Name: Mapeo de resonancia magnética de la reactividad cerebrovascular mediante gas para inhalación Desafíos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 33 s
Description: Aprende a medir la reactividad cerebrovascular mediante resonancia magnética modulando el dióxido de carbono inhalado en humanos. Este protocolo no invasivo permite evaluar la fisiopatología cerebrovascular en enfermedades neurológicas.

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Este trabajo fue financiado en parte por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), bajo los números de subvención R01 MH084021, R01 NS067015, R01 AG042753, NS076588, NS029029-20S1, R21 NS078656; y de la Sociedad Nacional de Esclerosis Múltiple, bajo el número de subvención de RG4707A2.

NOTA: El protocolo fue aprobado por la Universidad de Junta de Revisión Institucional de Texas Southwestern Medical Center. 1. Diagrama del Sistema Gasista Entrega y Pasos de la preparación antes del experimento <ol style="margin-left: 40px;"><li> Revisar el diagrama del sistema de suministro de gas (Figura 1). Llene una bolsa de 200 L Douglas (artículo # 1) con una mezcla de gas de grado médico que contiene 5% de CO2, 21% de O 2, y el 74% de N 2. </li><li> Coloque dos diafragmas (Tema 4 #) en el de dos vías sin reinspiración válvula (# 3) para asegurar el flujo de gas de una manera. Traiga esta válvula de dos vías montado y el relleno de gas Douglas bolsa (Artículo # 1) en la sala de imán. </li><li> Conecte el tubo de suministro de gas (Item # 7) al extremo de entrada de la válvula de dos vías (# 3). Conecte el tubo de suministro de gas (Item # 7) a un lado de la bobina de cabeza para el soporte de peso. Conectar el otro extremo del tubo de suministro de gas (Item # 7) a la Douglas lleno de gasbolsa (Artículo # 1). </li><li> Conecte la boquilla (artículo # 5) al tubo en forma de U (artículo # 12) a través de un conector de codo (artículo # 13 con el puerto de muestreo del gas de sellado). </li><li> Conecte el gas de muestreo de tubo (Tema 9 #) en el tubo en forma de U (artículo # 12) a través de otro conector codo (artículo # 13). </li><li> Conecte un pequeño filtro de aire (artículo # 11) al otro extremo de la tubería de gas de muestreo (punto 9 #). Conecte el otro extremo del filtro de aire (artículo # 11) para el CO 2 (artículo # 14) vigilar. </li><li> En la sala de control de la sala de RM, encienda el CO 2 (artículo # 14) y la oximetría de pulso (artículo # 15) monitores. Realizar una calibración automática para el monitor de CO 2. </li><li> Conecte los monitores a una computadora portátil a través de puertos USB. Abra el software HyperTerminal que se comunica con los monitores. Sincronizar &#39;veces con un temporizador anotando la hora del temporizador y el correspondiente monitores de los monitores de tiempos. Las diferencias de la hora del temporizador y los tiempos de los monitores se contabilizarán en pro de datosprocesamiento (paso 4.4). </li><li> Introduzca un extremo de una barra de señalización en una guía de ondas de manera que un extremo de la barra está dentro de la sala de imán y el otro extremo está en la sala de control. NOTA: La barra de señalización se utiliza para notificar al investigador dentro de la habitación imán durante la exploración cuando se cambia de la válvula de tres vías se necesita (2 Item #). </li></ol> 2. Procedimientos durante el experimento <ol style="margin-left: 40px;"><li> Pida al sujeto que se acueste en la camilla, pero no lo puso / ella en la cavidad del imán todavía. Indique al sujeto que pulsar el botón de la enfermera de guardia si se sienten molestias durante la exploración. Pida al sujeto que limpie su / su nariz con un pedazo de limpieza toallita para eliminar la grasa. </li><li> Instruya al sujeto a respirar por la boca y de establecer y mantener un ritmo de respiración. A continuación, aplicar una pinza en la nariz (artículo # 6) sobre el tema. </li><li> Conecte el extremo abierto del tubo en forma de U (artículo # 12) en el puerto medio de la válvula de dos vías (# 3) a través del elconector arco (Item # 13). </li><li> Con cuidado, coloque la boquilla en la boca del sujeto para que el sujeto pueda respirar por la boquilla. Conecte con cuidado el sensor de dedo de la oximetría de pulso (artículo # 15) hasta la punta del dedo del sujeto. </li><li> Asegúrese de que el jefe del sujeto está en el iso-centro de la bobina cabeza. Opere la camilla para colocarlo / ella dentro de la cavidad del imán. </li><li> Asegúrese de que uno estancias de investigadores dentro de la habitación imán para monitorear el tema y estar preparados para cambiar la válvula de