Name: 가스 흡입 도전을 통해 뇌 혈관 반응성의 MRI 매핑 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 33 s
Description: 학습하세요 뇌 혈관 반응성 측정을 위한 비침습적 MRI 프로토콜을 통해 이산화탄소 농도 변화에 따른 뇌 관류 변화를 평가하는 방법을. 이 기술은 신경질환 연구에 활용됩니다.

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이 연구는 미국 국립보건원(NIH)의 보조금 번호 R01 MH084021, R01 NS067015, R01 AG042753, NS076588, NS029029-20S1, R21 NS078656; 그리고 국립 다발성 경화증 협회(National Multiple Sclerosis Society)의 보조금 번호 RG4707A2의 보조금으로 부분적으로 지원되었습니다.

참고 :이 프로토콜은 텍사스 사우스 웨스턴 의료 센터의 임상 시험 심사위원회의 대학에 의해 승인되었다. 실험 전에 가스 전달 시스템 및 준비 단계의 1도 <ol style="margin-left: 40px;"><li> 가스 전달 시스템 (그림 1)의 다이어그램을 검토합니다. 5 % CO 2, 21 % O 2, 및 74 % N 2를 포함하는 의료용 가스 혼합물에 200 L 더글라스 백 (1 번 항목)을 채운다. </li><li> 하나의 방법은 가스 흐름을 보장하기 위해 양방향이 아닌 재 호흡 밸브 (항목 # 3)에서 두 개의 다이어프램 (4 항목 #)를 놓습니다. 자석 방에이 조립 양방향 밸브와 가스 충전 더글러스 가방 (1 항목 #)를 준비한다. </li><li> 양방향 밸브 (아이템 # 3)의 입력단에 가스 공급 튜브 (상품 번호 7)을 연결한다. 중량을지지하는 헤드 코일의 측에 가스 공급 튜브 (상품 번호 7)를 붙여. 가스 충전 더글라스 가스 공급 튜브 (상품 번호 7)의 다른 쪽 끝을 연결가방 (항목 # 1). </li><li> 마우스 피스 (항목 # 5) 팔꿈치 커넥터를 통해 U 자형 튜브 (항목 # 12)에 (가스 샘플링 포트 항목 # 13 밀봉)을 연결합니다. </li><li> 다른 팔꿈치 커넥터 (품목 # 13)를 통해 U 자형 튜브 (항목 # 12)로 가스 샘플링 튜브 (항목 # 9)을 연결합니다. </li><li> 가스 샘플링 튜브 (항목 # 9)의 다른 쪽 끝에 작은 공기 필터 (상품 번호 11)을 연결합니다. CO 2 (항목 # 14)에 공기 필터 (항목 # 11)의 다른 쪽 끝을 연결 모니터링 할 수 있습니다. </li><li> MRI 제품군의 컨트롤 룸에서, CO 2 (상품 번호 14)과 맥박 산소 측정기 (상품 번호 15) 모니터의 전원을 켭니다. CO 2 모니터에 대한 자동 보정을 수행합니다. </li><li> USB 포트를 사용하여 노트북에 모니터를 연결합니다. 모니터와 통신 하이퍼 터미널 소프트웨어를 엽니 다. 배 &#39;모니터 타이머 시간을 작성하고 대응하여 타이머 시간&#39;을 모니터를 동기화 할 수 있습니다. 타이머 시간 및 모니터 &#39;시간의 차이는 데이터 프로에서 설명 될 것입니다cessing (단계 4.4). </li><li> 바의 일단은 마그넷 룸내이고 다른 단부는 제어실에 있도록 도파로 안으로 시그널링 바의 일단을 삽입한다. 주 : 시그널링 바는 삼방 밸브의 전환시 스캔 중에 (상품 번호 2)가 필요하다 자석 실내 연구원 통지하는 데 사용된다. </li></ol> 실험 기간 동안 2. 절차 <ol style="margin-left: 40px;"><li> MRI의 테이블에 놓여달라고 부탁하지만, / 그녀는 아직 자석 구멍에 집어 넣어하지 않습니다. 그들은 스캔하는 동안 불편 함을 느끼는 경우 간호사 호출 버튼을 눌러 피사체를 지시합니다. 모든 그리스를 제거하는 물수건 청소의 조각으로 그 / 그녀의 코를 닦아달라고 부탁합니다. </li><li> 피사체가 입으로 숨을 쉴 수와 호흡 리듬을 설정하고 유지하기 위해 지시합니다. 그런 주제에 코 클립 (항목 # 6)를 적용합니다. </li><li> 엘 통해 양방향 밸브 (항목 # 3)의 중간 포트에 U 자형 튜브 (항목 # 12)의 개방 끝을 연결합니다활 커넥터 (품목 # 13). </li><li> 피사체가 마우스 피스를 통해 숨을 쉴 수 있도록 조심스럽게 환자의 입에 마우스 피스를 배치합니다. 조심스럽게 피사체의 손가락 끝의 맥박 산소 측정기 (상품 번호 15)의 핑거 센서를 부착합니다. </li><li> 피사체의 헤드가 헤드 코일의 중심에 이소 것임을 확실. 자석 구멍 안에 그를 / 그녀를 배치 MRI 테이블을 사용하십시오. </li><li> 자석 실내에 체류 한 연구자가 피사체를 모니터하고 더글라스 백 (1 번 항목)에 삼방 밸브를 스위칭 할 준비를 할 것을 보장한다. 연구원은 귀마개와 MRI 노이즈를 차단하기 위해 헤드셋을 착용되어 있는지 확인합니다. </li><li> ETCO 2 동맥 산소 포화도 분획 CO 2 (상품 번호 14)과 맥박 산소 측정기 (상품 번호 15) 모니터에 표시 (SO 2) 매개 변수를 확인, 컨트롤 룸에, 자석 방 문을 닫고. 노트북에 매개 변수의 기록을 시작합니다. </li><li> 사용하여 스캔을 시작하기 위해 MRI 연산자를 지시혈액 산소화 수준 종속 (BOLD) 순서. 3T MRI 스캐너의 경우, BOLD 영상 매개 변수는 다음과 같습니다 TR / TE는 = 1500 / 30 밀리 초, 플립 각도 =보기 = 220 X 220mm 2, 매트릭스 = X 64 (64), 29 조각의 60 °, 필드, 5 = 두께 MM, 조각, 361 볼륨 사이에 틈 없습니다. 절환 밸브 타이밍이 나열되어있는 미리 준비된 시트를 검토하고 스위치가 필요할 때 부드럽게 시그널링 바 스윙. 심장 박동, SO 2, ETCO 2를 포함하여, 피사체의 생리에주의를 기울이십시오. </li><li> 이제, 자석 룸내, 더글라스 가방 피사체 고무 가스의 종류를 제어하는​​ 시그널링 바의 이동에 기초하여 (1 번 항목)을 전환. </li><li> 연구의 길이에 대해이 절차를 계속합니다. 구 분 영상주기 동안, 밸브 절환 약 매분마다 발생하도록 보장한다. 스위치 타이밍만큼 EtCO2 타임 코스가 기록 될 때, 정확하게 정확하지 않습니다. &lt;BR /&gt; 주 : 피사체가 스캔 중에 간호사 호출 버튼을 누르면, 스캔이 중단되고 즉시 피사체 자석 보어로부터 이동한다. 연구원은 피사체로부터 마우스 피스와 코 클립을 제거합니다. </li><li> 스캔이 완료 주제를 알리기 위해 인터콤을 사용합니다. MRI 테이블을 잡아 당깁니다. 어떤 침을 닦아 주제에 조직을 청소 제공하면서 부드럽게 주체에서 코 클립 및 마우스 피스를 제거합니다. 조심스럽게 대상에서 맥박 산소 측정기의 핑거 센서를 제거합니다. 주제는 다음 앉아서 MRI 테이블을 얻을 수 있습니다. </li></ol> 실험 후 3. 정리 절차 <ol style="margin-left: 40px;"><li> 가스 샘플링 튜브 (9 항목 #), 에어 필터 (항목 # 11), 마우스 피스 (5 항목 #)과 코 클립 (6 항목 #)를 폐기하십시오. </li><li> 재사용 가능한 구성 요소를 청소합니다. 다른 구성 요소에서 양방향 밸브 (품목 # 3)를 분리하고 (4 항목 #) 밸브의 다이아 프램을 제거합니다. 두 방법을 적시등의 20 분의 컨테이너에서 Bacdown 세제 살균제와 같은 계면 활성제를 포함하는 밸브 (항목 # 3), 다이아 프램 (항목 # 4), 농축 인산염이없는 소독제에 U 자형 튜브 (항목 # 12). 세제 살균 증류수 희석 비는 1:64이다. </li><li> 충분히 증류수로 3.2에 기재된 항목을 씻어. </li><li> 압축 공기와 U 자형 튜브 (항목 # 12)를 건조. 맑은 수조에 두 방향 밸브 (항목 # 3)과 다이아 프램 (4 항목 #)를 배치하고 건조 자연스럽고 완벽하게 할 수 있습니다. </li><li> 더글러스 가방을 비 웁니다. 신호 바, 회색 튜브를 치워. </li></ol> 4. 데이터 분석 CVR지도를 계산합니다 <ol style="margin-left: 40px;"><li> DICOM 파일 형식 또는 다른 벤더 고유의 형식으로 MRI 데이터를 저장합니다. 실험실 데이터를 컴퓨터로 전송하고, 각 파일이 하나의 시점에 대응하는 3 차원 볼륨 (예를 들어, BOLD 이미지)를 함유하는 체적 별 부피 시리즈 파일로 데이터를 변환한다. </li><li> 전처리 된 이미지 데이터를 포함한다. 재정렬, 정규화를 포함하고 소프트웨어 통계적 매개 변수 사상 (SPM)에 의해 제공된 라이브러리 함수를 호출하는 스크립트를 이용하여 평활화 된 이미지 전처리 단계를 수행한다. 매트랩 스크립트의 예를 들어 추가 코드 파일 1을 참조하십시오. </li><li> CO 2 기록을 판독하도록 스크립트를 사용하여 미리 보정 된 양만큼의 시간 코스를 이동시킴으로써 샘플링 튜브 지연을 보정 (예를 들면, 마우스 피스 상기 한 호흡의 시간차로 판단이 설정에서 12 초 CO2 기록에 그 숨)의 모양 및 원시 시계열의 봉투 (양의 피크를)입니다 EtCO2의 압축을 풉니 다. 매트랩 스크립트 추가 코드 파일 2를 참조하십시오. </li><li> 동기 타이머에 기초하여, 세그먼트 ETCO이 데이터는 25 초에서 종래 최종 이미지 획득 후 100 초에 제 1 화상 취득에만 기록을 유지한다. ETCO 2 시간 코스입니다입력 맥관계에 기능은 후술하는 선형 회귀 분석의 독립 변수로서 사용된다. </li><li> 시간 시프트를 변화에 시간이 두 과정 사이의 상호 상관 계수 (CC)를 계산하여 (폐에서 측정) (2) 및 ETCO (뇌 측정) MRI 신호 간의 생리 지연을 식별한다. 높은 CC를 산출 시프트 값은 최적의 시간으로 간주된다. </li><li> ETCO 2 시간 코스는 최적 지연만큼 시프트되고, MRI 신호의 특징과 일치하는 유일한 시점은 MRI 신호와 동일한 길이로되어 시계열 결과, 보존된다. </li><li> 시프트 EtCO2 시간 코스는 종속 변수 인 독립 변수와 MRI 신호 타임 코스 인 복셀 별 복셀 선형 회귀를 실시하여 SPM. </li><li> CVR의 복셀 별 복셀지도를 계산 <img alt="식 (1)" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52306/52306eq1.jpg" /> 여기서, (나는, J, K)은 t이다그 인덱스를 복셀, β1은 EtCO2 및 β0와 연관된 회귀 계수는 상수항과 연관된 회귀 계수이다. 분 (ETCO 2)는 시간 경과에 ETCO 2 최소값. </li></ol>

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HL과 PL은 가스 전달 시스템의 일부를 설명하는 UT Southwestern Medical Center가 소유한 임시 특허의 발명가입니다.

