造影超音波検査

造影超音波（CEUS ）は、従来の医療用超音波検査に超音波 造影剤を応用したものです。超音波造影剤は、物質間の界面から音波が反射するさまざまな方法に依存しています。これは、小さな気泡の表面である場合もあれば、より複雑な構造である場合もあります。市販の造影剤は、全身循環に静脈内投与されるガス入りのマイクロバブルです。マイクロバブルは、高いエコー源性（物体が超音波を反射する能力）を備えています。マイクロバブル内のガスと体の周囲の軟部組織との間には、エコー源性に大きな差があります。したがって、マイクロバブル造影剤を使用した超音波画像診断では、超音波の後方散乱（反射）が強調され、高いエコー源性の差によりコントラストが増したソノグラムが生成されます。造影超音波は、臓器の血液灌流の画像化、心臓やその他の臓器の血流速度の測定、およびその他の用途に使用できます。

血管内疾患の特徴的な受容体に結合する標的リガンドをマイクロバブルに結合させることで、マイクロバブル複合体が病変組織や異常組織などの対象領域に選択的に蓄積されるようになります。標的造影超音波と呼ばれるこの分子イメージングの形態では、標的マイクロバブルが対象領域に結合した場合にのみ、強力な超音波信号が生成されます。標的造影超音波は、医療診断と医療治療の両方で多くの用途が考えられます。ただし、この標的技術は、米国ではまだ FDA による臨床使用の承認を受けていません。

造影超音波は成人では安全であると考えられており、MRI造影剤の安全性に匹敵し、造影CTスキャンで使用される造影剤よりも安全です。小児における安全性データは限られていますが、そのような使用は成人と同様に安全であると示唆しています。^[2]

心エコー検査は、超音波を使用して心臓を検査する検査です。バブル心エコー検査は、この検査の拡張版で、検査中に単純な気泡を造影剤として使用しますが、多くの場合、特別に依頼する必要があります。

カラードップラーは心室間の異常な血流（例えば、卵円孔開存症）の検出に使用できるが、感度には限界がある。このような欠陥を特に探す場合、小さな気泡を造影剤として静脈内に注入し、心臓の右側に流すことができる。気泡が心臓の左側に流れ込むのが見られれば、異常な血流の検査で陽性となる。（通常、気泡は肺動脈を通って心臓から出て、肺で止まる。）この形態の気泡造影剤は、注入直前に生理食塩水を撹拌（例えば、2本の連結した注射器間で生理食塩水を素早く繰り返し移す）することにより、検査医が臨機応変に生成する。^[要出典]

マイクロバブル造影剤にはさまざまな種類があります。マイクロバブルは、殻の構成、ガスコアの構成、標的かどうかによってそれぞれ異なります。^[要出典]

• マイクロバブルシェル：シェルの材質の選択によって、マイクロバブルが免疫系に取り込まれる容易さが決まります。親水性の高い材質ほど取り込まれやすく、循環系内でのマイクロバブルの滞留時間が短くなります。これにより、造影イメージングに使用できる時間が短くなります。シェルの材質は、マイクロバブルの機械的弾性にも影響します。材質の弾性が高いほど、破裂するまでに耐えられる音響エネルギーが大きくなります。^{[3]最も一般的には、マイクロバブルシェルは}アルブミン、ガラクトース、脂質、またはポリマーで構成されています。^[4] 疎水性粒子もマイクロバブルシェルを安定化するために使用されています。^[5]
• マイクロバブルガスコア：ガスコアは超音波造影マイクロバブルの主要部分であり、エコー源性を決定します。超音波にさらされたガスバブルは脈動し、特徴的な信号を散乱します。この信号は、造影超音波検査で高振幅の物体として現れます。ガスコアは、空気、またはパーフルオロカーボンや窒素などの重いガスで構成できます。^[4]重いガスは水溶性が低いため、マイクロバブルから漏れ出してマイクロバブルが溶解する可能性が低くなります。^[3]その結果、重いガスコアを持つマイクロバブルは循環中に長く持続します。調和的な 脈動挙動を高めるために、液体コアと固体コアがガス内容物に追加されています。^[6]

殻やガスコアの組成に関係なく、マイクロバブルのサイズはほぼ均一です。直径は 1 ～ 4 マイクロメートルの範囲です。赤血球よりも小さいため、循環系や微小循環系を容易に通過できます。

