Name: 진 동성 하체 부정적인 압력 및 프로젝션 추구 회귀 분석을 통해 뇌 혈류의자가 평가 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 26 s
Description: 학습하세요 진동성 하체 부정압과 프로젝션 추구 회귀 분석을 활용한 뇌 자동조절 평가 방법입니다. 이 기술은 동맥압과 뇌혈류 간의 비선형 관계를 정량화하여 혈관 생리학 연구에 활용됩니다.

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이 연구는 National Heart, Lung, and Blood Institute Grant HL-093113의 지원을 받았습니다.

1. 진 동성 하체 부정적인 압력 (OLBNP) <ol><li> 장비 설치 <ol><li> 심전도 리드 II (ECG)은 : 연구를 통해 심장 박동을 모니터링 피사체의 몸통에 세 개 (또는 그 이상)의 전극을 부착합니다. </li><li> 네오프렌 스커트 : 장골까지 하체 부정적인 압력 챔버에 피사체를 밀봉하는 사용자 정의 만든 네오프렌 스커트를 사용합니다. 그들은 탱크에 부정사 배치하기 전에 환자의 가슴 주위를 넣고 ECG 신호가 여전히 적절한 지 확인합니다. 이 호흡을 제한하기로 아늑한하지만 너무 타이트하지 있는지 확인하십시오. </li><li> 하체 부정적인 압력 챔버 : 침대에 주제 거짓말 부정사를하고 그 아래에 LBNP 챔버를 기동. LBNP 챔버가 조절 자전거 좌석이있는 경우, (흡입의 효과를 중화시키는없이 운동 유물을 최소화하기 위해) 피사체가 편안하게에 장착되어 있는지 확인합니다. 피사체의 WA에 사용자 정의 만든 플렉시 유리 스페이서 컷을 사용하여IST 크기는 챔버를 밀봉 도움이됩니다. 덕트 테이프로 LBNP 실 주위 네오프렌 스커트 인감. </li><li> LBNP 챔버 압력 : 표준 압력 변환기에 LBNP 챔버를 연결합니다. mmHg로하는 압력 변환기를 교정. </li><li> 기계 밸브에 부착주기 타이머를 반복 : LBNP 챔버에 기계 판막과 반복주기 타이머를 내장 사용자를 연결합니다. 주 : 기계적 밸브를 제어하는​​ 2 개의 모터에 연결된 시간 지연 릴레이 부압 주위 압력 간의 전환이 사용된다. 시간 지연 릴레이 번갈아 열고 챔버와 진공 사이의 밸브를 닫습니다 고정 된 간격으로 모터에 전압. 이 모양 대략 방형 파입니다 LBNP 챔버 압력 파형을 생성합니다. 원하는 OLBNP 주파수 사이클 시간을 조정한다. </li><li> 가변 변압기 및 진공 : 기계 판막에 표준 가정용 진공 청소기를 연결합니다. 에 전압을 수있는 변수 변압기에 진공을 연결진공 제어 될 수있다. 진공 청소기의 전원을 켜고 달성 목표 LBNP 압력 (예를 들어, 30 mmHg로)까지 가변 변압기를 조정합니다. </li><li> 동맥압 : 부착 비 침습적 photoplethysmographic 동맥압 커프 (예 Portapres, Finapres) 한 손의 손가락 (들)에 관한 것이다. 반대 팔의 상완 동맥에서 오실 압력에 압력을 비교하여 정확성을 확인합니다. </li><li> 2 MHz의 경 두개 도플러 및 프로브 고정 장치 <ol><li> 성전 (즉, transtemporal 창)에서 중대 뇌동맥의 M1 세그먼트를 insonate하는 2 메가 헤르츠 펄스 파형 도플러 프로브를 사용합니다. </li><li> 신호의 스펙트럼 강도를 최대화하기 위해 프로브 각도 insonation 깊이 (~ 55mm), 이득, 및 송신 전력을 변경한다. </li><li> 운동 아티팩트가 자발적인 움직임으로 신호로 도입되지 않도록 (즉,하지 띠)를 되돌릴 수없는 고정 장치를 사용하는 장소에서 도플러 프로브 해결부정적인 압력 진동에의. 주 :. 뇌 혈류 일방적 또는 양자 측정 될 수 있지만, 대뇌 자동 조절의 차이가 스트로크 또는 외상성 뇌 손상과 같은 국부적 인 손상이 존재하지 않는 반구 사이 예상되지 20 </li></ol></li><li> 만료 된 CO 2 : 만료 CO 2를 모니터링 할 수있는 적외선 CO 2 분석기에 부착 된 비강 캐뉼라를 사용하여 그들의 코를 통해 호흡을 주제를 지시합니다. 큰 영향 동맥을 감안할 때 CO 2는 모든 연구를 통해 뇌 혈류, 21 모니터 CO 2에 있습니다. </li></ol></li><li> 데이터 수집 <ol><li> 동맥압, 뇌 혈류, LBNP 실 압력의 아날로그 디지털 변환을 설정하고 채널당 최저 50 Hz에서 획득을 CO 2 만료. 1 kHz에서 ECG 획득. 참고 : 훨씬 낮은 주파수 정보 (≤0.07 Hz에서) 후속 분석 거래 있지만,는 c신호의 품질을 모니터링 할 ritical은 ​​연구 기간 동안 획득된다. 50 Hz의 샘플링 속도는 혈압 및 아티펙트의 검출을위한 뇌 혈류 정확한 시각화를 허용 할 것이다. </li></ol></li><li> 진동 LBNP 프로토콜 <ol><li> 진공 켜고 탱크 압력이 -30 mmHg로 안정되어 있는지 확인합니다. </li><li> 0.03 Hz에서 OLBNP 33 초로 반복주기 타이머. </li><li> 최적의 신호를 확인하기 위해 도플러 프로브 (들)을 조정한다. </li><li> PPR 추정의 충분한 신뢰를 보장하기 위해 최소한 15주기 (0.03 Hz에서 500 초)에 대한 데이터를 획득. 