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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이 작업은 W81XWH-08-1-0503 및 W81XWH-12-1-0066에 따른 미 육군 의료 연구 자료 사령부, AHA 보조금 번호 0655441U 및 15SDG25740015, NIH R21 HL081892, R21 HL130899, R21 HL089175, RC1 DK087365, R01 DK098526, R01 DK118964, R01 CA140338, R01 CA234428, Lantheus Medical Imaging 및 노르웨이 오슬로의 GE Healthcare에 의해 부분적으로 지원됩니다.

Thomas Jefferson University와 Hospital of the University of Pennsylvania의 기관 검토 위원회는 이 프로토콜을 승인했습니다. 이 프로토콜은 건강 보험 이동성 및 책임법(Health Insurance Portability and Accountability Act)을 준수합니다. 미국 식품의약국(FDA)은 이 프로토콜에 대해 연구용 신약 승인(IND # 124,465 to F. Forsberg)을 발행했습니다. GE 헬스케어(노르웨이 오슬로)는 본 연구에 사용된 UCA를 제공(Sonazoid; 표 1). ...

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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=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. 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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>

인체 내 압력의 비침습적이고 정확한 측정은 오랫동안 중요하지만 파악하기 어려운 임상 목표였습니다. 여기에 제시된 SHAPE 측정 프로토콜은 이 목표를 달성합니다. SHAPE 절차의 가장 중요한 구성 요소는 최적의 음향 출력에서 획득되지 않은 저조파 데이터가 정수압과 잘 상관되지 않기 때문에 최적화 알고리즘입니다. 17,22,23 Logiq 9 스캐너에 구현된 이 소프트웨어의 초기 버전은...

다양한 초음파 조영제(UCA)가 전 세계적으로 심장학(특히 좌심실 혼탁) 및 방사선학(특히 성인 및 소아 간 병변 특성화)에서 임상적으로 사용하도록 승인되었습니다. 1 초음파 이미징의 감도와 특이성은 전체 혈관 구조를 가로지르고 최대 30dB까지 신호를 향상시키는 UCA로 지질 또는 단백질 껍질로 캡슐화된 가스로 채워진 미세 기포(직경 < 10μm)의 정맥 주사(IV) 주입으로 향상될 수 있습니다. 1 이러한 UCA는 후방 산란 초음파 신호를 향상시킬 뿐만 아니라 충분한 음향 압력(> 200kPa)에서 비선형 발진기 역할도 합니다. 따라서 중요한 에너지 성분은 저고조파 및 고조파에서 초고조파 주파수에 이르는 수신된 에코에서 생성됩니다. 1,2 이러한 비선형 신호 성분은 조직 및 선형 버블 에코로부터 추출될 수 있고(예를 들어, 펄스 반전 사용), 송신 주파수의 절반(즉, f 0/2)에서 수신되는 서브고조파 이미징(SHI)과 같은 콘트라스트 특정 이미징 양식을 생성하는 데 사용될 수 있다. 3 우리 그룹은 SHI가 다양한 종양 및 조직과 관련된 신생 혈관 및 세동맥의 혈류를 감지할 수 있음을 인간 임상 시험에서 입증했습니다. 4,5,6,7,8,9
우리는 UCA를 혈관 추적자가 아니라 저고조파 대비 기포 진폭 변화를 모니터링하여 순환계의 비침습적 압력 추정을 위한 센서로 사용하는 것을 옹호했습니다. 10 SHAPE(Subharmonic-Aided Pressure Estimation)라고 하는 이 혁신적인 기술은 표 1에 요약된 바와 같이 대부분의 상용 UCA에 대해 측정된 정수압 신호의 진폭과 정수압(최대 186mmHg) 사이의 역 선형 상관 관계에 의존합니다(r2 > 0.90). 10,11 그러나 모든 UCA가 이러한 동작을 나타내는 것은 아닙니다. 가장 주목할 만한 것은 UCA SonoVue(미국에서는 Lumason으로 알려짐)의 저고조파 신호가 처음에는 정수압 증가에 따라 상승한 다음 정체기와 감소 위상에 따라 상승하는 것으로 나타났습니다. 12 그럼에도 불구하고 SHAPE는 심장과 심혈관계 전체의 압력 구배와 종양의 간질액 압력을 비침습적으로 얻을 수 있는 가능성을 제공합니다. 13,14,15,16,17 최근 상용 초음파 스캐너에 SHAPE 알고리즘의 실시간 버전을 구현하고 SHAPE가 환자의 좌심실 및 우심실에서 3mmHg 미만의 오류로 생체 내 압력 추정치를 제공할 수 있다는 개념 증명을 제공했습니다. 16,17
현재까지 SHAPE에 대한 가장 많은 경험은 220명 이상의 피험자가 등록하고 다기관 시험에서 초기 결과가 확인된 문맥압항진증을 진단한 것입니다. 13,14 문맥압항진증은 문맥과 간정맥 사이의 압력 구배 또는 하대정맥이 5mmHg를 초과하는 증가로 정의되는 반면, 임상적으로 유의한 문맥항진증(CSPH)은 구배 또는 이에 상응하는 간정맥압 구배(HVPG)≥ 10mmHg가 필요합니다. 18 CSPH는 위식도 정맥류, 복수, 간 대상부전, 수술 후 대상부전 및 간세포 암종의 위험 증가와 관련이 있습니다. 18,19 복수가 발생한 환자는 3년 사망률이 50%이고 복수액의 자연 감염이 발생한 환자는 1년 사망률이 70%입니다. 간경변 환자는 매년 5-10%의 위식도 정맥류 형성 발생률과 4-15%의 연간 출혈 발생률을 보입니다. 각 출혈 에피소드는 최대 20%의 사망 위험을 수반합니다. 18,19
이 원고는 환자의 간에서 문맥압항진증을 식별하는 데 중점을 두고 상업적으로 이용 가능한 장비와 UCA를 사용하여 SHAPE 연구를 수행하는 방법을 설명합니다. 압력 변화 추정에 대한 최고의 감도를 달성하는 데 필요한 중요한 교정 절차가 자세히 설명되어 있습니다.

