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.

NOTA: O protocolo foi aprovado pela Universidade de Institutional Review Board do Texas Southwestern Medical Center. 1. Diagrama do Sistema de Distribuição de Gás e Preparação Passos antes do experimento <ol style="margin-left: 40px;"><li> Reveja o diagrama do sistema de fornecimento de gás (Figura 1). Encher um saco de 200 L de Douglas (Item 1) com uma mistura de gás de grau médico, contendo 5% de CO2, 21% de O2, e 74% de N2. </li><li> Coloque dois diafragmas (Item 4) nos dois sentidos da válvula (Item 3) não-reinalação para garantir o fluxo de gás de uma maneira. Traga esta válvula de duas vias montado e o saco de Douglas (Item 1) cheio de gás para a sala de ímã. </li><li> Ligar o tubo de fornecimento de gás (Item # 7) para a extremidade de entrada da válvula de duas vias (Item 3). Fixe o tubo de distribuição de gás (Item 7) ao lado da bobina de cabeça para suporte de peso. Ligar-se a outra extremidade do tubo de fornecimento de gás (Item # 7) para o Douglas cheio de gásbag (Item 1). </li><li> Conecte o bocal (Item 5) para o tubo em forma de U (Item 12) através de um conector cotovelo (Item 13 com porta de amostragem de gás selado). </li><li> Ligue o (Item 9) tubulação-amostragem de gás para o tubo em forma de U (Item 12) através de outro conector cotovelo (Item 13). </li><li> Conecte-se um pequeno filtro de ar (Item 11) para a outra extremidade do tubo-amostragem de gás (Item 9). Ligue a outra extremidade do filtro de ar (Item 11) para o CO 2 (Item 14) monitorar. </li><li> Na sala de controle do conjunto de MRI, ligue CO 2 (Item 14) e oximetria de pulso (Item 15) monitores. Realizar uma auto-calibração do monitor CO 2. </li><li> Ligue os monitores a um laptop usando as portas USB. Abra o software HyperTerminal que se comunica com os monitores. Sincronizar &#39;tempos com um temporizador, anotando o tempo temporizador e correspondente monitores&#39; Os monitores vezes. As diferenças do tempo temporizador e os tempos dos monitores será contabilizada em dados proprocessamento (passo 4.4). </li><li> Insira uma extremidade de uma barra de sinalização em um guia de ondas, de modo que uma extremidade do bar é dentro da sala de ímã e a outra extremidade é na sala de controle. NOTA: A barra de sinalização é usado para notificar o pesquisador dentro da sala de ímã durante a varredura quando se muda da válvula de três vias (Item 2) é necessário. </li></ol> 2. Procedimentos durante o experimento <ol style="margin-left: 40px;"><li> Peça ao indivíduo para se deitar na mesa de MRI mas não coloque ele / ela no magneto ainda. Instrua o assunto para pressionar o botão enfermeira de plantão, se eles se sentem desconforto durante a varredura. Peça ao indivíduo para limpar seu / sua nariz com um pedaço de limpeza umedecido para remover qualquer graxa. </li><li> Instrua o assunto a respirar pela boca e para estabelecer e manter um ritmo de respiração. Em seguida, aplique um clipe nasal (Item 6) sobre o assunto. </li><li> Ligar a extremidade aberta do tubo em forma de U (Item 12) para a porta meio da válvula de duas vias (Item 3), através da elconector de arco (Item 13). </li><li> Delicadamente, coloque o bocal na boca do assunto, para que o assunto possa respirar através do bocal. Delicadamente, anexar o sensor de dedo da oximetria de pulso (Item 15) para a ponta do dedo sobre o assunto. </li><li> Assegurar que a cabeça do sujeito está no centro iso-o da bobina de cabeça. Operar a mesa de ressonância magnética para colocar ele / ela dentro do magneto. </li><li> Certifique-se de que um estadias pesquisador dentro da sala de ímã para acompanhar o assunto e estar preparado para mudar a válvula de três vias no saco Douglas (Item 1). Certifique-se que o pesquisador está usando tampões de ouvido e um fone de ouvido para bloquear o ruído MRI. </li><li> Feche a porta do quarto do ímã e, na sala de controle, verifique a fração saturação EtCO 2 e oxigênio arterial (SO2) parâmetros exibidos no CO 2 (Item 14) e oximetria de pulso (Item 15) monitores. Inicie a gravação dos parâmetros no laptop. </li><li> Instrua o operador de MRI para iniciar a digitalização usando-Oxigenação de nível Dependente Sangue sequência (BOLD). Para scanner de 3T, os parâmetros de imagem BOLD são: TR / TE = 1.500 / 30 ms, flip angle = 60 °, campo de visão = 220 x 220 mm 2, matriz = 64 x 64, 29 fatias, espessura = 5 mm, nenhuma lacuna entre fatias, 361 volumes. Reveja uma folha pré-preparada em que o timing da comutação da válvula está na lista e balançar levemente a barra de sinalização quando um interruptor é necessário. Preste muita atenção para a fisiologia do assunto, incluindo a frequência cardíaca, SO2, e EtCO 2. </li><li> Agora, dentro da sala de ímã, ligar o