Summary
Funktionella transkraniell Doppler ultraljud kompletterar andra funktionella bildframställning modaliteter, med dess höga tidsmässiga upplösning mätning av stimulans-inducerad förändringar i cerebrala blodflödet inom de basala cerebrala artärerna. Detta methods papper ger steg-för-steg instruktioner för att använda funktionella transkraniell Doppler ultraljud för att utföra ett funktionellt bildframställning experiment.
Abstract
Funktionella transkraniell Doppler ultraljud (fTCD) är användningen av transkraniell Doppler ultraljud (TCD) för att studera neural aktivering inträffar under stimuli såsom fysisk rörelse, aktivering av taktila sensorer i huden och visning av bilder. Neural aktivering härleds från en ökning av cerebral blodflöde hastighet (CBFV) som levererar regionen i hjärnan som är involverad i bearbetning av sensorisk input. Till exempel orsakar visning av starkt ljus ökad neural aktivitet i hjärnbarkens occipitallob, vilket leder till ökat blodflöde i den bakre hjärnartären, som levererar occipitalloben. I fTCD används förändringar i CBFV för att uppskatta förändringar i cerebralt blodflöde (CBF).
Med sin höga temporal upplösning mätning av blod flöde hastigheter i de stora cerebrala artärer, fTCD kompletterar andra etablerade funktionella bildframställning tekniker. Målet med detta methods-papper är att ge steg-för-steg-instruktioner för hur du använder fTCD för att utföra ett funktionellt bildexperiment. Först kommer de grundläggande stegen för att identifiera den mellersta cerebrala gatan (MCA) och optimera signalen att beskrivas. Därefter kommer placering av en fixeringsanordning för att hålla TCD-sonden på plats under experimentet att beskrivas. Slutligen kommer andningshållande experimentet, som är ett specifikt exempel på ett funktionellt bildexperiment med fTCD, att demonstreras.
Introduction
Inom neurovetenskaplig forskning är det ofta önskvärt att övervaka hjärnaktivitet i realtid icke-invasivt i en mängd olika miljöer. Konventionella funktionella neuroimaging modaliteter har dock begränsningar som hindrar förmågan att fånga lokaliserade och/eller snabba aktivitetsförändringar. Den sanna (icke-darrade, icke-retrospektiva) temporala upplösningen av funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) är för närvarande i storleksordningen några sekunder1, vilket kanske inte fångar övergående hemodynamiska förändringar kopplade till övergående neural aktivering. I ett annat exempel, även om funktionella nära infraröd spektroskopi (fNIRS) har hög temporal upplösning (millisekunder) och rimlig rumslig upplösning, kan den bara sondera hemodynamiska förändringar i hjärnbarken och kan inte ge information om förändringar som äger rum i de större artärerna som tillförsel hjärnan.
Däremot hänvisar fTCD – klassificerat som en neuroimaging modalitet – "imaging" till dimensionerna av tid och rum, snarare än två orthogonala rumsliga riktningar som är mer bekanta i en "bild". fTCD ger kompletterande information till andra neuroimaging modaliteter genom att mäta hög temporal upplösning (vanligtvis 10 ms) hemodynamic förändringar på exakta platser inom fartyg av den basala cerebrala cirkulationen. Som med andra neuroimaging modaliteter, fTCD kan användas för en mängd olika experiment såsom att studera lateralisering av cerebral aktivering under språkrelaterade uppgifter2,3,4, studera neural aktivering som svar på olika somatosensory stimuli5, och utforska neural aktivering i olika kognitiva stimuli såsom visuellauppgifter 6,mentalauppgifter 7, och till och med verktygsproduktion8.
