Name: Mapeamento MRI de Cerebrovascular Reatividade via gás para inalação Desafios (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 33 s
Description: Aprenda a medir a reatividade vascular cerebral por meio de ressonância magnética, modulando o dióxido de carbono inalado. Este protocolo não invasivo permite mapear a perfusão cerebral em humanos de forma reprodutível e confortável.

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Este trabalho foi parcialmente apoiado por doações do National Institutes of Health (NIH), sob os números de concessão R01 MH084021, R01 NS067015, R01 AG042753, NS076588, NS029029-20S1, R21 NS078656; e da National Multiple Sclerosis Society, sob o número de concessão de RG4707A2.

NOTA: O protocolo foi aprovado pela Universidade de Institutional Review Board do Texas Southwestern Medical Center. 1. Diagrama do Sistema de Distribuição de Gás e Preparação Passos antes do experimento <ol style="margin-left: 40px;"><li> Reveja o diagrama do sistema de fornecimento de gás (Figura 1). Encher um saco de 200 L de Douglas (Item 1) com uma mistura de gás de grau médico, contendo 5% de CO2, 21% de O2, e 74% de N2. </li><li> Coloque dois diafragmas (Item 4) nos dois sentidos da válvula (Item 3) não-reinalação para garantir o fluxo de gás de uma maneira. Traga esta válvula de duas vias montado e o saco de Douglas (Item 1) cheio de gás para a sala de ímã. </li><li> Ligar o tubo de fornecimento de gás (Item # 7) para a extremidade de entrada da válvula de duas vias (Item 3). Fixe o tubo de distribuição de gás (Item 7) ao lado da bobina de cabeça para suporte de peso. Ligar-se a outra extremidade do tubo de fornecimento de gás (Item # 7) para o Douglas cheio de gásbag (Item 1). </li><li> Conecte o bocal (Item 5) para o tubo em forma de U (Item 12) através de um conector cotovelo (Item 13 com porta de amostragem de gás selado). </li><li> Ligue o (Item 9) tubulação-amostragem de gás para o tubo em forma de U (Item 12) através de outro conector cotovelo (Item 13). </li><li> Conecte-se um pequeno filtro de ar (Item 11) para a outra extremidade do tubo-amostragem de gás (Item 9). Ligue a outra extremidade do filtro de ar (Item 11) para o CO 2 (Item 14) monitorar. </li><li> Na sala de controle do conjunto de MRI, ligue CO 2 (Item 14) e oximetria de pulso (Item 15) monitores. Realizar uma auto-calibração do monitor CO 2. </li><li> Ligue os monitores a um laptop usando as portas USB. Abra o software HyperTerminal que se comunica com os monitores. Sincronizar &#39;tempos com um temporizador, anotando o tempo temporizador e correspondente monitores&#39; Os monitores vezes. As diferenças do tempo temporizador e os tempos dos monitores será contabilizada em dados proprocessamento (passo 4.4). </li><li> Insira uma extremidade de uma barra de sinalização em um guia de ondas, de modo que uma extremidade do bar é dentro da sala de ímã e a outra extremidade é na sala de controle. NOTA: A barra de sinalização é usado para notificar o pesquisador dentro da sala de ímã durante a varredura quando se muda da válvula de três vias (Item 2) é necessário. </li></ol> 2. Procedimentos durante o experimento <ol style="margin-left: 40px;"><li> Peça ao indivíduo para se deitar na mesa de MRI mas não coloque ele / ela no magneto ainda. Instrua o assunto para pressionar o botão enfermeira de plantão, se eles se sentem desconforto durante a varredura. Peça ao indivíduo para limpar seu / sua nariz com um pedaço de limpeza umedecido para remover qualquer graxa. </li><li> Instrua o assunto a respirar pela boca e para estabelecer e manter um ritmo de respiração. Em seguida, aplique um clipe nasal (Item 6) sobre o assunto. </li><li> Ligar a extremidade aberta do tubo em forma de U (Item 12) para a porta meio da válvula de duas vias (Item 3), através da elconector de arco (Item 13). </li><li> Delicadamente, coloque o bocal na boca do assunto, para que o assunto possa respirar através do bocal. Delicadamente, anexar o sensor de dedo da oximetria de pulso (Item 15) para a ponta do dedo sobre o assunto. </li><li> Assegurar que a cabeça do sujeito está no centro iso-o da bobina de cabeça. Operar a mesa de ressonância magnética para colocar ele / ela dentro do magneto. </li><li> Certifique-se de que um estadias pesquisador dentro da sala de ímã para acompanhar o assunto e estar preparado para mudar a válvula de três vias no saco Douglas (Item 1). Certifique-se que o pesquisador está usando tampões de ouvido e um fone de ouvido para bloquear o ruído MRI. </li><li> Feche a porta do quarto do ímã e, na sala de controle, verifique a fração saturação EtCO 2 e oxigênio arterial (SO2) parâmetros exibidos no CO 2 (Item 14) e oximetria de pulso (Item 15) monitores. Inicie a gravação dos parâmetros no laptop. </li><li> Instrua o operador de MRI para iniciar a digitalização usando-Oxigenação de nível Dependente Sangue sequência (BOLD). Para scanner de 3T, os parâmetros de imagem BOLD são: TR / TE = 1.500 / 30 ms, flip angle = 60 °, campo de visão = 220 x 220 mm 2, matriz = 64 x 64, 29 fatias, espessura = 5 mm, nenhuma lacuna entre