Waiting
Login-Verarbeitung ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

सेरेब्रल ब्लड फ्लो की निगरानी के लिए कार्यात्मक ट्रांसक्रैनियल डॉप्लर अल्ट्रासाउंड

Published: March 15, 2021 doi: 10.3791/62048
Automatic Translation
1, 2, 3
1Department of Biological Systems Engineering, University of Nebraska-Lincoln, 2Department of Biological Systems Engineering, University of Nebraska-Lincoln, 3Department of Biological Systems Engineering, University of Nebraska-Lincoln

Summary

कार्यात्मक ट्रांसक्रैनियल डॉप्लर अल्ट्रासाउंड बेसल सेरेब्रल धमनियों के भीतर मस्तिष्क रक्त प्रवाह में उत्तेजना-प्रेरित परिवर्तनों के उच्च लौकिक संकल्प माप के साथ अन्य कार्यात्मक इमेजिंग तौर-तरीकों का पूरक है। यह विधियां पेपर एक कार्यात्मक इमेजिंग प्रयोग करने के लिए कार्यात्मक ट्रांसक्रैनियल डॉप्लर अल्ट्रासाउंड का उपयोग करने के लिए कदम-दर-कदम निर्देश देता है।

Abstract

कार्यात्मक ट्रांसक्रैनियल डॉप्लर अल्ट्रासाउंड (एफटीसीडी) शारीरिक आंदोलन, त्वचा में स्पर्श सेंसर की सक्रियता, और छवियों को देखने जैसे उत्तेजनाओं के दौरान होने वाली तंत्रिका सक्रियण का अध्ययन करने के लिए ट्रांसक्रैनियल डॉप्लर अल्ट्रासाउंड (टीसीडी) का उपयोग है। तंत्रिका सक्रियण सेरेब्रल रक्त प्रवाह वेग (CBFV) संवेदी इनपुट प्रसंस्करण में शामिल मस्तिष्क के क्षेत्र की आपूर्ति में वृद्धि से अनुमानित है । उदाहरण के लिए, उज्ज्वल प्रकाश को देखने से सेरेब्रल कॉर्टेक्स के ऑक्सीपिटल पालि में तंत्रिका गतिविधि में वृद्धि होती है, जिससे पीछे की मस्तिष्क धमनी में रक्त प्रवाह बढ़ जाता है, जो ऑक्सीपिटल पालि की आपूर्ति करता है। एफटीसीडी में, सीबीएफवी में परिवर्तन का उपयोग सेरेब्रल ब्लड फ्लो (सीबीएफ) में परिवर्तन का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है।

प्रमुख मस्तिष्क धमनियों में रक्त प्रवाह वेग के अपने उच्च लौकिक संकल्प माप के साथ, एफटीसीडी अन्य स्थापित कार्यात्मक इमेजिंग तकनीकों का पूरक है। इस विधियां कागज का लक्ष्य एक कार्यात्मक इमेजिंग प्रयोग करने के लिए एफटीसीडी का उपयोग करने के लिए कदम-दर-कदम निर्देश देना है। सबसे पहले, मध्य मस्तिष्क धमनी (एमसीए) की पहचान करने और सिग्नल को अनुकूलित करने के लिए बुनियादी कदमों का वर्णन किया जाएगा। इसके बाद, प्रयोग के दौरान टीसीडी जांच को रखने के लिए एक निर्धारण उपकरण के प्लेसमेंट का वर्णन किया जाएगा । अंत में, सांस-होल्डिंग प्रयोग, जो एफटीसीडी का उपयोग करके एक कार्यात्मक इमेजिंग प्रयोग का एक विशिष्ट उदाहरण है, का प्रदर्शन किया जाएगा।

Introduction

तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान में, विभिन्न वातावरणों में वास्तविक समय की मस्तिष्क गतिविधि की निगरानी करना अक्सर वांछनीय होता है। हालांकि, पारंपरिक कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग तौर-तरीकों की सीमाएं होती हैं जो स्थानीयकृत और/या तेजी से गतिविधि परिवर्तनों को कैप्चर करने की क्षमता में बाधा डालती हैं । कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफएमआरआई) का सच (गैर-नर्वस, गैर-पूर्वव्यापी) लौकिक संकल्प वर्तमान में कुछ सेकंड1के क्रम का है, जो क्षणिक तंत्रिका सक्रियण से जुड़े क्षणिक हेमोडायनामिक परिवर्तनों को कैप्चर नहीं कर सकता है। एक अन्य उदाहरण में, हालांकि कार्यात्मक निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (एफएनआईआरएस) में उच्च अस्थायी संकल्प (मिलीसेकंड) और उचित स्थानिक संकल्प है, यह केवल मस्तिष्क प्रांतस्था के भीतर हीमोडायनामिक परिवर्तनों की जांच कर सकता है और मस्तिष्क की आपूर्ति करने वाली बड़ी धमनियों में होने वाले परिवर्तनों के बारे में जानकारी प्रदान नहीं कर सकता है।

इसके विपरीत, एफटीसीडी-जिसे न्यूरोइमेजिंग मोडलिमेंट के रूप में वर्गीकृत किया गया है- "इमेजिंग" दो ऑर्थोगोनल स्थानिक दिशाओं के बजाय समय और स्थान के आयामों को संदर्भित करता है जो "छवि" में अधिक परिचित हैं। एफटीसीडी बेसल सेरेब्रल सर्कुलेशन के जहाजों के भीतर सटीक स्थानों पर उच्च अस्थायी संकल्प (आमतौर पर 10 एमएस) हीमोडायनामिक परिवर्तनों को मापकर अन्य न्यूरोइमेजिंग तौर-तरीकों को पूरक जानकारी प्रदान करता है। अन्य न्यूरोइमेजिंग तौर-तरीकों के साथ, एफटीसीडी का उपयोग विभिन्न प्रयोगों के लिए किया जा सकता है जैसे कि भाषा से संबंधित कार्यों के दौरान सेरेब्रल एक्टिवेशन के पार्श्वकरण का अध्ययनकरना 2,3,4,विभिन्न सोमाटोसेंसरीउत्तेजनाओं 5के जवाब में तंत्रिका सक्रियण का अध्ययन करना, और दृश्य कार्य6,मानसिक कार्य7और यहां तक कि उपकरण उत्पादन8जैसे विभिन्न संज्ञानात्मक उत्तेजनाओं में तंत्रिका सक्रियण की खोज करना।