그것은 또한 신호 대 잡음비를 개선하므로 시간이 허용하는 경우, 이것보다 더 많은 데이터를 수집한다. </li><li> 반복주기 타이머 기간을 변경하여 0.03 HZ-0.08 Hz의 사이의 주파수에 대해 위의 단계를 반복합니다. 주 : 순서대로 주파수를 적용하지만 무작위로 대상의 시작 주파수를 다양합니다. </li></ol></li></ol> 2. 투사 추구 회귀 (PPR) <ol><li> 데이터 전처리 <ol><li> 데시 메이션 및 로우 - 패스 필터링 <ol><li> 매트랩 엽니 다. 명령 입력 &quot;데이터 = 재 샘플 (SR 데이터, 1 / 5)&quot;를 5Hz 동맥압 및 뇌 혈류를 데시 메이트하는 (SR은 원래 샘플링 비율 임). 주 : 임의로, 0.4 Hz의 컷오프와 저역 통과 필터 (19 번째 오더 체비 셰프 타입 II). 필터링 이후의 처리는 소정의 중복이지만 때때로 소음 동맥압 및 뇌 혈류량 신호의 피크 검출에 의존하지 않는다는 의미는 파형을 생성한다. </li></ol></li><li> 아티팩트 제거 <ol><li> 참조되지 않은 원래 데시 메이팅 된 파형을 사용하여 아티팩트의 신호 중 어느 부분을 제거하고, 선형 보간. 이러한 섹션은 기록 기간의 10 % 이상을 차지하면, 전체 기록을 버린다. 주 :이 시점에서 파형 적절 같은 전달 함수 분석과 같은 선형 전통적인 접근법에 대해 처리된다.</li></ol></li><li> 대역 통과 필터링 <ol><li> 매트랩 입력 : [B, A] = cheby1 (1,1, [F는 - 0.005 F + 0.005] / (SRD / 2)) 데이터 = filtfilt (B, A는 트랜드 (데이터는 &#39;선형&#39;) 밴드 -pass OLBNP의 주파수 주위에 F가 지배적 OLBNP 주파수 (그림 2) (통과 대역 리플 1dB로 1 차 순서 체비 쇼프 유형 I)의 압력을 필터링하고 ± 0.005 Hz의 대역의 흐름, SRD는 작살 샘플링입니다 속도 (Hz에서 5 단계 후 2.1.1), 및 &quot;데이터&quot;신호를 데시 메이트 (동맥 압력 또는 흐름)이다. 주 :이 잠재적 인 간섭을 최소화하고, PPR 후속 분석에서의 신호 대 잡음비를 증가시킨다. 지배적 동맥압 변동 하체 음압 주파수에서 진동이 발생하지만, 신호의 랜덤 노이즈는 압력 유동 관계 도출을 방해 할 수있다. 대역 통과 필터링이없는 결과가 유사하지만 정성 퍼센트 편차 E 것xplained (즉, R 2) 낮은 것입니다. (19) </li></ol></li></ol></li><li> 프로젝션 추구 회귀 추정 참고 : R 언어와 환경 통계 컴퓨팅에 내장 함수 &#39;PPR&#39;를 사용, 및 / 또는 동맥 압력 대뇌 흐름의 관계에 대해 하나의 능선 기능 (M = 1)를 생성, 다른 플랫폼에서 사용자 작성 기능을 통해 . <ol><li> 매트랩 명령 &quot;CVLabPPR (압력, 유량)&quot;를 입력합니다. XXX는 3 문자 학습 코드 XXXYYY, 같은 연구 ID를 입력하고 YYY는 주제 ID의 세 숫자입니다. YYYY-MM-DD : 다음과 같은 형식의 연구 날짜를 입력합니다. 숫자 측정 #을 입력합니다 (예를 들어, &quot;1&quot;일 1). </li><li> APM을 (예술 라인 finapress 또는 AL에 대한 FP를 입력)를 입력합니다. 선박 (MCA, ACA, 또는 PCA)를 입력합니다. 쿼리에 &quot;Y&quot;또는 &quot;N&quot;를 입력 &quot;당신이 바로 MCA 측정을해야합니까?&quot;입력 &quot;Y &amp;# 8221; 또는 질의에 &quot;N&quot;, &quot;당신이 MCA 측정을 왼쪽이 있습니까?&quot; 참고 : <img alt="식 (1)" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51082/51082eq1.jpg" width="300" /> 출력 (y를 t - - 뇌 혈류) 선형 회귀 전달 함수 (수학 식 1 괄호 내의 용어) - 각 입력 (동맥압의 X t) 미국 비모수 커널 함수 (k 값 m 통과; &#39;릿지라는 평균을 최소화하여 결정 기능 &#39;) 오류 제곱. 프로젝션 추구 회귀 (즉, M&gt; 1) 하나 이상의 능선 기능을 포함 할 수 있습니다. 그러나, 평균 제곱 오차를 줄일 수 있지만, 그것으로 인해 그들 사이의 상호 작용을 잠재적으로 릿지 기능 해석을 가릴 수있다. 주된 목적은 동맥 압력 및 뇌 혈류 그 CA의 관계를 얻을 수 있으므로N 생리 학적 해석, PPR 하나만 릿지 기능 (M = 1)로 제한되어야한다. </li><li> 구분 적 선형 매개 변수화. 후속 통계 분석 (도 3)에 대한 조각 별 선형 함수로서 리지 함수를 파라미터. matlab에 들어 브루노 루옹의 자유 매듭 스플라인의 근사치를 사용합니다. 명령 &quot;BSFK을 (X, Y, K, nknots)&quot;를 입력 곳 선형 피팅에 대한 K = 2 nknots 세 지역에 대한 = 3. . 주 : 동맥압 - 뇌 흐름 관계 변화와의 관계는 대략 선형이고 범위가 3 결과의 개략도를 도시한다 곳에서는 이러한 점을 식별한다. 각 영역 내의 압력 유동 관계 이득 (즉, 선형 기울기)가 해당 영역 내의 대뇌 자동 조절의 효과의 측정치를 제공한다. 낮은 이득은 더 높은 이익 수동적 인 FL지는 반면, 압력 변동의보다 효과적인 카운터 규제를 나타냅니다압력 변화에 흐름 응답. </li></ol></li></ol>

