Variazioni della concentrazione di deossiemoglobina e imaging della perfusione cerebrale

La perfusione del tessuto cerebrale può essere esaminata tracciando un tracciante attraverso il sistema vascolare cerebrale. Attualmente, ciò richiede un'infusione del mezzo di contrasto. Tuttavia, sono stati compiuti progressi nello sviluppo di tecniche di imaging non invasive per valutare la perfusione tissutale. La risonanza magnetica (MRI) è un approccio di imaging molto attraente in quanto non si basa su radiazioni ionizzanti e ha un'elevata risoluzione spaziale. L'agente di contrasto comune utilizzato per studiare la perfusione del tessuto cerebrale nella risonanza magnetica è l'agente di contrasto a base di gadolinio. Tuttavia, questi agenti di contrasto tendono ad avere diversi svantaggi tra cui invasività, tossicità renale, accumulo di tessuto e reazioni allergiche. Quando vengono iniettati per via endovenosa, diventano altamente dispersi nelle arterie, richiedendo un calcolo complesso della funzione di input arterioso. Inoltre, sebbene rimangano prevalentemente intravascolari, tendono a diffondersi extravascolari in condizioni neurovascolari che hanno una rottura della barriera ematoencefalica che porta a misurazioni imprecise.

Recentemente abbiamo determinato un modo per generare un brusco cambiamento nella concentrazione di deossiemoglobina [dHb] mentre il sangue passa nei polmoni, determinando un cambiamento mirato preciso e rapido di [dHb] nel sangue arterioso. Ipotizziamo che tali cambiamenti in [dHb] possano essere usati come un agente di contrasto MRI adatto per la misurazione del flusso sanguigno cerebrale, del volume sanguigno cerebrale e del tempo di transito medio (CBF, CBV e MTT rispettivamente) rispetto a quello con gadolinio. Se adatto, dOHb fornirebbe un'alternativa non invasiva, economica e sicura all'imaging di perfusione.

Verrà reclutato un totale di 25 pazienti con malattia neurovascolare che vengono indirizzati clinicamente al Dipartimento congiunto di imaging medico della TWH per l'imaging della perfusione con gadolinio. Prima dello studio di imaging, ogni soggetto acquisirà familiarità con l'impostazione sperimentale del controllo dei gas respiratori. Una maschera facciale in plastica e un circuito respiratorio verranno applicati al viso del soggetto e montati per formare un sigillo ermetico con nastro adesivo medico. L'alimentazione del gas alla maschera e al circuito respiratorio sarà fornita da un sistema programmabile di erogazione del gas controllato da computer (RespirAct™ RA-MR System, Thornhill Research Inc., Toronto, Canada). La sequenza di erogazione dei gas e le variazioni di PCO2 e PO2 verranno applicate per familiarizzare il soggetto con le sensazioni legate alle variazioni dei gas. I soggetti verranno quindi posizionati supini nello scanner MRI. Oltre alle scansioni cliniche prescritte, verranno ottenute due scansioni aggiuntive. Le scansioni MRI aggiuntive includeranno: 1) una sequenza strutturale (anatomica) (4.30 minuti), seguita da 2) una sequenza BOLD-EPI mentre si inducono cambiamenti di PO2. La PO2 sarà mantenuta a un valore basale di 45-50 mmHg (saturazione dell'emoglobina O2, SaO2 ~75%) per 60 secondi. Per 10 s, la PO2 polmonare verrà innalzata transitoriamente al picco di PO2 di 90-120 mmHg (normossia) entro 2 s di transizione, raggiungendo una SaO2 di ~100%, e quindi riportata al basale. In alternativa, la linea di base può essere a normossia e le sfide del gas avranno come obiettivo PO2 di 45-50 mmHg. Verranno applicati un totale di 4 di questi test ventilatori in 6 minuti mantenendo la normocapnia.

Durante ogni stimolo PO2, il segnale BOLD cambierà in sincronia e inversamente proporzionale a [dOHb]. Una funzione di input arterioso sarà misurata separando i voxel arteriosi, tissutali e venosi in base alle differenze nei tempi di arrivo del bolo di [dOHb], all'ampiezza della variazione e alla correlazione con le variazioni di [dOHb] misurate da [Hb] e al calcolo di SaO2 dalla fine - PO2 di marea. I voxel arteriosi, i primi nella sequenza di strutture a ricevere il bolo, saranno mediati per produrre una funzione di input arterioso che sarà deconvoluta con il segnale tissutale. Verranno generate mappe dell'intero cervello di CBF, CBV e MTT relativi. I valori medi della sostanza grigia segmentata e della sostanza bianca del cervello intero per queste metriche saranno calcolati e confrontati con gli stessi valori metrici ottenuti utilizzando l'imaging della perfusione del gadolinio.