saco de Douglas (Item 1) com base no movimento do bar de sinalização que controla o tipo de gás que o assunto inspira. </li><li> Repetir o procedimento para o comprimento do estudo. Durante o período de imagem 9 min, garantir que a comutação da válvula ocorre aproximadamente uma vez a cada minuto. Note-se que o momento do interruptor não tem que ser exactamente preciso, enquanto o curso de tempo é gravado EtCO2. &lt;br /&gt; NOTA: Se o sujeito aperta o botão enfermeira de plantão durante a verificação, a análise será cancelado eo assunto será movido para fora do magneto imediatamente. O pesquisador irá remover a peça de boca e nariz clipe do tema. </li><li> Use o interfone para notificar o sujeito que a verificação for concluída. Puxe a tabela de MRI para fora. Remova cuidadosamente o clipe nasal e bocal do assunto, proporcionando a limpeza do tecido ao assunto para limpar qualquer saliva. Remova cuidadosamente o sensor de dedo da oximetria de pulso do assunto. O assunto pode, então, sentar-se e ficar fora da mesa de MRI. </li></ol> 3. Os procedimentos de limpeza após o experimento <ol style="margin-left: 40px;"><li> Descarte o tubo de amostragem de gás (Item 9), filtro de ar (Item 11), bocal (Item 5) e clipe nasal (Item 6). </li><li> Limpe os componentes reutilizáveis. Desligar a válvula de duas vias (Item 3) dos outros componentes e remover os diafragmas (Item 4) da válvula. Mergulhe a two-wayválvula (Item 3), diafragma (Item 4) e tubo em forma de U (Item 12) em um desinfectante sem fosfato concentrado, contendo tensioactivos tais como Bacdown detergente desinfectante num contentor, durante 20 min. A razão de diluição do detergente desinfetante e água destilada é 1:64. </li><li> Lavar os itens descritos em 3,2 cuidadosamente com água destilada. </li><li> Seca-se o tubo em forma de U (Item 12) com ar comprimido. Coloque a válvula de duas vias (Item 3) e diafragmas (Item 4) em uma bancada limpa e deixe-os secar naturalmente e completamente. </li><li> Esvazie o saco de Douglas. Deixe de lado a barra de sinalização e cinza tubo. </li></ol> 4. Análise de dados para calcular CVR Mapa <ol style="margin-left: 40px;"><li> Salve os dados de ressonância magnética em formato de arquivo Dicom ou qualquer outro formato específico do fornecedor. Transferir os dados para um computador do laboratório e converter os dados em volume-por-volume de série de ficheiros, em que cada ficheiro contém um volume 3D (por exemplo, imagem NEGRITO) correspondente a um ponto de tempo. </li><li> Pré-processar os dados de imagem. Execute as etapas de pré-processamento de imagem, incluindo o realinhamento, a normalização, e alisamento usando um script que chama funções de biblioteca fornecidos pelo software Statistical Parametric Mapping (SPM). Ver arquivo de código suplementar 1 para um exemplo do script Matlab. </li><li> Use um script para ler a gravação CO 2, corrigir o atraso tubulação de amostragem, deslocando o curso do tempo por um montante pré-calibrado (por exemplo, 12 seg nesta configuração que é determinado como a diferença de tempo entre um fôlego para a peça e da boca aparência de que a respiração na gravação CO2), e extrair EtCO2 que é o envelope (picos positivos) da série histórica cru. Ver arquivo de código suplementar 2 para o script Matlab. </li><li> Com base na sincronização do temporizador, os dados do segmento de EtCO 2 para manter apenas o registo de 25 segundos antes da aquisição de imagem do primeiro para 100 segundos após a última aquisição de imagem. O decurso de tempo é de EtCO 2a função de entrada para a vasculatura e é usada como uma variável independente na análise de regressão linear descrito mais tarde. </li><li> Identificar o atraso entre fisiológico EtCO 2 (medido no pulmão) e sinal de IRM (medido no cérebro), calculando o coeficiente de correlação cruzada (CC) entre estes dois cursos de tempo em diferentes deslocamentos de tempo. O valor do desvio que produz maior CC é considerado o momento ideal. </li><li> O curso de tempo de EtCO 2 é deslocado pelo atraso óptimo e apenas os pontos de tempo correspondentes às do sinal de IRM são conservados, o que resulta em uma série de tempo que são do mesmo comprimento que o sinal de IRM. </li><li> Conduzir uma regressão voxel-a-voxel linear usando SPM em que o curso de tempo EtCO2 mudou é a variável independente e evolução temporal do sinal MRI é a variável dependente. </li><li> Calcule mapa voxel-a-voxel de CVR <img alt="Equação 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52306/52306eq1.jpg" /> onde (i, j, k) é tele voxel índice, β1 é o coeficiente de regressão associado com EtCO2 e β0 é o coeficiente de regressão associado com o termo constante. min (EtCO 2) é o valor mínimo de EtCO 2 no decurso do tempo. </li></ol>

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	<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.

Este relatório apresentado um sistema de fornecimento de gás MR-compatível e um protocolo experimental exaustivo que permite o mapeamento da reactividade vascular no cérebro humano. Um diagrama do sistema de fornecimento de gás é ilustrada na Figura 1. Todas as peças dentro da sala de scanner a MRI são de plástico para garantir a sua compatibilidade MRI. O sistema pode ser conceitualmente dividido em três sub-sistemas, incluindo um sub-sistema de entrada de gás (saco, tubo de entrega, válvula de duas vias), um sub-sistema de interface de respiração (nariz clipe, bocal, U-forma de tubo), e um sub-sistema de monitoramento (concentração de CO 2, saturação de oxigênio, frequência cardíaca, frequência respiratória). O sub-sistema de entrada de gás permite que o gás a ser inalado para atingir a válvula de duas vias. Apenas o ar inalado, mas não o ar exalado, fluirá através deste sub-sistema. O sub-sistema de interface de respiração permite que o sujeito a inspirar e expirar o gás destinado. Ambos gás inalado e exalado fluirá através deste sub-sistema. O monitoring sub-sistema deve, por conseguinte, a amostra de gás a um ponto ao longo do sub-sistema de interface de respiração. As aplicações clínicas desta técnica podem incluir as avaliações de reserva vascular cerebral em doenças neurológicas, tais como acidente vascular cerebral, aterosclerose, doença de moyamoya, demência vascular, esclerose múltipla, e tumor cerebral. A técnica também pode ser usada em estudos de MRI funcionais para normalizar ou calibrar sinal IRMf para uma melhor quantificação da actividade neural 23,24. Uma característica importante do sistema proposto e protocolo experimental é que a mistura de gás pode ser entregue ao sujeito ao mesmo tempo fazendo com que o movimento ou o mínimo de desconforto. Portanto, é crítico para colocar o tubo em forma de U (Item 12) de tal modo que (e com o bocal ligado à extremidade do mesmo) cai naturalmente para baixo na boca do sujeito. Dessa forma, o sujeito não precisa usar seu músculo facial para manter ou apoiar a porta-voz. É também de importaçãoant estar ciente de que o assunto não será capaz de falar enquanto o bocal está na sua boca. Portanto, o pesquisador deve evitar falar do assunto com um tom de pergunta. Em vez disso, apenas instruções claras e definitivas devem ser dadas. Além disso, um pesquisador deve prestar muita atenção para os parâmetros fisiológicos (por exemplo, EtCO 2, SO 2, freqüência cardíaca, freqüência respiratória) durante todo o curso da experiência e responder prontamente quando um ou mais dos parâmetros fisiológicos desviar fora do alcance típico . Enquanto um levantamento exaustivo de outros sistemas de distribuição de gás utilizado na literatura está além do escopo deste artigo, é útil para comparar o sistema atual para alguns dos mais comumente utilizados 17,18. A principal diferença é que o nosso sistema utiliza um bocal para distribuir o gás pretendido enquanto a maioria dos outros sistemas têm usado uma máscara no cartão. As potenciais complicações do uso de uma máscara são duas dobras. Em primeiro lugar, uma máscara occupies uma quantidade substancial de espaço, e isso nem sempre pode ser viável para se ajustar a máscara para o espaço apertado dentro da bobina de cabeça, considerando-se que, para muitos temas, seus narizes seria quase tocar a bobina de cabeça, mesmo sem uma máscara. Este é especialmente o caso de bobinas de cabeça destinadas a alcançar alta