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저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.

정확하게 정의 입출력 관계 (이 경우, 압력의) 입력이 적극적 출력 응답을 관찰하기에 충분히 넓은 범위에 걸쳐 변화 할 것을 요구하고있다. 그러나 자발적으로 발생하는 압력 변동은 대뇌 자동 조절의 주파수에서 진폭이 매우 일관성이 작다. (27)이 압력의 자발적인 변화와 높은 상관 관계의 기간과 매우 낮은 상관 관계 기간과의 관계를 보여 흐름 이유이고의 진동 것을 뇌 혈류 겉보기 명백한 동맥압 드라이브 나타난다. 28 OLBNP 22 뇌 혈류 반응을 평가하기 위해 가변 주파수 및 진폭의 일관된 동맥압 진동을 만드는 중요한 기술을 제공한다. 유사한 프로브를 제공 할 수있는 다른 방법이있을 수도 있지만,이 접근법은 주파수 - 및 / 또는 진폭 의존 관계 내기 엄격한 테스트를 허용싸우는 동맥압 및 뇌 혈류 속도. 대뇌 자동 조절을위한 전위 측정 도구를 탐색 이전 연구는 동맥 압력 및 뇌 혈류 (예를 들어, 전달 함수 분석) 간의 관계의 선형 모델을 사용했다. 압력 진동 즉, 상대적으로 빠른 때 압력없이 완충와 변화 흐름 사이에 가까운 선형 관계&gt; ~ 10 초, 관찰된다. 그러나 느린 진동 (&gt; ~ 20 초) 압력 사이의 관계를 생기게하고 점진적으로 덜 선형 적으로 관련된다 흐름. 8,24을 관계가 높은 선형 관계가 아닌 경우 (낮은 R 2, 낮은 크로스 스펙트럼 일관성이) 하나 하나를 가질 수 없습니다 이러한 전달 함수의 이득 및 위상의 선형 측정의 정확성에 대한 확신. 선형 관계의 부족은 대뇌 자동 조절의 특징 중요한 비선형의 존재를 나타냅니다. 사실, 그 특성상, autoregulati에 선형 접근 방법을 통해 특성 의무가 아니다; 선형 접근법은자가 조절의 존재 또는 부재를 나타낼 수 있지만, 그 특성 및 그 효과를 설명 할 수있다. 그들의 단순 선형 방법에 비교할 수 있지만, 입력 (압력)과 출력 (흐름) 변수 간의 비선형 관계를 평가할 수있는 방법이 있습니다. 프로젝션 추구 회귀는 단순히 선험적 모델을 가정하는 또는 입력 - 출력 관계에서 선형성을 가정하지 않는 비모수, atheoretical, 다중 회귀 방법 (29, 30)이다. 이러한 불완전하게 이해할 수있는 시스템을 특징 짓는 분명한 장점이다. 그러나, 퍼센트의 분산을 증가 하나 이상의 릿지 함수를 사용하여 설명하지만 생리적 특성 관계의 해석을 모호 희생 주목해야한다. 따라서, 투영 추구 회귀 하나만 릿지 푸 한정 할 것을 권장nction. 그럼에도 불구하고, 하나의 릿지 기능 약술 PPR 접근법 동맥압 및 뇌 혈류량과의 관계에서 변화의 상당한 부분을 설명하고 개인 걸쳐 일관된 특성 비선형 관계를 밝힐 수있다. 제한 사항 및 가능한 수정 진동 하체 부정적인 압력은 구체적이고 눈에 띄지 장비와 절차가 필요하고 그래서 병원 기반의 평가에 적합하지 않습니다. 충분한 길이의 기록을 쉬고 자동 조절하는 뇌의 PPR 분석에 적절한 데이터를 제공 할 수있다. 그러나, 이전의 연구 데이터를 휴식의 투영 추구 회귀는 0.03 Hz에서 OLBNP 데이터의 분석보다 훨씬 더 수행하는 것으로 나타났다. 0.03 Hz에서 OLBNP 휴지 동안 정량 압력과 유량의 관계가 관련되어 있지만, (19)는 단순히 대응하여 적당한 제안 감압 유동 relationsh 그나머지 추정 IPS는 안정적으로 0.03 Hz에서 OLBNP에서 파생 된 분들을 반영하지 않을 수 있습니다. 한 가지 해결책은 천천히, 깊은 eucapnic 호흡 또는 반복 스쿼트 스탠드 기동을 통해 자동 조절의 주파수 내에서 일관되고 더 큰 진폭 압력 변동을 생성 할 수있다. 이러한 방법은 뇌 혈류 반응을 관찰하기에 충분히 넓은 범위에 걸쳐 변화를 안정적으로 제공 할 수있다 큰 압력 변동을 발생하는 것으로 나타났다. 31,32 평균적으로, 투영 추구 회귀 동맥 압력 및 유량 대뇌 변동 간의 관계 상당량 설명 할 수 있지만, 분산이 몇 가지 경우 (6 % ~ 19)에 대하여 설명 낮을 수있다. 낮은 성능은 주파수와 호흡량이 제어되지 않을 경우 호흡 패턴들, 예를 들어, 유도 할 수있다. 그러나, 모든 생리 학적 시험 일부 비정상적인 관측을 가지며, 이러한 접근 방식은 예외가 아니다. 1 ~ 20 관찰 가난한 측정해야 없음t는 접근의 잠재 성을 훼손. 미래 응용 프로그램 / 결론 특성 압력 - 유량 관계는 뇌졸중 (33)과 외상성 뇌 손상과 같은 몇 가지 병태 생리 학적 조건에서 변경 될 수있다. (34) 정확한 관계는 임상 설정에서 획득 할 수 있다면, 대뇌 자동 조절의 투영 추구 회귀는 광범위한 응용 프로그램이 있고 유용 할 수있다 평가 도구 곳 OLBNP 사용할 수 없습니다. 그것은 간단 기동 (예를 들면, 깊은 호흡, 허벅지 커프, 앉아 - 투 - 스탠드) 및 / 또는 더 긴 시간 휴식 녹음 데이터를 OLBNP에 비교 대뇌 자동 조절을 유도하기 위해 소송을 제기 할 수있다 압력 - 유량 관계를 만들어 낼 가능성이있다. 그럼에도 불구하고, 다른 규제 시스템과 자동 조절의 비선형에 기여 실험실 기반의 결정은 뇌 혈관 컨트롤에 고유 한 통찰력을 제공하고, 직경이 허용 될 수 있습니다대뇌 자동 조절 (예를 들어, 외상성 뇌 손상 후)의 병태 생리 학적 변화의 그노시스.

