Summary
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.
Abstract
Niet-invasieve, nauwkeurige meting van de druk in het menselijk lichaam is al lang een belangrijk maar ongrijpbaar klinisch doel. Contrastmiddelen voor ultrasone beeldvorming zijn met gas gevulde, ingekapselde microbubbels (diameter < 10 μm) die de gehele vasculatuur doorkruisen en signalen tot 30 dB verbeteren. Deze microbubbels produceren ook niet-lineaire oscillaties op frequenties variërend van de subharmonische (de helft van de zendfrequentie) tot hogere harmonischen. De subharmonische amplitude heeft een omgekeerde lineaire relatie met de omgevingshydrostatische druk. Hier wordt een echografiesysteem gepresenteerd dat in staat is om real-time, subharmonic aided pressure estimation (SHAPE) uit te voeren. Tijdens de infusie van ultrasone contrastmiddelen wordt een algoritme voor het optimaliseren van akoestische uitgangen geactiveerd. Na deze kalibratie hebben subharmonische microbubbelsignalen (d.w.z. SHAPE) de hoogste gevoeligheid voor drukveranderingen en kunnen ze worden gebruikt om de druk niet-invasief te kwantificeren. Het nut van de SHAPE-procedure voor het identificeren van portale hypertensie in de lever ligt hier centraal, maar de techniek is toepasbaar in veel klinische scenario's.
Introduction
Een aantal verschillende ultrasone contrastmiddelen (UCA's) zijn goedgekeurd voor klinisch gebruik in de cardiologie (met name linkerventrikelopacificatie) en radiologie (met name karakterisering van leverlaesies bij volwassenen en kinderen) over de hele wereld. 1 De gevoeligheid en specificiteit van echografie kan worden verbeterd door intraveneuze (IV) injectie van met gas gevulde microbubbels (diameter < 10 μm) ingekapseld door een lipide- of eiwitschil als UCA's die de gehele vasculatuur doorkruisen en signalen met maximaal 30 dB verbeteren. 1 Deze UCA's versterken niet alleen de teruggekaatste ultrasone signalen, maar bij voldoende akoestische drukken (> 200 kPa) fungeren ze ook als niet-lineaire oscillatoren. Daarom zullen significante energiecomponenten worden geproduceerd in de ontvangen echo's, variërend van subharmonische en harmonische tot ultraharmonische frequenties. 1,2 Deze niet-lineaire signaalcomponenten kunnen worden geëxtraheerd uit weefsel- en lineaire belecho's (bijvoorbeeld met behulp van pulsinversie) en worden gebruikt om contrastspecifieke beeldvormingsmodaliteiten te creëren, zoals subharmonische beeldvorming (SHI), die ontvangt op de helft van de zendfrequentie (d.w.z. op f 0/2). 3 Onze groep heeft in klinische onderzoeken bij mensen aangetoond dat SHI de bloedstroom in neovessels en arteriolen kan detecteren die geassocieerd zijn met een verscheidenheid aan tumoren en weefsels. 4,5,6,7,8,9
We hebben gepleit voor het gebruik van UCA's niet als vasculaire tracers, maar als sensoren voor niet-invasieve drukschatting in de bloedsomloop door subharmonische contrastbelamplitudevariaties te monitoren. 10 Deze innovatieve techniek, subharmonic-aided pressure estimation (SHAPE) genoemd, is gebaseerd op de inverse lineaire correlatie tussen de amplitude van de subharmonische signalen en de hydrostatische druk (tot 186 mmHg) gemeten voor de meeste commerciële ICA's in vitro (r2 > 0,90), zoals samengevat in tabel 1. 10,11 Er moet echter worden opgemerkt dat niet alle ICA's dit gedrag vertonen. Het meest opvallend is aangetoond dat subharmonische signalen van de UCA SonoVue (bekend als Lumason in de VS) aanvankelijk stijgen met hydrostatische druktoenames, gevolgd door een plateau en een afnemende fase. 12 Niettemin biedt SHAPE de mogelijkheid om drukgradiënten in het hart en in het gehele cardiovasculaire systeem en interstitiële vloeistofdruk in tumoren niet-invasief te verkrijgen. 13,14,15,16,17 Onlangs hebben we een real-time versie van het SHAPE-algoritme geïmplementeerd op een commerciële ultrasone scanner en een proof-of-concept geleverd dat SHAPE in vivo drukschattingen kan geven met fouten van minder dan 3 mmHg in de linker- en rechterventrikels van patiënten. 16,17
