Non-invasive imaging of the brain vasculature’s ability to dilate or constrict may allow a better understanding of cerebrovascular pathophysiology in various neurological diseases. The present report describes a reproducible and patient-comfortable protocol to perform vascular reactivity imaging in humans using magnetic resonance imaging (MRI).
Beyin, farklı bölgelerde farklı zamanlarda kan kaynağının farklı miktarda gerektiren bir uzaysal ve zamansal heterojen dinamik bir organdır. Bu nedenle, dilate veya daraltmak için kan damarlarının yeteneği, Serebral Vasküler-Tepkime (CVR) olarak bilinen, vasküler fonksiyonun önemli bir etki gösterir. Bu dinamik özelliği temsil eden bir görüntüleme işaret, felç, bunama, ateroskleroz, küçük damar hastalıkları, beyin tümörü, travmatik beyin hasarı, ve multipl skleroz gibi, normal ve hastalıklı koşullar altında beyin damarlarının yeni bilgiler sağlayacaktır. İnsanlarda ölçüm bu tür gerçekleştirmek için, nicel beyin manyetik rezonans görüntüleme (MR) elde edilirken ve / veya O 2 gaz karışımı, mesela CO2 gibi bir vazoaktif uyarıcı sağlamak için gereklidir. Bu çalışmada, biz, örneğin özel gaz karışımları teslim izin veren MR uyumlu gaz-dağıtım sistemi ve ilişkili protokol (sundu </em> O 2, CO 2, N 2, ve bunların kombinasyonları) Konu MRI tarayıcısı içinde yatan iken. Bu sistem, nispeten basit, ekonomik ve kullanımı kolay ve deneysel protokol nörolojik bozukluklar, sağlıklı gönüllüler ve hastalar hem de Hakikat doğru eşleme sağlar. Bu yaklaşım, geniş klinik uygulamalarda ve beyin damar patofizyolojisi daha iyi anlaşılması kullanılmak üzere potansiyeline sahiptir. Video, bir MRI paketi içinde sistemi kurmak ve nasıl bir insan katılımcı üzerinde tam bir deney gerçekleştirmek için nasıl göstermek.
Beyin tüm vücut ağırlığına göre yaklaşık% 2 temsil eder, ama, toplam enerjinin 1 yaklaşık% 20'sini tüketmektedir. Değil şaşırtıcı, yeterli ve dikkatli düzenlenmiş kan tedarik beyin düzgün çalışması için bu yüksek enerji talebini karşılamak için kritik öneme sahiptir. Ayrıca, beynin farklı bölgeleri farklı zamanlarda kan kaynağının farklı miktarda gerektiren bir uzaysal ve zamansal heterojen dinamik bir organdır. Bu nedenle, kan temini dinamik modülasyonu, insan beyin dolaşımına önemli bir gereksinimi temsil eder. Neyse ki, bu kan damarının önemli bir işlevi dilate ve beynin talep ve fizyolojik koşullara 2 dayalı daraltmak olduğunu kan damarları sadece sert borular olmadığı bilinmektedir ve.
Beyin damar Tepkime (CVR) olarak bilinen kap, bu işlevsel özelliği, damar sağlığı için faydalı bir göstergesi halen olduğu düşünülmektedir ve çeşitli nörolojik conditio uygulamalar bulabilirİnme 3, demans 4, ateroskleroz 5, küçük damar hastalıkları 6, beyin tümörü 7, 8 ile halen hastalığı ve ilaç bağımlılığı gibi 9 ns. Fizyoloji ve anestezi Literatürde (örneğin CO2 küçük bir miktarının solunması) vasküler yanıtları 10-13 izlerken arteryel CO2 düzeyi değiştirilerek CO2 gazı güçlü bir damar genişletici olduğu için, CVR değerlendirilebilir olduğu bilinmektedir . Görüntüleme ve radyoloji alanında, MRI kullanarak CVR haritalama hızla birçok temel bilim adamları ve klinisyenler 8,14-19 ilgi yeni bir belirteç olarak ortaya çıkmaktadır. Genellikle çok vasküler yanıt bir vazoaktif meydan tarafından uyarılan nasıl inceleyerek tahmin edilmektedir. Bununla birlikte, teknik gaz dağıtım sistemi gelişmeler ve deney protokolüne standartlaştırılması için bir ihtiyaç vardır. MR tarayıcı içinde bir konuya özel gaz karışımı teslim önemsiz ve özel hususlar değilMRI uyumlu tasarımı için gereklidir. Özel hususlar MR-uyumlu gaz dağıtım sistemi tasarımı gereklidir. Bu özel hususlar şunlardır: 1) Tüm bileşenleri (Metal MRG içinde kullanılamaz) metalik olmayan olmalıdır; 2) Sistem MRG sistemi ve baş bobin izin verdiği küçük bir alan içinde çalışması gerekir; MRI tarayıcı gerektirir 3) sistem hiçbir rahatsızlık, otururken yerine) (bir yatar pozisyonda çalışmak gerekir; 4) Bu tür end-tidal CO2 (EtCO2, arteriyel kan CO2 içeriği) ve arteriyel oksijen doygunluğu bir yaklaşım olarak ilgili fizyolojik parametreler, zamanlama doğruluk saniye doğru kaydedilmiş ve analiz kullanımı için bir bilgisayarda depolanan edilmelidir. Bu sorunlar, CVR haritalama uygulama sahasını sınırlar.
