Evaluation of Cerebral Perfusion Deficit in Stroke Patients Using New Transcranial Contrast Imaging CPS™ Technology - Preliminary Results

Zusammenfassung

Ziel: Mithilfe der kontrastverstärkten transkraniellen B-Bild-Sonographie ist es möglich, zerebrale Perfusion zu untersuchen. Diese Technik hat jedoch noch methodische Einschränkungen. Das Ziel der vorliegenden Studie ist es, die Darstellbarkeit des zerebralen Perfusionsdefizits nach Applikation des Ultraschallkontrastmittels SonoVue^TM mithilfe einer neuen kontrastmittelspezifischen Software bei Patienten mit akuter zerebraler Ischämie zu untersuchen. Methode: Zehn Personen (6 Schlaganfallpatienten und 4 gesunde Probanden) wurden transkraniell duplexsonographisch nach Bolusapplikation des Ultraschallkontrastmittels SonoVue^TM untersucht. Die transkranielle Untersuchung wurde mit dem Gerät Siemens/Acuson Sequoia 512 mit der Methode „transient response harmonic grey scale imaging with refill kinetics” durchgeführt. Das Sequoia-Ultraschallgerät wurde mit der neuen kontrastmittelspezifischen Software „Cadence^TM contrast pulse sequencing technology” (CPS) ausgestattet. Getriggerte Ableitung mit einem mechanischen Index (MI) von 1,1 sowie kontinuierliche Registrierung mit einem MI von 0,28 wurden für die Untersuchung der zerebralen Perfusion in verschiedenen Gehirnregionen verwendet. Die sonographisch dargestellten hypoperfundierten Areale wurden mit den kernspintomographischen Befunden verglichen. Ergebnisse: Das kontrastverstärkte Signal konnte in den Kapillaren des Gehirnparenchyms in der ipsi- und kontralateralen Hemisphäre bis zu der kontralateralen Schädelkalotte bei allen Probanden registriert werden. Bei allen Schlaganfallpatienten konnte mithilfe der getriggerten Ableitung ipsilateral ein Perfusionsdefizit im Stromgebiet der A. cerebri media dargestellt werden. Bei zwei Patienten wurde zusätzlich das hypoperfundierte Stromgebiet der A. cerebri media auch bei der kontralateralen Beschallung identifiziert. Die kontinuierliche Darstellung mithilfe eines niedrigen MI-Indexes war erfolgreich bei drei Patienten. Bei allen Patienten stimmte die hypoperfundierte Region bezüglich der Größe und der Form mit den kernspintomographischen Befunden überein. Schlussfolgerung: Die CPS-Technologie erleichtert die sonographische Untersuchung der Perfusion in der Mikrozirkulation des Gehirnparenchyms und ermöglicht die Darstellung des zerebralen Perfusionsdefizits bei Patienten mit zerebraler Ischämie. Weitere Studien bei einem größeren Patientenkollektiv sind notwendig, um die Darstellung des zerebralen Perfusionsdefizits zu optimieren.

Abstract

Background and Purpose: Contrast-enhanced transcranial duplex sonography can be used to examine cerebral perfusion. This technique, however, is still faced with methodological problems. The aim of the present study is to evaluate cerebral perfusion deficit after administration of the contrast agent SonoVue^TM in acute stroke patients using new contrast imaging software. Methods: Ten subjects (6 male stroke patients and 4 healthy volunteers), were examined using transcranial duplex sonography (Acuson Sequoia 512 Ultrasound System) after a bolus injection of the contrast agent SonoVue^TM. The transcranial examination was performed using transient response harmonic grey scale imaging with refill kinetics. The Sequoia ultrasonographic system was equipped with a new contrast harmonic imaging software “Cadence^TM contrast pulse sequencing technology” (CPS). Triggered images with the mechanical index (MI) at 1.1 as well as continuous registration with MI at 0.28 were used for the evaluation of time intensity curves in several regions of interest. The sonographically imaged hypoperfused areas were compared with findings from MR imaging. Results: In all healthy volunteers, the contrast-enhanced signal could be recognized well in the ipsi- and also in the contralateral hemisphere up to the skull crown. In stroke patients, the perfusion deficit in the area of the MCA could be detected ipsilaterally in all subjects using triggered registration. Additionally, the area of MCA infarction could also be visualized in two patients using contralateral insonation. The low MI continuous imaging was successful in three patients. For all patients, the ischaemic region corresponded well in shape and size with the findings from MR imaging. Conclusions: CPS enhances the possibility of perfusion-imaging in cerebral microcirculation and of perfusion-deficit-imaging in patients with cerebral ischaemia. Further studies with a larger number of patients should be carried out to improve this method.

