نقشه‌ برداری راکتیویتی عروق مغزی (مقاله ترجمه شده)

چکیدهخلاصه: این مقاله مروری روش‌شناسی عکسبرداری راکتیویتی عروق مغزی نفس نگهداشتن را از نظرکسب و تحلیل توضیح می‌دهد و کاربردهای این روش در عکسبرداری قبل جراحی مخصوصاٌ با توجه به سطح اکسیژن خون وابسته به fMRI را بررسی می‌کند. اصلی‌ترین کاربردش در fMRI بالینی، برای ارزیابی پتانسیل غیرجفت‌شدگی مغزی‌عروقی می‌باشد. غیرجفت‌شدگی مغزی‌عروقی بصورت بالقوه یک محدودیت عمدهء fMRI بالینی، مخصوصاً در حالت ضایعات توده‌ای مغز مانند تومورهای مغزی و بدشکلی‌های عروق داخل مغزی است که با ناهنجاری‌هایی در همودینامیک موضعی هم در حالت اکتسابی یا مادرزادی همراه هستند. همین‌طور، بازنمایی نفس‌نگهداشتن راکتیویتی عروق‌مغزی یک جز ضروری از تحلیل کنترل کیفی fMRI تشکیل می‌دهد مخصوصاً وقتی که برای بازنمایی قبل جراحی قشر سخنوری اجرا شود. همچنین چالش‌های کربن دی‌اکسید مصنوعی مورد استفاده در بازنمایی راکتیویتی عروق مغزی مورد بحث قرار خواهد گرفت و کاربردهایش در ارزیابی ذخیره عروق مغزی و بیماری عروق مغزی توصیف خواهد شد.جفت‌شدگی عصبی‌عروقی اساسی برای وابستگی میزان خون اکسیژن (BOLD) می‌باشد که به واکنش عروق کوچک به فعالیت عصبی و پیامد کاهش موضعی در غلظت دي‌اكسي‌هموگلوبين اشاره دارد و از اکسیژن‌رسانی بیشتر در عروق کوچک نسبت مصرف اکسیژن در نورون‌های مجاور تحریک شده منتج می‌شود. در واقعیت، موج BOLD توسط تعامل پیچیده تغییرات در CBV، CBF، میزان متابولیک مغزی مصرف اکسیژن و دیگر فاکتورهایی همچون میرایی مویرگی، سخت شامه، هماتوکریت تعیین می‌شود. این جفت‌شدگی عصبی‌عروقی یک آبشار پیچیده از وقایع را در سطوح ریزساختاری، بیوشیمی، الکتروفیزیولوژی دربر می‌گیرد که بسیاری از اجزا همچون آستروسیت‌ها، انتقال‌دهنده‌های عصبی و میانجی‌های شیمیایی به علاوه نورون‌های پروگزیمالی و عروق دیستالی ماهیچه صاف را دربرمی‌گیرد. بررسی‌های عالی این موضوع توسط کوهلر وهمکاران در سال 2009 و آتول وهمکاران درسال 2010 ارائه شده است. در حالت عادی تصور می‌شود انتقال‌دهنده‌های عصبی مانند گلوتامات که از سیناپس‌ها آزاد شده، با گیرنده‌های مجزایی روی آسروسیت‌ها یا نورون‌ها ترکیب می‌شود و منجر به آزادسازی میانجی‌های شیمیایی متفاوت از هرکدام از آن‌ها می‌شود و سپس مستقیماً کشش سرخرگی ماهیچه صاف را تحت تأثیر قرار می‌دهد. برای مثال نیتریت دی اکسید که از نورون‌ها آزاد می‌شود و پروستاگلاندین که از آستروسیت‌ها رهاسازی می‌شود، می‌توانند منجر به اتساع عروق شوند. با این وجود، جفت‌شدگی عصبی‌عروقی پیچیده و دارای فرآیند درک است که مسیرهایی چندگانه ارسال موج را دربرمی‌گیرد. سازوکارهای ارسال موج آستروسیت یکی از این مسیرهاست که افزایش سطوح کلسیم آستروسیت را شامل می‌شود.