यद्यपि एफटीसीडी कार्यात्मक इमेजिंग में उपयोग के लिए कई फायदे प्रदान करता है, जिसमें उपकरण, पोर्टेबिलिटी और बढ़ी हुई सुरक्षा की कम लागत (वाडा परीक्षण3 या पॉजिट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी [पीईटी] स्कैन की तुलना में), टीसीडी मशीन के संचालन के लिए अभ्यास द्वारा प्राप्त कौशल की आवश्यकता होती है। इनमें से कुछ कौशल, जिन्हें टीसीडी ऑपरेटर द्वारा सीखा जाना चाहिए, में प्रासंगिक धमनी की खोज के दौरान अल्ट्रासाउंड जांच में ठीक से हेरफेर करने के लिए आवश्यक विभिन्न मस्तिष्क धमनियों और मोटर कौशल की पहचान करने की क्षमता शामिल है। इस विधियां कागज का लक्ष्य एक कार्यात्मक इमेजिंग प्रयोग करने के लिए एफटीसीडी का उपयोग करने के लिए एक तकनीक पेश करना है। सबसे पहले, एमसीए से सिग्नल की पहचान करने और अनुकूलन के लिए बुनियादी कदम, जो मस्तिष्क गोलार्द्ध9के 80% को सूचीबद्ध किया जाएगा। इसके बाद, प्रयोग के दौरान टीसीडी जांच को रखने के लिए एक निर्धारण उपकरण के प्लेसमेंट का वर्णन किया जाएगा । अंत में, सांस-होल्डिंग प्रयोग, जो एफटीसीडी का उपयोग करके एक कार्यात्मक इमेजिंग प्रयोग का एक उदाहरण है, का वर्णन किया जाएगा, और प्रतिनिधि परिणाम दिखाए जाएंगे।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

सभी मानव विषय अनुसंधान नेब्रास्का-लिंकन विश्वविद्यालय के संस्थागत समीक्षा बोर्ड के अनुसार किया गया था, और सूचित सहमति सभी विषयों से प्राप्त किया गया था ।

1. फ्रीहैंड टीसीडी द्वारा एमसीए सिग्नल का पता लगाना

नोट: "फ्रीहैंड" टीसीडी एक एफटीसीडी प्रयोग शुरू करने से पहले एक CBFV संकेत खोजने के लिए एक हाथ में ट्रांसड्यूसर के साथ टीसीडी के संचालन को संदर्भित करता है ।

  1. टीसीडी पैरामीटर सेट करना
    1. एमसीए के लिए प्रारंभिक खोज के दौरान एक यथोचित उच्च मूल्य (जैसे, 400 mW) पर बिजली रखें। एक बार एमसीए संकेत स्थित है, जितना संभव हो शक्ति को कम करते हुए अभी भी एक "अच्छा" संकेत बनाए रखने (चरण 2.2.7 देखें)।
      नोट: प्रारंभिक खोज के दौरान एक यथोचित उच्च शक्ति का उपयोग करना ध्वनिक विकिरण के संपर्क के "जितना कम कम" (ALARA) ध्वनिक विकिरण के संपर्क में है, इसका उल्लंघन नहीं करता है क्योंकि उच्च शक्ति एमसीए सिग्नल को अधिक तेज़ी से10की खोज करने की अनुमति देगी।
    2. एमसीए सिग्नल के लिए प्रारंभिक खोज के दौरान नमूना मात्रा 8-12 मिमी तक सेट करें। यदि सिग्नल ढूंढना मुश्किल है, तो सिग्नल की तीव्रता बढ़ाने के लिए गेट का आकार बढ़ाएं, लेकिन ध्यान दें कि इससे एमसीए से सिग्नल में एक या एक से अधिक पास की धमनियों से सिग्नल शामिल हो सकता है।
    3. एक मध्यम स्तर पर लाभ सेट, "एक ंयूनतम पर पृष्ठभूमि शोर रखते हुए, लेकिन वर्तमान"10के लक्ष्य के साथ ।
    4. उच्च पास फ़िल्टर कटऑफ (सामान्य रूप से "सीमा" कहा जाता है) 50-150 हर्ट्ज के लिए सेट करें।
    5. यदि विषय एक वयस्क है, तो गहराई को 50 मिमी तक सेट करें, जो एमसीए10 (चित्रा 1)के एम 1 सेगमेंट की औसत मध्य-बिंदु गहराई है।
      नोट: इस सेटिंग पर बाद के चरणों में अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी। तालिका 1में बच्चों के लिए गहराई सेटिंग्स दी गई हैं।

Figure 1
चित्रा 1:विली के सर्कल का प्रतिनिधित्व और सेरेब्रल परिसंचरण प्रणाली की प्रमुख धमनियां। एसीए और एमसीए में आईसीए के विभाजन को काले घेरे के साथ चिह्नित किया गया है । एमसीए का एम1 सेगमेंट दिखाया गया है। इस आंकड़े को24से संशोधित किया गया है । संक्षिप्त: एसीए = पूर्वकाल मस्तिष्क धमनी; बीआईएफ। = विभाजन; आईसीए = आंतरिक कैरोटिड धमनी; एमसीए = मध्य मस्तिष्क धमनी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