tres vías en la bolsa de Douglas (artículo # 1). Asegúrese de que el investigador está usando tapones para los oídos y auriculares para bloquear el ruido de resonancia magnética. </li><li> Cierre la puerta de la habitación imán y, en la sala de control, compruebe la fracción de saturación ETCO 2 y arterial de oxígeno (SO 2) parámetros que aparecen en el CO 2 (artículo # 14) y la oximetría de pulso (artículo # 15) monitores. Iniciar la grabación de los parámetros en la computadora portátil. </li><li> Instruya al operador de la RM para empezar a escanear utilizando-Oxigenación-dependiente del nivel de sangre secuencia (BOLD). Para RM 3T escáner, los parámetros de imagen BOLD son: TR / TE = 1500/30 ms, flip ángulo = 60 °, campo de visión = 220 x 220 mm 2, la matriz = 64 x 64, 29 rebanadas, espesor = 5 mm, ningún espacio entre rebanadas, 361 volúmenes. Revise una hoja previamente preparada en la que aparece el tiempo de la conmutación de la válvula y el swing suavemente la barra de señalización cuando se necesita un interruptor. Preste mucha atención a la fisiología del sujeto, incluyendo la frecuencia cardíaca, SO2 y CO 2 ef. </li><li> Ahora, dentro de la habitación imán, encender la bolsa de Douglas (Item # 1) basado en el movimiento de la barra de señalización que controla el tipo de gas que el sujeto inspira. </li><li> Continuar este procedimiento para la duración del estudio. Durante el período de formación de imágenes 9 min, asegúrese de que la válvula de conmutación tiene lugar aproximadamente una vez cada minuto. Tenga en cuenta que la temporización del interruptor no tiene que ser exactamente precisa, siempre y cuando se registra el transcurso de tiempo EtCO2. &lt;br /&gt; NOTA: Si el sujeto presiona el botón de la enfermera de guardia durante la exploración, el análisis se abortará y el sujeto se mueve fuera de la cavidad del imán inmediatamente. El investigador se eliminará la pieza de la boca y la pinza en la nariz del sujeto. </li><li> Utilice el intercomunicador para notificar al tema que se ha completado la exploración. Tire de la camilla a cabo. Retire con cuidado la pinza en la nariz y la boquilla del sujeto al tiempo que proporciona la limpieza de tejido para el tema para limpiar la saliva. Retire con cuidado el sensor de dedo de la oximetría de pulso del sujeto. El tema entonces puede sentarse y bajar la camilla. </li></ol> 3. Procedimientos de limpieza después del experimento <ol style="margin-left: 40px;"><li> Deseche el tubo de muestreo de gas (Tema 9 #), Filtro de aire (artículo # 11), la boquilla (artículo # 5) y pinza en la nariz (artículo # 6). </li><li> Limpie los componentes reutilizables. Desconecte la válvula de dos vías (# 3) de los otros componentes y retire los diafragmas (Artículo # 4) de la válvula. Remoje el de dos víasválvula (# 3), el diafragma (Tema 4 #) y el tubo en forma de U (artículo # 12) en un desinfectante libre de fosfato concentrado, que contiene tensioactivos tales como Bacdown detergente desinfectante en un recipiente durante 20 minutos. La relación de dilución del desinfectante detergente y el agua destilada es 1:64. </li><li> Enjuague los elementos descritos en 3.2 a fondo con agua destilada. </li><li> Secar el tubo en forma de U (artículo # 12) con aire comprimido. Coloque la válvula de dos vías (# 3) y diafragmas (Tema 4 #) en una encimera clara y permiten que se sequen naturalmente y completamente. </li><li> Vacíe la bolsa de Douglas. Guarde la barra de señalización y el tubo gris. </li></ol> 4. Análisis de los datos para calcular CVR Mapa <ol style="margin-left: 40px;"><li> Guarde los datos de resonancia magnética en formato de archivo Dicom o cualquier otro formato específico del proveedor. Transferir los datos a un equipo de laboratorio y convertir los datos en serie archivo de volumen por volumen, en el que cada archivo contiene un volumen 3D (por ejemplo, imagen BOLD) correspondiente a un punto de tiempo. </li><li> Pre-proceso de los datos de imagen. Realizar imagen etapas pre-procesamiento que incluyen la realineación, normalización, y suavizado utilizando un script que llama a funciones de biblioteca que proporciona el software Statistical Parametric Mapping (SPM). Ver archivo de código suplementario 1 para un ejemplo de la secuencia de comandos del Matlab. </li><li> Utilice un guión para leer la grabación de CO 2, corregir el retraso tubos de muestreo al cambiar el curso del tiempo por una cantidad pre-calibrado (por ejemplo, 12 segundos en esta configuración que se determina como la diferencia de tiempo entre una respiración a la pieza de la boca y la apariencia de que la respiración en la grabación CO2), y