Name: MRI Mapping van cerebrovasculaire reactiviteit via Gas Inademing Uitdagingen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 33 s
Description: Leer cerebrovasculaire reactiviteit meten via MRI door CO2-inademing te moduleren bij mensen. Dit niet-invasieve protocol biedt een betrouwbare methode voor het in kaart brengen van cerebrale doorbloeding.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health (NIH), onder subsidienummers R01 MH084021, R01 NS067015, R01 AG042753, NS076588, NS029029-20S1, R21 NS078656; en van de National Multiple Sclerosis Society, onder subsidienummer RG4707A2.

OPMERKING: Het protocol werd goedgekeurd door de Universiteit van Texas Southwestern Medical Center van de Institutional Review Board. 1. Schematische weergave van het Gas Delivery System en voorbereidende stappen voor het experiment <ol style="margin-left: 40px;"><li> Beoordeel het diagram van het gastoevoersysteem (figuur 1). Vul 200 L Douglas zak (punt 1 #) met een medische kwaliteit gasmengsel bevattende 5% CO2, 21% O2 en 74% N2. </li><li> Plaats twee diafragma&#39;s (punt 4 #) in de twee-weg-niet-rebreathing ventiel (punt 3 #) naar een manier gasstroom te waarborgen. Breng dit samengestelde twee-weg klep en de gasgevulde Douglas zak (punt 1 #) in de magneet kamer. </li><li> Sluit de gasleveringsbuis (Item # 7) naar de ingang einde van de twee-weg ventiel (punt 3 #). Bevestig de gasleveringsbuis (Item # 7) aan de zijkant van het hoofd spoel om gewicht te ondersteunen. Sluit het andere uiteinde van de gasleveringsbuis (Item # 7) gasvullende Douglaszak (Item # 1). </li><li> Sluit het mondstuk (Item # 5) om de U-vormige buis (Item # 12) via een elleboog-connector (Item # 13 met gassampleslang poort afgesloten). </li><li> Sluit de-gasbemonstering buizen (punt 9 #) aan de U-vormige buis (Item # 12) via een andere elleboog-connector (Item # 13). </li><li> Sluit een kleine lucht-filter (post # 11) aan het andere uiteinde van de-gasbemonstering buis (punt 9 #). Sluit het andere uiteinde van de CO 2 (Item # 14) de lucht-filter (post # 11) te monitoren. </li><li> In de controlekamer van de MRI-suite, zet de CO 2 (Item # 14) en pulsoxymetrie (Item # 15) monitoren. Voer een automatische kalibratie voor de CO 2 monitor. </li><li> Sluit de monitor aan op een laptop met behulp van USB-poorten. Open de HyperTerminal software die bij de monitoren communiceert. Synchroniseer &#39;keer met een timer door monitoren opschrijven van de timer de tijd en de bijbehorende&#39; de monitoren tijden. De verschillen van de timer tijd en tijden monitoren &#39;zullen worden verantwoord in data proverwerking (stap 4.4). </li><li> Verbind met een signalering bar in een golfgeleider zodat één uiteinde van de staaf is in de magneet kamer en het andere einde in de controlekamer. OPMERKING: De signalering bar wordt gebruikt voor het melden van de onderzoeker in de magneet kamer tijdens de scan bij het omschakelen van de driewegklep (item # 2) nodig. </li></ol> 2. Procedures tijdens het experiment <ol style="margin-left: 40px;"><li> Vraag het onderwerp op de MRI-tafel te liggen, maar hem niet zetten / haar in de magneet boring nog. Instrueer het onderwerp om op de verpleegkundige-belknop als ze het gevoel ongemak tijdens de scan. Vraag het onderwerp te vegen zijn / haar neus met een stuk van het schoonmaken doekje om eventuele vet te verwijderen. </li><li> Instrueer het onderwerp te ademen door de mond en om vast te stellen en onderhouden van een ademhalingsritme. Breng dan een neusklem (Item # 6) over het onderwerp. </li><li> Sluit het open uiteinde van de U-vormige buis (item # 12) naar het midden poort van de tweewegklep (punt 3 #) via de elboog connector (Item # 13). </li><li> Plaats voorzichtig het mondstuk in de mond van het onderwerp, zodat het onderwerp kan ademen door het mondstuk. Zachtjes bevestig de vinger sensor van de pulsoxymetrie (Item # 15) aan de vingertop van het onderwerp. </li><li> Verzekeren dat het hoofd van het onderwerp in het iso-centrum van het hoofd spoel. Bedien de MRI-tafel om hem / haar te plaatsen in de magneet boring. </li><li> Ervoor te zorgen dat een onderzoeker een verblijf in de magneet kamer te bewaken het onderwerp en worden voorbereid op de driewegklep het inschakelen van de Douglas zak (punt 1 #). Ervoor dat de onderzoeker is het dragen van oordopjes en een headset aan MRI ruis te blokkeren. </li><li> Sluit de magneet kamer deur en, in de controlekamer, controleer dan de EtCO 2 en arteriële zuurstofverzadiging fractie (SO 2) parameters weergegeven op de CO 2 (Item # 14) en pulsoxymetrie (post # 15) monitoren. Start de registratie van de parameters op de laptop. </li><li> Instrueer de MRI-operator om te beginnen met scannen met behulp vanBloed-Oxygenatie-Level-Dependent (BOLD) sequentie. Voor 3T MRI-scanner, de BOLD beeldvorming parameters zijn: TR / TE = 1500/30 msec, flip hoek = 60 °, gezichtsveld = 220 x 220 mm 2, matrix = 64 x 64, 29 plakjes, dikte = 5 mm, geen kloof tussen plakjes, 361 volumes. Beoordeel een voorbereide vel