De meeste ervaring met SHAPE tot nu toe was voor het diagnosticeren van portale hypertensie met meer dan 220 proefpersonen die deelnamen en de eerste bevindingen werden bevestigd in een multicenterstudie. 13,14 Portale hypertensie wordt gedefinieerd als een toename van de drukgradiënt tussen de poortader en de leveraders of de inferieure vena cava van meer dan 5 mmHg, terwijl klinisch significante portale hypertensie (CSPH) een gradiënt of het equivalent daarvan vereist, een hepatische veneuze drukgradiënt (HVPG) ≥ 10 mmHg. 18 CSPH is geassocieerd met een verhoogd risico op gastro-oesofageale varices, ascites, leverdecompensatie, postoperatieve decompensatie en hepatocellulair carcinoom. 18,19 Patiënten die ascites ontwikkelen hebben een 50% driejaarssterfte en degenen die een spontane infectie van de ascitesvloeistof ontwikkelen, dragen een sterfte van 70% op één jaar. Patiënten met cirrose hebben een jaarlijkse incidentie van 5-10% van gastro-oesofageale variceale formatie en een jaarlijkse incidentie van 4-15% van bloedingen; Elke bloedingsepisode heeft tot 20% risico op overlijden. 18,19
Dit manuscript beschrijft hoe een SHAPE-studie kan worden uitgevoerd met behulp van commercieel beschikbare apparatuur en UCA's met de nadruk op het identificeren van portale hypertensie in de lever van patiënten. De kritische kalibratieprocedure die nodig is om de hoogste gevoeligheid voor het schatten van drukveranderingen te bereiken, wordt in detail uitgelegd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De institutionele beoordelingsraden van zowel Thomas Jefferson University als het ziekenhuis van de Universiteit van Pennsylvania keurden dit protocol goed. Het protocol voldoet aan de Wet meeneembaarheid en verantwoording zorgverzekering. De Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) heeft een Investigational New Drug approval (IND # 124.465 aan F. Forsberg) afgegeven voor dit protocol. GE Healthcare (Oslo, Noorwegen) leverde de UCA die in dit onderzoek werd gebruikt (Sonazoïde; Tabel 1). Sonazoïde is niet goedgekeurd door de FDA voor klinische toepassingen in de Verenigde Staten, daarom was een IND noodzakelijk. Andere UCA's met FDA-goedkeuring1 kunnen off-label worden gebruikt naar goeddunken van de behandelende arts als dit mogelijk klinisch nuttig wordt geacht.
OPMERKING: Het volledige protocol en het statistische analyseplan zijn beschikbaar op https:// clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02489045. Registratienummer van de proef: NCT # 02489045.
1. Voorbereiding van het onderwerp
- Bekijk de bekende medicijnallergieën of -intoleranties van het onderwerp, in het bijzonder elke bekende allergie voor de UCA die wordt gebruikt.
- Sluit personen uit met instabiele cardiopulmonale aandoeningen of die over het algemeen medisch instabiel zijn.
- Leg het onderwerp op een brancard in rugligging.
- Plaats een canule van 18 - 22 gauge in een ader in de rechter- of linkerarm van de proefpersoon voor de UCA-infusie.
- Zorg ervoor dat hulpdiensten (bijvoorbeeld een crashkar) beschikbaar zijn in het ziekenhuis in geval van acute bijwerkingen.
