Summary
Fonksiyonel transkraniyal Doppler ultrason, bazal serebral arterler içindeki serebral kan akışındaki uyaran kaynaklı değişikliklerin yüksek zamansal çözünürlük ölçümü ile diğer fonksiyonel görüntüleme yöntemlerini tamamlar. Bu Yöntemler makalesi, fonksiyonel bir görüntüleme deneyi gerçekleştirmek için fonksiyonel transkraniyal Doppler ultrason kullanmak için adım adım talimatlar verir.
Abstract
Fonksiyonel transkraniyal Doppler ultrason (fTCD), fiziksel hareket, ciltteki dokunsal sensörlerin aktivasyonu ve görüntüleri görüntüleme gibi uyaranlar sırasında meydana gelen nöral aktivasyonu incelemek için transkraniyal Doppler ultrasonun (TCD) kullanılmasıdır. Nöral aktivasyon, duyusal girdinin işlenmesinde rol oynayan beynin bölgesini sağlayan serebral kan akışı hızındaki (CBFV) bir artıştan kaynaklanır. Örneğin, parlak ışığın görüntülenmesi, serebral korteksin oksipital lobunda nöral aktivitenin artmasına neden olur ve oksipital lobu sağlayan arka serebral arterde kan akışının artmasına neden olur. fTCD'de, CBFV'deki değişiklikler serebral kan akışındaki (CBF) değişiklikleri tahmin etmek için kullanılır.
FTCD, ana serebral arterlerdeki kan akışı hızlarının yüksek zamansal çözünürlük ölçümü ile diğer yerleşik fonksiyonel görüntüleme tekniklerini tamamlar. Bu Yöntemler makalesinin amacı, işlevsel bir görüntüleme denemesi gerçekleştirmek için fTCD'yi kullanmak için adım adım yönergeler vermektir. İlk olarak, orta serebral arteri (MCA) tanımlamak ve sinyali optimize etmek için temel adımlar açıklanacaktır. Daha sonra, deney sırasında TCD probunu yerinde tutmak için bir fiksasyon cihazının yerleştirilmesi açıklanacaktır. Son olarak, fTCD kullanılarak yapılan fonksiyonel görüntüleme deneyinin özel bir örneği olan nefes tutma deneyi gösterilecektir.
Introduction
Nörobilim araştırmalarında, çeşitli ortamlarda gerçek zamanlı beyin aktivitesinin noninvaziv olarak izlenmesi sıklıkla arzu edilir. Bununla birlikte, geleneksel fonksiyonel nörogörünte yöntemleri, lokalize ve / veya hızlı aktivite değişikliklerini yakalama yeteneğini engelleyen sınırlamalara sahiptir. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemenin (fMRI) gerçek (gergin olmayan, geriye dönük olmayan) zamansal çözünürlüğü şu anda geçici nöral aktivasyona bağlı geçici hemodinamik değişiklikleri yakalayamayan birkaç saniye1sırasına sahiptir. Başka bir örnekte, fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIRS) yüksek zamansal çözünürlüğe (milisaniye) ve makul mekansal çözünürlüğe sahip olmasına rağmen, sadece serebral korteks içindeki hemodinamik değişiklikleri araştırabilir ve beyni sağlayan daha büyük arterlerde meydana gelen değişiklikler hakkında bilgi veremez.
Buna karşılık, nörogörüntüleme modalitesi olarak sınıflandırılan fTCD", bir "görüntüde" daha tanıdık olan iki ortogonal mekansal yön yerine zaman ve uzayın boyutlarını ifade eder. fTCD, bazal serebral dolaşımın damarları içindeki hassas konumlarda yüksek zamansal çözünürlük (tipik olarak 10 ms) hemodinamik değişiklikleri ölçerek diğer nörogörüntüleme yöntemlerine tamamlayıcı bilgiler sağlar. Diğer nörogörüntüleme yöntemlerinde olduğu gibi, fTCD, dille ilgili görevler sırasında serebral aktivasyonun lateralizasyonunu incelemek2,3,4, çeşitli somatosensör uyaranlara yanıt olarak sinirsel aktivasyonu incelemek ve görsel görevler6, zihinsel görevler7ve hatta takım üretimi8gibi çeşitli bilişsel uyaranlarda sinirsel aktivasyonu keşfetmek gibi çeşitli deneyler için kullanılabilir.
