ، في حوالي 10٪ من الحالات التي تمت دراستها حتى الآن ، كانت الإشارة دون التوافقية قريبة جدا من أرضية ضوضاء الماسح الضوئي وكان لا بد من التخلص منها. قد يكون هذا بسبب عدم كفاية تحسين التباين. علاوة على ذلك ، هناك مرضى يعانون من علامات سريرية ومخبرية لارتفاع ضغط الدم البابي ، ولكن لديهم قيم HVPG طبيعية أو صفرية. يمكن أن يعزى ذلك إلى عدد من الاختلافات التشريحية و / أو الوعائية ، مثل موضوع واحد مع ناسور بين البوابة والوريد الكبدي مما يؤدي إلى عدم وجود فرق بين الضغوط الحرة والإسفينية ، وبالتالي ، تشخيص SHAPE غير صحيح (الشكل 4).
أجرينا دراسة تجريبية هي الأولى من نوعها على البشر ل SHAPE في 45 مريضا يخضعون لخزعة الكبد عبر الوداجي (مع توفير قياسات HVPG كمعيار مرجعي) ، والتي أظهرت تدرجات SHAPE أعلى بكثير بين البوابة والأوردة الكبدية في الأشخاص الذين يعانون من CSPH (أي HVPG ≥ 10 مم زئبق) مقارنة بأولئك الذين لديهم HVPGs أقل (1.37 ± 0.59 ديسيبل مقابل -1.68 ± 0.27 ديسيبل ، ص < 0.001). 13
في الآونة الأخيرة ، قمنا بتوسيع مفهوم استخدام SHAPE لتقدير ضغط البوابة في تجربة سريرية كبيرة متعددة المراكز. أثبتت النتائج من 178 شخصا عبر موقعين باستخدام أنظمة Logiq 9 المعدلة فائدة SHAPE لتشخيص CSPH بحساسية 91٪ (فاصل ثقة 95٪: 88-93٪) وخصوصية 82٪ (فاصل ثقة 95٪: 75-85٪). 14 كانت الدقة الإجمالية 95٪ لتشخيص الأشخاص الذين يعانون من CSPH (فاصل الثقة 95٪ (CI): 89-99٪) وكان لدى هؤلاء الأشخاص تدرج SHAPE أعلى من المشاركين الذين لديهم HVPGs أقل (0.27 ± 2.13 ديسيبل مقابل -5.34 ± 3.29 ديسيبل ؛ p < 0.001) مما يشير إلى أن SHAPE قد يكون بالفعل أداة مفيدة لتشخيص ارتفاع ضغط الدم البابي14. وبالمثل ، كانت الحساسية والنوعية لتشخيص جميع الأشخاص المصابين بارتفاع ضغط الدم البابي (أي HVPG ≥ 5 مم زئبق) 71٪ و 80٪ على التوالي.
الشكل 1: مثال على صورة الكبد ذات التدرج الرمادي لبدء SHAPE. تشير الأسهم إلى الوريد البابي (PV) والوريد الكبدي (HV). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: منحنى المعايرة لتحسين الشكل. (أ) السعة دون التوافقية (بالديسيبل) كدالة لقدرة الخرج الصوتي (بالنسبة المئوية) توضح سلوك منحنى S المميز. (B) مشتق منحنى S لاختيار قدرة الخرج (يشير السهم إلى الذروة المحددة ، وبالتالي الطاقة). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: التصوير المزدوج مع الوضع B (أبيض وأسود) والتصوير دون التوافقي (الذهبي) على اليسار واليمين ، على التوالي من كل صورة. (أ) مريض لديه قيم HVPG طبيعية (3 مم زئبق) مع إشارة تحت توافقية ساطعة من الوريد البابي (PV) وإشارة غير كافية من الوريد الكبدي (HV). (ب) مريض مصاب ب CSPH و HVPG من 15 مم زئبق مما يدل على إشارات تحت توافقية كبيرة في كل من الأوردة البابية والكبدية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: دراسة SHAPE غير ناجحة في موضوع مع ناسور بين الأوردة الكبدية. نتج عن هذا الاختلاف التشريحي HVPG قدره 0 مم زئبق على الرغم من أن ضغوط التدرج (المشار إليها باسم الضغوط الحرة والإسفينية 18,19) كانت 39 مم زئبق (أي فرق 0 مم زئبق) ، بينما كان تدرج SHAPE -15.33 ديسيبل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| جامعة آسيا الوسطى | الشركه المصنعه | تخفيض الإشارة دون التوافقي (ديسيبل) | الانحدار الخطي (ص2) |
