Функциональная визуализация мозгового кровотока с помощью транскраниальной допплерографии

Аннотация

Источник: Хейдж, Б. Д. et. al., Функциональное транскраниальное допплеровское ультразвуковое исследование для мониторинга мозгового кровотока. {{}}J. Vis. exp.} (2021)
}

Это видео демонстрирует использование допплеровского ультразвука в качестве функционального Инструмент визуализации для измерения скорости мозгового кровотока или CBFV в режиме реального времени. В нем подчеркивается, как сдвиги частоты в средней мозговой артерии во время таких задач, как задержка дыхания, выявляют изменения в CBFV, давая представление об активности мозга и сосудистой динамике.

Протокол

Все процедуры с участием людей были выполнены в соответствии с институциональными, национальными и международными руководящими принципами по благополучию человека и были рассмотрены местным институциональным наблюдательным советом.

1. Определение местоположения сигнала средней мозговой артерии (МКА) с помощью транскраниального допплеровского ультразвука (ТКД) от руки

ПРИМЕЧАНИЕ: "Произвольный" ТКД относится к операции ТКД с помощью ручного датчика для определения сигнала скорости мозгового кровотока (КБС) перед началом эксперимента функционального транскраниального допплеровского ультразвука (ТКД).

1. Настройка параметров TCD
   1. Поддерживайте мощность на достаточно высоком уровне (например, 400 мВт) во время первоначального поиска MCA. Как только сигнал MCA будет обнаружен, уменьшите мощность настолько, насколько это возможно, сохраняя при этом «хороший» сигнал (см. шаг 2.2.7).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Использование достаточно высокой мощности во время первоначального поиска не нарушает принцип воздействия акустического излучения "Настолько низко, насколько разумно достижимо" (ALARA), потому что более высокая мощность позволит быстрее обнаружить сигнал MCA.
   2. Установите объем выборки на 8–12 мм во время первоначального поиска сигнала MCA. Если сигнал трудно найти, увеличьте размер затвора, чтобы увеличить интенсивность сигнала, но обратите внимание, что это может включать сигнал от одной или нескольких близлежащих артерий в сигнал от MCA.
   3. Установите усиление на среднем уровне, чтобы "свести фоновый шум к минимуму, но присутствовать."
   4. Установите порог фильтра высоких частот (обычно называемый "порогом") на 50–150 Гц. {{}}
   5. Если субъект является взрослым, установите глубину 50 мм, что является средней глубиной среднего точки сегмента M1 MCA (Рисунок 1).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Эта настройка будет рассмотрена более подробно в последующих шагах. Настройки глубины для детей приведены в Таблица 1.

2. Определение местоположения височного окна
ПРИМЕЧАНИЕ: Височное окно, также называемое транстемпоральным акустическим окном, является частью черепа, где кость наиболее тонкая, что позволяет передавать низкочастотную ультразвуковую энергию через череп (Рисунок 2).

1. Для младенцев и маленьких детей располагайте височное окно прямо перед ухом ("межтрагальное пространство") и над ростральным краем скуловой дуги, которое можно легко прощупать под кожей.
2. Для подростков и молодых людей найдите височное окно через любое из подокон.
   {{ TAG_136}}ПРИМЕЧАНИЕ: Заднее подокно обычно обеспечивает наилучший сигнал (Рисунок 2).
3. Для взрослых в возрасте 30 лет и старше располагайте височное окно прямо перед ухом.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Акустическое окно уменьшается в размерах с возрастом из-за увеличения пористости кости черепа, в результате чего у некоторых пожилых людей временное окно очень ограничено. У таких лиц двусторонняя инсонация МКА иногда невозможна.
   

3. Применение преобразователя

1. Нанесите достаточное количество геля для ультразвука, чтобы покрыть поверхность преобразователя.
   ПРИМЕЧАНИЕ: При размещении на голове гель должен покрывать достаточное пространство для сохранения уплотнения между кожей головы и поверхностью допплеровского зонда. Таким образом, предотвращается прерывание сигнала от воздушной связи под поверхностью зонда.
2. Предупредите субъекта о том, что гель может быть холодным (если он комнатной температуры).
3. Поместите преобразователь на временное окно, которое было расположено в разделе 1.2.
   