fTCD, düşük ekipman maliyeti, taşınabilirlik ve gelişmiş güvenlik (Wada test3 veya pozitron emisyon tomografisi [PET] taramalarına kıyasla) dahil olmak üzere fonksiyonel görüntülemede kullanım için çeşitli avantajlar sunsa da, bir TCD makinesinin çalışması pratikle elde edilen becerileri gerektirir. Bir TCD operatörü tarafından öğrenilmesi gereken bu becerilerden bazıları, çeşitli serebral arterleri tanımlama yeteneğini ve ilgili arteri arama sırasında ultrason probunun hassas bir şekilde manipüle edilmesi için gerekli motor becerileri içerir. Bu Yöntemler makalesinin amacı, işlevsel bir görüntüleme deneyi gerçekleştirmek için fTCD kullanma tekniğini sunmaktır. İlk olarak, serebral yarımküre9'un%80'ini perfüzyona sokabilen MCA'dan gelen sinyali tanımlamak ve optimize etmek için temel adımlar listelenecektir. Daha sonra, deney sırasında TCD probunu yerinde tutmak için bir fiksasyon cihazının yerleştirilmesi açıklanacaktır. Son olarak, fTCD kullanılarak yapılan fonksiyonel görüntüleme deneyinin bir örneği olan nefes tutma deneyi açıklanacak ve temsili sonuçlar gösterilecektir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm insan konusu araştırmaları Nebraska-Lincoln Üniversitesi Kurumsal İnceleme Kurulu'na uygun olarak gerçeklendi ve tüm konulardan bilgilendirilmiş onam alındı.
1. MCA sinyalini serbest TCD ile bulma
NOT: "Freehand" TCD, bir fTCD deneyine başlamadan önce bir CBFV sinyali bulmak için TCD'nin el dönüştürücüsü ile çalışmasını ifade eder.
- TCD parametrelerini ayarlama
- MCA için ilk arama sırasında gücü makul derecede yüksek bir değerde (örneğin, 400 mW) tutun. MCA sinyali bulunduktan sonra, "iyi" bir sinyal tutarken gücü mümkün olduğunca azaltın (bkz. adım 2.2.7).
NOT: İlk arama sırasında makul derecede yüksek bir güç kullanmak, akustik radyasyona maruz kalma "Makul Ulaşılabilir Kadar Düşük" (ALARA) ilkesini ihlal etmez, çünkü daha yüksek güç MCA sinyalinin daha hızlı keşfedilmesine izin verecektir10. - MCA sinyalinin ilk arama sırasında numune hacmini 8-12 mm olarak ayarlayın. Sinyali bulmak zorsa, sinyalin yoğunluğunu artırmak için kapı boyutunu artırın, ancak bunun yakındaki bir veya daha fazla arterden gelen sinyali MCA'dan gelen sinyale dahil edebileceğini unutmayın.
- Kazancı orta düzeyde ayarlayın, "arka plan gürültüsünü minimumda tutma, ancak mevcut"hedefiyle 10.
- Yüksek geçişli filtre kesmesini (normalde "eşik" olarak terimlendirilir) 50-150 Hz olarak ayarlayın.
- Konu bir yetişkinse, derinliği MCA 10'un M1 segmentinin ortalama orta nokta derinliği olan50 mm'ye ayarlayın (Şekil 1).
NOT: Bu ayar sonraki adımlarda daha ayrıntılı olarak ele alınacaktır. Çocuklar için derinlik ayarları Tablo 1'de verilmiştir.
