Funkcjonalne obrazowanie przepływu krwi w mózgu za pomocą przezczaszkowego USG Dopplera

Streszczenie

Źródło: Hage, B. D. et. al., Funkcjonalne przezczaszkowe USG Dopplera do monitorowania przepływu krwi w mózgu. J. Vis. exp. (2021)

Ten film pokazuje zastosowanie ultrasonografii dopplerowskiej jako funkcjonalnej narzędzie do obrazowania do pomiaru prędkości przepływu krwi w mózgu lub CBFV w czasie rzeczywistym. Podkreśla, w jaki sposób zmiany częstotliwości w tętnicy środkowej mózgu podczas zadań takich jak wstrzymywanie oddechu ujawniają zmiany w CBFV, oferując wgląd w aktywność mózgu i dynamikę naczyń krwionośnych.

Protokół

Wszystkie procedury z udziałem ludzi zostały przeprowadzone zgodnie z instytucjonalnymi, krajowymi i międzynarodowymi wytycznymi dotyczącymi dobrostanu ludzi i zostały zweryfikowane przez lokalną instytucjonalną komisję rewizyjną.

1. Lokalizacja sygnału środkowej tętnicy mózgowej (MCA) za pomocą odręcznego przezczaszkowego USG Dopplera (TCD)

UWAGA: "Odręczny" TCD odnosi się do operacji TCD za pomocą ręcznego przetwornika w celu znalezienia sygnału prędkości przepływu krwi w mózgu (CBFV) przed rozpoczęciem funkcjonalnego eksperymentu przezczaszkowego USG Dopplera (fTCD).

1. Ustawianie parametrów TCD
   1. Utrzymuj moc na rozsądnie wysokiej wartości (np. 400 mW) podczas początkowego wyszukiwania MCA. Po zlokalizowaniu sygnału MCA zmniejsz moc tak bardzo, jak to możliwe, zachowując jednocześnie "dobry" sygnał (patrz krok 2.2.7).
      UWAGA: Użycie rozsądnie wysokiej mocy podczas początkowego wyszukiwania nie narusza zasady ekspozycji na promieniowanie akustyczne "Tak niskiej, jak rozsądnie osiągalnej" (ALARA), ponieważ wyższa moc pozwoli na szybsze wykrycie sygnału MCA.
   2. Ustaw objętość próbki na 8–12 mm podczas początkowego wyszukiwania sygnału MCA. Jeśli sygnał jest trudny do znalezienia, zwiększ rozmiar bramki, aby zwiększyć intensywność sygnału, ale pamiętaj, że może to włączyć sygnał z jednej lub więcej pobliskich tętnic do sygnału z MCA.
   3. Ustaw wzmocnienie na średnim poziomie, mając na celu "utrzymanie szumu tła na minimalnym poziomie, ale obecnym".
   4. Ustaw odcięcie filtra górnoprzepustowego (zwykle określane jako "próg") na 50–150 Hz.
   5. Jeśli osoba badana jest osobą dorosłą, ustaw głębokość na 50 mm, co jest średnią głębokością punktu środkowego segmentu M1 MCA (Rysunek 1).
      {{}}UWAGA: To ustawienie zostanie omówione bardziej szczegółowo w kolejnych krokach. Ustawienia głębokości dla dzieci są podane w Tabela 1.

2. Lokalizacja okna skroniowego
UWAGA: Okno skroniowe, zwane również przezskroniowym oknem akustycznym, to część czaszki, w której kość jest najcieńsza, umożliwiając w ten sposób przenoszenie energii ultradźwiękowej o niskiej częstotliwości przez czaszkę (Rysunek 2).

1. W przypadku niemowląt i małych dzieci umieść okno skroniowe tuż przed uchem ("przestrzeń międzykrzyżowa") i powyżej krawędzi rostralnej łuku jarzmowego, którą można łatwo wyczuć pod skórą.
2. W przypadku nastolatków i młodych dorosłych zlokalizuj okno czasowe za pomocą dowolnego z okien podrzędnych.
   {{ TAG_136}}UWAGA: Tylne podokno zwykle dostarcza najlepszy sygnał (Rysunek 2).
3. W przypadku osób dorosłych w wieku 30 lat lub starszych umieść okienko skroniowe tuż przed uchem.
   UWAGA: Okno akustyczne zmniejsza się wraz z wiekiem z powodu rosnącej porowatości kości czaszki, co powoduje, że niektóre osoby starsze mają bardzo ograniczone okno skroniowe. U takich osób obustronna insonacja MCA jest czasami niemożliwa.
   

