経頭蓋ドップラー超音波を用いた脳血流の機能イメージング

要約

出典: Hage, B. D. et.al., 脳血流モニタリングのための機能的経頭蓋ドップラー超音波検査. J. Vis. Exp. (2021)

このビデオは、ドップラー超音波を機能として使用する方法を示しています。脳の血流速度、またはCBFVをリアルタイムで測定するイメージングツール。息止めなどの作業中に中大脳動脈の周波数が変化すると、CBFVの変化がどのように明らかになるかを強調し、脳の活動と血管ダイナミクスに関する洞察を提供します。

プロトコル

人間の参加者が関与するすべての手順は、人間の福祉に関する制度的、国内的、および国際的なガイドラインに準拠して実施され、地元の施設審査委員会によって審査されています。

1. フリーハンド経頭蓋ドップラー超音波 (TCD) による中大脳動脈 (MCA) 信号の特定

注: 「フリーハンド」TCD とは、機能的な経頭蓋ドップラー超音波 (fTCD) 実験を開始する前に、ハンドヘルドトランスデューサーを使用して脳血流速度 (CBFV) 信号を見つけるための TCD の操作を指します。

1. TCDパラメータの設定
   1. MCAの最初の検索中は、電力を適度に高い値(例:400mW)に保ちます。MCA 信号が見つかったら、良好な信号を維持しながら、電力をできるだけ減らします (手順 2.2.7 を参照)。
      注: 初期検索中に適度に高い電力を使用することは、音響放射への曝露の「可能な限り低い」(ALARA)の原則に違反しません。なぜなら、より高い電力はMCA信号をより迅速に発見することを可能にするからです。
   2. MCA信号の初期探索では、サンプル量を8〜12 mmに設定します。信号を見つけるのが難しい場合は、ゲートサイズを大きくして信号の強度を上げますが、これにより、1つ以上の近くの動脈からの信号がMCAからの信号に組み込まれる可能性があることに注意してください。
   3. 「バックグラウンドノイズを最小限に抑えながら、存在する」ことを目標に、ゲインを中レベルに設定します。
   4. ハイパスフィルターのカットオフ(通常は「スレッショルド」と呼ばれます)を50〜150Hzに設定します。
   5. 被験者の場合、 奥行きを 50 mm に設定します。これは MCA の M1 セグメントの平均中点の深さです (Figure 1).
      注: この設定については、以降の手順で詳しく説明します。子供の深さの設定は、Table 1 に記載されています。

2. 時間窓の位置
注: 時間窓は、経時間音響窓とも呼ばれ、骨が最も薄い頭蓋骨の一部であり、頭蓋骨を通じて低周波超音波エネルギーを伝達することができます（図2)。

1. 乳幼児や小さなお子様は、側頭窓を耳のすぐ前(「骨間腔」)と頬骨弓の吻側縁より上に設置します。これは皮膚の下で簡単に感じることができます。
2. {{}}{{}}のティーンエイジャーや若年成人の場合は、いずれかのサブウィンドウから側頭窓を見つけてください。
   注: 後方のサブウィンドウは通常、最良の信号を提供します (図 2 )。
3. 30歳以上の成人の場合は、耳のすぐ前に側頭窓を配置します。
   注: 音響窓は、頭蓋骨の多孔性の増加により、人々が加齢するにつれてサイズが小さくなり、一部の高齢者は非常に限られた時間窓を持つことになります。そのような個人では、MCAの両側共鳴が不可能な場合があります。
   

3.トランスデューサーの塗布

1. トランスデューサーの表面を覆うのに十分な超音波ゲルを塗布します。
   注: ヘッドに置くと、ゲルは頭皮とドップラープローブの表面との間のシールを維持するのに十分なスペースを覆う必要があります。 これにより、プローブの表面の下にあるエアカップリングによる信号の中断を防ぐことができます。
2. ゲルが冷たく感じる可能性があることを被験者に警告します(室温の場合)。
3. トランスデューサーをセクション1.2にあるテンポラルウィンドウに配置します。
   

4.MCAの検索

1. トランスデューサーを頭皮に配置した後、MCA信号を探します。MCA信号は、通常、トランスデューサーの頭皮の最初の配置位置からわずかに前方(前方)および吻側(頭に向かって)に配置されます。
2. TCDスペクトル信号がすぐにわからない場合は、トランスデューサーを頭皮に対して同じ位置に保持しながら、トランスデューサーの角度を調整します。吻側から尾側(足に向かって)、後部から前方にプローブをゆっくりと傾けます。
   注: 図3{{}}は、同じ位置から取得した2つのスペクトルを示しています。 しかし、角度は異なります。
3. 手順1.4.2を実行しても信号が存在しない場合は、さまざまな深度でのMCAの流れ(赤色で示される)のカラーMモードディスプレイを確認します。信号の深さを5 mmステップで増減し、手順1.4.2の説明に従って検索します。流れがMモードで見えるが、ドップラースペクトルでは表示されない場合は、流れ信号がドップラースペクトルに表示されるまで深さを増減します。
4. それでも満足のいく信号が得られない場合は、トランスデューサを頭皮の近くの位置(少し前方)に移動し、手順1.4.1〜1.4.3を繰り返します。
5. 最適なMCA信号が得られたら、深さと最大速度に注意してください。
6. 洗える化粧ペンを使用して、最適な信号が見つかった頭皮(トランスデューサーエッジのトレース部分)に印を付けます。
   
