Abstract
Hjernen er et rumligt heterogen og tidsmæssigt dynamisk organ, med forskellige regioner kræver forskellige mængder af blodforsyningen på forskellige tidspunkter. Derfor evne blodkarrene til at udvide eller indsnævre, kendt som cerebral-vaskulær-reaktivitet (CVR), udgør en vigtig domæne af vaskulær funktion. En imaging markør, der repræsenterer denne dynamiske ejendom vil give nye oplysninger af cerebrale fartøjer under normale og syge tilstande såsom slagtilfælde, demens, åreforkalkning, små karsygdomme, hjernetumor, traumatisk hjerneskade, og multipel sklerose. For at udføre denne type af måling i mennesker, er det nødvendigt at levere en vasoaktiv stimulus som CO 2 og / eller O 2 gasblanding mens kvantitativ hjernen magnetisk resonans-billeder (MRI) bliver opsamlet. I dette arbejde, vi præsenteret en MR kompatibel gas-leveringssystem og den tilhørende protokol, der tillader levering af særlige gasblandinger (f.eks 2, CO 2, N 2, og deres kombinationer), mens motivet ligger inde i MR-scanneren. Dette system er relativt enkel, økonomisk og let at bruge, og forsøgsprotokollen muliggør nøjagtig kortlægning af CVR i både raske frivillige og patienter med neurologiske lidelser. Denne fremgangsmåde har potentialet til at blive anvendt i brede kliniske anvendelser og i bedre forståelse af hjernen vaskulær patofysiologi. I videoen viser vi, hvordan du opsætter systemet inde i en MRI suite og hvordan du udfører en komplet eksperiment på en menneskelig deltager.
Introduction
Hjernen udgør ca. 2% af den samlede kropsvægt, men bruger omkring 20% af den samlede energi 1. Ikke overraskende blodforsyning tilstrækkelig og omhyggeligt reguleret er afgørende for at opfylde dette høje energibehov og for hjernen at fungere ordentligt. Endvidere hjerne er et rumligt heterogen og tidsmæssigt dynamisk organ, med forskellige regioner kræver forskellige mængder af blodforsyningen på forskellige tidspunkter. Derfor dynamisk modulation af blodforsyningen udgør et vigtigt krav i menneskelige hjerne omløb. Heldigvis er det kendt, at blodkarrene er ikke bare stive rør, og at en vigtig funktion af blodkar er at spile og snøre baseret på efterspørgslen af hjernen og fysiologiske forhold 2.
Denne funktionelle egenskab af fartøjet, der er kendt som cerebral-vaskulær-reaktivitet (CVR), menes at være en nyttig Indikatoren af vaskulær sundhed og kan finde anvendelse i flere neurologiske conditions såsom slagtilfælde 3, demens 4, åreforkalkning 5, små karsygdomme 6, hjernesvulst 7, moyamoya sygdom 8, og narkotikamisbrug 9. I fysiologi og anæstesiologi litteraturen er det kendt, at fordi CO 2 gas er en potent vasodilator, kan CVR vurderes ved at ændre arteriel CO 2-niveau (fx inhalation af en lille mængde CO 2) under overvågning vaskulære reaktioner 10-13 . I billedbehandling og radiologi felt, er CVR kortlægning ved hjælp af MRI hurtigt frem som en ny markør af interesse for mange basale forskere og klinikere 8,14-19. Det er normalt estimeres ved at undersøge, hvor meget vaskulær respons induceret af en vasoaktiv udfordring. Der er imidlertid et behov for tekniske fremskridt i gassen leveringssystem og standardisering af forsøgsprotokol. Foranstalte særlige blanding gas til et emne inden for MR-scanneren er ikke trivielt og særlige hensyner nødvendige for en MRI-kompatibelt design. Særlige overvejelser er nødvendige i at designe MRI-kompatibelt gas levering system. Disse særlige overvejelser omfatter: 1) alle komponenter skal være ikke-metallisk (metal kan ikke bruges inde MRI); 2) Systemet bør arbejde inden for et lille rum, at MRI-systemet og dets hoved spole tillader; 3) Systemet bør arbejde med liggende-down position (som MR scanner kræver) i stedet for at sidde op, med ingen ubehag; 4) relevante fysiologiske parametre, såsom ultimo tidal CO2 (EtCO2, en tilnærmelse af CO2-indholdet i arterielt blod) og arteriel iltmætning, skal registreres nøjagtigt med sekunder af timing nøjagtighed og gemt på en computer til analyse brug. Disse spørgsmål kan begrænse omfanget af anvendelser af CVR kortlægning.
