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Superresolution-Ultraschallbildgebung

Methoden und Anwendungen

Super-resolution ultrasound imaging

Methods and applications

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Die Radiologie Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Klinisches/methodisches Problem

Das mikrovaskuläre System spielt bei zahlreichen pathologischen Prozessen eine wesentliche Rolle, kann bisher mittels konventioneller Ultraschallbildgebung aber nicht hochaufgelöst charakterisiert werden.

Radiologische Standardverfahren

Bislang werden vorwiegend Dopplerverfahren, kontrastverstärkte Sonographie sowie dynamische kontrastverstärkte Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) verwendet, um die Gewebedurchblutung zu charakterisieren. Diese Verfahren stellen jedoch mikrovaskuläre Gefäßstrukturen nur unzureichend dar.

Methodische Innovation

Die Ultraschall-Lokalisierungsmikroskopie (ULM) basiert auf kontrastverstärkten Ultraschallmessungen in Kombination mit einem komplexen Bildbearbeitungsalgorithmus, der Mikrobläschen genau detektiert und deren Positionen in einem finalen Bild ansammelt, sodass das mikrovaskuläre System sichtbar wird.

Leistungsfähigkeit

Die ULM erhöht die Bildauflösung im Vergleich zu konventionellen Ultraschalltechniken um mehr als das 10-Fache. So kann derzeit eine Auflösung von ca. 10 µm erreicht werden, die es erlaubt, Kapillaren abzubilden und deren Durchblutung zu messen. Dies geschieht dabei nicht auf Kosten der Eindringtiefe oder des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR).

Bewertung

Die Methode erlaubt die Darstellung von Gefäßstrukturen in unübertroffener Detailliertheit und hat somit das Potenzial, alternative Möglichkeiten zur Diagnose verschiedenster Krankheiten und neue Einblicke in physiologische Prozesse zu eröffnen. Bislang wird die ULM nicht kommerziell vertrieben, aber klinisch intensiv erprobt.

Empfehlung für die Praxis

Die ULM könnte potenziell in allen Bereichen zur Anwendung kommen, bei denen das Gefäßsystem eine Rolle spielt. Bisherige Anwendungsgebiete schließen Onkologie, Nephrologie und Hirnforschung ein.

Abstract

Clinical/methodical issue

The microvasculature plays an important role in many pathologic conditions but cannot be characterized in high resolution via conventional ultrasound methods.

Standard radiological methods

Doppler-based techniques, contrast-enhanced sonography as well as dynamic contrast-enhanced computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) are commonly used to characterize tissue vascularization. However, these techniques cannot visualize the microvasculature adequately.

Methodical innovation

Ultrasound localization microscopy (ULM) consists of contrast-enhanced ultrasound measurements in combination with a complex post-processing algorithm which detects microbubbles with high precision. The vasculature can then be visualized by accumulating the microbubble positions in a final image.

Performance

Compared to conventional ultrasound techniques, ULM improves the image resolution by a factor of more than 10. This currently results in resolutions down to 10 µm and allows, therefore, the visualization of capillaries and the assessment of their perfusion. Also, this does not lead to a reduction of the penetration depth or the signal-to-noise ratio (SNR).

Achievement

The method enables the visualization of vascular structures in unsurpassed detail and has the potential to offer new possibilities for the diagnosis of various diseases and for gaining insights into physiological processes. However, ULM is not commercially available yet but is intensely being tested in clinical studies.

Practical recommendations

ULM could potentially be applied to all fields in which the vasculature is relevant. Current fields of application include oncology, nephrology, and neurological research.

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Experimentelle Molekulare Bildgebung, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Center for Biohybrid Medical Systems, Forckenbeckstraße 55, 52074, Aachen, Deutschland

    Céline Porte &  Fabian Kiessling

Authors
  1. Céline Porte
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  2. Fabian Kiessling
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Interessenkonflikt

C. Porte und F. Kiessling geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Für diesen Beitrag wurden von den Autoren keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien.

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Porte, C., Kiessling, F. Superresolution-Ultraschallbildgebung. Radiologie 62, 467–474 (2022). https://doi.org/10.1007/s00117-022-00995-8

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