  1. शंख खिड़की का पता लगाना
    नोट: लौकिक खिड़की, जिसे ट्रांसटेम्पोरल ध्वनिक खिड़की भी कहा जाता है, खोपड़ी का एक हिस्सा है जहां हड्डी सबसे पतली11है, इस प्रकार कपाल(चित्रा 2)के माध्यम से कम आवृत्ति अल्ट्रासाउंड ऊर्जा के संचरण की अनुमति देती है।
    1. शिशुओं और छोटे बच्चों के लिए, कान के ठीक सामने लौकिक खिड़की ("इंटरट्रागल स्पेस") और ज़िगोमैटिक आर्क के रोस्ट्रल किनारे के ऊपर का पता लगाएं, जिसे त्वचा के नीचे आसानी से महसूस किया जा सकता है।
    2. किशोरों और युवा वयस्कों के लिए, किसी भी सबविंडो के माध्यम से लौकिक खिड़की का पता लगाएं।
      नोट: पीछे की उपwindow आमतौर पर सबसे अच्छा संकेत प्रदान करताहै (चित्रा 2)।
    3. 30 साल या उससे अधिक आयु के वयस्कों के लिए, कान के ठीक सामने लौकिक खिड़की का पता लगाएं।
      नोट: ध्वनिक खिड़की आकार में कम हो जाती है के रूप में लोगों को कपाल की हड्डी की बढ़ती porosity के कारण उंर, कुछ बड़े लोगों के कारण एक बहुत ही सीमित लौकिक खिड़की12है । ऐसे व्यक्तियों में एमसीए का द्विपक्षीय पन कभी-कभार ही असंभव होता है ।

Figure 2
चित्र 2:ट्रांसटेम्पोरल विंडो (धराशायी एलिप्स द्वारा चिह्नित), ज़िगोमेटिक आर्क (तीर), और उपधिधिध11। }फ्रंटल सबविंडो । (ख)पूर्वकाल सबविंडो । (ग)मध्य उपविंडो । (घ)पीछे की उपविंडो । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

  1. ट्रांसड्यूसर लागू करना
    1. ट्रांसड्यूसर की सतह को कवर करने के लिए पर्याप्त अल्ट्रासाउंड जेल लागू करें।
      नोट: जब सिर पर रखा, जेल पर्याप्त जगह को कवर करने के लिए खोपड़ी और डॉप्लर जांच की सतह के बीच एक सील बनाए रखने चाहिए, इस प्रकार जांच की सतह के नीचे हवा युग्मन से संकेत रुकावट को रोकने ।
    2. इस विषय को सचेत करें कि जेल ठंडा महसूस कर सकता है (यदि कमरे के तापमान पर)।
    3. ट्रांसड्यूसर को टेम्पोरल विंडो पर रखें, जो धारा 1.2 में स्थित था।
  2. एमसीए के लिए खोज
    1. खोपड़ी पर ट्रांसड्यूसर रखने के बाद, एमसीए सिग्नल की खोज करें, जो आम तौर पर प्रारंभिक ट्रांसड्यूसर स्कैल्प प्लेसमेंट10के स्थान से थोड़ा पूर्वकाल (आगे) और रोस्ट्रल (सिर की ओर) स्थित होगा।
    2. यदि टीसीडी स्पेक्ट्रल सिग्नल तुरंत स्पष्ट नहीं है, तो इसे खोपड़ी के सापेक्ष एक ही स्थान पर रखते हुए ट्रांसड्यूसर के कोण को समायोजित करें। धीरे-धीरे जांच को रोस्ट्रल से कौडल (पैरों की ओर) और पीछे से पूर्वकाल तक कोण करें।
      नोट: चित्र 3 एक ही स्थिति से लिया दो स्पेक्ट्रा से पता चलता है, लेकिन विभिन्न कोणों पर।
    3. यदि कोई संकेत चरण 1.4.2 करने के बाद अभी भी अनुपस्थित है, तो एमसीए में प्रवाह के लिए रंग एम-मोड डिस्प्ले की जांच करें (लाल रंग द्वारा इंगित)। 5 मिमी चरणों में सिग्नल की गहराई को वृद्धि या अवक्री और चरण 1.4.2 में वर्णित खोज करें। यदि प्रवाह एम-मोड में दिखाई देता है लेकिन डॉप्लर स्पेक्ट्रम में नहीं, तो डॉप्लर स्पेक्ट्रम में प्रवाह संकेत दिखाई देने तक गहराई को बढ़ाएं या कम करें।
    4. यदि कोई संतोषजनक संकेत अभी भी प्राप्त नहीं किया गया है, तो ट्रांसड्यूसर को खोपड़ी पर पास की स्थिति में ले जाएं, जो थोड़ा अधिक पूर्वकाल है, और 1.4.1-1.4.3 कदम दोहराएं।
    5. जब एक इष्टतम एमसीए संकेत प्राप्त किया जाता है, गहराई और अधिकतम वेग पर ध्यान दें।
    6. एक धोने योग्य मेकअप पेन का उपयोग करके, खोपड़ी (ट्रांसड्यूसर किनारे का हिस्सा ट्रेस) पर एक निशान रखें जहां इष्टतम संकेत पाया गया था।

Figure 3
चित्र 3:एमसीए केएम 1 सेगमेंट के मध्य बिंदु से नमूना डॉप्लर स्पेक्ट्रा और एम-मोड छवियां। (ए)स्पेक्ट्रम को कान के ठीक सामने, अस्थायी खिड़की पर ट्रांसड्यूसर लागू करने के बाद सही लिया गया। (ख)एक ही स्थान पर नमूना डॉप्लर स्पेक्ट्रम और गहराई के रूप में(ए)। केवल परिवर्तन यह है कि ट्रांसड्यूसर को ऊपर की ओर कोण किया गया है (बेहतर) थोड़ा। दोनों में(A)और(B),गहराई = 50 मिमी, लाभ = 50, नमूना मात्रा = 12 मिमी, बिजली = 420 mW/सेमी2,और फिल्टर = 100 हर्ट्ज. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