extraer EtCO2 que es la envolvente (picos positivos) de la serie temporal en bruto. Ver archivo de código suplementario 2 para la secuencia de comandos del Matlab. </li><li> Basado en el temporizador de sincronización, los datos de segmento ETCO 2 para mantener solamente la grabación de 25 segundos antes de la primera adquisición de la imagen a 100 seg después de la última adquisición de la imagen. El curso temporal ETCO 2 esla función de entrada a la vasculatura y se utiliza como variable independiente en el análisis de regresión lineal descrita más adelante. </li><li> Identificar el retardo fisiológico entre ETCO 2 (medido en el pulmón) y la señal de MRI (medido en el cerebro) mediante el cálculo de coeficiente de correlación cruzada (CC) entre estos dos cursos de tiempo a diferentes desplazamientos de tiempo. El valor de desplazamiento que produce mayor CC se considera el momento óptimo. </li><li> El curso temporal ETCO 2 se desplaza por el retardo óptimo y sólo los puntos de tiempo correspondientes a las de la señal de MRI se conservan, dando como resultado una serie de tiempo que son de la misma longitud que la señal de MRI. </li><li> Llevar a cabo una regresión lineal voxel por voxel utilizando SPM en el que el transcurso de tiempo EtCO2 desplazado es la variable independiente y el curso de tiempo de la señal MRI es la variable dependiente. </li><li> Calcule voxel por voxel mapa de CVR <img alt="Ecuación 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52306/52306eq1.jpg" /> donde (i, j, k) es tél voxel índice, β1 es el coeficiente de regresión asociado con EtCO2 y β0 es el coeficiente de regresión asociado con el término constante. min (ETCO 2) es el valor mínimo de ETCO 2 en el curso del tiempo. </li></ol>

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HL y PL son inventores de una patente provisional, propiedad del Centro Médico UT Southwestern, que describe parte del sistema de suministro de gas.

Este informe presenta un sistema de suministro de gas compatible con MR y un protocolo experimental integral que permite el mapeo de la reactividad vascular en el cerebro humano. Un diagrama del sistema de suministro de gas se ilustra en la Figura 1. Todas las partes dentro de la habitación escáner de resonancia magnética son de plástico para garantizar su compatibilidad RM. El sistema puede ser conceptualmente dividido en tres sub-sistemas, incluyendo un sub-sistema de admisión de gas (bolsa, tubo de descarga, válvula de dos vías), un sub-sistema de interfaz de respiración (pinza en la nariz, boquilla, tubo en forma de U), y un sub-sistema de monitoreo (concentración de CO 2, la saturación de oxígeno, la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria). El sub-sistema de admisión de gas permite que el gas a ser inhalado para llegar a la válvula de dos vías. Sólo se inhala aire, pero no el aire exhalado, fluirá a través de esta sub-sistema. El subsistema de interfaz de la respiración permite al sujeto inhalar y exhalar el gas destinado. Tanto gas inhalado y exhalado fluya a través de este sub-sistema. El monitorinpor lo tanto g sub-sistema debe probar el gas en un punto a lo largo del sub-sistema de interfaz de respiración. Las aplicaciones clínicas de esta técnica pueden incluir evaluaciones de cerebro reserva vascular en enfermedades neurológicas tales como apoplejía, aterosclerosis, enfermedad de Moyamoya, la demencia vascular, la esclerosis múltiple, y tumor cerebral. La técnica también puede ser utilizado en estudios de resonancia magnética funcionales para normalizar o calibrar la señal fMRI para una mejor cuantificación de la actividad neural 23,24. Una característica importante del sistema propuesto y el protocolo experimental es que la mezcla de gas se puede suministrar al sujeto mientras que causan movimiento mínimo o malestar. Por lo tanto, es crítico para colocar el tubo en forma de U (Item # 12) tal que (y la boquilla conectada al extremo de la misma), naturalmente, cae hacia abajo en la boca del sujeto. De esta manera, el tema no tiene que usar su músculo facial para sostener o apoyar la boquilla. También es importaciónhormiga para ser conscientes de que el tema no va a ser capaz de hablar mientras la boquilla está en su boca. Por lo tanto, el investigador debe evitar hablar del tema con un tono de pregunta. En cambio, las instrucciones definitivas, sólo se debe dar claras. Además, un investigador debe prestar mucha atención a los parámetros fisiológicos (por ejemplo, ETCO 2, SO 2, la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria) durante todo el transcurso del experimento y responder rápidamente cuando uno o más