Changes in cerebral venous blood volume (DCBVv) is a critical component of the BOLD fMRI signal (instead of total DCBV), but its role has remained relatively unexplored, predominantly because measuring CBVv non-invasively is challenging. Motivated by this challenge, this thesis focuses on the development and use of the venous refocusing for volume estimation (VERVE) technique to non-invasively measure DCBVv. Driven by the substantial signal-to-noise (SNR) gain at high field, VERVE was re-designed for 3 T. This technique is strongly field-dependent through its reliance on venous blood transverse relaxation (T2) variations as a function of the Carr-Purcell Meiboom-Gill (CPMG) refocusing interval and blood oxygenation. To characterize this dependence, human whole blood T2 relaxometry was performed at 3 T. The results reveal significantly enhanced blood T2 dependence relative to 1.5 T, one best modelled as a diffusion process. In addition, human grey and white matter T2 relaxometry results support venous blood T2 variation being the predominant source of VERVE contrast at 3 T. The subsequent design of VERVE was based on the blood relaxometry results. Also, to minimize signal biases due to gradient-echo BOLD effects, greatly amplified at 3 T, a turbo spin-echo approach was adopted, further boosting SNR. VERVE was then used with arterial spin labeling (ASL) to assess the steady-state venous flow-volume relationship in humans under visual and sensorimotor stimulation. The results demonstrated a spatially-invariant flow-volume relationship characterized by a power-law coefficient (a) of 0.23, significantly lower than Grubb’s value of 0.38 (derived using total DCBV). The assumption of the latter in calibrated BOLD introduced a significant underestimation in cerebral oxygen metabolism changes (DCMRO2). Finally, the interactions giving rise to the controversial BOLD post-stimulus undershoot were examined with respect to the prevalent biomechanical, metabolic and neuron / Les changements du volume sanguin cérébral veineux (DCBVv) est un élément essentiel du signal BOLD (par opposition à l’ensemble de DCBV). Pourtant, jusqu'ici le rôle du CBVv est resté relativement inexploré, et ce du aux difficultés liées aux mesures non-invasives du CBVv. Motivée par ce défi, cette thèse se rapporte sur le développement et l'utilisation de la méthode VERVE (refocalisation veineuse pour l’estimation du volume), qui permet l’estimation non-invasive de DCBVv. D’abord, l’augmentation importante du rapport signal-sur-bruit (SNR) aux champs magnétiques élevés a mené à réviser VERVE pour 3 T. Le contraste VERVE est basé sur les variations du temps de relaxation transversale (T2) sanguin veineux en fonction de l’intervalle de refocalisation Carr-Purcell Meiboom-Gill (CPMG) et de l’oxygénation sanguine. Pour caractériser cette dépendance, qui dépend fortement du champ magnétique, une étude relaxométrique du sang humain a été réalisé à 3 T. Les résultats indiquent que la dépendance du T2 sanguin est amplifiée de façon importante entre 1.5 T et 3 T. Un modèle de diffusion décrit le mieux cette dépendance. D’autre part, une étude relaxométrique de la matière grise et blanche a été réalisée, confirmant la dominance de l’effet T2 sanguin dans le contraste VERVE. La composition de VERVE se rapporte aux résultats relaxométriques sanguins. En plus, afin de minimiser l’effet de l’écho de gradient, amplifié à 3 T, une approche turbo spin-écho a été adoptée. VERVE est ensuite utilisée avec le marquage des spins artériels (ASL) pour mesurer les changements du CBVv et du débit sanguin cérébral (CBF) chez les sujets sains lors de stimulations visuelles et sensorimotrices. Les résultats démontrent une relation débit-volume invariante à travers le cortex, caractérisée par a = 0.23, inférieure à la valeur de Grubb (0.38, calculée a partir du CBV total). En employant cett
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.40666 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Chen, Jing |
| Contributors | Gilbert Bruce Pike (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Biomedical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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