Schlüsselwörter

Transkranielle Duplex-Sonographie - zerebrale Perfusion - Kontrastmittel - Schlaganfall - Infarkt im Gebiet der A. cerebri media - native tissue harmonic imaging

Key words

Transcranial duplex ultrasonography - cerebral perfusion - contrast media - stroke - middle cerebral artery infarction - native tissue harmonic imaging

References

• 1 Droste D W, Llull J B, Pezzoli C. et al . SonoVueTM (BR1), a new long-acting echocontrast agent, improves transcranial colour-coded duplex ultrasonic imaging.  Cerebrovasc Dis. 2002;  26 27-32
• 2 Nabavi D G, Droste D W, Kemény V. et al . Potential and limitations of echocontrast-enhanced ultrasonography in acute stroke patients.  Stroke. 1998;  26 949-954
• 3 Porter T R, Xie F. Transient myocardial contrast after exposure to diagnostic ultrasound pressures with minute doses of intravenously injected microbubbles: Demonstration and potential mechanisms.  Circulation. 1995;  26 2391-2395
• 4 Postert T, Muhs A, Meves S. et al . Transient response harmonic imaging: An ultrasound technique related to brain perfusion.  Stroke. 1998;  26 1901-1907
• 5 Seidel G, Claassen L, Meyer K. et al . Evaluation of blood flow in the cerebral microcirculation: Analysis of the refill kinetics during contrast agent infusion.  Ultrasound Med Biol. 2001;  26 1059-1064
• 6 Wiesmann M, Seidel G. Ultrasound perfusion imaging of the human brain.  Stroke. 2000;  26 2421-2425
• 7 Meairs S, Daffertshofer M, Neff W. et al . Pulse-inversion contrast harmonic imaging: ultrasonographic assessment of cerebral perfusion.  Lancet. 2000;  26 550-551
• 8 Seidel G, Albers T, Meyer K. et al . Perfusion harmonic imaging in acute middle cerebral artery infarction.  Ultrasound Med Biol. 2003;  26 1245-1251
• 9 Martina A D, Meyer-Wiethe K, Alleman E. et al . Ultrasound contrast agents for brain perfusion imaging and ischemic stroke therapy.  J Neuroimaging. 2005;  26 217-232
• 10 Keir S L, Wardlaw J M. Systematic review of diffusion and perfusion imaging in acute stroke.  Stroke. 2000;  26 2723-2731
• 11 Harrer J U, Klötzsch C, Stracke C P. et al . Cerebral perfusion sonography in comparison with perfusion MRT: a study with healthy volunteers.  Ultraschall in Med. 2004;  26 263-269
• 12 Shiogai T, Takayasu N, Mizuno T. et al . Comparison of transcranial brain tissue perfusion images between ultraharmonic, second harmonic, and power harmonic imaging.  Stroke. 2004;  26 687-693
• 13 Bartels E, Bittermann H J. Transcranial contrast imaging of cerebral perfusion in stroke patients following decompressive craniectomy.  Ultraschall in Med. 2004;  26 206-213
• 14 Vannan M A, Kuersten B. Imaging techniques for myocardial contrast echocardiography.  Eur J Echocardiography. 2000;  26 224-226
• 15 Eyding J, Wilkening W, Postert T. Brain perfusion and ultrasound imaging techniques. Bartels E Update in Cerebral Hemodynamics and Neurosonology European Journal of Ultrasound 2002 26: 91-104
• 16 Bartels E, Flügel K A. Quantitative measurements of blood flow velocity in basal cerebral arteries with transcranial color-Doppler imaging.  J Neuroimag. 1994;  26 77-81
• 17 Bartels E. Transkranielle farbkodierte Duplexsonographie: Möglichkeiten und Grenzen der Methode im Vergleich mit der konventionellen transkraniellen Dopplersonographie.  Ultraschall in Med. 1992;  26 59-66
• 18 Bartels E. Color-Coded Duplex Ultrasonography of the Cerebral Vessels/Atlas and Manual; Farbduplexsonographie der hirnversorgenden Gefässe/Atlas und Handbuch. Stuttgart; Schattauer 1999 26
• 19 Becker D. Contrast enhanced ultrasound in the liver using low mechanical index - what is a difference?.  Ultraschall in Med. 2002;  26 397-402
• 20 Bernatik T, Becker D, Neureiter D. et al . Detection of liver metastases - comparison of contrast-enhanced ultrasound using first versus second generation contrast agents.  Ultraschall in Med. 2003;  26 175-179
• 21 Albrecht T. et al . EFSUMB Study Group: Guidelines for the use of contrast agents in ultrasound - January 2004.  Ultraschall in Med. 2004;  26 249-256
• 22 Konopke R, Kersting S, Saeger H D. et al . Detection of liver lesions by contrast-enhanced ultrasound - Comparison to intraoperative findings.  Ultraschall in Med. 2005;  26 107-113
• 23 Stolz E, Allendörfer J, Jauss M. et al . Sonographic harmonic grey scale imaging of brain perfusion: Scope of a new method demonstrated in selected cases.  Ultraschall in Med. 2002;  26 320-324
• 24 Eyding J, Wilkening W, Krogias C. et al . Validation of the depletion kinetic in semiquantitative ultrasonograpic cerebral perfusion imaging using 2 different techniques of data acquisition.  J Ultrasound Med. 2004;  26 1035-1040
• 25 Eyding J, Wilkening W, Reckhardt M. et al . Reliability of semiquantitative ultrasonic perfusion of the brain.  J Neuroimaging. 2004;  26 143-149
• 26 Seidel G, Meyer-Wiethe K, Berdien G. et al . Ultrasound perfusion imaging in acute middle cerebral artery infarction predicts outcome.  Stroke. 2004;  26 1107-1111