fatias, 361 volumes. Reveja uma folha pré-preparada em que o timing da comutação da válvula está na lista e balançar levemente a barra de sinalização quando um interruptor é necessário. Preste muita atenção para a fisiologia do assunto, incluindo a frequência cardíaca, SO2, e EtCO 2. </li><li> Agora, dentro da sala de ímã, ligar o saco de Douglas (Item 1) com base no movimento do bar de sinalização que controla o tipo de gás que o assunto inspira. </li><li> Repetir o procedimento para o comprimento do estudo. Durante o período de imagem 9 min, garantir que a comutação da válvula ocorre aproximadamente uma vez a cada minuto. Note-se que o momento do interruptor não tem que ser exactamente preciso, enquanto o curso de tempo é gravado EtCO2. &lt;br /&gt; NOTA: Se o sujeito aperta o botão enfermeira de plantão durante a verificação, a análise será cancelado eo assunto será movido para fora do magneto imediatamente. O pesquisador irá remover a peça de boca e nariz clipe do tema. </li><li> Use o interfone para notificar o sujeito que a verificação for concluída. Puxe a tabela de MRI para fora. Remova cuidadosamente o clipe nasal e bocal do assunto, proporcionando a limpeza do tecido ao assunto para limpar qualquer saliva. Remova cuidadosamente o sensor de dedo da oximetria de pulso do assunto. O assunto pode, então, sentar-se e ficar fora da mesa de MRI. </li></ol> 3. Os procedimentos de limpeza após o experimento <ol style="margin-left: 40px;"><li> Descarte o tubo de amostragem de gás (Item 9), filtro de ar (Item 11), bocal (Item 5) e clipe nasal (Item 6). </li><li> Limpe os componentes reutilizáveis. Desligar a válvula de duas vias (Item 3) dos outros componentes e remover os diafragmas (Item 4) da válvula. Mergulhe a two-wayválvula (Item 3), diafragma (Item 4) e tubo em forma de U (Item 12) em um desinfectante sem fosfato concentrado, contendo tensioactivos tais como Bacdown detergente desinfectante num contentor, durante 20 min. A razão de diluição do detergente desinfetante e água destilada é 1:64. </li><li> Lavar os itens descritos em 3,2 cuidadosamente com água destilada. </li><li> Seca-se o tubo em forma de U (Item 12) com ar comprimido. Coloque a válvula de duas vias (Item 3) e diafragmas (Item 4) em uma bancada limpa e deixe-os secar naturalmente e completamente. </li><li> Esvazie o saco de Douglas. Deixe de lado a barra de sinalização e cinza tubo. </li></ol> 4. Análise de dados para calcular CVR Mapa <ol style="margin-left: 40px;"><li> Salve os dados de ressonância magnética em formato de arquivo Dicom ou qualquer outro formato específico do fornecedor. Transferir os dados para um computador do laboratório e converter os dados em volume-por-volume de série de ficheiros, em que cada ficheiro contém um volume 3D (por exemplo, imagem NEGRITO) correspondente a um ponto de tempo. </li><li> Pré-processar os dados de imagem. Execute as etapas de pré-processamento de imagem, incluindo o realinhamento, a normalização, e alisamento usando um script que chama funções de biblioteca fornecidos pelo software Statistical Parametric Mapping (SPM). Ver arquivo de código suplementar 1 para um exemplo do script Matlab. </li><li> Use um script para ler a gravação CO 2, corrigir o atraso tubulação de amostragem, deslocando o curso do tempo por um montante pré-calibrado (por exemplo, 12 seg nesta configuração que é determinado como a diferença de tempo entre um fôlego para a peça e da boca aparência de que a respiração na gravação CO2), e extrair EtCO2 que é o envelope (picos positivos) da série histórica cru. Ver arquivo de código suplementar 2 para o script Matlab. </li><li> Com base na sincronização do temporizador, os dados do segmento de EtCO 2 para manter apenas o registo de 25 segundos antes da aquisição de imagem do primeiro para 100 segundos após a última aquisição de imagem. O decurso de tempo é de EtCO 2a função de entrada para a vasculatura e é usada como uma variável independente na análise de regressão linear descrito mais tarde. </li><li> Identificar o atraso entre fisiológico EtCO 2 (medido no pulmão) e sinal de IRM (medido no cérebro), calculando o coeficiente de correlação cruzada (CC) entre estes dois cursos de tempo em diferentes deslocamentos de tempo. O valor do desvio que produz maior CC é considerado o momento ideal. </li><li> O curso de tempo de EtCO 2 é deslocado pelo atraso óptimo e apenas os pontos de tempo correspondentes às do sinal de IRM são conservados, o que resulta em uma série de tempo que são do mesmo comprimento que o sinal de IRM. </li><li> Conduzir uma regressão voxel-a-voxel linear usando SPM em que o curso de tempo EtCO2 mudou é a variável independente e evolução temporal do sinal MRI é a variável dependente. </li><li> Calcule mapa voxel-a-voxel de CVR <img alt="Equação 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52306/52306eq1.jpg" /> onde (i, j, k) é tele voxel índice, β1 é o coeficiente de regressão associado com EtCO2 e β0 é o coeficiente de regressão associado com o termo constante. min (EtCO 2) é o valor mínimo de EtCO 2 no decurso do tempo. </li></ol>