프로세스는 대뇌되는 관류 &quot;. 대뇌 자동 조절&quot;로 알려진 대뇌 유동 반응 (1)의 원래 관측되는 전신 압력의 넓은 범위에 걸쳐 일정하게 유지 일일 조절에 매우 중요하다 동맥압의 변화에 대해 반대 규제를 지원 뇌 관류. 자동 조절의 특성을 유지, 제어 저혈압과 고혈압의 연구를 기반으로했지만, 2, 3, 그것은 저항의 압력에 의한 변화가 10에서 90 초로 변경을 포괄하는 &#39;진동 공정&#39;3 것으로 인식되었다. (4) 또한, 내 지난 20 년, 기초 5 대뇌 흐름이 몇 심장 박동처럼 짧은 기간 동안 규제 것으로 나타났습니다 비트별로 비트. 6, 7에 뇌 혈류 속도의 측정은 이러한 비트별로 비트 데이터는 효과적인 제안 압력 변화에 대한 흐름의 완충는 이상 발생~ 15 초 정도로 짧은 기간과 긴 시간주기에 걸쳐 점진적으로 커지게된다. (8) 이와 같이, 하이 패스 필터 등의 압력과 유량 함수 관계 7,9-12 혈압의 느린 변화를 효과적으로 평활화하고 빠르게 진동 전달 항 상대적으로 영향을받지 통해. 대뇌 자동 조절의 주파수 의존성을 특성화 주요 어려움은 관심있는 주파수 주위 동맥압의 현저한 변동 자발 부족 (~ 0.07 미만 또는 Hz에서 ~ 15 초)이다. 충분히 큰 압력 진동없이 한 번 정확하게 뇌 혈류 반응을 정량화 할 수 없습니다. 본 연구실은 진동형 하체 부압 (OLBNP)로 알려진 기술을 이용하여 제약이 다루었 다. 이는 감소 된 정맥 전층 압력 탱크 내의 부압의 레벨에 비례 꼬리 정맥 혈액량 변화를 생성한다. 때 부정적인 pressu설정된 시간 간격으로 적용되는 재, OLBNP의 주파수에서 동맥 압력 변동에 중심 정맥 반환 결과에 진동. 이 접근은 다른 실험실에 걸쳐 여러 연구에 사용되었다. 8,14-17이 줄어들어 정맥 전층 압력 탱크 내의 부압의 레벨에 비례 꼬리 정맥 혈액량 변화를 생성한다. 부압 설정된 시간 간격으로인가되는 경우, 중심 정맥 답례 OLBNP의 진동 주파수에서 동맥 압력 변동을 초래한다. 이 접근법은 다른 실험실에 걸쳐 여러 연구에 사용되었다. 8,15-18 심지어 관심의 주파수 주위 동맥 압력에서 눈에 띄는 변동을 생성 할 수 있습니다 접근 방식으로, 복잡한 요소가있다 : 대뇌 자동 조절의 비선형의 중요한 증거가 특히 낮은 주파수에서,이 (8) 또한, 더 강력한 이론적 가이드가 없습니다.대뇌 자동 조절에 존재하는 비선형의 성격에있다. 따라서, 우리는 atheoretical를 사용하여, 우리의 분석에 투사 추구 회귀 (PPR)로 알려진 데이터 구동 방법. (19) PPR은 이러한 비선형의 성격에 관해서는 어떤 선험적 가정없이 시스템에 내재 된 비선형 관계를 특징 짓는 비모수 적 방법이다. 이것은 그의 생리학 아직 명시 비선형 모델이 정의되지 않은 시스템을 포착 결정적인 장점이다. PPR 대뇌 자동 조절의 특성 비선형 1959 라슨 설명 &quot;클래식 자동 조절 커브&quot;(도 1).이다 2,19 유사한 것을 알 뇌 혈류 동맥압의 소정 범위 내에서 비교적 일정하게 유지되지만 수동적으로이 범위 외의 선형 방식으로 추적한다. 동맥 압력 변동이 느려질으로이 모양이 더 분명해진다. 따라서, 선형 해석은 완전히 interroga에 부족하다선형 기술에 테 대뇌 자동 조절 및 의존 가능성이 중요한 정보를 벗어났습니다. 이 문서에 우리의 세부 사항에 우리가 건강과 질병에 대뇌 자동 조절의 특성을 사용하여 두 데이터 수집 (OLBNP의 연구용) 및 분석 (PPR)에 접근.