- MCA için ilk arama sırasında gücü makul derecede yüksek bir değerde (örneğin, 400 mW) tutun. MCA sinyali bulunduktan sonra, "iyi" bir sinyal tutarken gücü mümkün olduğunca azaltın (bkz. adım 2.2.7).
Şekil 1: Willis çemberinin ve serebral dolaşım sisteminin ana arterlerinin temsili. ICA'nın ACA ve MCA'ya çatallanması siyah bir daire ile işaretlenmiştir. MCA'nın M1 segmenti gösterilir. Bu rakam24'ten değiştirilmiştir. Kısaltmalar: ACA = anterior serebral arter; Bif. = çatallanma; ICA = iç karotis arter; MCA = orta serebral arter. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
- Zamansal pencereyi bulma
NOT: Transtemporal akustik pencere olarak da adlandırılan zamansal pencere, kafatasının kemiğin en ince olduğu bir parçasıdır11, böylece düşük frekanslı ultrason enerjisinin kafatasından iletilmesini sağlar (Şekil 2).- Bebekler ve küçük çocuklar için, temporal pencereyi kulağın hemen önünde ("intertragal alan") ve cildin altında kolayca hissedilebilen zigomatik kemerin rostral kenarının üzerinde bulun.
- Gençler ve genç yetişkinler için, alt pencerelerden herhangi biri aracılığıyla zamansal pencereyi bulun.
NOT: Arka altwindow genellikle en iyi sinyali sağlar (Şekil 2). - 30 yaş ve üzeri yetişkinler için, kulağın hemen önündeki zamansal pencereyi bulun.
NOT: Kafatası kemiğinin artan gözenekliliği nedeniyle insanlar yaşlandıkça akustik pencerenin boyutu azalır ve bazı yaşlı insanların çok sınırlı bir zamansal pencereye sahip olmasına neden12. Bu tür bireylerde, MCA'nın bilateral inzonası bazen imkansızdır.
Şekil 2: Transtemporal pencere (kesikli elips ile işaretlenmiş), zigomatik kemer (ok) ve subwindows11. (A) Frontal subwindow. (B) Ön alt rüzgar. (C) Orta su altı. (D) Arka alt rüzgar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
- Dönüştürücünün uygulanması
- Dönüştürücünün yüzeyini kaplayacak kadar ultrason jeli uygulayın.
NOT: Kafaya yerleştirildiğinde, jel kafa derisi ile Doppler prob yüzeyi arasında bir sızdırmazlık sağlamak için yeterli alanı kaplamalı ve böylece sinyal kesintisinin prob yüzeyinin altında hava bağlantısı yapmasını önlemelidir. - Jeli soğuk hissedebileceği konusunda (oda sıcaklığındaysa) konuyu uyarın.
- Dönüştürücüsü bölüm 1.2'de bulunan zamansal pencereye yerleştirin.
- Dönüştürücünün yüzeyini kaplayacak kadar ultrason jeli uygulayın.
- MCA aranıyor
- Dönüştürücü kafa derisine yerleştirdikten sonra, genellikle ilk dönüştürücü kafa derisi yerleşiminin konumundan hafif ön (ileri) ve rostral (başa doğru) yerleştirilecek OLAN MCA sinyalini arayın10.
- TCD spektral sinyali hemen açık değilse, kafa derisine göre aynı yerde tutarken dönüştürücünün açısını ayarlayın. Sondayı yavaşça rostralden kaudal'a (ayaklara doğru) ve arkadan ön gönlüne doğru açıla.
NOT: Şekil 3 aynı konumdan, ancak farklı açılardan alınan iki spektrum göstermektedir. - 1.4.2 adımını gerçekleştirdikten sonra hala bir sinyal yoksa, MCA'da farklı derinliklerde (kırmızı renklendirme ile gösterilir) akış için renkli M modu ekranını kontrol edin. Sinyal derinliğini 5 mm adımda artırın veya indirin ve 1.4.2 adımında açıklandığı gibi arayın. Akış M modunda görünür, ancak Doppler spektrumunda görünmüyorsa, akış sinyali Doppler spektrumunda görünene kadar derinliği artırın veya azaltın.