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</ol>

HL e PL são inventores de uma patente provisória, de propriedade do UT Southwestern Medical Center, que descreve parte do sistema de entrega de gás.

Este relatório apresentado um sistema de fornecimento de gás MR-compatível e um protocolo experimental exaustivo que permite o mapeamento da reactividade vascular no cérebro humano. Um diagrama do sistema de fornecimento de gás é ilustrada na Figura 1. Todas as peças dentro da sala de scanner a MRI são de plástico para garantir a sua compatibilidade MRI. O sistema pode ser conceitualmente dividido em três sub-sistemas, incluindo um sub-sistema de entrada de gás (saco, tubo de entrega, válvula de duas vias), um sub-sistema de interface de respiração (nariz clipe, bocal, U-forma de tubo), e um sub-sistema de monitoramento (concentração de CO 2, saturação de oxigênio, frequência cardíaca, frequência respiratória). O sub-sistema de entrada de gás permite que o gás a ser inalado para atingir a válvula de duas vias. Apenas o ar inalado, mas não o ar exalado, fluirá através deste sub-sistema. O sub-sistema de interface de respiração permite que o sujeito a inspirar e expirar o gás destinado. Ambos gás inalado e exalado fluirá através deste sub-sistema. O monitoring sub-sistema deve, por conseguinte, a amostra de gás a um ponto ao longo do sub-sistema de interface de respiração. As aplicações clínicas desta técnica podem incluir as avaliações de reserva vascular cerebral em doenças neurológicas, tais como acidente vascular cerebral, aterosclerose, doença de moyamoya, demência vascular, esclerose múltipla, e tumor cerebral. A técnica também pode ser usada em estudos de MRI funcionais para normalizar ou calibrar sinal IRMf para uma melhor quantificação da actividade neural 23,24. Uma característica importante do sistema proposto e protocolo experimental é que a mistura de gás pode ser entregue ao sujeito ao mesmo tempo fazendo com que o movimento ou o mínimo de desconforto. Portanto, é crítico para colocar o tubo em forma de U (Item 12) de tal modo que (e com o bocal ligado à extremidade do mesmo) cai naturalmente para baixo na boca do sujeito. Dessa forma, o sujeito não precisa usar seu músculo facial para manter ou apoiar a porta-voz. É também de importaçãoant estar ciente de que o assunto não será capaz de falar enquanto o bocal está na sua boca. Portanto, o pesquisador deve evitar falar do assunto com um tom de pergunta. Em vez disso, apenas instruções claras e definitivas devem ser dadas. Além disso, um pesquisador deve prestar muita atenção para os parâmetros fisiológicos (por exemplo, EtCO 2, SO 2, freqüência cardíaca, freqüência respiratória) durante todo o curso da experiência e responder prontamente quando um ou mais dos parâmetros fisiológicos desviar fora do alcance típico . Enquanto um levantamento exaustivo de outros sistemas de distribuição de gás utilizado na literatura está além do escopo deste artigo, é útil para comparar o sistema atual para alguns dos mais comumente utilizados 17,18. A principal diferença é que o nosso sistema utiliza um bocal para distribuir o gás pretendido enquanto a maioria dos outros sistemas têm usado uma máscara no cartão. As potenciais complicações do uso de uma máscara são duas dobras. Em primeiro lugar, uma máscara occupies uma quantidade substancial de espaço, e isso nem sempre pode ser viável para se ajustar a máscara para o espaço apertado dentro da bobina de cabeça, considerando-se que, para muitos temas, seus narizes seria quase tocar a bobina de cabeça, mesmo sem uma máscara. Este é especialmente o caso de bobinas de cabeça destinadas a alcançar alta sensibilidade, que geralmente são projetados para caber firmemente a cabeça do sujeito. Uma segunda complicação associada com um projecto de máscara é que não há grande espaço no interior da máscara, que resulta na mistura substancial de gás inspirado e expirado. Consequentemente, isso poderia afetar a precisão da medição de EtCO 2, que, idealmente, deve ser baseada em apenas gás expirado. Accurate EtCO 2 é, obviamente, importante para a confiabilidade do mapa CVR. Outra diferença importante do nosso sistema, em comparação com muitos outros sistemas é que o sistema proporciona o gás a partir de um saco, em vez de um tanque de gás. Por isso, os tanques não são necessários na área de scanner, economizando espaço precioso na cont<html> quarto rol de um conjunto de ressonância magnética. Em nosso projeto, nós trazemos o saco antes do início do exame e, após a verificação, a bolsa é esvaziada, dobrado, e pôr de lado. Finalmente, em relação a vários outros sistemas de 18,21, o actual sistema de fornecimento de gás é mais simples, requer menos tempo de formação, e os consumiveis são menos caros. Deve salientar-se que, embora o protocolo apresentado no presente relatório tem focado principalmente na inalação de CO 2, o sistema de fornecimento de gás apresentada permite a entrega de outras misturas de gás (por exemplo, a fracção de O2, qualquer fracção de CO 2, qualquer fracção de N 2, e a sua combinação) a um ser humano para que respirem enquanto que ele / ela está deitada dentro de um scanner de IRM. Pode-se também utilizar o sistema de distribuição de gás fora do contexto de ressonância magnética, por exemplo, em conjunto com electroencefalograma (EEG), magnetoencephalogram (MEG), tomografia de emissão de positrões (PET), ou imagiologia óptima. _content &quot;&gt; Ao fornecer uma recomendação de parâmetros de imagem, temos focado principalmente na sequência BOLD. Outra sequência que pode ser potencialmente utilizado em mapeamento CVR é Arterial Labeling rotação (ASL) MRI, que fornece uma medida quantitativa do fluxo sanguíneo cerebral (CBF) em unidades fisiológicas (ml de sangue por 100 g de tecido por minuto). Por conseguinte, a vantagem de mapeamento baseada no ASL CVR é que os resultados são mais fáceis de interpretar, ao contrário do sinal NEGRITO que reflecte um efeito combinado de fluxo de sangue, o volume de sangue, bem como possíveis contribuições de alterações metabólicas cerebrais durante 2 CO desafio 25-27. No entanto, uma limitação da técnica de ASL que é a sua sensibilidade é várias dobras menor do que a NEGRITO 28. Como resultado, a nossa experiência é de que, actualmente, é altamente desafiador para obter um nível individual, voxel-a-voxel CVR mapa usando ASL. Por isso, para os estudos de aplicação da CVR, que utilizam principalmente a sequência BOLD e, portanto, também incidir sobre essa técnica em UOrecomendações r. Uma limitação do presente método é que a respiração através de um bocal com o nariz entupido (por um clipe de nariz) não é totalmente natural e algumas disciplinas (especialmente pacientes) podem perceber isso como uma fonte de desconforto. Respirando com o bocal e pinça nasal também podem agravar a sensação de claustrofobia. Além disso, o sujeito pode sentir a boca seca devido à respiração pela boca só. Portanto, recomenda-se que o pesquisador tentar o seu melhor para completar a experiência rapidamente. Finalmente, é importante observar que, com base na experiência dos autores, o potencial desconforto mencionado acima é transitória e desaparece logo que a experiência é terminada.