<table><tbody><tr><td>경두개 도플러 초음파</td><td>Compumedics DWL</td><td>Multi-Dop X 디지털</td><td>&nbsp; 2MHz 프로브</td></tr><tr><td>ECG 및 Brachial BP</td><td>GE</td><td>Dash 2000</td><td></td></tr><tr><td>LBNP 탱크</td><td>U. 아이오와 생명 공학</td><td></td><td>맞춤형</td></tr><tr><td>기계 밸브</td><td>U. 아이오와 생명 공학</td><td></td><td>맞춤형</td></tr><tr><td>반복 사이클 타이머</td><td>Macromatics</td><td>TR-50826-07</td><td></td></tr><tr><td>압력 변환기</td><td>Gould</td><td></td><td></td></tr><tr><td>광혈류 측정기 손가락 압력 모니터</td><td>Finapres 의료 시스템</td><td>Finometer PRO</td><td></td></tr><tr><td>CO2 가스 분석기</td><td>VacuMed</td><td>#17515 CO2 분석기, Gold Edition</td><td></td></tr><tr><td>데이터 수집 시스템</td><td>AD Instruments</td><td>데이터 수집 시스템 - PowerLab</td><td></td></tr></tbody></table>

진 동성 하체 부정적인 압력 및 프로젝션 추구 회귀 분석을 통해 뇌 혈류의자가 평가

Assessing Cerebral Autoregulation via Oscillatory Lower Body Negative Pressure and Projection Pursuit Regression

대뇌 재관류 전신 압력의 넓은 범위에 걸쳐 일정하게 유지되는 과정은 &quot;. 대뇌 자동 조절&quot;로 알려진 압력 변화에 대해 흐름의 유효 댐핑이 15 초 ~ 한 짧은 기간에 걸쳐 발생하고, 더 긴 시간주기에 걸쳐 점진적으로 커지게된다. 따라서, 혈압의 느린 변화는 효과적으로 둔화되고 빠르게 변화 나 변동은 뇌의 혈액 흐름을 통해 상대적으로 영향을받지 전달합니다. 대뇌 자동 조절의 주파수 의존성을 특성화 주요 어려움은 관심있는 주파수 주위 동맥압의 현저한 변동 자발 부족 (~ 0.07 미만 또는 Hz에서 ~ 15 초)이다. 진동형 하체 부압 (OLBNP)는 OLBNP의 주파수에서 동맥 압력 변동을 초래할 중심 정맥 대가 진동을 생성하기 위해 사용될 수있다. 또한, 프로젝션 추구 회귀 (PPR)는 characteriz하는 비모수 적 방법을 제공즉 비선형 선험적 가정하지 않고 시스템에 내재 된 관계와 자동 조절은 뇌의 비선형 특성을 보여준다. OLBNP 음압의 진동 주파수가 느려질으로 동맥압에 큰 변동을 발생; 그러나, 대뇌 혈류의 변동은 점진적으로 덜된다. 따라서, PPR 아래 OLBNP 0.05 Hz에서의 주파수와 (20 초주기)에서 점점 더 눈에 띄는 자동 조절 영역을 보여줍니다. 이 압력 및 대뇌 흐름 간의 특성의 비선형 관계의 실험 기반 결정을 허용하는 생리적 변화에뿐만 아니라 집적 뇌 제어 독특한 통찰을 제공 할 수있다이 방법의 목적은 외상성 뇌 손상, 뇌졸중 후 예 대뇌 자동 조절을 (손상 하부 등).