در حالیکه افراد داوطلب سالم برای BOLD fMRI مطالعه می‌شوند و مطالعات fMRI، بیماران فاقد ناهنجاری همودینامیک موضعی شریانی یا رگ‌های وریدی را دربر می‌گیرد، آبشار جفت‌شدگی عصبی‌عروقی می‌تواند به عنوان سالم در نظرگرفته شوند، لزوماً یکسانی در بیماران دارای ضایعات توده‌ای داخلی مغزی، AVM مغزی، سکته‌های مغزی یا بیماری عروق‌مغزی درست نیست. در این موارد آخری، آبشار جفت‌شدگی عصبی‌عروقی ممکن است در هر سطحی از پروگزیمال انتهایی نورونی (در شرایطی که قشر دچار اختلال یا غیرقابل دوام) به واکنش عروق کوچک دیستالی تجزیه شود. این پدیده، به جدا شدگی عصبی‌عروقی یا جفت‌نشدگی عصبی‌عروقی (NVU) اشاره دارد. در اکثر موارد که فعالیت الکتریکی بصورت مداوم ارائه می‌شود اماهنوز در قشر بیمارشده، تجزیه ممکن است در آستروسیت‌ها، انتقال‌دهنده‌ها یا در اغلب موراد عروق اندام انتهایی اتفاق بیفتد. در این موارد، ارزیابی راکتیویتی عروق‌مغزی (CVR) می‌تواند یک روش مفید برای شناسایی پتانسیل NVU باشد. NVU مشکلی بحرانی در fMRI قبل جراحی است زیرا می‌تواند به عنوان فعال‌سازی منفی کاذب در وظایف BOLD fMRI ظاهر شوند. برخلاف محیط تحقیق، که معمولاً روی کاهش مثبت کاذب (خطای آماری نوع 1) با استفاده از آستانه‌های آماری دقیق یا با استفاده اصلاحات مقایسات چندگانه تأکید دارد، در fMRI قبل جراحی بالینی، تأکید روی جلوگیری از منفی‌های کاذب (خطاهای نوع دو) می‌باشد. فعال‌سازی منفی کاذب در fMRI بالینی می‌تواند منجر به پیامدهای جدی شود زیرا ممکن است منتج به برش‌ غیرعمدی قشر سخنوری مغز شود که BOLD خاموش یا پنهان را روی تصاویر فعال‌سازی BOLD ظاهر می‌کند. زیرا ممکن است ناتوان از نمایش یک پاسخ BOLD قوی یا حتی حداقل به یک محرک نورونی مناسب باشد. مشابهاً، در برخی موارد ممکن است NVU نتیجه دهد، در فعال‌سازی مثبت کاذب که می‌تواند منجر به برش‌های نامناسب یک ضایعه همچون تومور شود، و این ممکن است بصورت منفی پیش‌آگهی کلی بیمار را تحت تأثیر قرار دهد. در چنین شرایطی، توانایی شناسایی NVU، ممکن است برای مراقبت بیمار حیاتی باشد، زیرا ممکن است استفاده از ارزیابی الکتروفیزیولوژیک مکمل (تصویربرداری محرک کورتیکال حین جراحی) برای تصویربرداری قابل اعتماد قشر سخنوری مغز ضروری باشد.تکنیک تصویربرداری نفس نگهداشتن راکتیوتیتی عروق مغزیاگرچه چالش‌های کربن دی‌اکسید بالا (هایپرکاپنه) در اتباط با تصویر برداری BOLD را در ارزیابی اثربخش CVR مغزی استفاده کرده‌اند، معیار تکنیک استاندارد برای چنین تصویربرداری CVR تجویز گاز کربن دی‌اکسید (CO2) در حین تصویربرداری MR بوده است. تکنیک نفس نگهداشتن (BH) یک جایگزین ساده‌تر را پیشنهاد می‌کند که برای پیاده‌سازی در محیط بالینی آسانتر است و هنوز می‌تواند افزایش مشابهی را افزایش سطوح کربن دی‌اکسید شریانی ایجاد کند و نتایجی مشابه تصاویر مفید BOLD CVR همانند آن‌ها با استفاده از تکنیک‌های تنفس گاز حاصل شود. این تکنیک BH کوتاه مدت معمولاً دامنه از 10-30 ثانیه، را دربر می‌گیرد که با دوره‌های تنفس معمولی جایگزین می‌شود. حتی BHهایی که خیلی کوتاه‌تر هستند (کمتر از 3 ثانیه) ممکن است حالت‌های مختصری از کربن دی‌اکسید بالا را ایجاد کنند که منجر به تغییرات قابل اندازه‌گیری موج BOLD می‌شود اما توانمندی پاسخ BOLD و تعداد وکسل‌ها در قشر مغزی که تغییرات موج BOLD را نشان می‌دهند با افزایش طول مدت BH افزایش می‌یابد. علاوه براین، قابلیت تکثیر چنین پاسخ‌های BOLD بزرگ‌تر است و تغییرپذیری حین اسکن با دوره‌های طولانی‌تر BH به