• パーフルトレン脂質マイクロスフィア（ブランド名：デフィニティ、ルミナティ）は、外側の脂質シェルにカプセル化されたオクタフルオロプロパンで構成されたパーフルオロカーボンエマルジョンです。^{[7] [8]}
• アルブミンシェルを備えたオクタフルオロプロパンガスコア ( Optison ) は、食品医薬品局(FDA) 承認のマイクロバブルであり、 GE Healthcareによって製造されている別のパーフルオロカーボンエマルジョンです。
• 六フッ化硫黄マイクロバブル（ SonoVue Bracco（会社））。主に、従来の（bモード）超音波では適切に識別できない肝臓病変を特徴付けるために使用されます。血液中に3〜8分間可視状態を保ち、肺から排出されます。 ^[9]
• 脂質/ガラクトース殻内の空気（旧称レボビスト、シェリング社が製造したFDA承認のマイクロバブル）。^[4]
• ペルフレキサン脂質ミクロスフェア（旧称イマジェントまたはイマビスト）は、アライアンス・ファーマシューティカル社が開発した注射用懸濁液で、心臓の左心室の視覚化、心エコー図が不十分な患者の心内膜境界の描写を改善するためにFDA（2002年6月）の承認を受けた。心臓機能と灌流を評価するために使用されるほか、前立腺、肝臓、腎臓、その他の臓器の画像の強調剤としても使用される。^[10]

標的マイクロバブルは前臨床開発段階にあります。標的を定めないマイクロバブルと一般的な特徴は同じですが、炎症細胞や癌細胞など、関心のある細胞の種類によって発現される特定の受容体に結合するリガンドが装備されています。現在開発中のマイクロバブルは、ペルフルオロカーボンガスコアを持つ脂質単層シェルで構成されています。脂質シェルは、ポリエチレングリコール(PEG) 層で覆われています。PEG はマイクロバブルの凝集を防ぎ、マイクロバブルの非反応性を高めます。これにより、マイクロバブルが免疫システムの取り込みから一時的に「隠され」、循環時間が長くなり、したがってイメージング時間が長くなります。^[11] PEG 層に加えて、シェルは、特定の受容体に結合するリガンドを結合できる分子で修飾されています。これらのリガンドは、カルボジイミド、マレイミド、またはビオチン-ストレプトアビジン結合を使用してマイクロバブルに結合します。^[11]ビオチン-ストレプトアビジンは、ビオチンのストレプトアビジンに対する親和性が非常に強く、リガンドをビオチンで標識することが容易なため、最も一般的なカップリング戦略です。現在、これらのリガンドは、標的細胞型によって発現される受容体および分子に特異的に結合する動物細胞培養から生成されたモノクローナル抗体です。抗体はヒト化されていないため、ヒトの治療に使用すると免疫反応を引き起こします。抗体のヒト化は高価で時間のかかるプロセスであるため、免疫の問題がなく、同じ機能を果たす合成製造された標的ペプチドなどのリガンドの代替ソースを見つけることが理想的です。^{[引用が必要]}

造影超音波には、非標的型（現在臨床で使用）と標的型（前臨床開発中）の 2 つの形式があります。この 2 つの方法は、互いに若干異なります。

前述の SonoVue、Optison、Levovist などの非標的マイクロバブルは、少量のボーラスで全身循環に静脈内注入されます。マイクロバブルは一定期間、全身循環に留まります。その間、超音波が対象領域に向けられます。血液中のマイクロバブルがイメージング ウィンドウを通過すると、マイクロバブルの圧縮可能なガス コアが、超音波の記事で説明されているように、高周波音波エネルギー場に反応して振動します。マイクロバブルは、マイクロバブルと組織のエコー源性の間に桁違いの不一致があるため、周囲の組織とは対照的な独特のエコーを反射します。超音波システムは、強いエコー源性を対象領域のコントラスト強調画像に変換します。このようにして、血流のエコーが強調され、医師は血液と周囲の組織を区別できるようになります。^{[引用が必要]}

標的造影超音波は、いくつかの変更を除いて、同様の方法で機能します。画像化の対象領域で発現される特定の分子マーカーに結合するリガンドで標的化されたマイクロバブルは、やはり少量のボーラスで全身に注入されます。マイクロバブルは理論的には循環系を通過し、最終的にそれぞれのターゲットを見つけて特異的に結合します。次に、超音波を対象領域に向けることができます。十分な数のマイクロバブルがその領域に結合した場合、超音波の記事で説明されているように、それらの圧縮性ガスコアは高周波音波エネルギー場に反応して振動します。標的のマイクロバブルは、マイクロバブルと組織のエコー輝度の桁違いの不一致により、周囲の組織と際立ったコントラストをなす独特のエコーも反射します。超音波システムは、強いエコー輝度を対象領域の造影画像に変換し、結合したマイクロバブルの位置を明らかにします。^[12]結合したマイクロバブルを検出することで、関心領域が特定の分子マーカーを発現していることがわかり、特定の疾患状態を示すことができるか、関心領域内の特定の細胞を識別できる可能性がある。^[要出典]

非標的造影超音波は現在、心エコー検査や放射線科で応用されています。標的造影超音波は、さまざまな医療用途向けに開発されています。

OptisonやLevovistのような非標的マイクロバブルは現在、心エコー検査で使用されています。さらに、SonoVue ^[13]超音波造影剤は、病変の特徴付けのために放射線医学で使用されています。

• 臓器のエッジの描写: マイクロバブルは、組織と血液の境界面のコントラストを強調します。この境界面の画像が鮮明であれば、医師は臓器の構造をより正確に把握できます。心エコー図では、組織の構造が極めて重要であり、心臓壁の薄化、肥厚、または不規則性は、監視または治療を必要とする深刻な心臓疾患を示します。
• 血液量と灌流：造影超音波は、（1）臓器または関心領域の血液灌流の程度を評価すること、および（2）臓器または関心領域の血液量を評価することに期待が寄せられています。ドップラー超音波と組み合わせて使用​​すると、マイクロバブルは心筋の流量を測定して弁の問題を診断できます。また、マイクロバブルエコーの相対的な強度^[14]から、血液量の定量的な推定値も得られます。
• 病変の特徴づけ：造影超音波検査は、局所肝病変の良性と悪性の鑑別に重要な役割を果たします。この鑑別は、病変の周囲の組織実質に対する動的な血管パターンの観察^[15]または処理^{[16] [17]}に依存します。

• 炎症: 造影剤は、クローン病、アテローム性動脈硬化症、さらには心臓発作などの炎症性疾患で発現する特定のタンパク質に結合するように設計される場合があります。このような場合の対象となる細胞は、血管の内皮細胞と白血球です。
  • 炎症を起こした血管は、VCAM-1、ICAM-1、E-セレクチンなどの細胞接着分子として機能する特定の受容体を特異的に発現しています。これらの分子に結合するリガンドでマイクロバブルを標的とすると、コントラスト心エコー検査で炎症の発症を検出するために使用できます。早期検出により、より優れた治療法の設計が可能になります。P-セレクチン、ICAM-1、およびVCAM-1に結合するモノクローナル抗体をマイクロバブルに装備する試みが行われてきましたが、 ^{[4]分子標的への接着性は低く、標的に結合したマイクロバブルの大部分は、特に}生理学的に関連する高せん断応力下では急速に剥離しました。^[18]
  • 白血球は、二重リガンドのセレクチン-インテグリン細胞停止システムのおかげで、高い接着効率を持っています。 ^[19]一方のリガンド:受容体ペア( PSGL-1 :セレクチン)は結合速度が速く、白血球の動きを遅くします。もう一方のペア(インテグリン:免疫グロブリンスーパーファミリー)は結合速度は遅いがオフ速度は遅く、白血球を停止させて、運動学的に接着を高めます。造影剤をこのようなリガンドに結合させる試みが行われており、ポリマーミクロスフェアへの異なる受容体の二重リガンド標的化^{[20] [21]}や白血球のセレクチン-インテグリン細胞停止システムの生体模倣^[22]などの技術により、接着効率の向上が示されていますが、炎症に対する標的造影超音波の臨床使用を可能にするほど効率的ではありません。
• 血栓症と血栓溶解：活性化血小板は血栓（血栓）の主成分です。マイクロバブルは、最も豊富な血小板表面受容体である活性化糖タンパク質IIb/IIIa （GPIIb/IIIa）に特異的な組換え単鎖可変フラグメントに結合できます。血栓領域での高せん断応力にもかかわらず、GPIIb/IIIaを標的としたマイクロバブルは活性化血小板に特異的に結合し、心筋梗塞などの血栓症のリアルタイム分子イメージングや、薬理学的血栓溶解の成否のモニタリングを可能にします。 ^[23]
• がん：がん細胞も特定の受容体を発現しており、主に血管新生、つまり新しい血管の成長を促す受容体が中心です。マイクロバブルをVEGFや活性化糖タンパク質IIb/IIIaなどの受容体に結合するリガンドで標的とすれば、非侵襲的にがんの領域を特異的に特定することができます。 ^[24]
• 遺伝子送達：ベクターDNAをマイクロバブルに結合させることができる。マイクロバブルは、目的の細胞タイプによって発現される受容体に結合するリガンドで標的化することができる。標的マイクロバブルがDNAペイロードとともに細胞表面に蓄積すると、超音波を使用してマイクロバブルを破裂させることができる。破裂に伴う力により、一時的に周囲の組織が透過性になり、DNAが細胞内に侵入しやすくなる可能性がある。標的セラノスティックマイクロバブル（ VCAM-1を標的とする）は、前臨床設定でmiR126を送達し、体内でのAAAの発症を阻止するために使用されている^{。 [25]}
• 薬物送達：薬物はマイクロバブルの脂質シェルに組み込むことができます。リポソームなどの他の薬物送達媒体に比べてマイクロバブルのサイズが大きいため、媒体ごとに送達できる薬物の量が多くなる可能性があります。特定の細胞タイプに結合するリガンドを使用して薬物を充填したマイクロバブルを標的とすることで、マイクロバブルは薬物を特異的に送達するだけでなく、超音波を使用してその領域を画像化することで薬物が送達されたことを確認することもできます。^{[26]超音波誘導薬物送達は、}膵臓癌の治療に効果的に適用されています。^{[27] [28]}

医療用超音波検査の項目で述べた利点に加えて、造影超音波検査には次のような追加の利点があります。

• 体の73%は水分でできているため、音響的には均質です。血液と周囲の組織は同様のエコー源性を持っているため、従来の超音波では血流、灌流、組織と血液の境界面の程度を明確に識別することは困難です。^[4]
• 超音波画像診断では血流をリアルタイムで評価することができます。^[29]
• 超音波による微小気泡の破壊^[30]により、画像面内で組織灌流の絶対定量化が可能となる。^[31]
• 超音波分子イメージングは​​放射線を使わないため、放射性核種イメージングなどの分子イメージング法よりも安全です。 ^[29]
• MRI、PET、SPECTなどの代替分子イメージング法は非常に高価です。一方、超音波は非常にコスト効率が良く、広く利用可能です。^[12]
• マイクロバブルはこのような強力な信号を生成できるため、静脈内投与量は少なくて済み、MRI造影剤などの他の分子イメージング法ではミリグラム単位のマイクロバブルしか必要としないのに対し、マイクログラム単位のマイクロバブルしか必要としない。^[12]
• マイクロバブルのターゲティング戦略は多用途かつモジュール化されています。新しい領域をターゲットにするには、新しいリガンドを結合するだけです。
• 臨床用超音波画像診断システムを用いた2Dモード^{[34] [35]}および3Dモード[ 36]による音響放射力^{[32] [33]}によって、能動的な標的化（マイクロバブルの付着の強化）を^{高めることができる。}

医療用超音波検査の項目で述べた弱点に加えて、造影超音波検査には次のような欠点があります。

• マイクロバブルは循環中に長く留まりません。PEGでコーティングされていても、免疫系細胞に取り込まれるか、肝臓や脾臓に取り込まれるため、循環滞留時間が短くなります。 ^[12]
• 超音波は周波数が高くなるにつれてより多くの熱を発生するため、超音波周波数を注意深く監視する必要があります。
• マイクロバブルは、超音波の周波数が低く、超音波画像システムの負の音圧の尺度である機械的指数（MI）が高いときに破裂します。MIが増加すると画像品質が向上しますが、マイクロバブルの破壊とのトレードオフがあります。マイクロバブルの破壊は、局所的な微小血管の破裂や溶血を引き起こす可能性があります。^[11]
• 前臨床実験で使用されている現在の標的リガンドは動物培養物由来であるため、標的リガンドは免疫原性を持つ可能性がある。^[11]
• 標的マイクロバブルの付着効率が低いため、注入されたマイクロバブルのごく一部しか関心領域に結合しません。^[18]これが、標的造影超音波が前臨床開発段階にとどまっている主な理由の1つです。

• ドップラー効果
• 医療画像
• 医療用超音波
• 超音波位置特定顕微鏡

• GEヘルスケアからのオプティソン情報
• ニュージーランド医薬品医療機器安全局の Levovist データシート