120 mmHg로 17까지 10 mmHg로 (22)로부터 OLBNP 진폭은 동맥 압력 변동을 보강하기 위해 사용 되었으나, 30 mmHg로 OLBNP는 23,24 아닌 cerebrovasculature의 규정 된 용량 이상 충분하다. (17)에게 OLBNP 결과의 레벨을 혈압 진동에 해당 서 착석에서 갈 때 발생하는 혈압 변화보다 크지 0.03 ㎐,의 크기가 약 15-20 mmHg로이다. 25 OLBNP 동맥 압력 변동을 발생시킬 수있는 범위에 약간의 제한이있다. 자동 조절 0.07 Hz에서 느린 ~에서만 활성이므로, 상한은 문제가되지 않는다. 그러나 0.03 Hz의보다 저주파 진동을 발생하는 어려움은 사이클이 완료되기 전에 시스템이 심혈관 LBNP 유도 동맥 압력 변화에 대해 반대 조절한다는 것이다. 그림 4에서 볼 수 있듯이, 0.025 Hz에서 OLBNP에서 우리는 실제로에서 가장 큰 피크를 참조0.05 Hz에서 동맥 압력 진동. 그들은 자동 조절 기능의 범위를 나타내며 이후 대뇌 자동 조절의 주파수 응답 (자동 조절이 활성화 된 내 시간 규모, 23, 24, 0.03 Hz에서 0.08 Hz에서 OLBNP 충분한 정의 0.03 HZ-0.08 Hz로에서 특성화 될 수있는 동안, 즉, 없음으로 발음이 자동 조절 영역 또는 완만 한). 부압 진동의 주파수가 느려질로 OLBNP 동맥 압력에 큰 변동을 발생시킨다. 5 0.03 Hz에서 (33 초주기) 0.08 Hz에서 (12.5 초주기)에서 OLBNP와 동맥 압력 및 그에 따른 뇌 혈류 변동을 보여준다. 높은 주파수에서, 뇌 혈류 동맥압과 협력 변동한다. PPR이 보여줍니다; 0.08 ㎐, 0.07 Hz로 (14 초주기), 및 0.0의 고주파수에서 동맥압 및 뇌 혈류 간의 선형 비례 관계가있다6 헤르츠 (Hz, 16.6 초주기). 동맥 압력 변동이 커지고 있지만 OLBNP의 느린 주파수에서, 뇌 혈류의 변동이 점진적으로보다 효과적으로 약화된다. 따라서, PPR는 0.03 Hz로, 0.04 헤르츠 (Hz, 25 초주기)에 0.05 헤르츠 (Hz, 20 초주기)에서 OLBNP 주파수에서 점점 더 눈에 띄는 자동 조절 영역을 보여줍니다. 도시 된 예에서, 0.03 Hz로, PPR 곡선 명확 라센 (도 1)에 의해 기술 된 &quot;클래식 자동 조절 곡선&quot;을 닮았다. 우리는 이전에 진동의 주파수가 느려질 같이이 관찰 동맥 압력 변동의 크기가 증가하는 것만 설명 할 수 없다는 것을 보여 주었다. 우리는 이전에 우리가 명시 적으로 자동 조절 범위와 압력 변동의 크기 사이의 잠재적 인 관계를 탐구하지 않았지만, 우리는 다시 OLBNP (압력 변동의 때문에, 다른 크기). (19)의 서로 다른 크기 중 48 개인 데이터에 PPR를 적용한이식이 자동 조절 범위의 변동 만 ~ 6 %이었다고. 따라서, 우리의 이전의 결과는 명확 주파수 PPR 곡선의 변화가 충분히 압력 변동의 크기의 변화에​​ 의해 설명 될 수 있음을 보여준다. 같은 연구에서, 우리는 자동 조절의 PPR 특성은 별도의 세션에서 재현 할 수 있는지 여부를 평가 하였다. 이 분석은 0.03 Hz에서 OLBNP 동안 자동 조절 범위의 기울기가 (린의 일치 성 = 0.96, P &lt;0.001), 따라서 비선형 압력 - 유량 관계 연구 일에 걸쳐 일관성이 변경되지 않았 음을 보여 주었다. 뇌 혈관 침대가 아니라 교감 신경 섬유에 의해 신경 지배를하고 있지만,자가 조절에서의 역할은 널리 인정되지 않았다. (26) 따라서, 우리의 이전 작품의 일부는 뇌 혈관 자동 조절에 교감 신경계의 잠재적 인 역할을 탐구. (24) 우리가 분명한 역할을 발견 교감 대뇌의 흐름을 조절하는 시스템,하지만 w오히려 6 (기준) 전에 데이터 PPR 응용 프로그램의 결과를 보여줍니다. 때문에자가 조절의 특성을 선형 방법의 한계에 관계가 교감 효과의 제거를 변경하는 방법을 특성화 할 수 0.05 Hz의시 교감 신경 차단 후 없습니다. 전체 곡선은 현저하게 더 선형이된다. 더욱이, 자동 조절이 가장 명백한 0.03 Hz에서 PPR 데이터의 분석은 자동 조절 영역의 범위는 그대로 유지하지만, 그 영역 내에서 증가 기울기 (도 7)를 자동 조절 덜 효과적 반영 것으로 나타났다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig1highres.jpg" /> 그림 1. 정적 증가 사이의 관계에서 파생 된 압력과 정상 상태 대뇌 혈류 감소 &#39;고전&#39;이 자동 조절 곡선. 변하지 않는 흐름 데스의 지역pite 변화 압력 (즉, 기울기 = 0) 지역으로 묶여있다 증가하는 것을 특징으로 감소 압력은 비례 뇌 혈류 변화를 초래한다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig2highres.jpg" /> 도 2 PPR 분석을 수행하는 데 필요한 사전. 신호는 제 5 Hz에서 (± 0.005 Hz에서) OLBNP의 주파수에서 필터링 된 후 대역 통과로 데시 메이션된다. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig3highres.jpg" /> 도 0.03 Hz에서 OLBNP 동안 동맥압 및 뇌 혈류 PPR 분석으로부터 유도 대뇌 곡선의 자동 조절 3. 파라미터. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig4highres.jpg" /> <strOLBNP 주파수가 아래 0.03 헤르츠 (Hz, 33 초주기) 때 사연&gt; 그림 4. 파워 스펙트럼은 동맥 압력 변동의 크기를 보여줍니다. (0.025에서 동맥 압력 스펙트럼 전력에 두 개의 큰 봉우리와 0.05 Hz의가 있음 (40)를 참고 20 초주기), 그러나 오직 0.025 Hz에서 LBNP 스펙트럼 전력의 단일 피크가있다. 또한, 압력 변동이 큰 0.05 Hz로하고 뇌 혈류 응답의 해석을 혼동하는 것이다. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig5highres.jpg" /> 도 동맥압 및 뇌 혈류에 0.03 Hz로 0.08 OLBNP의 효과 실시 예 5. 뇌 혈류 변동이 작아지는 반면, 동맥 압력 변동이 느린 OLBNP 함께 커진다. 이 자동 조절 기능은 하부 패널에 나타낸 PPR 분석의 결과로 설명된다. 티뇌 혈류 그는이 자동 조절 영역이 느린 OLBNP 점진적으로 더 뚜렷해진다. <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig6highres.jpg" /> 그림 6. 개인은과 (기준) 전 교감 신경 차단 후 과목에서 0.05 Hz에서 OLBNP 데이터로부터 PPR의 자동 조절 곡선을 평균. 참고 교감 신경 차단 후 좁은 자동 조절 영역의 손실. <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig7highres.jpg" /> 전과 교감 봉쇄 후 0.03 Hz에서 OLBNP 데이터로부터 PPR 파라미터도 7 보통. 교감 봉쇄 현저 (압력 변화, 즉, 더 비례 대뇌 흐름 변화 기울기를 증가 자동 조절 범위 내에서 대뇌 자동 조절 곡선에 현저한 영향을 미치지 ).