O cérebro representa cerca de 2% do peso total do corpo, mas consomem cerca de 20% do total de energia 1. Não surpreendentemente, o fornecimento de sangue suficiente e cuidadosamente regulado é fundamental para atender a essa demanda de alta energia e para o cérebro para funcionar corretamente. Além disso, o cérebro é um órgão heterogêneo espacialmente e temporalmente dinâmico, com diferentes regiões requerem uma quantidade diferente de fornecimento de sangue no momento diferente. Assim, a modulação dinâmica de fornecimento de sangue representa um requisito importante na circulação cerebral humano. Felizmente, sabe-se que os vasos sanguíneos não são tubos rígidos e que apenas uma função importante do vaso sanguíneo é a dilatar e contrair com base na procura do cérebro e condições fisiológicas 2. Esta propriedade funcional do recipiente, conhecido como cérebro-vascular-reactividade (CVR), é pensado para ser um indicador seja útil da saúde vascular e pode encontrar aplicações em vários condici neurológicans como acidente vascular cerebral 3, demência 4, 5 aterosclerose, doenças de pequenos vasos 6, 7 tumor cerebral, doença moyamoya 8 e 9 de toxicodependência. Em fisiologia e literatura anestesiologia, sabe-se que, porque o CO 2 gasoso é um vasodilatador potente, RVC pode ser avaliada por alteração do nível de CO 2 arterial (por exemplo, inalação de uma pequena quantidade de CO 2) durante o acompanhamento de respostas vasculares 10-13 . No campo de imagem e radiologia, mapeamento CVR usando MRI está rapidamente emergindo como um novo marcador de interesse para muitos cientistas básicos e clínicos 8,14-19. Ele geralmente é estimado examinando como resposta vascular muito é induzida por um desafio vasoativas. No entanto, existe uma necessidade de avanços técnicos no sistema de fornecimento de gás e normalização do protocolo experimental. Cumprindo mistura de gás especial para um assunto dentro do scanner de ressonância magnética não é trivial e considerações especiaissão necessários para um projeto MRI compatível. Considerações especiais são necessários na concepção de sistema de fornecimento de gás MRI compatível. Estas considerações especiais incluem: 1) todos os componentes devem ser não-metálicos (metal não pode ser usado dentro de MRI); 2) O sistema deve funcionar dentro de um pequeno espaço que o sistema de ressonância magnética e sua bobina de cabeça permitir; 3) o sistema deve funcionar com uma posição deitada (como scanner de ressonância magnética requer) em vez de sentar-se, sem qualquer desconforto; 4) os parâmetros fisiológicos relevantes, tais como CO2 ao final da expiração (EtCO2, uma aproximação do teor de CO2 no sangue arterial) e saturação de oxigênio arterial, devem ser registradas com precisão com segundos de precisão de tempo e armazenados em um computador para uso análise. Esses problemas podem limitar o âmbito de aplicações de mapeamento CVR. Neste relatório, nós apresentamos um protocolo experimental que usa um sistema de fornecimento de gás abrangente para modular o conteúdo de gás inspirado, enquanto o assunto está deitado dentro do scanner de ressonância magnética. Nósing esta abordagem, o pesquisador pode não invasiva aplicar um estímulo vasoativas para o participante com o mínimo de desconforto ou movimento em massa. Os parâmetros fisiológicos e imagens de ressonância magnética foram registrados durante todo o período de cerca de 9 min, que consistiu de blocos alternativos (1 min por bloco) de sala de ar e respiração gás hipercápnico. Os resultados representativos são apresentados. Aplicações e limitações potenciais são discutidos.

