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.

הערה: הפרוטוקול אושר על ידי האוניברסיטה של ​​Institutional Review Board של המרכז הרפואי Southwestern טקסס. 1. תרשים של מערכת אספקת גז והכנת צעדים לפני הניסוי <ol style="margin-left: 40px;;text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סקור את התרשים של מערכת אספקת הגז (איור 1). מלא (# 1 פריט) 200 תיק L דאגלס בתערובת גז בדרגה רפואית המכילה 5% CO 2, 21% O 2, ו -74% N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים שתי דיאפרגמה (מס &#39;4 פריט) בשסתום (פריט # 3) דו-כיווני rebreathing הלא-מנת להבטיח זרימת גז בכיוון אחד. להביא הסתום הזה התאסף דו-כיווני ושקית (# 1 פריט) דאגלס מלאי גז לחדר המגנט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את צינור אספקת הגז (פריט מס &#39;7) לסוף הקלט של השסתום דו-כיווני (פריט המס&#39; 3). צרף את צינור אספקת הגז (פריט מס &#39;7) לצד השני של סליל הראש לתמיכה במשקל. חבר את הקצה השני של צינור אספקת הגז (פריט מס &#39;7) לדגלאס מלאי הגזתיק (פריט מס &#39;1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את השופר (פריט # 5) לצינור בצורת U (פריט # 12) באמצעות מרפק-מחבר (פריט # 13 בנמל דגימת גז אטום). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר (פריט המס &#39;9) צינורות דגימת הגז לצינור U-צורה (פריט # 12) דרך אחר מרפק-מחבר (פריט # 13). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר אוויר מסנן קטן (פריט # 11) לקצה השני של צינור דגימת הגז (פריט 9 #). חבר את הקצה השני של מסנן האוויר (פריט # 11) לCO 2 (פריט # 14) לפקח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחדר הבקרה של חבילת ה- MRI, להפעיל CO 2 (פריט # 14) והדופק oximetry (פריט # 15) צגים. לבצע כיול אוטומטי עבור צג CO 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את הצגים למחשב נייד באמצעות יציאות USB. פתח את התוכנה בהיפר שמתקשרת עם הצגים. לסנכרן &#39;פעמים עם טיימר על ידי כתב עת טיימר ומתאים צגים&#39; הצגים פעמים. ההבדלים של זמן טיימר והזמנים &#39;הצגים יטופלו בפרו נתוניםcessing (שלב 4.4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס קצה אחד של בר איתות למוליך גל, כך שקצה אחד של הבר הוא בתוך חדר המגנט ואת הקצה השני הוא בחדר הבקרה. הערה: בר האיתות משמשת להודיע ​​החוקר בתוך חדר המגנט במהלך הסריקה בעת מעבר של השסתום שלושה-כיווני (פריט # 2) יש צורך. </li></ol> 2. נהלים במהלך הניסוי <ol style="margin-left: 40px;;text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שאל את הנושא לשכב על שולחן MRI אבל לא לשים אותו / אותה לשעמם המגנט עדיין. הדריכו את הנושא כדי ללחוץ על לחצן שיחת אחות-אם הם מרגישים אי נוחות במהלך הסריקה. שאל את הנושא כדי לנגב את אפה / שלו עם חתיכת ניקוי towelette כדי להסיר כל שומן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להורות לנושא לנשום דרך פה ולהקים ולקיים קצב נשימה. לאחר מכן להחיל קליפ האף (פריט מס &#39;6) בנושא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את הקצה הפתוח של הצינור בצורת U (פריט # 12) לנמל אמצע השסתום (פריט # 3) דו-כיווני באמצעות elמחבר קשת (פריט # 13). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח בעדינות את הפיה לתוך פיו של הנושא, כך שהנושא יכול לנשום דרך הפיה. בעדינות לצרף חיישן האצבע של הדופק oximetry (פריט # 15) ועד לקצה האצבע של הנושא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להבטיח שהראש של הנושא הוא בiso-מרכז סליל הראש. להפעיל את שולחן MRI למקומו / לה בתוך נשא המגנט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא ששהיית חוקר אחד בתוך חדר המגנט כדי לפקח על הנושא ולהיות מוכנה כדי לעבור את השסתום המשולש על שקית דאגלס (פריט המס &#39;1). ודא שהחוקר הוא לובש אטמי אוזניים ואוזניות כדי לחסום רעש MRI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את דלת חדר מגנט ו, בחדר הבקרה, לבדוק את חלק הרוויה EtCO 2 וחמצן עורקים (SO 2) פרמטרים המוצגים בCO 2 (פריט # 14) והדופק oximetry (פריט # 15) צגים. התחלת ההקלטה של ​​הפרמטרים במחשב הנייד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להורות למפעיל MRI כדי להתחיל בסריקה באמצעותרצף דם-חמצון ברמה-תלוי (BOLD). לסורק MRI 3T, הפרמטרים ההדמיה BOLD הם: TR / TE = 1500/30 msec זווית, להעיף = 60 מעלות, שדה הראייה = 220 x 220 מ&quot;מ 2, מטריצה ​​= 64 x 64, 29 פרוסות, מ&quot;מ עובי = 5, אין פער בין פרוסות, 361 כרכים. סקור גיליון מוכן מראש שבו העיתוי של מיתוג השסתום מופיע בעדינות הנדנדה בר האיתות כאשר יש צורך במתג. שים לב לפיזיולוגיה של הנושא, כולל קצב לב, אז 