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Medicine

गैस साँस लेना चुनौतियां माध्यम Cerebrovascular जेट के एमआरआई मैपिंग

Published: December 17, 2014 doi: 10.3791/52306
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2, 2
1Advanced Imaging Research Center, University of Texas Southwestern Medical Center, 2Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, New York University School of Medicine

Abstract

मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों अलग समय पर रक्त की आपूर्ति के विभिन्न राशि की आवश्यकता होती है, के साथ एक spatially विषम और अस्थायी गतिशील अंग है। इसलिए, चौड़ा करना या कसना रक्त वाहिकाओं की क्षमता, सेरेब्रल संवहनी जेट (सी वी आर) के रूप में जाना जाता है, नाड़ी समारोह का एक महत्वपूर्ण डोमेन का प्रतिनिधित्व करता है। इस गतिशील संपत्ति का प्रतिनिधित्व एक इमेजिंग मार्कर ऐसे स्ट्रोक, डिमेंशिया, atherosclerosis, छोटे पोत रोग, ब्रेन ट्यूमर, घाव मस्तिष्क चोट, और एकाधिक काठिन्य के रूप में सामान्य और रोगग्रस्त शर्तों के तहत मस्तिष्क जहाजों की नई जानकारी प्रदान करेगा। मानव में माप के इस प्रकार के प्रदर्शन करने के क्रम में, यह मात्रात्मक मस्तिष्क चुंबकीय अनुनाद छवियों (एमआरआई) एकत्र किया जा रहा है, जबकि और / या ओ 2 गैस मिश्रण ऐसे सीओ 2 के रूप में एक vasoactive प्रोत्साहन देने के लिए आवश्यक है। इस काम में, हम, जैसे विशेष गैस के मिश्रण की डिलीवरी की अनुमति है कि एक एमआर संगत गैस वितरण प्रणाली और जुड़े प्रोटोकॉल (प्रस्तुत 2, सीओ 2, एन 2, और उनके संयोजन) विषय एमआरआई स्कैनर के अंदर झूठ बोल रही है। इस प्रणाली के अपेक्षाकृत सरल, किफायती, और प्रयोग करने में आसान है, और प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल मस्तिष्क संबंधी बीमारियों के साथ स्वस्थ स्वयंसेवकों और रोगियों दोनों में सी वी आर की सटीक मैपिंग की अनुमति देता है। यह दृष्टिकोण व्यापक नैदानिक ​​अनुप्रयोगों में और मस्तिष्क संवहनी pathophysiology की बेहतर समझ में इस्तेमाल किया जा करने की क्षमता है। वीडियो में, हम एक एमआरआई सुइट अंदर प्रणाली की स्थापना की है और कैसे एक मानव भागीदार पर एक पूरा प्रयोग करने के लिए प्रदर्शन करने के लिए कैसे प्रदर्शित करता है।

Introduction

मस्तिष्क शरीर के कुल वजन के बारे में 2% का प्रतिनिधित्व करता है, लेकिन कुल ऊर्जा एक के बारे में 20% की खपत। आश्चर्य नहीं कि पर्याप्त और ध्यान से विनियमित रक्त की आपूर्ति मस्तिष्क ठीक ढंग से काम करने के लिए इस उच्च ऊर्जा की मांग और पूरा करने के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों अलग समय पर रक्त की आपूर्ति के विभिन्न राशि की आवश्यकता होती है, के साथ एक spatially विषम और अस्थायी गतिशील अंग है। इसलिए, रक्त की आपूर्ति के गतिशील मॉडुलन मानव मस्तिष्क संचलन में एक महत्वपूर्ण आवश्यकता का प्रतिनिधित्व करता है। सौभाग्य से, यह रक्त वाहिनियों का एक महत्वपूर्ण कार्य को फैलाने और मस्तिष्क की मांग और शारीरिक शर्तों 2 के आधार पर कसना है कि रक्त वाहिकाओं सिर्फ कठोर पाइप नहीं कर रहे हैं कि नाम से जाना जाता है।