- Tatmin edici bir sinyal hala alınamazsa, dönüştürücüsü kafa derisi üzerinde biraz daha ön olan yakındaki bir konuma getirin ve 1.4.1–1.4.3 adımlarını tekrarlayın.
- En uygun MCA sinyali elde edildiğinde, derinliğe ve maksimum hıza dikkat edin.
- Yıkanabilir bir makyaj kalemi kullanarak, en uygun sinyalin bulunduğu kafa derisine (dönüştürücü kenarının iz kısmı) bir işaret yerleştirin.
Şekil 3: MCA'nın M1 segmentinin orta noktasından örnek Doppler spektrumu ve M modu görüntüleri. (A) Transdüser uygulandıktan hemen sonra kulağın hemen önündeki zamansal pencereye çekildi. (B) Örnek Doppler spektrumu (A) ile aynı yerde ve derinlikte. Tek değişiklik, dönüştürücünün hafifçe yukarı doğru (üstün) açılı olmasıdır. Her ikisinde de (A) ve (B), derinlik = 50 mm, kazanç = 50, örnek hacmi = 12 mm, güç = 420 mW/cm2ve filtre = 100 Hz. Bu şeklin daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen burayı tıklatın.
- Çatallanma aranıyor
NOT: İç şahdamarının (ICA) çatallanmasını bulmak, MCA'nın izlenen arter olduğunu doğrulamaya yardımcı olmak için önemlidir. Çatallanma her iki tarafta da aynı derinlikte olmayabileceği için ikili izleme yapılacaksa bu adım her iki tarafta da yapılmalıdır.- ICA'nın MCA ve ACA'ya çatallanması sinyali belirtilene kadar derinliği artırın (Şekil 4), tipik olarak 51-65 mm10derinlikte.
- Adım 1.4.2'de açıklanan prosedürü kullanarak optimum çatallanma spektral sinyalini arayın. Her zaman mümkün olan en yüksek hızlı spektral sinyal için çabalayın10.
- Optimum bifurkasyon sinyali alındığında, çatallanmanın derinliğine dikkat edin.
- İkili izleme için, başın diğer tarafındaki 1.1–1.4 ve 1.5.1–1.5.3 adımlarını tekrarlayın.
Şekil 4: ICA'nın MCA ve ACA'ya çatallanmasının Spektral Doppler (üstte) ve M modu (altta) görüntüsü. Derinlik = 65 mm, kazanç = 50, örnek hacmi = 12 mm, güç = 420 mW/cm2ve filtre = 100 Hz. Bu şeklin daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
2. Bir sabitleme cihazı yerleştirdikten sonra MCA'nın yerini değiştirme
NOT: fTCD deneyleri için CBFV'yi 10-90 dakika veya daha uzun süre izlemek gerekir. Bu nedenle, stabilite sağlamak için bir sabitleme cihazı (Şekil 5) çok önemlidir.
- Sabitleme cihazını yerleştirme
- Görsel inceleme ile sabitleme cihazını (Şekil 5) konunun yaklaşık kafa boyutuna ayarlayın.
- Kulaklığı kafasına yerleştirmeden önce konuyu uyarın. Kulaklığı deneğin kafasına yerleştirin.
NOT: Konunun uzun veya kalın saçları varsa, kullanılan fiksasyon cihazına bağlı olarak öznenin saçını geriye bağlamak gerekebilir. - Sabitleme cihazının uygun olup olmadığını ayarlayın ve cihaz çok sıkı olup olmadığını sorun.
NOT: Cihaz hafifçe çarpıldığında hareket etmeyecek kadar sıkı, ancak konunun rahatsız olmadığı kadar gevşek olmalıdır.
Şekil 5: Özel fiksasyon cihazı takan konu. Bu şeklin daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
- MCA sinyalini bulma
- Dönüştürücünün serbestçe hareket edebilmesi için dönüştürücünün mekanizmasını gevşetin (örneğin, Şekil 5'tegösterilen mekanizmayı saat yönünün tersine bir düğme çevirerek gevşetin).
- Dönüştürücülere jel uygulamadan önce konuyu uyarın (bölüm 2.1'den itibaren zaten yerinde olması gerekir) ve jel soğuk olabilir (oda sıcaklığında saklanmışsa).
- Dönüştürücünün yüzünü kaplayacak kadar ultrason jeli transdüser uygulayın.
- Sabitleme cihazını, dönüştürücünün 1.4.6 adımında yapılan işaretin üstünde yer olacak şekilde ayarlayın.
- 1.4.1–1.4.3 adımlarında açıklanan yordamı kullanarak en uygun MCA spektral sinyalini arayın. Her zaman mümkün olan en yüksek hızlı spektral sinyal için çabalayın10.
NOT: Serbest TCD ile karşılaştırıldığında, sabitleme cihazını kullanarak MCA'nın bulunduğu optimum derinlik, serbest cihazın derinliğinden biraz (en fazla 1-2 mm) farklı olabilir. Bunun nedeni, fiksasyon cihazının transdüseri kafa derisinden biraz daha uzakta tutabileceği ve hala bir bağlantı jeli contası tutabileceğidir. - En uygun MCA spektral sinyali bulunduğunda, dönüştürücünün yerine kilitlenmesi için sabitleme cihazının mekanizmasını sıkın. Derinliğe ve diğer tüm ayarlara dikkat edin.
- Maksimum hızı doğru bir şekilde izleyen spektral bir zarfı korurken gücü mümkün olduğunca azaltın (bkz. adım 1.1.1).
- İkili izlemeiçin, diğer taraftaki 2.2.1–2.2.7 adımlarını tekrarlayın.
3. Nefes tutma manevrası yapmak
NOT: Bu bölüm, bölüm 1 ve bölüm 2'de açıklanan deneysel kurulum kullanılarak gerçekleştirilebilecek işlevsel bir deneye örnek olarak verilmiştir.
- Bölüm 1 ve bölüm 2'de açıklanan tüm adımları gerçekleştirin.
- TCD yazılımına kaydetmeye başlayın.
- İyi bir taban çizgisi kaydı elde etmek için 3 dakika boyunca normal nefes alın ve CBFV'nin önceki deneylerden veya uyaranlardan stabilize olmasını sağlar.
- Üçten yavaşça geriye say. Bire kadar sayarsam, deneklerden normal bir ilhamın ardından nefes tutmaya başlamasını isteyin13.
NOT: Konu derin nefes almamalıdır, çünkü bu akciğerlerdeki karbondioksiti azaltacak ve serebrovasküler reaktiviteye bağlı CBFV'deki artışı gözlemleme olasılığını azaltacaktır. Konu ayrıca, intratorasik basıncın tutulan bir ilhama karşı önemli ölçüde arttığı bir Valsalva manevrası yapmaktan kaçınmalıdır14. - Nefes tutmanın başlangıcını belirtmek için TCD kaydına bir işaret yerleştirin.
- Deneğin nefesini 30 sn boyunca veya nefeslerini tutarken rahat olmayana kadar tutmasını bekleyin.
- Konu soluduğunda, nefes tutmanın sonunu belirtmek için TCD kaydına bir işaret yerleştirin.
- CBFV'nin temel değerlere dönmesini sağlamak için TCD kullanarak CBFV'yi izlemeye ve nefes tutmanın bitimini takiben en az 30 s kayıt yapmaya devam edin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Şekil 3, MCA'nın M1 segmentinin orta noktasından örnek Doppler spektrumlarını ve renkli M modlarını göstermektedir. Şekil 3A,B kafa derisinde aynı pozisyonda, ancak farklı açılarda alındı. Kafa derisindeki temas pozisyonunu değiştirmedenaçıdaki çok küçük bir değişikliğin, Şekil 3B'dekispektrogramın daha yüksek yoğunluklu sarı renklendirmesinde gösterildiği gibi Doppler sinyal gücünü nasıl büyük ölçüde artırabileceğini unutmayın. Ayrıca Şekil 3B'deki M modunun iki arter (sırasıyla ACA ve MCA'ya karşılık gelen mavi ve kırmızı) gösterdiğini unutmayın.