Bu yazıda, söz konusu MR tarayıcı içinde yatan ise ilham gaz içeriğini modüle kapsamlı bir gaz dağıtım sistemini kullanan deneysel bir protokol sundu. BizeBu yaklaşımı ing, araştırmacı non-invaziv minimal rahatsızlık veya toplu hareket ile katılımcıya bir vazoaktif uyarıcı uygulayabilirsiniz. Fizyolojik parametreler ve MR görüntüleri oda hava ve hiperkapnik gaz nefes alternatif bloklar (blok başına 1 dakika) oluşan yaklaşık 9 dakika tüm dönem boyunca kaydedildi. Temsilcisi sonuçları sunulmuştur. Potansiyel uygulamalar ve sınırlamalar ele alınmıştır.
Bu rapor, MR-uyumlu bir gaz iletim sistemi ve insan beyninde damar tepkimesine haritalanmasını olanak sağlayan kapsamlı bir deney protokolü sunulmaktadır. Gaz dağıtım sisteminin bir şeması Şekil 1'de gösterilmiştir. MRI tarayıcı oda içinde tüm parçalar plastik onların MRG uyumluluğu sağlamak için vardır. Sistem kavramsal bir gaz alımı alt sistemi (çanta, teslimat tüp, iki-yollu vana), bir nefes arayüzü alt sistemi (burun klipsi, ağızlık, U-şekilli tüp) olmak üzere üç alt-sistemleri, bölünmüş, ve olabilir Bir izleme alt sistemi (CO 2 konsantrasyonu, oksijen doygunluğu, kalp hızı, solunum hızı). Gaz giriş alt sistemi gazı, iki yönlü bir valf ulaşmak için teneffüs edilmesini sağlar. Sadece bu alt-sistem üzerinden akacak, hava solunması, ama hava üfledi değil. Solunum arayüzü alt-sistem konu nefes ve amaçlanan gaz dışarı verir. Hem inhale ve üfledi gaz bu alt-sistem üzerinden akacak. monitoring alt sistemi bu nedenle solunum arabirimi alt sistemi boyunca bir noktada gaz örnek gerekir.
Bu tekniğin klinik uygulamalar, inme, damar sertliği, ile halen hastalığı, vasküler demans, çoklu skleroz ve beyin tümörü gibi nörolojik hastalıklarda beyin damar rezerv değerlendirmeler içerebilir. Bu teknik aynı zamanda normale veya nöral aktivitenin 23,24 daha iyi ölçümü için fMRI sinyali kalibre fonksiyonel MRI çalışmalarında kullanılabilir.
