Development and validation of a wireless respiratory function monitor for MRI settings

BOLD fMRI is one of the most commonly used perfusion-based brain mapping techniques. This modality applied to murine subjects showed great potential for pharmacological translational studies. This method requires accurate physiological support since any change in the subject's metabolism, due to insufficient ventilation, fatigue or stress can strongly affect brain vessels blood oxygen perfusion, modifying the BOLD signal. Thus, accurate and robust respiratory support of the examinee is required. Still, most commercial MRI-compatible ventilators lack reliable ventilatory support. This thesis aims to develop a small, cheap, reliable and easy-to-use ventilatory monitoring system. This concept device initially validated in vitro at the TechRES Lab of the Politecnico di Milano, showing accurate pressure, flow, and volume measurements. Pre-clinical animal studies demonstrated the feasibility of measuring respiratory parameters in rodents of different sizes.

La BOLD fMRI è una delle tecniche di mappatura cerebrale basate sulla perfusione sanguigna più comunemente utilizzate. Questa modalità, applicata a roditori ha mostrato un grande potenziale per studi farmacologici traslazionali. Questo metodo richiede un accurato supporto fisiologico, poiché qualsiasi variazione del metabolismo del soggetto, dovuta a ventilazione insufficiente, affaticamento o stress, può influenzare fortemente la perfusione di ossigeno nel sangue dei vasi cerebrali, modificando il segnale BOLD. Pertanto, è necessario un accurato e robusto supporto respiratorio e robusto del soggetto. Tuttavia, la maggior parte dei ventilatori commerciali compatibili con la risonanza magnetica manca di un supporto ventilatorio affidabile. Questa tesi mira a sviluppare un sistema di monitoraggio ventilatorio piccolo, economico, affidabile e facile da usare. Questo dispositivo sperimentale è stato inizialmente convalidato in vitro presso il laboratorio TechRES del Politecnico di Milano, mostrando misurazioni accurate di pressione, flusso e volume. Studi preclinici su animali hanno dimostrato la fattibilità della misurazione dei parametri respiratori in roditori di diverse dimensioni.