2, וEtCO 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עכשיו, בתוך חדר המגנט, לעבור על תיק דאגלס (# 1 פריט) המבוסס על התנועה של בר האיתות אשר שולט על הסוג של גז שהנושא מעורר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך הליך זה לאורכו של המחקר. במהלך תקופת ההדמיה 9 דקות, להבטיח כי מיתוג השסתום מתרחש בערך פעם בכל דקה. שים לב שהעיתוי של הבורר לא חייב להיות בדיוק מדויק, כל עוד כמובן זמן EtCO2 נרשם. &lt;br /&gt; הערה: אם הנושא לוחץ על האחות-שיחה במהלך הסריקה, הסריקה תהיה בוטלה והנושא יועברו אל מחוץ לשעמם המגנט מייד. החוקר יסיר את חתיכת הפה והאף קליפ מהנושא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש באינטרקום להודיע ​​לנושא שהסריקה הושלמה. משוך את שולחן MRI. בעדינות להסיר את סרטון האף ושופר מהנושא, תוך מתן ניקוי רקמות לנושא כדי לנגב את הרוק. הוצא בעדינות את חיישן האצבע של הדופק oximetry מהנושא. הנושא אז יכול לשבת ולקבל משולחן MRI. </li></ol> 3. נהלים נקיים-עד לאחר הניסוי <ol style="margin-left: 40px;;text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחק את צינור דגימת גז (פריט 9 #), מסנן אוויר (פריט # 11), שופרו (מס &#39;5 פריט) וקליפ האף (# 6 פריט). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את הרכיבים לשימוש חוזר. נתק את השסתום דו-כיווני (פריט המס &#39;3) מהרכיבים האחרים ולהסיר את דיאפרגמה (פריט # 4) מהשסתום. משרים את דו-כיוונישסתום (פריט # 3), סרעפת (פריט # 4) וצינור U-צורה (פריט # 12) בחומר חיטוי נטול פוספט מרוכז, המכילים חומרים פעילי שטח כגון חיטוי חומר ניקוי Bacdown במכל במשך 20 דקות. יחס הדילול של חומר חיטוי חומרי הניקוי ומים מזוקקים הוא 1:64. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את הפריטים מתוארים באופן יסודי 3.2 עם מים מזוקקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש את הצינור בצורת U (פריט # 12) עם אוויר דחוס. הנח את השסתום דו-כיווני (פריט מס &#39;3) ודיאפרגמה (מס&#39; 4 פריט) על משטח עבודה ברור ולאפשר להם להתייבש באופן טבעי ולחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רוקן את שקית דאגלס. גדיל בר האיתות וצינור אפור. </li></ol> 4. ניתוח נתונים כדי לחשב CVR מפה <ol style="margin-left: 40px;;text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את נתוני MRI בפורמט קובץ DICOM או כל פורמט ספציפי לספק אחר. להעביר את הנתונים למחשב מעבדה ולהמיר את נתוני סדרת קובץ נפח-by-נפח, שבו כל קובץ מכיל נפח 3D (למשל תמונה, BOLD) המתאים לנקודת זמן אחת ל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טרום תהליך נתוני תמונה. בצע את השלבים עיבוד מראש תמונה כוללים התכנסות, נורמליזציה, והחלקה באמצעות סקריפט שקורא פונקציות ספרייה הניתנות על ידי התוכנה סטטיסטי מיפוי פרמטרית (SPM). ראה קובץ קוד משלים 1 לדוגמא של תסריט Matlab. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתסריט לקרוא את הקלטת CO 2, לתקן את עיכוב צינורות דגימה על ידי ההסטה כמובן הזמן בסכום מכויל מראש (לדוגמא, 12 שניות בהתקנה זו שנקבעה כהפרש בין זמן נשימה אחת לחתיכה והפה מראה של נשימה שעל הקלטת CO2), ולחלץ EtCO2 שהיא המעטפה (פסגות חיוביות) של סדרת גלם הזמן. ראה קובץ קוד משלים 2 לתסריט Matlab. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהתבסס על שעון הסנכרון, EtCO 2 נתוני מגזרים לשמור רק הקלטה מ -25 שניות לפני רכישת התמונה הראשונה ל -100 שניות לאחר רכישת התמונה האחרונה. כמובן זמן EtCO 2 הואפונקצית הקלט למערכת כלי הדם ומשמשת כמשתנה עצמאית בניתוח רגרסיה ליניארית-יתואר בהמשך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהה את העיכוב הפיזיולוגי בין EtCO 2 (נמדדו בריאות) ואות MRI (נמדדה במוח) על ידי חישוב מקדם מתאם צולב (CC) בין שני קורסים אלה בזמן משתנה משמרות זמן. ערך השינוי שמניב CC הגבוה נחשב הזמן האופטימלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כמובן זמן EtCO 2 מוסט על ידי העיכוב האופטימלי ורק נקודות זמן התאמה אלה של אות MRI נשמרות, וכתוצאה מכך סדרת זמן שהם באותו האורך כמו אות MRI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנהל SPM באמצעות רגרסיה ליניארית voxel-by-voxel בי כמובן זמן EtCO2 השתנה הוא המשתנה הבלתי תלויה וכמובן זמן אות MRI הוא המשתנה התלוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב מפת voxel-by-voxel של CVR <img alt="משוואת 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52306/52306eq1.jpg" /> שם (i, j, k) הוא tהוא voxel מדד, β1 היא מקדם הרגרסיה הקשורים EtCO2 וβ0 הוא מקדם הרגרסיה הקשורים לטווח הקבוע. דקות (EtCO 2) הערך המינימלי של EtCO 2 במהלך הזמן. </li></ol>

<ol>
	<li>Attwell, D., Laughlin, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+energy+budget+for+signaling+in+the+grey+matter+of+the+brain.">An energy budget for signaling in the grey matter of the brain.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 21 (10), 1133-1145 (2001).</li><li>Kety, S. S., Schmidt, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effects+of+Altered+Arterial+Tensions+of+Carbon+Dioxide+and+Oxygen+on+Cerebral+Blood+Flow+and+Cerebral+Oxygen+Consumption+of+Normal+Young+Men.">The Effects of Altered Arterial Tensions of Carbon Dioxide and Oxygen on Cerebral Blood Flow and Cerebral Oxygen Consumption of Normal Young Men.</a> J Clin Invest. 27 (4), 484-492 (1948).</li><li>Krainik, A., Hund-Georgiadis, M., Zysset, S., von Cramon, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+impairment+of+cerebrovascular+reactivity+and+BOLD+signal+in+adults+after+stroke.">Regional impairment of cerebrovascular reactivity and BOLD signal in adults after stroke.</a> Stroke. 36 (6), 1146-1152 (2005).</li><li>Yezhuvath, U. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forebrain-dominant+deficit+in+cerebrovascular+reactivity+in+Alzheimer's+disease.">Forebrain-dominant deficit in cerebrovascular reactivity in Alzheimer's disease.</a> Neurobiol Aging. 33 (1), 75-82 (2012).</li><li>Mandell, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+cerebrovascular+reactivity+using+blood+oxygen+level-dependent+MRI+in+Patients+with+arterial+steno-occlusive+disease:+comparison+with+arterial+spin+labeling+MRI.">Mapping cerebrovascular reactivity using blood oxygen level-dependent MRI in Patients with arterial steno-occlusive disease: comparison with arterial spin labeling MRI.</a> Stroke. 39 (7), 2021-2028 (2008).</li><li>Greenberg, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+vessels,+big+problems.">Small vessels, big problems.</a> N Engl J Med. 354 (14), 1451-1453 (2006).</li><li>Hsu, Y. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blood+oxygenation+level-dependent+MRI+of+cerebral+gliomas+during+breath+holding.">Blood oxygenation level-dependent MRI of cerebral gliomas during breath holding.</a> J Magn Reson Imaging. 19 (2), 160-167 (2004).</li><li>Mikulis, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preoperative+and+postoperative+mapping+of+cerebrovascular+reactivity+in+moyamoya+disease+by+using+blood+oxygen+level-dependent+magnetic+resonance+imaging.">Preoperative and postoperative mapping of cerebrovascular reactivity in moyamoya disease by using blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging.</a> J Neurosurg. 103 (2), 347-355 (2005).</li><li>Han, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BOLD-MRI+cerebrovascular+reactivity+findings+in+cocaine-induced+cerebral+vasculitis.">BOLD-MRI cerebrovascular reactivity findings in cocaine-induced cerebral vasculitis.</a> Nat Clin Pract Neurol. 4 (11), 628-632 (2008).</li><li>Ellingsen, I., Hauge, A., Nicolaysen, G., Thoresen, M., Walloe, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+human+cerebral+blood+flow+due+to+step+changes+in+PAO2+and+PACO2.">Changes in human cerebral blood flow due to step changes in PAO2 and PACO2.</a> Acta Physiol Scand. 129 (2), 157-163 (1987).</li><li>Ide, K., Eliasziw, M., Poulin, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+middle+cerebral+artery+blood+velocity+and+end-tidal+PCO2+in+the+hypocapnic-hypercapnic+range+in+humans.">Relationship between middle cerebral artery blood velocity and end-tidal PCO2 in the hypocapnic-hypercapnic range in humans.</a> J Appl Physiol (1985). 95 (1), 129-137 (2003).</li><li>Xie, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebrovascular+response+to+carbon+dioxide+in+patients+with+congestive+heart+failure.">Cerebrovascular response to carbon dioxide in patients with congestive heart failure.</a> Am J Respir Crit Care Med. 172 (3), 371-378 (2005).</li><li>Rostrup, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+differences+in+the+CBF+and+BOLD+responses+to+hypercapnia:+a+combined+PET+and+fMRI+study.">Regional differences in the CBF and BOLD responses to hypercapnia: a combined PET and fMRI study.</a> Neuroimage. 11 (2), 87-97 (2000).</li><li>Zande, F. H., Hofman, P. A., Backes, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+hypercapnia-induced+cerebrovascular+reactivity+using+BOLD+MRI.">Mapping hypercapnia-induced cerebrovascular reactivity using BOLD MRI.</a> Neuroradiology. 47 (2), 114-120 (2005).</li><li>Kastrup, A., Kruger, G., Neumann-Haefelin, T., Moseley, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+cerebrovascular+reactivity+with+functional+magnetic+resonance+imaging+comparison+of+CO(2)+and+breath+holding.">Assessment of cerebrovascular reactivity with functional magnetic resonance imaging comparison of CO(2) and breath holding.</a> Magn Reson Imaging. 19 (1), 13-20 (2001).</li><li>Bright, M. G., Donahue, M. J., Duyn, J. H., Jezzard, P., Bulte, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+basal+vasodilation+on+hypercapnic+and+hypocapnic+reactivity+measured+using+magnetic+resonance+imaging.">The effect of basal vasodilation on hypercapnic and hypocapnic reactivity measured using magnetic resonance imaging.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 31 (2), 426-438 (2011).</li><li>Slessarev, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prospective+targeting+and+control+of+end-tidal+CO2+and+O2+concentrations.">Prospective targeting and control of end-tidal CO2 and O2 concentrations.</a> J Physiol. 581 (3), 1207-1219 (2007).</li><li>Wise, R. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+forcing+of+end-tidal+carbon+dioxide+and+oxygen+applied+to+functional+magnetic+resonance+imaging).">Dynamic forcing of end-tidal carbon dioxide and oxygen applied to functional magnetic resonance imaging).</a> J Cereb Blood Flow Metab. 27 (8), 1521-1532 (2007).</li><li>Yezhuvath, U. S., Lewis-Amezcua, K., Varghese, R., Xiao, G., Lu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+assessment+of+cerebrovascular+reactivity+using+hypercapnia.">On the assessment of cerebrovascular reactivity using hypercapnia.</a> BOLD MRI. NMR Biomed. 22 (7), 779-786 (2009).</li><li>Lu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alterations+in+cerebral+metabolic+rate+and+blood+supply+across+the+adult+lifespan.">Alterations in cerebral metabolic rate and blood supply across the adult lifespan.</a> Cereb Cortex. 21 (6), 1426-1434 (2011).</li><li>Marshall, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impaired+cerebral+vascular+reactivity+in+multiple+sclerosis+measured+with+hypercapnia+perfusion+MRI.">Impaired cerebral vascular reactivity in multiple sclerosis measured with hypercapnia perfusion MRI.</a> JAMA Neurology. In press, .</li><li>Thomas, B. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Life-long+aerobic+exercise+preserved+baseline+cerebral+blood+flow+but+reduced+vascular+reactivity+to+CO2.">Life-long aerobic exercise preserved baseline cerebral blood flow but reduced vascular reactivity to CO2.</a> J Magn Reson Imaging. 38 (5), 1177-1183 (2013).</li><li>Liu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-related+differences+in+memory-encoding+fMRI+responses+after+accounting+for+decline+in+vascular+reactivity.">Age-related differences in memory-encoding fMRI responses after accounting for decline in vascular reactivity.</a> Neuroimage. 78, 415-425 (2013).</li><li>Liu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+physiologic+modulators+of+fMRI+signals.">A comparison of physiologic modulators of fMRI signals.</a> Hum Brain Mapp. 34 (9), 2078-2088 (2013).</li><li>Zappe, A. C., Uludag, K., Oeltermann, A., Ugurbil, K., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+moderate+hypercapnia+on+neural+activity+in+the+anesthetized+nonhuman+primate.">The influence of moderate hypercapnia on neural activity in the anesthetized nonhuman primate.</a> Cereb Cortex. 18 (11), 2666-2673 (2008).</li><li>Xu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+carbon+dioxide+on+brain+activity+and+metabolism+in+conscious+humans.">The influence of carbon dioxide on brain activity and metabolism in conscious humans.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 31 (1), 58-67 (2011).</li><li>Thesen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depression+of+cortical+activity+in+humans+by+mild+hypercapnia.">Depression of cortical activity in humans by mild hypercapnia.</a> Hum Brain Mapp. 33 (3), 715-726 (2012).</li><li>Lu, H., Golay, X., Pekar, J. J., Van Zijl, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+magnetic+resonance+imaging+based+on+changes+in+vascular+space+occupancy.">Functional magnetic resonance imaging based on changes in vascular space occupancy.</a> Magn Reson Med. 50 (2), 263-274 (2003).</li></ol>

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

דוח זה מוצג מערכת אספקת גז MR-תואם ופרוטוקול ניסוי מקיף המאפשר המיפוי של תגובתיות כלי דם במוח האנושי. תרשים של מערכת אספקת הגז מתואר באיור 1. כל החלקים בתוך חדר סורק MRI הם פלסטיק כדי להבטיח תאימות MRI שלהם. המערכת יכולה להיות מחולקת מבחינה רעיונית לשלוש תת-מערכות, הכולל תת-מערכת צריכת גז (תיק, צינור אספקה, שסתום דו-כיווני), תת-מערכת ממשק נשימה (קליפ האף, שופר, צינור בצורת U), ו תת-מערכת ניטור (CO 2 ריכוז, ריווי חמצן, קצב לב, קצב נשימה). תת-מערכת צריכת הגז מאפשרת הגז על מנת שינשום להגיע הסתום דו-כיווני. בשאיפה רק אוויר, אבל לא נשפו אוויר, יזרום דרך תת-מערכת זו. תת-מערכת ממשק הנשימה מאפשרת את הנושא לנשום פנימה והחוצה הגז המיועד. שני הגז נשם ונשף יזרום דרך תת-מערכת זו. Monitorinתת-מערכת g ולכן צריכה לטעום את הגז בנקודה לאורך תת-מערכת ממשק נשימה. יישומים קליניים של טכניקה זו עשויים לכלול הערכות של כלי דם במוח במילואי מחלות נוירולוגיות כגון שבץ מוחי, טרשת עורקים, מויה מויה, דמנציה וסקולרית, טרשת נפוצה, וגידול במוח. גם הטכניקה יכולה לשמש במחקרי MRI תפקודיים לנרמל או לכייל אות fMRI לכימות טוב יותר של פעילות העצבית 23,24. תכונה חשובה של המערכת המוצעת ופרוטוקול ניסוי היא שתערובת הגז יכולה להיות מועברת לנושא, תוך גרימת תנועה או אי נוחות מינימאלית. לכן, זה קריטי למקום צינור U-צורה (פריט # 12) באופן שבו (והשופר מחובר לקצה שלו) באופן טבעי נופלים כלפי מטה לתוך פיו של הנושא. בדרך זו, הנושא לא צריך להשתמש בשרירי הפנים שלו להחזיק או לתמוך בשופר. זה גם יבואנמלה להיות מודע לכך שהנושא לא תוכל לדבר בזמן שהשופר הוא בפה שלהם. לכן, החוקר צריך להימנע מלדבר על הנושא עם צליל שאלה. במקום זאת, יש לתת הוראות ברורות רק, סופיות. בנוסף, חוקר צריך לשים לב לפרמטרים הפיסיולוגיים (למשל, EtCO 2, אז 2, קצב לב, קצב נשימה) בכל המהלך של הניסוי ויגיב מייד כאשר אחד או יותר מהפרמטרים הפיסיולוגיים לסטות מחוץ לטווח האופייני . בעוד סקר מקיף של מערכות אספקת גז אחרות המשמש בספרות הוא מעבר להיקף של מאמר זה, הוא שימושי כדי להשוות את המערכת הנוכחית לכמה אלה נפוצים 17,18. הבדל עיקרי הוא שהמערכת שלנו משתמשת בשופר כדי לספק את הגז המיועד בעוד שרוב המערכות אחרות השתמשו מסכה בעיצוב. הסיבוכים האפשריים של שימוש במסכה שני קפלים. , O מסכה ראשונהccupies כמות משמעותית של מרחב, וזה אולי לא תמיד להיות ריאלי כדי להתאים את המסכה אל תוך החלל ההדוק בתוך סליל הראש, בהתחשב בכך ש, לנושאים רבים, אפם היה כמעט לגעת בסליל הראש גם ללא מסכה. הדבר נכון במיוחד במקרה של סלילי הראש נועדו להשיג רגישות גבוהה, אשר בדרך כלל מתוכננים להתאים היטב לראשו של הנושא. סיבוך שני קשורים לעיצוב מסכה הוא שיש חלל גדול בתוך המסכה שתוצאת הערבוב משמעותי של גז נשם ונשף. כתוצאה מכך, זה יכול להשפיע על הדיוק של מדידת EtCO 2, אשר באופן אידיאלי צריך להיות מבוססת על גז ננשף בלבד. מדויקים EtCO 2 הוא כמובן חשוב לאמינות של מפת CVR. הבדל חשוב נוסף של המערכת שלנו בהשוואה למערכות רבות אחרות הוא שהמערכת שלנו מספקת את הגז משקית במקום מיכל דלק. לכן, אין צורך בטנקים באזור הסורק, כדי לחסוך מקום יקר בהמשך<html> רול חדר של חבילת ה- MRI. בעיצוב שלנו, אנחנו מביאים את התיק לפני תחילת הסריקה ו, בעקבות הסריקה, השקית מתרוקנת, מקופלת, ולשים בצד. לבסוף, בהשוואה למספר מערכות אחרות 18,21, מערכת אספקת הגז הנוכחית היא פשוט יותר, דורש זמן הכשרה פחות, וחומרים שלה הם פחות יקרים. יש לציין, כי על אף הפרוטוקול המובא בדוח זה מתמקד בעיקר בCO 2 שאיפה, מערכת אספקת הגז שהוצגה מאפשרת המשלוח של תערובות גז אחרות (למשל, כל חלק של O 2, חלק כלשהו של CO 2, כל שבריר של N 2, והשילוב שלהם) לאדם עבורם לנשום בזמן הוא / היא שוכב בתוך סורק MRI. אפשר גם להשתמש במערכת אספקת הגז מחוץ להקשר של MRI, למשל בשיתוף עם אלקטרואנצפלוגרם (EEG), magnetoencephalogram (MEG), טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET), או הדמיה אופטימלית. _content &quot;&gt; כאשר מתן המלצת הפרמטרים הדמיה, יש לנו התמקדתי בעיקר ברצף BOLD. רצף נוסף שיכול להיות פוטנציאל בשימוש במיפוי CVR הוא תיוג ספין עורקים (ASL) MRI, המספק מדד כמותי לזרימת דם במוח (CBF) ביחידות פיזיולוגיות (מיליליטר דם לכל 100 גרם רקמה לדקה). לכן, יש את היתרון של מיפוי CVR מבוסס ASL הוא שהתוצאות הן קלים יותר לפרש, שלא כמו אות BOLD המשקפת השפעה משולבת של זרימת דם, נפח דם, כמו גם תרומות אפשריות של שינויים מטבוליים במוח במהלך CO 2 האתגר 25-27. עם זאת, הגבלה של טכניקת ASL היא שהרגישות שלה היא כמה קפלים נמוך מזה של 28 BOLD. כתוצאה מכך, הניסיון שלנו הוא ש, בהווה, זה הוא המאתגר ביותר להשגה ברמת פרט, voxel-by-voxel מפת CVR באמצעות ASL. לכן, ללימודי יישום של CVR, אנחנו בעיקר להשתמש ברצף BOLD וכך גם להתמקד בטכניקה זו בouהמלצות r. מגבלה אחת של השיטה הנוכחית היא שהנשימה דרך שופר עם האף החסום (על ידי קליפ האף) היא לא טבעית לחלוטין וכמה נושאים (במיוחד חולים) עלולים לתפוס את זה כמקור של אי נוחות. נשימה עם קליפ השופר והאף יכולה גם להחמיר את התחושה של קלסטרופוביה. בנוסף, הנושא עלול להיתקל יובש בפה בשל נשימה דרך פה בלבד. לכן, מומלץ שהחוקר ינסה כמיטב יכולתו כדי להשלים את הניסוי במהירות. לבסוף, חשוב לציין כי, על סמך הניסיון של המחברים, אי הנוחות הפוטנציאלית שהוזכר לעיל היא חולפת ותיעלם ברגע שהניסוי יסתיים.

המוח מהווה כ -2% מכלל משקל הגוף, אך צורך כ -20% מכלל האנרגיה 1. שלא במפתיע, אספקת דם מספקת ומוסדרת בזהירות היא קריטית כדי לענות על ביקוש זה אנרגיה גבוהה ולמוח כדי לתפקד כראוי. יתר על כן, המוח הוא איבר במרחב ובזמן הטרוגנית דינמי, עם אזורים שונים דורשים כמות אספקת דם שונה בזמן שונה. לכן, אפנון דינמי של אספקת דם מייצג דרישה חשובה במחזור המוח אנושי. למרבה המזל, זה ידוע כי כלי דם אינם רק צינורות קשיחים ושהתפקיד חשוב של כלי דם הוא להתרחב ולהתכווץ מבוסס על הביקוש של המוח ותנאים פיסיולוגיים 2. רכוש פונקציונלי זו של כלי השיט, הידוע בשם מוחין וכלי הדם-Reactivity (CVR), נחשב לindictor שימושי של בריאות כלי דם ועלול למצוא את היישומים בכמה conditio נוירולוגיותns כגון שבץ 3, 4 דמנציה, טרשת עורקים 5, מחלות כלי שיט קטנות 6, גידול במוח 7, מויה מויה 8, וסמי התמכרות 9. בפיזיולוגיה ובספרות הרדמה, ידוע כי, משום שגז CO 2 הוא vasodilator חזק, ניתן להעריך CVR על ידי שינוי CO 2 רמת עורקים (למשל, שאיפה של כמות קטנה של CO 2) תוך מעקב תגובות של כלי דם 10-13 . בתחום ההדמיה ורדיולוגיה, מיפוי CVR באמצעות MRI במהירות מתפתח כסמן חדש של עניין עבור רבים מדענים ורופאים 8,14-19 בסיסיים. בדרך כלל זה מוערך על ידי בחינה כמה תגובה של כלי דם נגרמת על ידי אתגר vasoactive. עם זאת, יש צורך בהתקדמות טכנית במערכת אספקת הגז וסטנדרטיזציה של פרוטוקול ניסוי. אספקת תערובת גז מיוחדת לנושא בתוך סורק MRI היא לא שיקולים של מה בכך ומיוחדיםנדרשים לעיצוב MRI תואם. שיקולים מיוחדים נדרשים בעיצוב מערכת אספקת גז MRI תואמת. שיקולים מיוחדים אלה כוללים: 1) כל הרכיבים חייבים להיות לא-מתכתיים (מתכת לא יכולה לשמש בתוך MRI); 2) המערכת צריכה לעבוד בתוך חלל קטן שמערכת MRI וסליל ראשה לאפשר; 3) המערכת צריכה לעבוד עם מצב של שכיבה (כמו סורק MRI דורש) במקום לשבת למעלה, ללא חוסר נוחות; 4) פרמטרים פיסיולוגיים רלוונטיים, כגון CO2 הסוף-גאות ושפל (EtCO2, קירוב של תוכן CO2 בדם העורקים) וריווי חמצן עורקים, יש לרשום בצורה מדויקת עם שניות של דיוק עיתוי ומאוחסנים במחשב לשימוש ניתוח. בעיות אלה עלולות להגביל את היקף היישומים של מיפוי CVR. בדוח זה, שהצגנו פרוטוקול ניסוי שמשתמש במערכת אספקת הגז מקיפה לווסת את התוכן של גז השראה בעוד הנושא שוכב בתוך סורק MRI. שלנוing גישה זו, החוקר יכול הלא פולשני להחיל גירוי vasoactive למשתתף עם אי נוחות מינימאלית או תנועה בתפזורת. פרמטרים פיסיולוגיים ותמונות MRI נרשמו במהלך כל התקופה של כ -9 דקות, שהייתה מורכבות מלוקים לסירוגין (1 דקות לכל בלוק) של חדר-אוויר ונשימה גז hypercapnic. נציגי תוצאות מוצגות. יישומים ומגבלות פוטנציאליים הם דנו.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="978">
	<tbody>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:211px;">Name of the Material/Equipment</td>
			<td style="width:171px;">Company</td>
			<td style="width:109px;">Catalog number</td>
			<td style="width:179px;">Description</td>
			<td style="width:311px;">Website</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Douglas bag&#160;</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>500942</td>
			<td>200-liter capacity</td>
			<td>http://www.harvardapparatus.com/webapp/wcs/stores/servlet/catalog_11051_10001_-1_HAI?gclid=CN_woMnCwboCFWpk7AodL1YA8g</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;">Three-way valve</td>
			<td>Hans Rudolph</td>
			<td>CR1207</td>
			<td>100% plastic</td>
			<td>www.rudolphkc.com&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Two-way non-rebreathing valve</td>
			<td>Hans Rudolph</td>
			<td>CR1480</td>
			<td>22mm/ 15mm ID</td>
			<td>www.rudolphkc.com&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;">Diaphragm</td>
			<td>Hans Rudolph</td>
			<td>602021-2608</td>
			<td>Size: medium, Type: spiral</td>
			<td>www.rudolphkc.com&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;">Mouth piece</td>
			<td>Hans Rudolph</td>
			<td>602076</td>
			<td>Silicone, Model #&#160;9061</td>
			<td>www.rudolphkc.com&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Nose clip</td>
			<td>Hans Rudolph</td>
			<td>201413</td>
			<td>Plastic foam, Model #9014</td>
			<td>www.rudolphkc.com&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Gas delivery tube</td>
			<td>Vacumed</td>
			<td>1011-108</td>
			<td></td>
			<td>http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&#38;prodid=7665</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Blue cuff</td>
			<td>Vacumed</td>
			<td>22254</td>
			<td></td>
			<td>http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&#38;prodid=343</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Gas sampling tube</td>
			<td>QoSINA</td>
			<td>T4305</td>
			<td>Thin</td>
			<td>http://www.qosina.com/catalog/part.asp?partno=T4305</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Male luer</td>
			<td>QoSINA</td>
			<td>11547</td>
			<td></td>
			<td>http://www.qosina.com/catalog/part.asp?partno=11547</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hydrophobic filter</td>
			<td>Philips Medical Systems</td>
			<td>9906-00</td>
			<td>Disposable</td>
			<td>http://www.healthcare.philips.com/us_en/products/index.wpd?Int_origin=3_HC_landing_main_us_en_top-nav_products</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">U-shape tube</td>
			<td>Made in-house</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Elbow connector</td>
			<td>QoSINA</td>
			<td>51033</td>
			<td></td>
			<td>www.qosina.com</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EtCO2monitor</td>
			<td>Philips Medical Systems</td>
			<td>Model 1265</td>
			<td></td>
			<td>http://www.healthcare.philips.com/us_en/products/index.wpd?Int_origin=3_HC_landing_main_us_en_top-nav_products</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Pulse oximetry&#160;</td>
			<td>Invivo</td>
			<td>Expression</td>
			<td>MRI Monitoring Systems</td>
			<td>http://www.invivocorp.com/monitors/monitorinfo.php?id=7</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">MRI scanner&#160;</td>
			<td>Philips</td>
			<td>Achieva 3.0T TX</td>
			<td></td>
			<td>http://www.healthcare.philips.com/main/products/mri/systems/achievaTX/?Int_origin=2_HC_mri_main_global_en_systems_achieva30ttx</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Disinfectant</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>04-355-13</td>
			<td style="width:179px;">Decon&#8482; BDD&#8482; Bacdown&#8482; Detergent Disinfectant</td>
			<td>http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail?storeId=10652&#38;langId=-1&#38;catalogId=29104&#38;productId=3426739&#38;distype=0&#38;highlightProductsItemsFlag=Y&#38;fromSearch=1&#38;searchType=PROD&#38;hasPromo=0</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

mri mapping of cerebrovascular reactivity via gas inhalation challenges

המוח הוא איבר במרחב ובזמן הטרוגנית דינמי, עם אזורים שונים דורשים כמות אספקת דם שונה בזמן שונה. לכן, היכולת של כלי הדם להתרחב או להתכווץ, הידוע בשם מוחין וכלי הדם-Reactivity (CVR), מייצגת תחום חשוב של תפקוד כלי דם. סמן הדמיה המייצג רכוש דינמי זה יספק מידע חדש של כלי מוחי בתנאים בריאים וחולים כגון שבץ מוחי, דמנציה, טרשת עורקים, מחלות כלי שיט קטנות, גידול במוח, פגיעה מוחית טראומטית, וטרשת נפוצה. כדי לבצע סוג זה של מדידה בבני אדם, יש צורך לספק גירוי vasoactive כגון CO 2 ו / או תערובת גז O 2 ואילו מוח כמותי תמונות בתהודה מגנטיות (MRI) הנאספות. בעבודה זו, שהצגנו מערכת MR תואמת גז-אספקה ​​והפרוטוקול קשור המאפשר המשלוח של תערובות גז מיוחד (למשל, </em&gt; O 2, CO 2, N 2, והשילובים שלהם) ואילו הנושא שוכב בתוך סורק MRI. מערכת זו היא יחסית פשוטה, חסכונית, וקלה לשימוש, ופרוטוקול הניסוי מאפשר מיפוי מדויק של CVR בשני מתנדבים בריאים וחולים עם הפרעות נוירולוגיות. גישה זו יש הפוטנציאל לשמש ביישומים קליניים רחבים ובהבנה טובה יותר של כלי דם במוח הפתופיזיולוגיה. בסרטון, אנו מדגימים כיצד להגדיר את המערכת בתוך חבילת MRI וכיצד לבצע ניסוי מלא על משתתף אנושי.

שני סוגים של נתונים שנאספו בפרוטוקול המוצע, הקלטות פיסיולוגיות ותמונות MR. איורים 2 ו -3 קלטות תכנית של פרמטרים פיסיולוגיים מנושא הנציג. עקבות שחורות באיור 2 מציג כמובן CO 2 הזמן נרשם על ידי צג CO 2, המייצג את תוכן CO 2 באוויר שנדגמו ליד השופר. שים לב שעקבות זה משתנים במהירות כפונקציה של זמן. סיבה לכך הוא, בשלב השאיפה של מחזור הנשימה, הקלטה זו משקפת את תוכן CO 2 באוויר והשאיפה, בשלב הנשיפה, הקלטה זו משקפת את תוכן CO 2 באוויר הננשף. ככזה, השיא העליון של כל מחזור נשימה, המכונה סוף-גאות CO 2 או EtCO 2, מייצג את תוכן CO 2 בריאות, אשר ניתן להשתמש בי כ כריכוז CO 2 בדם העורקי. ה הערהבריכוז CO 2 בדם העורקי הוא כוח המניע, כלומר, פונקצית קלט, של תגובת vasodilatory. הפסגות של עקבות CO 2 (עקומה אדומה באיור 2) הותוו עם אלגוריתם זיהוי שמחפש את שיאו בכל נשימה, בשילוב עם בדיקה ותיקון ידניים. זאת בעקבות סינון חציון להסיר פסגות פתאומיות עקב נשימה חלקית ולתת דין והחשבון לערבוב דם במהלך זרימה מכלי ריאה לכלי מוחי. כמובן הפעם האחרונה EtCO 2 מוצג על ידי העקומה הירוקה באיור 2 ונעשה בו שימוש בחישוב CVR. איור 3 מציג את הקורסים של קצב נשימה, שבריר עורקי רוויון חמצן (SO 2), וקצב לב בזמן. קצב הנשימה מתקבל מהצג CO 2 תוך כך 2 וקצב לב מתקבלים מדופק oximetry. כפי שניתן seen, הפרמטרים האלה לא מראים שינוי שיטתי עם אתגר hypercapnia. הערה hypercapnia זה לגרום להיפר-ונטילציה בנושא, ובכך הלחץ החלקי O 2 בריאות יגדל בצניעות. עם זאת, השפעתה על כך 2 היא מינימאלית כמו המוגלובין בדם כבר רווי במידה רבה בנשימת חדר-אוויר ועקומת ניתוק החמצן היא שטוחה למדי בטווח ש. איור 4 מראה תמונות MR BOLD נציג בזמן הניסוי שונה. עוצמת האות הממוצעת (ביחידות MR שרירותיות) מוצגת גם. ניתן לראות שאות BOLD במוח מראה על עלייה עם CO 2 שאיפה. שים לב שההבדל בין אות חדר-האוויר וCO 2 תקופות הוא בסדר הגודל של 1-3% במשרעת. שילוב נתונים מהקלטות פיסיולוגיות ותמונות MR, ניתן לחשב מפת CVR voxel-by-voxel. נציג 5 ניתן לראות בתרשיםמפות CVR (ביחידות של שינוי אות% למ&quot;מ הכספי CO שינוי 2) לנושא בריא נסרק בחמישה ימים שונים, מדגימות שחזור מצוין של התוצאות. הטכניקה שהוצעה עד כה יושמה במחקרים של הזדקנות 20, מחלת אלצהיימר 4, טרשת נפוצה 21, ואימון גופני 22. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig1highres.jpg" /> איור 1. תרשים של מערכת אספקת הגז. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig2highres.jpg" /> איור 2. כמובן CO 2 זמן מנושא נציג duלצלצל בניסוי. מגזרים של CO 2 עקבות תוכן נשימה-by-נשימה כפי שנרשם על ידי צג CO 2 מוצגים לתקופה נשימת אוויר חדר (למטה משמאל), 5% CO 2 תקופת משאיפת (למטה מימין). קורסי זמן שחולצו EtCO 2 מוצגים בעקומות צבעוניות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig3highres.jpg" /> פרמטרים איור 3. הקלטות פיזיולוגיה מנושא הנציג במהלך הניסוי. () קצב נשימה (BPM, נשימה לדקה) כמובן של הנושא זמן. (ב) כל כך 2 (%) כמובן זמן של הנושא. לב (C) שיעור כמובן בנושא זמן (BPM, הכה לדקה). הנושא הוא<html> אותו אחד כמו שבאיור 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig3large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig4highres.jpg" /> איור 4. תמונות MR BOLD נציג בזמן הניסוי שונה. עוצמות ממוצעת אות של פרוסת המוח מוצג (הפרוסה צירית # 54 בחלל משרד תשתיות הלאומי) הם הראו בשורה התחתונה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig5highres.jpg" /> איור 5. מפת הנציג CVR מנושא הנציג.קבצים / ftp_upload / 52,306 52306fig5large.jpg &quot;target =&quot; .jove.com / / _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Watch this Scientific Journal Video about MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges at JoVE.com

MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges

Non-invasive imaging of the brain vasculature&#8217;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).

MRI מיפוי של כלי הדם במוח Reactivity באמצעות אתגרי משאיפת גז

The brain is a spatially heterogeneous and temporally dynamic organ, with different regions requiring different amount of blood supply at different time. ...

mri-mapping-cerebrovascular-reactivity-via-gas-inhalation

Research

JoVE Journal

Medicine

13.9K Views.  University of Texas Southwestern Medical Center. 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).

Video: MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges

Microsurgical Venous Pouch Arterial-Bifurcation Aneurysms in the Rabbit Model: Technical Aspects

For ruptured human cerebral aneurysms endovascular embolization has become an equivalent alternative to aneurysm clipping.1 However, large clinical trials have shown disappointing long-term results with unacceptable high rates of aneurysm recanalization and delayed aneurysm rupture.2 To overcome these problems, animal experimental studies are crucial for the development of better endovascular devices.3-5
Several animal models in rats, rabbits, canines and swine are available.6-8 Comparisons of the different animal models showed the superiority of the rabbit model with regard to hemodynamics and comparability of the coagulation system and cost-effectiveness.9-11 
The venous pouch arterial bifurcation model in rabbits is formed by a venous pouch sutured into an artificially created true bifurcation of both common carotid arteries (CCA). The main advantage of this model are true bifurcational hemodynamics.12 The major drawbacks are the sofar high microsurgical technical demands and high morbidity and mortality rates of up to 50%.13 These limitations have resulted in less frequent use of this aneurysm model in the recent years. These shortcomings could be overcome with improved surgical procedures and modified peri- and postoperative analgetic management and anticoagulation.14-16 Our techniques reported in this paper demonstrate this optimized technique for microsurgical creation of arterial bifurcation aneurysms.

An optimized technique for the microsurgical creation of arterial bifurcation aneurysms mimicking bifurcation human cerebral aneurysms is described. A venous pouch is sutured into an artificially created true bifurcation of both common carotid arteries. Facilitated microsurgical techniques and aggressive postoperative anticoagulation and analgesia lead to minimized morbidity rates and high aneurysm patency rates.

Microsurgical ורידי עורקי פאוץ-הסתעפות מפרצת במודל הארנב: היבטים טכניים

For ruptured human cerebral aneurysms endovascular embolization has become an equivalent alternative to aneurysm clipping.1 However, large clinical trials ...

Visualization and Analysis of Blood Flow and Oxygen Consumption in Hepatic Microcirculation: Application to an Acute Hepatitis Model

There is a considerable discrepancy between oxygen supply and demand in the liver because hepatic oxygen consumption is relatively high but about 70% of the hepatic blood supply is poorly oxygenated portal vein blood derived from the gastrointestinal tract and spleen. Oxygen is delivered to hepatocytes by blood flowing from a terminal branch of the portal vein to a central venule via sinusoids, and this makes an oxygen gradient in hepatic lobules. The oxygen gradient is an important physical parameter that involves the expression of enzymes upstream and downstream in hepatic microcirculation, but the lack of techniques for measuring oxygen consumption in the hepatic microcirculation has delayed the elucidation of mechanisms relating to oxygen metabolism in liver. We therefore used FITC-labeled erythrocytes to visualize the hepatic microcirculation and used laser-assisted phosphorimetry to measure the partial pressure of oxygen in the microvessels there. Noncontact and continuous optical measurement can quantify blood flow velocities, vessel diameters, and oxygen gradients related to oxygen consumption in the liver. In an acute hepatitis model we made by administering acetaminophen to mice we observed increased oxygen pressure in both portal and central venules but a decreased oxygen gradient in the sinusoids, indicating that hepatocyte necrosis in the pericentral zone could shift the oxygen pressure up and affect enzyme expression in the periportal zone. In conclusion, our optical methods for measuring hepatic hemodynamics and oxygen consumption can reveal mechanisms related to hepatic disease.

An optical system was developed to visualize hepatic microcirculation with FITC-labeled erythrocytes and to measure the partial pressure of oxygen in the microvessels with laser-assisted phosphorimetry. This method can be used to investigate physiological and pathological mechanisms by analyzing microvascular structure, diameter, blood flow velocity, and oxygen tension.

הדמיה וניתוח של זרימת הדם ואת צריכת החמצן microcirculation כבד: בקשה דגם הפטיטיס חריפה

There is a considerable discrepancy between oxygen supply and demand in the liver because hepatic oxygen consumption is relatively high but about 70% of ...

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

In vivo 19F MRI allows quantitative cell tracking without the use of ionizing radiation. It is a noninvasive technique that can be applied to humans. Here, we describe a general protocol for cell labeling, imaging, and image processing. The technique is applicable to various cell types and animal models, although here we focus on a typical mouse model for tracking murine immune cells. The most important issues for cell labeling are described, as these are relevant to all models. Similarly, key imaging parameters are listed, although the details will vary depending on the MRI system and the individual setup. Finally, we include an image processing protocol for quantification. Variations for this, and other parts of the protocol, are assessed in the Discussion section. Based on the detailed procedure described here, the user will need to adapt the protocol for each specific cell type, cell label, animal model, and imaging setup. Note that the protocol can also be adapted for human use, as long as clinical restrictions are met.

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

We describe a general protocol for in vivo cell tracking using MRI in a mouse model with ex vivo labeled cells. A typical protocol for cell labeling, image acquisition processing and quantification is included.

בF-MRI 19 vivo למעקב סלולרי

In vivo 19F MRI allows quantitative cell tracking without the use of ionizing radiation. It is a noninvasive technique that can be applied to humans. ...

MRI and PET in Mouse Models of Myocardial Infarction

Myocardial infarction is one of the leading causes of death in the Western world. The similarity of the mouse heart to the human heart has made it an ideal model for testing novel therapeutic strategies.
In vivo magnetic resonance imaging (MRI) gives excellent views of the heart noninvasively with clear anatomical detail, which can be used for accurate functional assessment. Contrast agents can provide basic measures of tissue viability but these are nonspecific. Positron emission tomography (PET) is a complementary technique that is highly specific for molecular imaging, but lacks the anatomical detail of MRI. Used together, these techniques offer a sensitive, specific and quantitative tool for the assessment of the heart in disease and recovery following treatment.
In this paper we explain how these methods are carried out in mouse models of acute myocardial infarction. The procedures described here were designed for the assessment of putative protective drug treatments. We used MRI to measure systolic function and infarct size with late gadolinium enhancement, and PET with fluorodeoxyglucose (FDG) to assess metabolic function in the infarcted region. The paper focuses on practical aspects such as slice planning, accurate gating, drug delivery, segmentation of images, and multimodal coregistration. The methods presented here achieve good repeatability and accuracy maintaining a high throughput.

We describe how to perform MRI and PET imaging of the mouse heart. The protocol is tailored to assess treatment efficacy in models of myocardial infarction and heart failure.

Myocardial infarction is one of the leading causes of death in the Western world. The similarity of the mouse heart to the human heart has made it an ...

Coordinate Mapping of Hyolaryngeal Mechanics in Swallowing

Characterizing hyolaryngeal movement is important to dysphagia research. Prior methods require multiple measurements to obtain one kinematic measurement whereas coordinate mapping of hyolaryngeal mechanics using Modified Barium Swallow (MBS) uses one set of coordinates to calculate multiple variables of interest. For demonstration purposes, ten kinematic measurements were generated from one set of coordinates to determine differences in swallowing two different bolus types. Calculations of hyoid excursion against the vertebrae and mandible are correlated to determine the importance of axes of reference.
To demonstrate coordinate mapping methodology, 40 MBS studies were randomly selected from a dataset of healthy normal subjects with no known swallowing impairment. A 5 ml thin-liquid bolus and a 5 ml pudding swallows were measured from each subject. Nine coordinates, mapping the cranial base, mandible, vertebrae and elements of the hyolaryngeal complex, were recorded at the frames of minimum and maximum hyolaryngeal excursion. Coordinates were mathematically converted into ten variables of hyolaryngeal mechanics.
Inter-rater reliability was evaluated by Intraclass correlation coefficients (ICC). Two-tailed t-tests were used to evaluate differences in kinematics by bolus viscosity. Hyoid excursion measurements against different axes of reference were correlated. Inter-rater reliability among six raters for the 18 coordinates ranged from ICC = 0.90 - 0.97. A slate of ten kinematic measurements was compared by subject between the six raters. One outlier was rejected, and the mean of the remaining reliability scores was ICC = 0.91, 0.84 - 0.96, 95% CI. Two-tailed t-tests with Bonferroni corrections comparing ten kinematic variables (5 ml thin-liquid vs. 5 ml pudding swallows) showed statistically significant differences in hyoid excursion, superior laryngeal movement, and pharyngeal shortening (p &#60; 0.005). Pearson correlations of hyoid excursion measurements from two different axes of reference were: r = 0.62, r2 = 0.38, (thin-liquid); r = 0.52, r2 = 0.27, (pudding).
Obtaining landmark coordinates is a reliable method to generate multiple kinematic variables from video fluoroscopic images useful in dysphagia research.

Coordinate mapping is a method of documenting salient features of hyolaryngeal biomechanics in the pharyngeal phase of swallowing. This methodology uses image analysis software to record coordinates of anatomical landmarks. These coordinates are imported into an excel macro and translated into kinematic variables of interest useful in dysphagia research.

לתאם מיפוי של מכניקת Hyolaryngeal בבליעה

Characterizing hyolaryngeal movement is important to dysphagia research. Prior methods require multiple measurements to obtain one kinematic measurement ...

Measuring Cardiac Autonomic Nervous System (ANS) Activity in Toddlers - Resting and Developmental Challenges

The autonomic nervous system (ANS) consists of two branches, the parasympathetic and sympathetic nervous systems, and controls the function of internal organs (e.g., heart rate, respiration, digestion) and responds to everyday and adverse experiences 1. ANS measures in children have been found to be related to behavior problems, emotion regulation, and health 2-7. Therefore, understanding the factors that affect ANS development during early childhood is important. Both branches of the ANS affect young children&#8217;s cardiovascular responses to stimuli and have been measured noninvasively, via external monitoring equipment, using valid and reliable measures of physiological change 8-11. However, there are few studies of very young children with simultaneous measures of the parasympathetic and sympathetic nervous systems, which limits understanding of the integrated functioning of the two systems. In addition, the majority of existing studies of young children report on infants&#8217; resting ANS measures or their reactivity to commonly used mother-child interaction paradigms, and less is known about ANS reactivity to other challenging conditions. We present a study design and standardized protocol for a non-invasive and rapid assessment of cardiac autonomic control in 18 month old children. We describe methods for continuous monitoring of the parasympathetic and sympathetic branches of the ANS under resting and challenge conditions during a home or laboratory visit and provide descriptive findings from our sample of 140 ethnically diverse toddlers using validated equipment and scoring software. Results revealed that this protocol can produce a range of&#160;physiological responses to both resting and developmentally challenging conditions, as indicated by changes in heart rate and indices of parasympathetic and sympathetic activity. Individuals demonstrated&#160;variability in resting levels, responses to challenges, and challenge reactivity, which provides additional evidence that this protocol is useful for the examination of ANS individual differences for toddlers.

