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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Este trabalho é apoiado em parte pelo Comando de Material de Pesquisa Médica do Exército dos EUA sob W81XWH-08-1-0503 e W81XWH-12-1-0066, pelas concessões AHA nº 0655441U e 15SDG25740015, bem como pelos NIH R21 HL081892, R21 HL130899, R21 HL089175, RC1 DK087365, R01 DK098526, R01 DK118964, R01 CA140338, R01 CA234428, pela Lantheus Medical Imaging e pela GE Healthcare, Oslo, Noruega.

Os comitês de revisão institucional da Thomas Jefferson University e do Hospital da Universidade da Pensilvânia aprovaram esse protocolo. O protocolo está em conformidade com a Lei de Portabilidade e Responsabilidade de Seguros de Saúde. A Food and Drug Administration (FDA) dos Estados Unidos emitiu uma aprovação de novo medicamento investigacional (IND # 124.465 para F. Forsberg) para este protocolo. A GE Healthcare (Oslo, Noruega) forneceu o UCA utilizado nesta pesquisa (Sonazoid; Tabela 1). Son...

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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. 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>

A medição não invasiva e precisa das pressões dentro do corpo humano tem sido um objetivo clínico importante, mas indescritível. O protocolo de medidas do SHAPE aqui apresentado alcança esse objetivo. O componente mais crítico do procedimento SHAPE é o algoritmo de otimização, uma vez que dados subharmônicos não adquiridos na potência acústica ótima se correlacionarão mal com pressões hidrostáticas. 17,22,23 A versão inicial desse software, implementada em um scanner Logiq 9, ...

Vários contrastes ultrassonográficos (UCAs) estão aprovados para uso clínico em cardiologia (em particular opacificação ventricular esquerda) e radiologia (em particular caracterização de lesões hepáticas adultas e pediátricas) em todo o mundo. 1 A sensibilidade e a especificidade da imagem ultrassonográfica podem ser melhoradas pela injeção intravenosa (IV) de microbolhas preenchidas por gás (diâmetro < 10 μm) encapsuladas por uma casca lipídica ou proteica como UCAs que atravessam toda a vasculatura e aumentam os sinais em até 30 dB. 1 Esses UCAs não apenas aumentam os sinais de ultrassom retroespalhados, mas a pressões acústicas suficientes (> 200 kPa) também atuam como osciladores não lineares. Assim, componentes energéticos significativos serão produzidos nos ecos recebidos, variando de frequências subharmônicas e harmônicas a ultraharmônicas. 1,2 Esses componentes de sinal não lineares podem ser extraídos de ecos teciduais e lineares de bolhas (por exemplo, usando inversão de pulso) e usados para criar modalidades de imagem específicas de contraste, como a imagem subharmônica (SHI), que recebe na metade da frequência de transmissão (ou seja, em f 0/2). 3 Nosso grupo demonstrou em ensaios clínicos em humanos que o SHI é capaz de detectar o fluxo sanguíneo em neovasos e arteríolas associados a uma variedade de tumores e tecidos. 4,5,6,7,8,9 
Temos defendido o uso dos UCAs não como traçadores vasculares, mas como sensores para estimativa não invasiva da pressão no sistema circulatório, monitorando as variações da amplitude das bolhas de contraste subharmônico. 10 Essa técnica inovadora, denominada estimativa de pressão auxiliada por subharmônica (SHAPE), baseia-se na correlação linear inversa entre a amplitude dos sinais subharmônicos e a pressão hidrostática (até 186 mmHg) medida para a maioria dos UCAs comerciais in vitro (r2 > 0,90), conforme resumido na Tabela 1. 10,11 Entretanto, deve-se ressaltar que nem todos os UCAs apresentam esse comportamento. Mais notavelmente, foi demonstrado que os sinais subharmônicos do UCA SonoVue (conhecido como Lumason nos EUA) inicialmente aumentam com aumentos de pressão hidrostática, seguidos por um platô e uma fase decrescente. 12 No entanto, o SHAPE oferece a possibilidade de permitir a obtenção não invasiva de gradientes pressóricos no coração e em todo o sistema cardiovascular, bem como a pressão do líquido intersticial em tumores. 13,14,15,16,17 Recentemente, implementamos uma versão em tempo real do algoritmo SHAPE em um ultrassom comercial e fornecemos prova de conceito de que o SHAPE pode fornecer estimativas de pressão in vivo com erros inferiores a 3 mmHg nos ventrículos esquerdo e direito dos pacientes. 16,17
A maior experiência com o SHAPE até o momento foi para o diagnóstico de hipertensão portal com mais de 220 indivíduos inscritos e os achados iniciais confirmados em um estudo multicêntrico. 13,14 A hipertensão portal é definida como um aumento do gradiente de pressão entre a veia porta e as veias hepáticas ou a veia cava inferior superior a 5 mmHg, enquanto a hipertensão portal clinicamente significativa (HPCS) requer um gradiente ou equivalente, um gradiente de pressão venosa hepática (HVPG) ≥ 10 mmHg. 18 O HPCSC está associado a um risco aumentado de varizes gastroesofágicas, ascite, descompensação hepática, descompensação pós-operatória e carcinoma hepatocelular. 18,19 Os pacientes que desenvolvem ascite têm uma mortalidade de 50% em três anos e aqueles que desenvolvem infecção espontânea do líquido de ascite têm uma mortalidade de 70% em um ano. Pacientes com cirrose têm uma incidência anual de 5-10% de formação de varizes gastroesofágicas e uma incidência anual de sangramento de 4-15%; Cada episódio hemorrágico acarreta até 20% de risco de morte. 18,19
Este artigo descreve como realizar um estudo SHAPE utilizando equipamentos disponíveis comercialmente e UCAs com ênfase na identificação de hipertensão portal no fígado de pacientes. O procedimento crítico de calibração necessário para alcançar a maior sensibilidade para estimar mudanças de pressão é explicado em detalhes.