3. Nakładanie przetwornika

1. Nałóż tyle żelu ultradźwiękowego, aby pokryć powierzchnię przetwornika.
   {{}}UWAGA: Po umieszczeniu na głowie żel powinien pokrywać wystarczającą przestrzeń, aby zachować szczelność między skórą głowy a powierzchnią sondy Dopplera, zapobiegając w ten sposób przerwom w sygnale ze sprzężenia powietrza znajdującego się pod powierzchnią sondy.
2. Powiadom pacjenta, że żel może być zimny (jeśli ma temperaturę pokojową).
3. Umieścić przetwornik w okienku czasowym, które znajdowało się w rozdziale 1.2.
   

4. Wyszukiwanie MCA

1. Po umieszczeniu przetwornika na skórze głowy poszukaj sygnału MCA, który na ogół będzie zlokalizowany nieco z przodu (do przodu) i rostralnie (w kierunku głowy) od miejsca początkowego umieszczenia głowicy na skórze głowy.
2. Jeśli sygnał spektralny TCD nie jest od razu oczywisty, wyreguluj kąt przetwornika, utrzymując go w tym samym miejscu względem skóry głowy. Powoli ustaw sondę pod kątem od rostralnego do ogonowego (w kierunku stóp) i od tyłu do przodu.
   UWAGA: Rysunek 3 przedstawia dwa widma pobrane z tej samej pozycji, ale pod różnymi kątami.
3. Jeśli po wykonaniu kroku 1.4.2 sygnał jest nadal nieobecny, sprawdź kolorowy wyświetlacz trybu M pod kątem przepływu w MCA na różnych głębokościach (oznaczonych czerwonym kolorem). Zwiększaj lub zmniejszaj głębokość sygnału w krokach co 5 mm i wyszukaj zgodnie z opisem w kroku 1.4.2. Jeśli przepływ jest widoczny w trybie M, ale nie w widmie Dopplera, zwiększaj lub zmniejszaj głębokość, aż sygnał przepływu będzie widoczny w widmie Dopplera.
4. Jeśli nadal nie zostanie uzyskany zadowalający sygnał, przesuń przetwornik do pobliskiej pozycji na skórze głowy, która jest nieco bardziej wysunięta do przodu, i powtórz kroki 1.4.1–1.4.3.
5. Po uzyskaniu optymalnego sygnału MCA zanotuj głębokość i prędkość maksymalną.
6. Za pomocą zmywalnego pisaka do makijażu umieść znak na skórze głowy (śladowa część krawędzi przetwornika), w którym znaleziono optymalny sygnał.
   
   

5. Wyszukiwanie bifurkacji
UWAGA: Znalezienie rozwidlenia tętnicy szyjnej wewnętrznej (ICA) jest ważne, aby potwierdzić, że MCA jest monitorowaną tętnicą. Ten krok powinien być wykonany po obu stronach, jeśli będzie prowadzony dwustronny monitoring, ponieważ bifurkacja może nie przebiegać na tej samej głębokości po obu stronach.

1. Zwiększaj głębokość, aż zostanie odnotowany sygnał z rozwidlenia ICA do MCA i TAG_287{{}}ACA) (Rysunek 4), zwykle na głębokości 51–65 mm.
2. Search dla optymalnego sygnału widmowego bifurkacji przy użyciu procedury opisanej w kroku 1.4.2. Zawsze dąż do uzyskania sygnału widmowego o jak największej prędkości.
3. Gdy uzyskany zostanie optymalny sygnał bifurkacji, zwróć uwagę na głębokość bifurkacji.
4. W przypadku monitorowania obustronnego powtórzyć sekcje 1.1–1.4 i kroki 1.5.1–1.5.3 po drugiej stronie głowy.

2. Przeniesienie MCA po umieszczeniu urządzenia mocującego

UWAGA: W przypadku eksperymentów fTCD konieczne jest monitorowanie CBFV przez 10–90 minut lub dłużej. Dlatego urządzenie mocujące (Rysunek 5) ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia stabilności.

1. Umieszczanie urządzenia fiksującego
   1. Poprzez oględziny dostosuj urządzenie mocujące (Rysunek 5) do przybliżonego rozmiaru głowy badanego.
   2. Powiadom fotografowaną osobę przed umieszczeniem zestawu słuchawkowego na jej głowie. Umieść zestaw słuchawkowy na głowie fotografowanej osoby.
      UWAGA: Jeśli tester ma długie lub gęste włosy, może być konieczne związanie włosów testera do tyłu, w zależności od używanego urządzenia fiksującego.
   3. Dostosuj dopasowanie urządzenia fiksującego i zapytaj fotografowaną osobę, czy urządzenie jest zbyt ciasne.
      UWAGA: Urządzenie powinno być na tyle ciasne, aby nie poruszało się przy lekkim uderzeniu, ale na tyle luźne, aby obiekt nie był niewygodny.