de los parámetros fisiológicos se desvían fuera del rango típico . Mientras que un estudio exhaustivo de otros sistemas de suministro de gas utilizado en la literatura está más allá del alcance de este artículo, es útil para comparar el sistema actual a unas pocas se usan habitualmente 17,18. Una diferencia importante es que nuestro sistema utiliza una boquilla para entregar el gas destinado mientras que la mayoría de los otros sistemas han usado una máscara en el diseño. Las complicaciones potenciales de usar una máscara de dos pliegues. En primer lugar, una máscara occupies una cantidad considerable de espacio, y no siempre puede ser factible para ajustarse a la máscara en el estrecho espacio dentro de la bobina cabeza, teniendo en cuenta que, para muchos temas, sus narices casi se toque la bobina de la cabeza, incluso sin una máscara. Este es especialmente el caso para las bobinas de la cabeza destinadas a lograr una alta sensibilidad, que normalmente están diseñados para encajar firmemente a la cabeza del sujeto. Una segunda complicación asociada con un diseño de la máscara es que hay gran espacio dentro de la máscara lo que resulta en una mezcla sustancial de gas inhalado y exhalado. En consecuencia, podría afectar a la precisión de la medición de CO 2 ef, que idealmente debe basarse solamente en gas exhalado. Precisa ETCO 2 es, por supuesto, importante para la fiabilidad del mapa CVR. Otra diferencia importante de nuestro sistema en comparación con muchos otros sistemas es que nuestro sistema entrega el gas de una bolsa en lugar de un tanque de gas. Por lo tanto, los tanques no son necesarios en el área del escáner, ahorrando un valioso espacio en la cont<html> sala de rol de una sala de RM. En nuestro diseño, traemos la bolsa antes del inicio de la exploración y, a raíz de la exploración, la bolsa se vacía, doblado, y guardar. Finalmente, en comparación con otros sistemas de 18,21, el sistema de suministro de gas actual es más simple, requiere menos tiempo de entrenamiento, y sus consumibles son menos costosos. Cabe señalar que, aunque el protocolo presentado en este informe se ha centrado principalmente en la inhalación de CO 2, el sistema de suministro de gas presentado permite la entrega de otras mezclas de gas (por ejemplo, cualquier fracción de O 2, cualquier fracción de CO 2, cualquier fracción de N 2, y su combinación) a un ser humano para que respire mientras que s / que se ha quedado en el interior del escáner de resonancia magnética. También se puede utilizar el sistema de suministro de gas fuera del contexto de MRI, por ejemplo, en conjunción con electroencefalograma (EEG), magnetoencefalograma (MEG), tomografía por emisión de positrones (PET), o formación de imágenes óptima. _content &quot;&gt; Al proporcionar una recomendación de los parámetros de imagen, nos hemos centrado principalmente en la secuencia BOLD. Otra secuencia que se puede utilizar potencialmente en la cartografía CVR es arterial spin Etiquetado (ASL) MRI, que proporciona una medida cuantitativa del flujo sanguíneo cerebral (FSC) en unidades fisiológicas (ml de sangre por cada 100 g de tejido por minuto). Por lo tanto, la ventaja de la cartografía CVR basado en ASL es que los resultados son fáciles de interpretar, a diferencia de la señal BOLD que refleja un efecto combinado del flujo sanguíneo, volumen de sangre, así como posibles contribuciones de alteraciones metabólicas del cerebro durante el CO 2 desafío 25-27. Sin embargo, una limitación de la técnica de ASL es que su sensibilidad es varios pliegues menor que la de BOLD 28. Como resultado, nuestra experiencia es que, en la actualidad, es muy difícil de obtener un nivel individual, voxel por voxel mapa CVR usando ASL. Por lo tanto, para los estudios de aplicación de la CVR, utilizamos principalmente la secuencia BOLD y por lo tanto también se centran en esta técnica en ourecomendaciones r. Una limitación del presente método es que la respiración a través de una boquilla con la nariz tapada (por una pinza en la nariz) no es totalmente natural y algunos sujetos (especialmente los pacientes) puede percibir esto como una fuente de incomodidad. Respirar con la boquilla y la nariz clip también puede exacerbar la sensación de claustrofobia. Además, el sujeto puede experimentar sequedad en la boca debido a la respiración por la boca sólo. Por lo tanto, se recomienda que el investigador intenta su mejor para completar el experimento con rapidez. Por último, es importante señalar que, según la experiencia de los autores, la incomodidad potencial mencionado anteriormente es transitoria y desaparece en cuanto se terminó el experimento.