4. Поиск MCA

1. После размещения датчика на коже головы найдите сигнал MCA, который обычно будет расположен немного спереди (вперед) и рострально (по направлению к голове) от места первоначального размещения датчика на коже головы.
2. Если спектральный сигнал TCD не сразу очевиден, отрегулируйте угол наклона датчика, удерживая его в одном и том же месте относительно кожи головы. Медленно наклоните зонд от рострального к каудальному (по направлению к ступням) и сзади к переднему.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Рисунок 3 показывает два спектра, взятых из одного и того же положения, но под разными углами.
3. Если после выполнения шага 1.4.2 сигнал по-прежнему отсутствует, проверьте отображение цветного М-режима на наличие течения в МКА на разных глубинах (обозначается красным цветом). Увеличьте или уменьшите глубину сигнала с шагом 5 мм и выполните поиск, как описано в шаге 1.4.2. Если поток виден в M-режиме, но не виден в доплеровском спектре, увеличивайте или уменьшайте глубину до тех пор, пока сигнал потока не станет видимым в доплеровском спектре.
4. Если удовлетворительный сигнал по-прежнему не получен, переместите датчик в ближайшее положение на коже головы, которое находится немного впереди, и повторите шаги 1.4.1–1.4.3.
5. Когда будет получен оптимальный сигнал MCA, обратите внимание на глубину и максимальную скорость.
6. С помощью смываемого карандаша для макияжа нанесите отметку на кожу головы (следовую часть края датчика), где был обнаружен оптимальный сигнал.
   
   }

5. Поиск бифуркации
ПРИМЕЧАНИЕ: {{TAG_274}TAG_275}{{}}}Обнаружение бифуркации внутренней сонной артерии (ВСА) важно для подтверждения того, что MCA является артерией, за которой ведется наблюдение. Этот шаг должен быть выполнен с обеих сторон, если будет проводиться двусторонний мониторинг, так как бифуркация может не находиться на одинаковой глубине с обеих сторон.

1. Увеличивайте глубину до тех пор, пока не будет отмечен сигнал от разветвления ВСА в MCA и передняя мозговая артерия (ACA) (Рисунок 4), обычно на глубине 51–65 мм.
2. Поиск Для получения оптимального бифуркационного спектрального сигнала используется процедура, описанная в шаге 1.4.2. Всегда стремитесь к спектральному сигналу с максимально возможной скоростью.
3. Когда получен оптимальный сигнал бифуркации, обратите внимание на глубину бифуркации.
4. Для двустороннего мониторинга повторите разделы 1.1–1.4 и шаги 1.5.1–1.5.3 с другой стороны головы.

2. Перемещение MCA после установки фиксирующего устройства

{{}}ПРИМЕЧАНИЕ:{{}}} Для экспериментов с fTCD необходимо контролировать CBFV в течение 10–90 минут или дольше. Таким образом, фиксирующее устройство (Рисунок 5) имеет решающее значение для обеспечения стабильности.

1. Установка фиксирующего устройства
   1. Путем визуального осмотра отрегулируйте фиксирующее устройство (Рисунок 5) в соответствии с приблизительным размером головы субъекта.
   2. Предупредите субъекта, прежде чем надевать гарнитуру ему на голову. Наденьте гарнитуру на голову объекта.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если у субъекта длинные или густые волосы, может потребоваться завязать волосы субъекта назад, в зависимости от используемого фиксирующего устройства.
   3. Отрегулируйте посадку фиксирующего устройства и спросите у испытуемого, не слишком ли туго оно натянуто.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Устройство должно быть достаточно плотным, чтобы оно не двигалось при легком ударе, но достаточно свободным, чтобы объект не чувствовал себя некомфортно.

2. Определение местоположения сигнала MCA
   1. }Ослабьте механизм фиксирующего устройства, удерживающего датчик на месте (например, ослабьте механизм, показанный на Рисунок 5, поворотом ручки против часовой стрелки), чтобы датчик мог свободно перемещаться.
   2. Предупредите субъекта перед нанесением геля на датчики (которые уже должны быть на месте из раздела 2.1) и о том, что гель может быть холодным (если он хранился при комнатной температуре).
   3. Нанесите на датчик достаточное количество геля для ультразвука, чтобы покрыть поверхность датчика.
   4. Отрегулируйте устройство фиксации так, чтобы датчик располагался над верхней границей метки, сделанной в шаге 1.4.6.
   5. Поиск оптимального спектрального сигнала MCA осуществляется с помощью процедуры, описанной в шагах 1.4.1–1.4.3. Всегда стремитесь к максимально возможной скорости спектрального сигнала.
      ПРИМЕЧАНИЕ: {{}}По сравнению с ТКД от руки, оптимальная глубина, на которой находится MCA с помощью фиксирующего устройства, может незначительно отличаться (максимум на 1–2 мм) от глубины для устройства от руки. Это связано с тем, что фиксирующее устройство может удерживать датчик немного дальше от кожи головы, сохраняя при этом соединительное гелевое уплотнение.
   6. Когда будет найден оптимальный спектральный сигнал MCA, затяните механизм фиксирующего устройства, чтобы зафиксировать преобразователь на месте. Обратите внимание на глубину и все остальные настройки.
   7. Уменьшите мощность (см. шаг 1.1.1) насколько это возможно, сохраняя при этом спектральную огибающую, которая точно отслеживает максимальную скорость.
   8. Для двустороннего мониторинга, повторите шаги 2.2.1–2.2.7 с другой стороны.

3. Выполнение маневра на задержке дыхания

ПРИМЕЧАНИЕ:} Этот раздел приведен в качестве примера функционального эксперимента, который может быть выполнен с использованием экспериментальной установки, описанной в разделе 1 и разделе 2.

1. Выполните все действия, описанные в разделах 1 и 2.
2. Начните запись с помощью программного обеспечения TCD.
3. Дышите нормально в течение 3 минут, чтобы получить хорошую исходную запись, и позвольте CBFV стабилизироваться после любых предыдущих экспериментов или раздражителей.
4. Медленно отсчитайте от трех. На счет один попросите субъекта начать задержку дыхания после нормального вдоха.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Субъект не должен глубоко вдыхать, так как это уменьшит содержание углекислого газа в легких и уменьшит вероятность наблюдения увеличения CBFV из-за цереброваскулярной реактивности. Субъект также должен избегать выполнения маневра Вальсальвы, при котором внутригрудное давление значительно увеличивается по сравнению с удерживаемым вдохом.
5. Поместите маркер в запись ТКД, чтобы обозначить начало задержки дыхания.
6. Попросите испытуемого задержать дыхание на 30 секунд или до тех пор, пока он не перестанет чувствовать себя комфортно на задержке дыхания.
7. Когда субъект вдыхает, поместите маркер в запись TCD, чтобы обозначить окончание задержки дыхания.
8. Продолжайте наблюдение за CBFV с помощью TCD и записи в течение как минимум 30 секунд после окончания задержки дыхания, чтобы убедиться, что CBFV возвращается к исходным значениям.

Таблица 1: Глубины MCA в разном возрасте.

{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{}}{{ }}Возраст	{{}}{Глубина средней мозговой артерии (мм)
0–3 месяца	25
{{TAG_615 3}}3–12 месяцев	30
1–3 года	35–45{{TAG_646
3–6 лет	40– 45
6–10 лет	{}}{}}} TAG_678}}45–50
10–18 лет {{TAG_ 693}}	45–50
}>18 лет{{TAG_708	50

{{}}{{TAG_566 TAG_567}}{{TAG_ 631}}

Результаты

Рисунок 1: Изображение круга Виллиса и ос...

Материалы