waarop de timing van de klep schakelen wordt opgenomen en voorzichtig zwenken de signalering balk wanneer een schakelaar nodig. Let goed op de fysiologie van het onderwerp, inclusief hartslag, SO 2, en EtCO 2. </li><li> Nu, in de magneet kamer, het inschakelen van de Douglas zak (punt 1 #) op basis van de beweging van de signalering bar die het soort gas dat het onderwerp inspireert controleert. </li><li> Herhaal deze procedure voor de duur van de studie. Tijdens de 9 min beeldvorming periode, ervoor zorgen dat de klep omschakeling gebeurt ongeveer eens per minuut. Merk op dat de timing van de schakelaar niet precies precies te zijn zolang de EtCO2 tijdsverloop wordt opgenomen. &lt;br /&gt; OPMERKING: Als het onderwerp drukt de verpleegkundige-belknop tijdens de scan, zal het scannen worden afgebroken en het onderwerp uit van de magneet boring verplaatst worden onmiddellijk. De onderzoeker zal het mondstuk en neus clip van het onderwerp te verwijderen. </li><li> Gebruik de intercom het onderwerp dat de scan is voltooid kennis. Trek de MRI-tafel uit. Verwijder voorzichtig de neus clip en het mondstuk van het onderwerp, terwijl het verstrekken schoonmaken weefsel om het onderwerp aan een speeksel af te vegen. Verwijder voorzichtig de vinger sensor van de pulsoximetrie van het onderwerp. Het onderwerp kan dan gaan zitten en stapt uit de MRI-tafel. </li></ol> 3. Clean-up Procedures na het experiment <ol style="margin-left: 40px;"><li> Gooi de bemonstering gasleiding (punt 9 #), air-filter (post # 11), mondstuk (punt 5 #) en neus clip (punt 6 #). </li><li> Reinig de herbruikbare componenten. Koppel de twee-weg ventiel (Item # 3) van de andere componenten en verwijder de membranen (Item # 4) uit het ventiel. Week de twee-wegklep, (punt 3 #), diafragma (punt 4 #) en U-vorm buis (Item # 12) in een geconcentreerde fosfaatvrije desinfectiemiddel met oppervlakteactieve stoffen zoals Bacdown wasmiddel ontsmettingsmiddel in een container voor 20 min. De verdunningsverhouding van het wasmiddel ontsmettingsmiddel en gedestilleerd water is 1:64. </li><li> Spoel de in 3.2 beschreven grondig met gedestilleerd water artikelen. </li><li> Droog de U-vormige buis (Item # 12) met perslucht. Plaats de twee-weg ventiel (Item # 3) en diafragma (punt 4 #) op een duidelijke aanrecht en laat ze drogen op natuurlijke wijze en volledig. </li><li> Leeg de Douglas zak. Doet weg de signalering bar en grijze buis. </li></ol> 4. Data-analyse te berekenen CVR Kaart <ol style="margin-left: 40px;"><li> Opslaan MRI data in DICOM-bestand formaat of een ander formaat vendor-specifieke. De gegevens over naar een lab computer en de gegevens omzetten in volume per volume file serie, waarbij elk bestand een 3D volume (bv BOLD afbeelding) gevonden volgens één tijdstip. </li><li> Pre-proces van de beeldgegevens. Voeren beeldvoorverwerking stappen waaronder herschikking, normalisatie, en glad met behulp van een script dat library functies van de software voor de Statistiek Parametric Mapping (SPM) noemt. Zie aanvullende code bestand 1 voor een voorbeeld van de Matlab script. </li><li> Gebruik een script om de CO 2 opname te lezen, corrigeren de monstername vertraging door het verschuiven van het tijdsverloop van een vooraf geijkte hoeveelheid (bv 12 sec in deze setup die wordt bepaald als het tijdverschil tussen een adem aan het mondstuk en de schijn van dat de adem van de CO2-opname), en extract EtCO2 die de envelop (positieve pieken) van de ruwe tijdreeksen. Zie aanvullende code bestand 2 voor de Matlab script. </li><li> Op basis van de synchronisatie-timer, het segment van de EtCO 2 gegevens om alleen de opname van 25 seconden voorafgaand aan het eerste beeld acquisitie tot 100 seconden na het laatste beeld acquisitie te houden. De EtCO 2 tijdsverloop isde invoerfunctie het vaatstelsel en wordt gebruikt als onafhankelijke variabele in de later beschreven lineaire regressieanalyse. </li><li> Identificeer de fysiologische vertraging tussen EtCO 2 (gemeten in long) en MRI signaal (gemeten in de hersenen) door eerst kruiscorrelatiecoëfficiënt (CC) tussen deze twee tijdsverloop variërende tijdverschuivingen. De verschuiving waarde die hoger CC oplevert wordt beschouwd als de optimale tijd. </li><li> De EtCO 2 tijdsverloop wordt verschoven met de optimale vertraging en alleen de tijdstippen die overeenkomen MRI signaal behouden, resulterend in een tijdreeks die van dezelfde lengte als het MRI signaal. </li><li> Voer een voxel-by-voxel lineaire regressie met behulp van SPM, waarin de verschoven EtCO2 tijdsverloop is de onafhankelijke variabele en de MRI-signaal tijdsverloop is de afhankelijke variabele. </li><li> Berekenen voxel-by-voxel kaart van CVR <img alt="Vergelijking 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52306/52306eq1.jpg" /> waarbij (i, j, k) tHij voxel-index, β1 is de regressiecoëfficiënt geassocieerd met EtCO2 en β0 is de regressiecoëfficiënt in verband met de constante term. min (EtCO 2) wordt de minimale waarde van EtCO 2 in het tijdsverloop. </li></ol>

