АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

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).

Аннотация

Мозг пространственно неоднородны и временно динамичным органом, с разных регионов требует различное количество кровоснабжения в разное время. Таким образом, способность кровеносных сосудов, или сжиматься, известный как церебральный-сосудистой реактивности (CVR), представляет собой важный область сосудистой функции. Изображений маркер, представляющий эту динамическое свойство будет поставлять новую информацию, сосудов головного мозга в норме и при болезненных состояниях, таких как инсульт, деменция, атеросклероз, заболевания малых судов, опухоли головного мозга, черепно-мозговой травмой, и рассеянный склероз. Для того, чтобы выполнить этот тип измерения в людях, надо поставить вазоактивные стимулы, такие как СО 2 и / или O 2 газовой смеси, а количественный мозга магнитно-резонансные изображения (МРИ) в настоящее время собираются. В этой работе мы представили МР-совместимой системы газ-доставки и связанный с ним протокол, который позволит поставку специального газовых смесей (например, 2, CO 2, N 2, а также их комбинации), а предметом лежит внутри МРТ сканера. Эта система является относительно простым, экономичным и простым в использовании, и экспериментальный протокол позволяет точно отображение CVR в обоих здоровых добровольцев и больных с неврологическими расстройствами. Этот подход имеет потенциал, чтобы быть использован в широком клиническом применении и лучшему пониманию мозга сосудистого патофизиологии. В видео мы покажем, как настроить систему внутри пакета МРТ и как выполнить полный эксперимент на человеческом участника.

Введение

Мозг составляет около 2% от общего веса тела, но потребляет около 20% общей энергии 1. Не удивительно, что достаточно и тщательно регулируется кровоснабжение имеет решающее значение для достижения этой высокой потребности в энергии и для мозга, чтобы функционировать должным образом. Кроме того, мозг пространственно неоднородным и по времени динамической органом, с различных регионов требует различное количество кровоснабжения в разное время. Таким образом, динамические модуляции кровоснабжения представляет собой важное требование в человеческой мозгового кровообращения. К счастью, известно, что кровеносные сосуды не только жесткие трубы, и что важной функцией кровеносный сосуд, чтобы расширить и сужают на основании спроса мозга и физиологических условиях 2.

Это функциональное свойство судна, известного как церебральная сосудистая реактивность (ЦВР), считается полезным показателей и сосудистой здоровья и может найти применение в некоторых неврологических Conditioнс, такие как инсульт 3, слабоумие 4, атеросклероз 5, заболквания сосуд 6, опухоли головного мозга 7, мойа-мойа болезни 8 и наркомании 9. В физиологии и анестезиологии литературе, известно, что, поскольку СО 2 газа является мощным сосудорасширяющее, CVR может быть оценена путем изменения артериального CO 2 уровень (например, вдыхание небольшого количества CO 2) при контроле сосудистых реакций 10-13 , В области визуализации и радиологии, отображение CVR с помощью МРТ быстро превращается в новый маркер интерес для многих основных ученых и клиницистов 8,14-19. Это, как правило, оценивается путем изучения, сколько сосудистой ответ индуцируется вазоактивной вызов. Тем не менее, есть необходимость в технических достижений в системе подачи газа и стандартизации протокола эксперимента. Доставка особое газовой смеси к объекту внутри сканера МРТ не является тривиальной и особые соображения,требуется для МРТ-совместимый дизайн. Особые соображения должны в разработке МРТ-совместимый систему подачи газа. Эти специальные меры включают: 1) все компоненты должны быть неметаллическим (металл не могут быть использованы в МРТ); 2) система должна работать в небольшом пространстве, что система МРТ и его голова катушка позволяет; 3) система должна работать с лежачим положением вниз (как томограф требуется) вместо того, чтобы сидеть на, без дискомфорта; 4) соответствующие физиологические параметры, такие как в конце выдоха CO2 (EtCO2, приближения содержания СО2 в артериальной крови) и артериальной насыщения кислородом, должны быть записаны точно с секундами точности синхронизации и хранится на компьютере для использования анализа. Эти проблемы могут ограничить сферу применения карт CVR.