सेरेब्रल संवहनी जेट (सी वी आर) के रूप में जाना जाता पोत, की यह कार्यात्मक संपत्ति, नाड़ी स्वास्थ्य का एक उपयोगी indictor माना जाता है और कई न्यूरोलॉजिकल conditio में आवेदन मिल सकता हैइस तरह के स्ट्रोक 3, पागलपन 4, atherosclerosis के 5, छोटे पोत रोगों 6, ब्रेन ट्यूमर 7, moyamoya रोग 8, और दवा की लत के नौ रूप में एन एस। शरीर विज्ञान और एनेस्थिसियोलॉजी साहित्य में, यह (उदाहरण के लिए, सीओ 2 की एक छोटी राशि की साँस लेना) संवहनी प्रतिक्रियाओं 10-13 जबकि निगरानी धमनी सीओ 2 के स्तर में फेरबदल से सीओ 2 गैस एक शक्तिशाली vasodilator है, क्योंकि सी वी आर मूल्यांकन किया जा सकता है, कि जाना जाता है । इमेजिंग और रेडियोलोजी क्षेत्र में, एमआरआई का उपयोग करते हुए सी वी आर मानचित्रण तेजी से कई बुनियादी वैज्ञानिकों और चिकित्सकों 8,14-19 के लिए ब्याज की एक नई मार्कर के रूप में उभर रहा है। यह आमतौर पर ज्यादा संवहनी प्रतिक्रिया एक vasoactive चुनौती से प्रेरित है विचार कैसे अनुमान लगाया गया है। हालांकि, तकनीकी गैस वितरण प्रणाली के क्षेत्र में प्रगति और प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के मानकीकरण के लिए एक की जरूरत है। एमआरआई स्कैनर के अंदर एक विषय के लिए विशेष गैस मिश्रण देते तुच्छ और विशेष विचार नहीं हैएक एमआरआई-संगत डिजाइन के लिए आवश्यक हैं। विशेष विचार एमआरआई-संगत गैस वितरण प्रणाली को डिजाइन करने में आवश्यक हैं। इन विशेष कारणों में शामिल हैं: 1) सभी घटकों (धातु एमआरआई के अंदर प्रयोग नहीं किया जा सकता है) गैर धातु होना चाहिए; 2) प्रणाली एमआरआई प्रणाली और उसके सिर का तार की अनुमति है कि एक छोटे से अंतरिक्ष के भीतर काम करना चाहिए; एमआरआई स्कैनर की आवश्यकता के रूप में 3) प्रणाली में कोई असुविधा के साथ, ऊपर बैठा के बजाय) (एक झूठ बोल-डाउन की स्थिति के साथ काम करना चाहिए; 4) इस तरह के अंत ज्वारीय सीओ 2 (EtCO2, रक्त धमनियों में CO2 सामग्री) और धमनी ऑक्सीजन संतृप्ति के एक सन्निकटन के रूप में प्रासंगिक शारीरिक मापदंड, समय सटीकता के सेकंड के साथ सही ढंग से दर्ज की गई और विश्लेषण का उपयोग करने के लिए एक कंप्यूटर पर संग्रहित किया जाना चाहिए। इन मुद्दों सी वी आर मानचित्रण के आवेदनों की गुंजाइश सीमित कर सकता है।

इस रिपोर्ट में, हम इस विषय एमआरआई स्कैनर के अंदर झूठ बोल रही है, जबकि प्रेरित गैस की सामग्री मिलाना के लिए एक व्यापक गैस वितरण प्रणाली का उपयोग करता है कि एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया। हमेंइस दृष्टिकोण आईएनजी, शोधकर्ता गैर invasively कम असुविधा या थोक गति के साथ भाग लेने के लिए एक vasoactive प्रोत्साहन आवेदन कर सकते हैं। शारीरिक मापदंड और एमआरआई छवियों कक्ष-हवा और hypercapnic गैस साँस लेने की बारी ब्लॉक (ब्लॉक प्रति एक मिनट) के शामिल है, जो लगभग 9 मिनट की पूरी अवधि के दौरान दर्ज किए गए। प्रतिनिधि परिणाम प्रस्तुत कर रहे हैं। संभावित अनुप्रयोगों और सीमाओं चर्चा कर रहे हैं।

Protocol

नोट: प्रोटोकॉल टेक्सास साउथवेस्टर्न मेडिकल सेंटर के संस्थागत समीक्षा बोर्ड के विश्वविद्यालय द्वारा अनुमोदित किया गया था।