Şekil 4, ICA'nın çatallanmasıyla ACA ve MCA'ya örnek bir Doppler spektrumu ve M modu göstermektedir. M modundaki görüntüde sırasıyla MCA ve ACA'yı gösteren çakışan kırmızı ve mavi gölgeli bölgelere dikkat edin. Ayrıca dönüştürücüye (pozitif) doğru akışı dönüştürücüden (negatif) uzak akışla karşılaştırırken Doppler spektral dalga biçiminin simetrisine dikkat edin.
Şekil 6, nefes tutma manevrasında farklı zaman noktalarından örnek spektrum ve M modu görüntülerini gösterir. Şekil 6A, nefes tutmanın başlangıcında temel TCD spektrumu ve M modunu gösterir. Ortalama 56 cm/s hıza dikkat edin. Şekil 6B, nefes tutmanın sonunda TCD spektrumu ve M modunu gösterir. Ortalama hızın artık 70 cm/sn'ye yükseldiğini unutmayın. Şekil 6C, nefes tutmanın bitiminden sonra TCD spektrumu ve M modunu gösterir. Taban çizgisi değerlerinin altındaki hızda alt çekime dikkat edin ve ortalama 47 cm/sn'ye düşer. ACA'nın Doppler spektrumlarındaki dönüştürücüden uzak akış olarak görülebildiğine dikkat edin.
Şekil 7 tüm nefes tutma deneyini gösteriyor. Zarfın nefes tutma sona erdikten sonra yaklaşık 15 sn yüksek kaldığını, ~20 s için nefes tutmanın başlangıcındaki değerlerden daha düşük değerlere düştüğünü ve sonunda temel değerlere geri kurtulduğunu unutmayın. ACA'nın Doppler spektrumundaki dönüştürücüden uzak akış olarak görülebildiğine dikkat edin.
Şekil 6 ve Şekil 7, TCD spektrumunun MCA kısmında iyi sinyal yoğunluğu gösterir (MCA pozitif hızlar ile temsil edilir); zarfı temsil eden beyaz çizginin, spektrum parlak olduğunda TCD spektrumu nasıl çok doğru bir şekilde takip ettiğini unutmayın. Şekil 6 ve Şekil 7 spektrumları, izleme derinliğinin 5-10 mm azaltılmasıyla, BÖYLECE TCD spektrumunun ACA kısmının görünmemesi (ACA negatif hızlar ile temsil edilir) ve TCD spektrumundaki dikey eksenin ölçeğinin yaklaşık -100 cm/sn'den 100 cm/sn'ye kadar çalışması için değiştirilerek geliştirilebilir, tcd spektrumunun dikey yönde maksimum hız örneklemesine izin verecektir.
Şekil 8'de bilateral TCD spektrumları ve bilateral fTCD için uygun M modları örnekleri göstermektedir. Şekil 8A ve Şekil 8B kabul edilebilir, ancak optimal değil, ikili spektra ve M modlarını göstermektedir. Kazancın Şekil 8A'da (sol MCA) daha zayıf sinyali telafi etmek için Şekil 8B'den (sağ MCA) nasıl daha yüksek olduğunu ve Şekil 8A'daki zarf kalitesinin Şekil 8B'dennasıl biraz daha düşük olduğunu unutmayın. Ayrıca Şekil 8A'daki systole'deki maksimum hızın Şekil 8B'denbiraz daha düşük olduğunu unutmayın. Bunun aksine, Şekil 8C ve Şekil 8D'deki iki spektrumun derinlik, kazanç, güç ve örnek hacim de dahil olmak üzere ayarlar açısından nasıl çok benzer olduğunu ve her iki taraftaki spektral dalga formlarının benzer maksimum hızlara ve şekillere nasıl sahip olduğunu unutmayın. Bunu gidermek için, özellikle kan akışının yanallaştırılmasını içeren deneyler için, sol MCA'dan gelen spektrumun sürekli olarak sol pencereye ve spektrumun sağ penceredeki sağ MCA'dan yerleştirilmesi önerilir.
Şekil 6: Nefes tutma manevrasının farklı aşamalarında MCA'dan örnek Doppler spektrumu ve M modu görüntüleri. (A) Nefes tutmanın başlangıcında spektrum ve M modu. Ortadaki dikey sarı çizgi nefes tutmanın başlangıcını gösterir. (B) Nefes tutmanın sonunda spektrum ve M modu. Ortadaki dikey sarı çizgi, konu soluduğunda nefes tutmanın sonunu gösterir. (C) Nefes tutmanın bitiminden sonra spektrum ve M modu, nefes tutmadan sonra yaklaşık 30 sn devam eden akış hızındaki düşüşü gösterir. Tüm spektrumlarda derinlik = 56 mm, kazanç = 50, örnek hacmi = 8 mm, güç = 420 mW/cm2ve filtre = 100 Hz. Bu şeklin daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: McA'dan nefes tutma boyunca spektrum ve M modu. Derinlik = 56 mm, kazanç = 50, örnek hacmi = 8 mm, güç = 420 mW/cm2ve filtre = 100 Hz. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: MCA'dan ikili tayf ve M modu görüntüleri örnekleri. (A) Sol MCA'nın kabul edilebilir, ancak optimal olmayan spektrumu ve M modu, derinliği = 62 mm, kazanç = 69, örnek hacmi = 12 mm, güç = 420 mW /cm2ve filtre = 100 Hz. (B) Sağ MCA'nın iyi spektrumu ve M modu, derinliği = 62 mm, kazanç = 56, örnek hacim = 12 mm, güç = 420 mW/cm2ve filtre = 100 Hz. (C) Sol MCA'nın iyi spektrumu ve M modu. (D) Doğru MCA'nın iyi spektrumu ve M modu. Her ikisi için (C) ve (D), derinlik = 62 mm, kazanç = 56, örnek hacmi = 12, güç = 420 mW/cm2ve filtre = 100 Hz. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Yaş | Orta serebral arter derinliği (mm) |
| 0-3 aya | 25 |
| 3-12 aya | 30 |
| 1-3 yıla | 35–45 |
| 3-6 yıla | 40–45 |
| 6-10 yıla | 45–50 |
| 10-18 yıla | 45–50 |
| >18 yılb | 50 |
Tablo 1: Çeşitli yaşlarda MCA derinlikleri. Kaynaklar: a = Bode25, b = Alexandrov vd.10
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokoldeki kritik adımlar arasında 1) MCA'yı bulmak, 2) kafa bandını yerleştirmek ve 3) nefes tutma manevrasını yapmak yer almaktadır.
Çalışmadaki konulara bağlı olarak değişiklikler gerekebilir. Örneğin, Alzheimer hastalığı olan denekler talimatları takip etmekte zorlanabilir, nefes tutma talimatlarına uyulmasını sağlamak için bir capnograph kullanılmasını zorunlu kılabilir15. Küçük çocuklar talimatları takip etmekte zorlanabilir ve deneyciden çekinebilirler; bu nedenle, deneysel protokollerin böyle bir popülasyon için basitleştirilmesi gerekebilir (bkz. Lohmann vd.2). TCD makinesindeki belirli ayarların da ilgi alanına bağlı olarak değiştirilmesi gerekebilir. Örneğin, ince kraniyal kemiklere sahip bebeklere inzon yaparken, özellikle TCD izleme birkaç saat süren bir süre boyunca gerçekleşecekse, gücü mümkün olduğunca azaltın16.