sensibilidade, que geralmente são projetados para caber firmemente a cabeça do sujeito. Uma segunda complicação associada com um projecto de máscara é que não há grande espaço no interior da máscara, que resulta na mistura substancial de gás inspirado e expirado. Consequentemente, isso poderia afetar a precisão da medição de EtCO 2, que, idealmente, deve ser baseada em apenas gás expirado. Accurate EtCO 2 é, obviamente, importante para a confiabilidade do mapa CVR. Outra diferença importante do nosso sistema, em comparação com muitos outros sistemas é que o sistema proporciona o gás a partir de um saco, em vez de um tanque de gás. Por isso, os tanques não são necessários na área de scanner, economizando espaço precioso na cont<html> quarto rol de um conjunto de ressonância magnética. Em nosso projeto, nós trazemos o saco antes do início do exame e, após a verificação, a bolsa é esvaziada, dobrado, e pôr de lado. Finalmente, em relação a vários outros sistemas de 18,21, o actual sistema de fornecimento de gás é mais simples, requer menos tempo de formação, e os consumiveis são menos caros. Deve salientar-se que, embora o protocolo apresentado no presente relatório tem focado principalmente na inalação de CO 2, o sistema de fornecimento de gás apresentada permite a entrega de outras misturas de gás (por exemplo, a fracção de O2, qualquer fracção de CO 2, qualquer fracção de N 2, e a sua combinação) a um ser humano para que respirem enquanto que ele / ela está deitada dentro de um scanner de IRM. Pode-se também utilizar o sistema de distribuição de gás fora do contexto de ressonância magnética, por exemplo, em conjunto com electroencefalograma (EEG), magnetoencephalogram (MEG), tomografia de emissão de positrões (PET), ou imagiologia óptima. _content &quot;&gt; Ao fornecer uma recomendação de parâmetros de imagem, temos focado principalmente na sequência BOLD. Outra sequência que pode ser potencialmente utilizado em mapeamento CVR é Arterial Labeling rotação (ASL) MRI, que fornece uma medida quantitativa do fluxo sanguíneo cerebral (CBF) em unidades fisiológicas (ml de sangue por 100 g de tecido por minuto). Por conseguinte, a vantagem de mapeamento baseada no ASL CVR é que os resultados são mais fáceis de interpretar, ao contrário do sinal NEGRITO que reflecte um efeito combinado de fluxo de sangue, o volume de sangue, bem como possíveis contribuições de alterações metabólicas cerebrais durante 2 CO desafio 25-27. No entanto, uma limitação da técnica de ASL que é a sua sensibilidade é várias dobras menor do que a NEGRITO 28. Como resultado, a nossa experiência é de que, actualmente, é altamente desafiador para obter um nível individual, voxel-a-voxel CVR mapa usando ASL. Por isso, para os estudos de aplicação da CVR, que utilizam principalmente a sequência BOLD e, portanto, também incidir sobre essa técnica em UOrecomendações r. Uma limitação do presente método é que a respiração através de um bocal com o nariz entupido (por um clipe de nariz) não é totalmente natural e algumas disciplinas (especialmente pacientes) podem perceber isso como uma fonte de desconforto. Respirando com o bocal e pinça nasal também podem agravar a sensação de claustrofobia. Além disso, o sujeito pode sentir a boca seca devido à respiração pela boca só. Portanto, recomenda-se que o pesquisador tentar o seu melhor para completar a experiência rapidamente. Finalmente, é importante observar que, com base na experiência dos autores, o potencial desconforto mencionado acima é transitória e desaparece logo que a experiência é terminada.

O cérebro representa cerca de 2% do peso total do corpo, mas consomem cerca de 20% do total de energia 1. Não surpreendentemente, o fornecimento de sangue suficiente e cuidadosamente regulado é fundamental para atender a essa demanda de alta energia e para o cérebro para funcionar corretamente. Além disso, o cérebro é um órgão heterogêneo espacialmente e temporalmente dinâmico, com diferentes regiões requerem uma quantidade diferente de fornecimento de sangue no momento diferente. Assim, a modulação dinâmica de fornecimento de sangue representa um requisito importante na circulação cerebral humano. Felizmente, sabe-se que os vasos sanguíneos não são tubos rígidos e que apenas uma função importante do vaso sanguíneo é a dilatar e contrair com base na procura do cérebro e condições fisiológicas 2. Esta propriedade funcional do recipiente, conhecido como cérebro-vascular-reactividade (CVR), é pensado para ser um indicador seja útil da saúde vascular e pode encontrar aplicações em vários condici neurológicans como acidente vascular cerebral 3, demência 4, 5 aterosclerose, doenças de pequenos vasos 6, 7 tumor cerebral, doença moyamoya 8 e 9 de toxicodependência. Em fisiologia e literatura anestesiologia, sabe-se que, porque o CO 2 gasoso é um vasodilatador potente, RVC pode ser avaliada por alteração do nível de CO 2 arterial (por exemplo, inalação de uma pequena quantidade de CO 2) durante o acompanhamento de respostas vasculares 10-13 . No campo de imagem e radiologia, mapeamento CVR usando MRI está rapidamente emergindo como um novo marcador de interesse para muitos cientistas básicos e clínicos 8,14-19. Ele geralmente é estimado examinando como resposta vascular muito é induzida por um desafio vasoativas. No entanto, existe uma necessidade de avanços técnicos no sistema de fornecimento de gás e normalização do protocolo experimental. Cumprindo mistura de gás especial para um assunto dentro do scanner de ressonância magnética não é trivial e considerações especiaissão necessários para um projeto MRI compatível. Considerações especiais são necessários na concepção de sistema de fornecimento de gás MRI compatível. Estas considerações especiais incluem: 1) todos os componentes devem ser não-metálicos (metal não pode ser usado dentro de MRI); 2) O sistema deve funcionar dentro de um pequeno espaço que o sistema de ressonância magnética e sua bobina de cabeça permitir; 3) o sistema deve funcionar com uma posição deitada (como scanner de ressonância magnética requer) em vez de sentar-se, sem qualquer desconforto; 4) os parâmetros fisiológicos relevantes, tais como CO2 ao final da expiração (EtCO2, uma aproximação do teor de CO2 no sangue arterial) e saturação de oxigênio arterial, devem ser registradas com precisão com segundos de precisão de tempo e armazenados em um computador para uso análise. Esses problemas podem limitar o âmbito de aplicações de mapeamento CVR. Neste relatório, nós apresentamos um protocolo experimental que usa um sistema de fornecimento de gás abrangente para modular o conteúdo de gás inspirado, enquanto o assunto está deitado dentro do scanner de ressonância magnética. Nósing esta abordagem, o pesquisador pode não invasiva aplicar um estímulo vasoativas para o participante com o mínimo de desconforto ou movimento em massa. Os parâmetros fisiológicos e imagens de ressonância magnética foram registrados durante todo o período de cerca de 9 min, que consistiu de blocos alternativos (1 min por bloco) de sala de ar e respiração gás hipercápnico. Os resultados representativos são apresentados. Aplicações e limitações potenciais são discutidos.

<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

O cérebro é um órgão heterogêneo espacialmente e temporalmente dinâmico, com diferentes regiões requerem uma quantidade diferente de fornecimento de sangue no momento diferente. Por conseguinte, a capacidade dos vasos sanguíneos para dilatar ou contrair, conhecido como cérebro-vascular-reactividade (CVR), representa um importante domínio de função vascular. Um marcador de imagem que representa esta dinâmica propriedade irá fornecer novas informações dos vasos cerebrais, em condições normais e doentes, tais como acidente vascular cerebral, demência, aterosclerose, doenças de pequenos vasos, tumor cerebral, traumatismo crânio-encefálico, e esclerose múltipla. A fim de realizar este tipo de medição nos seres humanos, é necessário entregar um estímulo vasoativas, como CO 2 e O 2 ou mistura / gás, enquanto cerebrais quantitativa de imagens de ressonância magnética (MRI) estão sendo coletados. Neste trabalho, apresentamos um sistema compatível MR-entrega de gás e o protocolo associado que permite a entrega de misturas de gases especiais (por exemplo, </em&gt; O 2, CO 2, N 2, e suas combinações), enquanto o assunto está deitado dentro do scanner de ressonância magnética. Este sistema é relativamente simples, econômico e fácil de usar, e do protocolo experimental permite o mapeamento preciso da CVR, tanto em voluntários saudáveis ​​e pacientes com distúrbios neurológicos. Esta abordagem tem o potencial para ser utilizada em aplicações clínicas gerais e para uma melhor compreensão da fisiopatologia vascular cerebral. No vídeo, que demonstram como configurar o sistema dentro de uma suíte de MRI e como realizar uma experiência completa em um participante humano.

Dois tipos de dados são coletados com o protocolo proposto, gravações fisiológicas e imagens de RM. As figuras 2 e 3 mostram gravações de parâmetros fisiológicos de um sujeito representativo. Preto traço na Figura 2 mostra a evolução no tempo gravados de CO 2 CO 2 pelo monitor, o que representa o teor de CO 2 em ar recolhido próxima do bocal. Note-se que este rastreio varia rapidamente como uma função do tempo. Isto porque, durante a fase de inalação do ciclo respiratório, esta gravação reflecte o teor de CO 2 no ar a inalação e, durante a fase de expiração, este gravação reflecte o teor de CO 2 no ar exalado. Como tal, o pico superior de cada ciclo respiratório, referido como end-tidal CO 2 ou de EtCO 2, representa o teor de CO 2 no pulmão, que pode ser usado como aproximadamente a concentração de CO 2 no sangue arterial. Th Notaa concentração de CO 2 no sangue arterial é a força motriz, ou seja, a função de entrada, da resposta vasodilatadora. Os picos de CO 2 a traço (curva a vermelho na Figura 2) foram delineados com um algoritmo de detecção que procura o pico durante cada respiração, em combinação com o manual de inspecção e correcção. Isto foi seguido por uma filtragem de média para remover picos bruscas devido a respiração parcial e ter em conta para a mistura de sangue durante o curso do fluxo de vasos pulmonares para os vasos cerebrais. O curso de tempo final de EtCO 2 é mostrado pela curva de verde na Figura 2 e que é utilizado no cálculo de RVC. A Figura 3 mostra os períodos de freqüência respiratória, a fração de saturação de oxigênio arterial (SO 2), e freqüência cardíaca. A taxa de respiração é obtido a partir do monitor de CO 2, enquanto SO 2 e da frequência cardíaca são obtidos a partir da oximetria de pulso. Como pode ser seen, esses parâmetros não mostrar uma mudança sistemática com o desafio hipercapnia. Note-se que cause hipercapnia hiperventilação no sujeito, portanto, a pressão parcial de O2 no pulmão irá aumentar modestamente. No entanto, o seu impacto no SO 2 é mínima como hemoglobina no sangue já em grande parte saturada a respiração quarto com ar condicionado e a curva de dissociação de oxigênio é bastante plana dentro desse intervalo. A Figura 4 mostra imagens BOLD representativos de RM em tempo diferente do experimento. A intensidade do sinal médio (em unidades arbitrárias MR) também é mostrada. Pode ser visto que o sinal NEGRITO no cérebro mostra um aumento com inalação de CO 2. Note-se que a diferença de sinal entre a sala com ar condicionado e CO 2 períodos é da ordem de 1-3% em amplitude. Figura 5 mostra representativa Combinando dados de gravações fisiológicas e imagens de RM, a CVR mapa voxel-a-voxel pode ser computado.Mapas CVR (em unidades de mudança de sinal% ao mmHg CO 2 mudança) de um indivíduo saudável digitalizada em cinco dias diferentes, demonstrando uma excelente reprodutibilidade dos resultados. A técnica proposta até agora tem sido aplicado em estudos de envelhecimento 20, Doença 4 de Alzheimer, esclerose múltipla 21, e exercício de treinamento 22. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig1highres.jpg" /> Figura 1. Esquema do sistema de fornecimento de gás. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig1large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig2highres.jpg" /> Figura 2. CO 2 curso de tempo de um sujeito representante dutocar o experimento. Segmentos do teor de CO 2 trace respiração por respiração como registrado pelo monitor de CO 2 são mostradas para período respirando ar ambiente (inferior esquerdo) e 5% de CO 2 período de inalação (inferior direito). EtCO 2 cursos de tempo extraídos são mostrados em curvas coloridas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig3highres.jpg" /> Figura 3. Gravado parâmetros fisiológicos de um sujeito representativo durante o experimento. (A) taxa de respiração (bpm, respiração por minuto) curso de tempo do assunto. (B), de modo 2 (%) curso de tempo do assunto. (C) Coração taxa (bpm, batimentos por minuto) curso de tempo do assunto. O assunto é o<html> mesmo como que na Figura 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig3large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig4highres.jpg" /> Figura 4. Representante imagens de RM corajosa no horário diferente do experimento. Intensidades de sinal médios da fatia do cérebro exibido (fatia axial Número 54 no espaço MNI) são mostrados na linha de baixo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig4large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig5highres.jpg" /> Figura 5. Representante CVR mapa de um sujeito representativo..jove.com / files / ftp_upload / 52306 / &quot;target =&quot; _ 52306fig5large.jpg blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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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).

Mapeamento MRI de Cerebrovascular Reatividade via gás para inalação Desafios

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

13.8K visualizações.  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).

Vídeo: 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.

Microcirúrgica venoso Bolsa Bifurcação Arterial-aneurismas no Modelo de Coelho: Aspectos Técnicos

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

Medicina

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.

Visualização e análise do fluxo sangüíneo e consumo de oxigênio na microcirculação hepática: aplicação para um modelo Hepatite Aguda

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

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.

Coordenar Mapeamento de hiolaríngeo Mecânica em engolir

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

Candida albicans Biofilm Development on Medically-relevant Foreign Bodies in a Mouse Subcutaneous Model Followed by Bioluminescence Imaging

Candida albicans biofilm development on biotic and/or abiotic surfaces represents a specific threat for hospitalized patients. So far, C. albicans biofilms have been studied predominantly in vitro but there is a crucial need for better understanding of this dynamic process under in vivo conditions. We developed an in vivo subcutaneous rat model to study C. albicans biofilm formation. In our model, multiple (up to 9) Candida-infected devices are implanted to the back part of the animal. This gives us a major advantage over the central venous catheter model system as it allows us to study several independent biofilms in one animal. Recently, we adapted this model to study C. albicans biofilm development in BALB/c mice. In this model, mature C. albicans biofilms develop within 48 hr and demonstrate the typical three-dimensional biofilm architecture. The quantification of fungal biofilm is traditionally analyzed post mortem and requires host sacrifice. Because this requires the use of many animals to perform kinetic studies, we applied non-invasive bioluminescence imaging (BLI) to longitudinally follow up in vivo mature C. albicans biofilms developing in our subcutaneous model. C. albicans cells were engineered to express the Gaussia princeps luciferase gene (gLuc) attached to the cell wall. The bioluminescence signal is produced by the luciferase that converts the added substrate coelenterazine into light that can be measured. The BLI signal resembled cell counts obtained from explanted catheters. Non-invasive imaging for quantifying in vivo biofilm formation provides immediate applications for the screening and validation of antifungal drugs under in vivo conditions, as well as for studies based on host-pathogen interactions, hereby contributing to a better understanding of the pathogenesis of catheter-associated infections.

Candida albicans Biofilm Development on Medically-relevant Foreign Bodies in a Mouse Subcutaneous Model Followed by Bioluminescence Imaging

We present an experimental procedure of Candida albicans biofilm development in a mouse subcutaneous model. Fungal biofilms were quantified by determining the number of colony forming units and by a non-invasive bioluminescence imaging, where the amount of light that is produced corresponds with the number of viable cells.

Candida albicans biofilme Desenvolvimento on Foreign Bodies medicamente relevantes numa subcutânea modelo do rato Seguido por bioluminescência Imagem

Candida albicans biofilm development on biotic and/or abiotic surfaces represents a specific threat for hospitalized patients. So far, C. albicans ...

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.

Etapas de preparação para medição de reatividade no Mouse arteríolas retina Ex Vivo

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.

Novos métodos para a Administração Intranasal sob anestesia por inalação para avaliar a entrega da droga de nariz-de-Brain

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.

Uso da fusão de MRI-ultra-som para atingir o alvo biópsia de próstata

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

A Novel Inhalation Mask System to Deliver High Concentrations of Nitric Oxide Gas in Spontaneously Breathing Subjects

Nitric Oxide (NO) is administered as gas for inhalation to induce selective pulmonary vasodilation. It is a safe therapy, with few potential risks even if administered at high concentration. Inhaled NO gas is routinely used to increase systemic oxygenation in different disease conditions. The administration of high concentrations of NO also exerts a virucidal effect in vitro. Owing to its favorable pharmacodynamic and safety profiles, the familiarity in its use by critical care providers, and the potential for a direct virucidal effect, NO is clinically used in patients with coronavirus disease-2019 (COVID-19). Nevertheless, no device is currently available to easily administer inhaled NO at concentrations higher than 80 parts per million (ppm) at various inspired oxygen fractions, without the need for dedicated, heavy, and costly equipment. The development of a reliable, safe, inexpensive, lightweight, and ventilator-free solution is crucial, particularly for the early treatment of non-intubated patients outside of the intensive care unit (ICU) and in a limited-resource scenario. To overcome such a barrier, a simple system for the non-invasive NO gas administration up to 250 ppm was developed using standard consumables and a scavenging chamber. The method has been proven safe and reliable in delivering a specified NO concentration while limiting nitrogen dioxide levels. This paper aims to provide clinicians and researchers with the necessary information on how to assemble or adapt such a system for research purposes or clinical use in COVID-19 or other diseases in which NO administration might be beneficial.

