Abstract
Hjernen er en romlig heterogen og timelig dynamisk organ, med ulike regioner krever forskjellig mengde blodtilførselen på ulike tidspunkt. Derfor muligheten av blodårene utvider seg eller innsnevre, kjent som Cerebral-Vaskulær-reaktivitet (CVR), representerer et viktig domene av vaskulær funksjon. En bilde markør som representerer denne dynamiske egenskapen vil gi ny informasjon av cerebral fartøy under normale og syke tilstander som hjerneslag, demens, aterosklerose, små fartøy sykdommer, hjernesvulst, traumatisk hjerneskade, og multippel sklerose. For å kunne utføre denne type måling i mennesker, er det nødvendig å levere en vasoaktive stimulus så som CO2 og / eller O to gassblandingen mens kvantitativ hjerne MRI (MRI) blir samlet opp. I dette arbeidet har vi presentert en MR kompatibel gassleveringssystem og tilhørende protokoll som tillater levering av spesialgassblandinger (f.eks 2, CO 2, N 2, og deres kombinasjoner) mens motivet er å ligge inne i MR skanner. Dette systemet er relativt enkel, økonomisk, og lett å bruke, og den eksperimentelle protokollen tillater nøyaktig kartlegging av CVR både hos friske frivillige og pasienter med nevrologiske lidelser. Denne tilnærmingen har potensiale til å bli brukt i bred klinisk anvendelse og i bedre forståelse av hjernen vaskulær patofysiologi. I videoen viser vi hvordan du setter opp systemet inne i en MR suite og hvordan du utfører en komplett eksperiment på en menneskelig deltaker.
Introduction
Hjernen representerer omtrent 2% av den totale kroppsvekt, men bruker omtrent 20% av den totale energien 1. Ikke overraskende, er tilstrekkelig og nøye regulert blodtilførsel kritisk for å møte dette høy etterspørsel etter energi og for at hjernen skal fungere ordentlig. Videre er hjernen et romlig og tidsmessig dynamisk heterogent organ, med ulike regioner som krever forskjellig mengde av blodtilførsel på forskjellige tidspunkt. Derfor representerer dynamisk modulering av blodtilførsel et viktig krav i human hjerne sirkulasjon. Heldigvis er det kjent at blodårene er ikke bare stive rør, og at en viktig funksjon av blodkar er å utvide og innsnevre basert på etterspørselen av hjernen og fysiologiske forhold to.
Dette funksjonelle eiendom av fartøyet, kjent som Cerebral-Vaskulær-reaktivitet (CVR), er antatt å være en nyttig indikator på vaskulær helse og kan finne programmer i flere nevrologiske conditions som hjerneslag 3, demens 4, aterosklerose 5, små fartøy sykdommer 6, hjernesvulst 7, moyamoya sykdom 8, og narkotika-avhengighet 9. I fysiologi og anestesi litteraturen er det kjent at det på grunn CO2 gass er en potent vasodilator, kan CVR vurderes ved å endre den arterielle CO 2 nivå (f.eks inhalering av en liten mengde av CO 2) mens man overvåker vaskulære respons 10-13 . I bildebehandling og radiologi feltet, er CVR kartlegging ved hjelp av MRI raskt fremstår som en ny markør av interesse for mange grunnleggende forskere og klinikere 8,14-19. Det er vanligvis beregnet ved å undersøke hvor mye vaskulær respons induseres ved et vasoaktivt utfordring. Det er imidlertid et behov for tekniske fremskritt i gassleveringssystem og standardisering av forsøksprotokoll. Levere spesiell gassblanding til en gjenstand inne i MR skanner er ikke trivielle og spesielle hensyner nødvendig for en MR-kompatibel utforming. Spesielle hensyn er nødvendig å utforme MR-kompatibel gassleveringssystem. Disse spesielle hensyn inkluderer: 1) alle komponenter må være ikke-metallisk (metall kan ikke brukes inne MRI); 2) systemet skal arbeide innenfor en liten plass som MR-systemet og dets hodet spiral tillate; 3) systemet skal fungere med en liggende ned posisjon (som MRI skanner krever) i stedet for å sitte opp, uten ubehag; 4) relevante fysiologiske parametre, som endetidal CO2 (EtCO2, en tilnærming av CO2-innholdet i den arterielle blod) og arteriell oksygenmetning, bør registreres nøyaktig med sekunder av timing nøyaktighet og lagret på en datamaskin for bruk analyse. Disse problemene kan begrense omfanget av anvendelser av CVR kartlegging.
I denne rapporten har vi presentert en eksperimentell protokoll som bruker en omfattende gassleveringssystem for å modulere innholdet inspirert gass mens motivet er å ligge inne i MR skanner. Ossing denne tilnærmingen, kan forskeren ikke-invasiv bruke en vasoaktivt stimulans til deltakeren med minimal ubehag eller bulk bevegelse. Fysiologiske parametere og MR-bilder ble registrert i hele perioden på ca 9 min, som besto av vekslende blokker (1 min per blokk) av rom-luft og hypercapnic gass puste. Representative resultater er presentert. Potensielle bruksområder og begrensninger blir diskutert.
Protocol
MERK: Protokollen ble godkjent av University of Texas Southwestern Medical Center Institutional Review Board.
1. Diagram av Gas Delivery System og klargjøring Steps før Experiment
- Gjennomgå diagram av gassleveringssystem (figur 1). Fyll en 200 L Douglas pose (pkt 1) med et medisinsk kvalitet gassblanding inneholdende 5% CO2, 21% O 2, og 74% N2.
- Plasser to membraner (Element # 4) i to-veis non-rebreathing ventilen (Element # 3) for å sikre en måte gasstrømmen. Bringe dette sammensatte to-veisventil, og den gassfylte Douglas pose (pkt 1) inn i magnetrommet.
- Koble gass levering tube (Item # 7) til inngangen enden av to-veis ventil (Item # 3). Sett på gassleveringsrøret (Varenummer 7) til den side av hodet spole for vektstøtte. Den andre enden av gasstilførselsrøret (Varenummer 7) til den gassfylte Douglasbag (pkt 1).
- Koble munnstykket (Item # 5) til U-form tube (Item # 12) via en albue-kontakt (Varenummer 13 med gass prøvetaking port forseglet).
- Koble gass-prøvetaking rør (Item # 9) i U-form tube (Item # 12) via en annen albue-kontakt (Element # 13).
- Koble en liten luftfilter (Varenummer 11) til den andre enden av den gass prøvetaking rør (Varenummer 9). Koble den andre enden av den CO 2 (Element # 14) luftfilter (Item # 11) skjerm.
- I kontrollrommet på MR suite, slå på CO 2 (Element # 14) og pulsoksymetri (Item # 15) skjermer. Utføre en auto-kalibrering for CO 2 monitor.
- Koble skjermer til en bærbar PC ved hjelp av USB-porter. Åpne Hyperterminal programvare som kommuniserer med skjermene. Synkronisere skjermer 'ganger med en tidtaker ved å skrive ned timeren tid og tilsvarende skjermer "tider. Forskjellene av timeren tid og skjermer "tider vil bli regnskapsført i data proling (trinn 4.4).
- Sett den ene enden av et signallinjen i en bølgeleder, slik at en ende av stangen er inne i magnetrommet og den andre enden er i kontrollrommet.
MERK: Signalanlegget bar brukes for å varsle forskeren inne i magnetrommet under skanningen når du bytter av de tre-veis ventil (Item # 2) er nødvendig.
2. Prosedyrer under forsøket
- Spør lagt ligge på MR bordet men ikke sette ham / henne inn i magnet boringen ennå. Instruere gjenstand til å trykke på sykepleier-ringeknappen hvis de føler ubehag under skanningen. Spør lagt tørke hans / hennes nese med et stykke rengjøring towelette å fjerne fett.
- Instruere underlagt puste gjennom munnen, og for å etablere og opprettholde en pusterytme. Deretter gjelder en neseklype (Item # 6) om emnet.
- Kobler den åpne ende av U-formen rør (Varenummer 12) til den midtre port av de to-veis ventil (element 3) via elbue-kontakt (Item # 13).
- Forsiktig plassere munnstykket inn i fagets munn slik at motivet kan puste gjennom munnstykket. Forsiktig feste fingersensoren av pulsoksymetri (Item # 15) til fingerspissen av faget.
- Forsikre at leder av motivet er i iso-midten av hodet coil. Betjene MR bordet for å plassere ham / henne inne i magneten boringen.
- Sørg for at en forsker blir inne i magnetrommet for å overvåke faget og for å være forberedt på å slå de tre-veis ventil på Douglas bag (pkt 1). Sikre at forskeren har på seg ørepropper og hodetelefoner for å blokkere MR støy.
- Lukke magnet rom døren, og i kontrollrommet, sjekk ETCO 2 og arteriell oksygenmetning fraksjon (SO 2) viste parametre på CO 2 (Element # 14) og pulsoksymetri (Item # 15) skjermer. Starte innspillingen av parameterne på den bærbare datamaskinen.
- Instruere MR operatøren å begynne å skanne ved hjelpBlod-Oxygenation-Level-Dependent (BOLD) sekvens. For 3T MR skanner, de BOLD bildeparametere er: TR / TE = 1500/30 msek, flip vinkel = 60 °, synsfelt = 220 x 220 mm 2, matrix = 64 x 64, 29 skiver, tykkelse = 5 mm, noe gap mellom skiver, 361 bind. Gjennom en pre-forberedt ark der timing av ventilen veksling er oppført og forsiktig svinge signallinjen når en bryter er nødvendig. Følg nøye med på fagets fysiologi, inkludert hjertefrekvens, SO 2, og ETCO to.
- Nå, inne i magnetrommet, slå på Douglas posen (pkt 1) basert på bevegelsen av signallinjen som styrer den type gass som emnet fremmer.
- Fortsett denne prosedyre for lengden av studien. I løpet av 9 min bildebehandling periode, sikre at ventilen veksling skjer omtrent en gang hvert minutt. Legg merke til at tidspunktet for bryteren ikke behøver å være nøyaktig presis, så lenge EtCO2 tid kurset er registrert. <br /> MERK: Hvis motivet trykker på sykepleier-ringeknappen under skanningen, vil skanningen bli avbrutt og motivet vil bli flyttet ut av magneten boringen umiddelbart. Forskeren vil fjerne munnstykket og neseklype fra motivet.
- Bruke intercom å varsle emnet at skanningen er fullført. Trekk MR tabellen ut. Fjern forsiktig neseklype og munnstykke fra motivet samtidig som det gir rengjøring vev til faget for å tørke vekk spytt. Fjern fingeren sensor av pulsoksymetri fra motivet forsiktig. Faget kan da sitte opp og gå av MR bordet.
3. Renseprosedyrer etter forsøket
- Kast gass prøvetaking slangen (Item # 9), air-filter (Item # 11), munnstykke (Item # 5) og neseklype (pkt 6).
- Rengjøre gjenbrukbare komponenter. Koble de to-veis ventil (Item # 3) fra de andre komponentene og fjerne membranene (Varenummer: 4) fra ventilen. Bløtlegg toveisventil (Item # 3), pessar (Item # 4) og U-form tube (Item # 12) i en konsentrert fosfatfritt desinfeksjonsmiddel, som inneholder tensider som Bacdown vaskemiddel desinfeksjonsmiddel i en container i 20 min. Fortynningsforholdet av vaskemiddeldesinfeksjonsmiddel og destillert vann er 1:64.
- Skyll gjenstander som beskrevet i 3.2 grundig med destillert vann.
- Tørk av U-form tube (Item # 12) med trykkluft. Plasser to-veis ventil (Item # 3) og membraner (Item # 4) på en klar benkeplate og la dem tørke naturlig og helt.
- Tømme Douglas bag. Sett bort signalanlegget bar og grå tube.
4. Data Analysis til Beregn CVR Kart
- Lagre MRI data i DICOM filformat eller andre leverandørspesifikke format. Overføre dataene til et laboratorium datamaskin og konvertere dataene til volum-til-volum-fil serie, hvor hver fil inneholder et 3D-volum (f.eks BOLD bilde) som svarer til en tidspunkt.
- Pre-prosessen bildedataene. Utføre bildeforhåndsbehandlingstrinn inkludert omstilling, normalisering, og utjevning bruker et skript som kaller bibliotekfunksjoner fra programvare Statistisk Parametric Mapping (SPM). Se supplerende kodefil en for et eksempel på Matlab skript.
- Bruke et skript til å lese CO 2 opptak, korrigere prøvetaking tubing forsinkelse av skiftende tidsforløpet av en pre-kalibrert beløp (f.eks 12 sek i dette oppsettet som fastsettes som tidsforskjellen mellom en pust i munnstykket og utseendet på at pusten på CO2-opptak), og trekke EtCO2 som er på konvolutten (positive topper) av rå tidsserier. Se supplerende kodefil 2 for Matlab skript.
- Basert på synkroniserings timer, å segmentere de ETCO to data beholde bare opptaket fra 25 sek før det første bildet oppkjøpet til 100 sekunder etter det siste bildet oppkjøpet. Den ETCO to tidsforløp erinngangsfunksjonen til vaskulaturen og brukes som uavhengige variabelen i den senere beskrevne lineær regresjonsanalyse.
- Identifisere den fysiologiske forsinkelse mellom ETCO 2 (målt i lunge) og MR-signal (målt i hjernen) ved å beregne kryss korrelasjonskoeffisient (CC) mellom disse to tids kurs ved varierende tidsforskyvninger. Skiftet verdi som gir høyere CC er ansett som den optimale tidspunktet.
- Den ETCO to tidsforløp blir forskjøvet ved den optimale forsinkelse og bare de tidspunkter som samsvarer med de av MR-signalet er bevart, noe som resulterer i en tidsserie som er av samme lengde som MRI-signalet.
- Gjennomføre en voxel-by-voxel lineær regresjon ved hjelp SPM der skiftet EtCO2 tid kurset er den uavhengige variabelen og MR-signal tidsforløpet er avhengig variabel.
- Beregne voxel-by-voxel kartet CVR
der (i, j, k) er than voxel-indeksen, er β1 regresjonskoeffisienten forbundet med EtCO2 og β0 er regresjonskoeffisienten forbundet med konstantleddet. min (ETCO 2) er den minimal verdi av ETCO 2 i tidsforløpet.
Representative Results
To typer av data blir samlet inn med den foreslåtte protokoll, fysiologiske opptak og MR-bilder. Figurene 2 og 3 viser opptak av fysiologiske parametre fra en representativ emne. Svart spor i Figur 2 viser CO 2 gang kurs registrert av CO 2 monitor, som representerer CO 2 -innholdet i luften samplet nær munnstykket. Merk at dette spor varierer hurtig som en funksjon av tiden. Dette er fordi, under innåndingsfasen av pustesyklus, reflekterer dette opptaket av CO2-innholdet i inhalere luft og under utånding fasen, gjenspeiler dette opptaket av CO2-innholdet i utåndet luft. Som sådan, er den øvre topp av hver pustesyklus, referert til som ende-tide CO 2 eller ETCO 2, representerer CO2-innholdet i lungene, som kan være tilnærmet anvendt som CO 2 konsentrasjonen i arterielt blod. Note thpå CO 2 -konsentrasjonen i den arterielle blod er drivkraften, dvs. inngangsfunksjon, av vasodilaterende respons. Toppene i CO 2 spor (rød kurve i figur 2) ble avgrenset med en algoritme som søker etter topp under hvert åndedrag, i kombinasjon med manuell inspeksjon og korrigering. Dette ble etterfulgt av en median-filtrering for å fjerne skarpe topper på grunn av delvis pust og tar høyde for blodblanding i løpet av strømmen fra lunge fartøyer til cerebrale kar. Den endelige ETCO to tidsforløp er vist ved den grønne kurve i figur 2, og det blir brukt i beregningen av CVR.
Figur 3 viser tids kurs av pustefrekvens, arteriell oksygenmetning fraksjon (SO 2), og hjertefrekvens. Pustefrekvens er hentet fra CO 2 monitor mens SO 2 og hjertefrekvens er hentet fra pulsoksymetri. Som det kan være seen, disse parametrene ikke viser en systematisk endring med hyperkapni utfordring. Legg merke til at hyperkapni forårsaker hyperventilering i faget, og dermed O 2 partialtrykk i lungen vil øke beskjedent. Imidlertid er dens innvirkning på sO 2 minimal som blod hemoglobin er allerede i stor grad mettet på rom-luft å puste og oksygen dissosiasjon kurven er ganske flat innenfor dette området.
Figur 4 viser representative BOLD MR-bilder ved forskjellige tidspunkt for eksperimentet. Den gjennomsnittlige signalintensitet (i vilkårlige enheter MR) er også vist. Det kan sees at BOLD-signalet i hjernen viser en økning med CO 2 inhalering. Legg merke til at signalforskjellen mellom rom-luft og CO 2 perioder er av størrelsesorden på 1-3% i amplitude.
Kombinere data fra fysiologiske innspillinger og MR-bilder, kan en voxel-by-voxel CVR kartet beregnes. Figur 5 viser representativeCVR kart (i enheter av% signalendring per mmHg CO 2 endring) av en sunn emne skannet på fem forskjellige dager, som viser en utmerket reproduserbarhet av resultatene. Den foreslåtte teknikken har så langt blitt brukt i studier av aldring 20, Alzheimers sykdom 4, multippel sklerose 21, og fysisk trening 22.
Figur 1. Diagram av gassleveringssystemet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. CO 2 tidsspennet fra en representant emne during eksperimentet. Deler av pust-for-pust CO 2 -innhold spor som registrert av CO 2 monitor vises for romluft puste periode (nederst til venstre) og 5% CO 2 innånding periode (nederst til høyre). Utpakkede ETCO 2 tids kurs er vist i fargede kurvene. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. Innspilt fysiologi parametere fra en representant gjenstand under forsøket. (A) Breathing rate (bpm, pust per minutt) tidsforløp av faget. (B) Så 2 (%) tidsforløp av faget. (C) Hjerte rate (bpm, beat per minutt) tidsforløp av faget. Emnet er samme som i figur 1. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. Representative BOLD MR-bilder på ulike tidspunkt av forsøket. Gjennomsnittlig signal intensiteter av den viste hjerne skive (aksial skive # 54 i MNI plass) er vist i den nederste raden. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5. Representant CVR kart fra en representant emne..jove.com / filer / ftp_upload / 52306 / 52306fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Discussion
Denne rapport presentert en MR-kompatibel gassleveringssystem og et omfattende eksperimentell protokoll som tillater kartlegging av vaskulær reaktivitet i den menneskelige hjerne. Et diagram av gassleveringssystem er illustrert i figur 1. Alle deler inne i MRI-skannerrommet er plastisk for å sikre deres MRI kompatibilitet. Systemet kan begrepsmessig deles inn i tre undersystemer, inkludert gassinntak sub-system (pose, leveringsrøret, to-veis ventil), en pustegrensesnitt undersystem (neseklemme, munnstykke, U-formet rør), og en overvåking sub-system (CO 2 -konsentrasjon, oksygenmetning, puls, pustefrekvens). Gassinntak sub-system gjør det mulig for gassen som skal inhaleres for å oppnå to-veis ventil. Bare inhalert luft, men ikke utåndet luft, vil strømme gjennom denne sub-system. Puste grensesnitt sub-system gjør at motivet for å puste inn og ut den tiltenkte gass. Både inhalert og utåndet gass vil strømme gjennom dette sub-system. Den overvÃg undersystem må derfor prøve gass ved et punkt langs pustegrensesnitt undersystem.
Kliniske anvendelser av denne teknikk kan omfatte vurdering av vaskulære hjerne reserve ved neurologiske sykdommer, slik som slag, aterosklerose, moyamoya sykdom, vaskulær demens, multippel sklerose og hjernetumor. Teknikken kan også brukes i funksjonelle MRI-studier for å normalisere eller å kalibrere MR-signalet for en bedre kvantifisering av nevral aktivitet 23,24.
Et viktig trekk ved den foreslåtte systemet og eksperimentelle protokollen er at gassblandingen kan leveres til emnet mens forårsaker minimal bevegelse eller ubehag. Derfor er det viktig å plassere den U-formede rør (av produkter, 12) slik at den (og munnstykket er koblet til enden av det) naturlig faller nedover i subjektets munn. Denne måten, gjør faget trenger ikke å bruke hans ansikts muskler til å holde eller støtte munnstykket. Det er også importmaur å være oppmerksom på at motivet ikke vil være i stand til å snakke mens munnstykket er i deres munn. Derfor bør forskeren unngå å snakke med faget med et spørsmål tone. I stedet bør bare klare og definitive instruksjoner gis. I tillegg bør en forsker følge nøye med på de fysiologiske parametre (f.eks ETCO 2, SO 2, hjertefrekvens, pustefrekvens) under hele løpet av eksperimentet og svare raskt når en eller flere av de fysiologiske parametrene avvike utenfor den typiske utvalg .
Mens en uttømmende undersøkelse av andre gassleveringssystemer som brukes i litteraturen er utenfor omfanget av denne artikkelen, er det nyttig å sammenligne dagens system til noen vanlig brukte de 17,18. En stor forskjell er at systemet vårt bruker et munnstykke for å levere den tiltenkte gass mens de fleste andre systemer har brukt en maske i design. De potensielle komplikasjoner av å bruke en maske er to folder. Først en maske occupies en betydelig mengde plass, og det kan ikke alltid være mulig å tilpasse masken inn i stramt plass inne i hodet coil, med tanke på at, for mange fag, ville nesen nesten berøre hodet spiral selv uten en maske. Dette er særlig tilfelle for hode spoler som er beregnet for å oppnå høy følsomhet, som vanligvis er laget for å passe tett til emnet hode. En annen komplikasjon forbundet med en maske utformingen er at det er stor plass inne i masken, som resulterer i vesentlig blanding av inhalert og utåndet gass. Derfor kan det påvirke nøyaktigheten av målingen av ETCO 2, som ideelt sett bør være basert på utåndet gass. Nøyaktig ETCO to er selvfølgelig viktig for påliteligheten av kartet CVR. En annen vesentlig forskjell fra systemet i forhold til mange andre systemer er at systemet leverer gassen fra en pose i stedet for en gasstank. Derfor er tanker ikke nødvendig i skannerområdet, noe som sparer dyrebar plass i cont rol rom av en MR suite. I vår design, bringer vi posen før starten av skanningen, og etter skanningen, er posen tømmes, brettet og satt bort. Endelig er, sammenlignet med flere andre systemer 18,21, gjeldende gassleveringssystem er enklere og krever mindre opplæring tid, og dens forbruks er mindre kostbart.
Det skal påpekes at selv om den protokoll som presenteres i denne rapporten har primært fokusert på CO 2 inhalering, kan den fremlagte gassleveringssystem levering av andre gassblandinger (for eksempel en hvilken som helst brøkdel av O 2, helst brøkdel av CO 2, noe brøkdel av N2, og deres kombinasjon) til et menneske for dem å puste mens han / hun lyver inne i MR skanner. Man kan også bruke gassleveringssystem utenfor rammen av MR, for eksempel i forbindelse med elektroencefalogram (EEG), magnetoencephalogram (MEG), positronemisjonstomografi (PET) eller en optimal avbildning.
_content "> Når du gir en anbefaling av bildeparametere, vi har først og fremst fokusert på BOLD sekvens. En annen sekvens som kan potensielt brukes i CVR kartlegging er Arteriell Spin Merking (ASL) MRI, som gir et kvantitativt mål for cerebral blodstrøm (CBF) i fysiologiske enheter (ml blod per 100 g vev pr min). Derfor fordelen av ASL-baserte CVR kartlegging er at resultatene er lettere å tolke, i motsetning BOLD signal som gjenspeiler en kombinert effekt av blodstrømmen, blodvolumet, samt mulige bidrag fra hjernen metabolske forandringer i løpet av CO 2 utfordring 25-27. Men en begrensning av ASL teknikken er at følsomheten er flere folder lavere enn for BOLD 28. Som et resultat, er vår erfaring at det i dag, er det svært utfordrende å få et individ-nivå, voxel-by-voxel CVR kart ved hjelp av ASL. Derfor, for applikasjons studier av CVR, vi hovedsakelig bruke BOLD sekvens og dermed også fokus på denne teknikken i our anbefalinger.En begrensning av den foreliggende fremgangsmåte er at puste gjennom et munnstykke med nesen blokkert (med en neseklemme) ikke er helt naturlige og enkelte fag (spesielt pasienter) kan oppfatte dette som en kilde til ubehag. Puste med munnstykke og neseklype kan også forverre følelse av klaustrofobi. I tillegg kan faget oppleve munntørrhet på grunn av puste gjennom munnen bare. Derfor anbefales det at forskeren prøver sitt beste for å fullføre eksperimentet raskt. Til slutt er det viktig å merke seg at, basert på forfatternes erfaring, potensialet ubehag nevnt ovenfor er forbigående og vil forsvinne så snart forsøket er ferdig.
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. Small vessels, big problems. N Engl J Med. 354 (14), 1451-1453 (2006).
- 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).
