Un protocolo metodológico y consideraciones para la estimulación ultrasónica transcraneal en estudios clínicos exploratorios en humanos

Summary

La estimulación ultrasónica transcraneal (TUS) es una técnica no invasiva prometedora capaz de estimular el cerebro humano a cualquier profundidad, ofreciendo nuevas posibilidades terapéuticas para tratar diversas afecciones neurológicas. Este protocolo proporciona un marco empírico estandarizado pero adaptable para aplicar la TUS en adultos neurotípicos y pacientes con enfermedades neurológicas como el ictus.

Abstract

La estimulación ultrasónica transcraneal (TUS) está emergiendo como una técnica neuromoduladora no invasiva capaz de proporcionar una estimulación de precisión milimétrica a profundidades cerebrales totales. Los esfuerzos de investigación se han centrado cada vez más en su potencial traslacional. Se han reportado datos prometedores en varias poblaciones de enfermedades, incluyendo la enfermedad de Parkinson y el ictus, allanando el camino para aplicaciones clínicas de la TUS. Sin embargo, los estudios clínicos hasta la fecha muestran una variabilidad sustancial en la fijación de los transductores, los enfoques de selección y los parámetros acústicos. Esto limita la interpretabilidad y comparabilidad de los resultados. Las guías metodológicas existentes abordan la TUS humana en general, pero no se centran en aplicaciones en poblaciones neurológicas. Este protocolo experimental presenta un marco estandarizado pero adaptable para aplicar la TUS a cohortes neurológicas como el ictus. Ofrece una orientación detallada sobre: (1) componentes de hardware esenciales y opcionales en el contexto de las TUS orientadas a terapias; (2) ajustes de hardware y selección de parámetros, incluyendo estrategias para minimizar confusiones auditivas; (3) procedimientos de calibración y aseguramiento de calidad para asegurar que el transductor entregue las formas de onda especificadas; (4) enfoques de orientación basados en métodos de simulación o no simulación para localizar con precisión el foco/focos de TUS a la(s) región(es) anatómica prevista; (5) adaptación metodológica para poblaciones clínicas; y (6) medidas de resultado para el TUS clínico, que abarcan evaluaciones de seguridad y medidas de resultado sustitutas como la excitabilidad corticoespinal y el aprendizaje de secuencias motoras. Este protocolo está diseñado como un recurso modular replicable. Está dirigida tanto a usuarios novatos (que buscan una entrada práctica en TUS basada en pacientes) como a investigadores experimentados (con el objetivo de alinearse con los estándares científicos y metodológicos emergentes). El objetivo es apoyar el creciente interés clínico en la TUS y facilitar resultados clínicamente traducibles, reproducibles y comparables entre grupos de investigación y poblaciones de pacientes.

Introduction

Una combinación única y deseable, la naturaleza profunda, focal y no invasiva de la estimulación ultrasónica^{transcraneal 1} (TUS) ha impulsado un creciente interés en explorar sus potenciales terapéuticos para enfermedades neurológicas y neuropsiquiátricas (por ejemplo,^{ictus 2}, enfermedad de Parkinson³,^{depresión 4}, enfermedad de Alzheimer⁵, etc.). El consenso de expertos y las directrices han buscado mejorar la reproducibilidad y la interpretabilidad de la investigación sobre^{TUS 6,7}. Sin embargo, estos abordan principalmente las aplicaciones más amplias de la investigación básica de la TUS y ofrecen menos orientación sobre la exploración de la relevancia terapéutica en humanos. Por ejemplo, al comparar la investigación básica y la clínica con TUS, la duración total de estimulación (TSD) varía sustancialmente, a menudo hasta unos 80 s en investigación^{básica 8,9} frente a más de 10 min en protocolos exploratorios diseñados para aproximar el uso^{clínico 2}. Estas distinciones subrayan la necesidad de una orientación personalizada al aplicar exploratoriamente la TUS a una cohorte neurológicamente enferma. Aunque este protocolo se centra en el TUS en el ictus, su marco es aplicable en términos generales a otras poblaciones de pacientes, así como a adultos neurotípicos.

El TUS suministra ondas de presión al tejido cerebral objetivo para su^{modulación 7}. Los componentes esenciales del hardware de TUS incluyen generador(es) de funciones, un amplificador, un transductor y, especialmente para TSDs extendidos,^{un montaje 6} de transductor en cabeza. El generador de funciones produce la forma de onda eléctrica que define el patrón de presión de salida emitido por el transductor. Aunque algunos generadores de función pueden generar los voltajes pico requeridos para los transductores TUS, la mayoría requiere un amplificador para aumentar la señal entre el/los generador(es) de funciones y el transductor. El amplificador aumenta la amplitud de la forma de onda eléctrica hasta el nivel necesario para una generación efectiva de ultrasonidos. Los sistemas TUS disponibles comercialmente suelen integrar el generador de funciones y el amplificador en una única unidad llave en mano, permitiendo la conexión directa al transductor. El transductor, normalmente hecho de materiales piezoeléctricos, convierte las señales eléctricas en vibraciones mecánicas para producir ondas de ultrasonido. Aunque es posible sujetar manualmente el transductor, este enfoque requiere mucho trabajo y es susceptible a errores de desplazamiento, mientras que un desplazamiento menor puede causar un error total en el tejido^{previsto 7}. También se utiliza brazo mecánico con reposabarbillas, que funciona bien para investigación básica con TSDs relativamente cortos. Una alternativa viable para una TUS clínica exploratoria con TSDs durante más de 10 minutos es la impresión 3D de un soporte transductor equipado con bridas para fijar la correa de forma segura (Figura 1), que puede equilibrar la estabilidad posicional con la facilidad de uso en entornos clínicos exploratorios y la comodidad del participante.