<ol><li>Attwell, D., Laughlin, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+energy+budget+for+signaling+in+the+grey+matter+of+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cereb+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">An energy budget for signaling in the grey matter of the brain.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 21 (10), 1133-1145 (2001).</li>
<li>Kety, S. S., Schmidt, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effects+of+Altered+Arterial+Tensions+of+Carbon+Dioxide+and+Oxygen+on+Cerebral+Blood+Flow+and+Cerebral+Oxygen+Consumption+of+Normal+Young+Men%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clin+Invest%22%5BJournal%5D)">The Effects of Altered Arterial Tensions of Carbon Dioxide and Oxygen on Cerebral Blood Flow and Cerebral Oxygen Consumption of Normal Young Men.</a> J Clin Invest. 27 (4), 484-492 (1948).</li>
<li>Krainik, A., Hund-Georgiadis, M., Zysset, S., von Cramon, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+impairment+of+cerebrovascular+reactivity+and+BOLD+signal+in+adults+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Regional impairment of cerebrovascular reactivity and BOLD signal in adults after stroke.</a> Stroke. 36 (6), 1146-1152 (2005).</li>
<li>Yezhuvath, U. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Forebrain-dominant+deficit+in+cerebrovascular+reactivity+in+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol+Aging%22%5BJournal%5D)">Forebrain-dominant deficit in cerebrovascular reactivity in Alzheimer's disease.</a> Neurobiol Aging. 33 (1), 75-82 (2012).</li>
<li>Mandell, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+cerebrovascular+reactivity+using+blood+oxygen+level-dependent+MRI+in+Patients+with+arterial+steno-occlusive+disease%3A+comparison+with+arterial+spin+labeling+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Mapping cerebrovascular reactivity using blood oxygen level-dependent MRI in Patients with arterial steno-occlusive disease: comparison with arterial spin labeling MRI.</a> Stroke. 39 (7), 2021-2028 (2008).</li>
<li>Greenberg, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small+vessels%2C+big+problems%5BTitle%5D)+AND+%22N+Engl+J+Med%22%5BJournal%5D)">Small vessels, big problems.</a> N Engl J Med. 354 (14), 1451-1453 (2006).</li>
<li>Hsu, Y. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood+oxygenation+level-dependent+MRI+of+cerebral+gliomas+during+breath+holding%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Blood oxygenation level-dependent MRI of cerebral gliomas during breath holding.</a> J Magn Reson Imaging. 19 (2), 160-167 (2004).</li>
<li>Mikulis, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preoperative+and+postoperative+mapping+of+cerebrovascular+reactivity+in+moyamoya+disease+by+using+blood+oxygen+level-dependent+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosurg%22%5BJournal%5D)">Preoperative and postoperative mapping of cerebrovascular reactivity in moyamoya disease by using blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging.</a> J Neurosurg. 103 (2), 347-355 (2005).</li>
<li>Han, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BOLD-MRI+cerebrovascular+reactivity+findings+in+cocaine-induced+cerebral+vasculitis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Clin+Pract+Neurol%22%5BJournal%5D)">BOLD-MRI cerebrovascular reactivity findings in cocaine-induced cerebral vasculitis.</a> Nat Clin Pract Neurol. 4 (11), 628-632 (2008).</li>
<li>Ellingsen, I., Hauge, A., Nicolaysen, G., Thoresen, M., Walloe, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+human+cerebral+blood+flow+due+to+step+changes+in+PAO2+and+PACO2%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Physiol+Scand%22%5BJournal%5D)">Changes in human cerebral blood flow due to step changes in PAO2 and PACO2.</a> Acta Physiol Scand. 129 (2), 157-163 (1987).</li>
<li>Ide, K., Eliasziw, M., Poulin, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+between+middle+cerebral+artery+blood+velocity+and+end-tidal+PCO2+in+the+hypocapnic-hypercapnic+range+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol+%281985%29%22%5BJournal%5D)">Relationship between middle cerebral artery blood velocity and end-tidal PCO2 in the hypocapnic-hypercapnic range in humans.</a> J Appl Physiol (1985). 95 (1), 129-137 (2003).</li>
<li>Xie, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebrovascular+response+to+carbon+dioxide+in+patients+with+congestive+heart+failure%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Respir+Crit+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Cerebrovascular response to carbon dioxide in patients with congestive heart failure.</a> Am J Respir Crit Care Med. 172 (3), 371-378 (2005).</li>
<li>Rostrup, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+differences+in+the+CBF+and+BOLD+responses+to+hypercapnia%3A+a+combined+PET+and+fMRI+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Regional differences in the CBF and BOLD responses to hypercapnia: a combined PET and fMRI study.</a> Neuroimage. 11 (2), 87-97 (2000).</li>
<li>Zande, F. H., Hofman, P. A., Backes, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+hypercapnia-induced+cerebrovascular+reactivity+using+BOLD+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroradiology%22%5BJournal%5D)">Mapping hypercapnia-induced cerebrovascular reactivity using BOLD MRI.</a> Neuroradiology. 47 (2), 114-120 (2005).</li>
<li>Kastrup, A., Kruger, G., Neumann-Haefelin, T., Moseley, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+cerebrovascular+reactivity+with+functional+magnetic+resonance+imaging+comparison+of+CO%282%29+and+breath+holding%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Assessment of cerebrovascular reactivity with functional magnetic resonance imaging comparison of CO(2) and breath holding.</a> Magn Reson Imaging. 19 (1), 13-20 (2001).</li>
<li>Bright, M. G., Donahue, M. J., Duyn, J. H., Jezzard, P., Bulte, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+basal+vasodilation+on+hypercapnic+and+hypocapnic+reactivity+measured+using+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cereb+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">The effect of basal vasodilation on hypercapnic and hypocapnic reactivity measured using magnetic resonance imaging.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 31 (2), 426-438 (2011).</li>
<li>Slessarev, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prospective+targeting+and+control+of+end-tidal+CO2+and+O2+concentrations%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Prospective targeting and control of end-tidal CO2 and O2 concentrations.</a> J Physiol. 581 (3), 1207-1219 (2007).</li>
<li>Wise, R. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+forcing+of+end-tidal+carbon+dioxide+and+oxygen+applied+to+functional+magnetic+resonance+imaging%29%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cereb+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Dynamic forcing of end-tidal carbon dioxide and oxygen applied to functional magnetic resonance imaging).</a> J Cereb Blood Flow Metab. 27 (8), 1521-1532 (2007).</li>
<li>Yezhuvath, U. S., Lewis-Amezcua, K., Varghese, R., Xiao, G., Lu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+assessment+of+cerebrovascular+reactivity+using+hypercapnia%5BTitle%5D)+AND+%22BOLD+MRI.+NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">On the assessment of cerebrovascular reactivity using hypercapnia.</a> BOLD MRI. NMR Biomed. 22 (7), 779-786 (2009).</li>
<li>Lu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alterations+in+cerebral+metabolic+rate+and+blood+supply+across+the+adult+lifespan%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb+Cortex%22%5BJournal%5D)">Alterations in cerebral metabolic rate and blood supply across the adult lifespan.</a> Cereb Cortex. 21 (6), 1426-1434 (2011).</li>
<li>Marshall, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+cerebral+vascular+reactivity+in+multiple+sclerosis+measured+with+hypercapnia+perfusion+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22JAMA+Neurology%22%5BJournal%5D)">Impaired cerebral vascular reactivity in multiple sclerosis measured with hypercapnia perfusion MRI.</a> JAMA Neurology. In press, Forthcoming.</li>
<li>Thomas, B. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Life-long+aerobic+exercise+preserved+baseline+cerebral+blood+flow+but+reduced+vascular+reactivity+to+CO2%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Life-long aerobic exercise preserved baseline cerebral blood flow but reduced vascular reactivity to CO2.</a> J Magn Reson Imaging. 38 (5), 1177-1183 (2013).</li>
<li>Liu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age-related+differences+in+memory-encoding+fMRI+responses+after+accounting+for+decline+in+vascular+reactivity%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Age-related differences in memory-encoding fMRI responses after accounting for decline in vascular reactivity.</a> Neuroimage. 78, 415-425 (2013).</li>
<li>Liu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+physiologic+modulators+of+fMRI+signals%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Brain+Mapp%22%5BJournal%5D)">A comparison of physiologic modulators of fMRI signals.</a> Hum Brain Mapp. 34 (9), 2078-2088 (2013).</li>
<li>Zappe, A. C., Uludag, K., Oeltermann, A., Ugurbil, K., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+moderate+hypercapnia+on+neural+activity+in+the+anesthetized+nonhuman+primate%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb+Cortex%22%5BJournal%5D)">The influence of moderate hypercapnia on neural activity in the anesthetized nonhuman primate.</a> Cereb Cortex. 18 (11), 2666-2673 (2008).</li>
<li>Xu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+carbon+dioxide+on+brain+activity+and+metabolism+in+conscious+humans%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cereb+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">The influence of carbon dioxide on brain activity and metabolism in conscious humans.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 31 (1), 58-67 (2011).</li>
<li>Thesen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Depression+of+cortical+activity+in+humans+by+mild+hypercapnia%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Brain+Mapp%22%5BJournal%5D)">Depression of cortical activity in humans by mild hypercapnia.</a> Hum Brain Mapp. 33 (3), 715-726 (2012).</li>
<li>Lu, H., Golay, X., Pekar, J. J., Van Zijl, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+magnetic+resonance+imaging+based+on+changes+in+vascular+space+occupancy%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Functional magnetic resonance imaging based on changes in vascular space occupancy.</a> Magn Reson Med. 50 (2), 263-274 (2003).</li>
</ol>

