Name: contrast-enhanced subharmonic aided pressure estimation (shape) using ultrasound imaging with a focus on identifying portal hypertension
Uploaded: 2020-12-05T15:00:00
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この作業の一部は、W81XWH-08-1-0503およびW81XWH-12-1-0066に基づく米国陸軍医学研究材料司令部、AHA助成金番号0655441Uおよび15SDG25740015、ならびにNIH R21 HL081892、R21 HL130899、R21 HL089175、RC1 DK087365、R01 DK098526、R01 DK118964、R01 CA140338、R01 CA234428、およびGEヘルスケア(ノルウェー、オスロ)によってサポートされています。

トーマスジェファーソン大学とペンシルベニア大学病院の両方の治験審査委員会は、このプロトコルを承認しました。このプロトコルは、医療保険の相互運用性と説明責任に関する法律に準拠しています。米国食品医薬品局(FDA)は、このプロトコルの治験新薬承認(IND#124,465からF.フォースバーグ)を発行しました。GEヘルスケア(ノルウェー、オスロ)は、この研究で使用されたUCA(ソナゾイド; <str...

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	<li>Lyshchik, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of CEUS. , (2019).</li><li>Leighton, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Acoustic Bubble. , (1994).</li><li>Forsberg, F., Shi, W. T., Goldberg, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subharmonic+imaging+of+contrast+agents.">Subharmonic imaging of contrast agents.</a> Ultrasonics. 38 (1-8), 93-98 (2000).</li><li>Forsberg, F., Piccoli, C. W., Merton, D. A., Palazzo, J. P., Hall, A. 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R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contrast-enhanced+subharmonic+and+harmonic+ultrasound+of+renal+masses+undergoing+percutaneous+cryoablation.">Contrast-enhanced subharmonic and harmonic ultrasound of renal masses undergoing percutaneous cryoablation.</a> Academic Radiology. 22 (7), 820-826 (2015).</li><li>Gupta, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transrectal+subharmonic+ultrasound+imaging+for+prostate+cancer+detection.">Transrectal subharmonic ultrasound imaging for prostate cancer detection.</a> Urology. 138 (4), 106-112 (2020).</li><li>Shi, W. T., Forsberg, F., Raichlen, J. S., Needleman, L., Goldberg, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+dependence+of+subharmonic+signals+from+contrast+microbubbles.">Pressure dependence of subharmonic signals from contrast microbubbles.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 25 (2), 275-283 (1999).</li><li>Halldorsdottir, V. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subharmonic+contrast+microbubble+signals+for+noninvasive+pressure+estimation+under+static+and+dynamic+flow+conditions.">Subharmonic contrast microbubble signals for noninvasive pressure estimation under static and dynamic flow conditions.</a> Ultrasonic Imaging. 33 (3), 153-164 (2011).</li><li>Nio, A. Q. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+control+of+SonoVue+microbubbles+to+estimate+hydrostatic+pressure.">Optimal control of SonoVue microbubbles to estimate hydrostatic pressure.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 67 (3), 557-567 (2020).</li><li>Eisenbrey, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+liver+disease:+noninvasive+subharmonic+aided+pressure+estimation+of+hepatic+venous+pressure+gradient.">Chronic liver disease: noninvasive subharmonic aided pressure estimation of hepatic venous pressure gradient.</a> Radiology. 268 (2), 581-588 (2013).</li><li>Gupta, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diagnosing+portal+hypertension+with+noninvasive+subharmonic+pressure+estimates+from+an+ultrasound+contrast+agent.">Diagnosing portal hypertension with noninvasive subharmonic pressure estimates from an ultrasound contrast agent.</a> Radiology. , (2020).</li><li>Nam, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+neoadjuvant+chemotherapy+for+breast+cancer+by+using+three-dimensional+subharmonic+aided+pressure+estimation+and+imaging+with+US+contrast+agents:+preliminary+experience.">Monitoring neoadjuvant chemotherapy for breast cancer by using three-dimensional subharmonic aided pressure estimation and imaging with US contrast agents: preliminary experience.</a> Radiology. 285 (1), 53-62 (2017).</li><li>Dave, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+intra-cardiac+pressure+measurements+using+subharmonic-aided+pressure+estimation:+proof+of+concept+in+humans.">Non-invasive intra-cardiac pressure measurements using subharmonic-aided pressure estimation: proof of concept in humans.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 43 (11), 2718-2724 (2017).</li><li>Esposito, C., Dickie, K., Forsberg, F., Dave, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developing+an+interface+and+investigating+optimal+parameters+for+real-time+intra-cardiac+subharmonic+aided+pressure+estimation.">Developing an interface and investigating optimal parameters for real-time intra-cardiac subharmonic aided pressure estimation.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. , (2020).</li><li>Bosch, J., Groszmann, R. J., Shah, V. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+in+the+understanding+of+the+pathophysiological+basis+of+portal+hypertension:+How+changes+in+paradigm+are+leading+to+successful+new+treatments.">Evolution in the understanding of the pathophysiological basis of portal hypertension: How changes in paradigm are leading to successful new treatments.</a> Journal of Hepatology. 62, 121-130 (2015).</li><li>Procopet, B., Berzigotti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diagnosis+of+cirrhosis+and+portal+hypertension:+imaging,+non-invasive+markers+of+fibrosis+and+liver+biopsy.">Diagnosis of cirrhosis and portal hypertension: imaging, non-invasive markers of fibrosis and liver biopsy.</a> Gastroenterology Report. 5 (2), 79-89 (2017).</li><li>Dietrich, C. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. , (2020).</li><li>Gupta, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+pulse+shaping+on+subharmonic+aided+pressure+estimation+in+vitro+and+in+vivo.">Effect of pulse shaping on subharmonic aided pressure estimation in vitro and in vivo.</a> Journal of Ultrasound in Medicine. 36 (1), 3-11 (2017).</li><li>Dave, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+implementation+of+an+automated+acoustic+output+optimization+algorithm+for+subharmonic+aided+pressure+estimation.">On the implementation of an automated acoustic output optimization algorithm for subharmonic aided pressure estimation.</a> Ultrasonics. 53 (4), 880-888 (2013).</li><li>Gupta, I., Eisenbrey, J. R., Machado, P., Stanczak, M., Wallace, K., Forsberg, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+factors+impacting+subharmonic-+aided+pressure+estimation+(SHAPE).">On factors impacting subharmonic- aided pressure estimation (SHAPE).</a> Ultrasonic Imaging. 41 (1), 35-48 (2019).</li><li>Eisenbrey, J. R., Daecher, A., Kramer, M. R., Forsberg, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+needle+and+catheter+size+on+commercially+available+ultrasound+contrast+agents.">Effects of needle and catheter size on commercially available ultrasound contrast agents.</a> Journal of Ultrasound in Medicine. 34 (11), 1961-1968 (2015).</li></ol>

