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Resumen

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).

Resumen

El cerebro es un órgano espacialmente heterogénea y temporalmente dinámico, con diferentes regiones que requieren diferente cantidad de suministro de sangre a distintas horas. Por lo tanto, la capacidad de los vasos sanguíneos se dilaten o se contraigan, conocido como Cerebral Vascular-Reactividad (CVR), representa un importante dominio de la función vascular. Un marcador de imagen que representa a esta propiedad dinámica proporcionará nueva información de los vasos cerebrales en condiciones normales y enfermas como el derrame cerebral, la demencia, la aterosclerosis, enfermedades de los vasos pequeños, tumor cerebral, lesión cerebral traumática, y la esclerosis múltiple. Para realizar este tipo de mediciones en los seres humanos, es necesario entregar un estímulo vasoactivas como el CO 2 y / o mezcla de gases O2 mientras cerebrales cuantitativa imágenes de resonancia magnética (MRI) se están recogiendo. En este trabajo, presentamos un sistema MR compatible gas-parto y el protocolo asociado para permitir la entrega de las mezclas de gases especiales (por ejemplo, 2, CO 2, N 2, y sus combinaciones), mientras que el sujeto está mintiendo en el interior del escáner de resonancia magnética. Este sistema es relativamente simple, económica y fácil de usar, y el protocolo experimental permite la cartografía precisa de CVR tanto en voluntarios sanos y pacientes con trastornos neurológicos. Este enfoque tiene el potencial para ser utilizado en aplicaciones clínicas amplias y en una mejor comprensión de la fisiopatología vascular cerebral. En el video, se demuestra cómo configurar el sistema dentro de una sala de RM y cómo llevar a cabo un experimento completa en un participante humano.

Introducción

El cerebro representa aproximadamente el 2% del peso corporal total, pero consume aproximadamente el 20% de la energía total 1. No es de extrañar, suficiente y cuidadosamente regulado suministro de sangre es fundamental para cumplir con esta alta demanda de energía y para que el cerebro funcione correctamente. Además, el cerebro es un órgano espacialmente heterogénea y temporalmente dinámico, con diferentes regiones que requieren diferente cantidad de suministro de sangre a distintas horas. Por lo tanto, la modulación dinámica de suministro de sangre representa un requisito importante en circulación cerebro humano. Afortunadamente, se sabe que los vasos sanguíneos no son simplemente tubos rígidos y que una función importante de los vasos sanguíneos es dilatar y constreñir basado en la demanda del cerebro y de las condiciones fisiológicas 2.

Esta propiedad funcional del buque, conocido como Cerebral Vascular-Reactividad (CVR), se cree que es un indicador útil de la salud vascular y puede encontrar aplicaciones en varios conditio neurológicans como el ictus 3, demencia 4, 5 aterosclerosis, enfermedades de los vasos pequeños 6, tumor cerebral 7, enfermedad moyamoya 8, y la drogadicción 9. En la fisiología y la literatura anestesiología, se sabe que, debido a CO 2 de gas es un potente vasodilatador, CVR se puede evaluar mediante la alteración del nivel de CO 2 arterial (por ejemplo, la inhalación de una pequeña cantidad de CO 2), mientras que el seguimiento de las respuestas vasculares 10-13 . En el campo de la imagen y radiología, mapeo CVR mediante resonancia magnética está emergiendo rápidamente como un nuevo marcador de interés para muchos científicos básicos y clínicos 8,14-19. Se estima por lo general mediante el examen de la cantidad de la respuesta vascular es inducida por un desafío vasoactivo. Sin embargo, hay una necesidad de avances técnicos en el sistema de suministro de gas y estandarización del protocolo experimental. Entrega de mezcla especial de gas a un sujeto en el interior del escáner de resonancia magnética no es consideraciones triviales y especialesson necesarios para un diseño compatible con resonancia magnética. Consideraciones especiales son necesarios en el diseño del sistema de suministro de gas con capacidad para un MRI. Estas consideraciones especiales incluyen: 1) todos los componentes deben ser no metálico (metal no se puede utilizar dentro de la RM); 2) el sistema debe funcionar en un pequeño espacio que el sistema de resonancia magnética y su bobina cabeza permiten; 3) el sistema debe funcionar con una posición acostada (como escáner de resonancia magnética requiere) en lugar de sentarse, sin molestias; 4) parámetros fisiológicos relevantes, como el CO2 espiratorio final (EtCO2, una aproximación del contenido de CO2 en la sangre arterial) y la saturación arterial de oxígeno, se deben registrar con precisión con segundos de precisión de la cronología y almacenados en un ordenador para uso de análisis. Estos problemas pueden limitar el alcance de las aplicaciones de mapeo CVR.