Önerilen sistem ve deney protokolüne önemli bir özelliği, en az bir hareket ya da rahatsızlığa neden olurken gaz karışımı hastaya teslim edilebilmesidir. Bu nedenle, bu U-şeklinde bir boru (Ürün no 12) (ve bunun ucuna bağlanan ağızlık) doğal olarak deneğin ağzına aşağı düşecek şekilde yerleştirmek için çok önemlidir. Bu şekilde, konu tutun veya ağızlık desteklemek için onun yüz kaslarını kullanmaya gerek yoktur. Ayrıca ithalatkarınca konu ağızlık ağızlarına iken konuşmak mümkün olmayacaktır farkında olmak. Bu nedenle, araştırmacı bir soru tonu ile konuya konuşurken kaçınmalısınız. Bunun yerine, sadece açık, kesin talimatlar verilmelidir. Ayrıca, bir araştırmacı deney tüm seyri sırasında fizyolojik parametrelerin (örneğin, EtCO 2, sO 2, kalp hızı, solunum hızı) yakın dikkat etmelidir ve bir ya da fizyolojik parametrelerin daha tipik aralığının dışında ayrılırsanız derhal yanıt .
Literatürde kullanılan diğer gaz dağıtım sistemlerinin ayrıntılı bir anket, bu makalenin kapsamı dışındadır olsa da, bir kaç yaygın olarak kullanılan olanlar 17,18 anki sistemi karşılaştırmak için yararlıdır. Bir önemli fark bizim sistem diğer sistemlerin tasarımında bir maske kullanmış ise amaçlanan gazı teslim etmek bir ağızlık kullanıyor olmasıdır. Bir maske kullanarak potansiyel komplikasyonları iki kat vardır. İlk olarak, bir maske oalan önemli bir miktar ccupies, ve her zaman birçok konularda, burunları neredeyse bile bir maske olmadan kafa bobini dokunmatik olacağını, düşünüyor, kafa bobin içindeki dar alana maskeyi uygun mümkün olmayabilir. Bu, özellikle, genellikle deneğin kafasına sıkıca uyacak şekilde tasarlanmıştır yüksek hassasiyet elde etmek için tasarlanan kafa bobinler, böyledir. Bir maske tasarımı ile ilgili ikinci bir komplikasyon inhale ve solunan gazın önemli karıştırma sonuçları Maskenin içinde büyük bir boşluk var olmasıdır. Sonuç olarak, bu ideal solunan gazın sadece dayanmalıdır ETCO 2, ölçüm doğruluğunu etkileyebilir. Doğru EtCO 2 CVR haritanın güvenilirliği için önemli elbette. Diğer sistemlere kıyasla sistemimizin bir diğer önemli farklılık, sistem bir torba yerine, bir gaz tanktan gazın teslim olmasıdır. Bu nedenle, tanklar cont değerli alan tasarrufu, tarayıcı alanında gerekli değildir MRI paketinin rol oda. Bizim tasarım, biz tarama başlamadan önce çanta getirmek ve tarama sonrasında çanta, boşaltılmış katlanır, ve koyma. Son olarak, diğer pek çok sistem 18,21 ile karşılaştırıldığında, mevcut gaz dağıtım sistemi basit, daha az çalışma süresi gerektirir, ve bunun kısımları daha pahalıdır.
Bu raporda sunulan protokol öncelikle CO 2 inhalasyon odaklanmış olmasına rağmen, sunulan gaz dağıtım sistemi diğer gaz karışımları (teslim sağlar işaret edilmelidir, örneğin, O 2 herhangi fraksiyonu, CO 2 herhangi fraksiyonu, herhangi bir s / o MRI tarayıcısı içinde yatan ise onlar için bir insana N 2 ve bunların kombinasyonu) fraksiyonu nefes. Bir de elektroensefalogramda (EEG), magnetoencephalogram (MEG), pozitron emisyon tomografisi (PET), veya optimum görüntüleme ile birlikte, örneğin, MR bağlamı dışında gaz dağıtım sistemini kullanabilirsiniz.