Figura 1: Montaje impreso en 3D para transductor TUS. Transductor de estimulación transcraneal ultrasónica (TUS) de elemento único (pieza central apuntando con la flecha roja) alojado en un soporte transductor impreso en 3D (apuntando con azul la flecha) con aberturas superiores (apuntando con la flecha verde) para el rastreador de herramientas de neuronavigation, aberturas laterales (apuntando por la flecha marrón) para asegurar el transductor TUS y el rastreador de herramientas usando tornillos, y bridas para una fijación en la cabeza basada en correa. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Los componentes de hardware opcionales incluyen un circuito de adaptación eléctrica de impedancias, un medidor de potencia, un osciloscopio, un sistema de neuronavegación y un termopar. Estos dispositivos ayudan respectivamente a reducir las reflexiones eléctricas para optimizar la transferencia de potencia, verificando indirectamente las salidas acústicas (medidor de potencia y osciloscopio), asegurando la precisión espacial y monitorizando la seguridad. Sus detalles de implementación y consideraciones metodológicas se desarrollan en las secciones de Discusión y Protocolo.

Optimizar los parámetros de la estimulación por ultrasonido transcraneal es un área de investigación activa y en evolución, que se refiere al diseño de la forma de onda de impulso eléctrico. El eje vertical de una forma de onda de transmisión determina la amplitud de la presión de salida del transductor. El eje horizontal de una forma de onda de accionamiento determina el tiempo de salida de presión del transductor, que puede descomponerse en varios tipos de duración y repetición. Utilizando la nomenclatura descrita en las directrices de reporte del Consorcio Internacional de Seguridad y Normas de Estimulación Ultrasónica Transcraneal (ITRUSST⁾¹⁰, los parámetros de temporización de TUS se organizan de la duración más corta a la más larga de la siguiente manera: duración de rampa (RD) es el tiempo durante el cual la salida de presión aumenta de cero al máximo prescrito; la duración del pulso (PD) es la duración de una salida de presión única, activa y continua; el intervalo de repetición de pulsos (PRI) es la duración entre el inicio de dos PDs adyacentes, que consiste en una PD y un "tiempo de apagado" durante el cual la salida del transductor es cero, y el recíproco de PRI es la frecuencia de repetición de pulsos (PRF); la duración del tren de pulsos (PTD) es la duración durante la cual se repite el PRI; El intervalo de tren de pulsos (PTI) es la duración entre el inicio de dos PTD adyacentes, que consiste en un intervalo PTD y uno inter-PTD durante el cual la salida del transductor es cero; la duración de la repetición del tren de pulsos (PTRD) es la duración durante la cual se repite la PTI.

Figura 2: Ilustración de la forma de onda TUS. Formas típicas de onda de estimulación ultrasónica transcraneal para posibles eficacitas clínicas. La nomenclatura se ajusta a las directrices de reporte de^{ITRUSST 10}. RD, duración de la rampa; DP, duración del pulso; PRI, intervalo de repetición de pulsos; PRF, frecuencia de repetición de pulsos; PTD, duración del tren de pulsos; PTI, intervalo de tren de pulsos; PTRD, duración de la repetición del tren de pulsos. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

La Figura 2 ilustra estos parámetros de tiempo. La Tabla 1.1 informa de los parámetros de tiempo en Huang et al., 2025², de los cuales se deriva este protocolo, de acuerdo con la forma tabular recomendada por las directrices de reporte^{ITRUSST 10}, mientras que la Tabla 1.2 informa parámetros adicionales. Los efectos auditivos son ampliamente reconocidos como un factor de confusión importante en los experimentos^{TUS 6,11}. El incremento de la forma de onda de la unidad es el método más utilizado para mitigar los efectos auditivos y, por tanto, se considerará el método principal de mitigación en este protocolo. Teóricamente, se pueden aplicar perfiles de ramping distintos al inicio y al final de cada salida de presión activa (es decir, PD, PTD, PTRD), pero la mayoría de los estudios emplean una misma PD simétrica repetida durante toda la sesión de estimulación, resultando en una única RD en la señal de impulso. El ramping se implementa usando funciones ventana, que definen la "forma" y "velocidad" de la señal que va de cero al máximo prescrito, siendo la ventana de Tukey la más utilizada en la literatura¹⁰. Tras controlar las confusión auditiva, seleccionar parámetros para provocar el efecto excitatorio frente al inhibitorio sigue siendo un área de investigación activa y depende de la cuestión experimental específica. Las elecciones de parámetros en Huang et al., 2025², de las que se deriva este protocolo, se basaron en la literatura^{existente 12}, con una PD disminuida de 0,36 ms a 0,2 ms para márgenes de seguridad adicionales. Los aspectos metodológicos fueron adaptados de Legon et al., 2018¹³. Estas selecciones son un ejemplo detallado más que un estándar prescriptivo, reflejando la etapa aún exploratoria del TUS clínico. Consulta la literatura relevante para obtener orientación adaptada a la hipótesis y objetivos específicos del estudio.

La calibración de los transductores es una consideración crítica de los TUS, y el escaneo de tanques de agua representa el método más completo disponible actualmente. Para sistemas TUS no llave en mano, se recomienda encarecidamente un escaneo inicial del depósito de agua para establecer la sensibilidad de transmisión del transductor, es decir, la relación entre el voltaje de transmisión eléctrica en Voltios y la presión resultante en Pascales. Los sistemas llave en mano suelen venir con configuraciones preconfiguradas por el fabricante que pueden reducir la necesidad de una calibración inicial, pero verificar la salida del transductor garantiza una entrega TUS precisa y de alta calidad. De manera similar, aunque las calibraciones posteriores pueden minimizarse si es necesario, se aconsejan realizar controles regulares para aumentar el rigor del estudio.

El escaneo de depósitos de agua generalmente requiere equipo especializado y formación. Este protocolo ofrece una breve visión general en el Paso 2 (basado en Chen et al., 2023¹⁴). Alternativamente, el procedimiento puede subcontratarse a un laboratorio colaborativo con la experiencia adecuada y confirmando que se han recogido todos los parámetros requeridos (Paso 2.7). Las mediciones de los medidores de potencia proporcionan un método sencillo e indirecto para medir la salida del transductor. Tras la calibración o caracterización del fabricante, las lecturas de medidores de potencia pueden servir como referencia para la salida previa a la administración. La variación en la potencia de salida implica cambios correspondientes en la presión de salida, lo que indica la necesidad de recalibrar o ajustar la señal de accionamiento para mantener una estimulación constante.