El cerebro representa aproximadamente el 2% del peso corporal total, pero consume aproximadamente el 20% de la energía total 1. No es de extrañar, suficiente y cuidadosamente regulado suministro de sangre es fundamental para cumplir con esta alta demanda de energía y para que el cerebro funcione correctamente. Además, el cerebro es un órgano espacialmente heterogénea y temporalmente dinámico, con diferentes regiones que requieren diferente cantidad de suministro de sangre a distintas horas. Por lo tanto, la modulación dinámica de suministro de sangre representa un requisito importante en circulación cerebro humano. Afortunadamente, se sabe que los vasos sanguíneos no son simplemente tubos rígidos y que una función importante de los vasos sanguíneos es dilatar y constreñir basado en la demanda del cerebro y de las condiciones fisiológicas 2. Esta propiedad funcional del buque, conocido como Cerebral Vascular-Reactividad (CVR), se cree que es un indicador útil de la salud vascular y puede encontrar aplicaciones en varios conditio neurológicans como el ictus 3, demencia 4, 5 aterosclerosis, enfermedades de los vasos pequeños 6, tumor cerebral 7, enfermedad moyamoya 8, y la drogadicción 9. En la fisiología y la literatura anestesiología, se sabe que, debido a CO 2 de gas es un potente vasodilatador, CVR se puede evaluar mediante la alteración del nivel de CO 2 arterial (por ejemplo, la inhalación de una pequeña cantidad de CO 2), mientras que el seguimiento de las respuestas vasculares 10-13 . En el campo de la imagen y radiología, mapeo CVR mediante resonancia magnética está emergiendo rápidamente como un nuevo marcador de interés para muchos científicos básicos y clínicos 8,14-19. Se estima por lo general mediante el examen de la cantidad de la respuesta vascular es inducida por un desafío vasoactivo. Sin embargo, hay una necesidad de avances técnicos en el sistema de suministro de gas y estandarización del protocolo experimental. Entrega de mezcla especial de gas a un sujeto en el interior del escáner de resonancia magnética no es consideraciones triviales y especialesson necesarios para un diseño compatible con resonancia magnética. Consideraciones especiales son necesarios en el diseño del sistema de suministro de gas con capacidad para un MRI. Estas consideraciones especiales incluyen: 1) todos los componentes deben ser no metálico (metal no se puede utilizar dentro de la RM); 2) el sistema debe funcionar en un pequeño espacio que el sistema de resonancia magnética y su bobina cabeza permiten; 3) el sistema debe funcionar con una posición acostada (como escáner de resonancia magnética requiere) en lugar de sentarse, sin molestias; 4) parámetros fisiológicos relevantes, como el CO2 espiratorio final (EtCO2, una aproximación del contenido de CO2 en la sangre arterial) y la saturación arterial de oxígeno, se deben registrar con precisión con segundos de precisión de la cronología y almacenados en un ordenador para uso de análisis. Estos problemas pueden limitar el alcance de las aplicaciones de mapeo CVR. En este informe, presentamos un protocolo experimental que utiliza un sistema de suministro de gas integral para modular el contenido de gas inspirado mientras el sujeto está mintiendo en el interior del escáner de resonancia magnética. Nosotrosing este enfoque, el investigador puede aplicar de manera no invasiva un estímulo vasoactivo al participante con las mínimas molestias o el movimiento a granel. Parámetros fisiológicos y las imágenes de resonancia magnética se registraron durante todo el período de aproximadamente 9 min, que consistía en bloques alternos (1 min por bloque) de espacio al aire y la respiración de gas hipercápnica. Se presentan resultados representativos. Se discuten las posibles aplicaciones y limitaciones.

<table><tbody><tr><td>Bolso Douglas&nbsp;</td><td>Aparato Harvard</td><td>500942</td><td>200 L de capacidad</td></tr><tr><td>Válvula de tres vías</td><td>Hans Rudolph</td><td>CR1207</td><td>100% plástico</td></tr><tr><td>Válvula de dos vías sin reinhalación</td><td>Hans Rudolph</td><td>CR1480</td><td>22 mm/15 mm</td></tr><tr><td>ID Diafragma</td><td>Hans Rudolph</td><td>602021-2608</td><td>Tamaño: mediano, Tipo: espiral</td></tr><tr><td>Boquilla</td><td>Hans Rudolph</td><td>602076</td><td>Silicona, Modelo #&nbsp; 9061</td></tr><tr><td>Pinza nasal</td><td>Hans Rudolph 201413</td><td></td><td>Espuma plástica, modelo #9014</td></tr><tr><td>Tubo de suministro de gas</td><td>Vacumed</td><td>1011-108</td><td></td></tr><tr><td>Blue cuff</td><td>Vacumed</td><td>22254</td><td></td></tr><tr><td>Tubo de muestreo de gas</td><td>QoSINA</td><td>T4305</td><td></td></tr><tr><td>Thin Male luer</td><td>QoSINA</td><td>11547</td><td></td></tr><tr><td>Filtro hidrofóbico</td><td>Philips Medical Systems</td><td>9906-00</td><td>Tubo desechable</td></tr><tr><td>en forma de U</td><td>Conector de</td> codo de fabricación propia <td></td><td></td></tr><tr><td>QoSINA</td><td>51033</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Monitor EtCO2</td><td>Philips Medical Systems</td><td>Modelo 1265</td><td></td></tr><tr><td>Oximetría de pulso&nbsp;</td><td>Sistemas de monitoreo de resonancia magnética de</td><td>expresión</td> <td>in vivo</td></tr><tr><td>, escáner de resonancia magnética&nbsp;</td><td>Philips</td><td>Achieva 3.0T TX</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Desinfectante Fisher Scientific</td><td>04-355-13</td><td>Decon BDD Bacdown Detergente Desinfectante</td></tr></tbody></table>