HL en PL zijn uitvinders van een voorlopig patent, eigendom van UT Southwestern Medical Center, dat een deel van het gasafleveringssysteem beschrijft.

Dit rapport presenteerde een MR-compatibele gasafgiftesysteem en een uitgebreide experimentele protocol dat het in kaart brengen van vasculaire reactiviteit in het menselijk brein maakt. Een diagram van het gastoevoersysteem wordt in figuur 1. Alle onderdelen in de MRI scanner kamers zijn plastic hun MRI-compatibiliteit. Het systeem kan conceptueel worden onderverdeeld in drie sub-systemen, waaronder een gas intake sub-systeem (tas, levering buis, twee-weg klep), een ademhaling interface-sub-systeem (neus clip, mondstuk, U-vorm buis), en een controle subsysteem (CO 2 -concentratie, zuurstofverzadiging, hartslag, ademhaling). De gasinlaat subsysteem maakt het gas te inhaleren aan de tweewegklep bereiken. Alleen ingeademde lucht, maar niet uitgeademde lucht, zal door middel van deze sub-systeem stromen. De ademhaling interface-sub-systeem maakt het mogelijk het onderwerp te ademen in en uit de beoogde gas. Zowel ingeademd en uitgeademd gas zal via deze sub-systeem stromen. De monitoring sub-systeem moet dan ook proeven van het gas op een punt langs de ademhaling-interface sub-systeem. Klinische toepassingen van deze techniek kan omvatten evaluaties van hersenen vasculaire reserve neurologische aandoeningen zoals beroerte, atherosclerose, moyamoya ziekte, vasculaire dementie, multiple sclerose, en hersentumor. De techniek kan ook worden gebruikt in functionele MRI studies normaliseren of kalibreren fMRI signaal voor een betere kwantificering van neurale activiteit 23,24. Een belangrijk kenmerk van het voorgestelde systeem en experimentele protocol is dat het gasmengsel kan worden afgeleverd aan de patiënt weliswaar in weinig beweging of ongemak. Daarom is het essentieel om de U-vormige buis (item # 12) zodanig dat het (en het mondstuk verbonden met het uiteinde ervan) vanzelf omlaag valt in de mond van de patiënt te plaatsen. Op deze manier hoeft het onderwerp niet nodig om zijn gezichtsspieren te houden of te ondersteunen het mondstuk te gebruiken. Het is ook importmier zich bewust te zijn dat het onderwerp niet in staat zal zijn om te praten terwijl het mondstuk is in hun mond. Daarom moet de onderzoeker niet het gesprek aan het subject via een vraag toon. In plaats daarvan moet alleen duidelijke, definitieve instructies worden gegeven. Bovendien moet een onderzoeker veel aandacht besteden aan de fysiologische parameters (bv EtCO 2, SO 2, hartslag, ademhaling) gedurende het gehele verloop van het experiment en snel reageren wanneer een of meer van de fysiologische parameters wijken buiten de typische bereik . Terwijl een uitputtend overzicht van andere gas levering systemen die worden gebruikt in de literatuur valt buiten het bestek van dit artikel, is het nuttig om het huidige systeem te vergelijken met een paar veelgebruikte degenen 17,18. Een belangrijk verschil is dat ons systeem maakt gebruik van een mondstuk om de beoogde gas leveren terwijl de meeste andere systemen een masker ontwerp gebruikt. De mogelijke complicaties van een masker zijn twee vouwen. Eerst een masker occupies een aanzienlijke hoeveelheid ruimte, en het is misschien niet altijd haalbaar zijn om het masker te passen in de krappe ruimte in het hoofd spoel, gezien het feit dat, voor vele onderwerpen, hun neus zou bijna de kop spiraal te raken, zelfs zonder een masker. Dit is vooral het geval voor het hoofd spoelen bedoeld om een ​​hoge gevoeligheid te bereiken, die meestal zijn ontworpen om strak aan het hoofd van het onderwerp. Een tweede complicatie van een masker ontwerp is dat er grote ruimte in het masker waardoor aanzienlijke menging van ingeademde en uitgeademde gas. Het kan dus invloed op de nauwkeurigheid van de meting van EtCO 2, die idealiter zijn gebaseerd op slechts uitgeademde gas. Nauwkeurige EtCO 2 is natuurlijk belangrijk voor de betrouwbaarheid van de CVR kaart. Een ander belangrijk verschil van ons systeem in vergelijking met veel andere systemen is dat ons systeem levert gas uit een zak in plaats van een gas tank. Daarom zijn tanks niet nodig in de scanner gebied, bespaart kostbare ruimte in het vervolg<html> rol kamer van een MRI-suite. In ons ontwerp, brengen we de zak voor het begin van de scan en na de scan, de zak is geleegd, gevouwen en opgeborgen. Tenslotte vergelijking met enkele andere systemen 18,21, de huidige gastoevoersysteem eenvoudiger, vergt minder trainingstijd en verbruiksartikelen minder duur. Hierbij moet worden opgemerkt dat, hoewel het protocol in dit rapport vooral heeft gericht op de CO 2 inhalatie, de gepresenteerde gas levering systeem maakt het mogelijk de levering van andere gasmengsels (bv elke fractie van O 2, elke fractie van CO 2, elke fractie N2, en hun combinatie) aan een mens voor hen te ademen terwijl hij / zij ligt binnen de MRI scanner. Men kan ook het gastoevoersysteem buiten de context van MRI, bijvoorbeeld in samenhang met elektro-encefalogram (EEG), magnetoencephalogram (MEG), positron emissie tomografie (PET), of optimale beeldvorming. _content &quot;&gt; Wanneer verschaffen van een aanbeveling van beeldvormingsparameters, we hebben vooral gericht op BOLD sequentie. Een andere sequentie die mogelijk kunnen worden gebruikt CVR mapping Arterial Spin Labeling (ASL) MRI, die een kwantitatieve maat cerebrale bloedstroom bepaalt (CBF) in fysiologische eenheden (ml bloed per 100 gram weefsel per minuut). Daarom is het voordeel van ASL gebaseerde CVR mapping is dat de resultaten gemakkelijker te interpreteren, in tegenstelling BOLD signaal dat een gecombineerd effect van de bloedstroom, bloedvolume weerspiegelt en mogelijke bijdragen van hersenen metabole veranderingen in CO2 challenge 25-27. Echter, een beperking van de ASL techniek is dat de gevoeligheid meerdere plooien lager dan die van BOLD 28. Daardoor is onze ervaring dat momenteel is zeer uitdagend om een ​​individueel niveau te verkrijgen, voxel-by-voxel CVR kaart met behulp van ASL. Daarom is voor de toepassing studies van CVR, gebruiken we vooral de BOLD volgorde en dus ook richten op deze techniek in our aanbevelingen. Een beperking van deze werkwijze is dat ademen door een mondstuk met de neus geblokkeerde (een neusklem) niet volledig natuurlijk en sommige onderwerpen (vooral patiënten) kan dit zien als een bron van ongemak. Ademhaling met het mondstuk en neus clip kan ook verergeren het gevoel van claustrofobie. Daarnaast kan het onderwerp droge mond als gevolg van het inademen van slechts mond ervaren. Daarom is het raadzaam dat de onderzoeker proberen zijn best om het experiment te snel af te ronden. Tenslotte moet worden opgemerkt dat, gebaseerd op ervaring van de auteurs, de ongemakken bovengenoemde voorbijgaand en zodra het experiment klaar verdwijnen.