La orientación de TUS consiste en determinar la colocación óptima del transductor, tanto la ubicación como la orientación, para estimular eficazmente el tejido de interés. El enfoque actual de última generación emplea simulaciones numéricas para identificar la colocación óptima del transductor (Paso 3 del protocolo), aunque esto representa un ejemplo más que un estándar definitivo. Alternativamente, un método empírico previamente reportado localiza la ubicación del cuero cabelludo donde la estimulación magnética transcraneal (EMT) provoca de forma más efectiva las respuestas motoras contralaterales, y posiciona el transductor en esa ubicación con su superficie normal al cuero^{cabelludo 2,3} (Paso 4). En principio, este enfoque guiado por TMS puede extenderse a otras áreas cerebrales que tienen una salida identificable, como la observación de fosfenos para la corteza visual. Sin embargo, se necesitan más datos/publicaciones para validar la aplicabilidad más amplia de este enfoque.

Las medidas de resultado para la TUS clínica incluyen tanto evaluaciones basadas en la seguridad como en la eficacia. Dada la etapa exploratoria de la traducción clínica, la eficacia pronunciada puede no ser aún detectable mediante medidas clínicas estándar. Por ello, a menudo se utilizan indicadores de respuesta sustituta en lugar de medidas de eficacia para detectar efectos por debajo de la eficacia clínica. El control de seguridad puede incluir evaluaciones tanto online como offline. La seguridad online puede controlarse mediante termopares colocados en el cuero cabelludo durante la estimulación, ofreciendo un enfoque práctico en el entorno clínico (Paso 6.5). Para la seguridad fuera de línea, este protocolo proporciona instrucciones para la cuantificación del coeficiente de difusión aparente (ADC) (Paso 8), ya que el ADC se utiliza comúnmente para evaluar la integridad^{tisular 15}. Los indicadores de respuesta sustituta varían según la enfermedad objetivo o el dominio de interés. Para estudios de recuperación motora post-ictus, se describirán las medidas contralaterales de excitabilidad corticoespinal (CSE) y aprendizaje de secuencias motoras (MSL) (Pasos 9-11), ya que proporcionan marcadores neurofisiológicos y funcionales fiables para la eficacia clínica exploratoria de la TUS.

En conjunto, este protocolo ofrece un ejemplo detallado, modular y adaptable para la administración de la TUS tanto en adultos neurológicos como neurotípicos, enfatizando la facilidad de uso y la duración prolongada de la estimulación. El protocolo deriva de Huang et al., 2025², que emplea un sistema de accionamiento no llave en mano que permite la personalización de la forma de pulsos y un transductor de elemento único. De manera paso a paso, se presenta primero el principio general agnóstico respecto al sistema y, cuando corresponde, se presenta un ejemplo específico de implementación del sistema.

Protocol

Los procedimientos experimentales presentados en Huang et al., 2025² han sido aprobados por la Junta de Revisión Institucional de Duke y están de acuerdo con la Declaración de Helsinki recientemente actualizada. Obtén el consentimiento informado de cada participante antes de inscribirse.

NOTA: Sigue las instrucciones mientras trabajas simultáneamente con el hardware/software para mejorar la comprensión y asegurar una implementación precisa. La Figura 3A muestra una visión general de los pasos implicados, la Figura 3B muestra un diagrama de flujo de decisión para elegir la selección basada en simulación (Paso 3) frente a la no basada en simulación (Paso 4). Los materiales complementarios proporcionan listas de verificación previas y posteriores al TUS que cubren la elegibilidad para el consentimiento, el control de seguridad, el control de calidad de los equipos TUS y el seguimiento de eventos adversos.

1. Consentimiento y control de seguridad

1. Criterios de inclusión: i) ≥ 21 años de cualquier raza o sexo, ii) primer ictus isquémico o hemorrágico hace más de 1 mes, iii) presentó debilidad unilateral de las extremidades y presentó una escala de Fugl-Meyer de las extremidades superiores ≤ 62 (puntuación máxima = 66), e iv) el abductor parético del pulgar corto (APB) presenta potenciales evocados motores (MEPs) que pueden ser provocados por EMT. Criterios de exclusión: i) funciones del brazo afectadas por cualquier trastorno neurológico concomitante, ii) demencia grave documentada antes del inicio del ictus, independientemente del estado de medicación, o iii) cualquier contraindicación a la resonancia magnética (^IRM)16/^{TMS 17}/TUS¹⁰.
2. Informa a cada participante sobre el(los) propósito(s) del estudio, los procedimientos principales implicados y los riesgos asociados. Responde a cualquier consulta o preocupación que puedan expresar y luego haz que confirmen su comprensión del proceso de consentimiento firmando el formulario de consentimiento.
3. Encuesta a cada participante con la lista de verificación de seguridad TUS¹⁸ y TMS¹⁷ . Excluye a los participantes que no cumplan todos los requisitos de seguridad.

2. Caracterización del transductor ^{TUS 14}

NOTA: Realice los pasos de esta sección para obtener una caracterización inicial de un nuevo transductor TUS o, a intervalos regulares, una confirmación/calibración de la relación voltaje-presión acústica de entrada del transductor. La Figura 4 muestra la configuración del experimento para esta caracterización basada en un tanque de agua de un transductor TUS.

1. Llena un depósito de agua con agua desgasificada y desionizada para evitar posibles daños al hidrófono.
2. Fija el transductor de ultrasonido en la lámpara del depósito de agua y monta el hidrófono en el sistema de posicionamiento de 3 ejes.
3. Conecta el hidrófono a un osciloscopio y enciende la alimentación del hidrófono solo después de que esté completamente sumergido en agua.
4. Acciona el transductor usando un generador de funciones y un amplificador de potencia de radiofrecuencia, solo después de que el transductor esté completamente sumergido en agua y el hidrófono esté encendido.
   NOTA: Asegúrese de que la forma de onda eléctrica de entrada contenga al menos 5 ciclos para cada pulso (es decir, PRI y PTI) para estabilizar la salida del transductor.
5. Posiciona la punta del hidrófono en la región focal aproximada visualmente definida del transductor de ultrasonido usando un sistema de posicionamiento de 3 ejes, escanea el hidrófono por el tanque de agua en los puntos de posible salida de presión primaria, registra la lectura del osciloscopio en cada punto para obtener la distribución acústica de la presión y registra la ubicación del hidrófono donde se encuentra la región focal.
   NOTA: Calcular las presiones acústicas utilizando la sensibilidad del hidrófono (es decir, mV/MPa) y la lectura del osciloscopio de la señal eléctrica grabada por hidrófono.
6. Evalúa la sensibilidad de transmisión del transductor de ultrasonido (es decir, la presión de salida del transductor sobre la amplitud pico a pico del voltaje de entrada, kPa/_{V PP)} en el punto focal aplicando diferentes voltajes de entrada.
7. Confirmar que la sensibilidad transmisora (kPa/_{V PP)} del transductor, la profundidad focal del transductor (mm) y el ancho de haz de -6 dB del haz de ultrasonido (mm) se han recogido si se externalica la caracterización del transductor a un laboratorio colaborativo con la experiencia adecuada. La profundidad focal define la profundidad máxima de penetración a la que la energía potencialmente terapéutica puede entregarse eficazmente a la región cerebral objetivo. El ancho de haz de -6 dB del campo de ultrasonido especifica la extensión lateral de la región focal, delineando así el volumen efectivo del tratamiento dentro del tejido cerebral.