Även om fTCD erbjuder flera fördelar för användning vid funktionell avbildning, inklusive låg kostnad för utrustning, bärbarhet och förbättrad säkerhet (jämfört med Wada test3 eller positron utsläpp tomografi [PET] skanningar), kräver drift av en TCD-maskin färdigheter som erhållits genom övning. Några av dessa färdigheter, som måste läras av en TCD-operatör, inkluderar förmågan att identifiera olika cerebrala artärer och de motoriska färdigheter som krävs för att exakt manipulera ultraljudssonden under sökandet efter relevant artär. Målet med detta methodspapper är att presentera en teknik för att använda fTCD för att utföra ett funktionellt bildexperiment. Först kommer de grundläggande stegen för att identifiera och optimera signalen från MCA, som perfuserar 80% av hjärnhalvan9, att listas. Därefter kommer placering av en fixeringsanordning för att hålla TCD-sonden på plats under experimentet att beskrivas. Slutligen kommer andningshållande experimentet, som är ett exempel på ett funktionellt bildexperiment med fTCD, att beskrivas och representativa resultat kommer att visas.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
All forskning inom humanämnet utfördes i enlighet med Institutional Review Board vid University of Nebraska-Lincoln, och informerat samtycke erhölls från alla ämnen.
1. Lokalisera MCA-signalen med frihands-TCD
OBS: "Freehand" TCD avser drift av TCD med en handhållen givare för att hitta en CBFV-signal innan du påbörjar ett fTCD-experiment.
- Ställa in TCD-parametrar
- Håll strömmen på ett rimligt högt värde (t.ex. 400 mW) under den första sökningen efter MCA. När MCA-signalen är placerad, minska strömmen så mycket som möjligt samtidigt som du behåller en "bra" signal (se steg 2.2.7).
OBS: Att använda en någorlunda hög effekt under den första sökningen strider inte mot alara-principen (Så låg som rimligen möjligt) om exponering för akustisk strålning eftersom högre effekt gör att MCA-signalen kan upptäckas snabbare10. - Ställ in provvolymen på 8–12 mm under den första sökningen efter MCA-signalen. Om signalen är svår att hitta, öka portstorleken för att öka signalens intensitet, men observera att detta kan införliva signalen från en eller flera närliggande artärer i signalen från MCA.
- Ställ in vinsten på medelnivå, med målet att "hålla bakgrundsljudet på ett minimum, men närvarande"10.
- Ställ in högpassfilteravskärningen (normalt kallade "tröskelvärde") på 50–150 Hz.
- Om motivet är en vuxen, ställ in djupet på 50 mm, vilket är det genomsnittliga mittpunktsdjupet för M1-segmentet i MCA10 (Figur 1).
Obs: Den här inställningen kommer att diskuteras mer detaljerat i efterföljande steg. Djupinställningar för barn anges i tabell 1.
- Håll strömmen på ett rimligt högt värde (t.ex. 400 mW) under den första sökningen efter MCA. När MCA-signalen är placerad, minska strömmen så mycket som möjligt samtidigt som du behåller en "bra" signal (se steg 2.2.7).
Figur 1: Representation av cirkeln av Willis och de viktigaste artärerna i cerebrala cirkulationssystemet. Icas bifurcation i ACA och MCA är markerad med en svart cirkel. M1-segmentet i MCA visas. Denna siffra har ändrats från24. Förkortningar: ACA = främre cerebral artär; Bif, det är jag. = bifurcation; ICA = inre halspulsåder; MCA = mellersta hjärnartären. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
- Hitta det temporala fönstret
OBS: Det temporala fönstret, även kallat transtemporal akustiskt fönster, är en del av skallen där benet är tunnast11, vilket möjliggör överföring av lågfrekvent ultraljudsenergi genom kraniet (Figur 2).- För spädbarn och små barn, placera det temporala fönstret precis framför örat (det "intertragal utrymmet") och ovanför rostralkanten på den zygomatiska bågen, som lätt kan kännas under huden.
- För tonåringar och unga vuxna, lokalisera tidsfönstret via någon av subwindows.
OBS: Den bakre undervinden ger vanligtvis den bästa signalen (Bild 2). - För vuxna som är 30 år eller äldre, lokalisera tidsfönstret precis framför örat.