De hersenen is ongeveer 2% van het totale lichaamsgewicht, maar verbruikt ongeveer 20% van de totale energie 1. Niet verrassend, voldoende en zorgvuldig gereguleerde bloedtoevoer is van cruciaal belang om deze hoge vraag naar energie en voor de hersenen goed te laten functioneren ontmoeten. Bovendien, de hersenen is een ruimtelijk heterogeen als in de tijd dynamische orgel, met verschillende regio&#39;s vereisen verschillende hoeveelheid van de bloedtoevoer op verschillende tijdstippen. Daarom dynamische differentiatie bloedtoevoer is een belangrijke vereiste menselijke hersenen omloop. Gelukkig is bekend dat bloedvaten niet alleen rigide buizen en dat een belangrijke functie van bloedvat verwijden en vernauwen gebaseerd op de vraag van de hersenen en fysiologische omstandigheden 2. Deze functionele eigenschap van het vaartuig, bekend als cerebrale vasculaire-reactiviteit (CVR), wordt gedacht dat een bruikbare indicator van vasculaire gezondheid en kunnen toepassingen in verscheidene neurologische conditio voorbeeldns zoals een beroerte 3, dementie 4, atherosclerose 5, kleine vaartuigen ziekten 6, hersentumor 7, moyamoya ziekte 8 en drugsverslaving 9. Fysiologische en anesthesie literatuur is bekend dat, omdat CO2 gas is een potente vasodilator, CVR kan worden beoordeeld door het veranderen van de arteriële CO2 niveau (bijvoorbeeld inhalatie van een kleine hoeveelheid CO 2) Voor de observatie vasculaire reacties 10-13 . In het veld beeldvorming en radiologie, wordt CVR in kaart brengen met behulp van MRI snel in opkomst als een nieuwe marker van belang voor vele fundamentele wetenschappers en clinici 8,14-19. Het wordt meestal geschat door te onderzoeken hoeveel vasculaire respons wordt opgewekt door een vasoactieve uitdaging. Er is echter een behoefte aan technische vooruitgang in het gastoevoersysteem en standaardisatie van experimentele protocol. Het leveren van speciale gasmengsel om een ​​onderwerp in de MRI-scanner is niet triviaal en bijzondere overwegingenzijn vereist voor een MRI-compatibele design. Speciale overwegingen nodig zijn in het ontwerpen van MRI-compatibele gasafgiftesysteem. Deze speciale overwegingen zijn onder andere: 1) Alle componenten moeten niet-metalen zijn (metaal kan niet naar binnen MRI worden gebruikt); 2) het systeem moet werken binnen een kleine ruimte die de MRI-systeem en zijn hoofd spoel mogelijk te maken; 3) het systeem moet in plaats daarvan te werken met een liggende-down positie (zoals MRI-scanner vereist) van zitten, zonder ongemak; 4) relevante fysiologische parameters, zoals end-tidal CO2 (EtCO2, een benadering CO2 gehalte in het arteriële bloed) en arteriële zuurstofverzadiging moet nauwkeurig worden geregistreerd met seconden nauwkeurigheid timing en opgeslagen op een computer voor analyse gebruikt. Deze problemen kunnen de omvang van toepassingen van CVR mapping beperken. In dit rapport, presenteerden wij een experimenteel protocol dat een uitgebreid gasafgiftesysteem gebruikt om de inhoud van geïnspireerde gas te moduleren, terwijl het onderwerp ligt in de MRI-scanner. Onsing deze aanpak, kan de onderzoeker niet-invasief toepassen van een vasoactieve stimulans voor de deelnemer met minimaal ongemak of bulk beweging. Fysiologische parameters en MRI-beelden zijn opgenomen tijdens de gehele periode van ongeveer 9 min, die bestond uit afwisselende blokken (1 min per blok) van de kamer is voorzien van en hypercapnische gas ademhaling. Representatieve resultaten worden gepresenteerd. Mogelijke toepassingen en beperkingen worden besproken.

<table><tbody><tr><td>Douglas zak&nbsp;</td><td>Harvard Apparatus</td><td>500942</td><td>200 L capaciteit</td></tr><tr><td>Driewegklep</td><td>Hans Rudolph</td><td>CR1207</td><td>100% kunststof</td></tr><tr><td>Tweewegklep zonder terugademing</td><td>Hans Rudolph</td><td>CR1480</td><td>22 mm/15 mm ID</td></tr><tr><td>Diafragma</td><td>Hans Rudolph</td><td>602021-2608</td><td>Grootte: medium, Type: spiraal</td></tr><tr><td>Mondstuk</td><td>Hans Rudolph</td><td>602076</td><td>Siliconen, Model #&nbsp;9061</td></tr><tr><td>Neusklempje</td><td>Hans Rudolph</td><td>201413</td><td>Kunstschuim, Model #9014</td></tr><tr><td>Gasafvoerslang</td><td>Vacumed</td><td>1011-108</td><td></td></tr><tr><td>Blauwe manchet</td><td>Vacumed</td><td>22254</td><td></td></tr><tr><td>Gasmonsterbuis</td><td>QoSINA</td><td>T4305</td><td>Dun</td></tr><tr><td>Mannelijke luer</td><td>QoSINA</td><td>11547</td><td></td></tr><tr><td>Hydrofobe filter</td><td>Philips Medical Systems</td><td>9906-00</td><td>Voor eenmalig gebruik</td></tr><tr><td>U-vormige buis</td><td>In eigen huis gemaakt</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ellboogverbinder</td><td>QoSINA</td><td>51033</td><td></td></tr><tr><td>EtCO2 monitor</td><td>Philips Medical Systems</td><td>Model 1265</td><td></td></tr><tr><td>Pulsoximeter&nbsp;</td><td>Invivo</td><td>Expression</td><td>MRI Monitoring Systems</td></tr><tr><td>MRI-scanner&nbsp;</td><td>Philips</td><td>Achieva 3.0T TX</td><td></td></tr><tr><td>Ontsmettingsmiddel</td><td>Fisher Scientific</td><td>04-355-13</td><td>Decon BDD Bacdown Detergent Ontsmettingsmiddel</td></tr></tbody></table>