I denne rapport har vi fremlagt en forsøgsprotokol, der bruger en omfattende gas levering system til at modulere indholdet af inspireret gas, mens motivet ligger inde i MR-scanneren. Osing denne tilgang, kan forskeren ikke-invasivt anvende en vasoaktiv stimulus til deltageren med minimal ubehag eller bulk-bevægelse. Fysiologiske parametre og MRI-billeder blev optaget under hele på ca. 9 min, som bestod af skiftende blokke (1 min pr blok) af rum-luft og hypercapnic gas vejrtrækning. Repræsentative resultater præsenteres. Potentielle anvendelser og begrænsninger diskuteres.
Protocol
BEMÆRK: Protokollen blev godkendt af University of Texas Southwestern Medical Centers Institutional Review Board.
1. Diagram over Gas Delivery System og forberedende trin før forsøget
- Gennemgå diagram af gas delivery system (figur 1). Fyld en 200 L Douglas pose (punkt 1 #) med en medicinsk kvalitet gasblanding indeholdende 5% CO 2, 21% O 2, og 74% N2.
- Placer to membraner (punkt 4 #) i to-vejs ikke-genindånding ventil (konto 3 #) for at sikre en måde gasstrømmen. Bring det samlede tovejsventil og gasfyldte Douglas pose (punkt 1 #) i magneten rummet.
- Tilslut gasafgivelse rør (Medie # 7) til indgangen slutningen af to-vejs ventil (punkt 3 #). Fastgør gasafgivelse rør (Medie # 7) på siden af hovedet spole til vægt support. Forbind den anden ende af gas tilførselsrøret (Medie # 7) til gasfyldte Douglaspose (Item # 1).
- Forbind mundstykket (Item # 5) til U-form rør (Vare # 12) via en albue-stik (Vare # 13 med gasprøver port forseglet).
- Tilslut gas-sampling rør (punkt 9 #) til U-form rør (Vare # 12) via en anden albue-stik (Vare # 13).
- Tilslut en lille air-filter (Medie # 11) til den anden ende af gas-sampling slangen (punkt 9 #). Tilslut den anden ende af luft-filter (Varenr 11) til CO 2 (punkt # 14) overvåge.
- I kontrolrummet med MRI suite, tænd CO 2 (punkt # 14) og pulsoximetri (Vare # 15) skærme. Udfør en automatisk kalibrering for CO 2 skærm.
- Slut skærmene til en bærbar computer ved hjælp af USB-porte. Åbn HyperTerminal software, der kommunikerer med skærme. Synkroniser observatørernes gange med en timer ved at skrive ned timeren tid og tilsvarende skærme 'tider. Forskellene i timeren tid og overvåger «tider vil blive regnskabsmæssigt i data proforarbejdning (trin 4.4).
- Sæt den ene ende af et signalsystem bar i en bølgeleder, således at den ene ende af stangen er inde magneten rum og den anden ende er i kontrolrummet.
BEMÆRK: signalering bar bruges til at anmelde forskeren inde i magneten rummet under scanningen, når der skiftes fra trevejsventil (punkt # 2) er nødvendig.
2. Procedurerne i løbet af eksperimentet
- Spørg patienten ligge på MRI bordet, men ikke sætte ham / hende i magneten boring endnu. Instruer motivet til at trykke på knappen sygeplejerske-opkald, hvis de føler ubehag under scanningen. Spørg underlagt tørre hans / hendes næse med et stykke rengøring towelette at fjerne enhver fedt.
- Instruer motivet til at trække vejret gennem munden og at etablere og opretholde en vejrtrækning rytme. Derefter anvende en næseklemme (Item # 6) om emnet.
