Alterações na concentração de desoxihemoglobina e imagem de perfusão cerebral

A perfusão do tecido cerebral pode ser examinada rastreando um traçador através da vasculatura cerebral. Atualmente, isso requer uma infusão do agente de contraste. No entanto, avanços foram feitos no desenvolvimento de técnicas de imagem não invasivas para avaliar a perfusão tecidual. A ressonância magnética (MRI) é uma abordagem de imagem altamente atraente, pois não depende de radiação ionizante e tem alta resolução espacial. O agente de contraste comum usado para estudar a perfusão do tecido cerebral na ressonância magnética é o agente de contraste à base de gadolínio. No entanto, esses agentes de contraste tendem a ter várias desvantagens, incluindo invasão, toxicidade renal, acúmulo de tecido e reações alérgicas. Como são injetados por via intravenosa, tornam-se altamente dispersos nas artérias, exigindo um cálculo complexo da função de entrada arterial. Além disso, embora permaneçam predominantemente intravasculares, eles tendem a difundir extravascularmente em condições neurovasculares que apresentam uma quebra da barreira hematoencefálica levando a imprecisões de medição.

Recentemente, determinamos uma maneira de gerar uma mudança abrupta na concentração de desoxihemoglobina [dHb] à medida que o sangue passa pelos pulmões, resultando em uma mudança direcionada precisa e rápida de [dHb] no sangue arterial. Nossa hipótese é que tais alterações na [dHb] podem ser usadas como um agente de contraste de ressonância magnética adequado para a medição do fluxo sanguíneo cerebral, volume sanguíneo cerebral e tempo de trânsito médio (CBF, CBV e MTT, respectivamente) em comparação com o gadolínio. Se adequado, o dOHb forneceria uma alternativa não invasiva, barata e segura à imagem de perfusão.

Um total de 25 pacientes com doença neurovascular encaminhados clinicamente ao Departamento Conjunto de Imagens Médicas do TWH para imagens de perfusão de gadolínio serão recrutados. Antes do estudo de imagem, cada sujeito será familiarizado com a configuração experimental de controle de gás respiratório. Uma máscara facial de plástico e um circuito respiratório serão aplicados no rosto do indivíduo e ajustados para formar uma vedação hermética com fita adesiva médica. O suprimento de gás para a máscara e o circuito respiratório será fornecido por um sistema de fornecimento de gás programável controlado por computador (RespirAct™ RA-MR System, Thornhill Research Inc., Toronto, Canadá). A sequência de entrega de gás e mudanças na PCO2 e PO2 será aplicada para familiarizar o sujeito com as sensações relacionadas às mudanças nos gases. Os indivíduos serão então colocados em decúbito dorsal no scanner de ressonância magnética. Além das varreduras clínicas prescritas, duas varreduras adicionais serão obtidas. Os exames de ressonância magnética adicionais incluirão: 1) uma sequência estrutural (anatômica) (4.30 minutos), seguido por 2) uma sequência BOLD-EPI enquanto induz mudanças de PO2. PO2 será mantido em uma linha de base de 45-50 mmHg (saturação de hemoglobina O2, SaO2 ~75%) por 60s. Por 10 s, a PO2 do pulmão será aumentada temporariamente para o pico de PO2 de 90-120 mmHg (normóxia) dentro da transição de 2 s, atingindo uma SaO2 de ~100% e, em seguida, retornada à linha de base. Alternativamente, a linha de base pode estar em normóxia e os desafios de gás terão como alvo a PO2 de 45-50 mmHg. Um total de 4 desses desafios ventilatórios será aplicado ao longo de 6 minutos, mantendo a normocapnia.

Durante cada estímulo de PO2, o sinal BOLD mudará em sincronia e proporção inversa à [dOHb]. Uma função de entrada arterial será medida separando voxels arteriais, teciduais e venosos com base nas diferenças nos tempos de chegada do bolus [dOHb], amplitude da mudança e correlação com as mudanças em [dOHb] medido a partir de [Hb] e cálculo de SaO2 do final -PO2 corrente. Os voxels arteriais, os primeiros na sequência de estruturas a receber o bolo, serão calculados para produzir uma função de entrada arterial que será deconvoluída com o sinal do tecido. Serão gerados mapas cerebrais inteiros de CBF, CBV e MTT relativos. Os valores médios de substância cinzenta e substância branca segmentados de cérebro inteiro para essas métricas serão calculados e comparados com os mesmos valores métricos obtidos usando imagens de perfusão de gadolínio.