Yöntem makalesi

Gaz Soluma Zorluklar yoluyla Serebrovasküler Reaktivitesinin MRG Haritalama

14.3K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/52306

⸱

17 Aralık 2014

 ,  ,  ,  ,  , 
1Advanced Imaging Research Center, University of Texas Southwestern Medical Center, 2Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, New York University School of Medicine

Bu makalede

Özet

Beyin damar sisteminin genişleme veya daralma yeteneğinin non-invaziv görüntülenmesi, çeşitli nörolojik hastalıklarda serebrovasküler patofizyolojinin daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir. Bu rapor, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) kullanarak insanlarda vasküler reaktivite görüntülemesi yapmak için tekrarlanabilir ve hasta için rahat bir protokolü açıklamaktadır.

Özet

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 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.

Giriş

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.

Protokol

NOT: protokol Teksas Güneybatı Tıp Merkezi Kurumsal Değerlendirme Kurulu Üniversitesi tarafından onaylanmıştır.

Deney öncesi Gaz Dağıtım Sistemi ve Hazırlık Adımları 1. Şeması

  1. Gaz dağıtım sistemi (Şekil 1) diyagramı gözden geçirin. % 5 CO 2,% 21 O 2 ve% 74 N 2 içeren bir tıbbi dereceli gaz karışımı ile 200 L Douglas çanta (Ürün no 1) doldurun.
  2. Tek yönlü gaz akışını sağlamak için iki yönlü olmayan, yeniden soluk valfi (Madde # 3) iki diyafram (4 Ürün #) yerleştirin. Mıknatıs odasına bu monte iki yönlü valf ve gaz dolu Douglas çantası (1 Ürün no) getirin.
  3. İki yollu vana (Ürün no 3) giriş ucuna gaz dağıtım borusunu (Ürün # 7) bağlayın. Ağırlık destek için baş bobin tarafına gaz dağıtım borusunu (Ürün # 7) takın. Gaz dolu Douglas gaz dağıtım borusu (Ürün # 7) diğer ucunutorba (Ürün # 1).
  4. Ağızlık (Ürün # 5) dirsek-konnektörü aracılığıyla U-şekilli tüp (Ürün # 12) (gaz örnekleme portu ile Ürün # 13 mühürlü) bağlayın.
  5. Başka bir dirsek-konnektörü (Ürün # 13) üzerinden U-şekilli tüp (Ürün # 12) gaz örnekleme boru (Ürün no 9) bağlayın.
  6. Gaz-örnekleme boru (Ürün no 9) diğer ucuna küçük bir hava filtresi (Madde 11.) bağlayın. CO 2 (Öğe # 14) hava filtresi (Madde 11.) diğer ucunu monitör.
  7. MRG paketi kontrol odasında, CO 2 (Öğe # 14) ve pulse oksimetre (Ürün # 15) monitörlerde açın. CO 2 monitör için bir oto-kalibrasyon gerçekleştirin.
  8. USB bağlantı noktalarını kullanarak bir dizüstü bilgisayara monitör bağlayın. Monitörler ile iletişim HyperTerminal yazılımını açın. Kez 'monitörlerde zamanlayıcı zaman aşağı yazma ve karşılık gelen bir zamanlayıcı ile kere' monitörlerde eşitleyin. Zamanlayıcı zaman ve monitörlerde kez farklar veri pro muhasebeleştirilir olacakbirisi ürün işleme (adım 4.4).
  9. Çubuğun bir ucu mıknatıs oda içinde olan ve diğer ucu kontrol odasında böylece bir dalga kılavuzu bir sinyal çubuğun bir ucunu.
    NOT: sinyal çubuğu üç yollu vana geçerken tarama sırasında (Ürün no 2) gerekli mıknatıs oda içinde araştırmacı bilgilendirilmesi için kullanılır.

Deney sırasında 2. Prosedürler

  1. MRG masaya yalan konuyu isteyin ama / onu henüz mıknatıs deliğine onu koymayın. Onlar tarama sırasında rahatsızlık hissederseniz hemşire çağrı düğmesine basın konuyu söyleyin. Herhangi bir yağ çıkarmak için towelette temizlik bir parça ile yaptığı / burnunu silmek için konuyu isteyin.
  2. Konu ağız yoluyla nefes ve solunum ritmi kurmak ve sürdürmek için söyleyin. Sonra konuyla ilgili bir burun klip (Ürün # 6) uygulanır.
  3. El üzerinden iki-yollu vana (Madde # 3) orta noktasına U-şekilli tüp (Ürün # 12) açık ucunuyay konektörü (Ürün # 13).
  4. Konu ağızlık nefes böylece yavaşça kişinin ağzına ağızlık yerleştirin. Yavaşça konuya parmak ucuna pulse oksimetre (Ürün # 15) parmak sensörü takmak.
  5. Konunun baş baş bobinin iso-merkezi olduğunu sigortalayın. Mıknatıs deliğin içinde ona / onu yerleştirmek için MRG tabloyu çalıştırın.
  6. Mıknatıs oda içinde bir araştırmacı kalır konuyu izlemek ve Douglas çanta (Ürün # 1) üç yollu vana geçmek için hazırlıklı olmak emin olun. Araştırmacı kulaklıklar ve MRG gürültü engellemek için kulaklık takmış olduğundan emin olun.
  7. EtCO 2 ve arteriyel oksijen satürasyonu fraksiyonu CO 2 (Ürün # 14) ve pulse oksimetre (Ürün # 15) monitörlerde görüntülenen (sO 2) parametrelerini kontrol kontrol odasında, mıknatıs odası kapısını kapatın ve. Dizüstü parametrelerin kayıt başlatın.
  8. Kullanarak taramaya başlamak için MR operatörü talimatKan Oksijenizasyon-Level-Bağımlı (BOLD) dizisi. 3T MR tarayıcı için, BOLD görüntüleme parametreleri şunlardır: TR / TE = 1.500 / 30 msn, Flip açısı = görünümünde = 220 x 220 mm 2, matris = x 64 64, 29 dilim 60 °, tarla, 5 = kalınlığı mm, dilimleri, 361 ciltlik arasında hiçbir boşluk. Supap zamanlaması anahtarlama listede olduğu önceden hazırlanmış sayfasını gözden geçirin ve bir anahtar gerektiğinde hafifçe sinyal çubuğu salıncak. Kalp hızı, sO 2, ve ETCO 2 olmak üzere, öznenin fizyolojisine yakın ilgi.
  9. Şimdi, mıknatıs oda içinde, Douglas çanta üzerinde konusu ilham gazın türünü kontrol sinyalizasyon çubuğunun hareket dayalı (Madde 1.) geçiş.
  10. Çalışmanın uzunluğu bu işleme devam edin. 9 dk görüntüleme döneminde, vana anahtarlama yaklaşık her dakika gerçekleşir emin olun. Anahtarın zamanlaması sürece EtCO2 zaman ders olarak kaydedilir, tam kesin olmak zorunda olmadığını unutmayın.
    Not: Konu tarama sırasında hemşire çağrı düğmeye basarsa, tarama iptal edilecek ve konu hemen mıknatıs deliğin dışına taşınacaktır. Araştırmacı konudan ağız parçası ve burun klibi kaldıracaktır.
  11. Tarama tamamlandığında konuyu bildirmek için interkom kullanın. MRG tablosunu çekin. Herhangi bir tükürük silmek için konuya doku temizleme sağlarken yavaşça konudan burun klipsi ve ağızlık çıkarın. Yavaşça konudan pulse oksimetre parmak sensörünü çıkarın. Şahıs daha sonra oturup MRG masadan alabilirsiniz.

Deney sonrası 3. Temiz-up İşlemleri

  1. Gaz örnekleme hortumu (9 Ürün #), hava filtresi (Madde 11.), ağızlık (5 Ürün #) ve burun klipsi (6 Ürün #) atın.
  2. Yeniden kullanılabilir bileşenler temizleyin. Diğer bileşenlerden iki-yollu vana (Ürün # 3) ayırın ve (4 Ürün #) vanadan diyafram çıkarın. İki yönlü emmekbu, 20 dakika için bir kap içinde Bacdown deterjan dezenfektan olarak yüzey aktif maddeler içeren valfı (Ürün no 3), diyaframı (Ürün no 4) ve konsantre edilmiş bir fosfat içermeyen dezenfektan olarak U-şeklinde bir boru (Ürün no 12). Deterjan dezenfektan ve damıtılmış su seyreltme oranı 1:64 olan.
  3. Distile su ile iyice 3.2 tarif öğeleri durulayın.
  4. Basınçlı hava ile U-şekilli tüp (Ürün # 12) kurutun. Açık tezgah üzerinde iki-yollu vana (Ürün # 3) ve diyafram (4 Ürün #) yerleştirin ve onları kuru doğal ve tamamen bırakın.
  5. Douglas çanta boşaltın. Sinyal bar ve gri tüp uzağa koyun.

4. Veri Analizi CVR Harita hesapla

  1. Dicom dosya biçimi veya herhangi başka bir satıcı özgü biçimde MRG verileri kaydetme. Bir laboratuvar bilgisayara veri aktarmak ve her dosya bir kez noktasına gelen bir 3D hacim (örneğin, KALIN resim) içerdiği hacim-by-hacim dosya serisi, veri dönüştürmek.
  2. Ön işlem görüntü verileri. Yeniden düzenlenmesi, normalleşme dahil olmak üzere ve yazılım İstatistiksel Parametrik Haritalama (SPM) tarafından sağlanan kütüphane işlevleri çağıran bir komut dosyası kullanarak yumuşatma görüntü ön-işleme adımları uygulayın. Matlab komut bir örnek ek kod dosyasını 1 Bkz.
  3. CO 2 Kaydı okumak için bir komut dosyası kullan, bir ön-kalibre miktarda zaman kursu kaydırarak örnekleme boru gecikme düzeltmek (örneğin, ağız parçası ve bir nefes arasındaki zaman farkı olarak belirlenen bu kurulum 12 sn CO2 kayıt o nefes) görünümü ve ham zaman serilerinin zarf (pozitif zirveleri) 'dir EtCO2 ayıklamak. Matlab komut dosyası için ek kod dosyasını 2 Bkz.
  4. Senkronizasyon zamanlayıcı dayanarak, bölüm EtCO 2 veri 25 sn önceki son görüntü alımından sonra 100 sn ilk görüntü edinimi sadece kayıt tutmak. EtCO 2 kez dersGiriş damar fonksiyonu ve daha sonra tarif lineer regresyon analizinde bağımsız değişken olarak kullanılmıştır.
  5. Zaman vardiya değişen bu iki zamanlı kurslar arasında çapraz-korelasyon katsayısı (CC) hesaplanarak (akciğer ölçülen) EtCO 2 ve (beyinde ölçülür) MRG sinyal arasındaki fizyolojik gecikme belirleyin. yüksek CC verir kayma değeri optimal zaman kabul edilir.
  6. EtCO 2 kez ders optimum gecikme kaydırılır ve MRG sinyal olanlar eşleşen sadece zaman noktaları MRG sinyali olarak aynı uzunlukta olan bir zaman serisi elde korunur.
  7. Kaymıştır EtCO2 zaman ders bağımlı değişken bağımsız değişken ve MRG sinyal süresi ders olduğu bir voksel-by-voksel lineer regresyon kullanılarak SPM Davranış.
  8. Hakikat Komisyonunun voksel-by-voksel haritası hesaplayın
    figure-protocol-1
    burada, (i, j, k) t,O endeksi voxel, β1 EtCO2 ve β0 ile ilgili regresyon katsayısı sabit terim ile ilgili regresyon katsayısı olmasıdır. min (EtCO 2) Zaman ders ETCO 2 minimum değeri.

Sonuçlar

Iki veri türleri. Önerilen protokol, fizyolojik kayıtları ve MR görüntüleri ile toplanan bir temsilci denekten alınan fizyolojik parametrelerin 2 ve 3 kayıtları Şekil edilir. Şekil Siyah iz 2 görüntüler ağızlık yakın örneklenmiş havadaki CO 2 içeriğini temsil CO 2 monitör, tarafından kaydedilen CO 2 kez kursu. Bu izleme, zamanın bir fonksiyonu olarak hızlı bir şekilde dalgalanmalar unutmayın. Solunum döngüsü inhalasyon aşamasında, bu kayıt teneffüs havasındaki CO 2 içeriği yansıtır ve ekshalasyon aşamasında, bu kayıt solunan havadaki CO 2 içeriği yansıtır, çünkü bu. Bu nedenle, her bir solunum döngüsünde üst tepe, soluk sonu CO2 veya EtCO 2, yaklaşık olarak arteryel CO2 konsantrasyonu olarak kullanılabilir akciğer, CO2 içeriğini temsil olarak anılacaktır. Not inciCO arteriyel kandaki 2 konsantrasyonu vazodilatatör yanıt itici güç, yani, giriş fonksiyonudur. CO 2 iz (Şekil 2 kırmızı eğri) doruklarına manuel muayene ve düzeltme ile birlikte, her nefes sırasında tepe arar bir algılama algoritması ile tasvir edilmiştir. Bu nedeni kısmi nefes ani doruklarına çıkarmak ve serebral damarlar pulmoner damarlardan akış seyri sırasında kan karıştırma hesabını medyan filtreleme izledi. Nihai EtCO 2 zaman süreci, Şekil 2'de yeşil eğri ile gösterilir ve Hakikat hesaplanmasında kullanılır.

Şekil 3 solunum hızı, arteriyel oksijen satürasyonu fraksiyonu (sO 2), ve kalp hızının zaman derslerini gösterir. sO 2 ve kalp hızı pulse oksimetre elde edilirken nefes oranı CO 2 monitörden elde edilir. S olabilir gibieen, bu parametreler hiperkapni meydan okuma ile bir sistematik değişiklik görünmüyor. Böylece akciğer O 2 kısmi basıncı alçakgönüllülükle artacak, konu hiperventilasyonu neden olmadığını hiperkapni unutmayın. Kan hemoglobin zaten büyük ölçüde oda hava nefes doymuş ve oksijen ayrışma eğrisi bu aralığa oldukça düz olduğu gibi Ancak, SO 2 üzerindeki etkisi çok az.

Şekil 4 deney farklı zamanda temsili BOLD MR görüntüleri gösterir. (keyfi MR birimlerinde) ortalama sinyal yoğunluğu da gösterilir. Bu beyinde BOLD sinyal CO 2 inhalasyon ile artış gösterdiği görülmektedir. Oda-hava ve CO 2 dönem arasındaki sinyal farkı genlik% 1-3 mertebesinde olduğunu unutmayın.

Fizyolojik kayıtları ve MR görüntüleri verileri birleştirerek, bir voksel-by-voksel CVR haritası hesaplanabilir. Şekil 5 temsilciSonuç mükemmel yeniden üretimini gösteren Beş farklı günde, taranan sağlıklı bir bireydeki (mmHg CO2 değişiklik başına% sinyal değişimi biriminde) CVR haritalar. Önerilen teknik, bugüne kadar 20, Alzheimer Hastalığı 4, Multipl Skleroz 21, ve egzersiz eğitimi 22 yaşlanma çalışmalarda uygulanmıştır.

figure-results-1
Şekil 1. Gaz dağıtım sisteminin şeması. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-2
Temsili bir konu du dan Şekil 2. CO 2 zamanlı dersDenemeyi halka. Oda hava solunum döneminde (sol alt) ve% 5 CO 2 inhalasyon dönemi (sağ alt) için gösterilen CO 2 monitör tarafından kaydedilen nefes by-nefes CO 2 içerik iz Bölümleri. Ayıklanan EtCO 2 zamanlı kurslar renkli eğriler gösterilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-3
Şekil 3. Kaydedilmiş deney sırasında bir temsilci konudan fizyolojisi parametreleri. (A) Solunum hızı (bpm dakikada nefes) konunun zaman ders. (B) sO konu 2 (%) Zaman kursu. (C) Kalp oranı (dakika başına yendi bpm) konunun zaman ders. tabidir Şekil 1'de aynı bir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-4
Şekil deney farklı bir zamanda 4. Temsilcisi BOLD MR görüntüleri. Görüntülenen beyin dilim ortalama sinyal yoğunlukları (MNI uzayda eksenel dilim # 54) alt satırda gösterilmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-5
Şekil temsili konu 5. Temsilcisi CVR haritası..jove.com / files / ftp_upload / 52306 / 52306fig5large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için burayı tıklayınız.

Tartışma

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.

Açıklamalar

HL ve PL, UT Southwestern Tıp Merkezi'ne ait olan ve gaz dağıtım sisteminin bir bölümünü açıklayan geçici bir patentin mucitleridir.

Teşekkürler

Bu çalışma kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri'nden (NIH), R01 MH084021, R01 NS067015, R01 AG042753, NS076588, NS029029-20S1, R21 NS078656; ve Ulusal Multipl Skleroz Derneği'nden RG4707A2 hibe numarası altında hibelerle desteklenmiştir.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Douglas çanta Harvard Aparatı500942200 L kapasiteli
Üç vanaHans RudolphCR1207%100 plastik
İki geri solumayan valfHans RudolphCR148022 mm/15 mm İç
Çap DiyaframHans Rudolph602021-2608Boyut: orta, Tip: spiral
AğızlıkHans Rudolph602076Silikon, Model #  9061
Burun klipsiHans Rudolph201413Plastik köpük, Model #9014
Gaz dağıtım tüpüVacumed1011-108
Mavi manşetVakumlu22254
Gaz örnekleme tüpüQoSINAT4305İnce
Erkek luerQoSINA11547
Hidrofobik filtrePhilips Medikal Uygulamalar9906-00Tek kullanımlık
U-şekilli tüpŞirket içi
Dirsek konektörüQoSINA51033
EtCO2 monitörPhilips Medical SystemsModel 1265
Nabız oksimetresi InvivoEkspresyonMRG İzleme Sistemleri
MRI tarayıcı PhilipsAchieva 3.0T TX
DezenfektanFisher Scientific04-355-13Decon BDD Bacdown Deterjan Dezenfektan

Kaynaklar

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Yezhuvath, U. S., et al. Forebrain-dominant deficit in cerebrovascular reactivity in Alzheimer's disease. Neurobiol Aging. 33 (1), 75-82 (2012).
  5. 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).
  6. Greenberg, S. M. Small vessels, big problems. N Engl J Med. 354 (14), 1451-1453 (2006).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Han, J. S., et al. BOLD-MRI cerebrovascular reactivity findings in cocaine-induced cerebral vasculitis. Nat Clin Pract Neurol. 4 (11), 628-632 (2008).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Zande, F. H., Hofman, P. A., Backes, W. H. Mapping hypercapnia-induced cerebrovascular reactivity using BOLD MRI. Neuroradiology. 47 (2), 114-120 (2005).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Slessarev, M., et al. Prospective targeting and control of end-tidal CO2 and O2 concentrations. J Physiol. 581 (3), 1207-1219 (2007).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Lu, H., et al. Alterations in cerebral metabolic rate and blood supply across the adult lifespan. Cereb Cortex. 21 (6), 1426-1434 (2011).
  21. Marshall, O., et al. Impaired cerebral vascular reactivity in multiple sclerosis measured with hypercapnia perfusion MRI. JAMA Neurology. In press, Forthcoming.
  22. 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).
  23. Liu, P., et al. Age-related differences in memory-encoding fMRI responses after accounting for decline in vascular reactivity. Neuroimage. 78, 415-425 (2013).
  24. Liu, P., et al. A comparison of physiologic modulators of fMRI signals. Hum Brain Mapp. 34 (9), 2078-2088 (2013).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Thesen, T., et al. Depression of cortical activity in humans by mild hypercapnia. Hum Brain Mapp. 33 (3), 715-726 (2012).
  28. 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).

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Serebral Vask ler ReaktiviteMRI Gaz letimiCO2 nhalasyon TestiEnd Tidal CO2 zlemiBOLD MRI SekansLineer Regresyon AnaliziSPM Veri lemeMRI Uyumlu SistemFizyolojik Parametre KaydVoksel Bazl CVR Haritalama
Gaz Soluma Zorluklar yoluyla Serebrovasküler Reaktivitesinin MRG Haritalama
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.