OPMERKING: UCA's zijn zeer veilig met ernstige anafylactoïde-type reacties gemeld met een snelheid van minder dan 0,01%. 20
2. UCA-preparaat (specifiek voor onazoïde)
- Bereid drie (3) injectieflacons met 48 μL microbubbels (6 ml) voor elk onderwerp door opnieuw te suspenderen volgens de instructies van de fabrikant. De UCA wordt geleverd als een droog poeder in 10 ml verzegelde injectieflacons. De headspace van de injectieflacons bevat perfluorobutaan.
- Perforeer de stop van de UCA-injectieflacon met een chemospike.
- Verwijder de beschermkap uit de spuitpoort van de chemospike en voeg 2 ml steriel water toe.
- Terwijl de spuit aan de chemospike blijft zitten, schudt u het product onmiddellijk gedurende 1 minuut om een homogeen product te garanderen.
- Zuig het product op in de spuit en injecteer het product opnieuw in de injectieflacon. Dit is om verdunning van het product als gevolg van het dode ruimtevolume in de chemospike te voorkomen.
- Verwijder de spuit uit de spuitpoort en bevestig de beschermkap opnieuw. De concentratie van de gereconstitueerde UCA is 8 μL microbubbels/ml.
- Herhaal de reconstitutieprocedure voor de andere 2 injectieflacons.
- Gebruik zoutoplossing (0,9% NaCl-oplossing) om de verbindingsbuizen te vullen voordat u wordt aangesloten op een 3-weg stopkraan. De stopkraan wordt dan aangesloten op de verlengbuis die naar de canule leidt.
- Zuig alle drie (3) injectieflacons met gesuspendeerde UCA in een spuit van 10 ml en plaats deze in een spuitpomp op hetzelfde niveau of onder de patiënt en sluit deze rechtstreeks aan op de stopkraan.
- Na de eerste echografie en nadat de stopkraan is geopend, infundeert u de NaCl-oplossing met een snelheid van 120 ml / uur en co-infundeert u Sonazoid met een snelheid van 0,024 μl per kg lichaamsgewicht per minuut (suspensie-infusiesnelheid van 0,18 ml / kg / uur).
OPMERKING: Deze infusiesnelheid werd geselecteerd op basis van eerdere ervaringen van onze groep met Sonazoïde infusie bij patiënten met portale hypertensie die SHAPE13,14,21 ondergingen. De exacte resuspensieprocedure en infusiemethode variëren afhankelijk van de gebruikte UCA.
3. Initiële echografie
- Schakel een ultrasone scanner in (bijv. Logiq E10, versie R2) en selecteer de C1-6-D kromlijnige sonde.
- Selecteer een buikvoorinstelling op de ultrasone scanner en gebruik een kromlijnige array (meestal met een bandbreedte van 1-6 of 2-8 MHz) om grijswaardenbeelden te verkrijgen van zowel het portaal als een leverader in hetzelfde beeldvormingsvlak en op vergelijkbare diepten (figuur 1). Dit kan over het algemeen het beste worden bereikt via een subcostale benadering.
- Optimaliseer de beelden op basis van goede klinische praktijken en zorg ervoor dat u het leveradergebied uit de buurt van de inferieure vena cava selecteert om de invloed van retrograde stroming te voorkomen.
4. SHI en SHAPE beeldvorming
- Activeer de SHI-contrastbeeldvormingsmodus in de modus met twee weergaven (d.w.z. door tegelijkertijd de real-time B-modus en SHI uit te voeren) met behulp van de subharmonische contrastknop op het aanraakpaneel en activeer de contrastmodus. Selecteer vervolgens SUBH-AM op de draaiknop.
- Voer SHI uit op een zendfrequentie van 2,5 MHz en verkrijg de ontvangen signalen op 1,25 MHz.
- Gebruik pulsvorming om de generatie van subharmonische microbubbelsignalen te maximaliseren, zoals een Gaussisch venster binomiaal gefilterde blokgolf met Sonazoïde,21 maar dit is scanner- en UCA-afhankelijk. 17
OPMERKING: De keuze van de beeldfrequentie en pulsvorm is mogelijk niet beschikbaar voor eindgebruikers.
- Bevestig de doorgankelijkheid van het portaal en de leverader, evenals de aanwezigheid van microbubbels, die tot 1-2 minuten kunnen duren vanaf het begin van de infusie.
- Activeer de geautomatiseerde optimalisatiecode van SHAPE om SHAPE te optimaliseren door te compenseren voor variërende diepte en demping. 22,23 Selecteer TIC-analyse op het aanraakscherm, gevolgd door F6 en vervolgens de k-knop.
- Het SHAPE-optimalisatiealgoritme verzamelt subharmonische gegevens voor elk akoestisch uitgangsniveau. Zodra de gegevensverzameling is voltooid, plaatst u een ROI op de portalader in het contrastvoorbeeldvenster (linksboven op het scherm TIC-analyse).
- Plot de gemiddelde subharmonische gegevens binnen de ROI als een functie van de akoestische output en pas een logistieke curve aan de gegevens toe. Selecteer het buigpunt van deze curve (of beter gezegd de piek in de afgeleide curve die eronder wordt weergegeven) als het geoptimaliseerde vermogen, omdat is aangetoond dat dit het punt is met de grootste VORM-gevoeligheid. 22,23 Een dergelijke reeks curven is weergegeven in figuur 2.
- Stel het akoestische uitgangsvermogen in op de waarde die is aangegeven in stap 4.4.1, wat zorgt voor de maximale verandering in subharmonische amplitudes een functie van de omgevingsdruk (d.w.z. het maximaliseren van de gevoeligheid van SHAPE).
- Verkrijg subharmonische gegevens van de microbubbels (d.w.z. SHAPE) in segmenten van 5-15 s tijdens de infusie van de UCA-suspensie (figuur 3).
5. SHAPE-gegevensverwerking
- Zodra de geoptimaliseerde SHI cine-loop is verkregen (stap 5.6), selecteert u "TIC Analysis" op het aanraakscherm.
- Zorg ervoor dat "Motion Tracking" is geactiveerd op het aanraakscherm, dat de ROI-positie voor elk frame aanpast om te compenseren voor ademhaling of andere bewegingen.
- Zorg ervoor dat dB is geselecteerd als de eenheid voor de Y-as op de sporen in het analysevenster.
- Selecteer in het contrastvoorbeeldvenster (linksboven op het scherm) identieke ROI's (elliptische gebieden zijn standaard) binnen de lever- en portaladers. In het analysevenster (rechts) wordt het subharmonische signaal (in dB) binnen elk vat gemiddeld over alle frames in een bandbreedte van 0,5 MHz rond 1,25 MHz.
- Bereken de uiteindelijke SHAPE-gradiënt (in dB) als het verschil in het gemiddelde subharmonische signaal tussen de ROI's van de lever- en de poortader. Op basis van de huidige studies is het optimale werkpunt voor het identificeren van CSPH -0,11 dB en de lineaire regressievergelijking HVPG = 0,81 x SHAPE + 9,43. 14 Het is belangrijk op te merken dat deze afsnijding en vergelijking zowel afhankelijk zijn van scanner als van UCA.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Zoals bij alle echografische onderzoeken, is de eerste overweging voor levervorm het verkrijgen van de best mogelijke baseline grijswaardenbeelden van het doelgebied en om ervoor te zorgen (met behulp van Doppler-beeldvorming) dat er geen intrahepatische portale veneuze shunts of andere vasculaire afwijkingen aanwezig zijn. In het geval van beeldvorming van de lever voor het diagnosticeren van portale hypertensie, is de sleutel om zowel de poortader als een leverader op dezelfde diepte te visualiseren om de impact van verzwakking te minimaliseren (figuur 1).
Hoewel de UCA-concentratie niet als een kritische factor wordt beschouwd in SHAPE-procedures 10,23, wordt het niettemin aanbevolen om de UCA te infunderen om alle bronnen van variabiliteit te minimaliseren. De UCA moet worden gereconstitueerd en geïnfundeerd (bij voorkeur via een naald van 20 of 22 gauge24) volgens de specifieke instructies van de fabrikant. Zodra evenwichtsverbetering is bereikt, moet het optimalisatiealgoritme worden geactiveerd en moet een ROI in de portalader worden geselecteerd, die curven zal produceren zoals die in figuur 2. Zodra het optimale akoestische uitgangsvermogen is geselecteerd, kunnen gekalibreerde SHI-gegevens (d.w.z. SHAPE) worden verkregen.
Voorbeelden van SHAPE-afbeeldingen bij proefpersonen met en zonder CSPH zijn weergegeven in figuur 3. Het belangrijkste visuele verschil is het gemarkeerde subharmonische signaal dat aanwezig is in de leverader bij het onderwerp met CSPH (figuur 3B) en afwezig in het andere geval (figuur 3A). Kwantitatieve, relatieve drukschattingen kunnen worden berekend op basis van het verschil tussen de gemiddelde subharmonische signalen van ROIs die in de lever- en portaladers zijn geplaatst (d.w.z. de SHAPE-gradiënt). In ongeveer 10% van de tot nu toe onderzochte gevallen bevond het subharmonische signaal zich echter te dicht bij de ruisvloer van de scanner en moest het worden weggegooid. Dit kan te wijten zijn aan onvoldoende contrastverbetering. Bovendien zijn er patiënten die zich presenteren met klinische en laboratoriumale tekenen van portale hypertensie, maar die HVPG-waarden hebben die normaal of nul zijn. Dit kan worden toegeschreven aan een aantal anatomische en/of vasculaire variaties, zoals een proefpersoon met een fistel tussen de poortader en de leverader die leidt tot geen verschil tussen de vrije en wigvormige druk en dus een onjuiste SHAPE-diagnose (figuur 4).
We voerden een eerste-in-menselijke, pilotstudie van SHAPE uit bij 45 patiënten die transjugulaire leverbiopsie ondergingen (met HVPG-metingen als referentiestandaard), die significant hogere SHAPE-gradiënten tussen de poort- en leveraders vertoonden bij proefpersonen met CSPH (d.w.z. een HVPG-≥ 10 mmHg) dan bij patiënten met lagere HVPG's (1,37 ± 0,59 dB versus -1,68 ± 0,27 dB, blz < 0,001). 13
Onlangs hebben we het concept van het gebruik van SHAPE voor portale drukschatting uitgebreid in een grote multi-center klinische studie. Resultaten van 178 proefpersonen op twee locaties met behulp van gemodificeerde Logiq 9-systemen stelden het nut van SHAPE vast voor het diagnosticeren van CSPH met een sensitiviteit van 91% (95% betrouwbaarheidsinterval: 88-93%) en een specificiteit van 82% (95% betrouwbaarheidsinterval: 75-85%). 14 De totale nauwkeurigheid was 95% voor het diagnosticeren van proefpersonen met CSPH (95% betrouwbaarheidsinterval (CI): 89-99%) en deze proefpersonen hadden een hogere SHAPE-gradiënt dan deelnemers met lagere HVPG's (0,27 ± 2,13 dB versus -5,34 ± 3,29 dB; p < 0,001), wat aangeeft dat SHAPE inderdaad een nuttig hulpmiddel kan zijn voor de diagnose van portale hypertensie14. Evenzo waren de sensitiviteit en specificiteit voor het diagnosticeren van alle proefpersonen met portale hypertensie (d.w.z. HVPG ≥ 5 mmHg) respectievelijk 71% en 80%.
Figuur 1: Voorbeeld van grijswaardenleverafbeelding voor SHAPE-initiatie. Pijlen geven de poortader (PV) en een leverader (HV) aan. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Kalibratiecurve voor SHAPE-optimalisatie. (A) Subharmonische amplitude (in dB) als functie van het akoestische uitgangsvermogen (in %) die het karakteristieke gedrag van de S-curve weergeeft. (B) De afgeleide van de S-curve voor de selectie van het uitgangsvermogen (pijl geeft de geselecteerde piek en dus het vermogen aan). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Dual Imaging met B-mode (zwart-wit) en subharmonische beeldvorming (goud) links en rechts, respectievelijk van elk beeld. (A) Een patiënt met normale HVPG-waarden (3 mmHg) met een helder subharmonisch signaal van de poortader (PV) en een ontoereikend signaal van de leverader (HV). (B) Een patiënt met CSPH en een HVPG van 15 mmHg die aanzienlijke subharmonische signalen vertoont in zowel poort- als leveraders. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Mislukte SHAPE-studie bij proefpersonen met een fistel tussen de leveraders. Deze anatomische variatie resulteerde in een HVPG van 0 mmHg, hoewel de gradiëntdrukken (aangeduid als de vrije en wigvormige drukken 18,19) beide 39 mmHg waren (d.w.z. een verschil van 0 mmHg), terwijl de SHAPE-gradiënt -15,33 dB was. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| UCA | Fabrikant | Subharmonische signaalreductie (dB) | Lineaire regressie (r2) |
| Definiteit | Lantheus Medical Imaging, N Billerica, MA, Verenigde Staten | 11,0 ± 0,3 | 0.98 |
| Levovist | Schering AG, Berlijn, Duitsland | 9,6 ± 0,2 | 0.98 |
| Lumason aka SonoVue | Bracco, Milaan, Italië | 1,0 ± 1,3 | 0.20 |
| Optison | GE Healthcare, Princeton, NJ, Verenigde Staten | 10,1 ± 0,2 | 0.97 |
| Sonazoïde | GE Healthcare, Oslo, Noorwegen | 13,3 ± 0,2 | 0.99 |
Tabel 1: Subharmonische respons (en correlatie) van commerciële ICO's tot een drukverhoging van ongeveer 185 mmHg.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Niet-invasieve, nauwkeurige meting van de druk in het menselijk lichaam is al lang een belangrijk maar ongrijpbaar klinisch doel. Het hier gepresenteerde protocol voor SHAPE-metingen bereikt dit doel. Het meest kritische onderdeel van de SHAPE-procedure is het optimalisatiealgoritme, omdat subharmonische gegevens die niet bij het optimale akoestische uitgangsvermogen zijn verkregen, slecht correleren met hydrostatische drukken. 17,22,23 De eerste versie van deze software die op een Logiq 9-scanner werd geïmplementeerd, was gevoelig voor het weergeven van meerdere pieken in de afgeleide van de S-curve (zie figuur 2B), waardoor de juiste selectie van het uitgangsvermogen moeilijk was. 13,14 Met verbeterde bewegingscorrectie op de Logiq E10-scanner is dit probleem echter enigszins verzacht. 23 Bovendien heeft het thans toegepaste SHAPE-algoritme een uitvalpercentage van ongeveer 10 %, waarbij de subharmonische signaal-ruisverhouding te laag is om betrouwbare drukschattingen te kunnen berekenen. 14 Er zijn geen verschillen in leeftijd, body-mass-index, diepte van beeldvorming of leverstatus vastgesteld tussen proefpersonen met succesvolle en met mislukte SHAPE-studies.
In dit protocol was de UCA gemarkeerd voor SHAPE Sonazoïde, maar een aantal commerciële ICO's kunnen worden gebruikt (zie tabel 1). 11,13,14,15,16 De infusie-instelling en microbubbelconcentratie die vereist zijn voor een bepaalde UCA die met SHAPE wordt gebruikt, moeten worden aangepast op basis van de aanbevelingen van de specifieke fabrikant.
