Změny koncentrace deoxyhemoglobinu a zobrazování mozkové perfuze

Perfuzi mozkové tkáně lze vyšetřit sledováním indikátoru přes mozkovou vaskulaturu. V současné době to vyžaduje infuzi kontrastní látky. Byly však učiněny pokroky ve vývoji neinvazivních zobrazovacích technik pro hodnocení perfuze tkání. Zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) je vysoce atraktivní zobrazovací přístup, protože se nespoléhá na ionizující záření a má vysoké prostorové rozlišení. Běžnou kontrastní látkou používanou ke studiu perfuze mozkové tkáně při MRI jsou kontrastní látky na bázi gadolinia. Tato kontrastní činidla však mívají několik nevýhod, včetně invazivity, renální toxicity, akumulace ve tkáni a alergických reakcí. Když jsou injikovány intravenózně, stávají se vysoce rozptýlenými v tepnách, což vyžaduje komplexní výpočet funkce arteriálního vstupu. Navíc, i když zůstávají převážně intravaskulární, mají tendenci difundovat extravaskulárně u neurovaskulárních stavů, které mají poruchu hematoencefalické bariéry, což vede k nepřesnostem měření.

Nedávno jsme určili způsob, jak vytvořit náhlou změnu koncentrace deoxyhemoglobinu [dHb], když krev prochází plícemi, což vede k přesné a rychlé cílené změně [dHb] v arteriální krvi. Předpokládáme, že takové změny [dHb] mohou být použity jako vhodná MRI kontrastní látka pro měření průtoku krve mozkem, objemu mozkové krve a střední doby průchodu (CBF, CBV a MTT) ve srovnání s gadoliniem. Pokud je to vhodné, dOHb by poskytla neinvazivní, levnou a bezpečnou alternativu k perfuznímu zobrazování.

Celkem bude přijato 25 pacientů s neurovaskulárním onemocněním, kteří jsou klinicky odesláni na TWH Joint Department of Medical Imaging pro zobrazování perfuze gadolinia. Před zobrazovací studií bude každý subjekt seznámen s experimentálním uspořádáním kontroly dýchacích plynů. Plastová obličejová maska ​​a dýchací okruh se přiloží na obličej subjektu a připevní se k vytvoření vzduchotěsného uzávěru lékařskou lepicí páskou. Přívod plynu do masky a dýchacího okruhu bude zajištěn programovatelným počítačem řízeným systémem dodávky plynu (RespirAct™ RA-MR System, Thornhill Research Inc., Toronto, Kanada). Sekvence dodávání plynu a změny PCO2 a PO2 budou použity k seznámení subjektu s pocity souvisejícími se změnami plynů. Subjekty budou poté umístěny na zádech do skeneru MRI. Kromě předepsaných klinických vyšetření budou získána dvě další vyšetření. Dodatečné snímky MRI budou zahrnovat: 1) strukturální (anatomickou) sekvenci (4.30 minut), následovaná 2) sekvencí BOLD-EPI při vyvolání změn PO2. PO2 bude udržován na základní hodnotě 45-50 mmHg (saturace hemoglobinu O2, SaO2 ~75 %) po dobu 60 s. Po dobu 10 s se plicní PO2 přechodně zvýší na vrchol PO2 90-120 mmHg (normoxie) během 2 s přechodu, dosáhne SaO2 ~100 %, a poté se vrátí na základní linii. Alternativně může být základní čára normoxie a expozice plynem budou cílit na PO2 45-50 mmHg. Celkem 4 takové ventilační výzvy budou aplikovány během 6 minut při zachování normokapnie.

Během každého podnětu PO2 se signál BOLD bude měnit synchronně a nepřímo úměrně [dOHb]. Arteriální vstupní funkce bude měřena oddělením arteriálních, tkáňových a venózních voxelů na základě rozdílů v dobách příchodu bolusu [dOHb], amplitudě změn a korelaci se změnami v [dOHb] měřených od [Hb] a výpočtu SaO2 od konce -přílivový PO2. Arteriální voxely, první v sekvenci struktur, které obdrží bolus, budou zprůměrovány, aby se získala funkce arteriálního vstupu, která bude dekonvolvována tkáňovým signálem. Budou generovány mapy celého mozku relativních CBF, CBV a MTT. Budou vypočteny průměrné hodnoty šedé hmoty a bílé hmoty segmentované celým mozkem pro tyto metriky a porovnány se stejnými metrickými hodnotami získanými pomocí zobrazování perfuze gadolinia.