Comparison of Flow Parameters to Analyse Bolus Kinetics of Ultrasound Contrast Enhancement in a Capillary Flow Model

Zusammenfassung

Studienziel: Die Darstellung von Ultraschall-Kontrastmitteln im Hirngewebe mittels Harmonic Imaging ist ein neues Verfahren, um Hirnperfusion darzustellen. Das Ziel unserer Untersuchungen war, den Einfluss der Flussrate auf Parameter zur Beschreibung der Boluskinetik in einem Phantommodell zu untersuchen. Methode: Der In-vitro-Versuchsaufbau bestand aus einem offenen Kartuschenflussphantom in das SonoVue® per Bolus injiziert wurde. Die Boluskinetiken wurden mittels Harmonic Imaging (SONOS 5500, 1,8/3,6 MHz, MI:1,6) und einer festen Pulsrepetitionsfrequenz (0,67 Hz) analysiert. Dabei wurden fünf unterschiedliche Flussgeschwindigkeiten (1,8 - 21,6 ml/min) untersucht. Es wurden Zeit-Intensitäts-Kurven in einer definierten Region-of-Interest (ROI) aus den Grauwertbild-Sequenzen hergestellt. Aus den Zeit-Intensitäts-Kurven wurden dann verschiedene Parameter (time-to-peak-intensity [TTP], peak-intensity [PI], area under the curve [AUC], positive gradient [PG] and full width at half maximum [FWHM]) errechnet und mit der Flussrate korreliert. Ergebnisse: Es zeigte sich eine hochsignifikante lineare Korrelation zwischen TTP und PG mit der Flussrate (r = - 0.96, p < 0,01 für TTP, bzw. r = 0,91, p = 0,03 für PG). Sowohl die AUC (r = - 0.67, p = 0,22), als auch die PI (r = 0,68, p = 0,20) und die FWHM (r = - 0.63, p = 0,37) korrelierten nicht signifikant mit der Flussrate. Schlussfolgerung: Unser Flussmodell zeigt eine hervorragende Korrelation zwischen TTP und PG mit der Flussrate, so dass diese beiden Parameter sehr gut geeignet sind, Veränderungen der Flussrate zu erfassen.

Abstract

Aim: Perfusion harmonic imaging is a new method to evaluate brain perfusion. The purpose of our study was to describe flow by analysing the kinetics of ultrasound contrast enhancement in a flow model after bolus injection of an ultrasound contrast agent (UCA). Methods: We performed an in-vitro study with an open-circuit flow model and SonoVue® given as bolus injection. Bolus kinetics was analysed by harmonic imaging (SONOS 5500, 1.8/3.6 MHz, MI: 1.6) at a fixed frame rate (0.67 Hz). Five different flow rates from 1.8 to 21.6 ml/min were tested. We generated time-intensity curves (TIC) from the grey scale loops. Five parameters (time-to-peak-intensity [TTP], peak-intensity [PI], area under the curve [AUC], positive gradient [PG] and full width at half maximum [FWHM]) were correlated with flow rate. Results: The analysis of both TTP and PG versus flow rate indicated a highly significant linear correlation (r = - 0.96, P <.01; r = 0.91, P = .03; respectively). Neither the AUC (r = - 0.67, P = .22), nor the PI (r = 0.68, P = .20) nor the FWHM (r = - 0.63, P = .37) correlated significantly with flow rate. Conclusion: The relationship between TIC parameters and flow rates indicates that, in our flow model, the TTP and PG are the most robust and reliable parameters compared to the AUC, PI and FWHM.

Schlüsselwörter

Kapillar Phantom - Harmonic Imagin - Ultraschallkontrastmittel - Perfusion

Key words

Ultrasound - flow model - bolus harmonic imaging - ultrasound contrast agent - perfusion - microcirculation

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