التحفيز بالموجات فوق الصوتية عبر الجمجمة (TUS) هو تقنية تعديل عصبي ناشئة غير جراحية تتطلب تخطيطا دقيقا للمحاكاة الصوتية والحرارية. تصف المنهجية خط أنابيب معالجة الصور ومحاكاة الموجات فوق الصوتية من أجل التخطيط الفعال وسهل الاستخدام والمبسط لتجارب TUS البشرية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
خط أنابيب لتخطيط وتنفيذ تجارب التعديل العصبي بالموجات فوق الصوتية عبر الجمجمة في البشر
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
التحفيز بالموجات فوق الصوتية عبر الجمجمة (TUS) هو تقنية تعديل عصبي ناشئة غير جراحية قادرة على التعامل مع كل من الهياكل القشرية وتحت القشرية بدقة عالية. يتطلب إجراء التجارب التي تشمل البشر تخطيطا دقيقا للمحاكاة الصوتية والحرارية. هذا التخطيط ضروري لضبط تداخل العظام مع شكل شعاع الموجات فوق الصوتية ومساره ولضمان تلبية معلمات TUS لمتطلبات السلامة. يتم الحصول على T1- و T2 ، جنبا إلى جنب مع التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) بالصدى في وقت الصفر (ZTE) بدقة الخواص 1 مم ، (بدلا من ذلك التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية (CT)) لإعادة بناء الجمجمة والمحاكاة. يتم تنفيذ رسم خرائط الهدف والمسار باستخدام منصة الملاحة العصبية. يستخدم SimNIBS للتجزئة الأولية للجمجمة والجلد وأنسجة المخ. يتم نقل محاكاة TUS باستخدام أداة BabelBrain ، والتي تستخدم مسح ZTE لإنتاج صور CT اصطناعية للجمجمة لتحويلها إلى خصائص صوتية. نحن نستخدم محول طاقة بالموجات فوق الصوتية صفيف مرحلي مع قدرات التوجيه الكهربائي. يتم ضبط التوجيه Z لضمان الوصول إلى عمق الهدف. يتم أيضا دعم تكوينات محول الطاقة الأخرى في أداة التخطيط. يتم تشغيل المحاكاة الحرارية لضمان أن تكون متطلبات درجة الحرارة والمؤشر الميكانيكي ضمن الإرشادات الصوتية ل TUS في البشر على النحو الموصى به من قبل إدارة الغذاء والدواء. أثناء جلسات تسليم TUS ، يساعد الذراع الميكانيكي في حركة محول الطاقة إلى الموقع المطلوب باستخدام نظام توطين تجسيمي بدون إطار.
المقدمة
تشمل تقنيات التحفيز العصبي غير الغازية شائعة الاستخدام تحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة (tDCS) والتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS). ومع ذلك ، فإن كلاهما لهما عمق اختراق محدود ودقة منخفضة 1,2. على النقيض من ذلك ، فإن الموجات فوق الصوتية عبر الجمجمة (TUS) هي تقنية ناشئة غير جراحية قادرة على تعزيز أو قمع النشاط العصبي3،4،5 واستهداف الهياكل القشرية أو تحت القشرية بدقةملليمتر 6,7. أظهرت النماذج الحيوانية التي تستخدم القوارض4،
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
تم تنفيذ جميع الطرق التي تنطوي على استخدام الموضوعات البشرية وفقا للسلوك الأخلاقي للمجلس الثلاثي للبحوث التي تشمل البشر ، وتمت الموافقة على البروتوكول من قبل مجلس أخلاقيات البحوث الصحية المشتركة (CHREB) في جامعة كالجاري. قدمت جميع الموضوعات موافقة خطية مستنيرة قبل المشاركة. طلب من المشاركين من البشر أن يكونوا بالغين أصحاء ويستخدمون اليد اليمنى وتتراوح أعمارهم بين 18 و 40 عاما مستعدين وقادرين على إكمال فحص التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). وشملت معايير الاستبعاد التاريخ العائلي للنوبات ، أو اضطرابات المزاج ، أو القلب والأوعية الدموية ، أو صدمة الأذن ، أو الاعتماد على الكحول أو المخدرات ، واستخدام الأدوية الموصوفة ، والغرسات المعدنية بما في ذلك جهاز تنظيم ضربات القلب ، ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
يوضح الشكل 7 عينات جلسة مقارنة من إحدى دراساتنا42 ، تضم مشاركين متميزين يستخدمان معلمات محددة للموجات فوق الصوتية (التردد الأساسي 250 كيلو هرتز ، ومدة الصوتنة 120 ثانية ، وتردد تكرار النبض (PRF) 100 هرتز ، ودورة عمل بنسبة 10٪ ، و ISPPA من 5 واط / سم²). في هذا البحث ، تم الحصول على فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي T1- و T2-w و ZTE بدقة 1 مم من الأشخاص الأصحاء عصبيا. استهدفت TMS القشرة الحركية الأولية (M1) لتقييم تأثير TUS PRFs المتنوعة (10 هرتز و 100 هرتز و.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
في هذه الطريقة ، يتم إجراء عمليات محاكاة خاصة بالموضوع للتنبؤ وتقييم الآثار الحرارية والميكانيكية المحتملة الناتجة عن تطبيق TUS على الدماغ. يجب أن تظل مجموعات البيانات بين المشاركين منفصلة وموثقة بعناية ، لأن استخدام مسح أو ملف بيانات غير صحيح سيؤدي إلى محاكاة غير دقيقة. عندما يتم جمع العديد من عمليات مسح المشاركين ، ويتم تنفيذ التخطيط معا ، من المهم ضمان وضع العلامات المناسبة للصور والمجلدات والمتابعة بحذر عند فرز الملفات وحفظها.