Sorun giderme genellikle iyi, kararlı bir TCD spektral sinyali bulma zorlukları etrafında ortalar. Örneğin, 50 yaşından büyük insanlar için, kafatası kemiğinin artan gözenekliliği nedeniyle yaş arttıkça ve kulağın hemen önündeki bölgeye lokalize olma eğiliminde oldukça zamansal akustik pencere giderek küçülür ("intertragal alan")12. Böyle bir popülasyonda, başın her iki tarafında iyi bir MCA spektral sinyali bulmak bazen imkansız olabilir ve dönüştürücü açısı veya pozisyonundaki çok küçük değişiklikler sinyalin kaybolmasına neden olabilir. Analiz için zarf dalga formuna bağlı deneyler için kaliteli bir sinyal gerekli olduğundan, MCA spektral sinyal yoğunluğunu ve kalitesini artırmak için her türlü çaba gösterilmelidir. Örneğin, kazanç sinyali optimize etmek için ayarlanabilir ve daha güçlü bir sinyal almak için örnek ses seviyesi artırılabilir. Son çare olarak, güç artabilir. Son olarak, hastaların yaklaşık% 10'unda, zamansal akustik pencerenin11,17olmadığını belirtmek önemlidir. Zamansal akustik pencere bebeklerde ve küçük çocuklarda kolayca bulunabilir ve 50 yaşın üzerindeki yetişkinlerde bulunması en zor olanıdır.
fTCD'nin sınırlamaları, CBFV bilgilerinin çok yüksek zamansal çözünürlükte olsa da geniş bir görüş alanı yerine17 uzaysal konumdan alınmasını içerir. Bu nedenle, fTCD, düşük temporal çözünürlükte geniş bir görüş alanına sahip serebral hemodinamik bilgi (ve dolayısıyla sinirsel aktivite) veren fMRI'nın tamamlayıcısıdır18,19. Gerçekten de, fTCD ile karşılaştırılabilir bir zamansal çözünürlüğe sahiptir fNIRS20, fTCD'nin ana serebral arterler seviyesinde hemodinamik değişiklikleri ölçtüğü önemli farkla, fNIRS ise korteksteki değişiklikleri ölçer. Bu nedenle, fTCD, şu anda başka hiçbir nörogörüntüleme modalitesinin ölçemeyeceği nöral aktivasyona yanıt olarak serebral hemodinamik değişiklikler hakkında önemli ayrıntıları doldurabilir.
TCD'nin potansiyel uygulamaları arasında kalp cerrahisi16 sırasında serebral embolus oluşumunun izlenmesi ve inme için doku plazminojen aktivatör tedavisinin sonucunu tespit etmek için izleme21. fTCD'nin potansiyel uygulamaları, insan beyninde dilin yanal işlenmesini incelemek gibi iç veya dış uyaranlara nöral yanıtı içeren herhangi bir araştırma sorusunu içerir2,3,4, somatosensör "dokunma" stimülasyonu5veya görsel işlemenin yanallaştırılması6. Ek olarak, fTCD egzersiz 22 ve nefes tutma13 , 15,23 gibi uyaranlara fizyolojik (sinirsel aktivite değişiklikleri olsun veya olmasın) yanıtları incelemek içinkullanılabilir. Son olarak, fTCD'nin düşük maliyeti, taşınabilirliği ve basitliği, çok sayıda konunun görüntülenmesini pratik hale getirir, fMRI ve PET gibi diğer nörogörüntüleme yöntemlerine göre bir avantajdır, örneğin preklinik Alzheimer hastalığı için tarama yaparken15.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan eder.
Acknowledgments
Bu proje, Nebraska Tarım Deney İstasyonu tarafından USDA Ulusal Gıda ve Tarım Enstitüsü aracılığıyla Hatch Yasası'ndan (Katılım Numarası 0223605) finanse edilen kısmen desteklenen araştırmalara dayanmaktadır.
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).