3. Segmentación basada en simulación con TUS (recomendado, escaneo de participante requerido)

NOTA: La segmentación de TUS basada en simulación requiere una ubicación intracraneal predeterminada para ser estimulada. Esta selección de objetivos es específica para el estudio, y los métodos comúnmente utilizados incluyen enfoques anatómicos basados en atlas de resonancia magnética y enfoques funcionales guiados por datos individuales de activación funcional^{de la resonancia 7}, así como la segmentación informada por^{conectividad 19}. Seleccione el método adecuado para el estudio y la hipótesis y siga la literatura^{relevante 7,19} para determinar el objetivo intracraneal. A continuación, sigue los pasos siguientes para obtener la ubicación del transductor TUS que estimule el objetivo intracraneal.

1. Reconstruir un modelo de cabeza segmentado a partir de la resonancia magnética - ejemplo de implementación: Instala el software de simulación de campo eléctrico (e-field) (véase Tabla de Materiales) si no está ya instalado, y abre un terminal en la carpeta del escaneo estructural de la resonancia magnética del participante. Ejecuta la cadena CHARM del software^{e-field 20} escribiendo charm ParticipantID ./ParticipantID_T1.nii.gz y pulsando Enter/return en el teclado. Si hay un T2 disponible, se puede ejecutar ParticipantID de charm ./ParticipantID_T1.nii.gz ./ParticipantID_T2.nii.gz en su lugar. Fíjate en los espacios y puntos en los comandos anteriores. Dependiendo del tipo de terminal, la barra hacia adelante (/) puede necesitar ser reemplazada por barra hacia atrás (\).
2. Consulta los resultados de segmentación, especialmente para la lesión (si la hay) y el cráneo - ejemplo de implementación: Consulta los resultados de segmentación de CHARM abriendo el charm_report.html en la carpeta de m2m_ParticipantID creada y haciendo clic en el visor para moverte por las porciones. Confirma especialmente el contorno de huesos corticales y trabeculares, el cerebro (sustancias grises y blancas) y el cuero cabelludo, ya que el software de segmentación TUS aguas^{abajo 21} (véase Tabla de Materiales) utiliza principalmente estos datos. Sigue la guía del software e-field para editar manualmente el modelo de cabeza si la segmentación no es satisfactoria.
   NOTA: Para los participantes con una lesión como un ictus, el software de campo electrónico permite la delimitación personalizada de una lesión y, por tanto, la asignación de segmentación personalizada. Sin embargo, el software de segmentación de TUS, a partir de la versión V0.4.3, aún no ha sido capaz de reconocer segmentos personalizados del software de e-field. Por lo tanto, cuando hay una lesión, basta con confirmar que los contornos de los tipos de tejido mencionados son correctos y no están afectados por la lesión.
3. Configuración para la definición de objetivos intracraneales - ejemplo de implementación: Golpear el nuevo proyecto SimNIBS... en el software de neuronavegación (véase Tabla de Materiales) y seleccionar el archivo .msh en la carpeta m2m.
   NOTA: La versión 2.5.9 del software de neuronavegación se utilizó para detallar este y los siguientes pasos, pero estos pasos son aplicables a versiones desde la 2.5.9 hasta la 2.5.3.
4. Configuración para el registro físico de la resonancia magnética de cabeza - ejemplo de implementación: Pulsar Configurar puntos de referencia... en la pestaña de Monumentos , coloca los puntos de referencia en la punta de la nariz, el nasion y la muesca supratrágica izquierda/derecha, y luego guarda el archivo del proyecto.
   NOTA: Los puntos de referencia para este paso deben ser donde la piel no esté comprimida ni estirada durante la resonancia. Elige puntos de referencia distintos a los anteriores según lo que desee, dependiendo de la resonancia magnética que hayan adquirido sus participantes.
5. Define un objetivo intracraneal y cárgalo en un software de puntería TUS - ejemplo de implementación: Pulsa Configurar Objetivos... en la pestaña Objetivos y muestra Cuero cabelludo y Objetivos, Inline & Objetivos e Inline 90 & Objetivos . Haz clic izquierdo en el enfoque TUS previsto dentro del cerebro, proyecta un cursor desplazado al cuero cabelludo usando el deslizador Crosshairs Offset en la esquina inferior derecha, desliza el control deslizante AP a la derecha para minimizar la distancia cuero cabelludo a objetivo en Inline & Targets, y luego desliza el deslizador Lat hasta que el transductor virtual sea tangencial al cuero cabelludo en Inline 90 & Targets. En el menú desplegable Nuevo... (arriba a la izquierda de la ventana), selecciona Trayectoria para guardar esta ubicación. En la parte inferior izquierda de la ventana, alterna fUS, selecciona una carpeta de resultados y luego pulsa Compute Simulation para invocar el software de apuntado TUS.
   NOTA: Comprueba cuidadosamente si hay algún seno anatómico o cavidad llena de aire a lo largo de la trayectoria de la trayectoria creada en este paso. Si es así, elige la siguiente mejor trayectoria evitando el seno paranasal/cavidad.
6. Inicializar el software de direccionado TUS - ejemplo de implementación: Confirmar que las entradas rellenadas automáticamente en el software de direccionado TUS en Entrada de imagen son correctas excepto el perfil térmico, seleccionar el transductor que se utilizará ("Single" significa transductor de elemento único) y, si hay más de un backend de computación disponible, seleccionar el backend de computación deseado. A continuación, pulsa Select Thermal Profile ... para cargar el archivo .yaml correcto que describe el patrón temporal de la señal de conducción del TUS. Consulte la documentación del software de segmentación TUS para la construcción de este archivo .yaml. Por ejemplo, el archivo .yaml para el patrón temporal TUS en Huang et al., 2025² sería
   BaseIsppa: 8,0 # A/^{cm 2}
   AllDC_PRF_Duration: #All combinaciones de tiempo que se tendrán en cuenta
   - DC: 0,2
   PRF: 1000,0 #Hz
   Duración: 0,5 #s
   DuraciónOff: 1.0 #s
   Repeticiones: 480
   NOTA: Este ejemplo es solo para fines ilustrativos. Las repeticiones 480 serían demasiado excesivas para que el software de puntería TUS las calculara. Este archivo .yaml afecta únicamente a la simulación térmica del software de puntería TUS y no afecta a su simulación acústica, mientras que la simulación acústica es el único componente en el que se basa la puntería TUS. Para TUS largos, utiliza el software de puntería TUS para la puntería y no para simulación térmica. Utiliza el software de simulación acústica de código abierto (véase Tabla de Materiales) para simulaciones térmicas de paradigmas de larga duración. Consulte su documentación para estimar el aumento de temperatura, los minutos equivalentes acumulados a 43 °C (CEM43) de dosis térmica e índice térmico, asegurando que los parámetros seleccionados cumplan con las directrices de seguridad biofísica 18 de^{la Administración de} Alimentos y Medicamentos (FDA) y ITRUSST¹⁸ .
7. Obtener máscaras de tejido y parámetros de entrada para simulación acústica - ejemplo de implementación: Pulsa CONTINUAR para llegar al Paso 1 - Calcular la máscara y seleccionar la frecuencia estadounidense correcta (kHz) (es decir, la frecuencia fundamental del transductor) y el PPW deseado (es decir, puntos por longitud de onda). 9 PPW aseguran resultados estables y precisos, pero suponen una carga de cómputo mayor, y los 6 PPW por defecto son el mínimo del software de puntería TUS que equilibra cálculo rápido, estabilidad y precisión. Pulsa Calcular la máscara de planificación. Una vez finalizado el cálculo, inspecciona la máscara de salida para asegurarte de que el cuero cabelludo, el hueso y el cerebro están etiquetados con la precisión deseada.
8. Entrada de caracterizaciones de transductores y ejecuta el objetivo TUS - ejemplo de implementación: Pulsa Paso 2 - Simulador AC. Si se seleccionó Simple en el Paso 3.6, introduce la distancia focal (mm) y el diámetro (mm) del transductor, introduce la distancia entre el cuero cabelludo y el plano de salida del transductor (debido a medios de acoplamiento como gel de extensión o almohadilla de gel) en la distancia Tx hacia el plano exterior de la piel (mm), y la profundidad máxima más allá del objetivo (mm). Esta profundidad es el espacio más allá del objetivo previsto para incluir en la simulación. El valor predeterminado de 40 mm es suficiente en la mayoría de los casos, pero si el objetivo se sitúa sobre tejido óseo, aumentar esta profundidad asegura que se tenga en cuenta la reflexión resultante. Después de las entradas anteriores, pulsa Calcular campos, espera a que termine el cálculo, luego pulsa Calcular ajustes mecánicos y luego vuelve a pulsar Calcular campos . Inspecciona el enfoque TUS resultante respecto al objetivo previsto usando las dos barras deslizantes horizontales. Si el enfoque no está aceptablemente cerca del objetivo, se repite el ajuste mecánico y se calcula la acción del campo hasta alcanzar una distancia aceptable de enfoque-objetivo (Figura 5A).
   NOTA: Consulte la documentación del software de puntería TUS sobre tipos de transductores distintos al Simple.
9. Guardar el objetivo TUS optimizado computacionalmente – ejemplo de implementación: Cierra el software de apuntado TUS para volver al software de neuronavegación. Fíjate que se añade un nuevo mod objetivo Trayectoria X , donde Trayectoria X es el nombre dado a la trayectoria creada en el Paso 3.5. Este es el objetivo para la colocación del transductor durante el TUS. Cierra la ventana de Objetivos y guarda el archivo del proyecto actual.
10. NOTA: Los pasos 3.1 - 3.9 deben completarse antes de que el participante acuda a TUS.

4. Segmentación TUS no basada en simulación (escaneo de participante opcional, aplicable a dominios con resultados TMS legibles)

1. Inicializar TMS neuronavegado - ejemplo de implementación: Pulsa Nuevo Proyecto Vacío y haz clic aquí para elegir un conjunto anatómico que seleccione la resonancia magnética participante en el software de neuronavegación. Hit New MNI Head Project si la resonancia estructural del participante no está disponible.
   NOTA: Utiliza un sistema o software de neuronavegación que prefieras. Este protocolo utiliza un software de neuronavegación en su versión 2.5.9 (véase Tabla de Materiales) para ilustrar procedimientos representativos.
2. Sáltate este paso si no usas una resonancia magnética participante. Reconstruir el cerebro y el cuero cabelludo a partir de una resonancia magnética participante - ejemplo de implementación: Ve a la pestaña Reconstrucciones si usas una resonancia magnética participante, luego a Nueva Reconstrucción... menú desplegable, selecciona Skin y pulsa el botón Calcular Skin en la ventana abierta para reconstruir el cuero cabelludo. Cierra la ventana de piel, Nueva Reconstrucción... menú desplegable, selecciona Cerebro Curvilíneo completo, pon el espaciado de Corte a 0,5 mm en la ventana abierta y pulsa Calcular Curvilíneo. Después de reconstruir el cerebro, ajusta la barra deslizante de profundidad de peeling hasta que el cerebro reconstruido quede expuesto justo en la superficie externa de la corteza y cierra la ventana curvilínea del cerebro.
3. Sáltate este paso si no usas una resonancia magnética. Configuración para el registro físico de la resonancia magnética de la cabeza - ejemplo de implementación: Ve a la pestaña de Monumentos si usas una resonancia magnética, luego Configurar Puntos de referencia..., y coloca los puntos de referencia en la muesca nasion y supratrágica izquierda/derecha haciendo un clic izquierdo en el cuero cabelludo reconstruido y pulsa Nuevo en la esquina superior izquierda. Confirma la ubicación de los puntos de referencia comprobando la mira en las tres vistas de la resonancia magnética. Ajusta la(s) mira(s) para afinar finamente la ubicación de los puntos de referencia, si es necesario. Cierra la ventana de registros de monumentos una vez satisfecho y guarda el archivo del proyecto.
   NOTA: Los pasos 4.1 - 4.3 deben completarse antes de que el participante acuda a la TUS. Elige puntos de referencia distintos al nasion y las hendiduras supratrágicas izquierda/derecha según lo necesites. Los buenos puntos de referencia son aquellos en los que la piel no se comprime o estira durante la adquisición de la resonancia.
4. Salta este paso si TUS va a usarse para el dominio visual. Prepárate para el registro electromyográfico (EMG) - ejemplo de implementación: Identificar el músculo representado en el objetivo objetivo del TUS, limpiar la piel que cubre el músculo de interés con toallitas con alcohol, afeitarse si es necesario y permitido, y aplicar electrodos EMG en el abdomen y el tendón del músculo. Aplica otro electrodo en una zona ósea adyacente para que sirva de referencia.
   NOTA: Durante la preparación de la piel, hay que tener precaución con los participantes que toman anticoagulantes.
5. Inicializar el TMS neuronavegado - ejemplo de implementación: Ve a la pestaña Sesiones en el software de neuronavegación, luego Nuevo... menú desplegable, Sesión Online para abrir una nueva ventana de sesión. En esta ventana de sesión, ve a la pestaña IOBox , en opciones de disparo TTL, comprueba el canal/interruptor correcto que recibe la señal de disparo del estimulador TMS y asegúrate de que el tiempo muerto esté configurado a 0 ms.
6. Salta este paso si TUS va a usarse para el dominio visual. Configuración integrada de neuronavegación-EMG - ejemplo de implementación: Para el dominio motor, si se utiliza el EMG del sistema de neuronavegación, comprueba el canal correcto de Acquire EMG e introduce una prueba: tiempo suficiente para capturar EMGs del músculo de interés.
7. Preparar al participante para la neuronavegación - ejemplo de implementación: Adjuntar el rastreador de sujeto al participante y asegurar la estabilidad. Ve a la pestaña Polaris en el software de neuronavegación y coloca la cámara/participante de modo que el punto verde (el participante) quede aproximadamente en el centro de las tres cajas cian (rango de visión de la cámara).
8. Realizar registro físico de la resonancia magnética de cabeza - ejemplo de implementación: Ir a la pestaña de Registro , hacer clic izquierdo en un punto de referencia, colocar de forma estable el puntero del sistema de neuronavegación en el punto de referencia correspondiente del participante asegurándose de que tanto el puntero como el rastreador del sujeto sean visibles por la cámara, y pulsar Muestreo y Ir al siguiente punto de referencia. Repite hasta que se muestren todos los puntos de referencia.
9. Sáltate este paso si usas una resonancia magnética participante. Plantilla de resonancia magnética a la cabeza física del participante - ejemplo de implementación: Si no se utiliza la resonancia magnética del participante, ve a la pestaña de Escalado , coloca de forma estable el puntero en el vértice del cuero cabelludo del participante y pulsa Añadir punto de referencia. Repite para el punto más externo a la izquierda, derecha, delantera y detrás de la cabeza.
10. Validar el registro de la resonancia magnética del participante y actualizar si es necesario - ejemplo de implementación: Ve a la pestaña de Validación , desliza suavemente el puntero en el cuero cabelludo del participante alrededor del punto de entrada previsto del TUS/TMS y comprueba la distancia de la piel <-> de la mira , siendo mejor cerca de cero (< 1 mm puede usarse como umbral operativo cuantitativo). Si la distancia mostrada se considera inaceptable, ve a Registro, Borra Todo y repite los pasos 4.8 - 4.9 hasta alcanzar una distancia aceptable.
11. Configura la ventana de neuronavegación - ejemplo de implementación: Ve a la pestaña Ejecutar, abre las vistas Bullseye (Centric en la bobina), Curvilínea Cerebro y Samples y Piel y Muestras, y configura el Driver: en la bobina TMS correcta. Si usas el EMG del sistema de neuronavegación, activa también el EMG y el EMG Pod Recording.
    NOTA: Utiliza Bullseye (centrado en el objetivo) en lugar de Bullseye (centrado en la bobina) si lo deseas.
12. Busca la colocación de una bobina TMS con respuestas - ejemplo de implementación: Utiliza tanto el cerebro curvilíneo como la posición aproximada en el cuero cabelludo para obtener los inicios iniciales, coloca la bobina TMS en varias ubicaciones y orientaciones del cuero cabelludo, y administra pulsos individuales de TMS separados^{por 10 s y 23}. Si no hay respuesta en toda la zona anatómicamente razonable, aumenta la salida del estimulador.
    NOTA: Consulte la Tabla de Materiales para los modelos de estimuladores y bobinas TMS y hardware y software de adquisición EMG. Como ejemplo de implementación, la adquisición EMG tenía una frecuencia de muestreo EMG de 5000 Hz, filtro pasa banda de 20 a 20000 Hz, filtro muesca de 60 Hz, ganancia de 1000x, rechazo manual de artefactos, y utilizaba el algoritmo de detección MEP descrito en Soda et al., 2020-24.
13. Utilice una respuesta específica de dominio para definir la colocación de una bobina TMS objetivo - ejemplo de implementación: Repita el paso 4.12 hasta que se observe una respuesta, es decir, EMG con una amplitud pico a pico pronunciada para el dominio motor (Figura 6), y los participantes informen de una visión segura de los fosfenos para el dominio visual. Pulsa => Objetivo y haz clic izquierdo en esta muestra en la lista Objetivos para muestrear: para que esta posición y colocación de la bobina sea un objetivo.
14. Obtener repeticiones adicionales en el objetivo inicial del TMS - ejemplo de implementación: Administrar 2 - 3 pulsos adicionales mientras se alinea con este objetivo, colocando la bobina de manera que las tres métricas mostradas en la vista Bullseye (Centrada en la bobina) o en la vista Bullseye (Target Centric) estén lo más cerca posible de cero. Registra las respuestas resultantes.
15. Comprueba respuestas en posiciones adyacentes al objetivo inicial del TMS - ejemplo de implementación: Mueve la bobina ~7 mm lejos de este objetivo en el primer cuadrante en la vista Bullseye (Centrado en la Bobina) / Bullseye (Centrado en el Objetivo), fija la bobina en esta nueva ubicación y orientación, administra ~3 pulsos y registra las respuestas resultantes. Repite para los otros tres cuadrantes. Si una configuración de bobina no central dio una respuesta media más fuerte que la del centro, haz que la muestra correspondiente sea un objetivo haciendo clic izquierdo en la lista de Muestras registradas: => Objetivo, y haciendo clic izquierdo en esta muestra en la lista de Objetivos para muestrear:
16. Repite los pasos 4.14 y 4.15 hasta que un centro tenga la respuesta media más fuerte entre él y sus cuatro cuadrantes. La muestra correspondiente de este centro será la muestra objetivo para el TUS. Anota este número de muestra y guarda el archivo del proyecto.

5. Configuraciones TUS

1. Conecta el hardware de TUS y comienza la grabación del osciloscopio - ejemplo de implementación: Conecta los generadores de funciones, el amplificador y el osciloscopio como se ilustra en (Figura 7A). Enciende el osciloscopio, ponlo en modo Correr y ajusta los ejes vertical y horizontal a la escala de interés.
   NOTA: No siempre es necesario tener dos generadores de funciones. Algunos modelos selectos de generadores de funciones pueden producir formas de onda con más de un nivel de control de frecuencia. Además, el hardware utilizado en este protocolo ya coincide en impedancias eléctricas. La(s) resistencia(s) deben conectarse en serie entre el amplificador y el osciloscopio cuando no se da la impedancia eléctrica.
2. Inicia y comprueba la señal de la variación, luego (en sistemas no llave en mano) inicia la salida de potencia - ejemplo de implementación: Gira el interruptor PRINCIPAL de POTENCIA del amplificador de O a I. Marca la salida de potencia del amplificador a cero, luego configura los generadores de funciones en la forma de onda que prefieras, asegurando que se añada ramping al inicio y al final de cada PD. Después de comprobar los ajustes de ambos generadores de funciones, pulse Salida en el generador superior, luego Salida en el generador inferior, y después ajuste la potencia de salida del amplificador al 100% girando la rueda AJUSTE y comprobando el valor Ganancia: mostrado, y después pulse el botón POWER del amplificador para iniciar su salida (Figura 7B).
3. Comprueba la forma de onda de la señal de accionamiento y permite que la salida del sistema se estabilice - ejemplo de implementación: Confirma que la forma de onda observada en el osciloscopio es la deseada y deja que el sistema de accionamiento funcione durante 15 minutos (criterio empíricamente obtenido para hardware especificado en la Tabla de Materiales) para asegurar una salida estable (Figura 7C).
   NOTA: La salida del amplificador estabilizador no está relacionada con la fluctuación de voltaje. Permite que el voltaje se asiente dentro del rango deseado, por ejemplo, que el V_PP disminuya entre un 10 y un 20% respecto al valor inicial y se mantenga en ese nivel, con el amplificador en este protocolo (véase Tabla de Materiales). Diferentes sistemas de accionamiento tendrían diferentes disminuciones/_{aumentos de V PP} y diferentes duraciones para asegurar una salida estable. Determinar empíricamente el comportamiento específico del sistema y la duración requerida para una salida estable antes de tener al primer participante del estudio.
4. Valida la mitigación basada en ramping para efectos auditivos. Comprueba la forma de onda de la señal de la unidad al inicio y al final de cada PD para ver si hay ramping. Marca (o disminuye incrementalmente) la salida del amplificador a cero, sumerge completamente el transductor en agua con el plano de salida (es decir, el lado de estimulación) ~1 pulgada por debajo de la superficie del agua y hacia arriba, luego ajusta (o aumenta incrementalmente) la salida del amplificador al 100%. Una implementación infructuosa del ramping hará que las cuentas de agua se expulsen de la superficie del agua, pareciendo una fuente, mientras que un ramping exitoso producirá ondulaciones en la superficie del agua sin que las cuentas salgan de ella.
5. Calibrar transductor TUS para neuronavegación - ejemplo de implementación: Montar un rastreador de herramienta de neuronavegación en el soporte del transductor. En el software de neuronavegación, en Ventana, Calibraciones de herramientas, pulsa Nueva calibración para crear una nueva calibración para el transductor TUS. Introduce un nombre después de Nombre de calibración: y selecciona el rastreador de herramientas correcto en Rastreador de herramientas:. Sujeta el transductor montado con el rastreador de herramientas contra el bloque de calibración, con el pin indicador de referencia del bloque tocando y perpendicular al centro del plano de salida del transductor, pulsa Iniciar cuenta atrás de calibración, mantente quieto durante 5 segundos y confirma que el software de neuronavegación da Éxito. Si no, repite esta última acción hasta que se vea Éxito . Al finalizar, cierra las ventanas de Editar Calibración y Calibración de herramientas .
   NOTA: Para usos posteriores, sustituya la acción de Nueva Calibración con un simple clic izquierdo en la calibración correspondiente bajo la lista de Calibración de Herramientas Existentes y pulse Recalibrar.
6. Terminar configuraciones TUS - ejemplo de implementación: Pulsa el botón POWER del amplificador (no su interruptor PRINCIPAL de ENCENDIDO ) para apagar su salida cuando el participante esté listo para TUS, desconectar el osciloscopio del amplificador y conectar el transductor a la salida del amplificador.

