Dynamic of brain perfusion changes induced by breath-holding fMRI.

O mecanismo de contraste mais utilizado em imagens funcionais por ressonância magnética (functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI), também conhecido por sinal BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) mede indiretamente a atividade neural, sendo sensível a mudanças no fluxo cerebral sangüíneo (Cerebral Blood Flow, CBF), na taxa cerebral metabólica do oxigênio (Cerebral Metabolic Rate of Oxygen, CMRO2) e no volume cerebral sanguíneo (Cerebral Blood Volume, CBV) e, em princípio, ele pode ser utilizado para mapear perfusão cerebral. Desse modo, o objetivo principal deste trabalho foi investigar, quantitativamente, alterações perfusionais no cérebro humano mapeadas pelas mudanças do sinal BOLD em resposta à indução transitória do estado de apnéia. Para isso, imagens por ressonância magnética foram obtidas através de um scanner de 1.5 T Siemens (Magneton Vision) com seqüências do tipo EPI-BOLD. Nesta pesquisa, foi analisada a influência da duração da apnéia no sinal BOLD. Observou-se, também, a diferença ocasionada no sinal em duas situações: apnéia iniciando-se após a inspiração ou após a expiração. Além disso, foi estudada a propagação deste sinal BOLD pelas diferentes regiões cerebrais. Por último, fazendo uso deste sinal BOLD, construiu-se mapas para obter informações a respeito do volume cerebral sangüíneo. Pelos dados obtidos, foi possível analisar o comportamento do sinal BOLD quando na presença de diferentes PaO2 e PaCO2. Observaram-se, também, diferenças regionais na sensibilidade do sinal BOLD ocasionada pelo estado de apnéia induzido. Essa diferença pode estar relacionada à reatividade das artérias que irrigam cada região ou ao volume sangüíneo basal dessas artérias. Além disso, foi possível obter informações a respeito das características temporais da mudança do CBF para diferentes regiões do cérebro em resposta a hipercapnia. Também, foi feita a identificação de áreas corticais responsáveis pelo controle voluntário da respiração. Por fim, os mapas de B-CBV obtidos utilizando o contraste BOLD em resposta à apnéia foram capazes de refletir o volume sangüíneo local, embora, estudos para análise dos outros parâmetros que influenciam o sinal devam ser realizados.The BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) signal, is the most used contrast mechanism of the so called functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). Although it indirectly measures neuronal activity, its response is directly related to cerebral blood flow (CBF), Cerebral Metabolic Rate of Oxygen (CMRO2) and Cerebral Blood Volume (CBV) and can be, in principle, used to map cerebral perfusion. Thus, the main purpose of this study was to investigate, quantitatively, some aspects of perfusional alterations in the human brain. These changes were mapped by changes in the BOLD signal as a result of a global and uniform stimulation: hypercapnia induced by breath holding paradigms. Magnetic resonance images were acquired in a 1.5 T scanner (Siemens, Magneton Vision) with EPI-BOLD fMRI sequences. It was analyzed the BOLD dependency on breath holding duration and differences on the BOLD signal due the employed breath holding techniques: breath holding after expiration or after inspiration. The regional variability of the BOLD signal propagation was also studied. Moreover, the signal was used to construct maps based on CBV information. It was possible to gain information about the BOLD signal behavior that respond to PaO2 and PaCO2 alterations. Besides, it was demonstrated its regional variations sensibility, which can be correlated with arterial reactivity or the rest CBV of this arteries. It was also possible acquire information about the temporal characteristics of CBF changes induced by hypercapnia across brain regions as well as the identification of cortical areas that were responsible to the voluntary breathing. Finally, the B-CBV maps that used the BOLD con-trast were able to reflect CBV information, although, it is necessary the study of other parameters that can influence the signal