- Forbind den åbne ende af den U-formede rør (Medie # 12) til den midterste port på to-vejs ventil (punkt 3 #) via elbue stik (Vare # 13).
- Forsigtigt placere mundstykket ind i emnet mund, så motivet kan ånde gennem mundstykket. Forsigtigt vedhæfte finger sensor pulsoximetri (Vare # 15) til fingerspidsen af emnet.
- Sikre, at lederen af motivet er i iso-center af hovedet spole. Betjen MRI bordet for at placere ham / hende inde i magneten boring.
- Sørg for, at en forsker forbliver inde i magneten plads til at overvåge emne, og være parat til at skifte trevejs ventil på Douglas pose (punkt 1 #). Sikre, at forskeren er iført ørepropper og et headset til at blokere MRI støj.
- Luk magneten døren, og i kontrolrummet, kontrollere EtCO 2 og arteriel iltmætning fraktion (SO 2) parametre, der vises på CO 2 (Vare # 14) og pulsoximetri (Vare # 15) skærme. Start optagelsen af parametrene på den bærbare computer.
- Instruer MRI operatøren skal begynde at scanne ved hjælp afBlod-Iltning Plan-afhængig (fed) sekvens. For 3T MR scanner, de BOLD imaging parametre er: TR / TE = 1.500 / 30 msek, flip vinkel = 60 °, synsfelt = 220 x 220 mm 2, matrix = 64 x 64, 29 skiver, tykkelse = 5 mm, ingen mellemrum mellem skiver, 361 bind. Gennemgå en forberedte ark som timingen af ventilen skift er angivet og forsigtigt svinge signalering bar når en omskifter er nødvendig. Vær meget opmærksom på fagets fysiologi, herunder hjertefrekvens, SO 2, og EtCO 2.
- Nu inde i magneten rummet, tænde for Douglas pose (punkt 1 #) baseret på bevægelsen af signalering bar, som styrer den type gas, at emnet inspirerer.
- Fortsæt denne procedure for længden af undersøgelsen. Under 9 min imaging periode, sikre, at ventilen skift sker cirka en gang hvert minut. Bemærk, at timingen af kontakten ikke behøver at være nøjagtigt præcis, så længe EtCO2 tidsforløbet registreres. <br /> BEMÆRK: Hvis motivet trykker på knappen sygeplejerske-opkald under scanningen, vil scanningen blive afbrudt, og emnet vil blive flyttet ud af magneten boring med det samme. Forskeren vil fjerne mundstykket og næse klip fra motivet.
- Brug samtaleanlægget at underrette emne, at scanningen er afsluttet. Træk MRI tabellen ud. Fjern forsigtigt næseklemmen og mundstykke fra emnet samtidig med renseserviet til emnet til at fjerne eventuelt spyt. Fjern forsigtigt finger sensor pulsoximetri fra motivet. Emnet kan så sidde op og stå af MRI bordet.
3. Rensning efter forsøget
- Kassér slangen gasprøver (punkt 9 #), air-filter (Varenr 11), mundstykke (punkt 5 #) og næseklemme (punkt 6 #).
- Rengør genanvendelige komponenter. Afbryd tovejs ventil (Vare # 3) fra de andre komponenter og fjern membranerne (Item # 4) fra ventilen. Soak de to-vejsventil (punkt 3 #), membranen (punkt 4 #) og U-form rør (Medie # 12) i en koncentreret phosphat-fri desinfektionsmiddel, som indeholder overfladeaktive midler, såsom Bacdown detergent desinfektionsmiddel i en beholder til 20 min. Fortyndingsforholdet af detergentet desinfektionsmiddel og destilleret vand er 1:64.
- Skyl de punkter, der er beskrevet i 3.2 grundigt med destilleret vand.
- Tør U-formen rør (Vare # 12) med trykluft. Placer to-vejs ventil (Vare # 3) og membraner (punkt 4 #) på en klar køkkenbordet og lad dem tørre naturligt og fuldstændigt.
- Tøm Douglas taske. Læg væk signaleringen bar og grå rør.
4. Dataanalyse at beregne CVR Kort
- Tilbud MRI data i DICOM-fil-format eller en anden leverandør-specifikke format. Overføre data til et laboratorium computer og konvertere data i volumen-by-volumen fil serie, hvor hver fil indeholder et 3D volumen (f.eks BOLD billede) svarende til et tidspunkt.