प्रयोग से पहले गैस वितरण प्रणाली और तैयारी चरणों 1. आरेख

  1. गैस वितरण प्रणाली (चित्रा 1) का चित्र की समीक्षा करें। 5% सीओ 2, 21% 2 हे, और 74% एन 2 युक्त चिकित्सा ग्रेड गैस मिश्रण के साथ एक 200 एल डगलस बैग (# 1 आइटम) भरें।
  2. एक तरह से गैस का प्रवाह सुनिश्चित करने के लिए दो तरह से गैर rebreathing वाल्व (मद # 3) में दो डायफ्राम (4 मद #) रखें। चुंबक के कमरे में इस इकट्ठे दो तरह वाल्व और गैस से भरे डगलस बैग (1 मद #) लाओ।
  3. दो तरह से वाल्व (मद # 3) के इनपुट अंत करने के लिए गैस वितरण ट्यूब (मद # 7) कनेक्ट करें। वजन समर्थन के लिए सिर कुंडल की ओर करने के लिए गैस वितरण ट्यूब (मद # 7) संलग्न। गैस से भरे डगलस को गैस वितरण ट्यूब (मद # 7) के दूसरे छोर से कनेक्टबैग (# 1 आइटम)।
  4. मुखपत्र (मद # 5) एक कोहनी-कनेक्टर के माध्यम से यू-आकार ट्यूब (मद # 12) को (गैस नमूना बंदरगाह के साथ मद # 13 सील) कनेक्ट करें।
  5. एक और कोहनी-कनेक्टर (मद # 13) के माध्यम से यू-आकार ट्यूब (मद # 12) को गैस नमूना ट्यूबिंग (मद # 9) कनेक्ट करें।
  6. गैस नमूना ट्यूबिंग (मद # 9) के दूसरे छोर से एक छोटी सी हवा फिल्टर (मद # 11) कनेक्ट करें। सीओ 2 (मद # 14) के लिए एयर फिल्टर (मद # 11) के दूसरे छोर से कनेक्ट की निगरानी।
  7. एमआरआई सूट के नियंत्रण कक्ष में, सीओ 2 (मद # 14) और नाड़ी oximetry (मद # 15) पर नज़र रखता है पर बारी। सीओ 2 की निगरानी के लिए एक ऑटो अंशांकन प्रदर्शन।
  8. यूएसबी पोर्ट का उपयोग कर एक लैपटॉप के लिए पर नज़र रखता कनेक्ट करें। मॉनिटर के साथ कि संचार HyperTerminal सॉफ्टवेयर खोलें। टाइम्स 'पर नज़र रखता है टाइमर समय नीचे लिख रहे हैं और इसी से एक टाइमर के साथ टाइम्स' पर नज़र रखता है सिंक्रनाइज़ करें। घड़ी समय और मॉनिटर 'टाइम्स के मतभेद डेटा समर्थक में हिसाब के लिए किया जाएगाcessing (कदम 4.4)।
  9. बार के एक छोर चुंबक कमरे के अंदर है और दूसरे छोर नियंत्रण कक्ष में इतना है कि एक waveguide में एक संकेतन बार के एक छोर डालें।
    नोट: संकेतन बार तीन तरह वाल्व की जब स्विचन स्कैन के दौरान (मद # 2) की जरूरत है चुंबक कमरे के अंदर शोधकर्ता को अधिसूचित करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

प्रयोग के दौरान 2. प्रक्रियाएं

  1. एमआरआई की मेज पर झूठ के अधीन पूछने पर / उसे अभी तक चुंबक बोर में उसे डाल नहीं है। वे स्कैन के दौरान असुविधा महसूस अगर नर्स-कॉल बटन प्रेस करने के लिए इस विषय को हिदायत। किसी भी तेल को निकालने के लिए towelette सफाई का एक टुकड़ा के साथ उसका / उसकी नाक साफ करने के लिए विषय से पूछो।
  2. विषय मुँह से साँस लेने के लिए और एक श्वास लय को स्थापित करने और बनाए रखने के लिए निर्देश दें। तो फिर इस विषय पर एक नाक क्लिप (मद # 6) लागू होते हैं।
  3. एल के माध्यम से दो तरह से वाल्व (मद # 3) के बीच पोर्ट के लिए यू-आकार ट्यूब (मद # 12) के खुले अंत कनेक्टधनुष कनेक्टर (मद # 13)।
  4. विषय मुखपत्र के माध्यम से सांस ले सकते हैं कि इतना धीरे विषय के मुंह में मुखपत्र जगह है। धीरे इस विषय की उंगली टिप करने के लिए नाड़ी oximetry (मद # 15) की उंगली सेंसर देते हैं।
  5. विषय के सिर सिर कुंडली के आईएसओ केंद्र में है कि बीमा। चुंबक बोर के अंदर उसे / उसे स्थान के लिए एमआरआई तालिका कार्य करते हैं।
  6. चुंबक कमरे के अंदर एक शोधकर्ता रहता विषय पर नजर रखने के लिए और डगलस बैग (# 1 आइटम) पर तीन तरह वाल्व स्विच करने के लिए तैयार रहना सुनिश्चित करें। शोधकर्ता earplugs और एमआरआई शोर ब्लॉक करने के लिए एक हेडसेट पहने हुए है कि सुनिश्चित करें।
  7. ETCO 2 और धमनी ऑक्सीजन संतृप्ति अंश सीओ 2 (मद # 14) और नाड़ी oximetry (मद # 15) पर नज़र रखता है पर प्रदर्शित (ताकि 2) मापदंडों की जांच, नियंत्रण कक्ष में, चुंबक कमरे के दरवाजे को बंद करें और। लैपटॉप पर मानकों की रिकॉर्डिंग शुरू।
  8. का उपयोग कर स्कैनिंग शुरू करने के लिए एमआरआई ऑपरेटर हिदायतरक्त-ऑक्सीजनेशन लेवल पर निर्भर (बोल्ड) अनुक्रम। 3T एमआरआई स्कैनर में, बोल्ड इमेजिंग मानकों हैं: टी.आर. / ते = 1500/30 मिसे, फ्लिप कोण = दृश्य = 220 x 220 मिमी 2, मैट्रिक्स = एक्स 64 64, 29 स्लाइस की 60 डिग्री, क्षेत्र, = 5 मोटाई मिमी, स्लाइस, 361 संस्करणों के बीच कोई अंतर। वाल्व स्विचिंग के समय में सूचीबद्ध है, जिस पर एक पूर्व तैयार की चादर की समीक्षा करें और एक स्विच की जरूरत है जब धीरे संकेतन बार झूले। दिल की दर, इसलिए 2, और ETCO 2 सहित, विषय के शरीर क्रिया विज्ञान के करीब ध्यान देना।
  9. अब, चुंबक कमरे के अंदर, डगलस बैग पर विषय को प्रेरित करती है कि गैस के प्रकार को नियंत्रित करता है जो संकेतन बार के आंदोलन पर आधारित (# 1 आइटम) स्विच।
  10. अध्ययन की अवधि के लिए इस प्रक्रिया को जारी रखें। 9 मिनट इमेजिंग अवधि के दौरान, वाल्व स्विचिंग लगभग एक बार हर मिनट की जगह लेता है कि सुनिश्चित करते हैं। स्विच के समय के रूप में लंबे समय EtCO2 समय बेशक दर्ज की गई है, के रूप में बिल्कुल सटीक होना जरूरी नहीं है कि ध्यान दें। <br /> नोट: इस विषय स्कैन के दौरान नर्स-कॉल बटन दबाता है, तो स्कैन खत्म कर दिया जायेगा और इस विषय तुरंत चुंबक बोर से बाहर ले जाया जाएगा। शोधकर्ता इस विषय से टुकड़ा मुंह और नाक क्लिप निकाल देंगे।
  11. स्कैन पूरा हो गया है कि इस विषय को सूचित करने के लिए इंटरकॉम का प्रयोग करें। एमआरआई मेज बाहर खींचो। किसी भी लार साफ करने के लिए इस विषय के लिए ऊतक सफाई प्रदान करते हुए धीरे विषय से नाक क्लिप और मुखपत्र हटा दें। धीरे इस विषय से नाड़ी oximetry की उंगली सेंसर हटा दें। विषय तो चुप बैठो और एमआरआई मेज से प्राप्त कर सकते हैं।

प्रयोग के बाद 3. साफ-अप प्रक्रियाएं

  1. गैस नमूना ट्यूबिंग (9 मद #), एयर फिल्टर (मद # 11), मुखपत्र (5 मद #) और नाक क्लिप (6 मद #) त्यागें।
  2. पुन: प्रयोज्य घटकों को साफ करें। अन्य घटकों से दो तरह से वाल्व (मद # 3) डिस्कनेक्ट और (4 मद #) वाल्व से डायफ्राम को हटा दें। दो तरह सोखइस तरह के 20 मिनट के लिए एक कंटेनर में Bacdown डिटर्जेंट कीटाणुनाशक के रूप में surfactants युक्त वाल्व (मद # 3), डायाफ्राम (मद # 4) और एक केंद्रित फॉस्फेट मुक्त कीटाणुनाशक में यू-आकार ट्यूब (मद # 12),। डिटर्जेंट कीटाणुनाशक और आसुत जल के कमजोर पड़ने के अनुपात 1:64 है।
  3. अच्छी तरह से आसुत जल के साथ 3.2 में वर्णित आइटम कुल्ला।
  4. संपीड़ित हवा के साथ यू-आकार ट्यूब (मद # 12) सूखी। एक स्पष्ट countertop पर दो तरह से वाल्व (मद # 3) और डायफ्राम (4 मद #) प्लेस और उन्हें सूखी स्वाभाविक रूप से और पूरी तरह से अनुमति देते हैं।
  5. डगलस बैग खाली। सिगनल बार और ग्रे ट्यूब दूर रखो।

4. डेटा विश्लेषण सी वी आर मानचित्र गणना करने के लिए

  1. DICOM फ़ाइल स्वरूप या किसी अन्य विक्रेता विशेष प्रारूप में एमआरआई डेटा सेव करें। एक प्रयोगशाला कंप्यूटर से डाटा हस्तांतरण और प्रत्येक फ़ाइल एक समय बिंदु करने के लिए इसी एक 3 डी की मात्रा (जैसे, बोल्ड छवि) शामिल है जिसमें मात्रा-दर-मात्रा फ़ाइल श्रृंखला में डेटा परिवर्तित।
  2. पूर्व प्रक्रिया छवि डेटा। फिर से संगठित करना, सामान्य, सहित और सॉफ्टवेयर सांख्यिकीय पैरामीट्रिक मानचित्रण (एसपीएम) द्वारा उपलब्ध कराए पुस्तकालय कार्यों को कॉल करने वाले एक स्क्रिप्ट का उपयोग चौरसाई छवि पूर्व प्रसंस्करण चरणों का प्रदर्शन। Matlab स्क्रिप्ट का एक उदाहरण के लिए पूरक कोड फ़ाइल 1 देखें।
  3. सीओ 2 रिकॉर्डिंग को पढ़ने के लिए एक स्क्रिप्ट का उपयोग, एक पूर्व calibrated राशि से समय बेशक स्थानांतरण द्वारा नमूना ट्यूबिंग देरी सही (जैसे, मुंह टुकड़ा और एक सांस के बीच समय के अंतर के रूप में निर्धारित किया जाता है, जो इस सेटअप में 12 सेकंड सीओ 2 रिकॉर्डिंग पर कि सांस) की उपस्थिति, और कच्चे समय श्रृंखला का लिफाफा (सकारात्मक चोटियों) है जो EtCO2 निकाल सकते हैं। Matlab स्क्रिप्ट के लिए पूरक कोड फ़ाइल 2 देखें।
  4. तुल्यकालन टाइमर के आधार पर, खंड ETCO 2 डेटा 25 सेकंड से पूर्व पिछले छवि अधिग्रहण के बाद 100 सेकंड के लिए पहली छवि अधिग्रहण करने के लिए केवल रिकॉर्डिंग रखने के लिए। ETCO दो समय के पाठ्यक्रम हैइनपुट vasculature को समारोह और बाद में वर्णित रेखीय प्रतिगमन विश्लेषण में स्वतंत्र चर के रूप में प्रयोग किया जाता है।
  5. समय के बदलाव के अलग-अलग पर इन दो समय पाठ्यक्रम के बीच पार सहसंबंध गुणांक (सीसी) की गणना के द्वारा (फेफड़ों में मापा) ETCO 2 और (मस्तिष्क में मापा) एमआरआई संकेत के बीच शारीरिक देरी को पहचानें। उच्च सीसी कि पैदावार पारी मूल्य इष्टतम समय माना जाता है।
  6. ETCO दो समय बेशक इष्टतम देरी से स्थानांतरित कर दिया है और एमआरआई संकेत के उन मिलान केवल समय बिंदुओं एमआरआई संकेत के रूप में एक ही लंबाई के हैं कि एक समय की श्रृंखला में जिसके परिणामस्वरूप, संरक्षित कर रहे हैं।
  7. स्थानांतरित कर दिया EtCO2 समय बेशक निर्भर चर रहा है स्वतंत्र चर और एमआरआई संकेत समय कोर्स है, जिसमें एक voxel द्वारा voxel रेखीय प्रतिगमन का उपयोग कर एसपीएम आचरण।
  8. सी वी आर के voxel द्वारा voxel नक्शा कंप्यूट
    1 समीकरण
    जहां (मैं, जम्मू, कश्मीर) टी हैवह सूचकांक voxel, β1 EtCO2 और β0 के साथ जुड़े प्रतिगमन गुणांक निरंतर अवधि के साथ जुड़े प्रतिगमन गुणांक है। न्यूनतम (ETCO 2) है समय के पाठ्यक्रम में ETCO 2 के न्यूनतम मूल्य।

Representative Results

डेटा के दो प्रकार के। प्रस्तावित प्रोटोकॉल, शारीरिक रिकॉर्डिंग और एमआर छवियों के साथ एकत्र एक प्रतिनिधि विषय से शारीरिक मापदंड के 2 और 3 शो रिकॉर्डिंग आंकड़े हैं। चित्रा में काला ट्रेस 2 दिखाता मुखपत्र के पास नमूना हवा में सीओ 2 सामग्री का प्रतिनिधित्व करता है जो सीओ 2 की निगरानी, ​​द्वारा दर्ज सीओ 2 के समय बेशक। इस ट्रेस समय के एक समारोह के रूप में तेजी से उतार चढ़ाव होता रहता है ध्यान दें। सांस लेने चक्र की साँस लेना चरण के दौरान, इस रिकॉर्डिंग inhaling हवा में सीओ 2 सामग्री को दर्शाता है और, साँस छोड़ना चरण के दौरान, इस रिकॉर्डिंग हवा exhaled में सीओ 2 सामग्री को दर्शाता है, इसका कारण यह है। जैसे, प्रत्येक सांस लेने चक्र के ऊपरी शिखर, अंत ज्वारीय सीओ 2 या ETCO 2, लगभग धमनियों से रक्त में सीओ 2 एकाग्रता के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जो फेफड़ों में सीओ 2 सामग्री का प्रतिनिधित्व के रूप में भेजा। नोट वेंसीओ पर रक्त धमनियों में दो एकाग्रता vasodilatory प्रतिक्रिया की प्रेरणा शक्ति है, यानी, इनपुट समारोह है। सीओ 2 का पता लगाने (चित्रा 2 में लाल वक्र) की चोटियों मैनुअल निरीक्षण और सुधार के साथ संयोजन में, प्रत्येक सांस के दौरान शिखर के लिए खोज करता है, जो एक का पता लगाने एल्गोरिथ्म के साथ चित्रित किया गया था। इस वजह से आंशिक सांस को अचानक चोटियों को दूर करने और मस्तिष्क वाहिकाओं के लिए फेफड़े के जहाजों से प्रवाह के दौरान रक्त मिश्रण के लिए खाते में एक मंझला छानने के द्वारा किया गया। अंतिम ETCO दो बार पाठ्यक्रम चित्रा 2 में हरे रंग की वक्र द्वारा दिखाया गया है और यह सी वी आर की गणना में इस्तेमाल किया जाता है।

चित्रा 3 साँस लेने की दर, धमनी ऑक्सीजन संतृप्ति अंश (ताकि 2), और दिल की दर के समय पाठ्यक्रम को दर्शाता है। इसलिए दो और हृदय की दर नाड़ी oximetry से प्राप्त कर रहे हैं, जबकि साँस लेने की दर सीओ 2 की निगरानी से प्राप्त किया जाता है। एस जा सकता हैeen है, इन मानकों hypercapnia चुनौती के साथ एक व्यवस्थित परिवर्तन नहीं दिखाते। इस प्रकार फेफड़ों में ओ 2 आंशिक दबाव विनय वृद्धि होगी, इस विषय में अतिवातायनता का कारण यह है कि hypercapnia ध्यान दें। रक्त में हीमोग्लोबिन पहले से ही काफी हद तक कमरे में हवा में सांस लेने में संतृप्त और ऑक्सीजन हदबंदी वक्र है कि सीमा के भीतर नहीं बल्कि फ्लैट है के रूप में हालांकि, अभी दो पर इसके प्रभाव को कम से कम है।

चित्रा 4 प्रयोग के अलग-अलग समय पर प्रतिनिधि बोल्ड एमआर छवियों से पता चलता है। (मनमाना एमआर इकाइयों में) औसत संकेत तीव्रता भी दिखाया गया है। यह मस्तिष्क में बोल्ड संकेत सीओ 2 साँस लेना के साथ वृद्धि से पता चलता है कि देखा जा सकता है। कमरे से हवा में और सीओ 2 अवधि के बीच संकेत फर्क आयाम में 1-3% के आदेश पर है कि ध्यान दें।

शारीरिक रिकॉर्डिंग और एमआर छवियों से डेटा का मेल, एक voxel द्वारा voxel सी वी आर नक्शा गणना की जा सकती है। चित्रा 5 से पता चलता प्रतिनिधिपरिणामों के एक उत्कृष्ट reproducibility के प्रदर्शन पाँच अलग अलग दिनों पर स्कैन एक स्वस्थ विषय की (एमएमएचजी सीओ 2 के परिवर्तन के लिए% संकेत परिवर्तन की इकाइयों में) सी वी आर नक्शे,। प्रस्तावित तकनीक अब तक 20, अल्जाइमर रोग 4, मल्टीपल स्केलेरोसिस 21, और व्यायाम प्रशिक्षण 22 से उम्र बढ़ने के अध्ययन में लागू किया गया है।

चित्रा 1
चित्रा 1. गैस वितरण प्रणाली के चित्र। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 2
एक प्रतिनिधि विषय डु से चित्रा 2. सीओ 2 के समय पाठ्यक्रमप्रयोग की अंगूठी। कमरे में हवा में सांस लेने की अवधि (कम बाएं) और 5% सीओ 2 साँस लेना अवधि (कम सही) के लिए दिखाया जाता है सीओ 2 की निगरानी के द्वारा दर्ज की गई है के रूप में सांस-दर-सांस सीओ 2 सामग्री का पता लगाने के क्षेत्रों। निकाले ETCO दो समय पाठ्यक्रमों रंग का घटता में दिखाए जाते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 3
चित्रा 3. रिकार्ड किए गए प्रयोग के दौरान एक प्रतिनिधि विषय से शरीर क्रिया विज्ञान मापदंडों। (ए) साँस लेने की दर (बीपीएम, प्रति मिनट सांस) विषय के समय के पाठ्यक्रम। (बी) तो विषय के 2 (%) समय बेशक। (सी) हार्ट दर (प्रति मिनट हरा बीपीएम) विषय के समय के पाठ्यक्रम। विषय है चित्रा 1 में उस के रूप में ही है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा प्रयोग के अलग-अलग समय पर 4. प्रतिनिधि बोल्ड एमआर छवियों। प्रदर्शित मस्तिष्क टुकड़ा की औसत संकेत तीव्रता (MNI अंतरिक्ष में अक्षीय टुकड़ा # 54) नीचे पंक्ति में दिखाया जाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा एक प्रतिनिधि विषय से 5. प्रतिनिधि सी वी आर नक्शा।.jove.com / फ़ाइलें / ftp_upload / 52,306 / 52306fig5large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

इस रिपोर्ट में एक एमआर संगत गैस वितरण प्रणाली और मानव मस्तिष्क में संवहनी जेट की मैपिंग की अनुमति देता है कि एक व्यापक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया। गैस वितरण प्रणाली का एक चित्र चित्र 1 में सचित्र है। एमआरआई स्कैनर कमरे के अंदर सभी भागों प्लास्टिक उनकी एमआरआई संगतता सुनिश्चित करने के लिए कर रहे हैं। प्रणाली धारणात्मक एक गैस का सेवन उप प्रणाली (बैग, वितरण ट्यूब, दो तरह वाल्व), एक श्वास इंटरफ़ेस उप प्रणाली (नाक क्लिप, मुखपत्र, यू-आकार ट्यूब) सहित तीन उप-प्रणालियों, में विभाजित किया जा सकता है एक निगरानी उप प्रणाली (सीओ 2 एकाग्रता, ऑक्सीजन संतृप्ति, हृदय गति, साँस लेने की दर)। गैस सेवन उप प्रणाली गैस दो तरह वाल्व तक पहुँचने के लिए साँस जा करने के लिए अनुमति देता है। केवल इस उप-प्रणाली के माध्यम से प्रवाह होगा, हवा साँस, लेकिन हवा exhaled नहीं। साँस लेने इंटरफ़ेस उप प्रणाली विषय में सांस लेने और इरादा गैस बाहर करने के लिए अनुमति देता है। दोनों साँस और exhaled गैस इस उप-प्रणाली के माध्यम से प्रवाह होगा। monitorinजी उप-प्रणाली इसलिए सांस लेने इंटरफ़ेस उप प्रणाली के साथ एक बिंदु पर गैस नमूना चाहिए।

इस तकनीक के नैदानिक ​​अनुप्रयोगों जैसे स्ट्रोक, atherosclerosis, moyamoya रोग, संवहनी मनोभ्रंश, एकाधिक काठिन्य, और ब्रेन ट्यूमर के रूप में मस्तिष्क संबंधी बीमारियों में मस्तिष्क संवहनी रिजर्व का मूल्यांकन शामिल हो सकते हैं। तकनीक भी मानक के अनुसार या तंत्रिका गतिविधि 23,24 का एक बेहतर मात्रा का ठहराव के लिए fMRI संकेत जांच करने के लिए कार्यात्मक एमआरआई अध्ययन में इस्तेमाल किया जा सकता है।

प्रस्तावित प्रणाली और प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल का एक महत्वपूर्ण विशेषता न्यूनतम गति या परेशानी पैदा करते हुए गैस मिश्रण विषय के लिए दिया जा सकता है। इसलिए, यह यू-आकार ट्यूब (मद # 12) यह (और यह के अंत से जुड़ा मुखपत्र) स्वाभाविक रूप से इस विषय के मुंह में नीचे की ओर गिरता है कि ऐसी जगह के लिए महत्वपूर्ण है। इस तरह, इस विषय पकड़ या मुखपत्र का समर्थन करने के लिए अपने चेहरे की मांसपेशियों का उपयोग करने की जरूरत नहीं है। यह भी आयात होता हैचींटी विषय मुखपत्र उनके मुँह में है, जबकि बात करने में सक्षम नहीं होगा कि बारे में पता होना। इसलिए, शोधकर्ता एक सवाल टोन के साथ इस विषय के लिए बात कर रहा से बचना चाहिए। इसके बजाय, केवल स्पष्ट है, निश्चित निर्देश दिया जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त, एक शोधकर्ता प्रयोग के पूरे कोर्स के दौरान शारीरिक मापदंड (जैसे, ETCO 2, इसलिए दो, हृदय गति, साँस लेने की दर) के करीब ध्यान देना चाहिए और एक या शारीरिक मापदंड के अधिक ठेठ सीमा के बाहर विचलित जब तुरंत जवाब ।

साहित्य में इस्तेमाल अन्य गैस वितरण प्रणाली की एक विस्तृत सर्वेक्षण इस लेख के दायरे से परे है, यह कुछ अधिक इस्तेमाल किया लोगों को 17,18 करने के लिए मौजूदा प्रणाली की तुलना करने के लिए उपयोगी है। एक प्रमुख अंतर यह है कि हमारी प्रणाली सबसे अन्य प्रणालियों के डिजाइन में एक मुखौटा का इस्तेमाल किया है, जबकि इरादा गैस वितरित करने के लिए एक मुखपत्र का उपयोग करता है। एक मुखौटा का उपयोग करने का संभावित जटिलताओं दो परतों हैं। सबसे पहले, एक मुखौटा ओअंतरिक्ष की एक पर्याप्त राशि ccupies, और यह हमेशा कई विषयों के लिए, उनकी नाक लगभग भी एक मुखौटा बिना सिर का तार छूने होगा, यह देखते हुए कि, सिर कुंडल के अंदर तंग जगह में मुखौटा फिट करने के लिए संभव नहीं हो सकता है। यह विशेष रूप से आम तौर पर विषय के सिर को कसकर फिट करने के लिए तैयार कर रहे हैं जो उच्च संवेदनशीलता को प्राप्त करने के उद्देश्य से सिर coils के लिए मामला है। एक मुखौटा डिजाइन के साथ जुड़े एक दूसरे जटिलता साँस और exhaled गैस की पर्याप्त मिश्रण में जो परिणाम मुखौटा अंदर बड़ी जगह है कि वहाँ है। नतीजतन, यह आदर्श exhaled गैस पर ही आधारित होना चाहिए जो ETCO 2, की माप की सटीकता को प्रभावित कर सकता है। सटीक ETCO 2 सी वी आर मानचित्र की विश्वसनीयता के लिए महत्वपूर्ण पाठ्यक्रम की है। कई अन्य प्रणालियों की तुलना में हमारी प्रणाली का एक अन्य प्रमुख अंतर यह है कि हमारी प्रणाली एक बैग के बजाय एक गैस टैंक से गैस उद्धार करता है। इसलिए, टैंक शेष भाग में कीमती अंतरिक्ष की बचत, स्कैनर क्षेत्र में की जरूरत नहीं कर रहे हैं एक एमआरआई सूट का rol के कमरे में। हमारे डिजाइन में, हम स्कैन की शुरुआत से पहले बैग लाने के लिए और स्कैन के बाद, बैग, खाली जोड़ रहा है, और दूर रखा। अंत में, कई अन्य प्रणालियों 18,21, की तुलना में मौजूदा गैस वितरण प्रणाली सरल है, कम प्रशिक्षण समय की आवश्यकता है, और इसके उपभोग्य कम महंगे हैं।

यह इस रिपोर्ट में प्रस्तुत प्रोटोकॉल मुख्य रूप से सीओ 2 साँस लेना पर ध्यान केंद्रित किया है, हालांकि प्रस्तुत गैस वितरण प्रणाली अन्य गैस के मिश्रण (के वितरण की अनुमति देता है, ने बताया कि किया जाना चाहिए जैसे, ओ 2 के किसी भी अंश, सीओ 2 के किसी भी अंश है, किसी भी एस / वह एमआरआई स्कैनर के अंदर झूठ बोल रहा है, जबकि उनके लिए एक मानव के लिए 2 एन, और उनके संयोजन) के अंश साँस लेने के लिए। एक भी electroencephalogram (ईईजी), magnetoencephalogram (एमईजी), पोजीट्रान एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी), या इष्टतम इमेजिंग के साथ संयोजन के रूप में, उदाहरण के लिए, एमआरआई के संदर्भ के बाहर गैस वितरण प्रणाली का उपयोग कर सकते हैं।

इमेजिंग मानकों की एक सिफारिश को उपलब्ध कराने के लिए जब _content ">, हम मुख्य रूप से बोल्ड दृश्य पर ध्यान केंद्रित किया है। संभावित सी वी आर मानचित्रण में इस्तेमाल किया जा सकता है कि एक और अनुक्रम मस्तिष्क में रक्त प्रवाह का एक मात्रात्मक उपाय प्रदान करता है जो धमनी स्पिन लेबलिंग (एएसएल) एमआरआई, (CBF) है शारीरिक इकाइयों (एमएल रक्त मिनट प्रति 100 ग्राम ऊतक के अनुसार) में। इसलिए, एएसएल आधारित सी वी आर मानचित्रण का लाभ परिणामों के साथ ही रक्त के प्रवाह, रक्त की मात्रा का एक संयुक्त प्रभाव को दर्शाता है जो बोल्ड संकेत के विपरीत, की व्याख्या करने के लिए आसान कर रहे हैं सीओ 2 चुनौती 25-27 के दौरान मस्तिष्क चयापचय परिवर्तन के संभावित योगदान। हालांकि, साइन तकनीक की एक सीमा अपनी संवेदनशीलता बोल्ड 28 की तुलना में कई परतों कम है। नतीजतन, हमारे अनुभव वर्तमान में, यह है, कि है एक व्यक्ति के स्तर को प्राप्त करने के लिए बेहद चुनौतीपूर्ण है, इस प्रकार एएसएल। इसलिए, सी वी आर के आवेदन के अध्ययन के लिए, हम मुख्य रूप से बोल्ड दृश्य का उपयोग करें का उपयोग करते हुए सी वी आर नक्शा voxel-voxel द्वारा और भी कहां में इस तकनीक पर ध्यान केंद्रितआर सिफारिशें की हैं।

वर्तमान पद्धति की एक सीमा (एक नाक क्लिप से) बंद नाक के साथ एक मुखपत्र के माध्यम से साँस लेने में पूरी तरह से प्राकृतिक नहीं है और कुछ विषयों (विशेष रूप से रोगियों) परेशानी का एक स्रोत के रूप में इस अनुभव कर सकते हैं। मुखपत्र और नाक क्लिप के साथ सांस लेने में भी क्लौस्ट्रफ़ोबिया की भावना को बढ़ा सकता है। इसके अतिरिक्त, इस विषय की वजह से ही मुंह से सांस लेने के लिए शुष्क मुँह अनुभव हो सकता है। इसलिए, यह शोधकर्ता तेजी से प्रयोग को पूरा करने के लिए अपनी तरफ से पूरी कोशिश की सिफारिश की है। अंत में, यह लेखक 'अनुभव के आधार पर, जैसा कि ऊपर उल्लेख संभावित असुविधा क्षणिक है और जैसे ही प्रयोग समाप्त हो गया है के रूप में गायब हो जाएगा, कि नोट करना महत्वपूर्ण है।

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

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References

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गैस साँस लेना चुनौतियां माध्यम Cerebrovascular जेट के एमआरआई मैपिंग
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Lu, H., Liu, P., Yezhuvath, U.,… More

Lu, H., Liu, P., Yezhuvath, U., Cheng, Y., Marshall, O., Ge, Y. MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges. J. Vis. Exp. (94), e52306, doi:10.3791/52306 (2014).

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