mapeo de resonancia magnética de la reactividad cerebrovascular mediante gas para inhalación desafíos

MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges

El cerebro es un órgano espacialmente heterogénea y temporalmente dinámico, con diferentes regiones que requieren diferente cantidad de suministro de sangre a distintas horas. Por lo tanto, la capacidad de los vasos sanguíneos se dilaten o se contraigan, conocido como Cerebral Vascular-Reactividad (CVR), representa un importante dominio de la función vascular. Un marcador de imagen que representa a esta propiedad dinámica proporcionará nueva información de los vasos cerebrales en condiciones normales y enfermas como el derrame cerebral, la demencia, la aterosclerosis, enfermedades de los vasos pequeños, tumor cerebral, lesión cerebral traumática, y la esclerosis múltiple. Para realizar este tipo de mediciones en los seres humanos, es necesario entregar un estímulo vasoactivas como el CO 2 y / o mezcla de gases O2 mientras cerebrales cuantitativa imágenes de resonancia magnética (MRI) se están recogiendo. En este trabajo, presentamos un sistema MR compatible gas-parto y el protocolo asociado para permitir la entrega de las mezclas de gases especiales (por ejemplo, </em&gt; O 2, CO 2, N 2, y sus combinaciones), mientras que el sujeto está mintiendo en el interior del escáner de resonancia magnética. Este sistema es relativamente simple, económica y fácil de usar, y el protocolo experimental permite la cartografía precisa de CVR tanto en voluntarios sanos y pacientes con trastornos neurológicos. Este enfoque tiene el potencial para ser utilizado en aplicaciones clínicas amplias y en una mejor comprensión de la fisiopatología vascular cerebral. En el video, se demuestra cómo configurar el sistema dentro de una sala de RM y cómo llevar a cabo un experimento completa en un participante humano.

Dos tipos de datos se recogen con el protocolo propuesto, grabaciones fisiológicas y las imágenes de RM. Las figuras 2 y 3 muestran los registros de parámetros fisiológicos de un sujeto representativo. Negro traza en la Figura 2 muestra el curso temporal CO 2 registrada por el monitor de CO 2, que representa el contenido de CO 2 en el aire muestreado cerca de la boquilla. Tenga en cuenta que esta traza fluctúa rápidamente como una función del tiempo. Esto es porque, durante la fase de inhalación del ciclo de respiración, esta grabación refleja el contenido de CO 2 en el aire inhalando y, durante la fase de exhalación, esta grabación refleja el contenido de CO 2 en el aire exhalado. Como tal, el pico superior de cada ciclo de respiración, referido como final de la espiración CO 2 o ETCO 2, representa el contenido de CO 2 en el pulmón, que se puede utilizar aproximadamente como la concentración de CO 2 en la sangre arterial. Nota ªen la concentración de CO2 en la sangre arterial es la fuerza motriz, es decir, la función de entrada, de la respuesta vasodilatadora. Los picos de la CO 2 trace (curva roja en la Figura 2) se delinearon con un algoritmo de detección que busca el pico durante cada respiración, en combinación con la inspección manual y corrección. Esto fue seguido por una mediana de filtrado para eliminar picos abruptos debido a la respiración parcial y dar cuenta de la mezcla de sangre durante el curso del flujo de los vasos pulmonares a los vasos cerebrales. El curso de tiempo final ETCO 2 se muestra por la curva verde en la figura 2 y se utiliza en el cálculo de CVR. La Figura 3 muestra la evolución temporal de la frecuencia respiratoria, la fracción de saturación arterial de oxígeno (SO 2), y la frecuencia cardíaca. La frecuencia respiratoria se obtiene desde el monitor de CO 2, mientras que el SO 2 y el ritmo cardíaco se obtienen de la oximetría de pulso. Como se puede seen, estos parámetros no muestran un cambio sistemático con el reto hipercapnia. Tenga en cuenta que la hipercapnia no causar hiperventilación en el tema, por lo tanto la presión parcial de O 2 en el pulmón aumentará modestamente. Sin embargo, su impacto en el SO 2 es mínimo, ya que la hemoglobina de la sangre ya está saturado en gran medida a respirar aire de la habitación y la curva de disociación del oxígeno es más bien plano dentro de ese rango. La figura 4 muestra las imágenes de RM BOLD representativas en diverso tiempo del experimento. También se muestra el promedio de intensidad de señal (en unidades arbitrarias MR). Se puede observar que la señal BOLD en el cerebro muestra un incremento con inhalación de CO2. Tenga en cuenta que la diferencia de señal entre la sala de aire y CO 2 períodos es del orden de 1-3% en amplitud. La combinación de datos de grabaciones fisiológicas y las imágenes de RM, un mapa CVR voxel por voxel se puede calcular. Figura 5 muestra representativaMapas de RCV (en unidades de cambio de señal% por mmHg CO2 cambio) de un sujeto sano escaneada en cinco días diferentes, lo que demuestra una excelente reproducibilidad de los resultados. La técnica propuesta se ha aplicado hasta ahora en los estudios sobre el envejecimiento 20, Enfermedad de Alzheimer 4, la esclerosis múltiple 21, y la práctica de ejercicio 22. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig1highres.jpg" /> Figura 1. Esquema del sistema de suministro de gas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig2highres.jpg" /> Figura 2. CO 2 curso temporal de un sujeto representante dullamar al experimento. Los segmentos de la CO 2 contenido rastro respiración a respiración registrados por el monitor de CO 2 se muestran para el período respiro de aire (abajo a la izquierda) y el período de la inhalación de CO 2 al 5% (inferior derecha). ETCO 2 cursos de tiempo extraídos se muestran en las curvas de color. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig3highres.jpg" /> Figura 3. Grabado parámetros fisiológicos de un sujeto representante durante el experimento. (A) Frecuencia respiratoria (bpm, respiración por minuto) curso temporal de la asignatura. (B), de modo 2 (%) curso temporal de la asignatura. (C) Corazón tasa (bpm, venció por minuto) evolución en el tiempo de la asignatura. El sujeto es el<html> mismo que el de la figura 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig4highres.jpg" /> Figura 4. Representante imágenes de RM BOLD en diverso tiempo del experimento. Intensidades de señal promedio de los cortes de cerebro que se muestra (corte axial Nº 54 en el espacio MNI) se mostró en la fila inferior. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig4large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig5highres.jpg" /> Figura 5. Representante CVR mapa de un sujeto representativo..jove.com / files / ftp_upload / 52306 / 52306fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Las imágenes no invasivas de la capacidad de la vasculatura cerebral para dilatarse o contraerse pueden permitir una mejor comprensión de la fisiopatología cerebrovascular en diversas enfermedades neurológicas. El presente informe describe un protocolo reproducible y cómodo para el paciente para realizar imágenes de reactividad vascular en humanos mediante imágenes de resonancia magnética (RM).

Mapeo de resonancia magnética de la reactividad cerebrovascular mediante gas para inhalación Desafíos

The brain is a spatially heterogeneous and temporally dynamic organ, with different regions requiring different amount of blood supply at different time. ...

El objetivo general de este procedimiento es medir la reactividad vascular cerebral mediante la modulación del contenido de dióxido de carbono en la sangre mientras se realiza la grabación. Los cambios en la perfusión cerebral con RM. Esto se logra primero configurando el sistema de administración de gases compatible con RM.El segundo paso consiste en preparar el equipo necesario para registrar parámetros fisiológicos como el dióxido de carbono al final de la espiración. A continuación, se coloca al sujeto un clip nasal y una boquilla, y se le indica que respire por la boca con un ritmo respiratorio cómodo. El paso final consiste en realizar una resonancia magnética durante la cual el gas inhalado se intercambia periódicamente entre aire ambiente y dióxido de carbono.Finalmente, se utiliza un análisis de regresión lineal entre los datos de MRI y el CO2 tidal para determinar la reactividad vascular cerebral. La principal ventaja de esta técnica de mapeo de RVC respecto a los métodos existentes en la literatura es que el sistema de administración de gas es sencillo. El procedimiento requiere menos tiempo de entrenamiento y el equipo es menos costoso.Voy a demostrar este procedimiento con dos de mis colegas y Yame Chan antes del experimento. Primero, revise el diagrama del sistema de suministro de gas que se muestra aquí. Luego, comience la preparación llenando una bolsa Douglas de 200 litros con una mezcla de gas de grado médico que contiene 5% de dióxido de carbono, 21% de oxígeno y 74% de nitrógeno.A continuación, coloque dos diafragmas en la válvula de dos vías sin rebreathing para asegurar el flujo unidireccional del gas. Luego, lleve esta válvula de dos vías ensamblada y la bolsa Douglas llena de gas a la sala del imán. Conecte el tubo de suministro de gas al extremo de entrada de la válvula de dos vías y luego fíjela al lateral de la bobina de cabeza para soporte de peso.Conecte el otro extremo del tubo de entrega a la bolsa Douglas llena de gas. Conecte la boquilla al tubo en forma de U utilizando un conector en ángulo con un puerto de muestreo de gas sellado. Luego, conecte el tubo de muestreo de gas al tubo en forma de U a través de otro conector en ángulo.Conecte un pequeño filtro de aire al otro extremo del tubo de muestreo de gas. Luego conecte el otro extremo del filtro de aire al monitor de dióxido de carbono. En la sala de control del conjunto de resonancia magnética.Encienda los monitores de dióxido de carbono y de oximetría de pulso y realice una calibración automática para el monitor de dióxido de carbono. A continuación, conecte los monitores a una computadora portátil mediante puertos USB. Luego, abra el software de terminal hiper que se comunica con los monitores.Para sincronizar los monitores, utilice un temporizador y anote la hora de cada monitor. La diferencia en el tiempo puede tenerse en cuenta posteriormente. Durante el procesamiento de datos, inserte un extremo de una barra de señalización en una guía de ondas de modo que un extremo quede dentro