mri mapping van cerebrovasculaire reactiviteit via gas inademing uitdagingen

MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges

Het brein is een ruimtelijk heterogeen als in de tijd dynamische orgel, met verschillende regio&#39;s vereisen verschillende hoeveelheid van de bloedtoevoer op verschillende tijdstippen. Daarom is het vermogen van de bloedvaten verwijden of vernauwen, bekend als cerebrale vasculaire-reactiviteit (CVR), een belangrijk domein van vasculaire functie. Een imaging marker die deze dynamische eigenschap zal nieuwe informatie van de hersenvaten onder normale en zieke aandoeningen zoals een beroerte, dementie, atherosclerose, kleine vaatziekten, hersentumor, traumatisch hersenletsel, en multiple sclerose te bieden. Om dergelijke meting uit te voeren bij de mens, is het noodzakelijk om een vasoactieve stimulus leveren zoals CO2 en / of O2 gasmengsel terwijl kwantitatieve hersenen magnetische resonantie beelden (MRI) worden verzameld. In dit werk, presenteerden we een MR compatibel gas-levering systeem en het bijbehorende protocol, dat de levering van speciale gasmengsels kunnen maken (oa, </em&gt; O 2, CO 2, N 2, en hun combinaties), terwijl het onderwerp ligt in de MRI-scanner. Dit systeem is relatief eenvoudig, goedkoop en gemakkelijk te gebruiken, en de experimentele protocol maakt nauwkeurige kartering van CVR bij gezonde vrijwilligers en patiënten met neurologische aandoeningen. Deze benadering kan worden gebruikt in grote klinische toepassingen en beter begrip van de hersenen vasculaire pathofysiologie. In de video laten we zien hoe het opzetten van het systeem in een MRI-suite en hoe je een complete experiment uit te voeren op een menselijke deelnemer.

Twee soorten gegevens worden verzameld met het voorgestelde protocol, fysiologische opnames en MR-beelden. Figuren 2 en 3 tonen opnamen van fysiologische parameters van een representatieve subject. Zwarte sporen in figuur 2 geeft de CO 2 tijdsverloop geregistreerd door de CO 2-monitor, die het CO 2 -gehalte in de lucht bemonsterd in de buurt van het mondstuk vertegenwoordigt. Merk op dat dit spoor fluctueert sterk in functie van de tijd. Dit is omdat tijdens de inademingsfase van de ademhalingscyclus, deze opname weerspiegelt het CO2 gehalte in de lucht inademen en tijdens de uitademhalingsfase, deze opname weerspiegelt het CO2 gehalte in de uitgeademde lucht. Als zodanig, de bovenste top van elke ademhalingscyclus, aangeduid als end-tidal CO 2 of EtCO 2 vertegenwoordigt het CO2 gehalte in de longen, die ongeveer kan worden gebruikt als de CO2 concentratie in het arteriële bloed. Opmerking thbij CO 2 concentratie in het arteriële bloed is de drijvende kracht, dat wil zeggen, ingangsfunctie, van de vaatverwijdende respons. De toppen van de CO 2 trace (rode lijn in figuur 2) werden afgebakend met een detectie-algoritme dat zoekt naar de piek bij elke ademhaling, in combinatie met handmatige inspectie en correctie. Dit werd gevolgd door een mediaanfiltering abrupte pieken door gedeeltelijke adem te verwijderen en te verantwoorden bloed menging tijdens stroming van longvaten tot hersenvaten. De laatste EtCO 2 tijdsverloop wordt getoond door de groene kromme in figuur 2 en wordt gebruikt bij de berekening van CVR. Figuur 3 toont het tijdsverloop van de ademhaling, de arteriële zuurstofverzadiging fractie (SO 2), en hartslag. De ademhaling wordt verkregen uit de CO 2 monitor terwijl SO 2 en hartslag worden verkregen van de pulsoximetrie. Zoals kan worden seen, deze parameters geen systematische verandering met de hypercapnie uitdaging zien. Merk op dat hypercapnia ofwel hyperventilatie veroorzaken onderwerp, waardoor de O2 partiële druk in de longen zal bescheiden toenemen. Echter, de impact ervan op SO 2 is minimaal als bloed hemoglobine is al grotendeels verzadigd bij kamer is voorzien van de ademhaling en de zuurstof dissociatie curve is vrij vlak binnen dat bereik. Figuur 4 toont representatieve BOLD MR beelden op verschillende tijdstippen van het experiment. De gemiddelde intensiteit van het signaal (in willekeurige MR eenheden) wordt ook getoond. Het blijkt dat de BOLD signaal in de hersenen een stijging met CO2 inhalatie. Merk op dat het signaal tussen ruimtelucht voorzien en CO 2 perioden in de orde van 1-3% in amplitude. Het combineren van gegevens uit fysiologische opnames en MR-beelden, kan een voxel-by-voxel CVR kaart worden berekend. Figuur 5 toont representatieveCVR kaarten (in eenheden van% signaal wisseling per mmHg CO 2 verandering) van een gezonde proefpersoon gescand op vijf verschillende dagen, waaruit blijkt een uitstekende reproduceerbaarheid van de resultaten. Deze techniek is tot nu toe toegepast in studies van veroudering 20, Alzheimer&#39;s Disease 4, Multiple sclerose 21, 22 en fysieke training. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig1highres.jpg" /> Figuur 1. Schematische weergave van het gas levering systeem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a> <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig2highres.jpg" /> Figuur 2. CO 2 tijdsverloop van een representatieve onderwerp during het experiment. Segmenten van de adem-by-breath CO 2 -gehalte trace zoals geregistreerd door de CO 2-monitor worden getoond voor kamer lucht laten ademen periode (linksonder) en 5% CO 2 inhalatie periode (rechtsonder). Uitgepakte EtCO 2 keer cursussen worden weergegeven in gekleurde curven. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a> <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig3highres.jpg" /> Figuur 3. Opgenomen fysiologie parameters van een vertegenwoordiger onderwerp tijdens het experiment. (A) ademhaling (bpm, adem per minuut) tijdsverloop van het onderwerp. (B) SO 2 (%) tijdsverloop van het onderwerp. (C) Hart rate (bpm, beat per minuut) tijdsverloop van het onderwerp. Het onderwerp is de<html> dezelfde als die in figuur 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a> <img alt="Figuur 4" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig4highres.jpg" /> Figuur 4. Vertegenwoordiger BOLD MR-beelden op verschillende tijdstippen van het experiment. Gemiddeld signaalintensiteiten van de getoonde hersenen slice (axiale slice # 54 in MNI ruimte) worden getoond in de onderste rij. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a> <img alt="Figuur 5" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig5highres.jpg" /> Figuur 5. Vertegenwoordiger CVR kaart uit een representatieve onderwerp..jove.com / files / ftp_upload / 52306 / 52306fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Niet-invasieve beeldvorming van het vermogen van de hersenvaten om te verwijden of te vernauwen, kan een beter begrip geven van de cerebrovasculaire pathofysiologie bij verschillende neurologische aandoeningen. Het huidige rapport beschrijft een reproduceerbaar en comfortabel protocol voor patiënten om vasculaire reactiviteitsbeeldvorming bij mensen uit te voeren met behulp van magnetische resonantiebeeldvorming (MRI).