- Pre-proces billeddata. Udfør billede forbehandling trin, herunder udretning, normalisering, og udjævning ved hjælp af et script der kalder biblioteksfunktioner, som softwaren Statistisk Parametrisk Mapping (SPM). Se supplerende kode fil 1 for et eksempel på Matlab script.
- Brug et script til at læse CO 2 optagelse rette prøvetagning slange forsinkelse ved at flytte tidsforløbet af en præ-kalibreret beløb (f.eks 12 sek i denne opsætning, som opgøres som tidsforskellen mellem ét åndedrag til mundstykket og udseende at ånde på CO2-optagelse), og udtrække EtCO2 som er kuverten (positive toppe), i serie den rå tid. Se supplerende kode fil 2 for Matlab script.
- Baseret på synkronisering timeren, at segmentere EtCO 2-data kun beholde optagelsen fra 25 sek før det første billede erhvervelse til 100 sek efter sidste billedoptagelse. Den EtCO 2 tidsforløbet erinput funktion til vaskulaturen og anvendes som uafhængig variabel i den senere beskrevne lineær regressionsanalyse.
- Identificer fysiologisk forsinkelse mellem EtCO 2 (målt i lungerne) og MRI-signalet (målt i hjernen) ved beregning krydskorrelationskoefficient (CC) mellem disse to tidsforløb ved varierende tidsforskydninger. Skiftet værdi, der giver højere CC anses det optimale tidspunkt.
- Den EtCO 2 tidsforløbet forskydes med den optimale forsinkelse og kun tidspunkter svarende til bestemmelserne i MRI signal er bevaret, hvilket resulterer i en tidsserie, der er af samme længde som MRI signal.
- Foretag en voxel-by-voxel lineær regression ved hjælp af SPM hvor skiftede EtCO2 tidsforløbet er den uafhængige variabel og MRI signal tidsforløbet er den afhængige variabel.
- Beregn voxel-by-voxel kort over CVR
hvor (i, j, k) er than voxel indeks, β1 er regressionskoefficienten forbundet med EtCO2 og β0 er regressionskoefficienten tilknyttet den konstante sigt. min (EtCO 2) er den minimale værdi EtCO 2 i tidsforløbet.
Representative Results
To typer af data indsamles med den foreslåede protokol, fysiologiske optagelser og MR-billeder. Figur 2 og 3 viser optagelser af fysiologiske parametre fra et repræsentativt emne. Black spor i figur 2 viser CO 2 tidsforløbet registreres af CO 2 monitor, som repræsenterer indholdet i luftprøverne nær mundstykket CO 2. Bemærk, at dette spor svinger hurtigt som en funktion af tiden. Dette skyldes, under inhalation fase af vejrtrækning cyklus, denne optagelse afspejler indholdet i indåndingsluften CO 2, og under udåndingsfasen, denne optagelse afspejler indholdet i udåndingsluften CO 2. Som sådan er den øvre spids af hver åndingscyklus, benævnt ende-tidal CO 2 eller EtCO 2 repræsenterer indholdet i lungerne, hvilket kan omtrent anvendes som CO 2 koncentrationen i arterieblodet CO 2. Bemærk thpå CO 2 koncentration i arterielt blod er den drivende kraft, dvs. input funktion, af vasodilaterende respons. Toppene af CO 2 spor (røde kurve i figur 2) blev afgrænset med en afsløring algoritme, der søger efter toppen i hvert åndedrag, i kombination med manuel kontrol og korrektion. Dette blev efterfulgt af en median filtrering for at fjerne pludselige toppe på grund af delvis ånde og redegøre for blod blanding under strømning fra pulmonale kar til cerebrale kar. Den endelige EtCO 2 tidsforløb er vist med den grønne kurve i figur 2, og det anvendes i beregningen af CVR.