<table><tbody><tr><td>Bolsa Douglas&nbsp;</td><td>Aparelho Harvard 500942</td><td></td><td>Capacidade de 200 L</td></tr><tr><td>Válvula de três vias</td><td>Hans Rudolph</td><td>CR1207</td><td>100% plástico</td></tr><tr><td>Válvula de duas vias não reinaladora</td><td>Hans Rudolph</td><td>CR1480</td><td>Diafragma de 22 mm/15 mm ID</td></tr><tr><td></td><td>Hans Rudolph</td><td>602021-2608</td><td>Tamanho: médio, Tipo: espiral</td></tr><tr><td>Bocal Hans</td><td>Rudolph</td><td>602076</td><td>Silicone, Modelo #&nbsp; 9061</td></tr><tr><td>Clipe nasal</td><td>Hans Rudolph</td><td>201413</td><td>Espuma plástica, Modelo #9014</td></tr><tr><td>Tubo de entrega de gás</td><td>Aspirado</td><td>1011-108</td><td></td></tr><tr><td>Braçadeira azul</td><td>Aspirado</td><td>22254</td><td></td></tr><tr><td>Tubo de amostragem de gás</td><td>QoSINA</td><td>T4305</td><td>Luer</td></tr><tr><td>macho</td> fino <td>QoSINA</td><td>11547</td><td></td></tr><tr><td>Filtro hidrofóbico</td><td>Philips Medical Systems</td><td>9906-00</td><td>Tubo descartável</td></tr> em <tr><td>forma de U</td><td>Feito internamente</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Conector de cotovelo</td><td>QoSINA</td><td>51033</td><td></td></tr><tr><td>Monitor EtCO2</td><td>Philips Medical Systems</td><td>Modelo 1265</td><td></td></tr><tr><td>Oximetria de pulso&nbsp;</td><td>Sistemas de Monitoramento de Ressonância Magnética</td>de <td>Expressão</td> <td>Invivo</td></tr><tr><td>Scanner de Ressonância Magnética</td><td>Philips</td><td>Achieva 3.0T TX</td><td></td></tr><tr><td>Desinfetante</td><td>Fisher Scientific</td><td>04-355-13</td><td>Decon BDD Bacdown Detergente Desinfetante</td></tr></tbody></table>