| تعريف | لانثيوس للتصوير الطبي، إن بيليريكا، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية | 11.0 ± 0.3 | 0.98 |
| ليفوفيست | شيرينغ إيه جي، برلين، ألمانيا | 9.6 ± 0.2 | 0.98 |
| لوماسون الملقب سونوفيو | براكو, ميلانو, إيطاليا | 1.0 ± 1.3 | 0.20 |
| أوبتيسون | جنرال إلكتريك للرعاية الصحية، برينستون، نيوجيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية | 10.1 ± 0.2 | 0.97 |
| سونازويد | جنرال إلكتريك للرعاية الصحية، أوسلو، النرويج | 13.3 ± 0.2 | 0.99 |
الجدول 1: الاستجابة دون التوافقية (والارتباط) لل UCAs التجارية لزيادة الضغط بحوالي 185 مم زئبق.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
لطالما كان القياس الدقيق وغير الجراحي للضغوط داخل جسم الإنسان هدفا سريريا مهما ولكنه بعيد المنال. يحقق بروتوكول قياسات SHAPE المقدم هنا هذا الهدف. العنصر الأكثر أهمية في إجراء SHAPE هو خوارزمية التحسين ، نظرا لأن البيانات دون التوافقية التي لم يتم الحصول عليها عند خرج الطاقة الصوتية الأمثل سترتبط ارتباطا سيئا بالضغوط الهيدروستاتيكية. 17،22،23 كان الإصدار الأولي من هذا البرنامج الذي تم تنفيذه على ماسح ضوئي Logiq 9 عرضة لعرض قمم متعددة في مشتق منحنى S (راجع الشكل 2B) مما يجعل اختيار طاقة الإخراج الصحيح أمرا صعبا. 13,14 ومع ذلك ، مع تحسين تصحيح الحركة على الماسح الضوئي Logiq E10 ، تم تخفيف هذه المشكلة إلى حد ما. 23 علاوة على ذلك ، فإن خوارزمية SHAPE كما هي مطبقة حاليا لديها معدل فشل يبلغ حوالي 10٪ ، حيث تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء دون التوافقية منخفضة للغاية بحيث لا يمكن حساب تقديرات الضغط الموثوقة. 14 لم يتم تحديد أي فروق في العمر أو مؤشر كتلة الجسم أو عمق التصوير أو حالة الكبد بين الأشخاص الذين حققوا دراسات SHAPE الناجحة والفاشلة.
في هذا البروتوكول ، تم تسليط الضوء على UCA ل SHAPE هو Sonazoid ، ولكن يمكن استخدام عدد من UCAs التجارية (راجع ، الجدول 1). 11،13،14،15،16 يجب تعديل إعداد التسريب وتركيز الفقاعات الدقيقة المطلوب لأي UCA معين يستخدم مع SHAPE بناء على توصيات الشركة المصنعة المحددة.
على الرغم من أن هذه ليست عادة معلمة يمكن للمستخدم الوصول إليها ، إلا أن استخدام تشكيل النبض لتعظيم توليد إشارات الفقاعات الدقيقة دون التوافقية أمر مهم لإجراء SHAPE ناجح. بالنسبة لعائلة Logiq من الماسحات الضوئية ، تظهر الموجة المربعة ذات النوافذ ذات الحدين ذات النوافذ الغاوسية مع Sonazoid21 الأمثل ، ولكن هذا يعتمد على الماسح الضوئي و UCA. 17 بالنسبة للماسح الضوئي SonixTABLET من الموجات فوق الصوتية BK ، يمكن استخدام كل من الموجة المربعة ونبضة الزقزقة (مع UCAs المختلفة). 17 بصرف النظر عن الأنظمة المذكورة أعلاه ، فإن الماسحات الضوئية التجارية الأخرى الوحيدة للموجات فوق الصوتية المتوفرة حاليا مع SHI ، وبالتالي ، SHAPE هي من MindRay.