  1. विभाजन के लिए खोज
    नोट: आंतरिक कैरोटिड धमनी (आईसीए) के विभाजन को ढूंढना इस बात की पुष्टि करने में मदद करने के लिए महत्वपूर्ण है कि एमसीए धमनी की निगरानी की जा रही है। यह कदम दोनों पक्षों पर किया जाना चाहिए यदि द्विपक्षीय निगरानी की जाएगी, क्योंकि विभाजन दोनों पक्षों पर एक ही गहराई पर नहीं हो सकता है ।
    1. एमसीए और एसीए में आईसीए के विभाजन से संकेत तक गहराई बढ़ाएं(चित्रा 4)नोट किया जाता है, आमतौर पर 51-65 मिमी10की गहराई पर।
    2. चरण 1.4.2 में वर्णित प्रक्रिया का उपयोग करके इष्टतम विभाजन स्पेक्ट्रल सिग्नल की खोज करें। हमेशा उच्चतम वेग स्पेक्ट्रल संकेत संभव10के लिए प्रयास करते हैं ।
    3. जब एक इष्टतम विभाजन संकेत प्राप्त किया जाता है, विभाजन की गहराई पर ध्यान दें।
    4. द्विपक्षीय निगरानी के लिए, धारा 1.1-1.4 दोहराएं और सिर के दूसरी तरफ 1.5.1-1.5.3 कदम रखें।

Figure 4
चित्रा 4:स्पेक्ट्रल डॉप्लर (ऊपर) और एम-मोड (नीचे) आईसीए के विभाजन की छवि एमसीए और एसीए में। गहराई = 65 मिमी, लाभ = 50, नमूना मात्रा = 12 मिमी, बिजली = 420 mW/सेमी2,और फिल्टर = 100 हर्ट्ज. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

2. एक निर्धारण डिवाइस रखने के बाद एमसीए स्थानांतरित

नोट: FTCD प्रयोगों के लिए, 10-90 मिनट या उससे अधिक समय के लिए CBFV की निगरानी करना आवश्यक है। इसलिए, स्थिरता प्रदान करने के लिए एक निर्धारण उपकरण(चित्रा 5)महत्वपूर्ण है।

  1. फिक्सेशन डिवाइस रखना
    1. दृश्य निरीक्षण द्वारा, निर्धारण डिवाइस(चित्रा 5)को विषय के अनुमानित सिर के आकार में समायोजित करें।
    2. हेडसेट को उसके सिर पर रखने से पहले विषय को सचेत करें। हेडसेट को विषय के सिर पर रखें।
      नोट: यदि विषय में लंबे या मोटे बाल हैं, तो उपयोग किए जा रहे निर्धारण डिवाइस के आधार पर विषय के बालों को वापस बांधना आवश्यक हो सकता है।
    3. फिक्सेशन डिवाइस के फिट को समायोजित करें, और विषय से पूछें कि क्या डिवाइस बहुत तंग है।
      नोट: डिवाइस काफी तंग होना चाहिए कि यह थोड़ा टकरा जाने पर आगे नहीं बढ़ता है, लेकिन काफी ढीला है कि विषय असहज नहीं है।

Figure 5
चित्र 5:कस्टम फिक्सेशन डिवाइस पहने विषय। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

  1. एमसीए सिग्नल का पता लगाना
    1. फिक्सेशन डिवाइस के तंत्र को ढीला करें जो ट्रांसड्यूसर को जगह में पकड़े हुए है (उदाहरण के लिए, तंत्र को ढीला करें, चित्रा 5में दिखाया गया है, एक घुंडी पलटवार करके) ताकि ट्रांसड्यूसर स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित हो सके।
    2. ट्रांसड्यूसर (जो पहले से ही धारा 2.1 से जगह में होना चाहिए) पर जेल लगाने से पहले विषय को सचेत करें, और जेल ठंडा हो सकता है (यदि इसे कमरे के तापमान पर संग्रहीत किया गया है)।
    3. ट्रांसड्यूसर के चेहरे को कवर करने के लिए ट्रांसड्यूसर पर पर्याप्त अल्ट्रासाउंड जेल लगाएं।
    4. फिक्सेशन डिवाइस को समायोजित करें ताकि ट्रांसड्यूसर चरण 1.4.6 में किए गए निशान के शीर्ष पर स्थित हो।
    5. चरण 1.4.1-1.4.3 में वर्णित प्रक्रिया का उपयोग करके इष्टतम एमसीए स्पेक्ट्रल सिग्नल की खोज करें। हमेशा उच्चतम वेग स्पेक्ट्रल संकेत संभव10के लिए प्रयास करते हैं ।
      नोट: जब फ्रीहैंड टीसीडी की तुलना में, इष्टतम गहराई जिस पर एमसीए फिक्सेशन डिवाइस का उपयोग करके स्थित है, फ्रीहैंड डिवाइस के लिए गहराई से थोड़ा (सबसे 1-2 मिमी) भिन्न हो सकता है। इसका कारण यह है कि निर्धारण डिवाइस अभी भी एक कपलिंग जेल सील को बनाए रखते हुए ट्रांसड्यूसर को खोपड़ी से थोड़ा और दूर रख सकता है।
    6. जब इष्टतम एमसीए स्पेक्ट्रल सिग्नल पाया जाता है, तो ट्रांसड्यूसर को लॉक करने के लिए फिक्सेशन डिवाइस के तंत्र को सख्त करें। गहराई और अन्य सभी सेटिंग्स पर ध्यान दें।
    7. शक्ति को कम करें (चरण 1.1.1 देखें) जितना संभव हो सके, जबकि अभी भी एक स्पेक्ट्रल लिफाफा बनाए रखना जो अधिकतम वेग को सटीक रूप से चिह्नित करता है।
    8. द्विपक्षीय निगरानीके लिए, दूसरी तरफ 2.2.1-2.2.7 कदम दोहराएं।

3. एक सांस पकड़ पैंतरेबाज़ी प्रदर्शन

नोट: यह अनुभाग एक कार्यात्मक प्रयोग के उदाहरण के रूप में दिया गया है जिसे धारा 1 और धारा 2 में वर्णित प्रायोगिक सेटअप का उपयोग करके किया जा सकता है।

