Cerebrovascular reactivity mapping without hypercapnic challenge in patients with carotid artery stenosis

Autores

  • Kaio Felippe Secchinato Inbrain Lab / Department of Physics, FFCLRP / USP, Ribeirao Preto
  • Pedro Henrique Rodrigues da Silva Inbrain Lab / Department of Physics, FFCLRP / USP, Ribeirao Preto
  • Ana Paula Afonso Camargo Neurosciences and Behavioral Sciences. FMRP/ USP
  • Octávio Marques Pontes-Neto Neurosciences and Behavioral Sciences. FMRP/ USP
  • Renata Ferranti Leoni Departamento de Física, FFCLRP, Universidade de São Paulo Avenida Bandeirantes, 3900. Ribeirão Preto, Brasil http://orcid.org/0000-0002-4568-0746

DOI:

https://doi.org/10.29384/rbfm.2019.v13.n2.p62-65

Palavras-chave:

Cerebrovascular disease, resting state, magnetic resonance imaging, cerebral vasoreactivity

Resumo

Vascular reactivity represents the ability of the vascular smooth muscle to dilate or contract in response to changes in metabolic demand or vasoactive stimulus. More specifically, the cerebrovascular reactivity (CVR) has raised interest in several studies that point to its potential to predict stroke risk in patients with cerebrovascular disease. CVR mapping is typically performed using carbon dioxide (CO2) inhalation, breath-holding, or acetazolamide injection as vasoactive challenges, while magnetic resonance imaging (MRI) based on the blood oxygenation level-dependent (BOLD) contrast is acquired. However, such challenges of hypercapnia depend on additional equipment and cooperation of the subjects, limiting their applications, especially in elderly patients. Therefore, the objective of the present study was to map the CVR using resting-state MRI-BOLD, with no hypercapnic challenge, considering the variations in BOLD signal associated with variations in the arterial partial pressure of CO2. The CVR maps obtained with resting data showed a high correlation with those obtained by the conventional experiment with CO2 inhalation (r > 0.70). In addition, the CVR changes observed for the patients were consistent with their clinical reports. These results show that the mapping of CVR obtained with resting-state data may become a useful alternative in the detection of perfusion changes in clinical applications when the hypercapnic challenge is not feasible.

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Biografia do Autor

Kaio Felippe Secchinato, Inbrain Lab / Department of Physics, FFCLRP / USP, Ribeirao Preto

É graduado em Bacharelado em Física Médica pela Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto na Universidade de São Paulo. Atualmente é aluno de mestrado pelo programa de pós-graduação de Física Aplicada à Medicina e Biologia. Tem experiência na área de processamento de imagens de ressonância magnética, com ênfase em vasoreatividade cerebral em pacientes com doenças cerebrovasculares.

Pedro Henrique Rodrigues da Silva, Inbrain Lab / Department of Physics, FFCLRP / USP, Ribeirao Preto

Atualmente é doutorando no programa de Física Aplicada à Medicina e Biologia (FAMB) da Universidade de São Paulo (USP) (2017) na área de ressonância magnética funcional. Mestre em Ciências pelo programa FAMB (2015-2017). Bacharel em Física Médica pela Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FCLRP/USP) (2011-2015). Tem experiência na área de Física, com ênfase em Ressonância Magnética, atuando principalmente nos temas: aquisição de imagens multimodais de ressonância magnética, modelagem computacional dos dados (tractografia determinística, conectividade funcional e modelagem causal dinâmica) e avaliação de velocidade de processamento da informação. 

Ana Paula Afonso Camargo, Neurosciences and Behavioral Sciences. FMRP/ USP

Possui Graduação em Psicologia pela Universidade Sagrado Coração - USC/ Bauru; Especialização em Psicologia da Saúde: Práticas Clínicas e Hospitalares, pela UNESP/ Bauru; Mestrado em Psicologia pela UNESP/Bauru, com ênfase em Neuropsicologia e doença cerebrovascular; Especialização em Neuropsicologia pelo CDN/ UNIFESP; e Doutorado pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP, com ênfase em doença cerebrovascular, cognição e biomarcadores de Ressonância Magnética. Atuou como Presidente da Comissão de Ensino, Pesquisa e Extensão do Hospital de Base de Bauru/ FAMESP, bem como docente de graduação e orientadora de iniciação científica na Faculdade Anhanguera de Bauru. Atualmente é pesquisadora do Departamento de Neurociências e Ciências do Comportamento, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP. Tem atuado principalmente em pesquisas clínicas envolvendo doenças cerebrovasculares, abordando especialmente: funções cognitivas, AVC, hemorragia cerebral, estenose carotídea, ressonância magnética funcional e vasorreatividade cerebral.