대뇌 관류는 대뇌 자기조절을 통해 다양한 압력에서 유지됩니다. 그러나 자동 조절을 특성화하려면 조절된 주파수에서 눈에 띄는 압력 변동이 필요합니다. 설명된 프로토콜은 진동 하체 음압이 어떻게 압력 변동을 생성하여 자동 조절 곡선의 정량화를 위한 투영 추적 회귀에 대한 데이터를 제공할 수 있는지 보여줍니다.

The process by which cerebral perfusion is maintained constant over a wide range of systemic pressures is known as &#8220;cerebral autoregulation.&#8221; ...

다음 실험의 전반적인 목표는 건강한 개인의 동맥혈압과 뇌혈류 변동 사이의 관계 특성을 규명하는 것입니다. 이는 진동성 하반신 음압(oscillatory lower body negative pressure)을 사용하여 중추 혈액량 이동과 동맥압 변동을 유도함으로써 달성됩니다. 이는 기립 시 발생하는 현상과 유사하지만, 근육 수축을 동반하지 않고 제어된 단계적 방식으로 이루어집니다. 두 번째 단계의 분석으로는 추적 회귀(pursuit regression)를 사용하여 측정된 동맥압과 뇌혈류 사이의 관계를 정량화합니다.동맥압과 뇌혈류 관계가 변화하는 다음 지점들을 식별하고, 관계가 대략적으로 선형인 각 영역 내의 이득(gain)을 추정하여 해당 영역 내 뇌혈류 자동조절의 효율성을 측정합니다. 결과에 따르면 하반신 음압의 진동이 느려질수록 동맥압 변동은 커지는 반면, 뇌혈류 변동은 점진적으로 더 효과적으로 감쇄됩니다. 전달 함수 분석과 같은 기존 방법과 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은 투영 추적(projection pursuit)이 비선형적이고 이론적인 방법이라는 점이며, 이는 모델을 우선적으로 가정하지 않고 관찰 데이터로부터 직접 유도됨을 의미합니다.이는 생리학적 특성이 아직 명시적인 모델로 정의되지 않은 시스템을 특성화하는 데 있어 확실한 장점이 됩니다. 본 절차의 시연은 저희 연구실의 생의학 엔지니어인 Jason Hamner가 담당하겠습니다. 이 절차를 시작하기 전, 필요한 기관 승인과 피험자의 동의를 반드시 얻으십시오. 피험자를 편안하게 배치하고, 연구 전반에 걸쳐 심박수를 측정할 수 있도록 심전도 모니터의 전극 3개 이상을 피험자의 몸통에 부착하십시오.그런 다음 맞춤 제작된 네오프렌 스커트를 피험자의 장골능 높이의 가슴 주변에 배치합니다. 스커트가 피험자를 하반신 음압 챔버에 밀착시켜 밀봉할 수 있을 만큼 충분히 조여져야 하지만, 호흡을 제한하거나 ECG 측정에 방해가 되지 않도록 주의하십시오. 다음으로, 피험자를 침대에 똑바로 눕게 한 뒤 하반신 압력 챔버를 피험자의 아래로 이동시켜 배치합니다.피실험자가 자전거 안장에 편안하게 앉았는지 확인하십시오. 챔버의 밀폐를 돕기 위해 피실험자의 허리 사이즈에 맞게 절단된 맞춤형 플렉시글라스 챔버를 배치하십시오. 그 다음 덕트 테이프를 사용하여 하반신 음압 챔버 주변의 네오프렌 스커트를 밀봉하십시오.이제 하반신 음압 챔버를 표준 압력 트랜스듀서에 연결하고, 빈 주사기와 피그마(figma) 마노미터를 사용하여 압력 트랜스듀서를 수은 밀리미터(mmHg) 단위로 보정합니다. 맞춤 제작된 기계식 밸브와 사이클 타이머를 하반신 음압 챔버에 부착하고, 사이클 시간을 원하는 진동성 하반신 음압 주파수로 조정합니다. 다음으로, 표준 가정용 진공청소기를 기계식 밸브에 연결합니다.그런 다음 진공청소기를 가변 변압기에 연결하여 전압을 조절하고 진공청소기를 켭니다. 목표로 하는 하반신 음압이 될 때까지 변압기를 조정합니다. 일반적으로 20 to 40 mmHg가 달성됩니다.동맥압을 측정하려면 비침습적 광학 동맥압 커프를 피험자의 손가락에 부착하십시오. 그 다음, 호기 이산화탄소를 정확하게 측정하기 위해 적외선 이산화탄소 분석기가 연결된 비강 캐뉼라를 피험자에게 착용시키고 코로만 숨을 쉬도록 안내하십시오. 마지막으로, 2 MHz 펄스파 도플러 프로브를 사용하여 관자놀이 부위의 중대뇌동맥 M1 분절의 신호를 포착하십시오.신호를 모니터링하면서 프로브 각도, 입사 깊이, 이득 및 송신 전력을 조정하여 신호의 스펙트럼 강도를 최대화하십시오. 최적의 신호를 얻었다면, 피험자가 음압 진동에 따라 움직일 때 신호에 움직임 아티팩트가 유입되지 않도록 지지대가 없는 장치로 도플러 프로브를 고정하십시오. 