de la sala del imán y el otro en la sala de control.Esta barra se utilizará para notificar al investigador dentro de la sala del imán cuando sea necesario cambiar la válvula de tres vías durante la exploración. Después de realizar el cribado de seguridad para RM y obtener el consentimiento informado, haga que el sujeto se acueste sobre la mesa de RM. Proporcione el botón de llamada de enfermería en caso de que experimente molestias durante el procedimiento de exploración.Luego pida al sujeto que se limpie la nariz con una toallita. Para eliminar cualquier grasa de la piel, indique al sujeto que respire por la boca, establezca y mantenga un ritmo respiratorio, y coloque el abrazador nasal al sujeto. A continuación, conecte el extremo abierto del tubo en forma de U al puerto central de la válvula de dos vías mediante el conector en ángulo.A continuación, coloque suavemente la boquilla para que el sujeto pueda respirar a través de ella. Luego, sujete con cuidado el sensor de pulsioximetría en el dedo. Asegúrese de que la cabeza del sujeto esté en el centro ISO de la bobina de cabeza.Luego deslice la mesa de resonancia magnética dentro del orificio del imán. En este momento, un investigador debe permanecer dentro de la sala del imán para monitorear al sujeto y accionar la válvula de tres vías de la bolsa de Douglas. Asegúrese de que este investigador use tapones para los oídos y un auricular para bloquear el ruido de la resonancia magnética desde la sala de control.Verifique los parámetros de CO2 al final de la espiración y de fracción de saturación arterial de oxígeno mostrados en los monitores de dióxido de carbono y de oximetría de pulso. Inicie el registro de los parámetros en la computadora portátil. Comience la adquisición mediante una secuencia dependiente del nivel de oxígeno en sangre o secuencia bold para un escáner de MRI de tres teslas.Los parámetros de imagen se observan detenidamente aquí. Supervise las mediciones fisiológicas del sujeto durante todo el escaneo. Revise una hoja preparada previamente en la que se indica el momento del cambio de válvula, y mueva suavemente la barra de señalización cuando sea necesario un cambio.Cuando reciba la señal, el investigador dentro de la sala del imán debe encender la bolsa de Douglas según el movimiento de la barra de señalización, que controla el tipo de gas que inspira el sujeto. Continúe este procedimiento durante toda la duración del estudio en el período de imagen de nueve minutos. Asegúrese de que el cambio de la válvula tenga lugar aproximadamente una vez cada minuto.Tenga en cuenta que el momento del cambio no tiene que ser exactamente preciso, siempre que se registre el curso temporal final de CO2. Utilice el intercomunicador para notificar al sujeto cuando finalice la exploración. Luego, deslice hacia afuera la mesa del escáner y retire suavemente el clip nasal y la boquilla del sujeto, proporcionando un tejido limpio para limpiar la saliva; retire con cuidado el sensor de dedo.Luego, permita que el sujeto se siente y se baje de la mesa de RM. Deseche el tubo de muestreo de gas, el filtro de aire, la boquilla y la pinza nasal, pero limpie todos los componentes reutilizables. Desconecte la válvula de dos vías de los otros componentes y retire los diafragmas de la válvula.Sumerja la válvula de dos vías, el diafragma y el tubo en forma de U en un desinfectante concentrado libre de fosfatos que contenga surfactantes, como el desinfectante detergente back down. Sumerja en un recipiente durante 20 minutos, luego enjuague abundantemente con agua destilada. Seque el tubo en forma de U con aire comprimido.Coloque la válvula de dos vías y los diafragmas sobre una superficie limpia y deje que se sequen al aire; vacíe completamente la bolsa de Douglas y guarde la barra de señalización y el tubo gris. Finalmente, realice el análisis de datos sobre los núcleos temporales de CO2 al final de la espiración y las imágenes en negrita utilizando MATLAB y software de mapeo paramétrico estadístico. Realice una regresión lineal voxel a voxel utilizando SPM, en la cual la curva temporal del CO2 al final de la espiración desplazada es la variable independiente y la curva temporal de la señal de MRI es la variable dependiente.La salida es un mapa de reactividad vascular cerebral. Esta figura muestra imágenes BOLD representativas en diferentes puntos temporales del experimento. La intensidad promedio de la señal también se muestra en la fila inferior.Puede observarse que la señal intensa en el cerebro muestra un aumento con la inhalación de dióxido de carbono. Téngase en cuenta que la diferencia de señal entre los periodos de aire ambiente y de dióxido de carbono es del orden de uno a 3 % en amplitud. Esta figura muestra mapas representativos de reactividad vascular cerebral en unidades de cambio porcentual de la señal por milímetro de mercurio.Dióxido de carbono. Cambio en un sujeto sano escaneado en cinco días diferentes, lo que demuestra una excelente reproducibilidad de los resultados una vez dominada la técnica. Esta técnica puede realizarse en menos de nueve minutos si se lleva a cabo adecuadamente y, con un análisis de datos apropiado como se describe en nuestro artículo, se obtendrá un mapa de reactividad vascular cerebral.

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