En este informe, presentamos un protocolo experimental que utiliza un sistema de suministro de gas integral para modular el contenido de gas inspirado mientras el sujeto está mintiendo en el interior del escáner de resonancia magnética. Nosotrosing este enfoque, el investigador puede aplicar de manera no invasiva un estímulo vasoactivo al participante con las mínimas molestias o el movimiento a granel. Parámetros fisiológicos y las imágenes de resonancia magnética se registraron durante todo el período de aproximadamente 9 min, que consistía en bloques alternos (1 min por bloque) de espacio al aire y la respiración de gas hipercápnica. Se presentan resultados representativos. Se discuten las posibles aplicaciones y limitaciones.

Protocolo

NOTA: El protocolo fue aprobado por la Universidad de Junta de Revisión Institucional de Texas Southwestern Medical Center.

1. Diagrama del Sistema Gasista Entrega y Pasos de la preparación antes del experimento

  1. Revisar el diagrama del sistema de suministro de gas (Figura 1). Llene una bolsa de 200 L Douglas (artículo # 1) con una mezcla de gas de grado médico que contiene 5% de CO2, 21% de O 2, y el 74% de N 2.
  2. Coloque dos diafragmas (Tema 4 #) en el de dos vías sin reinspiración válvula (# 3) para asegurar el flujo de gas de una manera. Traiga esta válvula de dos vías montado y el relleno de gas Douglas bolsa (Artículo # 1) en la sala de imán.
  3. Conecte el tubo de suministro de gas (Item # 7) al extremo de entrada de la válvula de dos vías (# 3). Conecte el tubo de suministro de gas (Item # 7) a un lado de la bobina de cabeza para el soporte de peso. Conectar el otro extremo del tubo de suministro de gas (Item # 7) a la Douglas lleno de gasbolsa (Artículo # 1).
  4. Conecte la boquilla (artículo # 5) al tubo en forma de U (artículo # 12) a través de un conector de codo (artículo # 13 con el puerto de muestreo del gas de sellado).
  5. Conecte el gas de muestreo de tubo (Tema 9 #) en el tubo en forma de U (artículo # 12) a través de otro conector codo (artículo # 13).
  6. Conecte un pequeño filtro de aire (artículo # 11) al otro extremo de la tubería de gas de muestreo (punto 9 #). Conecte el otro extremo del filtro de aire (artículo # 11) para el CO 2 (artículo # 14) vigilar.
  7. En la sala de control de la sala de RM, encienda el CO 2 (artículo # 14) y la oximetría de pulso (artículo # 15) monitores. Realizar una calibración automática para el monitor de CO 2.
  8. Conecte los monitores a una computadora portátil a través de puertos USB. Abra el software HyperTerminal que se comunica con los monitores. Sincronizar 'veces con un temporizador anotando la hora del temporizador y el correspondiente monitores de los monitores de tiempos. Las diferencias de la hora del temporizador y los tiempos de los monitores se contabilizarán en pro de datosprocesamiento (paso 4.4).
  9. Introduzca un extremo de una barra de señalización en una guía de ondas de manera que un extremo de la barra está dentro de la sala de imán y el otro extremo está en la sala de control.
    NOTA: La barra de señalización se utiliza para notificar al investigador dentro de la habitación imán durante la exploración cuando se cambia de la válvula de tres vías se necesita (2 Item #).