görüntüleme parametrelerinin bir öneri verirken _content ">, öncelikle KALIN dizisi odaklanmıştır. potansiyel CVR haritalama kullanılabilir başka bir dizi serebral kan akımının bir nicel ölçüsünü verir Arter Spin Etiketleme (ASL) MR, (BKA) olduğunu fizyolojik birimleri (ml kan dakika başına 100 g doku başına) olarak. Bu nedenle, ASL-tabanlı CVR haritalama avantajı sonuçları yanı sıra kan akımı, kan hacminin bir kombine etkisini yansıtmaktadır BOLD sinyal aksine, yorumlamak daha kolay olmasıdır CO 2 meydan 25-27 sırasında beyin metabolik değişikliklerin olası katkıları. Ancak, ASL tekniğinin bir sınırlama duyarlılık BOLD 28 daha birkaç kıvrımlar düşük olmasıdır. Sonuç olarak, bizim deneyim şu anda, o, olduğunu bireysel düzeyde elde etmek son derece zor, böylece ASL. Bu nedenle, Hakikat Komisyonunun uygulama çalışmaları için, biz esas KALIN dizisi kullanmak kullanarak CVR haritası voksel-voksel-by ve ayrıca ou bu tekniğin odaklanmakr öneriler.Bu yöntemin bir sınırlama (bir burun klipsi) tarafından bloke burun ile bir ağızlık yoluyla nefes tamamen doğal değildir ve bazı konular (özellikle hasta) rahatsızlık kaynağı olarak bu algılama olmasıdır. Ağızlık ve burun klipsi ile nefes de klostrofobi hissi şiddetlendirebilir. Ayrıca, konu nedeniyle sadece ağız yoluyla nefes için ağız karşılaşabilirsiniz. Bu nedenle, bu araştırmacı hızla deney tamamlamak için elinden geleni önerilir. Son olarak, bu yazarların deneyimlerine dayanarak, yukarıda belirtilen potansiyel rahatsızlık geçicidir ve kısa sürede deney bittikten gibi kaybolur, dikkat etmek önemlidir.
The authors have nothing to disclose.
This work was partly supported by grants from the National Institutes of Health (NIH), under grant numbers R01 MH084021, R01 NS067015, R01 AG042753, NS076588, NS029029-20S1, R21 NS078656; and from National Multiple Sclerosis Society, under grant number of RG4707A2.
Name of the Material/Equipment | Company | Catalog number | Description | Website |
Douglas bag | Harvard Apparatus | 500942 | 200-liter capacity | http://www.harvardapparatus.com/webapp/wcs/stores/servlet/catalog_11051_10001_-1_HAI?gclid=CN_woMnCwboCFWpk7AodL1YA8g |
Three-way valve | Hans Rudolph | CR1207 | 100% plastic | www.rudolphkc.com |
Two-way non-rebreathing valve | Hans Rudolph | CR1480 | 22mm/ 15mm ID | www.rudolphkc.com |
Diaphragm | Hans Rudolph | 602021-2608 | Size: medium, Type: spiral | www.rudolphkc.com |
Mouth piece | Hans Rudolph | 602076 | Silicone, Model # 9061 | www.rudolphkc.com |
Nose clip | Hans Rudolph | 201413 | Plastic foam, Model #9014 | www.rudolphkc.com |
Gas delivery tube | Vacumed | 1011-108 | http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=7665 | |
Blue cuff | Vacumed | 22254 | http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=343 | |
Gas sampling tube | QoSINA | T4305 | Thin | http://www.qosina.com/catalog/part.asp?partno=T4305 |
Male luer | QoSINA | 11547 | http://www.qosina.com/catalog/part.asp?partno=11547 | |
Hydrophobic filter | Philips Medical Systems | 9906-00 | Disposable | http://www.healthcare.philips.com/us_en/products/index.wpd?Int_origin=3_HC_landing_main_us_en_top-nav_products |
U-shape tube | Made in-house | |||
Elbow connector | QoSINA | 51033 | www.qosina.com | |
EtCO2monitor | Philips Medical Systems | Model 1265 | http://www.healthcare.philips.com/us_en/products/index.wpd?Int_origin=3_HC_landing_main_us_en_top-nav_products | |
Pulse oximetry | Invivo | Expression | MRI Monitoring Systems | http://www.invivocorp.com/monitors/monitorinfo.php?id=7 |
MRI scanner | Philips | Achieva 3.0T TX | http://www.healthcare.philips.com/main/products/mri/systems/achievaTX/?Int_origin=2_HC_mri_main_global_en_systems_achieva30ttx | |
Disinfectant | Fisher Scientific | 04-355-13 | Decon™ BDD™ Bacdown™ Detergent Disinfectant | http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail?storeId=10652&langId=-1&catalogId=29104&productId=3426739&distype=0&highlightProductsItemsFlag=Y&fromSearch=1&searchType=PROD&hasPromo=0 |