장비 설정이 완료되고 피험자가 준비되면, 동맥압, 뇌혈류, 하반신 음압 챔버 압력 및 호기 이산화탄소의 아날로그-디지털 변환을 설정하여 채널당 최소 50 hertz로 수집하십시오.ECG는 1 kHz로 샘플링해야 합니다. 다음으로, 진공 장치를 켜고 압력이 약 30 mmHg에서 안정적인지 확인하십시오. 그런 다음 0.03 O 단독 하반신 음압을 위해 반복 주기 타이머를 33초로 설정하고, Doppler 프로브의 신호가 최적인지 확인하십시오.PR 추정치의 신뢰도를 확보하기 위해 최소 15 사이클 이상의 데이터를 수집하십시오. 이제 0.03에서 0.08 hertz 사이의 임의의 주파수에 대해 동일한 절차를 반복하십시오. 반복 사이클 타이머 지속 시간을 변경함에 따라, 프로젝트 추적을 수행할 수 있도록 데이터를 처리하는 과정이 필요합니다.회귀 분석 신호는 5 Hz로 다운샘플링된 후, 신호의 개방성을 위해 단일 하체 음압 주파수에서 밴드 패스 필터링을 거칩니다. MATLAB에서 SR이 원래의 샘플링 속도인 상태에서 화면에 표시된 명령어를 입력하십시오. 이렇게 하면 동맥압과 뇌혈류량이 5 Hz로 다운샘플링됩니다.그런 다음 MATLAB에서 투영 추적 회귀 분석(projection pursuit regression) 추정을 시작합니다. 화면에 표시된 명령어를 입력하십시오. 그런 다음 연구 ID를 세 글자의 연구 코드와 피험자 ID를 나타내는 세 자리 숫자로 입력하십시오.연구 날짜를 연, 월, 일 형식으로 입력하고, 예를 들어 1일차의 경우 1과 같이 숫자 측정 번호를 입력하십시오. 다음으로, 동맥압 측정을 위해 개두압의 경우 FP를, 동맥 라인의 경우 al을 입력하십시오. M-C-A, A-C-A 또는 PCA와 같은 혈관 유형을 입력한 후, "우측 MCA 측정값이 있습니까?"라는 질문에 Y 또는 N으로 응답하십시오.좌측 MCA 측정값이 있습니까? 이 이미지는 0.03 Hz 진동 하반신 음압 인가 중 동맥압과 뇌혈류의 PPR 분석을 통해 도출된 뇌혈류 자동조절 곡선의 파라미터를 보여줍니다. 이는 압력의 정적인 증가 및 감소와 정상 상태 뇌혈류 사이의 관계에서 도출된 전형적인 자동조절 곡선입니다.압력 변화에도 불구하고 혈류가 일정하게 유지되는 구간, 즉 기울기가 0인 구간은 압력의 증가 및 감소에 따라 뇌혈류량이 비례하여 변화하는 구간들 사이에 위치합니다. 이 파워 스펙트럼은 O-L-B-N-P 주파수가 0.03 hertz 미만일 때 동맥압 변동의 크기를 보여줍니다. 동맥압 스펙트럼 파워의 0.02 및 0.05 hertz 지점에서 두 개의 큰 피크가 나타남에 유의하십시오.하지만 LBNP 스펙트럼 전력의 피크는 0.025 hertz에서 단 하나만 나타납니다. 또한, 압력의 최대 변동은 0.05 hertz에서 발생하며, 이는 뇌혈류 반응의 해석을 어렵게 만들 수 있습니다. 다음은 0.08에서 0.03 hertz까지의 진동성 하반신 음압이 동맥압과 뇌혈류에 미치는 영향의 예시입니다.진동성 하반신 음압이 더 느려질수록 동맥압 변동은 더 커지는 반면, 뇌혈류 변동은 더 작아집니다. 이러한 자가조절 기능은 하단 패널에 표시된 PPR 분석 결과로 설명됩니다. 뇌혈류의 자가조절 영역은 진동성 하반신 음압이 더 느려짐에 따라 점진적으로 더 뚜렷해집니다.자동 조절 곡선에 대한 이러한 개별 및 평균 PPR은 교감 신경 차단 전후 대상자의 0.03 hertz 진동 하반신 음압 데이터로부터 도출되었습니다. 교감 신경 차단 후 좁은 자동 조절 영역이 소실되었음에 유의하십시오. 이것은 교감 신경 차단 전후의 0.03 hertz 진동 하반신 음압 데이터에서 얻은 PPR 파라미터의 평균값입니다.교감신경 차단은 자율조절 범위 내의 뇌혈류 자율조절 곡선에 뚜렷한 영향을 미쳐, 기울기를 현저히 증가시켰습니다. 즉, 이러한 처치 이후에는 혈압 변화에 따른 뇌혈류량의 변화가 더 비례적으로 나타났습니다. 이 기술은 뇌혈관 생리학 분야의 연구자들이 인간의 뇌혈류에 대한 생리학적 조절뿐만 아니라 병태생리학적 변화를 탐구할 수 있는 길을 열어주었습니다.

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연구

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Biology

생물학

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