Octávio Marques Pontes-Neto, Neurosciences and Behavioral Sciences. FMRP/ USP

Graduação em Medicina pela Universidade Federal do Ceará (1999); residências médicas em Neurologia (2000-2003) e Neurofisiologia Clínica (2003-2004) no Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - Universidade de São Paulo (HFCMRP-USP), Doutorado em Neurologia (2008) e Livre Docência em Neurologia (2018), ambos pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP. Fellowship em Neurologia Vascular e Neurossonologia no Hospital Vall d`Hebron, Barcelona, Espanha. Pós-doutorado no Massachusetts General Hospital / Harvard Medical School, em Boston, EUA. É Professor Associado do Departamento de Neurociências e Ciências do Comportamento da FMRP-USP e Chefe do Serviço de Neurologia Vascular e Emergências Neurológicas do HCFMRP-USP. Tem se dedicado à pesquisa clínica envolvendo Doenças Cerebrovasculares e Emergências Neurológicas, abordando sobretudo os seguintes temas: AVC, terapia trombolítica, apnéia obstrutiva do sono, hemorragia cerebral, Sistema de Regulação Médica de Urgências, Duplex Transcraniano e Vasorreatividade cerebral. Foi Presidente (2016-2018) e atualmente é Vice-Presidente da Sociedade Brasileira de Doenças Cerebrovasculares e o Coordenador da Rede Nacional de Pesquisa em AVC, instituída pelo Ministério da Saúde (Decit/SCTIE/MS) e Bolsista de Produtividade em Pesquisa do CNPq. 

Referências

Leoni RF. Avaliação da perfusão sangüínea cerebral em modelos animais de hipertensão utilizando Arterial Spin Labeling. 2011;

Liu P, Vis JB De, Lu H. NeuroImage Cerebrovascular reactivity ( CVR ) MRI with CO2 challenge : A technical review. Neuroimage [Internet]. 2018;(March):1–12. Available from: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.03.047

Yoon SH, Zuccarello M, Rapoport RM. Reversal of hypercapnia induces endothelin-dependent constriction of basilar artery in rabbits with acute metabolic alkalosis. Gen Pharmacol Vasc Syst. 2000;

Magon S, Basso G, Farace P, Ricciardi GK, Beltramello A, Sbarbati A. Reproducibility of BOLD signal change induced by breath holding. Neuroimage. 2009;

Settakis G, Molnár C, Kerényi L, Kollár J, Legemate D, Csiba L, et al. Acetazolamide as a vasodilatory stimulus in cerebrovascular diseases and in conditions affecting the cerebral vasculature. European Journal of Neurology. 2003.

Lu H, Liu P, Yezhuvath U, Cheng Y, Marshall O, Ge Y. MRI mapping of cerebrovascular reactivity via gas inhalation challenges. J Vis Exp. 2014;

Leoni RF, Mazzetto-Betti KC, Silva AC, dos Santos AC, de Araujo DB, Leite JP, et al. Assessing Cerebrovascular Reactivity in Carotid Steno-Occlusive Disease Using MRI BOLD and ASL Techniques. Radiol Res Pract. 2012;2012:1–10.

Greenberg SM. Small vessels, big problems. New England Journal of Medicine. 2006.

Fierstra J, van Niftrik B, Piccirelli M, Burkhardt JK, Pangalu A, Kocian R, et al. Altered intraoperative cerebrovascular reactivity in brain areas of high-grade glioma recurrence. Magn Reson Imaging. 2016;

Alwatban M, Murman DL, Bashford G. Cerebrovascular Reactivity Impairment in Preclinical Alzheimer’s Disease. J Neuroimaging. 2019;

Pastorello BF. Em busca da região epileptogênica em pacientes com epilepsia do lobo temporal : métodos alternativos baseados em fMRI e EEG-fMRI Ribeirão Preto – SP Em busca da região epileptogênica em pacientes com epilepsia do lobo temporal : métodos alternativos basea. 2011;

Liu P, Li Y, Pinho M, Park DC, Welch BG, Lu H. Cerebrovascular reactivity mapping without gas challenges. Neuroimage. 2017;

Leoni RF, Oliveira IAF, Pontes-Neto OM, Santos AC, Leite JP. Cerebral blood flow and vasoreactivity in aging: An arterial spin labeling study. Brazilian J Med Biol Res. 2017;

Taneja K, Lu H, Welch BG, Thomas BP, Pinho M, Lin D, et al. Evaluation of cerebrovascular reserve in patients with cerebrovascular diseases using resting-state MRI: A feasibility study. Magn Reson Imaging. 2019;

Tong Y, Frederick B de B. Tracking cerebral blood flow in BOLD fMRI using recursively generated regressors. Hum Brain Mapp. 2014;

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Publicado

2019-12-28

Como Citar

Secchinato, K. F., da Silva, P. H. R., Camargo, A. P. A., Pontes-Neto, O. M., & Leoni, R. F. (2019). Cerebrovascular reactivity mapping without hypercapnic challenge in patients with carotid artery stenosis. Revista Brasileira De Física Médica, 13(2), 62–65. https://doi.org/10.29384/rbfm.2019.v13.n2.p62-65

Edição

Seção

Artigo Original