В этом отчете мы представили экспериментальный протокол, который использует комплексную систему подачи газа для модуляции содержание вдохновенного газе, а предмет, лежащий внутри сканера МРТ. Намции этого подхода, исследователь может неинвазивно применять вазоактивные стимулы для участника с минимальным дискомфортом или объемной движения. Были записаны физиологических параметров и МРТ в течение всего периода примерно 9 мин, которая состояла из чередующихся блоков (1 мин на каждый блок) в комнатной воздуха и гиперкапнической газа дыхания. Представитель результаты. Обсуждаются перспективы использования и ограничения.

протокол

ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол исследования был одобрен университета ведомственного комитета Техаса Юго-западного медицинского центра.

1. Схема газовой системы доставки и предварительные шаги перед экспериментом

  1. Прочтите схема системы подачи газа (рис 1). Заполните 200 L Douglas мешок (Item # 1) со смесью лечебно-класса газа, содержащего 5% СО 2, 21% O 2 и 74% N 2.
  2. Поместите две диафрагмы (пункт # 4) в двусторонней не-передыханию клапана (Item # 3), чтобы убедиться в отсутствии в одну сторону газа. Принесите этот собранный двухсторонний клапан и заполненный газом Дуглас мешок (пункт 1 #) в магнит комнате.
  3. Подключите подачи газа труба (Item # 7) к входному концу двух-ходовым клапаном (пункт 3). Прикрепите подачи газа труба (Item # 7) в сторону головы катушки для поддержки веса. Подключите другой конец подачи газа трубки (Item # 7) к заполненной газом Дугласмешок (Item # 1).
  4. Подключите мундштук (Item # 5) к U-образной трубки (Item # 12) через локоть-разъем (Item # 13 с портом отбора проб газа Sealed).
  5. Подключите отбора проб газа шланг (Item # 9) к U-образной трубки (Item # 12) через другой локтя разъем (Item # 13).
  6. Подключите небольшой воздушный фильтр (Item # 11) к другому концу трубки отбора проб газа (Item # 9). Подключите другой конец воздушного фильтра (Item # 11) к CO 2 (Item # 14) контролировать.
  7. В контрольной комнате люкс МРТ, включите CO 2 (Item # 14) и пульсоксиметрии (Item # 15) мониторов. Выполните автоматическую калибровку для CO 2 монитора.
  8. Подключите мониторы к ноутбуку с помощью порта USB. Откройте программное обеспечение HyperTerminal, которая взаимодействует с мониторами. Синхронизация "раз с таймером, записывая время таймера и соответствующих мониторов в мониторах раз. Различия времени по таймеру и время мониторах будут учитываться в профи данныхботки (шаг 4.4).
  9. Вставьте один конец стержня сигнализации в волноводе так, что один конец стержня находится внутри магнита комнате, а другой конец находится в диспетчерской.
    ПРИМЕЧАНИЕ: бар сигнализации используется для уведомления исследователя внутри магнита комнате во время сканирования при переключении из трех-ходовым клапаном (Item # 2) необходимо.

