Imaging funzionale del flusso sanguigno cerebrale mediante ecografia Doppler transcranica

Abstract

Fonte: Hage, B. D. et. Al., Ecografia Doppler transcranica funzionale per il monitoraggio del flusso sanguigno cerebrale. J. Exp. (2021)

Questo video dimostra l'uso dell'ecografia Doppler come strumento di imaging per misurare la velocità del flusso sanguigno cerebrale, o CBFV in tempo reale. Evidenzia come i cambiamenti di frequenza nell'arteria cerebrale media durante attività come trattenere il respiro rivelino cambiamenti nel CBFV, offrendo approfondimenti sull'attività cerebrale e sulle dinamiche vascolari.

Protocollo

Tutte le procedure che coinvolgono partecipanti umani sono state eseguite in conformità con le linee guida istituzionali, nazionali e internazionali per il benessere umano e sono state esaminate dal comitato di revisione istituzionale locale.

1. Localizzazione del segnale dell'arteria cerebrale media (MCA) mediante ecografia Doppler transcranica a mano libera (TCD)

NOTA: "A mano libera" si riferisce a un'operazione di TCD con un trasduttore portatile per trovare un segnale di velocità del flusso sanguigno cerebrale (CBFV) prima di iniziare un esperimento di ecografia Doppler transcranica funzionale (fTCD).

1. Impostazione dei parametri TCD
   1. Mantenere la potenza a un valore ragionevolmente alto (ad esempio, 400 mW) durante la ricerca iniziale dell'MCA. Una volta individuato il segnale MCA, ridurre il più possibile la potenza mantenendo comunque un segnale "buono" (vedere il passaggio 2.2.7).
      NOTA: L'utilizzo di una potenza ragionevolmente alta durante la ricerca iniziale non viola il principio ALARA ("As Low As Reasonably Achievable") di esposizione alle radiazioni acustiche perché una potenza più elevata consentirà di scoprire il segnale MCA più rapidamente.
   2. Impostare il volume del campione su 8–12 mm durante la ricerca iniziale del segnale MCA. Se il segnale è difficile da trovare, aumentare le dimensioni del gate per aumentare l'intensità del segnale, ma si noti che questo potrebbe incorporare il segnale proveniente da una o più arterie vicine nel segnale proveniente dall'MCA.
   3. Imposta il guadagno a un livello medio, con l'obiettivo di "mantenere il rumore di fondo al minimo, ma presente".
   4. Imposta il limite del filtro passa-alto (normalmente chiamato "soglia") a 50–150 Hz.
   5. Se il soggetto è un adulto, impostare la profondità a 50 mm, che è la profondità media del punto medio del segmento M1 dell'MCA (Figura 1).
      NOTA: Questa impostazione verrà discussa più dettagliatamente nei passaggi successivi. Le impostazioni di profondità per i bambini sono fornite in Tabella 1.

2. Localizzazione della finestra temporale
NOTA: La finestra temporale, chiamata anche finestra acustica transtemporale, è una parte del cranio in cui l'osso è più sottile, consentendo così la trasmissione dell'energia ultrasonica a bassa frequenza attraverso il cranio (Figura 2).

1. Per i neonati e i bambini piccoli, posizionare la finestra temporale proprio davanti all'orecchio (lo "spazio intertragale") e sopra il bordo rostrale dell'arco zigomatico, che può essere facilmente percepito sotto la pelle.
2. Per adolescenti e giovani adulti, localizzare la finestra temporale tramite una qualsiasi delle sottofinestre.
   {{{ TAG_136}}NOTA: La sottofinestra posteriore di solito fornisce il segnale migliore (Figura 2).
3. Per gli adulti di età pari o superiore a 30 anni, individuare la finestra temporale proprio davanti all'orecchio.
   NOTA: La finestra acustica diminuisce di dimensioni con l'avanzare dell'età a causa dell'aumento della porosità dell'osso del cranio, causando ad alcune persone anziane di avere una finestra temporale molto limitata. In tali individui, l'insonanza bilaterale dell'MCA è talvolta impossibile.
   