ركز هذا البروتوكول على تحديد ارتفاع ضغط الدم البابي لدى المرضى الذين يعانون من أمراض الكبد المزمنة كتطبيق سريري. أحد الأسباب الرئيسية هو أن التقنيات غير الباضعة الحالية ، مثل استخدام التصوير المقطعي المحوسب أو التصوير بالرنين المغناطيسي أو التصوير بالموجات فوق الصوتية ، غير مباشرة ونوعية وكانت النتائج مختلطة تماما. 19 تدابير الموجات فوق الصوتية غير الباضعة مثل التصوير الإلستوجرافي لتصلب الكبد هي تقنيات كمية يمكنها تحديد المرضى المعرضين لخطر الإصابة ب CSPH. خاصة عندما يقترن بقياس حجم الطحال وعدد الصفائح الدموية. تم الإبلاغ عن دقة 90-94٪ للتشخيص الأولي ل CSPH ، لكن هذه الطرق ليست دقيقة بما يكفي للسماح بتتبع التخفيضات العلاجية في HVPG. 19 يشير التحسن في أنظمة التسجيل السريرية ، أو تطبيع اختبارات وظائف الكبد في الدم ، أو انخفاض الاستسقاء والدوالي نوعيا إلى تحسن في ارتفاع ضغط الدم البابي. 18 ومع ذلك ، على عكس SHAPE ، لا يوفر أي من هذه المقاييس مقياسا كميا لضغط البوابة. وبالتالي ، فإن الطريقة الوحيدة المقبولة سريريا لقياس ضغوط البوابة هي من خلال HVPG المقاس عبر قسطرة ضغط غازية.
وبالمثل ، يمكن أن توفر خوارزمية SHAPE تقديرات لضغط القلب مع أخطاء أقل من 3 مم زئبق في المرضى. 16 لا توجد بدائل كمية غير جراحية ل SHAPE في أمراض القلب. ومع ذلك ، يعد هذا تطبيقا صعبا ، حيث أن تقديرات الضغط المطلقة في الوقت الفعلي مطلوبة. 16،17 أظهرت التحقيقات في 3D SHAPE لمراقبة ضغط السائل الخلالي كمقياس لاستجابة سرطان الثدي للعلاج المساعد الجديد أنه عند الانتهاء من 10٪ من العلاج (أي بعد دورة علاج كيميائي واحدة) يمكن أن يميز تدرج SHAPE بين الورم والأنسجة الطبيعية المحيطة المستجيبين عن المستجيبين الجزئيين / غير المستجيبين (3.23 ± 1.41 ديسيبل مقابل -0.88 ± 1.46 ديسيبل ؛ p = 0.001). 15 هناك مجالات سريرية أخرى ، مثل تقدير الضغوط غير الغازية في المثانة أو الدماغ ، يتابعها الباحثون في جميع أنحاء العالم مما يدل على قابلية التطبيق الواسع لتقنية SHAPE.
باختصار ، يجمع بروتوكول SHAPE هذا بين UCAs المتاحة تجاريا ، وماسح ضوئي بالموجات فوق الصوتية ، و SHI معاير لتوفير تقديرات ضغط كمي غير جراحية في الوقت الفعلي ، وبالتالي تلبية حاجة سريرية كبيرة وغير ملباة حتى الآن.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
لدى الدكاترة فورسبرغ وغوبتا ووالاس وأيزنبري براءة اختراع معلقة على تقنية SHAPE. الدكتور والاس هو موظف في جنرال إلكتريك.
Acknowledgments
يتم دعم هذا العمل جزئيا من قبل قيادة مواد البحوث الطبية للجيش الأمريكي تحت W81XWH-08-1-0503 ، و W81XWH-12-1-0066 ، من خلال منح AHA رقم 0655441U و 15SDG25740015 وكذلك من قبل NIH R21 HL081892 و R21 HL130899 و R21 HL089175 و RC1 DK087365 و R01 DK098526 و R01 DK118964 و R01 CA140338 و R01 CA234428 و Lantheus Medical Imaging و GE Healthcare ، أوسلو ، النرويج.
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).