2. Процедуры в ходе эксперимента

  1. Попросите его лечь на стол МРТ, но не ставьте его / ее в отверстие магнита еще. Попросите объект съемки нажмите кнопку медсестра-вызова, если они чувствуют дискомфорт во время сканирования. Попросите его, чтобы уничтожить его / ее нос кусок очистки салфеткой, чтобы удалить жир.
  2. Поручить подлежат дышать через рот и установить и поддерживать ритм дыхания. Затем нанесите зажим для носа (Item # 6) по этому вопросу.
  3. Подключите открытый конец U-образной трубки (Item # 12) к среднему порту два-ходового клапана (Item # 3) через эллук разъем (Item # 13).
  4. Аккуратно поместите мундштук в рот субъекта, так что субъект может дышать через мундштук. Аккуратно прикрепите датчик пальцем пульсоксиметрии (Item # 15) до кончика пальца субъекта.
  5. Убедитесь, что глава субъекта в ISO-центре главного катушки. Используйте таблицу МРТ поместить его / ее в отверстие магнита.
  6. Убедитесь, что один исследователь остается внутри магнита комнате, чтобы следить за предмет и быть готовым, чтобы переключить трехходовой клапан на сумке Дугласа (Item # 1). Убедитесь, что исследователь носит затычки для ушей и гарнитуры блокировать МРТ шум.
  7. Закройте дверь магнит номера, а в контрольной комнате, проверить фракции насыщения EtCO 2 и артериальной крови кислородом (SO 2), отображаемые на CO 2 (Item # 14) и пульсоксиметрии (Item # 15) Мониторы параметры. Начните запись параметров на ноутбуке.
  8. Попросите оператора МРТ, чтобы начать сканирование с помощьюКровь-оксигенации-в зависимости от уровня (выделены жирным шрифтом) последовательность. Для 3T магнитно-резонансной томографии, параметры BOLD изображений являются: TR / TE = 1500/30 мс, флип угол = 60 °, поле зрения = 220 х 220 мм 2, матрица = 64 х 64, 29 ломтиков, толщина = 5 мм, не было зазора между ломтиками, 361 томов. Обзор предварительно подготовленную лист, на котором сроки переключающий клапан указаны и осторожно поверните бар сигнализации, когда переключатель необходимости. Обратите особое внимание на физиологии субъекта, в том числе сердечных сокращений, SO 2, и Eţco 2.
  9. Теперь, внутри магнита комнате, включить мешка Дугласа (Item # 1), основанный на движении панели сигнализации, который контролирует тип газа, который подлежит внушает.
  10. Продолжить эту процедуру для длины исследовании. В течение периода формирования изображения 9 мин, гарантировать, что переключающий клапан происходит примерно один раз каждую минуту. Обратите внимание, что время перехода не обязательно должны быть абсолютно точным, так долго, как раз, конечно EtCO2 записывается.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если субъект нажимает кнопку медсестра-вызова во время сканирования, сканирования будет прерван, и вопрос будет перемещен из отверстие магнита немедленно. Исследователь удалить рот кусок и зажим для носа от субъекта.
  11. Используйте интерком, чтобы уведомить субъект, что сканирование завершено. Потяните таблицу МРТ вне. Аккуратно снимите зажим для носа и загубник от субъекта, обеспечивая очистки ткани для субъекта, протрите слюну. Аккуратно снимите датчик пальцем пульсоксиметрии от субъекта. Субъект может затем сесть и выйти таблицу МРТ.

3. Методы очистки после эксперимента

  1. Откажитесь от трубки для отбора проб газа (Item # 9), воздушный фильтр (Item # 11), мундштук (пункт № 5) и зажим для носа (Item # 6).
  2. Очистите повторно используемых компонентов. Отключите двухходовой клапан (Item # 3) от других компонентов и устранить диафрагмы (Item # 4) от клапана. Замочите двустороннийКлапан (Пункт # 3), диафрагма (Пункт # 4) и П-образный патрубок (Пункт # 12) в концентрированной без фосфатов дезинфицирующего, содержащий поверхностно-активные вещества, такие как Bacdown моющего средства дезинфицирующего средства в контейнере в течение 20 мин. Коэффициент разбавления моющего дезинфицирующего средства и дистиллированной воды 1:64.
  3. Промыть элементы, описанные в 3.2 полностью с дистиллированной водой.
  4. Высушите U-образный трубку (Item # 12) сжатым воздухом. Поместите два-ходовой клапан (Item # 3) и диафрагмы (пункт # 4) на ясном столешницы и позволить им высохнуть естественным путем и полностью.
  5. Опорожнить мешок Дугласа. Уберите планку сигнализации и серый трубку.