OBS: Det akustiska fönstret minskar i storlek när människor åldras på grund av ökad porositet i kraniets ben, vilket gör att vissa äldre människor har ett mycket begränsat temporalt fönster12. Hos sådana individer är bilateral insonation av MCA ibland omöjligt.
Figur 2: Det transtemporala fönstret (markerat med den streckade ellipsen), zygomatiska bågen (pil) och undervind 11. A)Frontal subwindow. B)Främre undervind. C)Mitt underdrag. D)Bakre undervind. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
- Använda givaren
- Applicera tillräckligt med ultraljudsgel för att täcka givarens yta.
OBS: När gelen placeras på huvudet bör den täcka tillräckligt med utrymme för att hålla en tätning mellan hårbotten och Dopplersondens yta, vilket förhindrar signalavbrott från luftkoppling under sondens yta. - Varna motivet om att gelén kan kännas kall (om det är i rumstemperatur).
- Placera givaren på tidsfönstret, som fanns i avsnitt 1.2.
- Applicera tillräckligt med ultraljudsgel för att täcka givarens yta.
- Söker efter MCA
- Efter att ha placerat givaren på hårbotten, sök efter MCA-signalen, som i allmänhet kommer att placeras något främre (framåt) och rostral (mot huvudet) från platsen för den ursprungliga givarens hårbottenplacering10.
- Om TCD-spektralsignalen inte är omedelbart uppenbar, justera givarens vinkel samtidigt som den håller den på samma plats i förhållande till hårbotten. Vinkla långsamt sonden från rostral till kaudal (mot fötter) och bakre till främre.
OBS: Figur 3 visar två spektra som tagits från samma position, men i olika vinklar. - Om en signal fortfarande saknas efter att ha utfört steg 1.4.2 kontrollerar du färg-M-lägesdisplayen för flöde i MCA på olika djup (indikeras av röd färg). Öka eller öka signaldjupet i 5 mm steg och sök enligt beskrivningen i steg 1.4.2. Om flödet är synligt i M-läge men inte i Dopplerspektrumet, öka eller minska djupet tills flödessignalen är synlig i Dopplerspektrumet.
- Om en tillfredsställande signal fortfarande inte erhålls, flytta givaren till ett närliggande läge på hårbotten, som är något mer främre, och upprepa steg 1.4.1–1.4.3.
- När en optimal MCA-signal erhålls, notera djupet och maximal hastighet.
- Använd en tvättbar sminkpenna och sätt ett märke på hårbotten (spåra en del av givarens kant) där den optimala signalen hittades.
Bild 3:Prova Dopplerspektra och M-lägesbilder från mittpunkten av M1-segmentet i MCA. (A) Spektrum taget direkt efter applicering av givare till tidsfönstret, precis framför örat. b)Prov Dopplerspektrum på samma plats och djupsomA. Den enda förändringen är att givaren har vinklats uppåt (överlägset) något. I både (A) och (B), djup = 50 mm, förstärkning = 50, provvolym = 12 mm, effekt = 420 mW/cm2, och filter = 100 Hz. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Söker efter bifurcation
OBS: Att hitta bifurcation av den inre halsartären (ICA) är viktigt för att bekräfta att MCA är artären som övervakas. Detta steg bör utföras på båda sidor om bilateral övervakning kommer att utföras, eftersom bifurcationen kanske inte är på samma djup på båda sidor.- Öka djupet tills signalen från ICA:s bifurcation till MCA och ACA noteras (figur 4), vanligtvis på ett djup av 51–65 mm10.
- Sök efter den optimala bifurcation spektralsignalen med hjälp av proceduren som beskrivs i steg 1.4.2. Sträva alltid efter den högsta hastighet spektralsignalen möjligt10.
- När en optimal bifurcation signal erhålls, notera djupet av bifurcation.
- För bilateral övervakning, upprepa avsnitten 1.1–1.4 och steg 1.5.1–1.5.3 på andra sidan huvudet.