MRI Mapping van cerebrovasculaire reactiviteit via Gas Inademing Uitdagingen

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

Het algemene doel van deze procedure is om de cerebrale vasculaire reactiviteit te meten door het koolstofdioxidegehalte in het bloed te moduleren terwijl hersenperfusieveranderingen met MRI worden geregistreerd. Dit wordt bereikt door eerst het MRI-compatibele gastoedieningssysteem in te stellen.De tweede stap is het opstellen van de benodigde apparatuur om fysiologische parameters vast te leggen, zoals de end-tidale koolstofdioxidespiegel. Vervolgens krijgt de proefpersoon een neusklem en een mondstuk en krijgt deze de instructie om met een comfortabel ademhalingsritme via de mond te ademen. De laatste stap is het uitvoeren van een MRI-scan waarbij het ingeademde gas periodiek wordt gewisseld tussen omgevingslucht en koolstofdioxide.Uiteindelijk wordt een lineaire regressieanalyse tussen de MRI-gegevens en de getijden-CO2 gebruikt om de cerebrale vasculaire reactiviteit te bepalen. Het belangrijkste voordeel van deze CVR-mappingtechniek ten opzichte van bestaande methoden in de literatuur is dat het gastoevoersysteem eenvoudig is. De procedure vereist minder trainingstijd en de apparatuur is minder kostbaar.Ik zal deze procedure demonstreren samen met twee van mijn collega's en Yame Chan. Bekijk vóór het experiment eerst het diagram van het gasdistributiesysteem, zoals hier getoond. Begin vervolgens met de installatie door een Douglas-zak van 200 liter te vullen met een medisch gasmengsel dat 5% CO2, 21% O2 en 74% N2 bevat.Plaats vervolgens twee membranen in het tweewegs non-rebreathingventiel om een gasstroom in één richting te garanderen. Breng daarna dit geassembleerde tweewegsventiel en de met gas gevulde Douglas-zak naar de magneetruimte. Sluit de gastoevoerslang aan op het inlaatuiteinde van het tweewegsventiel en bevestig deze vervolgens aan de zijkant van de hoofdspoel ter ondersteuning van het gewicht.Verbind het andere uiteinde van de toevoerbuis met de met gas gevulde Douglas-zak. Verbind het mondstuk met de U-vormige buis met behulp van een knieconnector met een afgesloten gasbemonsteringspoort. Verbind vervolgens de gasbemonsteringsslang met de U-vormige buis via een andere knieconnector.Sluit een klein luchtfilter aan op het andere uiteinde van de bemonsteringsslang voor gas. Sluit vervolgens het andere uiteinde van het luchtfilter aan op de koolstofdioxidemonitor. In de controlekamer van de MRI-ruimte.Schakel de kooldioxide- en pulse-oximetrie-monitoren in en voer een automatische kalibratie uit voor de kooldioxidemonitor. Sluit vervolgens de monitoren via USB-poorten aan op een laptop. Open daarna de hyperterminalsoftware die met de monitoren communiceert.Om de monitoren te synchroniseren, gebruikt u een timer en noteert u de tijd van elke monitor. Het verschil in timing kan later worden verrekend. Plaats bij de gegevensverwerking één uiteinde van een signaalstang in een golfgeleider, zodanig dat één uiteinde zich in de magneetruimte bevindt en het andere in de controlekamer.Deze balk wordt gebruikt om de onderzoeker in de magneetruimte te waarschuwen wanneer het tijdens de scan noodzakelijk is om het driewegventiel om te schakelen. Laat de proefpersoon op de MRI-tafel liggen nadat is gescreend op MRI-veiligheid en de geïnformeerde toestemming is verkregen. Geef de proefpersoon een oproepknop voor de verpleging voor het geval zij ongemak ervaren tijdens de scanprocedure.Vraag de proefpersoon vervolgens om de neus met een vochtig doekje schoon te maken. Om eventuele olie van de huid te verwijderen, instrueert u de proefpersoon om door de mond te ademen en een ademhalingsritme op te bouwen en te handhaven, en plaatst u de neusklem op de proefpersoon. Verbind daarna het open uiteinde van de U-vormige buis via de kniekniemconnector met de middelste poort van het tweewegventiel.Plaats vervolgens voorzichtig het mondstuk zodat de proefpersoon erdoorheen kan ademen. Bevestig daarna voorzichtig de vinger-pulsoximetriesensor. Zorg ervoor dat het hoofd van de proefpersoon zich in het ISO-centrum van de hoofdspoel bevindt.Schuif vervolgens de MRI-tafel in de magneetopening. Op dit punt moet één onderzoeker in de magneetruimte blijven om de proefpersoon te monitoren en de driewegkraan op de Douglas-zak om te zetten. Zorg ervoor dat deze onderzoeker oorknoppen en een headset draagt om het MRI-geluid in de regelkamer te blokkeren.Controleer de parameters voor het end-tidal CO2 en de arteriële zuurstofverzadigingsfractie op de koolstofdioxide- en pulsoximetriemonitoren. Start de registratie van de parameters op de laptop. Begin het scannen met een blood oxygen level dependent (BOLD) sequentie voor een drie Tesla MRI-scanner.De beeldvormingsparameters zijn hier van dichtbij te zien. Houd de fysiologische metingen van het subject gedurende de scan in de gaten. Raadpleeg een vooraf klaargezet blad waarop de timing van het schakelen van de kleppen staat vermeld, en beweeg de signaleringsstang voorzichtig wanneer er geschakeld moet worden.Wanneer het signaal wordt gegeven, dient de onderzoeker in de magneetruimte de Douglas-zak in te schakelen op basis van de beweging van de signaalstang, die het type gas bepaalt dat de proefpersoon inademt. Zet deze procedure voort gedurende de hele studie tijdens de negen minuten durende beeldvormingsperiode. Zorg ervoor dat het omschakelen van de klep ongeveer één keer per minuut plaatsvindt.Let op dat het tijdstip van de omschakeling niet exact nauwkeurig hoeft te zijn, zolang het tijdverloop van de eindtitel CO2 maar wordt geregistreerd. Gebruik de intercom om de proefpersoon te informeren wanneer de scan is voltooid. Schuif vervolgens de scantafel naar buiten en verwijder voorzichtig de neusklem en het mondstuk bij de proefpersoon, terwijl u reinigingsweefsel aanbiedt om speeksel af te vegen; verwijder vervolgens voorzichtig de vingersensor.Laat de proefpersoon vervolgens rechtop gaan zitten en van de MRI-tafel afstappen. Gooi de bemonsteringsslangen voor gas, het luchtfilter, het mondstuk en de neusklem weg, maar reinig alle herbruikbare componenten. Koppel het tweewegventiel los van de andere componenten en verwijder de membranen uit het ventiel.Week de tweewegklep, het diafragma en de U-vormige buis in een geconcentreerd fosfaatvrij desinfectiemiddel dat surfactanten bevat, zoals een back down detergent desinfectiemiddel. Week deze gedurende 20 minuten in een bak en spoel ze vervolgens grondig af met gedestilleerd water. Droog de U-vormige buis met perslucht.Plaats het tweewegventiel en de membranen op een schoon aanrecht en laat ze aan de lucht drogen, maak de Douglas-zak volledig leeg en berg de signaalbalk en de grijze slang op. Voer tenslotte de data-analyse uit op de geregistreerde tijdscursussen van de end-tidale CO2 en de bold-images met behulp van MATLAB en software voor statistische parametrische mapping. Voer een voxel-per-voxel lineaire regressie uit met SPM, waarbij de verschoven tijdscursus van de end-tidale CO2 de onafhankelijke variabele is en de tijdscursus van het MRI-signaal de afhankelijke variabele is.De output is een kaart van de cerebrale vasculaire reactiviteit. Deze figuur toont representatieve bold-beelden op verschillende experimentele tijdstippen. De gemiddelde signaalintensiteit wordt ook weergegeven in de onderste rij.Het is te zien dat het BOLD-signaal in de hersenen toeneemt bij inademing van koolstofdioxide. Let op dat het signaalverschil tussen de perioden met kamerlucht en koolstofdioxide in de orde van 1 tot 3% in amplitude ligt. Deze figuur toont representatieve kaarten van de cerebrale vasculaire reactiviteit in eenheden van procentuele signaalverandering per millimeter kwik.Koolstofdioxide. Verandering bij een gezond subject dat op vijf verschillende dagen werd gescand, wat een uitstekende reproduceerbaarheid van de resultaten demonstreert zodra de methode onder de knie is. Deze techniek kan binnen negen minuten worden voltooid indien deze correct wordt uitgevoerd en met de juiste data-analyse zoals beschreven in ons artikel; er zal dan een cerebrale vasculaire reactiviteitskaart worden verkregen.