Figur 3 viser tidsforløb for vejrtrækning, arteriel iltmætning fraktion (SO 2), og puls. Den vejrtrækning er fremstillet af CO 2 skærmen, mens SO 2 og puls opnås fra pulsoximetri. Som det kan seen, behøver disse parametre ikke vise en systematisk ændring med hyperkapni udfordring. Bemærk, at hyperkapni forårsager hyperventilation i emnet, således O 2 partialtrykket i lungerne vil stige beskedent. Men dens indvirkning på SO 2 er minimal som blodhæmoglobin allerede stort set mættet ved rum-luft vejrtrækning og ilt dissociation kurven er temmelig flad inden for dette område.
Figur 4 viser repræsentative BOLD MR-billeder på forskellige tidspunkter af forsøget. Den gennemsnitlige signal intensitet (i arbitrære MR-enheder) er også vist. Det kan ses, at BOLD signal i hjernen viser en stigning med CO 2 inhalation. Bemærk, at differenssignalet mellem stue- luft og CO 2 perioder er af størrelsesordenen 1-3% i amplitude.
Ved at kombinere data fra fysiologiske optagelser og MR-billeder, kan beregnes en voxel-by-voxel CVR kort. Figur 5 viser repræsentativeCVR kort (i enheder af% signal ændring per mmHg CO2 ændre) af en sund emne scannet på fem forskellige dage, demonstrerer en fremragende reproducerbarhed af resultaterne. Den foreslåede teknik har hidtil været anvendt i studier af aldring 20, Alzheimers sygdom 4, multipel sklerose 21, og fysisk træning 22.
Figur 1. Diagram af gassen leveringssystem. Klik her for at se en større udgave af dette tal.
Figur 2. CO 2 tidsforløb fra en repræsentativ emne during eksperimentet. Segmenter af ånde-for-ånde CO 2 -indhold spor som registreret af CO 2 skærm er vist for rumluft vejrtrækning periode (nederst til venstre) og 5% CO2 inhalation periode (nederst til højre). Udtrukne EtCO 2 tidsforløb er vist i farvede kurver. Klik her for at se en større udgave af dette tal.
Figur 3. Indspillet fysiologi parametre fra en repræsentativ emne under eksperimentet. (A) vejrtrækning (bpm, åndedrag per minut) tidsforløbet for emnet. (B) SO 2 (%) tidsforløbet af emnet. (C) Heart sats (bpm, beat per minut) tidsforløbet af emnet. Emnet er den samme, som den i figur 1. Klik her for at se en større udgave af dette tal.
Figur 4. Repræsentative BOLD MR-billeder på forskellige tidspunkter af forsøget. Gennemsnitlige signalintensiteter af den viste hjerne skive (aksial skive # 54 i MNI rum) er vist i den nederste række. Klik her for at se en større udgave af dette tal.
Figur 5. Repræsentant CVR kort fra et repræsentativt emne..jove.com / filer / ftp_upload / 52306 / 52306fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større udgave af dette tal.
Discussion
Denne rapport en MR-kompatibel gastilførsel og en omfattende eksperimentel protokol, der tillader kortlægning af vaskulær reaktivitet i den menneskelige hjerne. Et diagram af gas delivery system er illustreret i figur 1. Alle dele inde i MRI scanner rum er plast for at sikre deres MR-kompatibilitet. Systemet kan begrebsmæssigt opdeles i tre delsystemer, herunder en gas indtag undersystem (taske, levering rør, to-vejs ventil), en vejrtrækning grænseflade undersystem (næseklemme, mundstykke, U-form tube), og en overvågning undersystem (CO 2 koncentration, iltmætning, hjertefrekvens, vejrtrækning). Gassen indtagelse sub-system tillader gassen, der skal inhaleres for at nå to-vejs ventil. Kun inhaleret luft, men ikke udåndingsluft, vil strømme gennem denne sub-system. Åndedrættet grænseflade sub-system gør det muligt motivet at ånde ind og ud den påtænkte gas. Både inhaleres og udåndet gas vil strømme gennem denne sub-system. Den monitoring sub-ordning bør derfor prøve gas ved et punkt langs vejrtrækning grænseflade undersystem.