Bild 4:Spektraldoppler (överst) och M-läge (nederkant) av ica:s bifurcation i MCA och ACA. Djup = 65 mm, förstärkning = 50, provvolym = 12 mm, effekt = 420 mW/cm2, och filter = 100 Hz. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
2. Flytta MCA efter att ha placerat en fixeringsenhet
OBS: För fTCD-experiment är det nödvändigt att övervaka CBFV i 10-90 minuter eller längre. Därför är en fixeringsanordning (figur 5) avgörande för att ge stabilitet.
- Placera fixeringsenheten
- Genom okulärbesiktning justerar dufixeringsanordningen ( figur 5) till motivets ungefärliga huvudstorlek.
- Varna motivet innan du placerar headsetet på hans eller hennes huvud. Placera headsetet på motivet.
OBS: Om motivet har långt eller tjockt hår kan det vara nödvändigt att binda fast motivets hår, beroende på vilken fixeringsanordning som används. - Justera fixeringsanordningens passform och fråga motivet om enheten är för snäv.
OBS: Enheten ska vara tillräckligt åtsittande så att den inte rör sig när den stöter något, men tillräckligt lös för att motivet inte ska kännas obekvämt.
Bild 5:Ämne som bär anpassad fixeringsenhet.
- Hitta MCA-signalen
- Lossa fixeringsanordningens mekanism som håller givaren på plats (t.ex. lossa mekanismen, som visas i figur 5, genom att vrida en ratt moturs) så att givaren kan röra sig fritt.
- Varna motivet innan du applicerar gel på givaren (som redan borde vara på plats från punkt 2.1) och att gelén kan vara kall (om den har förvarats i rumstemperatur).
- Applicera tillräckligt med ultraljudsgel på givaren för att täcka givarens ansikte.
- Justera fixeringsanordningen så att givaren placeras över toppen av märket i steg 1.4.6.
- Sök efter den optimala MCA-spektralsignalen med hjälp av proceduren som beskrivs i steg 1.4.1–1.4.3. Sträva alltid efter den högsta hastighet spektralsignalen möjligt10.
OBS: Jämfört med frihands-TCD kan det optimala djupet vid vilket MCA är placerat med hjälp av fixeringsanordningen skilja sig något (högst 1-2 mm) från djupet för frihandsenheten. Detta beror på att fixeringsanordningen kan hålla givaren något längre bort från hårbotten samtidigt som en kopplingsgeltätning bibehålls. - När den optimala MCA-spektralsignalen hittas, dra åt fixeringsanordningens mekanism för att låsa givaren på plats. Observera djupet och alla andra inställningar.
- Minska strömmen (se steg 1.1.1) så mycket som möjligt samtidigt som du behåller ett spektralhölje som spårar maximal hastighet exakt.
- För bilateral övervakning, upprepa steg 2.2.1-2.2.7 på andra sidan.
3. Utföra en andningsmanöver
Obs: Det här avsnittet ges som ett exempel på ett funktionellt experiment som kan utföras med hjälp av den experimentella installationen som beskrivs i avsnitt 1 och avsnitt 2.
- Utför alla steg som beskrivs i avsnitt 1 och avsnitt 2.
- Börja spela in på TCD-programvaran.
- Andas normalt i 3 minuter för att uppnå en bra baslinjeinspelning och låt CBFV stabiliseras från tidigare experiment eller stimuli.
- Räkna ner långsamt från tre. På räkningen av en, be ämnet att börja andas efter en normal inspiration13.
OBS: Ämnet bör inte andas in djupt, eftersom detta skulle minska koldioxiden i lungorna och minska sannolikheten för att observera ökningen av CBFV på grund av cerebrovaskulär reaktivitet. Ämnet bör också undvika att utföra en Valsalva-manöver, där intrathoracic tryck ökas avsevärt mot enhållen inspiration14. - Placera en markör i TCD-inspelningen för att beteckna starten av andningshållandet.