<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

A medição não invasiva e precisa das pressões dentro do corpo humano tem sido um objetivo clínico importante, mas indescritível. Os agentes de contraste para imagens de ultrassom são microbolhas encapsuladas preenchidas por gás (diâmetro < 10 μm) que atravessam toda a vasculatura e aumentam os sinais em até 30 dB. Essas microbolhas também produzem oscilações não lineares em frequências que variam do subharmônico (metade da frequência de transmissão) ao harmônico mais alto. A amplitude subharmônica tem uma relação linear inversa com a pressão hidrostática ambiente. Aqui é apresentado um sistema de ultrassom capaz de realizar estimativa de pressão auxiliada subharmônica (SHAPE) em tempo real. Durante a infusão do contraste ultrassônico, um algoritmo para otimizar as saídas acústicas é ativado. Após essa calibração, os sinais subharmônicos de microbolhas (i.e., SHAPE) têm a maior sensibilidade a mudanças de pressão e podem ser usados para quantificar a pressão de forma não invasiva. A utilidade do procedimento SHAPE para identificar hipertensão portal no fígado é a ênfase aqui, mas a técnica tem aplicabilidade em muitos cenários clínicos.

Como em todos os exames de imagem ultrassonográfica, a primeira consideração para o SHAPE hepático é obter as melhores imagens basais possíveis em escala de cinza da região alvo e garantir (usando imagens com Doppler) que não haja shunts venosos portais intra-hepáticos ou outras anormalidades vasculares presentes. No caso da imagem hepática para o diagnóstico de hipertensão portal, a chave é visualizar a veia porta e a veia hepática na mesma profundidade para minimizar o impacto da atenuação (<strong clas...

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

Um protocolo para estimar pressões ambientais de forma não invasiva utilizando imagens ultrassonográficas subharmônicas de microbolhas de contraste infundidas (seguindo calibração apropriada) é descrito com exemplos de pacientes humanos com doença hepática crônica.

Estimativa de Pressão Auxiliada Subharmônica com Contraste (SHAPE) Usando Imagem Ultrassonográfica com Foco na Identificação de Hipertensão Portal

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