mapeamento mri de cerebrovascular reatividade via gás para inalação desafios

MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges

O cérebro é um órgão heterogêneo espacialmente e temporalmente dinâmico, com diferentes regiões requerem uma quantidade diferente de fornecimento de sangue no momento diferente. Por conseguinte, a capacidade dos vasos sanguíneos para dilatar ou contrair, conhecido como cérebro-vascular-reactividade (CVR), representa um importante domínio de função vascular. Um marcador de imagem que representa esta dinâmica propriedade irá fornecer novas informações dos vasos cerebrais, em condições normais e doentes, tais como acidente vascular cerebral, demência, aterosclerose, doenças de pequenos vasos, tumor cerebral, traumatismo crânio-encefálico, e esclerose múltipla. A fim de realizar este tipo de medição nos seres humanos, é necessário entregar um estímulo vasoativas, como CO 2 e O 2 ou mistura / gás, enquanto cerebrais quantitativa de imagens de ressonância magnética (MRI) estão sendo coletados. Neste trabalho, apresentamos um sistema compatível MR-entrega de gás e o protocolo associado que permite a entrega de misturas de gases especiais (por exemplo, </em&gt; O 2, CO 2, N 2, e suas combinações), enquanto o assunto está deitado dentro do scanner de ressonância magnética. Este sistema é relativamente simples, econômico e fácil de usar, e do protocolo experimental permite o mapeamento preciso da CVR, tanto em voluntários saudáveis ​​e pacientes com distúrbios neurológicos. Esta abordagem tem o potencial para ser utilizada em aplicações clínicas gerais e para uma melhor compreensão da fisiopatologia vascular cerebral. No vídeo, que demonstram como configurar o sistema dentro de uma suíte de MRI e como realizar uma experiência completa em um participante humano.

Dois tipos de dados são coletados com o protocolo proposto, gravações fisiológicas e imagens de RM. As figuras 2 e 3 mostram gravações de parâmetros fisiológicos de um sujeito representativo. Preto traço na Figura 2 mostra a evolução no tempo gravados de CO 2 CO 2 pelo monitor, o que representa o teor de CO 2 em ar recolhido próxima do bocal. Note-se que este rastreio varia rapidamente como uma função do tempo. Isto porque, durante a fase de inalação do ciclo respiratório, esta gravação reflecte o teor de CO 2 no ar a inalação e, durante a fase de expiração, este gravação reflecte o teor de CO 2 no ar exalado. Como tal, o pico superior de cada ciclo respiratório, referido como end-tidal CO 2 ou de EtCO 2, representa o teor de CO 2 no pulmão, que pode ser usado como aproximadamente a concentração de CO 2 no sangue arterial. Th Notaa concentração de CO 2 no sangue arterial é a força motriz, ou seja, a função de entrada, da resposta vasodilatadora. Os picos de CO 2 a traço (curva a vermelho na Figura 2) foram delineados com um algoritmo de detecção que procura o pico durante cada respiração, em combinação com o manual de inspecção e correcção. Isto foi seguido por uma filtragem de média para remover picos bruscas devido a respiração parcial e ter em conta para a mistura de sangue durante o curso do fluxo de vasos pulmonares para os vasos cerebrais. O curso de tempo final de EtCO 2 é mostrado pela curva de verde na Figura 2 e que é utilizado no cálculo de RVC. A Figura 3 mostra os períodos de freqüência respiratória, a fração de saturação de oxigênio arterial (SO 2), e freqüência cardíaca. A taxa de respiração é obtido a partir do monitor de CO 2, enquanto SO 2 e da frequência cardíaca são obtidos a partir da oximetria de pulso. Como pode ser seen, esses parâmetros não mostrar uma mudança sistemática com o desafio hipercapnia. Note-se que cause hipercapnia hiperventilação no sujeito, portanto, a pressão parcial de O2 no pulmão irá aumentar modestamente. No entanto, o seu impacto no SO 2 é mínima como hemoglobina no sangue já em grande parte saturada a respiração quarto com ar condicionado e a curva de dissociação de oxigênio é bastante plana dentro desse intervalo. A Figura 4 mostra imagens BOLD representativos de RM em tempo diferente do experimento. A intensidade do sinal médio (em unidades arbitrárias MR) também é mostrada. Pode ser visto que o sinal NEGRITO no cérebro mostra um aumento com inalação de CO 2. Note-se que a diferença de sinal entre a sala com ar condicionado e CO 2 períodos é da ordem de 1-3% em amplitude. Figura 5 mostra representativa Combinando dados de gravações fisiológicas e imagens de RM, a CVR mapa voxel-a-voxel pode ser computado.Mapas CVR (em unidades de mudança de sinal% ao mmHg CO 2 mudança) de um indivíduo saudável digitalizada em cinco dias diferentes, demonstrando uma excelente reprodutibilidade dos resultados. A técnica proposta até agora tem sido aplicado em estudos de envelhecimento 20, Doença 4 de Alzheimer, esclerose múltipla 21, e exercício de treinamento 22. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig1highres.jpg" /> Figura 1. Esquema do sistema de fornecimento de gás. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig1large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig2highres.jpg" /> Figura 2. CO 2 curso de tempo de um sujeito representante dutocar o experimento. Segmentos do teor de CO 2 trace respiração por respiração como registrado pelo monitor de CO 2 são mostradas para período respirando ar ambiente (inferior esquerdo) e 5% de CO 2 período de inalação (inferior direito). EtCO 2 cursos de tempo extraídos são mostrados em curvas coloridas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig3highres.jpg" /> Figura 3. Gravado parâmetros fisiológicos de um sujeito representativo durante o experimento. (A) taxa de respiração (bpm, respiração por minuto) curso de tempo do assunto. (B), de modo 2 (%) curso de tempo do assunto. (C) Coração taxa (bpm, batimentos por minuto) curso de tempo do assunto. O assunto é o<html> mesmo como que na Figura 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig3large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig4highres.jpg" /> Figura 4. Representante imagens de RM corajosa no horário diferente do experimento. Intensidades de sinal médios da fatia do cérebro exibido (fatia axial Número 54 no espaço MNI) são mostrados na linha de baixo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig4large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig5highres.jpg" /> Figura 5. Representante CVR mapa de um sujeito representativo..jove.com / files / ftp_upload / 52306 / &quot;target =&quot; _ 52306fig5large.jpg blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Imagens não invasivas da capacidade da vasculatura cerebral de dilatar ou contrair podem permitir uma melhor compreensão da fisiopatologia cerebrovascular em várias doenças neurológicas. O presente relato descreve um protocolo reprodutível e confortável para o paciente para realizar imagens de reatividade vascular em humanos usando ressonância magnética (RM).