   

5.分岐部の検索
注: 内頸動脈(ICA)の分岐部を見つけることは、MCAが監視対象の動脈であることを確認するために重要です。二国間モニタリングを実行する場合は、分岐が両側で同じ深さにない可能性があるため、この手順を両側で実行する必要があります。

1. ICAの分岐部からMCAへの信号が記録されるまで深さを増やします。TAG_283}}前大脳動脈（ACA)が記録されます（図4)で、通常は51〜65mmの深さでTAG_297 TAG_298}}
2. 検索ステップ1.4.2で説明されている手順を使用して、最適な分岐スペクトル信号を取得します。
3. 最適な分岐信号が得られたら、分岐の深さに注意してください。
4. 両側モニタリングでは、頭部の反対側でセクション1.1〜1.4とステップ1.5.1〜1.5.3を繰り返します。

2. 固定装置を設置した後のMCAの移動

注: fTCD実験では、CBFVを10〜90分以上モニターする必要があります。したがって、固定装置 (Figure 5) は、安定性を提供するために重要です。

1. 固定装置
   1. を目視検査により、固定装置(図5)を被験者のおおよその頭の大きさに調整します。
   2. ヘッドセットを頭に置く前に、被験者に警告してください。ヘッドセットを被験者の頭に置きます。
      注: 被験者の髪が長いまたは太い場合、使用する固定具によっては、被験者の髪を後ろで結ぶ必要がある場合があります。
   3. 固定装置のフィット感を調整し、装置がきつすぎるかどうか被験者に尋ねます。
      注: デバイスは、わずかにぶつけても動かない程度にしっかりと締め付け、被写体が不快にならない程度に緩めてください。

2. MCA信号の位置特定
   1. }を固定する固定装置のメカニズムを緩めます(例:図5に示すように、メカニズムを緩めます。 ノブを反時計回りに回すことで)、トランスデューサーが自由に動くことができるようにします。
   2. ゲルをトランスデューサーに塗布する前に(セクション2.1からすでに配置されているはずです)、およびゲルが冷えている可能性があることを被験者に警告します(室温で保管されている場合)。
   4. ステップ1.4.6で付けたマークの上部にトランスデューサーがくるように固定装置を調整します。
   5. ステップ 1.4.1 から 1.4.3 で説明した手順を使用して、最適な MCA スペクトル信号を検索します。
      注: フリーハンドTCDと比較すると、固定デバイスを使用してMCAを配置する最適な深さは、フリーハンドデバイスの深さとわずかに異なる場合があります(最大で1〜2 mm)。これは、固定装置がトランスデューサーを頭皮からわずかに離しながら保持し、カップリングゲルシールを維持する可能性があるためです。
   6. 最適なMCAスペクトル信号が見つかったら、固定装置の機構を締めて、トランスデューサを所定の位置にロックします。深さとその他すべての設定に注意してください。
   7. パワーをできるだけ下げます (ステップ 1.1.1 を参照)。
   8. 二国間モニタリング の場合、反対側で手順 2.2.1 から 2.2.7 を繰り返します。

3. 息止め操作の実行

注: このセクションは、セクション1およびセクション2で説明されている実験設定を使用して実行できる機能実験の例として示されています。

1. セクション 1 とセクション 2 で説明されているすべての手順を実行します。
2. TCDソフトウェアで録音を開始します。
3. 良好なベースライン記録を達成するために3分間普通に呼吸し、以前の実験や刺激からCBFVが安定するのを待ちます。
4. 3つからゆっくりカウントダウン。
   注: 深く息を吸い込むと、肺の二酸化炭素が減少し、脳血管反応性によるCBFVの増加を観察する可能性が減少するため、被験者は深く息を吸うべきではありません。また、被験者はバルサルバ法を行うことを避けるべきであり、そこでは保持された吸気に対して胸腔内圧が大幅に増加します。
5. TCD記録に息止めの開始を示すマーカーを配置します。
6. 被験者に30秒間、または息を止めるのが苦手になるまで息を止めてもらいます。
7. 被験者が息を吸い込んだら、TCD記録に息止めの終了を示すマーカーを配置します。
8. TCDを使用してCBFVのモニタリングを継続し、息止めの終了後少なくとも30秒間記録して、CBFVがベースライン値に戻ることを確認します。

表1:さまざまな年齢でのMCAの深さ。

年齢	中大脳動脈の深さ (mm)
0–3ヶ月	25
3–12ヶ月	30
1–3年	35–45
3–6年	40–45
6–10年	45–50
10–18年	45–50
>18年	50

結果

材料