Funktionelle Bildgebung des zerebralen Blutflusses mittels transkraniellem Doppler-Ultraschall

Zusammenfassung

Quelle: Hage, B. D. et. al., Funktioneller transkranieller Doppler-Ultraschall zur Überwachung des zerebralen Blutflusses. J. Vis. Exp. (2021)

Dieses Video zeigt die Verwendung von Doppler-Ultraschall als funktionelles Bildgebungswerkzeug zur Messung der zerebralen Blutflussgeschwindigkeit (CBFV) in Echtzeit. Es wird hervorgehoben, wie Frequenzverschiebungen in der mittleren Hirnarterie bei Aufgaben wie dem Anhalten des Atems Veränderungen der CBFV aufdecken, und bietet Einblicke in die Gehirnaktivität und die vaskuläre Dynamik.

Protokoll

Alle Eingriffe, an denen menschliche Teilnehmer beteiligt sind, wurden in Übereinstimmung mit den institutionellen, nationalen und internationalen Richtlinien für das Wohlergehen des Menschen durchgeführt und vom lokalen institutionellen Prüfungsausschuss überprüft.

1. Ortung des Signals der mittleren Hirnarterie (MCA) durch freihändigen transkraniellen Doppler-Ultraschall (TCD)

HINWEIS: "Freihändig" TCD bezieht sich auf eine Operation der TCD mit einem Handschallkopf, um ein zerebrales Blutflussgeschwindigkeitssignal (CBFV) zu finden, bevor ein funktionelles transkranielles Doppler-Ultraschall-Experiment (fTCD) begonnen wird.

1. Einstellen von TCD-Parametern
   1. Halten Sie die Leistung während der ersten Suche nach dem MCA auf einem relativ hohen Wert (z. B. 400 mW). Sobald das MCA-Signal lokalisiert ist, reduzieren Sie die Leistung so weit wie möglich, während Sie immer noch ein "gutes" Signal erhalten (siehe Schritt 2.2.7).
      HINWEIS: Die Verwendung einer relativ hohen Leistung während der ersten Suche verstößt nicht gegen das ALARA-Prinzip (As Low As Reasonably Achievable) der Exposition gegenüber akustischer Strahlung, da eine höhere Leistung eine schnellere Entdeckung des MCA-Signals ermöglicht.
   2. Stellen Sie die Sample-Lautstärke bei der ersten Suche nach dem MCA-Signal auf 8–12 mm ein. Wenn das Signal schwer zu finden ist, erhöhen Sie die Gate-Größe, um die Intensität des Signals zu erhöhen, aber beachten Sie, dass dies das Signal von einer oder mehreren nahe gelegenen Arterien in das Signal des MCA einbeziehen kann.
   3. Stellen Sie die Verstärkung auf einen mittleren Pegel ein, mit dem Ziel, "Hintergrundgeräusche auf ein Minimum zu reduzieren, aber präsent zu halten".
   4. Stellen Sie den Grenzwert des Hochpassfilters (normalerweise als "Schwellenwert" bezeichnet) auf 50–150 Hz ein.
   5. Wenn es sich um einen Erwachsenen handelt, Legen Sie die Tiefe auf 50 mm fest, was der durchschnittlichen Mitteltiefe des M1-Segments des MCA entspricht (Abbildung 1).
      HINWEIS: Diese Einstellung wird in den folgenden Schritten ausführlicher erläutert. Tiefeneinstellungen für Kinder sind in Tabelle 1 angegeben.

2. Lokalisierung des temporalen Fensters
HINWEIS: Das temporale Fenster, auch transtemporales akustisches Fenster genannt, ist ein Teil des Schädels, an dem der Knochen am dünnsten ist, wodurch die Übertragung von niederfrequenter Ultraschallenergie durch den Schädel ermöglicht wird (Abbildung 2).

1. Bei Säuglingen und Kleinkindern lokalisieren Sie das Schläfenfenster direkt vor dem Ohr (den "intertragalen Raum") und über dem rostralen Rand des Jochbogens, der unter der Haut leicht zu spüren ist.
2. {TAG_130}}Für Jugendliche und junge Erwachsene lokalisieren Sie das Schläfenfenster über eines der Unterfenster.
   {{ TAG_136}}HINWEIS: Das hintere Unterfenster liefert normalerweise das beste Signal (Abbildung 2).
3. Bei Erwachsenen ab 30 Jahren lokalisieren Sie das Schläfenfenster direkt vor dem Ohr.
   HINWEIS: Das akustische Fenster nimmt mit zunehmendem Alter aufgrund der zunehmenden Porosität des Schädelknochens ab, was bei einigen älteren Menschen zu einem sehr begrenzten Zeitfenster führt. Bei solchen Individuen ist eine bilaterale Insonation des MCA manchmal unmöglich.
   

3. Auftragen des Schallkopfs

1. Tragen Sie so viel Ultraschallgel auf, dass die Oberfläche des Schallkopfs bedeckt ist.
   HINWEIS: Wenn das Gel auf den Kopf gelegt wird, sollte es genügend Platz einnehmen, um eine Abdichtung zwischen der Kopfhaut und der Oberfläche der Dopplersonde zu gewährleisten, Dadurch wird eine Signalunterbrechung durch Luftankopplung unter der Sondenoberfläche verhindert.
2. Weisen Sie die Person darauf hin, dass sich das Gel kalt anfühlen kann (wenn es Raumtemperatur hat).
3. Platzieren Sie den Schallkopf auf dem Zeitfenster, das sich in Abschnitt 1.2 befand.
   

4. Suche nach dem MCA

1. Nachdem Sie den Schallkopf auf der Kopfhaut platziert haben, suchen Sie nach dem MCA-Signal, das sich im Allgemeinen leicht anterior (nach vorne) und rostral (zum Kopf hin) von der Position der ursprünglichen Platzierung des Schallkopfs befindet.
2. Wenn das TCD-Spektralsignal nicht sofort erkennbar ist, stellen Sie den Winkel des Schallkopfs ein, während Sie ihn an der gleichen Stelle relativ zur Kopfhaut halten. Winkeln Sie die Sonde langsam von rostral nach kaudal (zu den Füßen) und von hinten nach vorne.
   HINWEIS: Abbildung 3 zeigt zwei Spektren, die von der gleichen Position aus aufgenommen wurden, Aber aus verschiedenen Blickwinkeln.
3. Wenn nach Schritt 1.4.2 immer noch kein Signal vorhanden ist, überprüfen Sie die farbige M-Modus-Anzeige auf Durchfluss im MCA in verschiedenen Tiefen (gekennzeichnet durch rote Einfärbung). Inkrementieren oder verringern Sie die Signaltiefe in 5-mm-Schritten und suchen Sie wie in Schritt 1.4.2 beschrieben. Wenn die Strömung im M-Modus, aber nicht im Dopplerspektrum sichtbar ist, erhöhen oder verringern Sie die Tiefe, bis das Strömungssignal im Dopplerspektrum sichtbar ist.
4. Wenn immer noch kein zufriedenstellendes Signal erhalten wird, bewegen Sie den Schallkopf in eine nahe gelegene Position auf der Kopfhaut, die etwas vorderer ist, und wiederholen Sie die Schritte 1.4.1 bis 1.4.3.
5. Wenn ein optimales MCA-Signal erhalten wird, notieren Sie sich die Tiefe und die maximale Geschwindigkeit.
6. Platzieren Sie mit einem abwaschbaren Make-up-Stift eine Markierung auf der Kopfhaut (verfolgen Sie einen Teil der Schallkopfkante), an der das optimale Signal gefunden wurde. {{}}
   
   

5. Suche nach der Bifurkation
HINWEIS: Das Auffinden der Bifurkation der Arteria carotis interna (ICA) ist wichtig, um zu bestätigen, dass es sich bei der MCA um die zu überwachende Arterie handelt. Dieser Schritt sollte bei bilateraler Überwachung auf beiden Seiten durchgeführt werden, da die Bifurkation möglicherweise nicht auf beiden Seiten gleich tief ist.

1. Erhöhen Sie die Tiefe, bis das Signal von der Bifurkation der ICA in die MCA und vordere Hirnarterie (ACA) bemerkt wird (Abbildung 4), typischerweise in einer Tiefe von 51–65 mm.
2. Suche für das optimale spektrale Bifurkationssignal unter Verwendung des in Schritt 1.4.2 beschriebenen Verfahrens. Streben Sie immer nach dem höchstmöglichen spektralen Signal.
3. Wenn ein optimales Bifurkationssignal erhalten wird, beachten Sie die Tiefe der Bifurkation.
4. Für die bilaterale Überwachung wiederholen Sie die Abschnitte 1.1–1.4 und die Schritte 1.5.1–1.5.3 auf der anderen Seite des Kopfes.

2. Verlagerung des MCA nach dem Einsetzen einer Fixiervorrichtung

HINWEIS: Für fTCD-Experimente ist es notwendig, das CBFV für 10–90 min oder länger zu überwachen. Daher ist eine Fixiervorrichtung (Abbildung 5) entscheidend, um Stabilität zu gewährleisten.

1. Platzieren der Fixiervorrichtung
   1. Durch Sichtprüfung stellen Sie die Fixiervorrichtung (Abbildung 5) auf die ungefähre Kopfgröße des Motivs ein.
   2. Warnen Sie die Person, bevor Sie das Headset auf den Kopf setzen. Setzen Sie das Headset auf den Kopf des Motivs.
      HINWEIS: Wenn die Person lange oder dicke Haare hat, kann es erforderlich sein, die Haare der Person zurückzubinden, abhängig von der verwendeten Fixiervorrichtung.
   3. Passen Sie die Passform der Fixiervorrichtung an und fragen Sie die Person, ob die Vorrichtung zu eng angezogen ist.
      HINWEIS: Das Gerät sollte fest genug sein, dass es sich nicht bewegt, wenn es leicht angestoßen wird, aber locker genug, dass das Motiv nicht unangenehm ist.

2. Ortung des MCA-Signals
   1. Lösen Sie den Mechanismus der Fixiervorrichtung, die den Schallkopf an Ort und Stelle hält (z. B. lösen Sie den Mechanismus, der in Abbildung 5{TAG_412}} gezeigt wird, durch Drehen eines Knopfes gegen den Uhrzeigersinn), so dass sich der Wandler frei bewegen kann.
   2. Warnen Sie die betroffene Person, bevor Sie das Gel auf die Schallköpfe auftragen (die bereits aus Abschnitt 2.1 vorhanden sein sollten) und dass das Gel möglicherweise kalt ist (wenn es bei Raumtemperatur gelagert wurde).
   3. Tragen Sie so viel Ultraschallgel auf den Schallkopf auf, dass die Vorderseite des Schallkopfs bedeckt ist.
   4. {{}}Stellen Sie die Fixiervorrichtung so ein, dass sich der Schallkopf über der Markierung in Schritt 1.4.6 befindet.
   5. Suchen Sie nach dem optimalen MCA-Spektralsignal mit dem in den Schritten 1.4.1 bis 1.4.3 beschriebenen Verfahren. Streben Sie immer nach dem höchstmöglichen spektralen Signal.
      HINWEIS: {TAG_445}}Im Vergleich zur Freihand-TCD kann die optimale Tiefe, in der sich der MCA mit der Fixiervorrichtung befindet, geringfügig (höchstens 1–2 mm) von der Tiefe für die Freihandvorrichtung abweichen. Dies liegt daran, dass die Fixiervorrichtung den Schallkopf etwas weiter von der Kopfhaut entfernt halten kann, während immer noch eine Kopplungsgeldichtung erhalten bleibt.
   6. Wenn das optimale MCA-Spektralsignal gefunden wird, ziehen Sie den Mechanismus der Fixiervorrichtung fest, um den Schallkopf an Ort und Stelle zu verriegeln. Beachten Sie die Tiefe und alle anderen Einstellungen.
   7. Verringern Sie die Leistung (siehe Schritt 1.1.1) so weit wie möglich, während Sie immer noch eine spektrale Hüllkurve beibehalten, die die maximale Geschwindigkeit genau abbildet.
   8. Wiederholen Sie für die bilaterale Überwachung bilaterale Überwachung die Schritte 2.2.1 bis 2.2.7 auf der anderen Seite.

3. Ausführen eines Manövers mit anhaltendem Atem

HINWEIS: Dieser Abschnitt wird als Beispiel für ein Funktionsexperiment gegeben, das unter Verwendung des in Abschnitt 1 und Abschnitt 2 beschriebenen Versuchsaufbaus durchgeführt werden kann.

1. Führen Sie alle in Abschnitt 1 und 2 beschriebenen Schritte aus.
2. Starten Sie die Aufnahme mit der TCD-Software.
3. Atmen Sie 3 Minuten lang normal, um eine gute Basisaufzeichnung zu erzielen, und lassen Sie CBFV sich von früheren Experimenten oder Reizen stabilisieren.
4. Zählen Sie langsam von drei herunter. Bitten Sie den Probanden, nach einer normalen Eingebung mit dem Atemanhalten zu beginnen.
   HINWEIS: Der Proband sollte nicht tief einatmen, da dies das Kohlendioxid in der Lunge verringern und die Wahrscheinlichkeit verringern würde, den Anstieg des CBFV aufgrund der zerebrovaskulären Reaktivität zu beobachten. Der Proband sollte auch vermeiden, ein Valsalva-Manöver durchzuführen, bei dem der intrathorakale Druck gegen eine gehaltene Inspiration erheblich erhöht wird.
{{}}
5. Platzieren Sie eine Markierung in der TCD-Aufzeichnung, um den Beginn des Atemanhaltens anzuzeigen.
6. Lassen Sie die Versuchsperson den Atem 30 s lang anhalten oder bis sie sich nicht mehr wohl dabei fühlt, den Atem anzuhalten.
7. Wenn die Versuchsperson einatmet, platzieren Sie eine Markierung in der TCD-Aufzeichnung, um das Ende des Atemanhaltens anzuzeigen.
8. Setzen Sie die Überwachung der CBFV mit TCD fort und zeichnen Sie sie nach dem Ende des Atemanhaltens mindestens 30 s lang auf, um sicherzustellen, dass die CBFV wieder auf die Ausgangswerte zurückkehrt.

Tabelle 1: MCA-Tiefen in verschiedenen Altersstufen.

{ {TAG_575{}}{{}}{}}{{8}}Alter	Tiefe der mittleren Hirnarterie (mm)
0–3 Monate	{{}} 25
{{TAG_615 }}3–12 Monate	30
1–3 Jahre {{}}	35–45{{TAG_646 }}
3–6 Jahre	40– 45
{{}}6–10 Jahre	45–50
{{}} 10–18 Jahre {{TAG_ 693}}	45–50
>18 Jahre{{TAG_708 18 Jahre TAG_709}}	50

{{}}{{}}{{TAG_ 631}}{{}}

Ergebnisse

Materialien