人体内の圧力を非侵襲的かつ正確に測定することは、長い間重要ではあるがとらえどころのない臨床目標でした。ここで紹介するSHAPE測定のプロトコルは、この目標を達成します。SHAPE手順の最も重要なコンポーネントは最適化アルゴリズムであり、最適な音響出力で取得されないサブハーモニックデータは静水圧との相関が不十分であるためです。17,22,23 Logiq 9スキ...

世界中の心臓病学(特に左心室混濁)および放射線学(特に成人および小児の肝病変の特性評価)における臨床使用のために、多くの異なる超音波造影剤(UCA)が承認されています。1超音波イメージングの感度と特異性は、血管系全体を通過し、信号を最大30dB増強するUCAとして脂質またはタンパク質の殻に封入されたガス充填マイクロバブル(直径10μm)<静脈内(IV)注入によって改善できます。1これらのUCAは、後方散乱超音波信号を強化するだけでなく、十分な音圧(> 200 kPa)で非線形発振器としても機能します。したがって、サブハーモニックおよびハーモニックから超高調波周波数の範囲の受信エコーで重要なエネルギー成分が生成されます。1,2これらの非線形信号成分は、組織および線形バブルエコーから抽出し(パルス反転などを使用して)、送信周波数の半分(つまり、f 0/2)で受信するサブハーモニックイメージング(SHI)などのコントラスト固有のイメージングモダリティを作成するために使用できます。3 私たちのグループは、ヒト臨床試験で、SHIがさまざまな腫瘍や組織に関連する新血管や細動脈の血流を検出できることを実証しています。4、5、6、7、8、9
我々は、UCAを血管トレーサーとしてではなく、低調波コントラスト気泡振幅変動をモニタリングすることにより、循環器系の非侵襲的圧力推定のためのセンサとして使用することを提唱しています。10 サブハーモニック支援圧力推定(SHAPE)と呼ばれるこの革新的な手法は、表1に要約されているように、ほとんどの市販UCAでin vitroで測定されたサブハーモニック信号の振幅と静水圧(最大186 mmHg)との間の逆線形相関に依存しています(r2 > 0.90)。10,11ただし、すべてのUCAがこの動作を示すわけではないことに注意してください。最も注目すべきは、UCA SonoVue(米国ではLumasonとして知られている)からのサブハーモニック信号は、静水圧の増加とともに最初に上昇し、その後、プラトーと減少位相が続くことが示されています。12それにもかかわらず、SHAPEは、心臓および心血管系全体の圧力勾配、ならびに腫瘍の間質液圧を非侵襲的に得ることを可能にする可能性を提供します。 13,14,15,16,17 最近、市販の超音波スキャナーにSHAPEアルゴリズムのリアルタイムバージョンを実装し、SHAPEが患者の左心室と右心室の誤差が3mmHg未満の生体内圧力推定値を提供できるという概念実証を提供しました。16.17
これまでのSHAPEで最も多くの経験は門脈圧亢進症の診断であり、220人以上の被験者が登録され、多施設試験で最初の所見が確認されました。13,14門脈圧亢進症は、門脈と肝静脈の間の圧力勾配の増加、または5 mmHgを超える下大静脈の増加として定義されますが、臨床的に重要な門脈圧亢進症(CSPH)には、勾配またはそれに相当する10 mmHg≥肝静脈圧勾配(HVPG)が必要です。18 CSPHは、胃食道静脈瘤、腹水、肝代償不全、術後代償不全、および肝細胞癌のリスク増加と関連しています。18,19腹水を発症した患者は50%の3年死亡率を有し、腹水の自然感染を発症した患者は70%の1年死亡率を有する。肝硬変の患者は、胃食道静脈瘤形成の年間発生率が5〜10%、出血の発生率が年間4〜15%である。各出血エピソードは、最大20%の死亡リスクを伴います。18.19
この原稿では、市販の機器とUCAを使用して、患者の肝臓の門脈圧亢進症を特定することに重点を置いたSHAPE研究の実施方法について説明します。圧力変化の推定に対して最高の感度を達成するために必要な重要な校正手順について詳しく説明します。