Hoewel dit meestal geen voor de gebruiker toegankelijke parameter is, is het gebruik van pulsvorming om het genereren van subharmonische microbubbelsignalen te maximaliseren belangrijk voor een succesvolle SHAPE-procedure. Voor de Logiq-familie van scanners lijkt een Gauss-venstervormige binomiale gefilterde blokgolf met Sonazoid optimaal21, maar dit is scanner- en UCA-afhankelijk. 17 Voor de SonixTABLET scanner van BK Ultrasound kunnen zowel een blokgolf als een chirp pulse worden gebruikt (met verschillende UCA's). 17 Afgezien van de hierboven genoemde systemen zijn de enige andere commerciële ultrasone scanners die momenteel beschikbaar zijn met SHI en dus SHAPE van MindRay.
Dit protocol richtte zich op het identificeren van portale hypertensie bij patiënten met chronische leverziekte als de klinische toepassing. Een belangrijke reden is dat bestaande niet-invasieve technieken, zoals het gebruik van CT, MRI of echografie, indirect en kwalitatief zijn en de resultaten vrij gemengd zijn. 19 Niet-invasieve echografiemetingen zoals elastografie voor leverstijfheid zijn kwantitatieve technieken die patiënten met een hoog risico op CSPH kunnen identificeren; vooral in combinatie met het meten van miltgrootte en aantal bloedplaatjes. Nauwkeurigheden van 90-94% voor de initiële diagnose van CSPH zijn gerapporteerd, maar deze methoden zijn niet nauwkeurig genoeg om therapeutische reducties in HVPG te kunnen volgen. 19 Verbetering van klinische scoresystemen, normalisatie van serum leverfunctietests of vermindering van ascites en varices duiden kwalitatief op verbetering van portale hypertensie. 18 Anders dan SHAPE biedt geen van deze maatregelen echter een kwantitatieve maat voor de portaaldruk. Bijgevolg is de enige klinisch geaccepteerde methode voor het kwantificeren van portale drukken via de HVPG gemeten via een invasieve drukkatheter.
Evenzo kan het SHAPE-algoritme schattingen van de hartdruk geven met fouten van minder dan 3 mmHg bij patiënten. 16 Er bestaan geen kwantitatieve, niet-invasieve alternatieven voor SHAPE in de cardiologie. Dit is echter een uitdagende toepassing, omdat absolute, real-time drukschattingen vereist zijn. 16,17 Onderzoek naar 3D SHAPE voor het monitoren van interstitiële vloeistofdruk als maat voor de reactie van borstkanker op neoadjuvante therapie heeft aangetoond dat bij 10% voltooiing van de therapie (d.w.z. na één chemotherapiecyclus) de SHAPE-gradiënt tussen de tumor en het omringende normale weefsel responders kan onderscheiden van partiële/non-responders (3,23 ± 1,41 dB vs. -0,88 ± 1,46 dB; p = 0,001). 15 Andere klinische gebieden, zoals het niet-invasief schatten van de druk in de blaas of de hersenen, worden nagestreefd door onderzoekers over de hele wereld die de brede toepasbaarheid van de SHAPE-techniek aantonen.
Samenvattend combineert dit SHAPE-protocol commercieel verkrijgbare UCA's, een ultrasone scanner en gekalibreerde SHI om realtime, niet-invasieve kwantitatieve drukschattingen te bieden, waardoor aan een belangrijke en tot nu toe onvervulde klinische behoefte wordt voldaan.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Drs. Forsberg, Gupta, Wallace en Eisenbrey hebben een patent aangevraagd op de SHAPE-technologie. Dr. Wallace is een medewerker van GE.
Acknowledgments
Dit werk wordt gedeeltelijk ondersteund door het U.S. Army Medical Research Material Command onder W81XWH-08-1-0503 en W81XWH-12-1-0066, door AHA-subsidies nr. 0655441U en 15SDG25740015, evenals door NIH R21 HL081892, R21 HL130899, R21 HL089175, RC1 DK087365, R01 DK098526, R01 DK118964, R01 CA140338, R01 CA234428, door Lantheus Medical Imaging en door GE Healthcare, Oslo, Noorwegen.
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).
