Deoksihemoglobiinipitoisuuden muutokset ja aivojen perfuusiokuvaus

Aivokudoksen perfuusio voidaan tutkia seuraamalla merkkiainetta aivojen verisuoniston läpi. Tällä hetkellä Tämä vaatii varjoaineen infuusion. Edistystä on kuitenkin saavutettu ei-invasiivisten kuvantamistekniikoiden kehittämisessä kudosperfuusion arvioimiseksi. Magneettiresonanssikuvaus (MRI) on erittäin houkutteleva kuvantamismenetelmä, koska se ei ole riippuvainen ionisoivasta säteilystä ja sillä on korkea spatiaalinen resoluutio. Yleisin varjoaine, jota käytetään aivokudoksen perfuusion tutkimiseen magneettikuvauksessa, on gadoliniumpohjaiset varjoaineet. Näillä varjoaineilla on kuitenkin yleensä useita haittoja, mukaan lukien invasiivisuus, munuaistoksisuus, kudoskertymä ja allergiset reaktiot. Kun niitä ruiskutetaan suonensisäisesti, ne hajaantuvat voimakkaasti valtimoissa, mikä vaatii monimutkaista valtimoiden sisääntulotoiminnon laskemista. Lisäksi, vaikka ne pysyvät pääosin suonensisäisinä, niillä on taipumus diffuusoitua ekstravaskulaarisissa neurovaskulaarisissa tiloissa, joissa veri-aivoesteen hajoaminen johtaa mittausvirheisiin.

Äskettäin olemme määrittäneet tavan saada aikaan äkillinen muutos deoksihemoglobiinipitoisuudessa [dHb], kun veri kulkee keuhkojen läpi, mikä johtaa tarkaan ja nopeaan kohdistettuun [dHb] muutokseen valtimoveressä. Oletamme, että tällaisia ​​[dHb]:n muutoksia voidaan käyttää sopivana MRI-varjoaineena aivojen verenvirtauksen, aivoveren tilavuuden ja keskimääräisen kulkuajan (CBF, CBV ja MTT) mittaamiseen verrattuna gadoliniumiin. Jos dOHb on sopiva, se tarjoaa ei-invasiivisen, edullisen ja turvallisen vaihtoehdon perfuusiokuvaukselle.

Rekrytoidaan yhteensä 25 neurovaskulaarista sairautta sairastavaa potilasta, jotka on kliinisesti lähetetty TWH:n yhteiselle lääketieteellisen kuvantamisen osastolle gadoliniumperfuusiokuvausta varten. Ennen kuvantamistutkimusta jokainen koehenkilö tutustuu hengityskaasun säätelyn kokeelliseen järjestelyyn. Muovinen kasvomaski ja hengityspiiri asetetaan potilaan kasvoille ja asetetaan ilmatiiviiksi tiivisteeksi lääketieteellisellä teipillä. Kaasunsyöttö maskiin ja hengityspiiriin toimitetaan ohjelmoitavalla tietokoneohjatulla kaasunsyöttöjärjestelmällä (RespirAct™ RA-MR System, Thornhill Research Inc., Toronto, Kanada). Kaasun toimittamisen ja PCO2:n ja PO2:n muutosten järjestystä sovelletaan tutustuttamaan tutkittava kaasujen muutoksiin liittyviin aistimuksiin. Koehenkilöt asetetaan sitten selälleen magneettikuvauslaitteeseen. Heille määrättyjen kliinisten skannausten lisäksi tehdään kaksi muuta skannausta. Lisämagneettikuvaukset sisältävät: 1) rakenteellisen (anatomisen) sekvenssin (4.30 minuuttia), jota seuraa 2) BOLD-EPI-sekvenssi indusoiden samalla muutoksia PO2:ssa. PO2 pidetään lähtötasolla 45-50 mmHg (hemoglobiini O2 saturaatio, SaO2 ~75 %) 60 sekunnin ajan. 10 sekunnin ajan keuhkojen PO2 nostetaan tilapäisesti huippuarvoon 90-120 mmHg (normoksia) 2 sekunnin siirtymävaiheessa saavuttaen SaO2:n ~100 %:n, minkä jälkeen se palautetaan lähtötasolle. Vaihtoehtoisesti perusviiva voi olla normoksiassa ja kaasuhaasteet kohdistuvat PO2:een 45-50 mmHg. Yhteensä 4 tällaista ventilaatiohaastetta käytetään 6 minuutin aikana normokapniaa ylläpitäen.

Jokaisen PO2-ärsykkeen aikana BOLD-signaali muuttuu synkronisesti ja käänteisesti suhteessa [dOHb]:iin. Valtimotulotoiminto mitataan erottamalla valtimo-, kudos- ja laskimovokselit perustuen eroihin [dOHb]-boluksen saapumisajoissa, muutoksen amplitudissa ja korrelaatiossa [dOHb]:n muutoksiin, jotka on mitattu [Hb]:sta ja laskemalla SaO2:n lopusta. -vuorovesi PO2. Valtimovokselit, ensimmäisenä boluksen vastaanottavien rakenteiden sarjassa, lasketaan keskiarvo, jolloin saadaan valtimotulotoiminto, joka dekonvoloidaan kudossignaalin kanssa. Suhteellisen CBF:n, CBV:n ja MTT:n kokonaiset aivokartat luodaan. Koko aivojen segmentoidut harmaan ja valkoisen aineen keskiarvot näille mittauksille lasketaan ja verrataan samoihin mittausarvoihin, jotka on saatu käyttämällä gadoliniumperfuusiokuvausta.