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	<tbody>
		<tr>
			<td>2 mL syringe</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>309637</td>
			<td>Used for reconstituting Sonazoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 mL saline-filled syringe</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>306545</td>
			<td>Used for flushing line to verify IV access</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>500 mL saline bag</td>
			<td>Baxter Healthcare Corp</td>
			<td>2131323</td>
			<td>Used for co-infusion with Sonazoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C1-6-D curvi-linear proble</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>H40472LT</td>
			<td>Used for liver imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chemoprotect Spike</td>
			<td>Codan USA</td>
			<td>C355</td>
			<td>Chemospike used for reconstituting Sonazoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Discofix C Blue</td>
			<td>B. Braun Medical Inc</td>
			<td>16494C</td>
			<td>3-way stopcock</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Intrafix Safeset 180 cm</td>
			<td>B. Braun Medical Inc</td>
			<td>4063000</td>
			<td>Infusion tubing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Logiq E10 ultrasound scanner</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>H4928US</td>
			<td>Used for conventional ultrasound imaging as well as for SHI and SHAPE</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luer lock 10 mL syringe</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>300912</td>
			<td>For infusion of Sonazoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medfusion 3500 syringe pump</td>
			<td>Smiths Medical</td>
			<td>3500-500</td>
			<td>Used for infusing Sonazoid at 0.18 mL/kg/hour</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perfusor-leitung tubing 150 mm</td>
			<td>B. Braun Medical Inc</td>
			<td>8722960</td>
			<td>Extension line enabling syringe connection to patient&#39;s IV access</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SHI/SHAPE software</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>H4920CI</td>
			<td>Contrast-specific imaging software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sigma Spectrum infusion system</td>
			<td>Baxter Healthcare Corp</td>
			<td>35700BAX</td>
			<td>Pump used for co-infusing saline at 120 mL/hour</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonazoid</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td></td>
			<td>Gas-filled microbubble based ultrasound contrast agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sterile water, 2 mL</td>
			<td>B. Braun Medical Inc</td>
			<td></td>
			<td>Used for reconstituting Sonazoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ultrasound gel</td>
			<td>Cardinal Health</td>
			<td>USG-250BT</td>
			<td>Used for contact between probe and patient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Venflon IV cannula 22GA</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>393202</td>
			<td>Cannula needle for obtaining IV access</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

contrast-enhanced subharmonic aided pressure estimation (shape) using ultrasound imaging with a focus on identifying portal hypertension

人体内の圧力を非侵襲的かつ正確に測定することは、長い間重要ではあるがとらえどころのない臨床目標でした。超音波イメージング用の造影剤は、血管系全体を横断し、信号を最大30dB増強するガス充填<カプセル化されたマイクロバブル(直径10μm)です。これらのマイクロバブルは、サブハーモニック(送信周波数の半分)から高調波までの周波数で非線形振動も生成します。サブハーモニック振幅は、周囲の静水圧と逆線形の関係にあります。ここでは、リアルタイムの低調波支援圧力推定(SHAPE)を実行できる超音波システムが提示されます。超音波造影剤の注入中に、音響出力を最適化するためのアルゴリズムが作動する。このキャリブレーションに続いて、サブハーモニックマイクロバブル信号(つまり、SHAPE)は、圧力変化に対して最も高い感度を持ち、圧力を非侵襲的に定量化するために使用できます。肝臓の門脈圧亢進症を特定するためのSHAPE手順の有用性はここで強調されていますが、この手法は多くの臨床シナリオに適用できます。

すべての超音波画像検査と同様に、肝臓SHAPEの最初の考慮事項は、標的領域の可能な限り最良のベースライングレースケール画像を取得し、肝内門脈シャントまたは他の血管異常が存在しないことを(ドップラー画像を使用して)確認することです。門脈圧亢進症を診断するための肝画像の場合、門脈と肝静脈の両方を同じ深さで視覚化して、減弱の影響を最小限に抑えることが重要です(<strong ...

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Contrast-Enhanced Subharmonic Aided Pressure Estimation SHAPE Using Ultrasound Imaging with a Focus on Identifying Portal Hypertension

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。

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)

Noninvasive, accurate measurement of pressures within the human body has long been an important but elusive clinical goal. Contrast agents for ultrasound ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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