Deoxyhemoglobin Koncentration Förändringar och Cerebral Perfusion Imaging

Cerebral vävnadsperfusion kan undersökas genom att spåra ett spår genom hjärnans kärl. För närvarande kräver detta en infusion av kontrastmedlet. Framsteg har dock gjorts när det gäller att utveckla icke-invasiva avbildningstekniker för att utvärdera vävnadsperfusion. Magnetisk resonanstomografi (MRT) är en mycket attraktiv avbildningsmetod eftersom den inte är beroende av joniserande strålning och har hög rumslig upplösning. Det vanliga kontrastmedlet som används för att studera cerebral vävnadsperfusion vid MRT är gadoliniumbaserade kontrastmedel. Dessa kontrastmedel tenderar emellertid att ha flera nackdelar inklusive invasivitet, njurtoxicitet, vävnadsackumulering och allergiska reaktioner. När de injiceras intravenöst blir de mycket spridda i artärerna, vilket kräver en komplex beräkning av den arteriella ingångsfunktionen. Dessutom, även om de förblir övervägande intravaskulära, tenderar de att diffundera extravaskulära under neurovaskulära tillstånd som har en nedbrytning av blod-hjärnbarriären som leder till mätfel.

Nyligen har vi bestämt ett sätt att generera en abrupt förändring i deoxihemoglobinkoncentrationen [dHb] när blodet passerar lungorna, vilket resulterar i en exakt och snabb målinriktad förändring av [dHb] i artärblodet. Vi antar att sådana förändringar i [dHb] kan användas som ett lämpligt MRI-kontrastmedel för mätning av cerebralt blodflöde, cerebral blodvolym och genomsnittlig transittid (CBF, CBV respektive MTT) i jämförelse med gadolinium. Om lämpligt skulle dOHb utgöra ett icke-invasivt, billigt och säkert alternativ till perfusionsavbildning.

Totalt 25 patienter med neurovaskulär sjukdom som är kliniskt remitterade till TWH Joint Department of Medical Imaging för gadoliniumperfusionsavbildning kommer att rekryteras. Före avbildningsstudien kommer varje försöksperson att bekanta sig med experimentuppställningen för luftvägsgaskontroll. En ansiktsmask av plast och andningskrets kommer att appliceras på försökspersonens ansikte och monteras för att bilda en lufttät försegling med medicinsk tejp. Gastillförsel till masken och andningskretsen kommer att tillhandahållas av ett programmerbart datorstyrt gasleveranssystem (RespirAct™ RA-MR System, Thornhill Research Inc., Toronto, Kanada). Sekvensen för gastillförsel och förändringar i PCO2 och PO2 kommer att tillämpas för att bekanta personen med förnimmelserna relaterade till förändringar i gaserna. Försökspersonerna kommer sedan att placeras på rygg i MR-skannern. Utöver deras ordinerade kliniska skanningar kommer ytterligare två skanningar att erhållas. De ytterligare MR-undersökningarna kommer att innehålla: 1) en strukturell (anatomisk) sekvens (4.30 minuter), följt av 2) en BOLD-EPI-sekvens samtidigt som den inducerar förändringar av PO2. PO2 kommer att hållas vid en baslinje på 45-50 mmHg (hemoglobin O2-mättnad, SaO2 ~75%) i 60s. Under 10 s kommer lungan PO2 att höjas tillfälligt till en topp PO2 på 90-120 mmHg (normoxia) inom 2 s övergång, nå en SaO2 på ~100% och sedan återgå till baslinjen. Alternativt kan baslinjen vara vid normoxi och gasutmaningen kommer att inriktas på PO2 på 45-50 mmHg. Totalt 4 sådana ventilationsutmaning kommer att appliceras under 6 minuter samtidigt som normokapni bibehålls.

Under varje PO2-stimulus kommer FET-signalen att ändras synkront och omvänd proportion till [dOHb]. En arteriell ingångsfunktion kommer att mätas genom att separera arteriell, vävnad och venös voxel baserat på skillnader i [dOHb] bolusankomsttider, förändringsamplitud och korrelation till förändringar i [dOHb] mätt från [Hb] och beräkning av SaO2 från slutet -tidvatten PO2. Arteriella voxlar, de första i sekvensen av strukturer som tar emot bolusen, kommer att beräknas i medeltal för att ge en arteriell ingångsfunktion som kommer att dekonvolveras med vävnadssignalen. Helhjärnskartor över relativ CBF, CBV och MTT kommer att genereras. Medelvärden för segmenterad grå substans och vit substans i hela hjärnan för dessa mätvärden kommer att beräknas och jämföras mot samma metriska värden som erhållits med gadoliniumperfusionsavbildning.