Measuring Cardiac Autonomic Nervous System ANS Activity in Toddlers - Resting and Developmental Challenges

We describe the methods for continuous monitoring of the autonomic nervous system under resting and challenge conditions with 18 month old children. Results revealed that this protocol can produce meaningful physiological responses in both branches of the autonomic nervous system and elicit significant individual variability in patterns of responses.

מדידת מערכת העצבים האוטונומית לב (ANS) פעילות פעוטות - Resting ואתגרים התפתחותית

The autonomic nervous system (ANS) consists of two branches, the parasympathetic and sympathetic nervous systems, and controls the function of internal ...

Preparation Steps for Measurement of Reactivity in Mouse Retinal Arterioles Ex Vivo

Vascular insufficiency and alterations in normal retinal perfusion are among the major factors for the pathogenesis of various sight-threatening ocular diseases, such as diabetic retinopathy, hypertensive retinopathy, and possibly glaucoma. Therefore, retinal microvascular preparations are pivotal tools for physiological and pharmacological studies to delineate the underlying pathophysiological mechanisms and to design therapies for the diseases. Despite the wide use of mouse models in ophthalmic research, studies on retinal vascular reactivity are scarce in this species. A major reason for this discrepancy is the challenging isolation procedures owing to the small size of these retinal blood vessels, which is ~ &#8804; 30 &#181;m in luminal diameter. To circumvent the problem of direct isolation of these retinal microvessels for functional studies, we established an isolation and preparation technique that enables ex vivo studies of mouse retinal vasoactivity under near-physiological conditions. Although the present experimental preparations will specifically refer to the mouse retinal arterioles, this methodology can readily be employed to microvessels from rats.

Preparation Steps for Measurement of Reactivity in Mouse Retinal Arterioles Ex Vivo

Many vision-threatening ocular diseases are associated with dysfunctional retinal microvessels. Therefore, the measurement of retinal arteriole responses is important to investigate the underlying pathophysiological mechanisms. This article describes a detailed protocol for mouse retinal arteriole isolation and preparation to assess the effects of vasoactive substances on vascular diameter.

שלבי הכנה מדידה של תגובתיות ב העכבר רבים ברשתית Vivo לשעבר

Vascular insufficiency and alterations in normal retinal perfusion are among the major factors for the pathogenesis of various sight-threatening ocular ...

Novel Methods for Intranasal Administration Under Inhalation Anesthesia to Evaluate Nose-to-Brain Drug Delivery

Intranasal administration has been reported to be a potential pathway for nose-to-brain delivery of therapeutic agents that circumvents the blood-brain barrier. However, there have been few reports regarding not only the quantitative analysis but also optimal administration conditions and dosing regimens for investigations of nose-to-brain delivery. The limited progress in research on nose-to-brain pathway mechanisms using rodents represents a significant impediment in terms of designing nose-to-brain delivery systems for candidate drugs.
To gain some headway in this regard, we developed and evaluated two novel methods of stable intranasal administration under inhalation anesthesia for experimental animals. We also describe a method for the evaluation of drug distribution levels in the brain via the nose-to-brain pathway using radio-labeled [14C]-inulin (molecular weight: 5,000) as a model substrate of water-soluble macromolecules.
Initially, we developed a pipette-based intranasal administration protocol using temporarily openable masks, which enabled us to perform reliable administration to animals under stable anesthesia. Using this system, [14C]-inulin could be delivered to the brain with little experimental error.
We subsequently developed an intranasal administration protocol entailing reverse cannulation from the airway side through the esophagus, which was developed to minimize the effects of mucociliary clearance (MC). This technique led to significantly higher levels of [14C]-inulin, which was quantitatively detected in the olfactory bulb, cerebrum, and medulla oblongata, than the pipette method. This appears to be because retention of the drug solution in the nasal cavity was substantially increased by active administration using a syringe pump in a direction opposite to the MC into the nasal cavity.
In conclusion, the two methods of intranasal administration developed in this study can be expected to be extremely useful techniques for evaluating pharmacokinetics in rodents. The reverse cannulation method, in particular, could be useful for evaluating the full potential of nose-to-brain delivery of drug candidates.

Here, we describe two novel methods of stable intranasal administration under inhalation anesthesia with minimal physical stress for experimental animals. We also describe a method for quantitative evaluation of drug distribution levels in the brain via the nose-to-brain pathway using radiolabeled [14C]-inulin as a model substrate of water-soluble macromolecules.

הרומן שיטות לניהול תוך-אפי בהרדמה אינהלציה כדי להעריך את האף-אל-מוח תרופות

Intranasal administration has been reported to be a potential pathway for nose-to-brain delivery of therapeutic agents that circumvents the blood-brain ...

Use of MRI-ultrasound Fusion to Achieve Targeted Prostate Biopsy

Here, we present a protocol to perform targeted prostate biopsy using a magnetic resonance imaging-ultrasound (MRI/US) fusion system. Prostate cancer has traditionally been diagnosed via transrectal ultrasound (TRUS) biopsy. Though considered the gold standard, TRUS is unable to visualize most prostate cancer lesions and therefore requires sampling of the entire prostate. This biopsy method often undergrades prostate cancer and fails to detect up to 35% of cancers on initial biopsy. Prostate MRI has been shown to have excellent sensitivity in the detection of cancerous lesions, and advancements in MRI technology during the last decade have led to the development of targeted biopsy. In targeted biopsy, a software platform overlays MRI data onto live TRUS images to create a fused MRI/US three-dimensional model of the prostate. Regions suspicious for malignancy on MRI are contoured by a radiologist, uploaded into the fusion system, and then displayed within the live MRI/US fused model. The urologist is then able to directly biopsy these targets. When compared to conventional TRUS biopsy, MRI/US fusion technology has been demonstrated to improve the detection of clinically significant cancer while reducing insignificant cancer detection. This technology, therefore, has the potential to diagnose prostate cancer primarily in men who would benefit from treatment.

Presented herein is a protocol to perform targeted biopsy of the prostate using an MRI-ultrasound fusion system.

השימוש פיוז'ן MRI-אולטרסאונד כדי להשיג מטרה ביופסיה של הערמונית

Here, we present a protocol to perform targeted prostate biopsy using a magnetic resonance imaging-ultrasound (MRI/US) fusion system. Prostate cancer has ...

High-Throughput Analysis of Optical Mapping Data Using ElectroMap

Optical mapping is an established technique for high spatio-temporal resolution study of cardiac electrophysiology in multi-cellular preparations. Here we present, in a step-by-step guide, the use of ElectroMap for analysis, quantification, and mapping of high-resolution voltage and calcium datasets acquired by optical mapping. ElectroMap analysis options cover a wide variety of key electrophysiological parameters, and the graphical user interface allows straightforward modification of pre-processing and parameter definitions, making ElectroMap applicable to a wide range of experimental models. We show how built-in pacing frequency detection and signal segmentation allows high-throughput analysis of entire experimental recordings, acute responses, and single beat-to-beat variability. Additionally, ElectroMap incorporates automated multi-beat averaging to improve signal quality of noisy datasets, and here we demonstrate how this feature can help elucidate electrophysiological changes that might otherwise go undetected when using single beat analysis. Custom modules are included within the software for detailed investigation of conduction, single file analysis, and alternans, as demonstrated here. This software platform can be used to enable and accelerate the processing, analysis, and mapping of complex cardiac electrophysiology.

This protocol describes the setup and use of ElectroMap, a MATLAB-based open-source software platform for analysis of cardiac optical mapping data. ElectroMap provides a versatile high-throughput tool for analysis of optical mapping voltage and calcium datasets across a wide range of cardiac experimental models.

ניתוח תפוקה גבוהה של נתוני מיפוי אופטי באמצעות מידע אלקטרומגנט

Optical mapping is an established technique for high spatio-temporal resolution study of cardiac electrophysiology in multi-cellular preparations. Here we ...