This simple and highly adaptable system device for the inhalation of high-concentration nitric oxide (NO) gas does not require mechanical ventilators, positive pressure, or high gas flows. Standard medical consumables and a snug-fitting mask are used to safely deliver NO gas to spontaneously breathing subjects.

Um novo sistema de máscara de inalação para fornecer altas concentrações de gás óxido nítrico em sujeitos de respiração espontânea

Nitric Oxide (NO) is administered as gas for inhalation to induce selective pulmonary vasodilation. It is a safe therapy, with few potential risks even if ...

Creation of Two Saccular Elastase-Digested Aneurysms with Different Hemodynamics in One Rabbit

Preclinical animal models with hemodynamic, morphologic, and histologic characteristics close to human intracranial aneurysms play a key role in the understanding of the pathophysiological processes and the development and testing of new therapeutic strategies. This study aims to describe a new rabbit aneurysm model that allows the creation of two elastase-digested saccular aneurysms with different hemodynamic conditions within the same animal.
Five female New Zealand white rabbits with a mean weight of 4.0 (&#177; 0.3) kg and mean age of 25 (&#177;5) weeks underwent microsurgical stump and bifurcation aneurysm creation. One aneurysm (stump) was created by right common carotid artery (CCA) exposure at its origin at the brachiocephalic trunk. A temporary clip was applied at the CCA origin and another, 2 cm above. This segment was treated with a local injection of 100 U of elastase for 20 min. A second aneurysm (bifurcation) was created by suturing an elastase-treated arterial pouch into the end-to-side anastomosis of the right CCA to left CCA. Patency was controlled by fluorescence angiography immediately after creation.
The average duration of surgery was 221 min. The creation of two aneurysms in the same animal was successful in all rabbits without complication. All aneurysms were patent immediately after surgery except for one bifurcation aneurysm, which showed an extreme tissue reaction due to elastase incubation and an immediate intraluminal thrombosis. No mortality was observed during surgery and up to one-month follow-up. Morbidity was limited to a transient vestibular syndrome (one rabbit), which recovered spontaneously within one day.
Demonstrated here for the first time is the feasibility of creating a two-aneurysm rabbit model with stump and bifurcation hemodynamic characteristics and highly degenerated wall conditions. This model allows the study of the natural course and potential treatment strategies on the basis of aneurysm biology under different flow conditions.

This protocol describes the steps for the creation of a rabbit model with two elastase-digested aneurysms with different hemodynamics (stump and bifurcation constellation). This allows the testing of novel endovascular devices in aneurysms with different angioarchitecture and hemodynamic conditions within a single animal.

Criação de dois aneurismas saculares digeridos por elastase com hemodinâmicas diferentes em um coelho

Preclinical animal models with hemodynamic, morphologic, and histologic characteristics close to human intracranial aneurysms play a key role in the ...

A Silicosis Mouse Model Established by Repeated Inhalation of Crystalline Silica Dust

Silicosis can be caused by exposure to respiratory crystalline silica dust (CSD) in an industrial environment. The pathophysiology, screening, and treatment of silicosis in humans have all been extensively studied using the mouse silicosis model. By repeatedly making mice inhale CSD into their lungs, the mice can mimic the clinical symptoms of human silicosis. This methodology is practical and efficient in terms of time and output and does not cause mechanical injury to the upper respiratory tract due to surgery. Furthermore, this model can successfully mimic acute/chronic transformation process of silicosis. The main procedures were as follows. The sterilized 1-5 &#181;m CSD powder was fully ground, suspended in saline, and dispersed in an ultrasonic water bath for 30 min. Mice under isoflurane-induced anesthesia switched from shallow rapid breathing to deep, slow aspiration for approximately 2 s. The mouse was placed in the palm of a hand, and the thumb tip gently touched the lip edge of the mouse's jaw to straighten the airway. After each exhalation, the mice breathed in the silica suspension drop by drop through one nostril, completing the process within 4-8 s. After the mice's breathing had stabilized, their chest was stroked and caressed to prevent the inhaled CSD from being coughed up. The mice were then returned to the cage. In conclusion, this model can quantify CSD along the typical physiological passage of tiny particles into the lung, from the upper respiratory tract to the terminal bronchioles and alveoli. It can also replicate the recurrent exposure of employees due to work. The model can be performed by one person and does not need expensive equipment. It conveniently and effectively simulates the disease features of human silicosis with high repeatability.

This protocol describes a method for establishing a mouse model of silicosis through repeated exposure to silica suspensions via a nasal drip. This model can efficiently, conveniently, and flexibly mimic the pathological process of human silicosis with high repeatability and economy.