2. Procedimientos durante el experimento

  1. Pida al sujeto que se acueste en la camilla, pero no lo puso / ella en la cavidad del imán todavía. Indique al sujeto que pulsar el botón de la enfermera de guardia si se sienten molestias durante la exploración. Pida al sujeto que limpie su / su nariz con un pedazo de limpieza toallita para eliminar la grasa.
  2. Instruya al sujeto a respirar por la boca y de establecer y mantener un ritmo de respiración. A continuación, aplicar una pinza en la nariz (artículo # 6) sobre el tema.
  3. Conecte el extremo abierto del tubo en forma de U (artículo # 12) en el puerto medio de la válvula de dos vías (# 3) a través del elconector arco (Item # 13).
  4. Con cuidado, coloque la boquilla en la boca del sujeto para que el sujeto pueda respirar por la boquilla. Conecte con cuidado el sensor de dedo de la oximetría de pulso (artículo # 15) hasta la punta del dedo del sujeto.
  5. Asegúrese de que el jefe del sujeto está en el iso-centro de la bobina cabeza. Opere la camilla para colocarlo / ella dentro de la cavidad del imán.
  6. Asegúrese de que uno estancias de investigadores dentro de la habitación imán para monitorear el tema y estar preparados para cambiar la válvula de tres vías en la bolsa de Douglas (artículo # 1). Asegúrese de que el investigador está usando tapones para los oídos y auriculares para bloquear el ruido de resonancia magnética.
  7. Cierre la puerta de la habitación imán y, en la sala de control, compruebe la fracción de saturación ETCO 2 y arterial de oxígeno (SO 2) parámetros que aparecen en el CO 2 (artículo # 14) y la oximetría de pulso (artículo # 15) monitores. Iniciar la grabación de los parámetros en la computadora portátil.
  8. Instruya al operador de la RM para empezar a escanear utilizando-Oxigenación-dependiente del nivel de sangre secuencia (BOLD). Para RM 3T escáner, los parámetros de imagen BOLD son: TR / TE = 1500/30 ms, flip ángulo = 60 °, campo de visión = 220 x 220 mm 2, la matriz = 64 x 64, 29 rebanadas, espesor = 5 mm, ningún espacio entre rebanadas, 361 volúmenes. Revise una hoja previamente preparada en la que aparece el tiempo de la conmutación de la válvula y el swing suavemente la barra de señalización cuando se necesita un interruptor. Preste mucha atención a la fisiología del sujeto, incluyendo la frecuencia cardíaca, SO2 y CO 2 ef.
  9. Ahora, dentro de la habitación imán, encender la bolsa de Douglas (Item # 1) basado en el movimiento de la barra de señalización que controla el tipo de gas que el sujeto inspira.
  10. Continuar este procedimiento para la duración del estudio. Durante el período de formación de imágenes 9 min, asegúrese de que la válvula de conmutación tiene lugar aproximadamente una vez cada minuto. Tenga en cuenta que la temporización del interruptor no tiene que ser exactamente precisa, siempre y cuando se registra el transcurso de tiempo EtCO2.
    NOTA: Si el sujeto presiona el botón de la enfermera de guardia durante la exploración, el análisis se abortará y el sujeto se mueve fuera de la cavidad del imán inmediatamente. El investigador se eliminará la pieza de la boca y la pinza en la nariz del sujeto.
  11. Utilice el intercomunicador para notificar al tema que se ha completado la exploración. Tire de la camilla a cabo. Retire con cuidado la pinza en la nariz y la boquilla del sujeto al tiempo que proporciona la limpieza de tejido para el tema para limpiar la saliva. Retire con cuidado el sensor de dedo de la oximetría de pulso del sujeto. El tema entonces puede sentarse y bajar la camilla.

3. Procedimientos de limpieza después del experimento

  1. Deseche el tubo de muestreo de gas (Tema 9 #), Filtro de aire (artículo # 11), la boquilla (artículo # 5) y pinza en la nariz (artículo # 6).
  2. Limpie los componentes reutilizables. Desconecte la válvula de dos vías (# 3) de los otros componentes y retire los diafragmas (Artículo # 4) de la válvula. Remoje el de dos víasválvula (# 3), el diafragma (Tema 4 #) y el tubo en forma de U (artículo # 12) en un desinfectante libre de fosfato concentrado, que contiene tensioactivos tales como Bacdown detergente desinfectante en un recipiente durante 20 minutos. La relación de dilución del desinfectante detergente y el agua destilada es 1:64.
  3. Enjuague los elementos descritos en 3.2 a fondo con agua destilada.
  4. Secar el tubo en forma de U (artículo # 12) con aire comprimido. Coloque la válvula de dos vías (# 3) y diafragmas (Tema 4 #) en una encimera clara y permiten que se sequen naturalmente y completamente.
  5. Vacíe la bolsa de Douglas. Guarde la barra de señalización y el tubo gris.

4. Análisis de los datos para calcular CVR Mapa

  1. Guarde los datos de resonancia magnética en formato de archivo Dicom o cualquier otro formato específico del proveedor. Transferir los datos a un equipo de laboratorio y convertir los datos en serie archivo de volumen por volumen, en el que cada archivo contiene un volumen 3D (por ejemplo, imagen BOLD) correspondiente a un punto de tiempo.
  2. Pre-proceso de los datos de imagen. Realizar imagen etapas pre-procesamiento que incluyen la realineación, normalización, y suavizado utilizando un script que llama a funciones de biblioteca que proporciona el software Statistical Parametric Mapping (SPM). Ver archivo de código suplementario 1 para un ejemplo de la secuencia de comandos del Matlab.
  3. Utilice un guión para leer la grabación de CO 2, corregir el retraso tubos de muestreo al cambiar el curso del tiempo por una cantidad pre-calibrado (por ejemplo, 12 segundos en esta configuración que se determina como la diferencia de tiempo entre una respiración a la pieza de la boca y la apariencia de que la respiración en la grabación CO2), y extraer EtCO2 que es la envolvente (picos positivos) de la serie temporal en bruto. Ver archivo de código suplementario 2 para la secuencia de comandos del Matlab.
  4. Basado en el temporizador de sincronización, los datos de segmento ETCO 2 para mantener solamente la grabación de 25 segundos antes de la primera adquisición de la imagen a 100 seg después de la última adquisición de la imagen. El curso temporal ETCO 2 esla función de entrada a la vasculatura y se utiliza como variable independiente en el análisis de regresión lineal descrita más adelante.
  5. Identificar el retardo fisiológico entre ETCO 2 (medido en el pulmón) y la señal de MRI (medido en el cerebro) mediante el cálculo de coeficiente de correlación cruzada (CC) entre estos dos cursos de tiempo a diferentes desplazamientos de tiempo. El valor de desplazamiento que produce mayor CC se considera el momento óptimo.
  6. El curso temporal ETCO 2 se desplaza por el retardo óptimo y sólo los puntos de tiempo correspondientes a las de la señal de MRI se conservan, dando como resultado una serie de tiempo que son de la misma longitud que la señal de MRI.
  7. Llevar a cabo una regresión lineal voxel por voxel utilizando SPM en el que el transcurso de tiempo EtCO2 desplazado es la variable independiente y el curso de tiempo de la señal MRI es la variable dependiente.
  8. Calcule voxel por voxel mapa de CVR
    figure-protocol-10307
    donde (i, j, k) es tél voxel índice, β1 es el coeficiente de regresión asociado con EtCO2 y β0 es el coeficiente de regresión asociado con el término constante. min (ETCO 2) es el valor mínimo de ETCO 2 en el curso del tiempo.

Resultados

Dos tipos de datos se recogen con el protocolo propuesto, grabaciones fisiológicas y las imágenes de RM. Las figuras 2 y 3 muestran los registros de parámetros fisiológicos de un sujeto representativo. Negro traza en la Figura 2 muestra el curso temporal CO 2 registrada por el monitor de CO 2, que representa el contenido de CO 2 en el aire muestreado cerca de la boquilla. Tenga en cuenta que esta traza fluctúa rápidamente como una función del tiempo. Esto es porque, durante la fase de inhalación del ciclo de respiración, esta grabación refleja el contenido de CO 2 en el aire inhalando y, durante la fase de exhalación, esta grabación refleja el contenido de CO 2 en el aire exhalado. Como tal, el pico superior de cada ciclo de respiración, referido como final de la espiración CO 2 o ETCO 2, representa el contenido de CO 2 en el pulmón, que se puede utilizar aproximadamente como la concentración de CO 2 en la sangre arterial. Nota ªen la concentración de CO2 en la sangre arterial es la fuerza motriz, es decir, la función de entrada, de la respuesta vasodilatadora. Los picos de la CO 2 trace (curva roja en la Figura 2) se delinearon con un algoritmo de detección que busca el pico durante cada respiración, en combinación con la inspección manual y corrección. Esto fue seguido por una mediana de filtrado para eliminar picos abruptos debido a la respiración parcial y dar cuenta de la mezcla de sangre durante el curso del flujo de los vasos pulmonares a los vasos cerebrales. El curso de tiempo final ETCO 2 se muestra por la curva verde en la figura 2 y se utiliza en el cálculo de CVR.

La Figura 3 muestra la evolución temporal de la frecuencia respiratoria, la fracción de saturación arterial de oxígeno (SO 2), y la frecuencia cardíaca. La frecuencia respiratoria se obtiene desde el monitor de CO 2, mientras que el SO 2 y el ritmo cardíaco se obtienen de la oximetría de pulso. Como se puede seen, estos parámetros no muestran un cambio sistemático con el reto hipercapnia. Tenga en cuenta que la hipercapnia no causar hiperventilación en el tema, por lo tanto la presión parcial de O 2 en el pulmón aumentará modestamente. Sin embargo, su impacto en el SO 2 es mínimo, ya que la hemoglobina de la sangre ya está saturado en gran medida a respirar aire de la habitación y la curva de disociación del oxígeno es más bien plano dentro de ese rango.

La figura 4 muestra las imágenes de RM BOLD representativas en diverso tiempo del experimento. También se muestra el promedio de intensidad de señal (en unidades arbitrarias MR). Se puede observar que la señal BOLD en el cerebro muestra un incremento con inhalación de CO2. Tenga en cuenta que la diferencia de señal entre la sala de aire y CO 2 períodos es del orden de 1-3% en amplitud.

La combinación de datos de grabaciones fisiológicas y las imágenes de RM, un mapa CVR voxel por voxel se puede calcular. Figura 5 muestra representativaMapas de RCV (en unidades de cambio de señal% por mmHg CO2 cambio) de un sujeto sano escaneada en cinco días diferentes, lo que demuestra una excelente reproducibilidad de los resultados. La técnica propuesta se ha aplicado hasta ahora en los estudios sobre el envejecimiento 20, Enfermedad de Alzheimer 4, la esclerosis múltiple 21, y la práctica de ejercicio 22.

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Figura 1. Esquema del sistema de suministro de gas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 2. CO 2 curso temporal de un sujeto representante dullamar al experimento. Los segmentos de la CO 2 contenido rastro respiración a respiración registrados por el monitor de CO 2 se muestran para el período respiro de aire (abajo a la izquierda) y el período de la inhalación de CO 2 al 5% (inferior derecha). ETCO 2 cursos de tiempo extraídos se muestran en las curvas de color. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 3. Grabado parámetros fisiológicos de un sujeto representante durante el experimento. (A) Frecuencia respiratoria (bpm, respiración por minuto) curso temporal de la asignatura. (B), de modo 2 (%) curso temporal de la asignatura. (C) Corazón tasa (bpm, venció por minuto) evolución en el tiempo de la asignatura. El sujeto es el mismo que el de la figura 1. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 4. Representante imágenes de RM BOLD en diverso tiempo del experimento. Intensidades de señal promedio de los cortes de cerebro que se muestra (corte axial Nº 54 en el espacio MNI) se mostró en la fila inferior. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 5. Representante CVR mapa de un sujeto representativo..jove.com / files / ftp_upload / 52306 / 52306fig5large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discusión

Este informe presenta un sistema de suministro de gas compatible con MR y un protocolo experimental integral que permite el mapeo de la reactividad vascular en el cerebro humano. Un diagrama del sistema de suministro de gas se ilustra en la Figura 1. Todas las partes dentro de la habitación escáner de resonancia magnética son de plástico para garantizar su compatibilidad RM. El sistema puede ser conceptualmente dividido en tres sub-sistemas, incluyendo un sub-sistema de admisión de gas (bolsa, tubo de descarga, válvula de dos vías), un sub-sistema de interfaz de respiración (pinza en la nariz, boquilla, tubo en forma de U), y un sub-sistema de monitoreo (concentración de CO 2, la saturación de oxígeno, la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria). El sub-sistema de admisión de gas permite que el gas a ser inhalado para llegar a la válvula de dos vías. Sólo se inhala aire, pero no el aire exhalado, fluirá a través de esta sub-sistema. El subsistema de interfaz de la respiración permite al sujeto inhalar y exhalar el gas destinado. Tanto gas inhalado y exhalado fluya a través de este sub-sistema. El monitorinpor lo tanto g sub-sistema debe probar el gas en un punto a lo largo del sub-sistema de interfaz de respiración.

Las aplicaciones clínicas de esta técnica pueden incluir evaluaciones de cerebro reserva vascular en enfermedades neurológicas tales como apoplejía, aterosclerosis, enfermedad de Moyamoya, la demencia vascular, la esclerosis múltiple, y tumor cerebral. La técnica también puede ser utilizado en estudios de resonancia magnética funcionales para normalizar o calibrar la señal fMRI para una mejor cuantificación de la actividad neural 23,24.

Una característica importante del sistema propuesto y el protocolo experimental es que la mezcla de gas se puede suministrar al sujeto mientras que causan movimiento mínimo o malestar. Por lo tanto, es crítico para colocar el tubo en forma de U (Item # 12) tal que (y la boquilla conectada al extremo de la misma), naturalmente, cae hacia abajo en la boca del sujeto. De esta manera, el tema no tiene que usar su músculo facial para sostener o apoyar la boquilla. También es importaciónhormiga para ser conscientes de que el tema no va a ser capaz de hablar mientras la boquilla está en su boca. Por lo tanto, el investigador debe evitar hablar del tema con un tono de pregunta. En cambio, las instrucciones definitivas, sólo se debe dar claras. Además, un investigador debe prestar mucha atención a los parámetros fisiológicos (por ejemplo, ETCO 2, SO 2, la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria) durante todo el transcurso del experimento y responder rápidamente cuando uno o más de los parámetros fisiológicos se desvían fuera del rango típico .

Mientras que un estudio exhaustivo de otros sistemas de suministro de gas utilizado en la literatura está más allá del alcance de este artículo, es útil para comparar el sistema actual a unas pocas se usan habitualmente 17,18. Una diferencia importante es que nuestro sistema utiliza una boquilla para entregar el gas destinado mientras que la mayoría de los otros sistemas han usado una máscara en el diseño. Las complicaciones potenciales de usar una máscara de dos pliegues. En primer lugar, una máscara occupies una cantidad considerable de espacio, y no siempre puede ser factible para ajustarse a la máscara en el estrecho espacio dentro de la bobina cabeza, teniendo en cuenta que, para muchos temas, sus narices casi se toque la bobina de la cabeza, incluso sin una máscara. Este es especialmente el caso para las bobinas de la cabeza destinadas a lograr una alta sensibilidad, que normalmente están diseñados para encajar firmemente a la cabeza del sujeto. Una segunda complicación asociada con un diseño de la máscara es que hay gran espacio dentro de la máscara lo que resulta en una mezcla sustancial de gas inhalado y exhalado. En consecuencia, podría afectar a la precisión de la medición de CO 2 ef, que idealmente debe basarse solamente en gas exhalado. Precisa ETCO 2 es, por supuesto, importante para la fiabilidad del mapa CVR. Otra diferencia importante de nuestro sistema en comparación con muchos otros sistemas es que nuestro sistema entrega el gas de una bolsa en lugar de un tanque de gas. Por lo tanto, los tanques no son necesarios en el área del escáner, ahorrando un valioso espacio en la cont sala de rol de una sala de RM. En nuestro diseño, traemos la bolsa antes del inicio de la exploración y, a raíz de la exploración, la bolsa se vacía, doblado, y guardar. Finalmente, en comparación con otros sistemas de 18,21, el sistema de suministro de gas actual es más simple, requiere menos tiempo de entrenamiento, y sus consumibles son menos costosos.

Cabe señalar que, aunque el protocolo presentado en este informe se ha centrado principalmente en la inhalación de CO 2, el sistema de suministro de gas presentado permite la entrega de otras mezclas de gas (por ejemplo, cualquier fracción de O 2, cualquier fracción de CO 2, cualquier fracción de N 2, y su combinación) a un ser humano para que respire mientras que s / que se ha quedado en el interior del escáner de resonancia magnética. También se puede utilizar el sistema de suministro de gas fuera del contexto de MRI, por ejemplo, en conjunción con electroencefalograma (EEG), magnetoencefalograma (MEG), tomografía por emisión de positrones (PET), o formación de imágenes óptima.

_content "> Al proporcionar una recomendación de los parámetros de imagen, nos hemos centrado principalmente en la secuencia BOLD. Otra secuencia que se puede utilizar potencialmente en la cartografía CVR es arterial spin Etiquetado (ASL) MRI, que proporciona una medida cuantitativa del flujo sanguíneo cerebral (FSC) en unidades fisiológicas (ml de sangre por cada 100 g de tejido por minuto). Por lo tanto, la ventaja de la cartografía CVR basado en ASL es que los resultados son fáciles de interpretar, a diferencia de la señal BOLD que refleja un efecto combinado del flujo sanguíneo, volumen de sangre, así como posibles contribuciones de alteraciones metabólicas del cerebro durante el CO 2 desafío 25-27. Sin embargo, una limitación de la técnica de ASL es que su sensibilidad es varios pliegues menor que la de BOLD 28. Como resultado, nuestra experiencia es que, en la actualidad, es muy difícil de obtener un nivel individual, voxel por voxel mapa CVR usando ASL. Por lo tanto, para los estudios de aplicación de la CVR, utilizamos principalmente la secuencia BOLD y por lo tanto también se centran en esta técnica en ourecomendaciones r.

Una limitación del presente método es que la respiración a través de una boquilla con la nariz tapada (por una pinza en la nariz) no es totalmente natural y algunos sujetos (especialmente los pacientes) puede percibir esto como una fuente de incomodidad. Respirar con la boquilla y la nariz clip también puede exacerbar la sensación de claustrofobia. Además, el sujeto puede experimentar sequedad en la boca debido a la respiración por la boca sólo. Por lo tanto, se recomienda que el investigador intenta su mejor para completar el experimento con rapidez. Por último, es importante señalar que, según la experiencia de los autores, la incomodidad potencial mencionado anteriormente es transitoria y desaparece en cuanto se terminó el experimento.

Divulgaciones

HL and PL are inventors of a provisional patent, owned by UT Southwestern Medical Center, that describes part of the gas delivery system.

Agradecimientos

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.

Materiales

NameCompanyCatalog NumberComments
Name of the Material/EquipmentCompanyCatalog numberDescriptionWebsite
Douglas bag Harvard Apparatus500942200-liter capacityhttp://www.harvardapparatus.com/webapp/wcs/stores/servlet/catalog_11051_10001_-1_HAI?gclid=CN_woMnCwboCFWpk7AodL1YA8g
Three-way valveHans RudolphCR1207100% plasticwww.rudolphkc.com 
Two-way non-rebreathing valveHans RudolphCR148022mm/ 15mm IDwww.rudolphkc.com 
DiaphragmHans Rudolph602021-2608Size: medium, Type: spiralwww.rudolphkc.com 
Mouth pieceHans Rudolph602076Silicone, Model # 9061www.rudolphkc.com 
Nose clipHans Rudolph201413Plastic foam, Model #9014www.rudolphkc.com 
Gas delivery tubeVacumed1011-108http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=7665
Blue cuffVacumed22254http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=343
Gas sampling tubeQoSINAT4305Thinhttp://www.qosina.com/catalog/part.asp?partno=T4305
Male luerQoSINA11547http://www.qosina.com/catalog/part.asp?partno=11547
Hydrophobic filterPhilips Medical Systems9906-00Disposablehttp://www.healthcare.philips.com/us_en/products/index.wpd?Int_origin=3_HC_landing_main_us_en_top-nav_products
U-shape tubeMade in-house
Elbow connectorQoSINA51033www.qosina.com
EtCO2monitorPhilips Medical SystemsModel 1265http://www.healthcare.philips.com/us_en/products/index.wpd?Int_origin=3_HC_landing_main_us_en_top-nav_products
Pulse oximetry InvivoExpressionMRI Monitoring Systemshttp://www.invivocorp.com/monitors/monitorinfo.php?id=7
MRI scanner PhilipsAchieva 3.0T TXhttp://www.healthcare.philips.com/main/products/mri/systems/achievaTX/?Int_origin=2_HC_mri_main_global_en_systems_achieva30ttx
DisinfectantFisher Scientific04-355-13Decon™ BDD™ Bacdown™ Detergent Disinfectanthttp://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail?storeId=10652&langId=-1&catalogId=29104&productId=3426739&distype=0&highlightProductsItemsFlag=Y&fromSearch=1&searchType=PROD&hasPromo=0

Referencias

  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, .
  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).

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