  1. धारा 1 और धारा 2 में वर्णित सभी स्टेप्स को अंजाम करें।
  2. टीसीडी सॉफ्टवेयर पर रिकॉर्डिंग शुरू करें।
  3. एक अच्छी बेसलाइन रिकॉर्डिंग प्राप्त करने के लिए 3 मिनट के लिए सामान्य रूप से सांस लें, और सीबीएफवी को किसी भी पिछले प्रयोगों या उत्तेजनाओं से स्थिर करने की अनुमति दें।
  4. तीन से धीरे-धीरे नीचे गिनें। एक की गिनती पर, विषय से पूछो एक सामान्य प्रेरणा13के बाद सांस पकड़ शुरू करने के लिए ।
    नोट: विषय गहराई से श्वास नहीं करना चाहिए, क्योंकि इससे फेफड़ों में कार्बन डाइऑक्साइड कम हो जाएगी और सेरेब्रोवैस्कुलर रिएक्टिविटी के कारण सीबीएफवी में वृद्धि देखने की संभावना कम हो जाएगी । विषय को वालसल्वा पैंतरेबाज़ी करने से भी बचना चाहिए, जिसमें एक आयोजित प्रेरणा14के खिलाफ इंट्राथोरेसिक दबाव काफी बढ़ जाता है।
  5. सांस-होल्डिंग की शुरुआत को दर्शाता है करने के लिए टीसीडी रिकॉर्डिंग में एक मार्कर रखें।
  6. विषय 30 एस के लिए अपनी सांस पकड़ है, या जब तक वे अब आराम से अपनी सांस पकड़ रहे हैं ।
  7. जब विषय श्वास लेता है, तो सांस-होल्डिंग के अंत को दर्शाता है।
  8. टीसीडी का उपयोग करके सीबीएफवी की निगरानी जारी रखें और सांस-होल्डिंग के अंत के बाद कम से कम 30 एस के लिए रिकॉर्डिंग करें ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सीबीएफवी बेसलाइन मूल्यों पर लौटता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

चित्रा 3 एमसीए के एम 1 सेगमेंट के मध्य बिंदु से नमूना डॉप्लर स्पेक्ट्रा और रंग एम-मोड दिखाता है। चित्र 3 ए,बी खोपड़ी पर एक ही स्थिति में लिया गया था, लेकिन विभिन्न कोणों पर। ध्यान दें कि कैसे कोण में एक बहुत छोटा सा परिवर्तन, खोपड़ी पर संपर्क की स्थिति को बदलनेके बिना, डॉप्लर सिग्नल ताकत में काफी सुधार कर सकते हैं, जैसा कि चित्र 3बीमें स्पेक्ट्रोग्राम के उच्च तीव्रता वाले पीले रंग से दिखाया गया है। यह भी ध्यान दें कि चित्रा 3 B में एम मोड दो धमनियों (नीले और लाल, एसीए और एमसीए के अनुरूप, क्रमशः दिखाता है) ।

चित्रा 4 एसीए और एमसीए में आईसीए के विभाजन से एक नमूना डॉप्लर स्पेक्ट्रम और एम-मोड दिखाता है। एम-मोड छवि में ओवरलैपिंग लाल और नीले रंग के छायांकित क्षेत्रों पर ध्यान दें, जो क्रमशः एमसीए और एसीए को दर्शाता है। ट्रांसड्यूसर (नकारात्मक) से दूर प्रवाह के साथ ट्रांसड्यूसर (सकारात्मक) की ओर प्रवाह की तुलना करते समय डॉप्लर स्पेक्ट्रल तरंग की समरूपता पर भी ध्यान दें।

चित्रा 6 सांस पकड़ पैंतरेबाज़ी में विभिन्न समय अंक से नमूना स्पेक्ट्रा और एम मोड छवियों से पता चलता है। चित्रा 6A सांस-होल्डिंग की शुरुआत में बेसलाइन टीसीडी स्पेक्ट्रम और एम-मोड दिखाता है। नोट 56 सेमी/एस फिगर 6बी का मतलब वेग सांस-होल्डिंग के अंत में टीसीडी स्पेक्ट्रम और एम-मोड को दिखाता है । ध्यान रहे कि मतलब वेग अब बढ़कर 70 सेमी/एस हो गया है, जिसका आंकड़ा 6सी सांस पकड़ने की समाप्ति के बाद टीसीडी स्पेक्ट्रम और एम-मोड दिखाता है। बेसलाइन मूल्यों के नीचे वेग में अंडरशूट पर ध्यान दें, मतलब ४७ सेमी/s तक गिरने के साथ । ध्यान दें कि एसीए डॉप्लर स्पेक्ट्रा में ट्रांसड्यूसर से दूर प्रवाह के रूप में दिखाई दे रहा है।

चित्रा 7 पूरे सांस धारण प्रयोग से पता चलता है। ध्यान दें कि लिफाफा सांस के बाद लगभग 15 एस के लिए ऊंचा रहता है होल्डिंग समाप्त होता है, सांस की शुरुआत में उन लोगों की तुलना में कम मूल्यों के लिए गिर जाता है ~20 एस के लिए होल्डिंग, और फिर अंत में आधारभूत मूल्यों को ठीक हो । ध्यान दें कि एसीए डॉप्लर स्पेक्ट्रम में ट्रांसड्यूसर से दूर प्रवाह के रूप में दिखाई दे रहा है।

चित्रा 6 और चित्रा 7 टीसीडी स्पेक्ट्रम के एमसीए भाग में अच्छी संकेत तीव्रता प्रदर्शित करता है (एमसीए सकारात्मक वेग द्वारा प्रतिनिधित्व किया जाता है); ध्यान दें कि कैसे सफेद रेखा जो लिफाफे का प्रतिनिधित्व करता है टीसीडी स्पेक्ट्रम बहुत सही इस प्रकार है जब स्पेक्ट्रम उज्ज्वल है । चित्रा 6 और चित्रा 7 के स्पेक्ट्रा को निगरानी की गहराई को 5-10 मिमी तक कम करके सुधारा जा सकता है ताकि टीसीडी स्पेक्ट्रम का एसीए हिस्सा दिखाई न दे (एसीए नकारात्मक वेग द्वारा प्रतिनिधित्व किया जाता है) और टीसीडी स्पेक्ट्रम में ऊर्ध्वाधर धुरी के पैमाने को बदलकर लगभग -100 सेमी/एस से 100 सेमी/एस तक चलाया जा सके। जिससे वर्टिकल दिशा में टीसीडी स्पेक्ट्रम का अधिकतम वेग सैंपलिंग हो सके।