لإجراء عمليات المحاكاة بدقة ، يجب تصميم الجمجمة بشكل صحيح للحصو.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.
شكر وتقدير
تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل منحة اكتشاف مجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا ، وبرنامج INNOVAIT ، وصندوق كومينغ للبحوث الطبية ، والمؤسسة الكندية للابتكار (المشروع 36703) ، ومنحة معهد هوتشكيس للدماغ CAPRI ، وجمعية باركنسون لتمويل ألبرتا. يقر GBP بالدعم المقدم من المعاهد الكندية للبحوث الصحية (FDN-143290) وبرنامج كرسي Campus Alberta Innovates Chair.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| وحدة مكبر للصوت ذات 128 قناة | العلاج | بالصور هذه الوحدة تقود ملف رأس محول الطاقة H-317 | |
| ذو 24 قناة | جنرال إلكتريك | ||
| ثلاثية الأبعاد | Raise3D | Pro2 | بسماكة خيوط 1.75 مم. |
| ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي 3T | وحدة التحكم بالرنين المغناطيسي جنرال إلكتريك | ديسكفري 750 HD | MR DV26.0_R05_2008 |
| BabelBrain | صموئيل بيشاردو (جامعة كالجاري) | الإصدار 0.3.0 | يمكن الوصول إليه في https://github.com/ProteusMRIgHIFU/BabelBrain. ينفذ عمليات المحاكاة الحرارية والصوتية. |
| Blender | Blender | Foundation الإصدار 3.4.1 | يمكن الوصول إليه في https://www.blender.org. يتم استدعاء الخلاط تلقائيا بواسطة BabelBrain. |
| Brainsight | Rogue Research | الإصدار 2.5.2 | يستخدم لتحديد الهدف وتخطيط المسار وتنفيذ جلسات تسليم TUS. |
| الكرسي والذقن / حامل الرأس | Rogue | Research لاستخدامه أثناء جلسة تسليم TUS لضمان استقرار المشارك s للاستهداف الأمثل. | |
| مخروط اقتران مخصص لفريق | جامعة كالجاري | 3D مخروط مطبوع في أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) ، مطلوب فقط لمحول H-317. | |
| dcm2niix | كريس روردن (جامعة ساوث كارولينا) | الإصدار 1.0.20220720 | يمكن الوصول إليه في https://github.com/rordenlab/dcm2niix/releases. تستخدم للمعالجة المسبقة لصور التصوير بالرنين المغناطيسي للموضوع. |
| Fiducials وعقال أو نظارات | Brainsight, Rogue Research | ST-1325 (تعقب الموضوع) ، LCT-583 (تعقب ملف كبير) | يمكن استخدام عقال أو نظارات بالتبادل. |
| سماعات | Beats | Fit Pro سماعات أذن لاسلكية حقيقية | سماعات أذن لاسلكية بلوتوث مع أطراف يمكن التخلص منها. |
| MacBookPro | Apple | M2 Max ، 16 بوصة ، 64 جيجابايت | رام كمبيوتر لإكمال تخطيط المسار والمحاكاة |
| SimNIBS | Axel Thielscher (الجامعة التقنية في الدنمارك) | الإصدار 4.0.0 | يمكن الوصول إليه في https://simnibs.github.io/simnibs/build/html.index.html |
| حقنة (حقناق) | 10 مل ، 60 مل | تستخدم لإضافة جل الموجات فوق الصوتية الإضافي لملء الجيوب الهوائية. | |
| محول الطاقة | Sonicconcepts | H-317 | تشمل محولات الطاقة المدعومة الأخرى CTX_500 (NeuroFUS ، Sonicconcepts) ، عنصر واحد ، H-246 (Sonicconcepts) ، و Bsonix (Brainsonix) |
| فيلم محول | الطاقة Sonicconcepts | غشاء البولي يوريثين | واجهة بين محول الطاقة والموضوع |
| هلام الموجات فوق الصوتية | الطول الموجي | واضح جل الموجات فوق الصوتية | الوسيط. |
| ويندوز لاب توب | ايسر | أسباير A717-71G ، انتل كور i7-7700HQ ، 16 جيجابايت | رام نظام يستخدم للتحكم في مكبر الصوت 128 قناة وتوليد الصوت من خلال سماعات الرأس |
المراجع
- Baek, H., Pahk, K. J., Kim, H. A review of low-intensity focused ultrasound for neuromodulation. Biomed Eng Lett. 7 (2), 135-142 (2017).
- Rezayat, E., Toostani, I. G. A review on brain stimulation using low intensity focused ultrasound. Basic Clin Neurosci.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
