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.

ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол исследования был одобрен университета ведомственного комитета Техаса Юго-западного медицинского центра. 1. Схема газовой системы доставки и предварительные шаги перед экспериментом <ol style="margin-left: 40px;"><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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). </li><li> Подключите мундштук (Item # 5) к U-образной трубки (Item # 12) через локоть-разъем (Item # 13 с портом отбора проб газа Sealed). </li><li> Подключите отбора проб газа шланг (Item # 9) к U-образной трубки (Item # 12) через другой локтя разъем (Item # 13). </li><li> 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. </li><li> В контрольной комнате люкс МРТ, включите CO 2 (Item # 14) и пульсоксиметрии (Item # 15) мониторов. Выполните автоматическую калибровку для CO 2 монитора. </li><li> Подключите мониторы к ноутбуку с помощью порта USB. Откройте программное обеспечение HyperTerminal, которая взаимодействует с мониторами. Синхронизация &quot;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). </li><li> 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. </li></ol> 2. Процедуры в ходе эксперимента <ol style="margin-left: 40px;"><li> 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. </li><li> Поручить подлежат дышать через рот и установить и поддерживать ритм дыхания. Затем нанесите зажим для носа (Item # 6) по этому вопросу. </li><li> Подключите открытый конец U-образной трубки (Item # 12) к среднему порту два-ходового клапана (Item # 3) через эллук разъем (Item # 13). </li><li> Аккуратно поместите мундштук в рот субъекта, так что субъект может дышать через мундштук. Аккуратно прикрепите датчик пальцем пульсоксиметрии (Item # 15) до кончика пальца субъекта. </li><li> Убедитесь, что глава субъекта в ISO-центре главного катушки. Используйте таблицу МРТ поместить его / ее в отверстие магнита. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> Теперь, внутри магнита комнате, включить мешка Дугласа (Item # 1), основанный на движении панели сигнализации, который контролирует тип газа, который подлежит внушает. </li><li> 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. &lt;BR /&gt; 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. </li><li> 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. </li></ol> 3. Методы очистки после эксперимента <ol style="margin-left: 40px;"><li> Откажитесь от трубки для отбора проб газа (Item # 9), воздушный фильтр (Item # 11), мундштук (пункт № 5) и зажим для носа (Item # 6). </li><li> 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. </li><li> Промыть элементы, описанные в 3.2 полностью с дистиллированной водой. </li><li> 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. </li><li> Опорожнить мешок Дугласа. Уберите планку сигнализации и серый трубку. </li></ol> 4. Анализ данных для расчета CVR Карта <ol style="margin-left: 40px;"><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> Вычислить воксел-на-воксела карту CVR <img alt="Уравнение 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52306/52306eq1.jpg" /> 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. </li></ol>

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

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

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<html> 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 &quot;&gt; 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.

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.

<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

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, </EM&gt; O 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.

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. <img alt="Рисунок 1" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig1highres.jpg" /> Рисунок 1. Схема системы подачи газа. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig1large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.</a> <img alt="Фиг.2" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig2highres.jpg" /> 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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.</a> <img alt="Рисунок 3" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig3highres.jpg" /> 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<html> тот самый, что и на рисунке 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.</a> <img alt="Рисунок 4" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig4highres.jpg" /> 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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52306/52306fig4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.</a> <img alt="Рисунок 5" src="/files/ftp_upload/52306/52306fig5highres.jpg" /> Рисунок 5. Представитель CVR карту из репрезентативной теме..jove.com / файлы / ftp_upload / 52306 / 52306fig5large.jpg &quot;TARGET =&quot; _ пустое &quot;&gt; Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

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

MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges

Non-invasive imaging of the brain vasculature&#8217;s ability to dilate or constrict may allow a better understanding of cerebrovascular pathophysiology in various neurological diseases. The present report describes a reproducible and patient-comfortable protocol to perform vascular reactivity imaging in humans using magnetic resonance imaging (MRI).

МРТ Отображение цереброваскулярной реактивности с помощью вдыхания газа вызовы

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

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

Research

JoVE Journal

Medicine

13.9K Views.  University of Texas Southwestern Medical Center. Non-invasive imaging of the brain vasculature’s ability to dilate or constrict may allow a better understanding of cerebrovascular pathophysiology in various neurological diseases. The present report describes a reproducible and patient-comfortable protocol to perform vascular reactivity imaging in humans using magnetic resonance imaging (MRI).

Video: MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges

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

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

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

Микрохирургическая Венозная Чехол Артериальная-Бифуркация Аневризмы в кролик Модель: Технические аспекты

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

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

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

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

Визуализация и анализ потока крови и потребления кислорода в печеночной микроциркуляции: применение к модели острого гепатита

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

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

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

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

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

В естественных условиях 19 F МРТ для отслеживания сотовых

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

MRI and PET in Mouse Models of Myocardial Infarction

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

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

МРТ и ПЭТ в мыши модели инфаркта миокарда

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

Coordinate Mapping of Hyolaryngeal Mechanics in Swallowing

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

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

Преобразование координат из Hyolaryngeal механики при глотании

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

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

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

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

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

Измерение нервной системы сердца Autonomic (ANS) активность у детей раннего возраста - Отдыхающий и проблем развития

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

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

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

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

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

Шаги подготовки для измерения реактивности в мыши артериол сетчатки 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.

Новые методы для интраназального введения при ингаляционной анестезии для оценки доставки лекарств нос к мозг

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.

Использование МРТ УЗИ Fusion для достижения целевых биопсии простаты

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.

Новая система ингаляционных масок для доставки высоких концентраций газа оксида азота у спонтанно дышащих субъектов

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 ...

МРТ Отображение цереброваскулярной реактивности с помощью вдыхания газа вызовы

Резюме

Смотреть дополнительные видео

PLAYLIST