चित्रा 8 द्विपक्षीय एफटीसीडी के लिए उपयुक्त द्विपक्षीय टीसीडी स्पेक्ट्रा और एम-मोड के उदाहरण दिखाता है। चित्रा 8A और चित्रा 8B स्वीकार्य है, लेकिन इष्टतम नहीं, द्विपक्षीय स्पेक्ट्रा और एम मोड प्रदर्शित करता है । ध्यान दें कि कमजोर संकेत की भरपाई के लिए चित्रा 8B (दाएं एमसीए) की तुलना में चित्रा 8A (बाएं एमसीए) में लाभ कैसे अधिक है, और चित्रा 8A में लिफाफे की गुणवत्ता चित्रा 8B कीतुलना में थोड़ी खराब है। यह भी ध्यान दें कि चित्रा 8 ए में सिस्टोल में अधिकतम वेग चित्रा 8बीकी तुलना में थोड़ा कम है। इसके विपरीत, ध्यान दें कि चित्रा 8C और चित्रा 8D में दो स्पेक्ट्रा गहराई, लाभ, शक्ति और नमूना मात्रा सहित सेटिंग्स के मामले में बहुत समान हैं, और दोनों पक्षों पर स्पेक्ट्रल तरंगों के समान अधिकतम वेग और आकार कैसे हैं। इसके समाधान के लिए, यह सिफारिश की जाती है कि बाएं एमसीए से स्पेक्ट्रम को लगातार बाईं खिड़की में रखा जाए और सही खिड़की में सही एमसीए से स्पेक्ट्रम, विशेष रूप से रक्त प्रवाह के पार्श्वकरण से जुड़े प्रयोगों के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6:सांस-होल्ड पैंतरेबाज़ी के विभिन्न चरणों के दौरान एमसीए से नमूना डॉप्लर स्पेक्ट्रा और एम-मोड छवियां। (सांस-होल्डिंग की शुरुआत में स्पेक्ट्रम और एम-मोड। केंद्र में ऊर्ध्वाधर पीली रेखा सांस-जोत की शुरुआत को दर्शाती है। (ख)सांस पकड़ने के अंत में स्पेक्ट्रम और एम-मोड । केंद्र में ऊर्ध्वाधर पीली रेखा सांस-जोत के अंत को दर्शाती है जब विषय श्वास लेता है। (ग)सांस-होल्डिंग के अंत के बाद स्पेक्ट्रम और एम-मोड, प्रवाह वेग में कमी दिखाता है जो सांस पकड़ने के बाद लगभग 30 एस तक बना रहता है । सभी स्पेक्ट्रा में, गहराई = 56 मिमी, लाभ = 50, नमूना मात्रा= 8 मिमी, बिजली = 420 mW/

Figure 7
चित्रा 7:सांस होल्डिंग भर में एमसीए से स्पेक्ट्रम और एम मोड । गहराई = 56 मिमी, लाभ = 50, नमूना मात्रा = 8 मिमी, बिजली = 420 mW/सेमी2,और फिल्टर = 100 हर्ट्ज. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 8
चित्रा 8:एमसीए से द्विपक्षीय स्पेक्ट्रा और एम-मोड छवियों के उदाहरण। (A)स्वीकार्य नहीं, लेकिन इष्टतम नहीं, स्पेक्ट्रम और एम मोड बाएं एमसीए के, गहराई के साथ = 62 मिमी, लाभ = 69, नमूना मात्रा = 12 मिमी, बिजली = 420 mW/सेमी2,और फिल्टर = 100 हर्ट्ज. (बी)अच्छा स्पेक्ट्रम और सही एमसीए के एम मोड, गहराई के साथ = 62 मिमी, लाभ = 56, नमूना मात्रा = 12 मिमी, बिजली = 420 मेगावाट/सेमी2,और फिल्टर = 100 हर्ट्ज.(सी)अच्छा स्पेक्ट्रम और बाएं एमसीए के एम मोड। (घ)सही एमसीए का अच्छा स्पेक्ट्रम और एम-मोड । दोनों के लिए(C)और(D),गहराई = 62 मिमी, लाभ = 56, नमूनामात्रा = 12, बिजली = 420 mW/  कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

उम्र मध्य मस्तिष्क धमनी गहराई (मिमी) 
0-3 महीनेएक 25
3-12 महीनेएक 30
1-3 सालएक 35–45
3-6 सालएक 40–45
6-10 सालएक 45–50
10-18 सालएक 45–50
>18 वर्षबी 50

तालिका 1: विभिन्न उम्र में एमसीए गहराई। स्रोत: एक = Bode25,बी = एलेक्जेंड्रोव एट अल10

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण कदम 1) एमसीए ढूंढना, 2) हेडबैंड रखने, और 3) सांस पकड़े पैंतरेबाज़ी प्रदर्शन शामिल हैं ।

अध्ययन में विषयों के आधार पर संशोधन आवश्यक हो सकता है। उदाहरण के लिए, अल्जाइमर रोग वाले विषयों को निर्देशों का पालन करने में कठिनाई हो सकती है, सांस रखने के निर्देशों का अनुपालन सुनिश्चित करने के लिए कैप्नोग्राफ के उपयोग की आवश्यकता होती है15। छोटे बच्चों को निर्देशों का पालन करने में कठिनाई हो सकती है और वे प्रयोगकर्ता के शर्मीले हो सकते हैं; इसलिए, ऐसी आबादी के लिए प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल को सरल बनाने की आवश्यकता हो सकती है (लोहामान एट अल2देखें)। टीसीडी मशीन पर कुछ सेटिंग्स को भी ब्याज की आबादी के आधार पर बदलने की आवश्यकता हो सकती है। उदाहरण के लिए, जब शिशुओं, जिनकी पतली कपाल हड्डियां होती हैं, तो जितना संभव हो उतना शक्ति कम हो जाती है, खासकर यदि टीसीडी निगरानी कई घंटे16तक चलने वाली अवधि में होगी।

