デオキシヘモグロビン濃度の変化と脳灌流イメージング

脳組織の灌流は、脳血管系を通してトレーサーを追跡することによって検査できます。 現在、これには造影剤の注入が必要です。 しかし、組織灌流を評価するための非侵襲的イメージング技術の開発においては進歩が見られました。 磁気共鳴画像法 (MRI) は、電離放射線に依存せず、空間分解能が高いため、非常に魅力的なイメージング手法です。 MRI で脳組織の灌流を研究するために使用される一般的な造影剤は、ガドリニウム ベースの造影剤です。 しかし、これらの造影剤には、侵襲性、腎毒性、組織蓄積、アレルギー反応など、いくつかの欠点がある傾向があります。 これらは静脈内に注射されるため、動脈内に高度に分散するため、動脈入力関数の複雑な計算が必要になります。 さらに、それらは主に血管内にとどまりますが、血液脳関門の破壊を伴う神経血管状態では血管外に拡散する傾向があり、測定の不正確さにつながります。

最近、我々は、血液が肺を通過する際にデオキシヘモグロビン濃度 [dHb] に急激な変化を生じさせ、動脈血中の [dHb] を正確かつ迅速に標的変化させる方法を決定しました。 我々は、このような [dHb] の変化は、ガドリニウムと比較して、脳血流、脳血液量、平均通過時間 (それぞれ CBF、CBV、MTT) の測定に適した MRI 造影剤として使用できるのではないかと仮説を立てています。 適切であれば、dOHb は灌流イメージングに代わる非侵襲的で安価かつ安全な代替手段となるでしょう。

ガドリニウム灌流イメージングのために臨床的にTWH共同医療画像部門に紹介される神経血管疾患患者計25名が募集される。 画像研究の前に、各被験者は呼吸ガス制御実験のセットアップに慣れます。 プラスチックのフェイスマスクと呼吸回路が被験者の顔に当てられ、医療用粘着テープで気密シールを形成するように取り付けられます。 マスクおよび呼吸回路へのガス供給は、プログラム可能なコンピュータ制御ガス供給システム (RespirAct™ RA-MR システム、Thornhill Research Inc.、トロント、カナダ) によって供給されます。 ガス供給のシーケンスと PCO2 と PO2 の変化は、被験者がガスの変化に関連する感覚に慣れるために適用されます。 次に、被験者は MRI スキャナー内に仰向けに配置されます。 処方された臨床スキャンに加えて、さらに 2 つのスキャンが行われます。 追加の MRI スキャンには以下が含まれます: 1) 構造 (解剖学的) シーケンス (4.30 分)、続いて 2) PO2 の変化を誘導しながらの BOLD-EPI シーケンス。 PO2 は 45 ～ 50 mmHg (ヘモグロビン O2 飽和度、SaO2 ~75%) のベースラインに 60 秒間保持されます。 10 秒間、肺の PO2 は 2 秒以内に一時的に 90 ～ 120 mmHg (酸素正常状態) のピーク PO2 に上昇し、SaO2 が約 100% に達した後、ベースラインに戻ります。 あるいは、ベースラインは正常酸素圧であり、ガス負荷は 45 ～ 50 mmHg の PO2 を目標とする場合もあります。 正常炭酸ガス血症を維持しながら、このような換気チャレンジを 6 分間にわたって合計 4 回適用します。

各 PO2 刺激中、BOLD 信号は [dOHb] に同期して反比例して変化します。 動脈入力関数は、[dOHb] ボーラス到着時間の差、変化の振幅、[Hb] から測定された [dOHb] の変化と最後からの SaO2 の計算との相関関係に基づいて、動脈、組織、静脈のボクセルを分離することによって測定されます。 -潮汐PO2。 一連の構造の中でボーラスを受け取る最初の動脈ボクセルは、組織信号でデコンボリューションされる動脈入力関数を生成するために平均化されます。 相対的な CBF、CBV、および MTT の全脳マップが生成されます。 これらの測定基準について、脳全体でセグメント化された灰白質および白質の平均値が計算され、ガドリニウム灌流イメージングを使用して得られた同じ測定基準値と比較されます。