Kliniske anvendelser af denne teknik kan omfatte evalueringer af hjernen vaskulær reserve i neurologiske sygdomme, såsom slagtilfælde, aterosklerose, moyamoya sygdom, vaskulær demens, multipel sklerose, og hjernetumor. Teknikken kan også anvendes i funktionelle MRI undersøgelser for at normalisere eller kalibrere fMRI signal for en bedre kvantificering af neural aktivitet 23,24.
Et vigtigt træk ved det foreslåede system og forsøgsprotokol er, at gasblandingen kan leveres til emnet, mens der forårsager minimal bevægelse eller ubehag. Derfor er det vigtigt at placere U-form rør (Medie # 12), således at det (og mundstykket er forbundet med enden af det) naturligt falder nedad i individets mund. På denne måde, er emnet ikke behøver at bruge sin facial muskler til at holde eller støtte mundstykket. Det er også important til at være opmærksom på, at emnet ikke vil være i stand til at tale, mens mundstykket er i deres mund. Derfor bør forskeren undgå at tale til emnet med et spørgsmål tone. I stedet bør kun klare, definitive der gives instrukser. Derudover bør en forsker være meget opmærksom på de fysiologiske parametre (f.eks EtCO 2, SO 2, puls, vejrtrækning) under hele løbet af forsøget og reagere hurtigt, når en eller flere af de fysiologiske parametre afviger uden det typiske .
Mens en udtømmende undersøgelse af andre gas leveringssystemer anvendes i litteraturen er uden for rammerne af denne artikel, er det nyttigt at sammenligne det nuværende system til et par almindeligt brugte dem 17,18. En væsentlig forskel er, at systemet anvender et mundstykke til at levere den tilsigtede gas, medens de fleste andre systemer har anvendt en maske i design. De potentielle komplikationer ved anvendelse af en maske er to folder. Først en maske occupies en betydelig mængde plads, og det kan ikke altid være muligt at tilpasse masken i den stramme plads inde i hovedet spole, i betragtning, at for mange emner, ville deres næser næsten rører hovedet spolen selv uden en maske. Dette er især tilfældet for hoved spoler beregnet til at opnå høj følsomhed, som er normalt konstrueret til at passe tæt til individets hoved. En anden komplikation forbundet med en maske design er, at der er stor plads inde i masken, hvilket resulterer i væsentlig blanding af inhaleret og udåndet gas. Derfor kan det påvirke nøjagtigheden af målingen af EtCO 2, som ideelt set bør baseres på kun udåndede gas. Nøjagtig EtCO 2 er naturligvis vigtigt for pålideligheden af CVR kortet. En anden væsentlig forskel i vores system i forhold til mange andre systemer er, at vores system leverer gassen fra en pose i stedet for en gas tank. Derfor er tanke, der ikke er nødvendig i scanneren området, hvilket sparer værdifuld plads i cont rol værelse af en MR suite. I vores design, vi bringe posen før starten af scanningen, og efter scanningen er posen tømmes, foldet og lagt væk. Endelig, sammenlignet med flere andre systemer 18,21, den aktuelle gas delivery system er enklere, kræver mindre træning tid, og dens hjælpematerialer er billigere.
Det skal bemærkes, at selv om den protokol præsenteres i denne rapport primært har fokuseret på CO 2 indånding, den præsenterede gas levering system tillader levering af andre gasblandinger (f.eks enhver brøkdel af O 2, enhver brøkdel af CO 2, enhver fraktion af N2, og deres kombination) til et menneske for dem at trække vejret, mens han / hun ligger inde i MRI scanner. Man kan også bruge gas delivery system uden forbindelse med MRI, for eksempel i forbindelse med elektroencefalografi (EEG), magnetoencephalogram (MEG), positronemissionstomografi (PET) eller optimal billeddannelse.