2. Lokalizowanie sygnału MCA
   1. Poluzuj mechanizm urządzenia mocującego przetwornik w miejscu (np. poluzuj mechanizm, pokazany na Rysunek 5, obracając pokrętło w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara), aby przetwornik mógł się swobodnie poruszać.
   2. Przed nałożeniem żelu na przetworniki (które powinny być już na miejscu od punktu 2.1) należy ostrzec osobę badaną oraz że żel może być zimny (jeśli był przechowywany w temperaturze pokojowej).
   3. Nałóż wystarczającą ilość żelu ultradźwiękowego na głowicę, aby pokryła powierzchnię przetwornika.
   4. Ustaw urządzenie mocujące tak, aby przetwornik znajdował się nad górną częścią znaku wykonanego w kroku 1.4.6.
   5. Wyszukaj optymalny sygnał spektralny MCA, korzystając z procedury opisanej w krokach 1.4.1–1.4.3. Zawsze dąż do uzyskania sygnału widmowego o jak największej prędkości.
      UWAGA: W porównaniu z TCD z wolnej ręki, optymalna głębokość, na której znajduje się MCA za pomocą urządzenia mocującego, może nieznacznie różnić się (co najwyżej 1–2 mm) od głębokości dla urządzenia odręcznego. Dzieje się tak, ponieważ urządzenie mocujące może utrzymywać przetwornik nieco dalej od skóry głowy, jednocześnie utrzymując żelowe uszczelnienie sprzęgające.
   6. Po znalezieniu optymalnego sygnału spektralnego MCA dokręć mechanizm urządzenia mocującego, aby zablokować przetwornik na miejscu. Zwróć uwagę na głębokość i wszystkie inne ustawienia.
   7. Zmniejsz moc (patrz krok 1.1.1) tak bardzo, jak to możliwe, zachowując obwiednię spektralną, która dokładnie śledzi prędkość maksymalną.
   8. Dla dwustronnego monitorowania, powtórz kroki 2.2.1–2.2.7 po drugiej stronie.

3. Wykonywanie manewru wstrzymania oddechu

UWAGA: Ta sekcja jest podana jako przykład eksperymentu funkcjonalnego, który można przeprowadzić przy użyciu zestawu eksperymentalnego opisanego w sekcji 1 i sekcji 2.

1. Wykonaj wszystkie czynności opisane w rozdziale 1 i rozdziale 2.
2. Rozpocznij nagrywanie w oprogramowaniu TCD.
3. Oddychaj normalnie przez 3 minuty, aby uzyskać dobry zapis wyjściowy i pozwól CBFV ustabilizować się na podstawie wszelkich poprzednich eksperymentów lub bodźców.
4. Odliczaj powoli od trzech. Licząc do jednego, poproś badanego, aby zaczął wstrzymywać oddech po normalnym wdechu.
   UWAGA: Pacjent nie powinien głęboko wdychać, ponieważ zmniejszyłoby to ilość dwutlenku węgla w płucach i zmniejszyłoby prawdopodobieństwo zaobserwowania wzrostu CBFV z powodu reaktywności naczyń mózgowych. Badany powinien również unikać wykonywania manewru Valsalvy, w którym ciśnienie w klatce piersiowej jest znacznie zwiększone w stosunku do trzymanego wdechu.
5. Umieść znacznik w nagraniu TCD, aby zaznaczyć początek wstrzymywania oddechu.
6. Poproś badanego, aby wstrzymał oddech na 30 sekund lub do momentu, gdy przestanie czuć się komfortowo, wstrzymując oddech.
7. Gdy badany bierze wdech, umieść znacznik w nagraniu TCD, aby zaznaczyć koniec wstrzymywania oddechu.
8. Kontynuuj monitorowanie CBFV za pomocą TCD i nagrywanie przez co najmniej 30 sekund po zakończeniu wstrzymywania oddechu, aby upewnić się, że CBFV powróci do wartości wyjściowych.

Tabela 1: Głębokości MCA w różnym wieku.

{{}}{{TAG_575 8}}Wiek	Głębokość tętnicy środkowej mózgu (mm)
0–3 miesiące	25
{{ TAG_615}}3–12 miesięcy	30
1–3 lata	35–45{{TAG_646 T}}
3–6 lat	40– 45
6–10 lat	45–50
10–18 lat {{TAG_ 693}}	45–50
>18 lat{{{TAG_708 }}	50

{{TAG_ 631}}

Wyniki

Materiały