गैस साँस लेना चुनौतियां माध्यम Cerebrovascular जेट के एमआरआई मैपिंग
Summary
Non-invasive imaging of the brain vasculature’s ability to dilate or constrict may allow a better understanding of cerebrovascular pathophysiology in various neurological diseases. The present report describes a reproducible and patient-comfortable protocol to perform vascular reactivity imaging in humans using magnetic resonance imaging (MRI).
Abstract
मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों अलग समय पर रक्त की आपूर्ति के विभिन्न राशि की आवश्यकता होती है, के साथ एक spatially विषम और अस्थायी गतिशील अंग है। इसलिए, चौड़ा करना या कसना रक्त वाहिकाओं की क्षमता, सेरेब्रल संवहनी जेट (सी वी आर) के रूप में जाना जाता है, नाड़ी समारोह का एक महत्वपूर्ण डोमेन का प्रतिनिधित्व करता है। इस गतिशील संपत्ति का प्रतिनिधित्व एक इमेजिंग मार्कर ऐसे स्ट्रोक, डिमेंशिया, atherosclerosis, छोटे पोत रोग, ब्रेन ट्यूमर, घाव मस्तिष्क चोट, और एकाधिक काठिन्य के रूप में सामान्य और रोगग्रस्त शर्तों के तहत मस्तिष्क जहाजों की नई जानकारी प्रदान करेगा। मानव में माप के इस प्रकार के प्रदर्शन करने के क्रम में, यह मात्रात्मक मस्तिष्क चुंबकीय अनुनाद छवियों (एमआरआई) एकत्र किया जा रहा है, जबकि और / या ओ 2 गैस मिश्रण ऐसे सीओ 2 के रूप में एक vasoactive प्रोत्साहन देने के लिए आवश्यक है। इस काम में, हम, जैसे विशेष गैस के मिश्रण की डिलीवरी की अनुमति है कि एक एमआर संगत गैस वितरण प्रणाली और जुड़े प्रोटोकॉल (प्रस्तुत </उन्हें> ओ 2, सीओ 2, एन 2, और उनके संयोजन) विषय एमआरआई स्कैनर के अंदर झूठ बोल रही है। इस प्रणाली के अपेक्षाकृत सरल, किफायती, और प्रयोग करने में आसान है, और प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल मस्तिष्क संबंधी बीमारियों के साथ स्वस्थ स्वयंसेवकों और रोगियों दोनों में सी वी आर की सटीक मैपिंग की अनुमति देता है। यह दृष्टिकोण व्यापक नैदानिक अनुप्रयोगों में और मस्तिष्क संवहनी pathophysiology की बेहतर समझ में इस्तेमाल किया जा करने की क्षमता है। वीडियो में, हम एक एमआरआई सुइट अंदर प्रणाली की स्थापना की है और कैसे एक मानव भागीदार पर एक पूरा प्रयोग करने के लिए प्रदर्शन करने के लिए कैसे प्रदर्शित करता है।
Introduction
मस्तिष्क शरीर के कुल वजन के बारे में 2% का प्रतिनिधित्व करता है, लेकिन कुल ऊर्जा एक के बारे में 20% की खपत। आश्चर्य नहीं कि पर्याप्त और ध्यान से विनियमित रक्त की आपूर्ति मस्तिष्क ठीक ढंग से काम करने के लिए इस उच्च ऊर्जा की मांग और पूरा करने के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों अलग समय पर रक्त की आपूर्ति के विभिन्न राशि की आवश्यकता होती है, के साथ एक spatially विषम और अस्थायी गतिशील अंग है। इसलिए, रक्त की आपूर्ति के गतिशील मॉडुलन मानव मस्तिष्क संचलन में एक महत्वपूर्ण आवश्यकता का प्रतिनिधित्व करता है। सौभाग्य से, यह रक्त वाहिनियों का एक महत्वपूर्ण कार्य को फैलाने और मस्तिष्क की मांग और शारीरिक शर्तों 2 के आधार पर कसना है कि रक्त वाहिकाओं सिर्फ कठोर पाइप नहीं कर रहे हैं कि नाम से जाना जाता है।
सेरेब्रल संवहनी जेट (सी वी आर) के रूप में जाना जाता पोत, की यह कार्यात्मक संपत्ति, नाड़ी स्वास्थ्य का एक उपयोगी indictor माना जाता है और कई न्यूरोलॉजिकल conditio में आवेदन मिल सकता हैइस तरह के स्ट्रोक 3, पागलपन 4, atherosclerosis के 5, छोटे पोत रोगों 6, ब्रेन ट्यूमर 7, moyamoya रोग 8, और दवा की लत के नौ रूप में एन एस। शरीर विज्ञान और एनेस्थिसियोलॉजी साहित्य में, यह (उदाहरण के लिए, सीओ 2 की एक छोटी राशि की साँस लेना) संवहनी प्रतिक्रियाओं 10-13 जबकि निगरानी धमनी सीओ 2 के स्तर में फेरबदल से सीओ 2 गैस एक शक्तिशाली vasodilator है, क्योंकि सी वी आर मूल्यांकन किया जा सकता है, कि जाना जाता है । इमेजिंग और रेडियोलोजी क्षेत्र में, एमआरआई का उपयोग करते हुए सी वी आर मानचित्रण तेजी से कई बुनियादी वैज्ञानिकों और चिकित्सकों 8,14-19 के लिए ब्याज की एक नई मार्कर के रूप में उभर रहा है। यह आमतौर पर ज्यादा संवहनी प्रतिक्रिया एक vasoactive चुनौती से प्रेरित है विचार कैसे अनुमान लगाया गया है। हालांकि, तकनीकी गैस वितरण प्रणाली के क्षेत्र में प्रगति और प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के मानकीकरण के लिए एक की जरूरत है। एमआरआई स्कैनर के अंदर एक विषय के लिए विशेष गैस मिश्रण देते तुच्छ और विशेष विचार नहीं हैएक एमआरआई-संगत डिजाइन के लिए आवश्यक हैं। विशेष विचार एमआरआई-संगत गैस वितरण प्रणाली को डिजाइन करने में आवश्यक हैं। इन विशेष कारणों में शामिल हैं: 1) सभी घटकों (धातु एमआरआई के अंदर प्रयोग नहीं किया जा सकता है) गैर धातु होना चाहिए; 2) प्रणाली एमआरआई प्रणाली और उसके सिर का तार की अनुमति है कि एक छोटे से अंतरिक्ष के भीतर काम करना चाहिए; एमआरआई स्कैनर की आवश्यकता के रूप में 3) प्रणाली में कोई असुविधा के साथ, ऊपर बैठा के बजाय) (एक झूठ बोल-डाउन की स्थिति के साथ काम करना चाहिए; 4) इस तरह के अंत ज्वारीय सीओ 2 (EtCO2, रक्त धमनियों में CO2 सामग्री) और धमनी ऑक्सीजन संतृप्ति के एक सन्निकटन के रूप में प्रासंगिक शारीरिक मापदंड, समय सटीकता के सेकंड के साथ सही ढंग से दर्ज की गई और विश्लेषण का उपयोग करने के लिए एक कंप्यूटर पर संग्रहित किया जाना चाहिए। इन मुद्दों सी वी आर मानचित्रण के आवेदनों की गुंजाइश सीमित कर सकता है।
इस रिपोर्ट में, हम इस विषय एमआरआई स्कैनर के अंदर झूठ बोल रही है, जबकि प्रेरित गैस की सामग्री मिलाना के लिए एक व्यापक गैस वितरण प्रणाली का उपयोग करता है कि एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया। हमेंइस दृष्टिकोण आईएनजी, शोधकर्ता गैर invasively कम असुविधा या थोक गति के साथ भाग लेने के लिए एक vasoactive प्रोत्साहन आवेदन कर सकते हैं। शारीरिक मापदंड और एमआरआई छवियों कक्ष-हवा और hypercapnic गैस साँस लेने की बारी ब्लॉक (ब्लॉक प्रति एक मिनट) के शामिल है, जो लगभग 9 मिनट की पूरी अवधि के दौरान दर्ज किए गए। प्रतिनिधि परिणाम प्रस्तुत कर रहे हैं। संभावित अनुप्रयोगों और सीमाओं चर्चा कर रहे हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस रिपोर्ट में एक एमआर संगत गैस वितरण प्रणाली और मानव मस्तिष्क में संवहनी जेट की मैपिंग की अनुमति देता है कि एक व्यापक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया। गैस वितरण प्रणाली का एक चित्र चित्र 1 में सचित्र है। एमआरआई स्कैनर कमरे के अंदर सभी भागों प्लास्टिक उनकी एमआरआई संगतता सुनिश्चित करने के लिए कर रहे हैं। प्रणाली धारणात्मक एक गैस का सेवन उप प्रणाली (बैग, वितरण ट्यूब, दो तरह वाल्व), एक श्वास इंटरफ़ेस उप प्रणाली (नाक क्लिप, मुखपत्र, यू-आकार ट्यूब) सहित तीन उप-प्रणालियों, में विभाजित किया जा सकता है एक निगरानी उप प्रणाली (सीओ 2 एकाग्रता, ऑक्सीजन संतृप्ति, हृदय गति, साँस लेने की दर)। गैस सेवन उप प्रणाली गैस दो तरह वाल्व तक पहुँचने के लिए साँस जा करने के लिए अनुमति देता है। केवल इस उप-प्रणाली के माध्यम से प्रवाह होगा, हवा साँस, लेकिन हवा exhaled नहीं। साँस लेने इंटरफ़ेस उप प्रणाली विषय में सांस लेने और इरादा गैस बाहर करने के लिए अनुमति देता है। दोनों साँस और exhaled गैस इस उप-प्रणाली के माध्यम से प्रवाह होगा। monitorinजी उप-प्रणाली इसलिए सांस लेने इंटरफ़ेस उप प्रणाली के साथ एक बिंदु पर गैस नमूना चाहिए।
इस तकनीक के नैदानिक अनुप्रयोगों जैसे स्ट्रोक, atherosclerosis, moyamoya रोग, संवहनी मनोभ्रंश, एकाधिक काठिन्य, और ब्रेन ट्यूमर के रूप में मस्तिष्क संबंधी बीमारियों में मस्तिष्क संवहनी रिजर्व का मूल्यांकन शामिल हो सकते हैं। तकनीक भी मानक के अनुसार या तंत्रिका गतिविधि 23,24 का एक बेहतर मात्रा का ठहराव के लिए fMRI संकेत जांच करने के लिए कार्यात्मक एमआरआई अध्ययन में इस्तेमाल किया जा सकता है।
प्रस्तावित प्रणाली और प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल का एक महत्वपूर्ण विशेषता न्यूनतम गति या परेशानी पैदा करते हुए गैस मिश्रण विषय के लिए दिया जा सकता है। इसलिए, यह यू-आकार ट्यूब (मद # 12) यह (और यह के अंत से जुड़ा मुखपत्र) स्वाभाविक रूप से इस विषय के मुंह में नीचे की ओर गिरता है कि ऐसी जगह के लिए महत्वपूर्ण है। इस तरह, इस विषय पकड़ या मुखपत्र का समर्थन करने के लिए अपने चेहरे की मांसपेशियों का उपयोग करने की जरूरत नहीं है। यह भी आयात होता हैचींटी विषय मुखपत्र उनके मुँह में है, जबकि बात करने में सक्षम नहीं होगा कि बारे में पता होना। इसलिए, शोधकर्ता एक सवाल टोन के साथ इस विषय के लिए बात कर रहा से बचना चाहिए। इसके बजाय, केवल स्पष्ट है, निश्चित निर्देश दिया जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त, एक शोधकर्ता प्रयोग के पूरे कोर्स के दौरान शारीरिक मापदंड (जैसे, ETCO 2, इसलिए दो, हृदय गति, साँस लेने की दर) के करीब ध्यान देना चाहिए और एक या शारीरिक मापदंड के अधिक ठेठ सीमा के बाहर विचलित जब तुरंत जवाब ।
साहित्य में इस्तेमाल अन्य गैस वितरण प्रणाली की एक विस्तृत सर्वेक्षण इस लेख के दायरे से परे है, यह कुछ अधिक इस्तेमाल किया लोगों को 17,18 करने के लिए मौजूदा प्रणाली की तुलना करने के लिए उपयोगी है। एक प्रमुख अंतर यह है कि हमारी प्रणाली सबसे अन्य प्रणालियों के डिजाइन में एक मुखौटा का इस्तेमाल किया है, जबकि इरादा गैस वितरित करने के लिए एक मुखपत्र का उपयोग करता है। एक मुखौटा का उपयोग करने का संभावित जटिलताओं दो परतों हैं। सबसे पहले, एक मुखौटा ओअंतरिक्ष की एक पर्याप्त राशि ccupies, और यह हमेशा कई विषयों के लिए, उनकी नाक लगभग भी एक मुखौटा बिना सिर का तार छूने होगा, यह देखते हुए कि, सिर कुंडल के अंदर तंग जगह में मुखौटा फिट करने के लिए संभव नहीं हो सकता है। यह विशेष रूप से आम तौर पर विषय के सिर को कसकर फिट करने के लिए तैयार कर रहे हैं जो उच्च संवेदनशीलता को प्राप्त करने के उद्देश्य से सिर coils के लिए मामला है। एक मुखौटा डिजाइन के साथ जुड़े एक दूसरे जटिलता साँस और exhaled गैस की पर्याप्त मिश्रण में जो परिणाम मुखौटा अंदर बड़ी जगह है कि वहाँ है। नतीजतन, यह आदर्श exhaled गैस पर ही आधारित होना चाहिए जो ETCO 2, की माप की सटीकता को प्रभावित कर सकता है। सटीक ETCO 2 सी वी आर मानचित्र की विश्वसनीयता के लिए महत्वपूर्ण पाठ्यक्रम की है। कई अन्य प्रणालियों की तुलना में हमारी प्रणाली का एक अन्य प्रमुख अंतर यह है कि हमारी प्रणाली एक बैग के बजाय एक गैस टैंक से गैस उद्धार करता है। इसलिए, टैंक शेष भाग में कीमती अंतरिक्ष की बचत, स्कैनर क्षेत्र में की जरूरत नहीं कर रहे हैं एक एमआरआई सूट का rol के कमरे में। हमारे डिजाइन में, हम स्कैन की शुरुआत से पहले बैग लाने के लिए और स्कैन के बाद, बैग, खाली जोड़ रहा है, और दूर रखा। अंत में, कई अन्य प्रणालियों 18,21, की तुलना में मौजूदा गैस वितरण प्रणाली सरल है, कम प्रशिक्षण समय की आवश्यकता है, और इसके उपभोग्य कम महंगे हैं।
यह इस रिपोर्ट में प्रस्तुत प्रोटोकॉल मुख्य रूप से सीओ 2 साँस लेना पर ध्यान केंद्रित किया है, हालांकि प्रस्तुत गैस वितरण प्रणाली अन्य गैस के मिश्रण (के वितरण की अनुमति देता है, ने बताया कि किया जाना चाहिए जैसे, ओ 2 के किसी भी अंश, सीओ 2 के किसी भी अंश है, किसी भी एस / वह एमआरआई स्कैनर के अंदर झूठ बोल रहा है, जबकि उनके लिए एक मानव के लिए 2 एन, और उनके संयोजन) के अंश साँस लेने के लिए। एक भी electroencephalogram (ईईजी), magnetoencephalogram (एमईजी), पोजीट्रान एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी), या इष्टतम इमेजिंग के साथ संयोजन के रूप में, उदाहरण के लिए, एमआरआई के संदर्भ के बाहर गैस वितरण प्रणाली का उपयोग कर सकते हैं।
इमेजिंग मानकों की एक सिफारिश को उपलब्ध कराने के लिए जब _content ">, हम मुख्य रूप से बोल्ड दृश्य पर ध्यान केंद्रित किया है। संभावित सी वी आर मानचित्रण में इस्तेमाल किया जा सकता है कि एक और अनुक्रम मस्तिष्क में रक्त प्रवाह का एक मात्रात्मक उपाय प्रदान करता है जो धमनी स्पिन लेबलिंग (एएसएल) एमआरआई, (CBF) है शारीरिक इकाइयों (एमएल रक्त मिनट प्रति 100 ग्राम ऊतक के अनुसार) में। इसलिए, एएसएल आधारित सी वी आर मानचित्रण का लाभ परिणामों के साथ ही रक्त के प्रवाह, रक्त की मात्रा का एक संयुक्त प्रभाव को दर्शाता है जो बोल्ड संकेत के विपरीत, की व्याख्या करने के लिए आसान कर रहे हैं सीओ 2 चुनौती 25-27 के दौरान मस्तिष्क चयापचय परिवर्तन के संभावित योगदान। हालांकि, साइन तकनीक की एक सीमा अपनी संवेदनशीलता बोल्ड 28 की तुलना में कई परतों कम है। नतीजतन, हमारे अनुभव वर्तमान में, यह है, कि है एक व्यक्ति के स्तर को प्राप्त करने के लिए बेहद चुनौतीपूर्ण है, इस प्रकार एएसएल। इसलिए, सी वी आर के आवेदन के अध्ययन के लिए, हम मुख्य रूप से बोल्ड दृश्य का उपयोग करें का उपयोग करते हुए सी वी आर नक्शा voxel-voxel द्वारा और भी कहां में इस तकनीक पर ध्यान केंद्रितआर सिफारिशें की हैं।वर्तमान पद्धति की एक सीमा (एक नाक क्लिप से) बंद नाक के साथ एक मुखपत्र के माध्यम से साँस लेने में पूरी तरह से प्राकृतिक नहीं है और कुछ विषयों (विशेष रूप से रोगियों) परेशानी का एक स्रोत के रूप में इस अनुभव कर सकते हैं। मुखपत्र और नाक क्लिप के साथ सांस लेने में भी क्लौस्ट्रफ़ोबिया की भावना को बढ़ा सकता है। इसके अतिरिक्त, इस विषय की वजह से ही मुंह से सांस लेने के लिए शुष्क मुँह अनुभव हो सकता है। इसलिए, यह शोधकर्ता तेजी से प्रयोग को पूरा करने के लिए अपनी तरफ से पूरी कोशिश की सिफारिश की है। अंत में, यह लेखक 'अनुभव के आधार पर, जैसा कि ऊपर उल्लेख संभावित असुविधा क्षणिक है और जैसे ही प्रयोग समाप्त हो गया है के रूप में गायब हो जाएगा, कि नोट करना महत्वपूर्ण है।
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was partly supported by grants from the National Institutes of Health (NIH), under grant numbers R01 MH084021, R01 NS067015, R01 AG042753, NS076588, NS029029-20S1, R21 NS078656; and from National Multiple Sclerosis Society, under grant number of RG4707A2.
Materials
| Name of the Material/Equipment | Company | Catalog number | Description | Website |
| Douglas bag | Harvard Apparatus | 500942 | 200-liter capacity | http://www.harvardapparatus.com/webapp/wcs/stores/servlet/catalog_11051_10001_-1_HAI?gclid=CN_woMnCwboCFWpk7AodL1YA8g |
| Three-way valve | Hans Rudolph | CR1207 | 100% plastic | www.rudolphkc.com |
| Two-way non-rebreathing valve | Hans Rudolph | CR1480 | 22mm/ 15mm ID | www.rudolphkc.com |
| Diaphragm | Hans Rudolph | 602021-2608 | Size: medium, Type: spiral | www.rudolphkc.com |
| Mouth piece | Hans Rudolph | 602076 | Silicone, Model # 9061 | www.rudolphkc.com |
| Nose clip | Hans Rudolph | 201413 | Plastic foam, Model #9014 | www.rudolphkc.com |
| Gas delivery tube | Vacumed | 1011-108 | http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=7665 | |
| Blue cuff | Vacumed | 22254 | http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=343 | |
| Gas sampling tube | QoSINA | T4305 | Thin | http://www.qosina.com/catalog/part.asp?partno=T4305 |
| Male luer | QoSINA | 11547 | http://www.qosina.com/catalog/part.asp?partno=11547 | |
| Hydrophobic filter | Philips Medical Systems | 9906-00 | Disposable | http://www.healthcare.philips.com/us_en/products/index.wpd?Int_origin=3_HC_landing_main_us_en_top-nav_products |
| U-shape tube | Made in-house | |||
| Elbow connector | QoSINA | 51033 | www.qosina.com | |
| EtCO2monitor | Philips Medical Systems | Model 1265 | http://www.healthcare.philips.com/us_en/products/index.wpd?Int_origin=3_HC_landing_main_us_en_top-nav_products | |
| Pulse oximetry | Invivo | Expression | MRI Monitoring Systems | http://www.invivocorp.com/monitors/monitorinfo.php?id=7 |
| MRI scanner | Philips | Achieva 3.0T TX | http://www.healthcare.philips.com/main/products/mri/systems/achievaTX/?Int_origin=2_HC_mri_main_global_en_systems_achieva30ttx | |
| Disinfectant | Fisher Scientific | 04-355-13 | Decon™ BDD™ Bacdown™ Detergent Disinfectant | http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail?storeId=10652&langId=-1&catalogId=29104&productId=3426739&distype=0&highlightProductsItemsFlag=Y&fromSearch=1&searchType=PROD&hasPromo=0 |
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