Изменения концентрации дезоксигемоглобина и визуализация церебральной перфузии

Перфузию церебральной ткани можно исследовать, отслеживая трассер в церебральной сосудистой сети. В настоящее время для этого требуется вливание контрастного вещества. Тем не менее, были достигнуты успехи в разработке неинвазивных методов визуализации для оценки перфузии тканей. Магнитно-резонансная томография (МРТ) является очень привлекательным методом визуализации, поскольку она не зависит от ионизирующего излучения и имеет высокое пространственное разрешение. Обычным контрастным веществом, используемым для изучения перфузии тканей головного мозга при МРТ, являются контрастные вещества на основе гадолиния. Однако эти контрастные вещества, как правило, имеют ряд недостатков, включая инвазивность, почечную токсичность, накопление в тканях и аллергические реакции. Поскольку их вводят внутривенно, они сильно рассеиваются в артериях, что требует сложного расчета входной артериальной функции. Кроме того, хотя они остаются преимущественно внутрисосудистыми, они имеют тенденцию распространяться вне сосудов при нейроваскулярных состояниях, которые имеют нарушение гематоэнцефалического барьера, что приводит к неточностям измерения.

Недавно мы определили способ вызвать резкое изменение концентрации дезоксигемоглобина [dHb], когда кровь проходит через легкие, что приводит к точному и быстрому целенаправленному изменению [dHb] в артериальной крови. Мы предполагаем, что такие изменения [dHb] могут быть использованы в качестве подходящего контрастного вещества для МРТ для измерения мозгового кровотока, объема мозговой крови и среднего времени транзита (CBF, CBV и MTT соответственно) по сравнению с гадолинием. Если это возможно, dOHb может стать неинвазивной, недорогой и безопасной альтернативой визуализации перфузии.

Всего будет набрано 25 пациентов с нервно-сосудистыми заболеваниями, которые клинически направлены в объединенный отдел медицинской визуализации TWH для визуализации перфузии с гадолинием. Перед исследованием изображений каждый субъект будет ознакомлен с экспериментальной установкой для контроля дыхательных газов. На лицо испытуемого будет наложена пластиковая маска для лица и дыхательный контур, которые будут герметично закрыты медицинской липкой лентой. Подача газа к маске и дыхательному контуру будет осуществляться с помощью программируемой системы подачи газа с компьютерным управлением (система RespirAct™ RA-MR, Thornhill Research Inc., Торонто, Канада). Последовательность доставки газа и изменения PCO2 и PO2 будет применяться для ознакомления субъекта с ощущениями, связанными с изменениями газов. Затем субъектов помещают на спину в МРТ-сканер. В дополнение к предписанным им клиническим сканированиям будут получены два дополнительных сканирования. Дополнительные МРТ будут включать: 1) структурную (анатомическую) последовательность (4.30 минут), а затем 2) последовательность BOLD-EPI, вызывая изменения PO2. PO2 будет поддерживаться на исходном уровне 45-50 мм рт. ст. (насыщение гемоглобина O2, SaO2 ~ 75%) в течение 60 с. В течение 10 с РО2 в легких будет кратковременно повышаться до пикового РО2 90-120 мм рт. ст. (нормоксия) в течение 2-секундного перехода, достигая SaO2 ~ 100%, а затем возвращается к исходному уровню. В качестве альтернативы, исходный уровень может быть при нормоксии, а провокации газом будут нацелены на PO2 45-50 мм рт.ст. В общей сложности будет применено 4 таких дыхательных испытания в течение 6 минут при сохранении нормокапнии.

Во время каждого стимула PO2 ЖИРНЫЙ сигнал будет изменяться синхронно и обратно пропорционально [dOHb]. Функция артериального входа будет измеряться путем разделения артериальных, тканевых и венозных вокселов на основе различий во времени поступления болюса [dOHb], амплитуды изменения и корреляции с изменениями [dOHb], измеренными по [Hb], и расчетом SaO2 от конечного значения. -дыхательное PO2. Артериальные воксели, первые в последовательности структур, получивших болюс, будут усреднены, чтобы получить входную функцию артерий, которая будет деконволюционирована с тканевым сигналом. Будут созданы карты всего мозга относительного CBF, CBV и MTT. Средние значения сегментированного серого и белого вещества всего мозга для этих показателей будут рассчитаны и сравнены с теми же значениями показателей, полученными с помощью визуализации перфузии с гадолинием.