- Håll andan i 30 s, eller tills de inte längre är bekväma med att hålla andan.
- När motivet andas in, placera en markör i TCD-inspelningen för att beteckna slutet på andningshållandet.
- Fortsätt att övervaka CBFV med TCD och registrera i minst 30 s efter slutet av andningshållandet för att säkerställa att CBFV återgår till baslinjevärden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 3 visar provdopplerspektra och färg M-lägen från mittpunkten för M1-segmentet i MCA. Figur 3A,B togs i samma position på hårbotten, men i olika vinklar. Observera hur en mycket liten förändring i vinkeln, utan att ändra kontaktpositionen på hårbotten, kan avsevärt förbättra Dopplers signalstyrka, vilket framgår av spektrogrammets högre intensitet i figur 3B. Observera också att M-läget i figur 3B visar två artärer (blå och röda, motsvarande ACA respektive MCA).
Figur 4 visar ett prov dopplerspektrum och M-läge från ICA:s bifurcation till ACA och MCA. Observera de överlappande röda och blåskuggade områdena i M-lägesbilden som betecknar MCA respektive ACA. Observera också symmetrin hos Dopplerspektrala vågform när du jämför flödet mot givaren (positiv) med flödet bort från givaren (negativt).
Bild 6 visar provspektra- och M-lägesbilder från olika tidpunkter i andningsmanövern. Figur 6A visar baslinjen tcd-spektrum och M-läge i början av andningshållandet. Observera medelhastigheten på 56 cm/s. Figur 6B visar TCD-spektrumet och M-läget i slutet av utandningshållandet. Observera att medelhastigheten nu har ökat till 70 cm/s. Figur 6C visar TCD-spektrumet och M-läget efter utandningsluftens slut. Observera underläget i hastighet under baslinjevärdena, med medelvärdet sjunker till 47 cm/s. Observera att ACA är synligt som flöde bort från givaren i Dopplerspektrat.
Figur 7 visar hela andningsexperimentet. Observera att kuvertet förblir förhöjt i cirka 15 s efter andningshållande ändar, faller till värden lägre än de i början av andning i ~ 20 s och återställer sedan slutligen till baslinjevärden. Observera att ACA är synligt som flöde bort från givaren i Dopplerspektrumet.
Figur 6 och figur 7 uppvisar god signalintensitet i MCA-delen av TCD-spektrumet (MCA representeras av de positiva hastigheterna). notera hur den vita linjen som representerar kuvertet följer TCD-spektrumet mycket exakt när spektrumet är ljust. Spektrat i figur 6 och figur 7 skulle kunna förbättras genom att övervakningsdjupet minskas med 5–10 mm så att ACA-delen av TCD-spektrumet inte skulle vara synlig (ACA representeras av negativa hastigheter) och genom att ändra skalan på den vertikala axeln i TCD-spektrumet så att den löper från cirka -100 cm/s till 100 cm/s, som skulle möjliggöra maximal hastighetsprovtagning av TCD-spektrumet i vertikal riktning.
Figur 8 visar exempel på bilaterala TCD-spektra- och M-lägen som lämpar sig för bilateral fTCD. Figur 8A och figur 8B visar godtagbara, men inte optimala, bilaterala spektra- och M-lägen. Observera hur vinsten är högre i figur 8A (vänster MCA) än i figur 8B (höger MCA) för att kompensera för den svagare signalen och hur kuvertkvaliteten i figur 8A är något sämre än i figur 8B. Observera också att den maximala hastigheten vid systolen i figur 8A är något lägre än i figur 8B. Observera däremot hur de två spektra i figur 8C och figur 8D är mycket lika när det gäller inställningar, inklusive djup, förstärkning, effekt och provvolym, och hur spektralvågformerna på båda sidor har liknande maximala hastigheter och former. För att ta itu med detta rekommenderas att spektrumet från vänster MCA konsekvent placeras i det vänstra fönstret och spektrumet från höger MCA i det högra fönstret, särskilt för experiment som involverar lateralisering av blodflödet.
Bild 6:Prova Dopplerspektra och M-lägesbilder från MCA underolika stadier av andningsmanövern. Vertikal gul linje i mitten betecknar början på andningshållande. B)Spektrum- och M-läge i slutet av utandningshållandet. Vertikal gul linje i mitten betecknar slutet på andningshållandet när motivet andas in. (C) Spektrum- och M-läge efter utandningsluftens slut, vilket visar den minskning av flödeshastigheten som kvarstår i cirka 30 s efter andningshållandet. I alla spektra, djup = 56 mm, förstärkning = 50, provvolym = 8 mm, effekt = 420 mW/cm2, och filter = 100 Hz. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7:Spektrum- och M-läge från MCA under hela andningshållandet. Djup = 56 mm, förstärkning = 50, provvolym = 8 mm, effekt = 420 mW/cm2, och filter = 100 Hz. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8: Exempel på bilaterala spektra- och M-lägesbilder från MCA. (A) Acceptabelt, men inte optimalt, spektrum- och M-läge för vänster MCA, med djup = 62 mm, förstärkning = 69, provvolym = 12 mm, effekt = 420 mW/cm2, och filter = 100 Hz. (B) Bra spektrum och M-läge för höger MCA, med djup = 62 mm, förstärkning = 56, provvolym = 12 mm, effekt = 420 mW/cm2, och filter = 100 Hz. (C) Bra spektrum och M-läge för vänster MCA. (D) Bra spektrum och M-läge för rätt MCA. För både (C) och (D), djup = 62 mm, förstärkning = 56, provvolym = 12, effekt = 420 mW/cm2, och filter = 100 Hz. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
| Ålder | Mellersta cerebrala gatan djup (mm) |
| 0–3månader per månad | 25 |
| 3–12månader per månad | 30 |
| 1–3år per år | 35–45 |
| 3–6år per år | 40–45 |
| 6–10år per år | 45–50 |
| 10–18år | 45–50 |
| >18 årb | 50 |
Tabell 1: MCA-djup i olika åldrar. Källor: a = Bode25, b = Alexandrov et al.10
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Kritiska steg i protokollet inkluderar 1) att hitta MCA, 2) placera pannbandet och 3) utföra andningshållande manöver.
Ändringar kan vara nödvändiga beroende på försökspersonerna i studien. Till exempel kan personer med Alzheimers sjukdom ha svårt att följa instruktioner, vilket kräver användning av en kapnograf för att säkerställa överensstämmelse med andningsinstruktioner15. Små barn kan ha svårt att följa instruktioner och kan vara blyga för experimenteraren; Därför kan experimentella protokoll behöva förenklas för en sådan population (se Lohmann et al.2). Vissa inställningar på TCD-maskinen kan också behöva ändras beroende på intressepopulationen. Till exempel, när mansonerar spädbarn, som har tunna hjärnben, minska kraften så mycket som möjligt, särskilt om TCD-övervakning kommer att äga rum under en period som varar flera timmar16.
Felsökningen kretsar ofta kring svårigheter att hitta en bra, stabil TCD-spektralsignal. Till exempel, för personer över 50 år blir det temporala akustiska fönstret allt mindre när åldern ökar på grund av ökad porositet i kraniets ben och tenderar att lokalisera till regionen strax före örat ("intertragalutrymmet")12. I en sådan population kan det ibland vara omöjligt att hitta en bra MCA-spektralsignal på båda sidor av huvudet, och mycket små förändringar i givare vinkel eller position kan orsaka signalen att gå förlorad. Eftersom en signal av god kvalitet är nödvändig för experiment som är beroende av kuvertvågformen för analys, bör alla ansträngningar göras för att öka MCA-spektralsignalens intensitet och kvalitet. Till exempel kan förstärkningen justeras för att optimera signalen, och provvolymen kan ökas för att få en starkare signal. Som en sista utväg kan makten ökas. Slutligen är det viktigt att notera att hos cirka 10% av patienterna kan det temporala akustiska fönstret varafrånvarande 11,17. Det temporala akustiska fönstret finns lätt hos spädbarn och små barn och är svårast att hitta hos vuxna över 50 år.
Begränsningar av fTCD inkluderar förvärv av CBFV-information på enrumslig plats 17 snarare än ett brett synfält, om än med mycket hög tidsupplösning. Således är fTCD ett komplement till fMRI, som ger cerebral hemodynamisk information (och därmed neural aktivitet) med ett brett synfält med låg temporal upplösning18,19. Faktum är att fTCD har en temporal upplösning jämförbar med fNIRS20, med den viktiga skillnaden att fTCD mäter hemodynamiska förändringar på nivån för de stora cerebrala artärerna, medan fNIRS mäter förändringar i cortex. Därför kan fTCD fylla i betydande detaljer om cerebrala hemodynamic förändringar som svar på neural aktivering, som ingen annan neuroimaging modalitet för närvarande kan mäta.
Potentiella tillämpningar av TCD inkluderar övervakning för cerebral embolus bildas under hjärtkirurgi16 och övervakning för att upptäcka resultatet av vävnad plasminogen aktivator behandling för stroke21. Potentiella tillämpningar av fTCD inkluderar alla forskningsfråga som involverar neurala svar på inre eller externa stimuli, såsom att studera den laterala bearbetningen av språket i den mänskliga hjärnan2,3,4, somatosensory "touch" stimulering5, eller lateralisering av visuell bearbetning6. Dessutom kan fTCD användas för att studera fysiologiska (med eller utan neurala aktivitetsförändringar) svar på stimuli som träning22 och andningshållande13,15,23. Slutligen gör den låga kostnaden, bärbarheten och enkelheten hos fTCD avbildning av ett stort antal ämnen praktisk, en fördel jämfört med fMRI och andra neuroimaging modaliteter som PET, t.ex. vid screening för preklinisk Alzheimers sjukdom15.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar inga intressekonflikter.
Acknowledgments
Detta projekt bygger på forskning som delvis stöddes av Nebraska Agricultural Experiment Station med finansiering från Hatch Act (Accession Number 0223605) genom USDA National Institute of Food and Agriculture.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aquasonic | Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA | 01-50 | Ultrasound Gel |
| Doppler Box X | DWL Compumedics Gmbh, Singen, Germany | Model "BoxX" | Transcranial Doppler with 2-MHz monitoring probes |
| Kimwipes | Kimberly-Clark Professional | 34256 | Delicate Task Wipers |
| Transeptic | Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA | 09-25 | Cleaning Spray |
References
- Buxton, R. B. The physics of functional magnetic resonance imaging (fMRI). Reports on Progress in Physics. 76 (9), 096601 (2013).
- Lohmann, H., Dräger, B., Müller-Ehrenberg, S., Deppe, M., Knecht, S. Language lateralization in young children assessed by functional transcranial Doppler sonography. NeuroImage. 24 (3), 780-790 (2005).
- Knecht, S., et al. Noninvasive determination of language lateralization by functional transcranial Doppler sonography: a comparison with the Wada test. Stroke. 29 (1), 82-86 (1998).
- Knecht, S., et al. Successive activation of both cerebral hemispheres during cued word generation. Neuroreport. 7 (3), 820-824 (1996).
- Hage, B., Way, E., Barlow, S. M., Bashford, G. R. Real-time cerebral hemodynamic response to tactile somatosensory stimulation. Journal of Neuroimaging. 28 (6), 615-620 (2018).
- Hage, B., et al. Functional transcranial Doppler ultrasound for measurement of hemispheric lateralization during visual memory and visual search cognitive tasks. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 63 (12), 2001-2007 (2016).
- Meyer, G. F., Spray, A., Fairlie, J. E., Uomini, N. T. Inferring common cognitive mechanisms from brain blood-flow lateralization data: a new methodology for fTCD analysis. Frontiers in Psychology. 5, 552 (2014).
- Uomini, N. T., Meyer, G. F. Shared brain lateralization patterns in language and Acheulean stone tool production: a functional transcranial Doppler ultrasound study. PLoS ONE. 8 (8), 72693 (2013).
- Edvinsson, L., MacKenzie, E. T., McCulloch, J. Cerebral Blood Flow and Metabolism. , Raven Press, Ltd. New York, NY. (1993).
- Alexandrov, A. V., et al. Practice standards for transcranial Doppler ultrasound: part I--test performance. Journal of Neuroimaging. 17 (1), 11-18 (2007).
- Fujioka, K. A., Douville, C. M. Anatomy and freehand examination techniques. Transcranial Doppler. Newell, D. W., Aaslid, R. , Raven Press, Ltd. New York, NY. (1992).
- Alexandrov, A. V. Transcranial Doppler physics and techniques, lecture notes. American Society of Neuroimaging Conference. , deliverd 5 March (2020).
- Alwatban, M., Truemper, E. J., Al-rethaia, A., Murman, D. L., Bashford, G. R. The breath-hold acceleration index: a new method to evaluate cerebrovascular reactivity using transcranial Doppler. Journal of Neuroimaging. 28 (4), 429-435 (2018).
- Tiecks, F. P., et al. Effects of the Valsalva maneuver on cerebral circulation in healthy adults: a transcranial Doppler study. Stroke. 26 (8), 1386-1392 (1995).
- Alwatban, M., Murman, D. L., Bashford, G. Cerebrovascular reactivity impairment in preclinical Alzheimer's disease. Journal of Neuroimaging. 29 (4), 493-498 (2019).
- Twedt, M. H., et al. Most high-intensity transient signals are not associated with specific surgical maneuvers. World Journal for Pediatric and Congenital Heart Surgery. 11 (4), 401-408 (2020).
- Moehring, M. A., Spencer, M. P. Power M-mode Doppler (PMD) for observing cerebral blood flow and tracking emboli. Ultrasound in Medicine & Biology. 28 (1), 49-57 (2002).
- Poldrack, R. A. The future of fMRI in cognitive neuroscience. NeuroImage. 62 (2), 1216-1220 (2012).
- Oh, H., Custead, R., Wang, Y., Barlow, S. Neural encoding of saltatory pneumotactile velocity in human glabrous hand. PLoS ONE. 12 (8), 0183532 (2017).
- Rosner, A. O., Barlow, S. M. Hemodynamic changes in cortical sensorimotor systems following hand and orofacial motor tasks and pulsed pneumotactile stimulation. Somatosensory & Motor Research. 33 (3-4), 145-155 (2016).
- Alexandrov, A. V., et al. High rate of complete recanalization and dramatic clinical recovery during tPA infusion when continuously monitored with 2-MHz transcranial doppler monitoring. Stroke. 31 (3), 610-614 (2000).
- Watt, B. P., Burnfield, J. M., Truemper, E. J., Buster, T. W., Bashford, G. R. Monitoring cerebral hemodynamics with transcranial Doppler ultrasound during cognitive and exercise testing in adults following unilateral stroke. 2012 IEEE Engineering in Medicine and Biology Society Annual Conference Proceedings. , San Diego, CA. 2310-2313 (2012).
- Markus, H. S., Harrison, M. J. Estimation of cerebrovascular reactivity using transcranial Doppler, including the use of breath-holding as the vasodilatory stimulus. Stroke. 23 (5), 668-673 (1992).
- File:Circle of Willis en.svg. . Wikimedia Commons, the free media repository. , Available from: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Circle_of_Willis_en.svg (2020).
- Bode, H. Pediatric Applications of Transcranial Doppler Sonography. , Springer-Verlag. Wien. (1988).