समस्या निवारण अक्सर एक अच्छा, स्थिर टीसीडी स्पेक्ट्रल सिग्नल खोजने में कठिनाइयों के आसपास केंद्रित होता है। उदाहरण के लिए, 50 वर्ष से अधिक आयु के लोगों के लिए, लौकिक ध्वनिक खिड़की तेजी से छोटी हो जाती है क्योंकि कपाल की हड्डी की बढ़ी हुई छिद्रता के कारण उम्र बढ़ जाती है और कान के ठीक आगे क्षेत्र में स्थानीयकरण करने की आदत है ("इंटरट्रागल स्पेस")12। ऐसी आबादी में, सिर के दोनों ओर एक अच्छा एमसीए स्पेक्ट्रल सिग्नल ढूंढना कभी-कभी असंभव हो सकता है, और ट्रांसड्यूसर कोण या स्थिति में बहुत मामूली परिवर्तन संकेत खो सकते हैं। क्योंकि एक अच्छी गुणवत्ता का संकेत प्रयोगों के लिए आवश्यक है जो विश्लेषण के लिए लिफाफा तरंग पर निर्भर करते हैं, एमसीए स्पेक्ट्रल सिग्नल तीव्रता और गुणवत्ता को बढ़ाने के लिए हर संभव प्रयास किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, लाभ को सिग्नल को अनुकूलित करने के लिए समायोजित किया जा सकता है, और एक मजबूत संकेत प्राप्त करने के लिए नमूना मात्रा को बढ़ाया जा सकता है। अंतिम उपाय के रूप में बिजली बढ़ाई जाए। अंत में, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि लगभग 10% रोगियों में, लौकिक ध्वनिक खिड़की11,17अनुपस्थित हो सकती है। लौकिक ध्वनिक खिड़की शिशुओं और छोटे बच्चों में आसानी से पाया जा सकता है और 50 से अधिक उम्र के वयस्कों में खोजने के लिए सबसे मुश्किल है।

एफटीसीडी की सीमाओं में देखने के व्यापक क्षेत्र के बजाय एक स्थानिक स्थान17 पर सीबीएफवी जानकारी का अधिग्रहण शामिल है, हालांकि बहुत उच्च लौकिक संकल्प के साथ। इस प्रकार, एफटीसीडी एफएमआरआई का पूरक है, जो कम लौकिक संकल्प18,19पर एक विस्तृत दृष्टिकोण के साथ सेरेब्रल हेमोडायनामिक जानकारी (और इसलिए तंत्रिका गतिविधि) देता है। दरअसल, एफटीसीडी में FNIRS20की तुलना में एक अस्थायी संकल्प है, जिसमें महत्वपूर्ण अंतर है कि एफटीसीडी प्रमुख मस्तिष्क धमनियों के स्तर पर हीमोडायनामिक परिवर्तनों को मापता है, जबकि एफएनआईआरएस कॉर्टेक्स में परिवर्तन को मापता है। इसलिए, एफटीसीडी तंत्रिका सक्रियण के जवाब में सेरेब्रल हेमोडायनामिक परिवर्तनों के बारे में महत्वपूर्ण विवरण भर सकता है, जिसे वर्तमान में कोई अन्य न्यूरोइमेजिंग मोडिरूपी मापने में सक्षम नहीं है।

टीसीडी के संभावित अनुप्रयोगों में कार्डियक सर्जरी केदौरान सेरेब्रल एम्बोलस गठन के लिए निगरानी और स्ट्रोक21के लिए ऊतक प्लाज्मिनोजेन एक्टिवेटर उपचार के परिणाम का पता लगाने के लिए निगरानी शामिल है। एफटीसीडी के संभावित अनुप्रयोगों में आंतरिक या बाहरी उत्तेजनाओं के लिए तंत्रिका प्रतिक्रिया से जुड़े किसी भी शोध प्रश्न को शामिल किया गया है, जैसे मानव मस्तिष्क में भाषा के पार्श्वीकृत प्रसंस्करण का अध्ययनकरना 2,3,4,सोमाटोसेंसरी "स्पर्श" उत्तेजना5,या दृश्य प्रसंस्करण का पार्श्वकरण6। इसके अलावा, एफटीसीडी का उपयोग शारीरिक (तंत्रिका गतिविधि परिवर्तन के साथ या बिना) का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है, उत्तेजनाओं जैसे व्यायाम22 और सांस-होल्डिंग13,15,23के लिए प्रतिक्रियाएं। अंत में, एफटीसीडी की कम लागत, पोर्टेबिलिटी और सादगी बड़ी संख्या में विषयों की इमेजिंग को व्यावहारिक बनाती है, एफएमआरआई और पीईटी जैसे अन्य न्यूरोइमेजिंग तौर-तरीकों पर एक लाभ, उदाहरण के लिए, जब प्रीक्लीनिकल अल्जाइमर रोग15के लिए स्क्रीनिंग होती है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखक हितों के टकराव की घोषणा नहीं करते हैं ।

Acknowledgments

यह परियोजना अनुसंधान पर आधारित है जिसे आंशिक रूप से नेब्रास्का कृषि प्रयोग स्टेशन द्वारा यूएसडीए नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ फूड एंड एग्रीकल्चर के माध्यम से हैच एक्ट (परिग्रहण संख्या 0223605) से वित्तपोषण के साथ समर्थित किया गया था।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Aquasonic Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA 01-50 Ultrasound Gel
Doppler Box X DWL Compumedics Gmbh, Singen, Germany Model "BoxX" Transcranial Doppler with 2-MHz monitoring probes
Kimwipes Kimberly-Clark Professional 34256 Delicate Task Wipers
Transeptic  Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA 09-25 Cleaning Spray

