Contrast-enhanced ultrasound of abdominal organs in cats

The primary aim of this thesis was the evaluation of the perfusion of normal organs in cats using contrast-enhanced ultrasound (CEUS), to serve as a reference for later clinical studies. Little is known of the use of CEUS in cats, especially regarding its safety and the effects of anesthesia on the procedure, thus, secondary aims here were to validate the quantitative analyzing method, to investigate the biological effects of CEUS on feline kidneys, and to assess the effect of anesthesia on splenic perfusion in cats undergoing CEUS. -- The studies were conducted on healthy, young, purpose-bred cats. CEUS of the liver, left kidney, spleen, pancreas, small intestine, and mesenteric lymph nodes was performed to characterize the normal perfusion of these organs on ten anesthetized, male cats. To validate the quantification method, the effects of placement and size of the region of interest (ROI) on perfusion parameters were investigated using CEUS: Three separate sets of ROIs were placed in the kidney cortex, varying in location, size, or depth. The biological effects of CEUS on feline kidneys were estimated by measuring urinary enzymatic activities, analyzing urinary specific gravity, pH, protein, creatinine, albumin, and sediment, and measuring plasma urea and creatinine concentrations before and after CEUS. Finally, the impact of anesthesia on contrast enhancement of the spleen was investigated by imaging cats with CEUS first awake and later under anesthesia on separate days. -- Typical perfusion patterns were found for each of the studied organs. The liver had a gradual and more heterogeneous perfusion pattern due to its dual blood flow and close proximity to the diaphragm. An obvious and statistically significant difference emerged in the perfusion between the kidney cortex and medulla. Enhancement in the spleen was very heterogeneous at the beginning of imaging, indicating focal dissimilarities in perfusion. No significant differences emerged in the perfusion parameters between the pancreas, small intestine, and mesenteric lymph nodes. -- The ROI placement and size were found to have an influence on the quantitative measurements of CEUS. Increasing the depth or the size of the ROI decreased the peak intensity value significantly, suggesting that where and how the ROI is placed does matter in quantitative analyses. --- A significant increase occurred in the urinary N-acetyl-β-D-glucosaminidase (NAG) to creatinine ratio after CEUS. No changes were noted in the serum biochemistry profile after CEUS, with the exception of a small decrease in blood urea concentration. The magnitude of the rise in the NAG/creatinine ratio was, however, less than the circadian variation reported earlier in healthy cats. Thus, the changes observed in the laboratory values after CEUS of the left kidney did not indicate any detrimental effects in kidneys. Heterogeneity of the spleen was observed to be less and time of first contrast appearance earlier in nonanesthetized cats than in anesthetized ones, suggesting that anesthesia increases heterogeneity of the feline spleen in CEUS. ---- In conclusion, the results suggest that CEUS can be used also in feline veterinary patients as an additional diagnostics aid. The perfusion patterns found in the imaged organs were typical and similar to those seen earlier in other species, with the exception of the heterogeneous perfusion pattern in the cat spleen. Differences in the perfusion between organs corresponded with physiology. Based on the results, estimation of focal perfusion defects of the spleen in cats should be performed with caution and after the disappearance of the initial heterogeneity, especially in anesthetized or sedated cats. Finally, these results indicate that CEUS can be used safely to analyze kidney perfusion also in cats. Future clinical studies are needed to evaluate the full potential of CEUS in feline medicine as a tool for diagnosing lesions in various organ systems.

Väitöskirja käsittelee kissan vatsaontelon elinten (maksa, munuainen, perna, haima, ohutsuoli, suoliliepeen imusolmukkeet) ultraäänivarjoainekuvantamista. Ultraäänivarjoainekuvantaminen on diagnostinen tutkimusmenetelmä, jolla kuvannetaan vatsaontelon elimiä ja niiden kudostason verenkiertoa ja verenkierron muutoksia. Ultraäänivarjoainekuvantamista ei ole aikaisemmin systemaattisesti tutkittu kissoilla ja menetelmä on käytössä uusi myös muilla eläinlajeilla (lähinnä koira) ja ihmisillä Suomessa. Tutkimuksen avulla löydettiin tutkimusprotokolla kissapotilaille, ja varmennettiin menetelmän munuaisturvallisuutta. Lisäksi tutkimuksessa määritettiin rauhoituksen vaikutusta pernan ultraäänivarjoainekuvaukseen ja selvitettiin ns. normaaliarvot useiden vatsaontelon elimien verenkierrolle ultraäänivarjoainekuvauksessa. Tuloksien perusteella voidaan todeta menetelmän soveltuvan myös kissapotilaiden tutkimiseen ja olevan munuaisille turvallinen. Tulokset viittaavat kuitenkin siihen, että rauhoitettujen kissojen pernamuutosten diagnostiikka ei ole yksiselitteistä. Usein eläinlääkärin vastaanotolla tutkittavat kissapotilaat ovat vanhoja ja sairaita ja siksi niiden diagnostiikkaan tarvitaan turvallisia tutkimusmenetelmiä, jotka eivät vaaranna potilaiden terveydentilaa. Ultraäänivarjoainekuvantaminen on menetelmänä turvallinen, jopa munuaissairailla potilailla. Munuaissairaudet ja munuaisten toimintaa heikentävät muut sairaudet, kuten sokeritauti (diabetes) ovatkin yleisiä erityisesti vanhoilla kissapotilailla. Monet kissapotilaat joudutaan usein kevyesti rauhoittamaan eläinlääkärin suorittamien tutkimusten ajaksi ja siksi onkin tärkeää tuntea rauhoitusaineiden vaikutus ultraäänivarjoainekuvantamiseen. Ultraäänivarjoainekuvantamisessa potilaalle annostellaan laskimonsisäisesti mikrokuplina kaasua sisältävää, spesifisesti verisuonissa pysyvää varjoainetta. Varjoaineen avulla vahvistetaan verestä saatavia kaikuja huomattavasti useiden minuuttien ajaksi. Veren aiheuttama kaiku on liian heikkoa havaittavaksi perinteisellä ultraäänitutkimuksella, eli veri nähdään kuvassa kaiuttomana kuten muukin neste. Tavallisesti veren virtausta on ultraäänilaitteella tarkasteltu Doppler-tekniikan avulla. Dopplerilla ei kuitenkaan pystytä havaitsemaan virtauksia, joiden volyymi tai virtausnopeus on hyvin pieni. Ultraäänivarjoaineen avulla lisätään verestä saatavaa signaalin intensiteettiä niin paljon, että pienikin verenvirtaus kudoksissa kuten kapillaaritason mikroverenkierto on havaittavissa. Ultraäänivarjoaineiden avulla saadaan lisätietoa kudostason verenkierrosta. Erilaiset patologiset sairaustilat, kuten infarktit, tulehdusreaktiot ja kasvaimet vaikuttavat kudosten verenkiertoon eri lailla: muuttamalla kudoksiin menevää veren määrää, veren virtausta ja/tai verisuonitusta. Kudosten verenkiertoa tarkastelemalla pystytään paremmin havaitsemaan ja määrittelemään parenkyymin muutoksia. Esimerkiksi useimmat kasvaimet erottuvat muusta kudoksesta ultraäänivarjoainekuvauksessa poikkeavan verisuonituksensa ansiosta - pienten verisuonten määrän, laadun tai sijainnin mukaan.