4. Анализ данных для расчета CVR Карта

  1. Сохранить данные МРТ в Dicom формат файла или любой другой формат конкретного производителя. Передача данных в лабораторный компьютер и преобразовывать данные в объемно-на-объема файла серии, в котором каждый файл содержит 3D объема (например, рельефное изображение), соответствующую одной временной точке.
  2. Предварительная обработка данных изображения. Выполните изображений шагов предварительной обработки, включая перестройку, нормализации, и сглаживание с помощью скрипта, который вызывает библиотечные функции, предоставляемые программой Статистический Параметрический отображение (SPM). См дополнительный файл кода 1 для примера сценария Matlab.
  3. Использование сценария для чтения записи CO 2, исправить задержку труб отбора проб, сдвигая время курс на предварительно откалиброван суммы (например, 12 сек на этом этапе, который определяется как разница во времени между одном дыхании рот кусок и Появление этого дыхания на записи СО2), а извлечь EtCO2 которое конверт (положительных пиков) сырого временных рядов. См дополнительный файл кода 2 для сценария Matlab.
  4. На основе таймера синхронизации, сегмент данных в EtCO 2, чтобы только записи от 25 сек до первого получения изображения до 100 сек после последнего получения изображения. EtCO 2 раз курсФункция ввода в сосудистой и используется в качестве независимой переменной в описанном ниже линейного регрессионного анализа.
  5. Определить физиологическую задержку между Eţco 2 (измеряется в легких) и сигнала ЯМР (измеряемой в головном мозге) путем расчета коэффициента взаимной корреляции (CC) между этими двумя временными курсов на различных временных сдвигов. Величина сдвига, что дает более высокую КК считается оптимальное время.
  6. EtCO 2 Временной ход смещен по оптимальной задержки, и только моменты времени, соответствующие тем, сигнала ЯМР сохраняются, в результате чего временных рядов, которые имеют ту же длину, что и сигнал MRI.
  7. Провести воксел-на-воксела линейной регрессии с помощью СЗМ, в которых сдвинуты EtCO2 время, конечно, является независимой переменной и МРТ сигнал времени курс зависимой переменной.
  8. Вычислить воксел-на-воксела карту CVR
    figure-protocol-9253
    где (I, J, K) является тон VOXEL индекс, β1 является коэффициент регрессии, связанный с EtCO2 и β0 является коэффициент регрессии, связанный с постоянным членом мин. (EtCO 2) минимальное значение Eţco 2 в ходе времени.

Результаты

Два типа данных собраны с предлагаемого протокола, физиологических записей и МРТ. Рис 2 и 3 показывают записи физиологических параметров у представительного субъекта. Черный след на рисунке 2 показывает время, конечно CO 2, записанного в CO 2 монитора, которая представляет содержание СО 2 в пробах воздуха вблизи мундштука. Следует отметить, что этот след быстро колеблется в зависимости от времени. Это потому, что, во время фазы вдоха дыхательного цикла, эта запись отражает содержание СО 2 в воздухе и затяжки, во время фазы выдоха, эта запись отражает содержание СО 2 в выдыхаемом воздухе. Таким образом, верхний пик каждого дыхательного цикла, называют в конце выдоха CO 2 или EtCO 2, представляет собой содержание СО 2 в легких, которые могут быть использованы в качестве примерно концентрации СО 2 в артериальной крови. Примечание гов концентрации СО 2 в артериальной крови движущей силой, т.е. функция входа, в ответ сосудорасширяющим. Пики СО 2 следа (красная линия на фиг.2) были обозначены с алгоритма обнаружения, которые ищет пика во каждом вдохе, в комбинации с ручным осмотра и коррекции. Это сопровождалось медианной фильтрации для удаления резких пиков из-за частичного дыхания и учета смешивания крови в течение потока из легочных сосудов в мозговых сосудов. Конечный EtCO 2 раз Конечно показано зеленой кривой на фиг.2, и он используется в вычислении CVR.

Рисунок 3 показывает время курсы частоту дыхания, артериальное фракции насыщения кислородом (SO 2), и частоты сердечных сокращений. Частота дыхания получается из CO 2 монитора, когда SO 2 и частота сердечных сокращений получены из пульсоксиметрии. Как может быть сВЭС, эти параметры не показывать систематическое изменение с гиперкапнии вызов. Обратите внимание, что гиперкапния действительно вызывает гипервентиляцию в теме, таким образом, парциальное давление O 2 в легких увеличится незначительно. Тем не менее, его влияние на SO 2 является минимальной, поскольку гемоглобин крови уже в значительной степени насыщен при комнатной дыхания воздухом и кривая диссоциации кислорода является довольно плоским в пределах этого диапазона.

Рисунок 4 показывает репрезентативные BOLD изображений МРТ в разное время эксперимента. Средняя интенсивность сигнала (в произвольных единицах МР), также показано на рисунке. Видно, что BOLD сигнала в мозге показывает увеличение с СО 2 ингаляции. Следует отметить, что разница между сигналом комнатной воздухе и CO 2 периодов порядка 1-3% по амплитуде.

Рисунок 5 показывает представитель объединения данных из физиологических записей и МРТ, воксел-на-воксела CVR карта может быть вычислена.CVR карты (в единицах% изменения сигнала на рт.ст. CO 2 смена) здорового субъекта проверенных на пяти различных дней, демонстрируя отличную воспроизводимость результатов. Предложенный метод до сих пор применяется в исследованиях старения 20, болезни Альцгеймера 4, рассеянный склероз 21 и осуществляют подготовку 22.

figure-results-3489
Рисунок 1. Схема системы подачи газа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-3856
Рисунок 2. CO 2 раз курс от представительного субъекта дюкольцо эксперимент. Сегменты дыхание по вдохе содержание СО 2 след как записанные CO 2 монитора показаны для воздуха в помещении дыхания период (внизу слева) и 5% CO 2 ингаляции период (внизу справа). Извлеченные EtCO 2 заочные курсы приведены в цветных кривых. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-4555
Рисунок 3. регистрируемых параметров физиологии от представителя субъекта в ходе эксперимента. () Частота дыхания (BPM, дыхание в минуту) Время Конечно субъекта. (В), так 2 (%) Время Конечно субъекта. (C) Сердце ставка (BPM, ударов в минуту) Временной ход этому вопросу. Тема тот самый, что и на рисунке 1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-5259
Рисунок 4. Представитель BOLD изображения MR в разное время эксперимента. Средние интенсивность сигнала отображаемого срез головного мозга (осевой ломтик # 54 в MNI пространстве) показаны в нижнем ряду. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-5791
Рисунок 5. Представитель CVR карту из репрезентативной теме..jove.com / файлы / ftp_upload / 52306 / 52306fig5large.jpg "TARGET =" _ пустое "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

Обсуждение

Этот доклад представил MR-совместимых систему подачи газа и всесторонний экспериментальный протокол, который позволяет отображение реактивности сосудов в головном мозге человека. Схема системы подачи газа показан на фиг.1. Все части внутри сканера MRI комнате пластиковые, чтобы обеспечить их совместимость МРТ. Система может быть разделен на три подсистем, в том числе подсистемы ввода газа (например, сумка, доставка трубки, два-ходовой клапан), интерфейс дыхание подсистемы (носовым зажимом, мундштук, U-образную форму трубки), и мониторинг суб-система (концентрация СО 2, насыщение кислородом, частота сердечных сокращений, частоту дыхания). Подсистема ввода газа, позволяет газа для ингаляции достичь двух-ходовой клапан. Только вдыхании воздуха, но не выдыхаемого воздуха, будет проходить через этот подсистемы. Интерфейс дыхание подсистема позволяет подлежит вдыхать и выдыхать предполагаемого газа. И вдохнул и выдохнул газ будет проходить через этот подсистемы. MonitorinПоэтому г подсистема должна образец газа в точке вдоль границы дыхания подсистемы.

Клиническое применение этого метода могут включать оценку резерва мозга сосудистого в неврологических заболеваний, таких как инсульт, атеросклероз, болезни мойа-мойа, сосудистой деменции, рассеянный склероз, и опухоли головного мозга. Методика также может быть использован в функциональных исследований МРТ для нормализации или калибровки сигнала фМРТ для лучшего количественного нейронной активности 23,24.

Важной особенностью предлагаемой системы и протокола эксперимента является то, что газовая смесь может быть доставлена ​​к предмету, а в результате чего минимальное движение или дискомфорт. Поэтому, очень важно, чтобы поместить U-образный трубку (Item # 12), что он (а мундштук присоединен к концу этого), естественно, падает вниз в рот субъекта. Таким образом, субъект не нужно использовать его лицевые мускулы, чтобы провести или поддержать мундштук. Кроме того, импортмуравей знать, что субъект не будет в состоянии говорить в то время как мундштук в рот. Таким образом, исследователь должен избегать разговоров на эту тему с вопроса тоном. Вместо этого, только ясные, окончательные инструкции должны быть даны. Кроме того, исследователь должен обратить пристальное внимание на физиологические параметры (например, EtCO 2, SO 2, частота сердечных сокращений, частоту дыхания) в течение всего хода эксперимента и оперативно реагировать, когда один или более физиологических параметров отличаются пределами типичного диапазона ,