이 보고서는 MR 호환 가스 전달 시스템 및 인간의 뇌 혈관 반응성의 맵핑을 허용 광범위한 실험 프로토콜을 제시 하였다. 가스 전달 시스템의 다이어그램은도 1에 도시된다. MRI 스캐너 실내의 모든 부품들이 플라스틱 MRI 호환성을 보장한다. 시스템은 개념적으로 가스 흡입 서브 시스템 (봉투, 공급 튜브, 양방향 밸브), 호흡 인터페이스 서브 시스템 (코 클립, 마우스 피스, U 자형 튜브)를 포함하여 세 개의 서브 시스템으로 분할 될 수 있고, 모니터링 서브 시스템 (2 CO 농도, 산소 포화도, 심장 박동, 호흡 속도). 가스 흡입 서브 시스템은 가스가 양방향 밸브에 도달하도록 흡입되도록한다. 만이 서브 시스템을 통해 흘러, 공기를 흡입하지만, 공기를 뿜어 없습니다. 호흡 인터페이스 서브 시스템은 피사체가 호흡과 의도 가스에서 할 수 있습니다. 모두 흡입과 호기 가스는이 하위 시스템을 통해 흐를 것이다. monitoring 서브 시스템은 호흡 따라서 인터페이스 서브 시스템을 따라 지점에서 가스를 샘플링한다. 이 기술의 임상 응용 프로그램은 뇌졸중, 동맥 경화, 모야 모야 병, 혈관성 치매, 다발성 경화증, 뇌 종양과 같은 신경 질환 뇌 혈관 예약의 평가를 포함 할 수있다. 기술은 또한 정상화 또는 신경 활동의보다 나은 23,24 정량의 fMRI 신호를 보정하는 기능 MRI 연구에 사용될 수있다. 제안 된 시스템 및 실험 프로토콜의 중요한 특징은 최소한의 움직임이나 불편 함을 야기하는 동안 가스 혼합물을 환자에게 전달 될 수 있다는 것이다. 따라서, U 자형 튜브 (상품 번호 12)이를 (및 그것의 단부에 연결된 마우스 피스)가 자연적으로 피사체의 입으로 아래쪽으로 하강되도록 배치하는 것이 중요하다. 이 방법은, 피사체가 길게 또는 마우스 피스를 지원하기위한 자신의 얼굴 근육을 사용할 필요가 없다. 또한 수입입니다개미는 피사체가 마우스 피스를 입에있는 동안 이야기 할 수 없다는 것을 알고 있어야합니다. 따라서 연구자는 질문 톤 주제로 얘기를 피해야한다. 대신에, 단지 명확하고 확실한 지침이 주어져야한다. 또한, 연구자는 실험의 전체 과정에서 생리 학적 매개 변수 (예를 들어, ETCO 2, SO 2, 심장 박동, 호흡 속도)에주의해야하며, 하나 또는 생리 학적 파라미터의 이상이 일반적인 범위 밖에 차이가 생기면 즉시 응답 . 문헌에 사용되는 다른 가스 전달 시스템의 철저한 조사는이 문서의 범위를 벗어나지 만, 몇가지 일반적으로 사용하는 것 (17, 18)에 현재의 시스템을 비교하는 데 유용합니다. 큰 차이는 우리의 시스템은 대부분의 다른 시스템 디자인의 마스크를 사용하는 반면 의도 가스를 제공하는 마우스 피스를 사용한다는 것입니다. 마스크를 이용하여 잠재적 인 합병증의 두 폴드이다. 우선, 마스크 O공간 상당량 ccupies, 그것은 항상 많은 피사체에 자신의 코가 거의에도 마스크없이 헤드 코일을 터치 할 것을 고려하면, 헤드 코일 내부에 꽉 공간으로 마스크 맞게 적합하지 않을 수도있다. 이것은 특히 보통 피사체의 머리로 단단히 맞춰 설계되어 고감도를 달성하기위한 헤드 코일에 대한 경우이다. 마스크 디자인과 관련된 합병증 초 호기 흡입 및 혼합 가스의 실질적인 결과 마스크 내부에 큰 공간이 존재한다는 것이다. 따라서, 이상적으로 호기 가스만을 기반으로해야 ETCO (2)의 측정의 정확도에 영향을 미칠 수있다. 정확한 ETCO 2 CVR 맵의 신뢰성도 물론 중요하다. 많은 다른 시스템에 비해 시스템의 우리의 또 다른 중요한 차이점은 우리의 시스템은 백 대신 가스 탱크로부터 가스를 전달한다는 것이다. 따라서, 탱크는 계속 귀중한 공간을 절약 스캐너 영역에 필요하지 않다<html> MRI 제품군의 ROL 룸. 우리의 설계에있어서, 우리는 주사가 시작되기 전에 백을 가져오고, 다음 주사, 가방 비워 절첩되고, 치워. 마지막으로, 몇 가지 다른 시스템에 비해 18,21, 현재 가스 전달 시스템은 간단하고, 적은 훈련 시간을 필요로하고, 그 소모품 덜 비싸다. 이는 본 조사 프로토콜 주로 CO 2 흡입에 집중되었지만, 제시된 가스 전달 시스템은 다른 가스 혼합물 (의 전달을 허용하는 것이 지적되어야 예, O (2)의 임의 부분, CO (2)의 임의 부분, 어떤 s는 / 그는 MRI 스캐너 내부 거짓말을하는 동안 그들에게 인간에 대한 N 2, 그들의 조합)의 비율은 숨을 쉴 수 있습니다. 하나는 뇌전도 (EEG), magnetoencephalogram (MEG), 양전자 방출 단층 촬영 (PET), 또는 최적의 촬상과 함께, 예를 들면, MRI의 컨텍스트 외부의 가스 전달 시스템을 사용할 수있다. 촬상 파라미터의 추천을 제공 할 때 _content는 &quot;&gt;, 우리는 주로 BOLD 시퀀스에 초점을 맞추고있다. 잠재적 CVR 매핑에 사용될 수있는 또 다른 시퀀스는 뇌 혈류의 정량적 측정 값을 제공 동맥 스핀 라벨 (ASL) MRI (CBF)는 생리적 유닛 (ML 혈액 분당 100g 조직 당)이다. 따라서, ASL 기반 CVR 매핑의 장점은, 결과뿐만 아니라 혈류, 혈액량의 결합 된 효과를 반영 BOLD 신호 달리 쉽게 해석 할 수 있다는 것이다 CO 2 도전 25-27 동안 뇌 대사 변형 가능 기여. 그러나 ASL 기술의 한계는 그 감도 BOLD 28보다 여러 겹 낮다는 것이다. 결과적으로, 우리의 경험은 현재, 그것이 있다는 것이다 각각의 레벨을 획득하는 것이 매우 도전, 따라서 ASL은. 따라서, CVR의 응용 연구에, 우리는 주로 BOLD 시퀀스를 사용하여 CVR지도 복셀-복셀-에 의해 또한 OU에서이 기술에 초점을R 권고. 본 발명의 방법의 한 가지 제한은 (코 클립에 의해)의 슈팅이 코와 마우스 피스를 통해 호흡하는 것은 전적으로 자연하지 않고 일부 과목 (특히 환자) 불편의 근원으로이 인식 할 수 있다는 것이다. 마우스 피스와 코 클립 호흡도 밀실 공포증의 느낌을 악화시킬 수 있습니다. 또한, 주제는 의해서만 입으로 호흡에 구강 건조가 발생할 수 있습니다. 따라서, 연구자가 신속하게 실험을 완료하기 위해 최선을 시도하는 것이 좋습니다. 마지막으로, 저자의 경험에 기초하여, 상술 한 불편이 일시적인 마자 실험이 완료되면 사라지고, 유의하는 것이 중요하다.

뇌는 총 ​​체중의 약 2 %를 차지하지만, 전체 에너지 (1)의 약 20 %를 소비한다. 당연히 충분한주의 깊게 조절 혈액 공급은 뇌가 제대로 기능을 수행하기 위해서는이 높은 에너지 수요를 충족하는 것이 중요합니다. 또한, 뇌는 다른 지역이 다른 시간에 혈액 공급의 다른 양을 필요로, 공간적으로 이기종 시간적 역동적 인 기관이다. 따라서, 혈액 공급의 동적 변조는 인간의 뇌 순환의 중요한 요구 사항을 나타냅니다. 다행히도, 이것은 혈관의 중요한 기능은 팽창하고 뇌의 수요 및 생리적 상태에 기초하여이 수축하는 것이라고 혈관 막 강성 파이프가없는 것으로 공지되어있다. 뇌 - 혈관 반응성 (CVR)로 알려진 선박,이 기능 속성은 혈관 건강의 유용한 지시약으로 생각하고 여러 가지 신경 학적 공조에 응용 프로그램을 찾을 수 있습니다뇌졸중 3, 4 치매, 동맥 경화 5, 작은 혈관 질환 (6), 뇌종양 (7), 모야 모야 병 (8), 및 약물 중독 9 ns의. 생리 마취 문헌에서, (예를 들어, CO (2)의 소량의 흡입) 혈관 반응 (10-13)을 모니터링하면서 동맥 CO 2 레벨을 변경함으로써 CO 2 가스 강력한 혈관 확장제이므로, CVR은 평가 될 수 있다고 알려져 . 이미징 및 방사선 분야에서 MRI를 사용하여 CVR 매핑은 빠르게 많은 기초 과학자와 임상의 8,14-19에 대한 관심의 새로운 마커로 부상하고있다. 이것은 보통 많은 혈관 응답이 혈관에 작용하는 도전에 의해 유도되는 방법을 검사하여 추정된다. 그러나, 기술적 인 가스 전달 시스템의 발전 및 실험 프로토콜의 표준화에 대한 필요성이 존재한다. MRI 스캐너 내부 환자에게 특수 가스 혼합물을 제공하는 것은 사소한 특별 고려 아니다MRI 호환 설계가 필요합니다. 특별 고려 MRI 호환 가스 전달 시스템을 설계해야한다. 이러한 특별한 고려 사항은 다음과 같습니다 : 1) 모든 구성 요소 (금속 MRI 내에서 사용할 수 없습니다) 비금속해야합니다; 2) 시스템은 MRI 시스템과 머리 코일 허용하는지 작은 공간 내에서 작동한다; MRI 스캐너가 필요로 3) 시스템이 더 불편, 앉아 대신) (거짓말 다운 위치와 함께 작동한다; 4) 기말 CO2 (EtCO2, 동맥혈 CO2 함량) 및 산소 포화도의 근사치로서 중요한 생리적 파라미터는, 타이밍 정확도 초 정확하게 기록 및 분석에 사용할 컴퓨터에 저장한다. 이러한 문제는 CVR 매핑 애플리케이션의 범위를 제한 할 수있다. 이보고에서는, 피사체가 MRI 스캐너 내부 거짓말하면서 영감 가스의 함유량을 조절하는 광범위한 가스 전달 시스템을 사용하여 실험 프로토콜을 제시 하였다. 우리이 방법을 보내고, 연​​구원은 비 침습적 최소한의 불편 또는 대량 이동으로 참가자에게 혈관에 작용하는 자극을 적용 할 수 있습니다. 생리 학적 매개 변수 및 MRI 이미지는 실내 공기 및 hypercapnic 가스 호흡의 교류 블록 (블록 당 1 분)로 구성되어 약 9 분의 전체 기간 동안 기록되었다. 대표 결과가 제시된다. 잠재적 인 응용 프로그램 및 제한 사항이 논의된다.

<table><tbody><tr><td>더글라스 백&nbsp;</td><td>하버드 장치</td><td>500942</td><td>200 L 용량</td></tr><tr><td>삼방향 밸브</td><td>한스 루돌프</td><td>CR1207</td><td>100% 플라스틱</td></tr><tr><td>양방향 비재호흡 밸브</td><td>한스 루돌프</td><td>CR1480</td><td>22 mm/15 mm ID</td></tr><tr><td>다이어프램</td><td>한스 루돌프</td><td>602021-2608</td><td>크기: 중간, 유형: 나선형</td></tr><tr><td>입 조각</td><td>한스 루돌프</td><td>602076</td><td>실리콘, 모델 #&nbsp; 9061</td></tr><tr><td>코 클립</td><td>Hans Rudolph</td><td>201413</td><td>플라스틱 폼, 모델 # 9014</td></tr><tr><td>가스 전달 튜브</td><td>진공</td><td>1011-108</td><td></td></tr><tr><td>블루 커프</td><td>진공</td><td>22254</td><td></td></tr><tr><td>가스 샘플링 튜브</td><td>QoSINA</td><td>T4305</td><td>얇은</td></tr><tr><td>남성 luer</td><td>QoSINA</td><td>11547</td><td></td></tr><tr><td>소수성 필터</td><td>Philips Medical Systems</td><td>9906-00</td><td>일회용</td></tr><tr><td>U-형 튜브</td><td>제작</td><td></td><td></td></tr><tr><td>자체 제작 팔꿈치 커넥터</td><td>QoSINA</td><td>51033</td><td></td></tr><tr><td>EtCO2 모니터</td><td>Philips Medical Systems</td><td>모델 1265</td><td></td></tr><tr><td>펄스 산소 측정&nbsp;</td><td>Invivo</td><td>Expression</td><td>MRI 모니터링 시스템</td></tr><tr><td>MRI 스캐너&nbsp;</td><td>필립스</td><td>Achieva 3.0T TX</td><td></td></tr><tr><td>소독제</td><td>Fisher Scientific</td><td>04-355-13</td><td>Decon BDD Bacdown 세제 소독제</td></tr></tbody></table>

가스 흡입 도전을 통해 뇌 혈관 반응성의 mri 매핑

MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges

뇌는 상이한 영역들이 서로 다른 시간에 혈액 공급을 필요로하는 다른 양으로, 공간적 및 시간적으로 이종 동적 기관이다. 따라서, 팽창하거나 수축하는 혈관의 능력, 대뇌 혈관 반응성 (CVR)로 알려진, 혈관 기능의 중요한 영역을 나타낸다. 이 동적 속성을 나타내는 묘화 마커 뇌졸중, 치매, 죽상 경화증, 혈관 질환 작은, 뇌종양, 외상성 뇌 손상, 다발성 경화증과 같은 정상 및 질병 상태에서 뇌 혈관의 새로운 정보를 제공 할 것이다. 인간에서 이러한 유형의 측정을 수행하기 위해, 정량적 뇌 자기 공명 영상 (MRI)가 수집되는 동안 및 / 또는 O 2 가스 혼합물 등 CO 2로 혈관에 작용하는 자극을 제공하는 것이 필요하다. 이 작품에서 우리는, 예를 들어 특수 가스 혼합물의 배달을 허용 MR 호환 가스 전달 시스템 및 관련 프로토콜 (제시 </EM&gt; O 2, CO 2, N 2, 그들의 조합) 피사체가 MRI 스캐너 내부 거짓말된다. 이 시스템은 상대적으로 간단하고 경제적이며 사용하기 쉬운, 그리고 실험 프로토콜은 신경 장애와 건강한 지원자와 환자 모두에서 CVR의 정확한 매핑을 할 수 있습니다. 이러한 접근법은 광범위한 임상 적용에서 뇌 혈관 병태 생리에 대한 이해에 사용될 수있는 잠재력을 가지고있다. 비디오에서 우리는 MRI 스위트 룸 내부의 시스템을 설정하는 방법과 인간의 참가자에 완벽한 실험을 수행하는 방법을 보여줍니다.

데이터의 두 가지 유형. 제안 된 프로토콜, 생리 학적 기록 및 자기 공명 영상으로 수집 대표적인 대상에서 생리 학적 매개 변수의 2와 3은 녹음도된다. 그림에서 검은 색 추적이 표시 마우스 피스 근처에 샘플링 된 공기 중의 CO 2 함량을 나타내는 CO 2 모니터에 의해 기록 된 CO 2 시간 코스. 이 추적은 시간의 함수로 빠르게 변동합니다. 호흡주기의 흡입 단계 중에,이 기록은 흡입 공기 중의 CO 2 콘텐츠를 반영하고, 호기 단계 동안,이 기록은 호기 공기 중의 CO 2 함량을 반영하기 때문이다. 이와 같이, 각각의 호흡주기의 상부 피크는, 호 기말 CO 2 ETCO 2, 약 동맥혈 CO 2 농도로 사용될 수 폐에서 CO 2 콘텐츠를 나타내는이라. 참고 일CO에서 동맥혈이 농도는 혈관 확장 반응의 구동력, 즉, 입력 기능이다. CO 2 트레이스 (도 2의 적색 곡선)의 피크를 수동 검사 및 정정과 함께, 호기 중에 피크를 검색하는 검출 알고리즘으로 서술 하였다. 이 때문에 부분적인 호흡에 급격한 피크를 제거하고 뇌 혈관에 폐 혈관의 흐름의 과정에서 혈액 혼합을 고려하여 중간 필터링으로 이어졌습니다. 최종 ETCO 2 시간 과정은도 2에서 녹색 곡선으로 나타내어지고, 그것은 CVR의 계산에서 사용된다. 도 3은 호흡률, 동맥혈 산소 포화도 분획 (SO 2), 및 심박수의 타임 코스를 나타낸다. SO 2 및 심박수가 맥박 산소로부터 획득되는 동안 호흡률은 CO 2 모니터로부터 얻어진다. 들 수 있듯이EEN, 이러한 매개 변수는 탄산 혈증 도전과 체계적인 변화를 표시하지 않습니다. 따라서 폐의 O 2 분압이 소폭 증가, 주제에 호흡을 일으킬 않는 탄산 혈증을합니다. 혈액 헤모글로빈이 이미 크게 실내 공기 호흡 포화 산소 해리 곡선은 그 범위 내에서 오히려 평면이다 그러나, SO 2에 미치는 영향이 최소화됩니다. 그림 4는 실험의 서로 다른 시간에 대표 BOLD MR 이미지를 보여줍니다. (MR 임의 단위)의 평균 신호 강도는 또한 도시된다. 이는 뇌의 BOLD 신호 CO 2 흡입 또는 증가를 보여주고 있음을 알 수있다. 실내 공기와 CO 2 기간 사이의 신호 진폭 차가 1-3 % 정도에 유의. 생리 녹음 및 MR 영상 데이터를 결합, 복셀 별 복셀 CVR 맵이 계산 될 수있다. 그림 5 담당자결과의 재현성을 보여주는 다섯 가지 일에 스캔 건강한 피사체의 (mmHg로 CO 2 변화 당 %의 신호 변화의 단위) CVR지도. 제안 된 기술은 지금까지 20, 알츠하이머 병 (4), 다발성 경화증 (21), 및 운동 훈련 (22) 노화 연구에 적용되었습니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig1highres.jpg" /> 그림 1. 가스 전달 시스템의 다이어그램입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig2highres.jpg" /> 대표적인 대상 뒤의 그림 2. CO 2 시간 코스실험에 전화. 실내 공기 호흡 기간 (왼쪽 아래), 5 % CO 2 흡입 기간 (오른쪽 아래)에 대해 표시되는 CO 2 모니터에 의해 기록 된대로 숨 별 호흡 CO 2 콘텐츠 추적의 세그먼트. 추출 ETCO 2 시간 코스가 색 곡선에 표시됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig3highres.jpg" /> 그림 3. 녹음 된 실험 중 대표적인 대상에서 생리 매개 변수를 설정합니다. (A) 호흡 속도 (BPM, 분당 호흡) 피사체의 시간 코스. (B)하여 피사체 2 (%) 시간 코스. (C) 심장 속도 (분당 박자 BPM) 피사체의 시간 코스. 주제는<html> 그림 1과 같은 하나. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig4highres.jpg" /> 그림 실험의 서로 다른 시간에 4. 대표 BOLD 자기 공명 영상. 표시 뇌 조각의 평균 신호 강도 (MNI 공간에서 축 슬라이스 # 54) 아랫 줄에 보여 주었다됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig5highres.jpg" /> 그림 대표 피사체 5. 대표 CVR지도..jove.com / 파일 / ftp_upload / 52306 / 52306fig5large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

뇌 혈관 구조의 확장 또는 수축 능력에 대한 비침습적 영상은 다양한 신경 질환의 뇌혈관 병태생리학을 더 잘 이해할 수 있도록 합니다. 본 보고서는 자기공명영상(MRI)을 사용하여 인간에서 혈관 반응성 영상을 수행하기 위한 재현 가능하고 환자에게 편안한 프로토콜을 설명합니다.

가스 흡입 도전을 통해 뇌 혈관 반응성의 MRI 매핑

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

본 절차의 전반적인 목적은 기록 중 혈액 내 이산화탄소 가스 함량을 조절함으로써 뇌혈관 반응성을 측정하는 것입니다. 뇌 관류의 변화는 MRI를 통해 확인합니다. 이를 위해 먼저 MRI 호환 가스 공급 시스템을 설정합니다.두 번째 단계는 호기말 이산화탄소와 같은 생리학적 매개변수를 기록하는 데 필요한 장비를 설정하는 것입니다. 다음으로, 피험자에게 코 집게와 마우스피스를 제공하고 편안한 호흡 리듬으로 구강 호흡을 하도록 안내합니다. 마지막 단계는 MRI 스캔을 수행하는 것이며, 이 과정 동안 흡입 가스를 실내 공기와 이산화탄소로 주기적으로 교체합니다.최종적으로, MRI 데이터와 조석 CO2 사이의 선형 회귀 분석을 통해 뇌혈관 반응성을 결정합니다. 기존 문헌의 방법들과 비교하여 이 CVR 매핑 기술의 주요 장점은 가스 공급 시스템이 단순하다는 것입니다. 이 절차는 교육 시간이 덜 소요되며 장비 비용 또한 저렴합니다.실험을 시작하기 전, 두 명의 동료 및 Yame Chan과 함께 이 절차를 시연하겠습니다. 먼저, 여기 보이는 가스 공급 시스템 도식도를 검토하십시오. 그런 다음 5% carbon dioxide, 21% oxygen, 74% nitrogen이 포함된 의료용 가스 혼합물로 200 liter 용량의 Douglas bag을 채워 준비를 시작하십시오.다음으로, 일방향 가스 흐름을 보장하기 위해 두 개의 다이아프램을 2방향 비재호흡 밸브에 장착합니다. 그 후, 이렇게 조립된 2방향 밸브와 가스가 채워진 더글러스 백을 자기공명영상(MRI)실로 가져갑니다. 가스 공급 튜브를 2방향 밸브의 입력단에 연결한 다음, 무게 지지를 위해 헤드 코일 측면에 부착합니다.전달 튜브의 반대쪽 끝을 가스가 채워진 더글러스 백(Douglas bag)에 연결하십시오. 가스 샘플링 포트가 밀폐된 엘보 커넥터를 사용하여 마우스피스를 U자형 튜브에 연결하십시오. 그런 다음 또 다른 엘보 커넥터를 통해 가스 샘플링 튜브를 U자형 튜브에 연결하십시오.가스 샘플링 튜브의 다른 쪽 끝에 소형 공기 필터를 연결합니다. 그다음 공기 필터의 반대쪽 끝을 이산화탄소 모니터에 연결합니다. MRI실의 제어실 내에서 수행합니다.이산화탄소 및 맥박 산소 포화도 모니터를 켜고 이산화탄소 모니터의 자동 교정을 수행합니다. 그다음, USB 포트를 통해 모니터를 노트북에 연결합니다. 그런 다음 모니터와 통신하는 하이퍼 터미널 소프트웨어를 엽니다.모니터를 동기화하려면 타이머를 사용하여 각 모니터의 시간을 기록하십시오. 시간 차이는 나중에 보정할 수 있습니다. 데이터 처리 시, 신호 바의 한쪽 끝을 도파관에 삽입하여 한쪽 끝은 자석실 내부에, 다른 쪽 끝은 제어실에 위치하도록 합니다.이 바는 스캔 도중 3방향 밸브를 전환해야 할 때 마그넷 룸 내부의 연구자에게 알리는 용도로 사용됩니다. MRI 안전성 스크리닝을 실시하고 고지된 동의서를 받은 후, 피험자를 MRI 테이블에 눕힙니다. 스캔 과정 중 불편함이 느껴질 경우를 대비해 간호사 호출 버튼을 제공하십시오.그 다음 피험자에게 물티슈로 코를 닦아내도록 요청하십시오. 피부의 유분을 제거하기 위해 피험자에게 입으로 숨을 쉬며 호흡 리듬을 설정하고 유지하도록 지시한 후 코집게를 장착하십시오. 그런 다음 엘보 커넥터를 통해 U자형 튜브의 개방된 끝부분을 2방향 밸브의 중앙 포트에 연결하십시오.다음으로, 피험자가 호흡할 수 있도록 마우스피스를 조심스럽게 배치합니다. 그런 다음 펄스 옥시미터 손가락 센서를 부드럽게 부착합니다. 피험자의 머리가 헤드 코일의 ISO 중심에 위치해 있는지 확인하십시오.그런 다음 MRI 테이블을 마그넷 보어 안으로 밀어 넣습니다. 이때 한 명의 연구원은 마그넷 룸 내부에 남아 피험자를 모니터링하고 Douglas bag의 3방향 밸브를 조작해야 합니다. 해당 연구원은 제어실의 MRI 소음을 차단하기 위해 귀마개와 헤드셋을 착용했는지 확인하십시오.이산화탄소 및 펄스 옥시미터 모니터에 표시되는 호기말 CO2 및 동맥혈 산소 포화도 파라미터를 확인하십시오. 노트북에서 파라미터 기록을 시작하십시오. 3 Tesla MRI 스캐너의 혈중 산소 농도 의존성(BOLD) 시퀀스를 사용하여 스캔을 시작하십시오.이미지 파라미터를 자세히 확인하십시오. 스캔이 진행되는 동안 피험자의 생리학적 측정치를 모니터링하십시오. 밸브 전환 타이밍이 기재된 미리 준비된 시트를 검토하고, 전환이 필요한 시점에 신호 바를 부드럽게 흔드십시오.신호를 받으면, 마그넷실 내부의 연구원은 피험자가 흡입하는 가스의 종류를 조절하는 신호 바의 움직임에 따라 더글라스 백(Douglas bag)을 전환해야 합니다. 9분간의 영상 촬영 기간 동안 연구가 진행되는 내내 이 절차를 계속하십시오. 밸브 전환이 약 1분마다 한 번씩 이루어지도록 확인하십시오.최종 제목 CO2 시간 경과가 기록되는 한, 스위치 전환 타이밍이 반드시 정밀할 필요는 없다는 점에 유의하십시오. 인터컴을 사용하여 피험자에게 스캔이 완료되었음을 알립니다. 그런 다음 스캐너 테이블을 밀어내고, 타액을 닦아낼 수 있도록 세정 티슈를 제공하면서 피험자의 코 클립과 마우스피스를 조심스럽게 제거하십시오. 손가락 센서 또한 조심스럽게 제거합니다.그 다음 피험자가 일어나 MRI 테이블에서 내려오도록 합니다. 가스 샘플링 튜브, 공기 필터, 마우스피스와 코집게는 폐기하고, 재사용 가능한 모든 구성 요소는 세척합니다. 2방향 밸브를 다른 구성 요소에서 분리하고, 밸브에서 다이아프램을 제거합니다.양방향 밸브, 다이아프램 및 U자형 튜브를 계면활성제가 포함된 농축 인산염 제거 소독제(예: back down 세제 소독제)에 담급니다. 용기에 넣고 20분 동안 담근 후, 증류수로 충분히 헹굽니다. U자형 튜브는 압축 공기로 건조합니다.2방향 밸브와 다이아프램을 깨끗한 조리대 위에 놓고 자연 건조시키며, Douglas bag을 완전히 비운 뒤 신호 바와 회색 튜브를 정리합니다. 마지막으로, MATLAB 및 통계적 파라메트릭 매핑(statistical parametric mapping) 소프트웨어를 사용하여 기록된 end title CO2 시간 과정과 BOLD 영상을 데이터 분석합니다. SPM을 사용하여 이동된 end tidal CO2 시간 과정을 독립 변수로, MRI 신호 시간 과정을 종속 변수로 하여 복셀 단위의 선형 회귀 분석을 수행합니다.결과물은 뇌혈관 반응성 지도입니다. 이 그림은 서로 다른 실험 시점에서의 대표적인 BOLD 영상을 보여줍니다. 하단 행에는 평균 신호 강도 또한 표시되어 있습니다.이산화탄소 흡입 시 뇌의 굵은 신호가 증가하는 것을 확인할 수 있습니다. 실내 공기 흡입 시와 이산화탄소 흡입 시의 신호 차이는 진폭 기준으로 1~3% 수준임에 유의하십시오. 이 그림은 밀리미터 수은주(mmHg)당 신호 변화 백분율 단위로 나타낸 대표적인 뇌혈관 반응성 지도를 보여줍니다.이산화탄소. 건강한 피험자를 5일 동안 서로 다른 날에 스캔하여, 기술을 숙달한 후 결과의 재현성이 매우 우수함을 보여줍니다. 적절하게 수행하고 본 논문에 설명된 적절한 데이터 분석을 거치면, 이 기술은 9분 이내에 완료될 수 있으며 뇌혈관 반응성 지도를 얻을 수 있습니다.

mri-mapping-cerebrovascular-reactivity-via-gas-inhalation

Research

연구

JoVE Journal

Medicine

의학

이 프레 젠 테이션은 의사 결정을 기초 신경 회로를 공부하기 위해 fMRI를 사용을 보여줍니다. 간단한 지각 작업은 결과는 의사 결정 과정에 미치는 영향 조사 appetitive와 aversive 보강재와 결합됩니다.

강화, Eyetracking 및 생리 감시 기능 이미징

세 가지 다른 영감 산소 농도에 노출이 경우에 생리 조건에 따라 다양한 폐동맥 혈류의 분포를 연구 MR 이미징 방법 : hypoxia, normoxia, 그리고 hyperoxia가 설명되어 있습니다. 이 기술은 MR 검사 환경에서 인간의 폐 생리학 연구 기술을 활용합니다.

조정 아티 스핀 라벨을 사용하여 폐 관류의 자기 공명 이미징 부량

이 기법의 목적은 pharmacological 자기 공명 영상 (phMRI) 및 선택적 세로토닌 reuptake 억제제 (SSRI), 플루옥세틴​​과 정맥 도전과 라이브 및 무료 숨쉬는 동물에서 세로토닌 (5-HT) 신경 전달 물질의 기능을 평가하는 것입니다.

사전 임상 연구에서 Pharmacological - 도전 fMRI의 사용 : 5-HT 시스템 신청

여기에 제시된 방법은 동시 양전자 방출 단층 촬영 및 자기 공명 영상 법을 사용한다. 대뇌 저산소증 - 허혈 모델에서, 확산 및 당 대사에 역동적 인 변화는 동안과 손상 후 발생합니다. 의미있는 멀티 모달 촬상 데이터를 취득 할 경우에이 모델 진화 재생 불가능한 손상 동시 획득을 필요.

마우스 대뇌 저산소증 - 허혈 동안 동시 PET / MRI 영상

특정 환기 화상 진 찰은 조 영제로 서 흡입 된 산소를 사용 하 여 인간의 폐에 지역 특정 환기의 정량화를 허용 하는 기능적 자기 공명 영상 기술 이다. 여기서는 특정 환기 이미징 데이터를 수집 하 고 분석 하는 프로토콜을 제시 합니다.

양성자 자기 공명 영상 및 조 영제로 산소를 사용 하 여 인간의 폐에 특정 통풍의 정량 매핑

이 기사에서는 망막 이미지를 획득하면서 혈관 활성 자극을 전달하기 위해 가스 호흡 도발 기술을 사용하여 인간 피험체와 함께 생체 내에서 망막 혈관 반응성을 측정하는 방법을 설명합니다.

광학 일관성 단층 조영술 혈관 조영술에 의해 평가된 망막 혈관 반응성

혈관 활성 호흡 조작과 결합된 산소 민감성 심장 자기 공명 영상에 의한 미세혈관 기능 평가는 생체 내 심근 산소화의 급격한 동적 변화를 평가할 수 있는 능력에서 독보적이며, 따라서 관상 동맥 혈관 기능에 매우 중요한 진단 기법이 될 수 있습니다.

관상 동맥 미세혈관 기능 장애의 비침습적 평가를 위한 혈관 활성 호흡 기동을 사용한 산소 민감성 심장 MRI

PET에 의한 산소 및 포도당 대사의 정량적 측정은 확립된 기술이지만 실제 프로토콜에 대한 세부 정보는 문헌에 드물게 설명되어 있습니다. 이 논문은 최첨단 양전자 방출 단층 촬영-컴퓨터 단층 촬영 스캐너에서 성공적으로 구현된 실용적인 프로토콜을 제시합니다.

Time-of-Flight 양전자 방출 단층 촬영-컴퓨터 단층 촬영 스캐너를 사용한 뇌 산소 및 포도당 대사에 대한 다중 추적 연구

여기에서는 폐 환기 및 관류 역학 평가를 위한 조영제가 없는 양성자 MR 기법으로서 위상 분해 기능성 폐 MRI의 구현에 대해 설명합니다. 다양한 분야의 강점과 연령대에 걸쳐 검증되고 적용 가능한 이 제품은 질병 정량화 및 치료 모니터링을 지원함으로써 향후 임상 의사 결정을 향상시킬 수 있습니다.

폐 환기 및 관류(V/Q) 평가를 위한 단계 분해 기능적 폐 MRI

3차원(3D) 위상분해 기능성 폐(PREFUL)는 8분 동안 조력 호흡 및 조영제 무함유 획득을 사용하여 전체 인간 폐 용적의 국소 환기를 정량화할 수 있는 기능적 자기 공명 영상(MRI) 기술입니다. 여기에서는 3D PREFUL 이미징 데이터를 수집하고 분석하기 위한 MR 프로토콜을 제시합니다.

3차원 위상 분해 기능적 폐 자기 공명 영상

학습하세요 뇌 혈관 반응성 측정을 위한 비침습적 MRI 프로토콜을 통해 이산화탄소 농도 변화에 따른 뇌 관류 변화를 평가하는 방법을. 이 기술은 신경질환 연구에 활용됩니다.

가스 흡입 도전을 통해 뇌 혈관 반응성의 MRI 매핑

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