3. Applicazione del trasduttore

1. Applicare una quantità sufficiente di gel per ultrasuoni a coprire la superficie del trasduttore.
   NOTA: Quando viene posizionato sulla testa, il gel deve coprire uno spazio sufficiente per mantenere una tenuta tra il cuoio capelluto e la superficie della sonda Doppler, impedendo così l'interruzione del segnale dall'accoppiamento dell'aria sotto la superficie della sonda.
2. Avvisare il soggetto che il gel potrebbe essere freddo (se a temperatura ambiente).
3. Posizionare il trasduttore sulla finestra temporale, che si trova nella sezione 1.2.
   

4. Ricerca dell'MCA

1. Dopo aver posizionato il trasduttore sul cuoio capelluto, cercare il segnale MCA, che generalmente si trova leggermente anteriormente (in avanti) e rostrale (verso la testa) rispetto alla posizione del posizionamento iniziale del trasduttore.
2. Se il segnale spettrale TCD non è immediatamente evidente, regolare l'angolo del trasduttore mantenendolo nella stessa posizione rispetto al cuoio capelluto. Inclinare lentamente la sonda da rostrale a caudale (verso i piedi) e da posteriore a anteriore.
   NOTA: La Figura 3 mostra due spettri presi dalla stessa posizione, ma con angolazioni diverse.
3. Se un segnale è ancora assente dopo aver eseguito il passaggio 1.4.2, controllare il display a colori della modalità M per il flusso nell'MCA a diverse profondità (indicato dalla colorazione rossa). Incrementare o diminuire la profondità del segnale in incrementi di 5 mm e cercare come descritto al punto 1.4.2. Se il flusso è visibile in modalità M ma non nello spettro Doppler, aumentare o diminuire la profondità fino a quando il segnale di flusso non è visibile nello spettro Doppler.
4. Se non si ottiene ancora un segnale soddisfacente, spostare il trasduttore in una posizione vicina sul cuoio capelluto, che è leggermente più anteriore, e ripetere i passaggi 1.4.1–1.4.3.
5. Quando si ottiene un segnale MCA ottimale, annotare la profondità e la velocità massima.
6. Utilizzando una penna per il trucco lavabile, posizionare un segno sul cuoio capelluto (tracciare parte del bordo del trasduttore) dove è stato trovato il segnale ottimale.
   
   

5. Alla ricerca della biforcazione
NOTA: Trovare la biforcazione dell'arteria carotide interna (ICA) è importante per confermare che l'MCA è l'arteria monitorata. Questo passaggio deve essere eseguito su entrambi i lati se verrà eseguito il monitoraggio bilaterale, poiché la biforcazione potrebbe non essere alla stessa profondità su entrambi i lati.

1. Aumentare la profondità fino a quando non si nota il segnale dalla biforcazione dell'ICA all'MCA e arteria cerebrale anteriore (ACA) (Figura 4), tipicamente a una profondità di 51-65 mm.
2. per il segnale spettrale di biforcazione ottimale utilizzando la procedura descritta al punto 1.4.2. Cerca sempre di ottenere il segnale spettrale alla massima velocità possibile.
3. Quando si ottiene un segnale di biforcazione ottimale, annotare la profondità della biforcazione.
4. Per il monitoraggio bilaterale, ripetere le sezioni 1.1-1.4 e i passaggi 1.5.1-1.5.3 sull'altro lato della testa.

2. Trasferimento dell'MCA dopo aver posizionato un dispositivo di fissaggio

NOTA: Per gli esperimenti fTCD, è necessario monitorare il CBFV per 10-90 minuti o più. Pertanto, un dispositivo di fissazione (Figura 5) è fondamentale per fornire stabilità.

1. Posizionamento del dispositivo di fissaggio
   1. Mediante ispezione visiva, regolare il dispositivo di fissazione (Figura 5) in base alle dimensioni approssimative della testa del soggetto.
   2. Avvisare il soggetto prima di posizionare l'auricolare sulla sua testa. Posizionare l'auricolare sulla testa del soggetto.
      NOTA: Se il soggetto ha i capelli lunghi o folti, potrebbe essere necessario legare i capelli del soggetto, a seconda del dispositivo di fissaggio utilizzato.
   3. Regolare l'adattamento del dispositivo di fissaggio e chiedere al soggetto se il dispositivo è troppo stretto.
      NOTA: Il dispositivo dovrebbe essere abbastanza stretto da non muoversi quando viene urtato leggermente, ma abbastanza largo da non mettere a disagio il soggetto.