حداقل رسیده است. در حالیکه BH با دوره‌های 20 تا 30 ثانیه ممکن است برای داوطلبان سالم عملی باشد، در برخی بیماران مبتلا به تومورهای مغزی، یک توافق ممکن است میان طول مدت مطلوب BH و محدودیت‌ها راحتی/مقاومت بیمار ضروری باشد. خوشبختانه، بررسی‌های داوطلبان سالم نشان دادند که استفاده از بلوک‌های تنفس آهسته میان بلوک‌های موفقیت‌آمیز BH یک خط قاعده BOLD پایدارتر را ارائه می‌دهند که پاسخ موج نفس نگهداشتن BOLD می‌تواند استخراج شود و منجر به ارزیابی صحیح‌تر و کاهش تغییر پذیری حین اسکن را درپی‌دارد.کاربردهای تصویربرداری BH CVR برای عکسبرداری قبل جراحیمورد بالینی زیر ارزش تصویربرداری قبل جراحی معاینات بالینی BOLD Fmri توضیح می‌دهد.شکل 2 بیمار مرد 42 ساله مبتلا به الیگوآستروسیتما درجه پایین ارتشاحی دوطرفه غیرپیشرفته T2/FLAIR (بصورت اولیه در سمت راست) توسعه‌یافته در لوب آهیانه سمت چپ (درجه دوم سازمان جهانی بهداشت) را نشان می‌دهد که تقریباً دوسال قبل از نمایش تحت برش ساب توتال قبلی قرارگرفت و الان با پیشرفت مداوم تومور نشان داده است. اگر چه درجه متوسط فعال‌سازی همگرای عملکرد منطقه ورنیکا در طول حاشیه فوقانی-خلفی توده مشاهده می‌شود کل وسعت فعال‌سازی منطقه ورنیکا و فعالسازی لوب جداری جلویی (گیرنده زبان) نمی‌تواند بصورت قابل اعتمادتری نشان داده شود. مناطق ثابت در CVR روی تصاویر BH CVR در قشر لب آهیانه‌ای چپ به شدت در مناطق ارتشاح توموری کاهش می‎یابد که NVU در این بیمار بدون علامت بالینی حدس زده شد. فعال‌سازی وظایف 5 زبان مختلف (تولید واژه نامفهوم، تکمیل جمله، قافیه گفتن، خواند درک مطلب و گوش دادن به داستان مثبت) در دو لایه آناتومیکی محوری و ساجیتال روی تصاویر آناتومیکی T1-وزن دهی شده نمایش داده شده است. به کمبود نسبی فعال‌سازی زبان در لوب آهیانه چپ توجه کنید که احتمال دارد به دلیل NVU باشد. ترسیم موج/دم تنفسی عملکرد عالی کار را تعیین می‌کند. با توجه به این محدودیت‌ها موضع‌سازی fMRI، بیمار تحت برش مغز هوشیارانه با تصویربرداری محرک-قشری در حین جراحی قرار می‌گرفت.فیزیولوژی و ذخیره عروق مغزی CVRزمانیکه مقاومت جریان به دلیل انسداد جریان داخلی یا خارجی افزایش می‌یابد، یک پاسخ اتساع رگ در بخش‌ها عادی رگی به حفظ جریان خون توسعه می‌یابد. پیری ذخیره رگ وقتی اتفاق می‌افتد که این مکانسیم جبرانی به حداکثر می‌رسد. تحت این شرایط، تصور می‌شود که هیچ اتساع رگی اضافی حتی با دیگر محرک‌های اتساع رگ یعنی با منبع نورونی احتمال ندارد. اگر جفت‌شدگی عصبی‌عروقی فرسوده شود، سپس تقویت جریان خون در پاسخ به تحریک نورونی اتفاق نمی‌افتد و امواج BOLD افزایش مورد انتظار را نشان نمی‌دهد که منجر خطاهای نوع دو حین آزمایشات fMRI می‌شود. هنگام آزمایش CVR با استفاده از یک محرک CO2 در بیماران دارای هر شرایط بیماری که مقاومت عروقی تغییر می‌دهد، این شیوه که CO2 بکارگرفته می‌شود حداقل عنصر بحرانی در ارزیابی اثر بیماری روی راکتیویتی بافت است. روش‌های مورد استفاده در تحلیل ارتباط میان تغییرات CO2 و جریان خون حیاتی‌تر هستند. اگر نیاز به قابلیت تکثیر مهم باشد، پس دانستن سطوح CO2 شریانی حیاتی