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Buxton, R. B. The physics of functional magnetic resonance imaging (fMRI). Reports on Progress in Physics. 76 (9), 096601 (2013).
  2. Lohmann, H., Dräger, B., Müller-Ehrenberg, S., Deppe, M., Knecht, S. Language lateralization in young children assessed by functional transcranial Doppler sonography. NeuroImage. 24 (3), 780-790 (2005).
  3. Knecht, S., et al. Noninvasive determination of language lateralization by functional transcranial Doppler sonography: a comparison with the Wada test. Stroke. 29 (1), 82-86 (1998).
  4. Knecht, S., et al. Successive activation of both cerebral hemispheres during cued word generation. Neuroreport. 7 (3), 820-824 (1996).
  5. Hage, B., Way, E., Barlow, S. M., Bashford, G. R. Real-time cerebral hemodynamic response to tactile somatosensory stimulation. Journal of Neuroimaging. 28 (6), 615-620 (2018).
  6. Hage, B., et al. Functional transcranial Doppler ultrasound for measurement of hemispheric lateralization during visual memory and visual search cognitive tasks. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 63 (12), 2001-2007 (2016).
  7. Meyer, G. F., Spray, A., Fairlie, J. E., Uomini, N. T. Inferring common cognitive mechanisms from brain blood-flow lateralization data: a new methodology for fTCD analysis. Frontiers in Psychology. 5, 552 (2014).
  8. Uomini, N. T., Meyer, G. F. Shared brain lateralization patterns in language and Acheulean stone tool production: a functional transcranial Doppler ultrasound study. PLoS ONE. 8 (8), 72693 (2013).
  9. Edvinsson, L., MacKenzie, E. T., McCulloch, J. Cerebral Blood Flow and Metabolism. , Raven Press, Ltd. New York, NY. (1993).
  10. Alexandrov, A. V., et al. Practice standards for transcranial Doppler ultrasound: part I--test performance. Journal of Neuroimaging. 17 (1), 11-18 (2007).
  11. Fujioka, K. A., Douville, C. M. Anatomy and freehand examination techniques. Transcranial Doppler. Newell, D. W., Aaslid, R. , Raven Press, Ltd. New York, NY. (1992).
  12. Alexandrov, A. V. Transcranial Doppler physics and techniques, lecture notes. American Society of Neuroimaging Conference. , deliverd 5 March (2020).
  13. Alwatban, M., Truemper, E. J., Al-rethaia, A., Murman, D. L., Bashford, G. R. The breath-hold acceleration index: a new method to evaluate cerebrovascular reactivity using transcranial Doppler. Journal of Neuroimaging. 28 (4), 429-435 (2018).
  14. Tiecks, F. P., et al. Effects of the Valsalva maneuver on cerebral circulation in healthy adults: a transcranial Doppler study. Stroke. 26 (8), 1386-1392 (1995).
  15. Alwatban, M., Murman, D. L., Bashford, G. Cerebrovascular reactivity impairment in preclinical Alzheimer's disease. Journal of Neuroimaging. 29 (4), 493-498 (2019).
  16. Twedt, M. H., et al. Most high-intensity transient signals are not associated with specific surgical maneuvers. World Journal for Pediatric and Congenital Heart Surgery. 11 (4), 401-408 (2020).
  17. Moehring, M. A., Spencer, M. P. Power M-mode Doppler (PMD) for observing cerebral blood flow and tracking emboli. Ultrasound in Medicine & Biology. 28 (1), 49-57 (2002).
  18. Poldrack, R. A. The future of fMRI in cognitive neuroscience. NeuroImage. 62 (2), 1216-1220 (2012).
  19. Oh, H., Custead, R., Wang, Y., Barlow, S. Neural encoding of saltatory pneumotactile velocity in human glabrous hand. PLoS ONE. 12 (8), 0183532 (2017).
  20. Rosner, A. O., Barlow, S. M. Hemodynamic changes in cortical sensorimotor systems following hand and orofacial motor tasks and pulsed pneumotactile stimulation. Somatosensory & Motor Research. 33 (3-4), 145-155 (2016).
  21. Alexandrov, A. V., et al. High rate of complete recanalization and dramatic clinical recovery during tPA infusion when continuously monitored with 2-MHz transcranial doppler monitoring. Stroke. 31 (3), 610-614 (2000).
  22. Watt, B. P., Burnfield, J. M., Truemper, E. J., Buster, T. W., Bashford, G. R. Monitoring cerebral hemodynamics with transcranial Doppler ultrasound during cognitive and exercise testing in adults following unilateral stroke. 2012 IEEE Engineering in Medicine and Biology Society Annual Conference Proceedings. , San Diego, CA. 2310-2313 (2012).
  23. Markus, H. S., Harrison, M. J. Estimation of cerebrovascular reactivity using transcranial Doppler, including the use of breath-holding as the vasodilatory stimulus. Stroke. 23 (5), 668-673 (1992).
  24. File:Circle of Willis en.svg. . Wikimedia Commons, the free media repository. , Available from: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Circle_of_Willis_en.svg (2020).
  25. Bode, H. Pediatric Applications of Transcranial Doppler Sonography. , Springer-Verlag. Wien. (1988).

Tags

बायोइंजीनियरिंग अंक 169 कार्यात्मक ट्रांसक्रैनियल डॉप्लर एफटीसीडी ट्रांसक्रैनियल डॉप्लर टीसीडी सांस धारण सूचकांक बीएचआई सांस पकड़ त्वरण सूचकांक भाई
सेरेब्रल ब्लड फ्लो की निगरानी के लिए कार्यात्मक ट्रांसक्रैनियल डॉप्लर अल्ट्रासाउंड
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hage, B. D., Truemper, E. J.,… More

Hage, B. D., Truemper, E. J., Bashford, G. R. Functional Transcranial Doppler Ultrasound for Monitoring Cerebral Blood Flow. J. Vis. Exp. (169), e62048, doi:10.3791/62048 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter