Cambios en la concentración de desoxihemoglobina e imágenes de perfusión cerebral

La perfusión del tejido cerebral se puede examinar rastreando un trazador a través de la vasculatura cerebral. Actualmente, esto requiere una infusión del agente de contraste. Sin embargo, se han logrado avances en el desarrollo de técnicas de imagen no invasivas para evaluar la perfusión tisular. La resonancia magnética nuclear (RMN) es un enfoque de imagen muy atractivo, ya que no depende de la radiación ionizante y tiene una alta resolución espacial. El agente de contraste común que se usa para estudiar la perfusión del tejido cerebral en la MRI son los agentes de contraste a base de gadolinio. Sin embargo, estos agentes de contraste tienden a tener varias desventajas que incluyen invasividad, toxicidad renal, acumulación de tejido y reacciones alérgicas. A medida que se inyectan por vía intravenosa, se dispersan mucho en las arterias, lo que requiere un cálculo complejo de la función de entrada arterial. Además, aunque siguen siendo predominantemente intravasculares, tienden a difundirse extravascularmente en condiciones neurovasculares que tienen una ruptura de la barrera hematoencefálica que conduce a imprecisiones en la medición.

Recientemente, hemos determinado una forma de generar un cambio abrupto en la concentración de desoxihemoglobina [dHb] a medida que la sangre pasa por los pulmones, lo que da como resultado un cambio preciso y rápido de [dHb] en la sangre arterial. Presumimos que tales cambios en [dHb] pueden usarse como un agente de contraste de resonancia magnética adecuado para la medición del flujo sanguíneo cerebral, el volumen sanguíneo cerebral y el tiempo de tránsito medio (CBF, CBV y MTT respectivamente) en comparación con el gadolinio. Si es adecuado, dOHb proporcionaría una alternativa no invasiva, económica y segura a las imágenes de perfusión.

Se reclutará un total de 25 pacientes con enfermedades neurovasculares que son remitidos clínicamente al Departamento Conjunto de Imágenes Médicas de TWH para imágenes de perfusión de gadolinio. Antes del estudio de imágenes, cada sujeto se familiarizará con la configuración experimental de control de gases respiratorios. Se aplicará una máscara facial de plástico y un circuito de respiración a la cara del sujeto y se ajustará para formar un sello hermético con cinta adhesiva médica. El suministro de gas a la máscara y al circuito de respiración se realizará mediante un sistema de suministro de gas programable controlado por computadora (RespirAct™ RA-MR System, Thornhill Research Inc., Toronto, Canadá). Se aplicará la secuencia de entrega de gas y cambios en PCO2 y PO2 para familiarizar al sujeto con las sensaciones relacionadas con los cambios en los gases. Luego, los sujetos se colocarán en decúbito supino en el escáner de resonancia magnética. Además de sus exploraciones clínicas prescritas, se obtendrán dos exploraciones adicionales. Las resonancias magnéticas adicionales incluirán: 1) una secuencia estructural (anatómica) (4.30 minutos), seguido de 2) una secuencia BOLD-EPI mientras se inducen cambios de PO2. La PO2 se mantendrá en una línea base de 45-50 mmHg (saturación de O2 de hemoglobina, SaO2 ~75 %) durante 60 s. Durante 10 s, la PO2 pulmonar se elevará transitoriamente hasta la PO2 máxima de 90-120 mmHg (normoxia) dentro de una transición de 2 s, alcanzando una SaO2 de ~100 % y luego regresando a la línea base. Alternativamente, la línea de base puede estar en normoxia y los desafíos de gas apuntarán a una PO2 de 45-50 mmHg. Se aplicará un total de 4 de estos desafíos ventilatorios durante 6 min mientras se mantiene la normocapnia.

Durante cada estímulo de PO2, la señal BOLD cambiará en sincronía y en proporción inversa a [dOHb]. Se medirá una función de entrada arterial separando los vóxeles arteriales, tisulares y venosos en función de las diferencias en los tiempos de llegada del bolo de [dOHb], la amplitud del cambio y la correlación con los cambios en [dOHb] medidos a partir de [Hb] y el cálculo de SaO2 desde el final. -PO2 corriente. Los vóxeles arteriales, los primeros en la secuencia de estructuras que reciben el bolo, se promediarán para generar una función de entrada arterial que se desconvolucionará con la señal del tejido. Se generarán mapas de todo el cerebro de CBF, CBV y MTT relativos. Los valores promedio de la materia gris y la materia blanca segmentada de todo el cerebro para estas métricas se calcularán y compararán con los mismos valores métricos obtenidos usando imágenes de perfusión de gadolinio.