است. ارتباط میان CO2 و جریان خون از یک منحی سیگموئیدی درک می‌شود (شکل3). از آنجاییکه ذخیره عروقی از طریق اتساع جبرانی رگ در پاسخ به افزایش تنگی (مقاومت) عروق مصرف می‌شود، هیچ تغییری در راکتیویتی مشاهده نمی‌شود زیرا منحنی سیگموئیدی در طول یک دامنه نسبتاً خطی است. با این وجود با افزایش در تنگی عروقی، شیب منحنی کاهش می‌یابد که همسطح‌سازی راکتیویتی در تغییرات افزیشی یکسان در CO2 نشان می‌دهد. افزایش اضافی در تنگی به اتساع رگی حداکثر منجر می‌شود. کف عروقی به افزایشات بیشتر در CO2 پاسخ نمی‌دهد. در این نقطه، مقاومت جریان به حداقل مطلق می‌رسد. وقتی که این وضعیت بصورت بالینی مشاهده شود، جریان خون در حوزه عروقی تحت تأثیر به فشار خون تبدیل می‌شود.کاربرد محرک اتساع عروق CO2BH منجر به افزایش تدریجی در غلظت‌های شریانی CO2 می‌شود اما عدم قطعیت قابل ملاحظه‌ای در مورد سطوح CO2 موجود در خون وجود دارد. تجویز برون‌زا CO2 جایگزینی جالب است زیرا اندازه‌گیری سطوح CO2 انتهای جاری قعال‌سازی می‌شوند (به عنوان متضاد با BH). این ویژگی باید بصورت تئوریکی به کمیت‌سازی صحیح CVR اجازه دهد. در حقیقت افزایش غلظت‌های CO2 شریانی با استفاده از تجویز بیرونی CO2 بصورت رایج برای بسیاری از سال‌ها استفاده شده است. براساس فرضی است که نمونه‌گیری CO2 انتهای-جاری تحت این شرایط، برآوردی منطقی از فشار جداری شریانی CO2 در خون است. اشکال این فرض این است که انتهای-جاری CO2 و فشار جداری CO2 مساوی نیستند زیرا روش فاقد تنفس مجدد نمی‌تواند شیب فیزیولوژیک میان انتهای-جاری CO2 و فشار جداری CO2 توجیه کند. در افراد سالم جوان، شیب بصورت معمولی کوچک اما هنوز ناشناخته است بنابراین خطاهای کمی در CVR نشان داده‌ خواهد شد. خطا به عنوان یک تابع از سن، وضعیت بدن، تمرین و وجود بیماری ریوی افزایش می‌یابد.نتیجه‌ گیریBH CVR برای اجرای بالینی ساده، ارزان و آسان است زیرا که همه از نقطه نظر جمع‌آوری داده ضروری است و برای تایید، این موضوع می‌تواند قبل از انجام اسکن آموزش و تمرین اجرا شود . اطلاعات بدست آمده می‌تواند به شدت در اعتبار سنجی توانایی یک کف پرفیوژن در پاسخ به یک محرک اتساع عروقی یعنی یک الزام ضروری برای بکارگیری تصویربرداری قابل اعتماد fMRI، سودمند باشد. با این وجود محدودیت‌هایی در اجرا وجود دارد که بررسی‌های اضافی را قبل از بکارگیری تکنیک‌ ‌BH می‌طلبد و می‌تواند برای استفاده از در محیط‌هایی غیر از برنامه‌ریزی قبل جراحی توصیه شوند. متودولوژی که کنترل دقیق گازهای شریانی را امکان‌پذیر می‌کند، ترجیح داده می‌شود اما حتی با این وجود این متودولوژی موجود است، و هنوز بصورت جهانی پیاده‌سازی نشده است. با این اوصاف، انتظار می‌رود که اهمیت بررسی کنترل جریان خون و وضعیت راکتیویتی عروقی مغز افزایش یابد که وابستگی را در محیط‌های بالینی و پژوهشی بدست می‌آورد.این مقاله در سال 2015 در نشریه AJNR و در مجله آمریکایی نور رادیولوژی، توسط گروه رادیولوژی و علوم رادیولوژی منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله نقشه‌ برداری راکتیویتی عروق مغزی در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.