Mapeamento MRI de Cerebrovascular Reatividade via gás para inalação Desafios

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

O objetivo geral deste procedimento é medir a reatividade vascular cerebral por meio da modulação do teor de gás dióxido de carbono no sangue durante a aquisição. As alterações na perfusão cerebral são avaliadas por meio de ressonância magnética. Isso é realizado primeiramente configurando o sistema de entrega de gás compatível com ressonância magnética.O segundo passo é preparar o equipamento necessário para registrar parâmetros fisiológicos, como o dióxido de carbono no final da expiração. Em seguida, coloca-se um clipe nasal e um bocal no sujeito, instruindo-o a respirar pela boca com um ritmo respiratório confortável. O passo final é realizar um exame de ressonância magnética durante o qual o gás inalado é alternado periodicamente entre ar ambiente e dióxido de carbono.Por fim, uma análise de regressão linear entre os dados de RNM e o CO2 tidal é utilizada para determinar a reatividade vascular cerebral. A principal vantagem dessa técnica de mapeamento de RVC em comparação com os métodos existentes na literatura é que o sistema de entrega de gás é simples. O procedimento exige menos tempo de treinamento e o equipamento é menos dispendioso.Eu demonstrarei este procedimento com dois dos meus colegas e Yame Chan antes do experimento. Primeiro, revise o diagrama do sistema de entrega de gás conforme mostrado aqui. Em seguida, inicie a montagem enchendo um saco Douglas de 200 litros com uma mistura de gás de grau médico contendo 5% de dióxido de carbono, 21% de oxigênio e 74% de nitrogênio.Em seguida, coloque dois diafragmas na válvula bivitelar sem reinalação para garantir o fluxo unidirecional de gás. Depois, leve a válvula bivitelar montada e a bolsa de Douglas cheia de gás até a sala do ímã. Conecte o tubo de administração de gás à extremidade de entrada da válvula bivitelar e, em seguida, fixe-a ao lado da bobina de cabeça para suporte de peso.Conecte a outra extremidade do tubo de entrega à bolsa de Douglas cheia de gás. Conecte o bocal ao tubo em forma de U utilizando um conector em ângulo com um orifício de amostragem de gás vedado. Em seguida, conecte o tubo de amostragem de gás ao tubo em forma de U por meio de outro conector em ângulo.Conecte um pequeno filtro de ar à outra extremidade da tubulação de amostragem de gás. Em seguida, conecte a outra extremidade do filtro de ar ao monitor de dióxido de carbono. Na sala de controle do conjunto de ressonância magnética.Ligue os monitores de dióxido de carbono e de oximetria de pulso e realize uma calibração automática para o monitor de dióxido de carbono. Em seguida, conecte os monitores a um laptop por meio de portas USB. Depois, abra o software de terminal hiper que se comunica com os monitores.Para sincronizar os monitores, use um cronômetro e anote a hora de cada monitor. A diferença de tempo poderá ser compensada posteriormente. No processamento de dados, insira uma extremidade de uma barra de sinalização em um guia de onda de modo que uma extremidade fique dentro da sala do ímã e a outra na sala de controle.Esta barra será usada para notificar o pesquisador dentro da sala do magneto quando for necessário trocar a válvula de três vias durante a aquisição. Após a triagem quanto à segurança para ressonância magnética e obtenção do consentimento informado, posicione o sujeito sobre a mesa de ressonância. Forneça o botão de chamada de enfermagem caso o sujeito sinta desconforto durante o procedimento de aquisição.Em seguida, peça ao sujeito para limpar o nariz com um lenço umedecido. Para remover qualquer óleo da pele, instrua o sujeito a respirar pela boca, estabelecer e manter um ritmo respiratório e coloque o clipe nasal no sujeito. Em seguida, conecte a extremidade aberta do tubo em forma de U à porta central da válvula de dois caminhos por meio do conector em ângulo reto.Em seguida, coloque suavemente o bocal para que o sujeito possa respirar através dele. Depois, fixe suavemente o sensor do oxímetro de pulso no dedo. Certifique-se de que a cabeça do sujeito esteja no centro ISO da bobina de cabeça.Em