Zmiany stężenia deoksyhemoglobiny i obrazowanie perfuzji mózgowej

Perfuzję tkanki mózgowej można zbadać, śledząc znacznik w układzie naczyniowym mózgu. Obecnie wymaga to wlewu środka kontrastowego. Jednak poczyniono postępy w opracowywaniu nieinwazyjnych technik obrazowania do oceny perfuzji tkanek. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) jest bardzo atrakcyjną metodą obrazowania, ponieważ nie opiera się na promieniowaniu jonizującym i ma wysoką rozdzielczość przestrzenną. Powszechnym środkiem kontrastowym stosowanym do badania perfuzji tkanki mózgowej w MRI są środki kontrastowe na bazie gadolinu. Jednak te środki kontrastowe mają zwykle kilka wad, w tym inwazyjność, toksyczność dla nerek, gromadzenie się tkanek i reakcje alergiczne. Gdy są wstrzykiwane dożylnie, ulegają znacznemu rozproszeniu w tętnicach, co wymaga złożonego obliczenia funkcji wejścia tętniczego. Ponadto, chociaż pozostają głównie wewnątrznaczyniowe, mają tendencję do dyfuzji pozanaczyniowej w stanach nerwowo-naczyniowych, które powodują uszkodzenie bariery krew-mózg, co prowadzi do niedokładności pomiaru.

Niedawno opracowaliśmy sposób generowania nagłej zmiany stężenia dezoksyhemoglobiny [dHb], gdy krew przepływa przez płuca, co skutkuje precyzyjną i szybką ukierunkowaną zmianą [dHb] we krwi tętniczej. Stawiamy hipotezę, że takie zmiany w [dHb] mogą być stosowane jako odpowiedni środek kontrastowy MRI do pomiaru mózgowego przepływu krwi, objętości krwi mózgowej i średniego czasu przejścia (odpowiednio CBF, CBV i MTT) w porównaniu z gadolinem. Jeśli byłoby to odpowiednie, dOHb stanowiłoby nieinwazyjną, niedrogą i bezpieczną alternatywę dla obrazowania perfuzji.

Zrekrutowanych zostanie łącznie 25 pacjentów z chorobą naczyniowo-nerwową, którzy są klinicznie skierowani do Wspólnego Oddziału Obrazowania Medycznego TWH w celu obrazowania perfuzji gadolinem. Przed badaniem obrazowym każdy uczestnik zostanie zapoznany z eksperymentalną konfiguracją kontroli gazów oddechowych. Plastikowa maska ​​na twarz i obwód oddechowy zostaną nałożone na twarz osoby badanej i dopasowane w celu utworzenia hermetycznego uszczelnienia za pomocą medycznej taśmy samoprzylepnej. Gaz dostarczany do maski i obwodu oddechowego będzie dostarczany przez programowalny, sterowany komputerowo system dostarczania gazu (RespirAct™ RA-MR System, Thornhill Research Inc., Toronto, Kanada). Kolejność dostarczania gazów i zmian PCO2 i PO2 zostanie zastosowana w celu zapoznania badanego z odczuciami związanymi ze zmianami gazów. Pacjenci zostaną następnie umieszczeni na plecach w skanerze MRI. Oprócz przepisanych skanów klinicznych zostaną wykonane dwa dodatkowe skany. Dodatkowe skany MRI będą obejmować: 1) sekwencję strukturalną (anatomiczną) (4.30 minut), a następnie 2) sekwencja BOLD-EPI podczas indukowania zmian PO2. PO2 będzie utrzymywane na linii bazowej 45-50 mmHg (wysycenie hemoglobiny O2, SaO2 ~75%) przez 60 sekund. Przez 10 s PO2 w płucach zostanie przejściowo podniesione do szczytowego poziomu PO2 wynoszącego 90-120 mmHg (normoksja) w ciągu 2 s, osiągając SaO2 ~100%, a następnie powróci do linii podstawowej. Alternatywnie, linia bazowa może być w normoksji, a prowokacje gazowe będą ukierunkowane na PO2 na poziomie 45-50 mmHg. W sumie 4 takie prowokacje oddechowe zostaną zastosowane w ciągu 6 minut przy zachowaniu normokapnii.

Podczas każdego bodźca PO2 sygnał BOLD będzie się zmieniał synchronicznie i odwrotnie proporcjonalnie do [dOHb]. Funkcja wejścia tętniczego zostanie zmierzona poprzez oddzielenie wokseli tętniczych, tkankowych i żylnych w oparciu o różnice w czasie dotarcia bolusa [dOHb], amplitudę zmian i korelację ze zmianami [dOHb] mierzonymi od [Hb] i obliczeniem SaO2 od końca -pływowy PO2. Woksele tętnicze, pierwsze w sekwencji struktur, które otrzymają bolus, zostaną uśrednione w celu uzyskania funkcji wejścia tętniczego, która zostanie zdekonwolulowana z sygnałem tkankowym. Zostaną wygenerowane mapy całego mózgu względnych CBF, CBV i MTT. Średnie wartości tych wskaźników dla istoty szarej i istoty białej podzielonej na segmenty całego mózgu zostaną obliczone i porównane z tymi samymi wartościami metrycznymi uzyskanymi przy użyciu obrazowania perfuzji gadolinu.