В то время как исчерпывающий обзор других систем поставки газа в литературе выходит за рамки данной статьи, было бы полезно сравнить нынешнюю систему несколько наиболее часто используемым из них 17,18. Основное различие заключается в том, что наша система использует мундштук принести ожидаемого газ в то время как большинство других систем используют маску в дизайне. Потенциальные осложнения с помощью маски два складки. Во-первых, маска оccupies значительное количество пространства, и это не всегда может быть возможным, чтобы соответствовать маске в ограниченном пространстве внутри головки катушки, учитывая, что, для многих субъектов, носы почти касаться головки катушку даже без маски. Это особенно относится к голове катушек, предназначенных для достижения высокой чувствительности, которые, как правило, предназначенных для плотно к голове испытуемого. Вторая сложность, связанная с конструкцией маски в том, что существует большое пространство внутри маски, что приводит к значительному перемешиванию вдыхаемого и выдыхаемого газа. Следовательно, это может повлиять на точность измерения Eţco 2, которые в идеале должны быть основаны только на выдыхаемого газа. Точная EtCO 2, конечно, важен для надежности CVR карте. Еще одним важным отличием нашей системы по сравнению со многими другими системами является то, что наша система обеспечивает газ из мешка вместо бензобака. Таким образом, танки не нужны в области сканера, экономя драгоценное пространство в продолжение РОЛ комната МРТ люкс. В нашем проекте мы представляем пакет до начала сканирования, а после сканирования, мешок опорожняется, сложил и спрятал. Наконец, по сравнению с несколькими другими системами 18,21, нынешняя система подачи газа проще, требует меньше времени на обучение, и его расходные материалы дешевле.

Следует отметить, что, хотя протокол представлен в настоящем докладе, в первую очередь сосредоточены на СО 2 ингаляции, представлены система подачи газа позволяет доставку других газовых смесей (например, любой фракции O 2, любой фракции СО 2, любой доля N 2, и их комбинации), чтобы человеку для них, чтобы дышать во время он / она лежит внутри МРТ сканера. Можно также использовать систему подачи газа вне контекста МРТ, например, в сочетании с электроэнцефалограммы (ЭЭГ), magnetoencephalogram (МЭГ), позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), или оптимального изображения.

_content "> При предоставлении рекомендации параметров визуализации, мы, прежде всего, направлены на BOLD последовательности. Другой последовательностью, которые потенциально могут быть использованы в отображении CVR артериальное Маркировка Spin (ASL) МРТ, которая дает количественную меру объемный мозговой кровоток (CBF) в физиологических единицах (мл крови на 100 г ткани в минуту). Таким образом, преимущество ASL основе картирования CVR, что результаты легче интерпретировать, в отличие от BOLD сигнал, который отражает совокупный эффект кровотока, объема крови, а также возможный вклад мозг метаболических изменений в течение CO 2 вызов 25-27. Тем не менее, ограничение метода ASL является то, что его чувствительность в несколько раз ниже, чем смелых 28. В результате, наш опыт показывает, что в настоящее время, это очень сложно получить на индивидуальном уровне, воксел-на-воксела CVR карту, используя ASL. Таким образом, для применения исследований CVR, мы в основном используем смелые последовательность и, таким образом, также сосредоточить внимание на этой техники в НУR рекомендации.

Одним из ограничений данного способа является то, что дыхание через мундштук с носа блокируется (с помощью носового зажима) не вполне естественно, и некоторые предметы (особенно у пациентов) может воспринимать его как источник дискомфорта. Дыхание с мундштуком и носовым зажимом может также усугубить чувство клаустрофобии. Кроме того, субъект может наблюдаться сухость во рту из-за дыхания лишь рот. Поэтому, рекомендуется, что исследователь стараться изо всех сил завершить эксперимент быстро. И, наконец, важно отметить, что на основе опыта авторов, потенциал дискомфорта упоминалось выше, является временным и исчезнет, ​​как только эксперимент закончен.

Раскрытие информации

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

Благодарности

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.

Материалы

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

Ссылки

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

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

94CO 2 O 2

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены