Novel applications of contrast-enhanced ultrasound imaging in vascular medicine

The use of contrast-enhanced ultrasound (CEUS) for vascular imaging indications has increased dramatically during the last decade. Ultrasound contrast agents are gas-filled microbubbles that are injected into the bloodstream and serve as strict intravascular reflectors of ultrasound waves. Numerous studies have addressed the potential clinical use of CEUS in different vascular fields including the carotid arteries, the abdominal aorta, renal arteries and the kidneys. In this review article we discuss the clinical value of contrast agents in vascular ultrasound by enhancing the vascular lumen, and more important, their role as a tool to deliver high resolution, real-time images of microvascular perfusion. Specifically, CEUS imaging of the carotid artery provides a novel, non-invasive method not only to improve the delineation of the vessel wall, but also for the assessment of the vasa vasorum and the ectopic vascularization of the atherosclerotic plaque (intraplaque neovascularization); probably providing a “window” to risk stratify atherosclerotic lesions and individuals by identifying “vulnerable” plaques prone to rupture causing vascular events. CEUS imaging has also emerged as a novel diagnostic tool in various aortic pathologies and particularly for the detection of endoleaks following endovascular treatment of abdominal aortic aneurysms. It is also a valuable tool for the assessment of the tissue perfusion in native and transplanted kidneys providing information on perfusion deficits of the parenchyma. Furthermore, a real-time CEUS method has recently been developed to assess the skeletal muscle microcirculation which could be used to study patients with peripheral arterial occlusive disease or diabetic microangiopathy. In the future, the use of targeted microbubbles could further enhance and expand the diagnostic capabilities of current vascular ultrasound imaging by detecting specific molecular processes that play a role in the pathophysiology of vascular disease.

Die Anwendung der kontrastmittelverstärkten Ultraschalluntersuchung (KMUS) hat im Bereich der vaskulären Bildgebung in den letzten 10 Jahren deutlich zugenommen. Ultraschallkontrastmittel bestehen aus stabilen, mit Gas gefüllten Mikrobläschen, welche intravenös verabreicht werden, und dienen als streng intravaskuläre Reflektoren von Ultraschallwellen. Eine Anzahl von Studien hat den möglichen klinischen Einsatz der KMUS in verschiedenen Gefässterritorien, insbesondere der Carotiden, der abdominellen Aorta und den Nieren untersucht. In dieser Übersichtsarbeit möchten wir auf den klinischen Nutzen der KMUS eingehen, welcher durch die höhere Kontrastierung des Gefässlumens und, von noch grösserer Bedeutung, auf der hochauflösenden Darstellung der mikrovaskulären Perfusion in Echtzeit beruht. Namentlich ist die KMUS der Carotiden ein neues nicht-invasives Instrument, nicht nur zur besseren Abgrenzung der Gefässwand, sondern auch zur Beurteilung der Vasa vasorum und ektopischer Neovaskularisationen in arteriosklerotischen Plaques. Dies ermöglicht eine zusätzliche kardiovaskuläre Risikostratifizierung und könnte zukünftig helfen, vulnerable atherosklerotische Plaques und Stenosen und letztendlich Patienten mit erhöhtem Risiko für ein vaskuläres Ereignis zu identifizieren. Die KMUS hat sich zudem zu einer neuen Untersuchungsmethode bei verschiedenen Erkrankungen der abdominellen Aorta entwickelt. Sie eignet sich insbesondere zur Detektion von Endoleaks nach endovaskulärer Therapie von abdominellen Aortenaneurysmen. Die KMUS ist ebenfalls nützlich zur Beurteilung der Gewebeperfusion von nativen und transplantierten Nieren, da sich damit Perfusionsdefekte im Parenchym gut nachweisen lassen. Neuerdings wird die KMUS als „real-time“-Methode auch zur Beurteilung der Mikroperfusion in der Skelettmuskulatur benutzt, was zum Beispiel bei Patienten mit peripherer arterieller Verschlusskrankheit oder diabetischer Mikroangiopathie von Nutzen sein könnte. Zukünftig könnte die diagnostische Leistungsfähigkeit des aktuellen vaskulären Ultraschalls durch die Anwendung von Target-spezifischen Ultraschallkontrastmitteln noch erweitert und zur Darstellung von pathophysiologischen Prozessen vaskulärer Erkrankungen auf molekularer Ebene herangezogen werden.