Ændringer i deoxyhæmoglobinkoncentration og cerebral perfusionsbilleddannelse

Cerebral vævsperfusion kan undersøges ved at spore et sporstof gennem den cerebrale vaskulatur. I øjeblikket kræver dette en infusion af kontrastmidlet. Der er dog gjort fremskridt i udviklingen af ​​ikke-invasive billeddannelsesteknikker til evaluering af vævsperfusion. Magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) er en yderst attraktiv billeddannende tilgang, da den ikke er afhængig af ioniserende stråling og har høj rumlig opløsning. Det almindelige kontrastmiddel, der bruges til at studere cerebral vævsperfusion i MR, er gadolinium-baserede kontrastmidler. Imidlertid har disse kontrastmidler en tendens til at have adskillige ulemper, herunder invasivitet, nyretoksicitet, vævsophobning og allergiske reaktioner. Når de injiceres intravenøst, bliver de meget spredt i arterierne, hvilket kræver en kompleks beregning af den arterielle inputfunktion. Selvom de forbliver overvejende intravaskulære, har de derudover en tendens til at diffundere ekstravaskulære under neurovaskulære tilstande, som har en nedbrydning af blod-hjernebarrieren, hvilket fører til målingsunøjagtigheder.

For nylig har vi fundet en måde at generere en brat ændring i deoxyhæmoglobinkoncentrationen [dHb], når blodet passerer lungerne, hvilket resulterer i en præcis og hurtig målrettet ændring af [dHb] i det arterielle blod. Vi antager, at sådanne ændringer i [dHb] kan bruges som et egnet MRI-kontrastmiddel til måling af cerebral blodgennemstrømning, cerebralt blodvolumen og gennemsnitlig transittid (henholdsvis CBF, CBV og MTT) i sammenligning med gadolinium. Hvis det er passende, vil dOHb være et ikke-invasivt, billigt og sikkert alternativ til perfusionsbilleddannelse.

I alt 25 patienter med neurovaskulær sygdom, som er klinisk henvist til TWH Joint Department of Medical Imaging for gadoliniumperfusionsbilleddannelse, vil blive rekrutteret. Forud for billeddannelsesundersøgelsen vil hvert forsøgsperson blive bekendt med den eksperimentelle opsætning af respiratorisk gaskontrol. En plastik ansigtsmaske og åndedrætskredsløb vil blive påført på motivets ansigt og monteret for at danne en lufttæt forsegling med medicinsk klæbende tape. Gasforsyning til masken og åndedrætskredsløbet vil blive forsynet af et programmerbart computerstyret gasleveringssystem (RespirAct™ RA-MR System, Thornhill Research Inc., Toronto, Canada). Rækkefølgen af ​​gaslevering og ændringer i PCO2 og PO2 vil blive anvendt for at gøre forsøgspersonen bekendt med de fornemmelser, der er relateret til ændringer i gasserne. Forsøgspersoner vil derefter blive placeret på ryggen i MR-scanneren. Ud over deres ordinerede kliniske scanninger vil der blive foretaget to yderligere scanninger. De yderligere MR-scanninger vil omfatte: 1) en strukturel (anatomisk) sekvens (4.30 minutter), efterfulgt af 2) en BOLD-EPI-sekvens, mens den inducerer ændringer af PO2. PO2 vil blive holdt ved en baseline på 45-50 mmHg (hæmoglobin O2 mætning, SaO2 ~75%) i 60s. I 10 s vil lungens PO2 forbigående blive hævet til peak PO2 på 90-120 mmHg (normoxia) inden for 2 s overgang, når en SaO2 på ~100%, og derefter returneres til baseline. Alternativt kan baseline være ved normoksi, og gasudfordringerne vil målrette PO2 på 45-50 mmHg. I alt 4 sådanne ventilatoriske udfordringer vil blive påført over 6 minutter, mens normocapni opretholdes.

Under hver PO2-stimulus vil FED-signalet ændre sig synkront og omvendt proportionalt med [dOHb]. En arteriel inputfunktion vil blive målt ved at adskille arterielle, vævs- og venøse voxels baseret på forskelle i [dOHb] bolusankomsttider, ændringsamplitude og korrelation til ændringer i [dOHb] målt fra [Hb] og beregning af SaO2 fra ende -tidevands-PO2. Arterielle voxels, de første i sekvensen af ​​strukturer, der modtager bolus, vil blive gennemsnittet for at give en arteriel inputfunktion, der vil blive dekonvolveret med vævssignalet. Helhjernekort over relativ CBF, CBV og MTT vil blive genereret. Gennemsnitsværdier af segmenteret gråt stof og hvidt stof for disse målinger i hele hjernen vil blive beregnet og sammenlignet med de samme metriske værdier opnået ved brug af gadoliniumperfusionsbilleddannelse.