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

Research

JoVE Journal

Medicine

Geneeskunde

Deze presentatie toont het gebruik van fMRI om neurale circuits die de besluitvorming ten grondslag liggen te bestuderen. Eenvoudige perceptuele taken worden gecombineerd met appetitief en aversieve versterkingen om te onderzoeken hoe de resultaten besluitvormingsprocessen beïnvloeden.

Functionele Beeldvorming met Wapening, Eyetracking, en Fysiologische Monitoring

Een MRI methode om de verdeling van de pulmonale bloedstroom onderzoek onder verschillende fysiologische omstandigheden, in dit geval de blootstelling aan drie verschillende geïnspireerd zuurstof concentraties: hypoxie, normoxia, en hyperoxia, wordt beschreven. Deze techniek maakt gebruik van de menselijke fysiologie pulmonaire onderzoekstechnieken in een MR-scan-omgeving.

Magnetic Resonance Imaging Kwantificering van pulmonale perfusie met geijkte Arterial Spin Labeling

Het doel van deze techniek is om serotonine (5-HT) neurotransmitter functie beoordelen in het leven en gratis-ademende dier met farmacologische magnetic resonance imaging (phMRI) en een intraveneuze uitdaging met een selectieve serotonine heropname remmers (SSRI's), fluoxetine.

Het gebruik van Farmacologische fMRI-uitdaging in de Pre-klinisch onderzoek: Toepassing op de 5-HT-systeem

De hier gepresenteerde methode gebruikt simultane positron emissie tomografie en magnetische resonantie beeldvorming. In de cerebrale hypoxie-ischemie model, dynamische veranderingen in diffusie en glucosemetabolisme optreden tijdens en na beschadiging. De evoluerende en reproduceerbare schade in dit model vereist gelijktijdige aankoop als zinvolle multimodale beeldvorming gegevens moeten worden verworven.

Gelijktijdige PET / MRI beeldvorming Tijdens Mouse Cerebral hypoxie-ischemie

Specifieke ventilatie Imaging is een functionele Magnetic Resonance Imaging techniek die het mogelijk maakt voor de kwantificering van regionale specifieke ventilatie in de menselijke Long, met behulp van ingeademde zuurstof als een contrastmiddel. Hier presenteren we een protocol voor het verzamelen en analyseren van specifieke ventilatie Imaging data.

Kwantitatieve mapping van specifieke ventilatie in de menselijke Long met behulp van Proton Magnetic Resonance Imaging en zuurstof als een contrast middel

Dit artikel beschrijft een methode voor het meten van retinale vasculatuur reactiviteit in vivo met menselijke proefpersonen met behulp van een gas ademhaling provocatie techniek om vasoactieve stimuli te leveren tijdens het verwerven van retinale beelden.

Retinale vasculaire reactiviteit zoals beoordeeld door optische coherentie tomografie Angiografie

De beoordeling van de microvasculaire functie door middel van oxygenatiegevoelige cardiale magnetische resonantiebeeldvorming in combinatie met vasoactieve ademhalingsmanoeuvres is uniek in zijn vermogen om snelle dynamische veranderingen in myocardiale oxygenatie in vivo te beoordelen en kan dus dienen als een uiterst belangrijke diagnostische techniek voor coronaire vasculaire functie.

Oxygenatiegevoelige cardiale MRI met vasoactieve ademhalingsmanoeuvres voor de niet-invasieve beoordeling van coronaire microvasculaire disfunctie

Kwantitatieve metingen van het zuurstof- en glucosemetabolisme door PET zijn gevestigde technologieën, maar details van praktische protocollen worden schaars beschreven in de literatuur. Dit artikel presenteert een praktisch protocol dat met succes is geïmplementeerd op een state-of-the-art positronemissietomografie-computertomografiescanner.

Multi-tracerstudies van het zuurstof- en glucosemetabolisme in de hersenen met behulp van een time-of-flight positronemissietomografie-computertomografiescanner

Hier beschrijven we de implementatie van fase-opgeloste functionele long-MRI als een contrastmiddelvrije proton MR-techniek voor de beoordeling van longventilatie en perfusiedynamiek. Gevalideerd en toepasbaar in verschillende veldsterktes en leeftijdsgroepen, zou het de klinische besluitvorming in de toekomst kunnen verbeteren door te helpen bij het kwantificeren van ziekten en het monitoren van therapie.

Fase-opgeloste functionele long-MRI voor longventilatie en perfusiebeoordeling (V/Q)

Driedimensionaal (3D) fase-opgeloste functionele long (PREFUL) is een functionele magnetische resonantiebeeldvormingstechniek (MRI) die kwantificering van regionale ventilatie van het hele menselijke longvolume mogelijk maakt, met behulp van ademhalingscycli en contrastmiddelvrije acquisitie gedurende 8 minuten. Hier presenteren we een MR-protocol om 3D PREFUL-beeldgegevens te verzamelen en te analyseren.

Driedimensioneel fase-opgelost functioneel long magnetische resonantie beeldvorming

Leer cerebrovasculaire reactiviteit meten via MRI door CO2-inademing te moduleren bij mensen. Dit niet-invasieve protocol biedt een betrouwbare methode voor het in kaart brengen van cerebrale doorbloeding.

MRI Mapping van cerebrovasculaire reactiviteit via Gas Inademing Uitdagingen

Meer video's verkennen