_content "> Når give en anbefaling af imaging parametre, vi har primært fokuseret på BOLD sekvens. En anden sekvens, der kan potentielt anvendes i CVR mapping er Arteriel Spin Mærkning (ASL) MRI, som giver et kvantitativt mål for cerebral blodgennemstrømning (CBF) i fysiologiske enheder (ml blod pr 100 g væv pr min). Derfor fordel af ASL-baserede CVR kortlægning er, at resultaterne er lettere at fortolke modsætning BOLD signal, som afspejler en kombineret virkning af blodgennemstrømningen, blodvolumen samt eventuelle bidrag fra hjernen metaboliske ændringer i løbet af CO2 udfordring 25-27., en begrænsning af ASL teknik er, at dens følsomhed er flere folder lavere end for BOLD 28. Som følge heraf er vores erfaring er, at der på nuværende tidspunkt er det meget udfordrende at få en individuel plan, voxel-by-voxel CVR kort ved hjælp af ASL. Derfor for anvendelse studier af CVR, vi primært bruger den BOLD sekvens og dermed også fokus på denne teknik i our anbefalinger.En begrænsning af den foreliggende fremgangsmåde er, at trække vejret gennem et mundstykke med næsen blokeret (ved en næseklemme) er ikke helt naturlige og nogle fag (især patienter) kan opfatte dette som en kilde til ubehag. Vejrtrækning med mundstykket og næse klip kan også forværre følelsen af klaustrofobi. Derudover kan emnet opleve mundtørhed grund vejrtrækning ved kun munden. Derfor anbefales det, at forskeren forsøger sit bedste for at fuldføre eksperimentet hurtigt. Endelig er det vigtigt at bemærke, at på grundlag af forfatternes erfaring, den potentielle ubehag ovennævnte er forbigående og forsvinder så snart forsøget er afsluttet.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Douglas bag | Harvard Apparatus | 500942 | 200 L capacity |
| Three-way valve | Hans Rudolph | CR1207 | 100% plastic |
| Two-way non-rebreathing valve | Hans Rudolph | CR1480 | 22 mm/15 mm ID |
| Diaphragm | Hans Rudolph | 602021-2608 | Size: medium, Type: spiral |
| Mouth piece | Hans Rudolph | 602076 | Silicone, Model # 9061 |
| Nose clip | Hans Rudolph | 201413 | Plastic foam, Model #9014 |
| Gas delivery tube | Vacumed | 1011-108 | |
| Blue cuff | Vacumed | 22254 | |
| Gas sampling tube | QoSINA | T4305 | Thin |
| Male luer | QoSINA | 11547 | |
| Hydrophobic filter | Philips Medical Systems | 9906-00 | Disposable |
| U-shape tube | Made in-house | ||
| Elbow connector | QoSINA | 51033 | |
| EtCO2 monitor | Philips Medical Systems | Model 1265 | |
| Pulse oximetry | Invivo | Expression | MRI Monitoring Systems |
| MRI scanner | Philips | Achieva 3.0T TX | |
| Disinfectant | Fisher Scientific | 04-355-13 | Decon BDD Bacdown Detergent Disinfectant |
References
- Attwell, D., Laughlin, S. B. An energy budget for signaling in the grey matter of the brain. J Cereb Blood Flow Metab. 21 (10), 1133-1145 (2001).
- Kety, S. S., Schmidt, C. F. The Effects of Altered Arterial Tensions of Carbon Dioxide and Oxygen on Cerebral Blood Flow and Cerebral Oxygen Consumption of Normal Young Men. J Clin Invest. 27 (4), 484-492 (1948).
- Krainik, A., Hund-Georgiadis, M., Zysset, S., von Cramon, D. Y. Regional impairment of cerebrovascular reactivity and BOLD signal in adults after stroke. Stroke. 36 (6), 1146-1152 (2005).
- Yezhuvath, U. S., et al. Forebrain-dominant deficit in cerebrovascular reactivity in Alzheimer's disease. Neurobiol Aging. 33 (1), 75-82 (2012).
- Mandell, D. M., et al. Mapping cerebrovascular reactivity using blood oxygen level-dependent MRI in Patients with arterial steno-occlusive disease: comparison with arterial spin labeling MRI. Stroke. 39 (7), 2021-2028 (2008).
- Greenberg, S. M.
- Hsu, Y. Y., et al. Blood oxygenation level-dependent MRI of cerebral gliomas during breath holding. J Magn Reson Imaging. 19 (2), 160-167 (2004).
- Mikulis, D. J., et al. Preoperative and postoperative mapping of cerebrovascular reactivity in moyamoya disease by using blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging. J Neurosurg. 103 (2), 347-355 (2005).
- Han, J. S., et al. BOLD-MRI cerebrovascular reactivity findings in cocaine-induced cerebral vasculitis. Nat Clin Pract Neurol. 4 (11), 628-632 (2008).
- Ellingsen, I., Hauge, A., Nicolaysen, G., Thoresen, M., Walloe, L. Changes in human cerebral blood flow due to step changes in PAO2 and PACO2. Acta Physiol Scand. 129 (2), 157-163 (1987).
- Ide, K., Eliasziw, M., Poulin, M. J. Relationship between middle cerebral artery blood velocity and end-tidal PCO2 in the hypocapnic-hypercapnic range in humans. J Appl Physiol (1985). 95 (1), 129-137 (2003).
- Xie, A., et al. Cerebrovascular response to carbon dioxide in patients with congestive heart failure. Am J Respir Crit Care Med. 172 (3), 371-378 (2005).
- Rostrup, E., et al. Regional differences in the CBF and BOLD responses to hypercapnia: a combined PET and fMRI study. Neuroimage. 11 (2), 87-97 (2000).
- Zande, F. H., Hofman, P. A., Backes, W. H. Mapping hypercapnia-induced cerebrovascular reactivity using BOLD MRI. Neuroradiology. 47 (2), 114-120 (2005).
- Kastrup, A., Kruger, G., Neumann-Haefelin, T., Moseley, M. E. Assessment of cerebrovascular reactivity with functional magnetic resonance imaging comparison of CO(2) and breath holding. Magn Reson Imaging. 19 (1), 13-20 (2001).
- Bright, M. G., Donahue, M. J., Duyn, J. H., Jezzard, P., Bulte, D. P. The effect of basal vasodilation on hypercapnic and hypocapnic reactivity measured using magnetic resonance imaging. J Cereb Blood Flow Metab. 31 (2), 426-438 (2011).
- Slessarev, M., et al. Prospective targeting and control of end-tidal CO2 and O2 concentrations. J Physiol. 581 (3), 1207-1219 (2007).
- Wise, R. G., et al. Dynamic forcing of end-tidal carbon dioxide and oxygen applied to functional magnetic resonance imaging). J Cereb Blood Flow Metab. 27 (8), 1521-1532 (2007).
- Yezhuvath, U. S., Lewis-Amezcua, K., Varghese, R., Xiao, G., Lu, H. On the assessment of cerebrovascular reactivity using hypercapnia. BOLD MRI. NMR Biomed. 22 (7), 779-786 (2009).
- Lu, H., et al. Alterations in cerebral metabolic rate and blood supply across the adult lifespan. Cereb Cortex. 21 (6), 1426-1434 (2011).
- Marshall, O., et al. Impaired cerebral vascular reactivity in multiple sclerosis measured with hypercapnia perfusion MRI. JAMA Neurology. In press, Forthcoming.
- Thomas, B. P., et al. Life-long aerobic exercise preserved baseline cerebral blood flow but reduced vascular reactivity to CO2. J Magn Reson Imaging. 38 (5), 1177-1183 (2013).
- Liu, P., et al. Age-related differences in memory-encoding fMRI responses after accounting for decline in vascular reactivity. Neuroimage. 78, 415-425 (2013).
- Liu, P., et al. A comparison of physiologic modulators of fMRI signals. Hum Brain Mapp. 34 (9), 2078-2088 (2013).
- Zappe, A. C., Uludag, K., Oeltermann, A., Ugurbil, K., Logothetis, N. K. The influence of moderate hypercapnia on neural activity in the anesthetized nonhuman primate. Cereb Cortex. 18 (11), 2666-2673 (2008).
- Xu, F., et al. The influence of carbon dioxide on brain activity and metabolism in conscious humans. J Cereb Blood Flow Metab. 31 (1), 58-67 (2011).
- Thesen, T., et al. Depression of cortical activity in humans by mild hypercapnia. Hum Brain Mapp. 33 (3), 715-726 (2012).
- Lu, H., Golay, X., Pekar, J. J., Van Zijl, P. C. Functional magnetic resonance imaging based on changes in vascular space occupancy. Magn Reson Med. 50 (2), 263-274 (2003).