<table>
	<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

인체 내 압력의 비침습적이고 정확한 측정은 오랫동안 중요하지만 파악하기 어려운 임상 목표였습니다. 초음파 영상용 조영제는 가스로 채워진 캡슐화된 미세 기포(직경 < 10μm)로, 전체 혈관 구조를 가로지르고 신호를 최대 30dB까지 향상시킵니다. 이러한 미세 기포는 또한 저고조파(송신 주파수의 절반)에서 더 높은 고조파에 이르는 주파수에서 비선형 진동을 생성합니다. 저고조파 진폭은 주변 정수압과 반비례 선형 관계를 갖습니다. 여기에는 실시간 저고조파 보조 압력 추정(SHAPE)을 수행할 수 있는 초음파 시스템이 제시됩니다. 초음파 조영제를 주입하는 동안 음향 출력을 최적화하는 알고리즘이 활성화됩니다. 이 보정 후, 저고조파 미세 기포 신호(즉, SHAPE)는 압력 변화에 가장 높은 감도를 가지며 압력을 비침습적으로 정량화하는 데 사용할 수 있습니다. 간에서 문맥압항진증을 식별하기 위한 SHAPE 절차의 유용성이 여기에서 강조되지만 이 기술은 많은 임상 시나리오에 적용할 수 있습니다.

모든 초음파 영상 검사와 마찬가지로 간 SHAPE에 대한 첫 번째 고려 사항은 대상 영역의 가능한 최상의 기본 그레이스케일 이미지를 얻고 (도플러 이미징 사용) 간내 문맥 정맥 션트 또는 기타 혈관 이상이 없는지 확인하는 것입니다. 문맥압항진증 진단을 위한 간 영상의 경우 핵심은 감쇠의 영향을 최소화하기 위해 문맥과 간정맥을 동일한 깊이로 시각화하는 것입니다(그림 1...

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

주입된 조영제 미세 기포의 저고조파 초음파 영상을 활용하여 주변 압력을 비침습적으로 추정하기 위한 프로토콜(적절한 보정 후)은 만성 간 질환이 있는 인간 환자의 예와 함께 설명됩니다.

문맥 고혈압 식별에 중점을 둔 초음파 영상을 사용한 조영 강화 저고조파 보조 압력 추정(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

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

Shape Memory Polymers for Active Cell Culture

활성 세포 배양을위한 형상 기억 폴리머

Shape memory polymers (SMPs) are a class of "smart" materials that have the ability to change from a fixed, temporary shape to a pre-determined permanent ...

연구

생체공학

Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications

광대역 의료 이미징 애플리케이션을위한 초음파의 광 검출기

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic ...

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

미리 설계된 크기와 모양의 중합체 및 바이오 하이브리드 섬유의 미세 유체 제조

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Fabrication of a Bioactive, PCL-based "Self-fitting" Shape Memory Polymer Scaffold

생리 활성, PCL 기반 &quot;셀프 피팅&quot;형상 기억 폴리머 비계의 제작

Tissue engineering has been explored as an alternative strategy for the treatment of critical-sized cranio-maxillofacial (CMF) bone defects. Essential to ...

Real-time Monitoring of High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) Ablation of In Vitro Canine Livers Using Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound (HMIFU)

Real-time Monitoring of High Intensity Focused Ultrasound HIFU Ablation of In Vitro Canine Livers Using Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound HMIFU

높은 강도의 실시간 모니터링의 초음파 (HIFU) 절제를 집중<em&gt; 체외</em&gt; 집중 초음파에 대한 조화 운동 이미징을 사용하여 개 간을 (HMIFU)

Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound (HMIFU) is a technique that can perform and monitor high-intensity focused ultrasound (HIFU) ablation. An ...

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane (PDMS) Co-axial Flow Focus Device

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane PDMS Co-axial Flow Focus Device

폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 공동 축류 초점 장치를 사용하여 이중 에멀젼 생성

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper ...

An Experimental Protocol for Assessing the Performance of New Ultrasound Probes Based on CMUT Technology in Application to Brain Imaging

뇌 이미징 응용 프로그램에서 CMUT 기술에 기반 하는 새로운 초음파 프로브의 성능을 평가 하기 위한 실험 프로토콜

The possibility to perform an early and repeatable assessment of imaging performance is fundamental in the design and development process of new ...

Conducting Multiple Imaging Modes with One Fluorescence Microscope

실시 한 형광 현미경으로 여러 영상 모드

Fluorescence microscopy is a powerful tool to detect biological molecules in situ and monitor their dynamics and interactions in real-time. In addition to ...

Material Formation of Recombinant Spider Silks through Aqueous Solvation using Heat and Pressure

열과 압력을 이용한 수성 용 매 화를 통한 재조합 거미 실크의 재료 형성

Many spiders produce seven types of silks. Six of the silks are fiber in form when produced by the spiders. These fibers are not water soluble. In order ...

Patient-Specific Polyvinyl Alcohol Phantom Fabrication with Ultrasound and X-Ray Contrast for Brain Tumor Surgery Planning

뇌종양 수술 계획을 위한 초음파 및 엑스레이 대비를 가진 환자 특정 폴리비닐 알콜 팬텀 제조

Phantoms are essential tools for clinical training, surgical planning and the development of novel medical devices. However, it is challenging to create ...