seguida, deslize a mesa de ressonância magnética para dentro do orifício do ímã. Neste momento, um pesquisador deve permanecer dentro da sala do ímã para monitorar o sujeito e acionar a válvula de três vias do saco de Douglas. Certifique-se de que este pesquisador esteja usando protetores auriculares e um fone de ouvido para bloquear o ruído da ressonância magnética na sala de controle.Verifique os parâmetros de CO2 no final da expiração e fração de saturação arterial de oxigênio exibidos nos monitores de dióxido de carbono e oximetria de pulso. Inicie a gravação dos parâmetros no laptop. Comece a varredura utilizando uma sequência dependente do nível de oxigênio no sangue ou bold para um scanner de ressonância magnética de três Tesla.Os parâmetros de imagem são observados aqui com atenção. Monitore as medidas fisiológicas do sujeito durante toda a aquisição. Revise uma ficha previamente preparada na qual está listado o cronograma da comutação da válvula e mova suavemente a barra de sinalização quando for necessário uma comutação.Quando sinalizado, o pesquisador dentro da sala do magneto deve ligar o saco de Douglas com base no movimento da barra de sinalização, que controla o tipo de gás inspirado pelo sujeito. Continue este procedimento durante todo o tempo do estudo no período de imageamento de nove minutos. Certifique-se de que a comutação da válvula ocorra aproximadamente uma vez a cada minuto.Observe que o momento da comutação não precisa ser exatamente preciso, desde que o curso temporal final de CO2 seja registrado. Use o intercomunicador para avisar o participante quando a aquisição estiver concluída. Em seguida, deslize a mesa do scanner para fora e remova cuidadosamente o clipe nasal e o bocal do participante, fornecendo um lenço descartável para limpar a saliva e, delicadamente, remova o sensor de dedo.Em seguida, permita que o sujeito se sente e saia da mesa de ressonância magnética. Descarte o tubo de amostragem de gás, o filtro de ar, o bocal e o clipe nasal, mas limpe todos os componentes reutilizáveis. Desconecte a válvula de duas vias dos outros componentes e remova os diafragmas da válvula.Deixe embebidos a válvula de dois caminhos, o diafragma e o tubo em forma de U em um desinfetante concentrado sem fosfato e contendo surfactantes, como o desinfetante detergente back down. Mergulhe em um recipiente por 20 minutos, depois enxágue abundantemente com água destilada. Seque o tubo em forma de U com ar comprimido.Coloque a válvula de duas vias e os diafragmas sobre uma superfície lisa e deixe-os secar ao ar, esvazie completamente o saco de Douglas e guarde a barra de sinalização e o tubo cinza. Por fim, realize a análise de dados dos registros de tempo de CO2 no final da expiração e das imagens em negrito utilizando o software MATLAB e mapeamento paramétrico estatístico. Realize uma regressão linear voxel a voxel usando o SPM, na qual o curso temporal do CO2 no final da expiração deslocado é a variável independente e o curso temporal do sinal de ressonância magnética é a variável dependente.A saída é um mapa de reatividade vascular cerebral. Esta figura mostra imagens BOLD representativas em diferentes pontos temporais do experimento. A intensidade média do sinal também é mostrada na linha inferior.Pode-se observar que o sinal intenso no cérebro apresenta um aumento com a inalação de dióxido de carbono. Observe que a diferença de sinal entre o ar ambiente e os períodos com dióxido de carbono é da ordem de um a 3% em amplitude. Esta figura mostra mapas representativos de reatividade vascular cerebral em unidades de variação percentual do sinal por milímetro de mercúrio.Dióxido de carbono. Alteração em um indivíduo saudável examinado em cinco dias diferentes, demonstrando uma excelente reprodutibilidade dos resultados uma vez dominada a técnica. Este método pode ser realizado em até nove minutos se for executado corretamente e com a análise adequada dos dados; conforme descrito em nosso artigo, será obtido um mapa de reatividade vascular cerebral.

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Research

JoVE Journal

Medicine

Medicina

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