2. Localizzazione del segnale MCA
   1. Allentare il meccanismo del dispositivo di fissazione che tiene in posizione il trasduttore (ad esempio, allentare il meccanismo, mostrato in Figura 5, ruotando una manopola in senso antiorario) in modo che il trasduttore possa muoversi liberamente.
   2. Avvisare il soggetto prima di applicare il gel ai trasduttori (che dovrebbe essere già in posizione dalla sezione 2.1) e che il gel potrebbe essere freddo (se è stato conservato a temperatura ambiente).
   3. Applicare una quantità sufficiente di gel per ultrasuoni sul trasduttore per coprire la superficie del trasduttore.
   4. Regolare il dispositivo di fissaggio in modo che il trasduttore si trovi sopra la parte superiore del segno fatto al punto 1.4.6.
   5. Cercare il segnale spettrale MCA ottimale utilizzando la procedura descritta nei passaggi da 1.4.1 a 1.4.3. Cercare sempre di ottenere il segnale spettrale alla massima velocità possibile.
      NOTA: Rispetto al TCD a mano libera, la profondità ottimale alla quale l'MCA si trova utilizzando il dispositivo di fissazione può differire leggermente (al massimo 1-2 mm) dalla profondità del dispositivo a mano libera. Questo perché il dispositivo di fissazione può tenere il trasduttore leggermente più lontano dal cuoio capelluto pur mantenendo una guarnizione in gel di accoppiamento.
   6. Quando viene trovato il segnale spettrale MCA ottimale, serrare il meccanismo del dispositivo di fissazione per bloccare il trasduttore in posizione. Nota la profondità e tutte le altre impostazioni.
   7. Diminuisci la potenza (vedi passaggio 1.1.1) il più possibile pur mantenendo un inviluppo spettrale che tracci accuratamente la velocità massima.
   8. Per il monitoraggio bilaterale, ripetere i passaggi 2.2.1–2.2.7 dall'altra parte.

3. Esecuzione di una manovra di apnea

NOTA: Questa sezione è fornita come esempio di un esperimento funzionale che può essere eseguito utilizzando la configurazione sperimentale descritta nella sezione 1 e nella sezione 2.

1. Eseguire tutti i passaggi descritti nella sezione 1 e nella sezione 2.
2. Iniziare la registrazione sul software TCD.
3. Respirare normalmente per 3 minuti per ottenere una buona registrazione di base e consentire al CBFV di stabilizzarsi da eventuali esperimenti o stimoli precedenti.
4. Conto alla rovescia lentamente da tre. Contando fino a uno, chiedi al soggetto di iniziare a trattenere il respiro dopo una normale inspirazione.
   NOTA: Il soggetto non dovrebbe inalare profondamente, poiché ciò ridurrebbe l'anidride carbonica nei polmoni e diminuirebbe la probabilità di osservare l'aumento di CBFV dovuto alla reattività cerebrovascolare. Il soggetto dovrebbe anche evitare di eseguire una manovra di Valsalva, in cui la pressione intratoracica è sostanzialmente aumentata rispetto a un'inspirazione trattenuta.
5. Posizionare un marcatore nella registrazione TCD per indicare l'inizio del trattenimento del respiro.
6. Chiedi al soggetto di trattenere il respiro per 30 secondi, o fino a quando non si sente più a suo agio nel trattenere il respiro.
7. Quando il soggetto inspira, posiziona un marcatore nella registrazione TCD per indicare la fine del trattenere il respiro.
8. Continuare a monitorare il CBFV utilizzando la TCD e la registrazione per almeno 30 s dopo la fine dell'apnea per garantire che il CBFV ritorni ai valori basali.

Tabella 1: Profondità dell'MCA a varie età.

{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{TAG_575{}}{{}}{}}{Età{{TAG_576 TAG_578}}	{{}}{TAG_587}}
0–3 mesi	25
{TAG_616}}3-12 mesi	30
1–3 anni	35–45{{ TAG_646 Giacomo TAG_648}}
3-6 anni	40– 45
6-10 anni	{45–50
10–18 anni {{TAG_ 693}}	45–50
>18 anni{{TAG_708 Giacche TAG_709}}	50

{{TAG_ 631}}{{}}

Risultati

Materiali