6. Administración de TUS

1. Salta este paso si usas el objetivo no basado en simulación. Carga el objetivo TUS basado en simulación en neuronavegación y realiza el registro de resonancia magnética del participante (Pasos 4.7-4.10) - ejemplo de implementación: Ve a la pestaña Sesiones en el software de neuronavegación si usas el objetivo basado en simulación y el participante está listo para TUS, nuevo... menú desplegable y Sesión Online para abrir una nueva ventana de sesión. Allí, en la pestaña de Objetivos , haz clic izquierdo en el objetivo de Trayectoria X y pulsa Añadir => para convertirlo en un objetivo para esta sesión. A continuación, realiza exactamente los pasos 4.7-4.10 y luego ve a la pestaña Realizar .
2. Configurar neuronavigation para la administración de TUS - ejemplo de implementación: Abre al menos la vista Bullseye (centrada en la bobina) o Bullseye (Target Centric) en la ventana Perform (Perform Driver), configura el Driver: al transductor TUS correcto y selecciona el objetivo correcto en la lista Targets to sample: en la esquina superior izquierda.
3. Prepara el cuero cabelludo participante para el acoplamiento de TUS - ejemplo de implementación: Peina el cabello en la medida de lo posible, exponiendo el cuero cabelludo en la ubicación aproximada del transductor de TUS, y crea una línea de raya anteroposterior-posterior al hacerlo. Aplica gel de ultrasonidos desgasificado a lo largo de esta línea de raya, aplica presión con el dedo centrado hacia fuera en la dirección natural del cabello para reventar burbujas de aire y saturar el cabello. Dependiendo del tamaño del transductor, crea de 1 a 3 líneas de separación adicionales a ~1,5 cm de distancia a cada lado de la línea de separación inicial y repite las acciones anteriores. A continuación, vuelve a la línea inicial de separación y repite las acciones anteriores 4 veces.
   NOTA: Este paso se ajusta a la recomendación práctica⁷ de ITRUSST.
4. Acoplar el transductor TUS al participante - ejemplo de implementación: Sujeta el transductor TUS a la cabeza del participante y alinea el transductor con el objetivo ajustando su posición de modo que las tres métricas mostradas en Bullseye (Centric en la bobina) o Bullseye (Centric en el objetivo) estén lo más cerca posible de cero, mientras que las desviaciones de distancia < 1,5 mm, las desviaciones de inclinación (cabeceo + alabeo) < 2 grados, y las desviaciones rotacionales (yaw) < 1 grado pueden utilizarse como criterios operativos cuantitativos. Una vez satisfecho con la colocación del transductor, aprieta ligeramente la correa. Asegúrate de que el participante esté cómodo y no se ahogue.
5. (Opcional pero recomendado) Inserta un cable termopar entre el transductor y el cuero cabelludo si se desea una evaluación de seguridad online. Inserta dentro del gel de ecografía y, idealmente, cerca del cuero cabelludo y no de la superficie del transductor. Inserta hacia un borde del transductor y no por el centro, de modo que la onda de ultrasonido solo se vea mínimamente afectada mientras se monitoriza la temperatura del cuero cabelludo con un sistema tópico. Pega el cable del termopar en la cabeza para mantenerla en su sitio en caso de movimiento de la cabeza. Usa cinta de papel para equilibrar la facilidad de extracción y la pegajosidad.
6. Inicia el TUS y registra la colocación inicial del transductor - ejemplo de implementación: Pulsa el botón POWER del amplificador para activar su salida y, por tanto, el TUS. Simultáneamente, pulsa el botón Muestre ahora en la parte inferior izquierda de la ventana del software de neuronavegación para registrar la colocación inicial del transductor.
7. Registrar la colocación de los transductores en todo el TUS y ajustarlo según sea necesario - ejemplo de implementación: Pulsar Sample Now durante el TUS según se desee para registrar la colocación del transductor. Vigila de cerca las tres métricas en Bullseye (Centrado en la Bobina) o En el Blanco (Centrado en el Objetivo). Ajusta la colocación del transductor si se desvía del objetivo, como se evidencia en que las tres métricas se alejan más de cero (Figura 8).
8. Monitoriza la temperatura del cuero cabelludo si se utiliza un termopar e interviene si la lectura del termopar se acerca a 43,3 °C (110 °F)²⁵ o si el participante reporta una sensación de calor excesiva.
   NOTA: Este umbral de 43,3 °C (110 °F) en el cuero cabelludo es para evitar quemaduras ≥ segundo grado. Los límites de dosis térmicas intracraneales se abordan en las directrices^{de seguridad 18} del ITRUSST, que establecen que los efectos térmicos son considerados seguros por el ITRUSST si se cumple alguno de los tres: aumento de la temperatura intracraneal ≤ 2 °C en cualquier momento, dosis térmica ≤ 0,25 CEM43, o tiempo máximo de exposición dependiendo del nivel de índice térmico (TI, 40 min para 2,0 < TI ≤ 2,5, y 10 minutos para 2,5 < TI ≤ 3,0). Consulta las directrices de seguridad de ITRUSST para cálculos térmicos intracraneales. TI suele significar TI craneal (TIC) para la mayoría de los sistemas^{TUS 18}, pero también se define TI para tejido blando (TIS) y hueso en foco (TIB). Determina si la TIC, TIS o TIB corresponde mejor al escenario.

7. Finalización de TUS

1. Terminar el TUS, comprobar el bienestar del participante y limpiar el cuero cabelludo del participante - ejemplo de implementación: Pulsa el botón POWER del amplificador para apagar su salida y, por tanto, el TUS. Quita el transductor y todo el equipo o configuración de la cabeza, inspecciona el cuero cabelludo en busca de enrojecimiento y examina al participante en busca de molestias o eventos adversos. Después de asegurarte de que no hay molestias ni eventos, o tras responder o resolver las dudas planteadas, limpia suavemente el gel de ecografía en la medida de lo posible.
2. Terminar y exportar datos de neuronavigation - ejemplo de implementación: Pulsa Terminar en la ventana de neuronavegación y guarda el proyecto por Archivo y Guarda el proyecto. Selecciona la sesión actual desde la lista de Sesiones, pulsa Revisar, selecciona archivo de texto Brainsight (.txt) en el menú desplegable Exportar... en la esquina inferior izquierda de la ventana que se abre, asegúrate de que Orientación (3 vectores de dirección) esté seleccionada y Acoplar a: el menú desplegable es Nada, configura otros ajustes según se desee y pulsa Guardar para exportar la ubicación y orientación de TUS registrada durante la estimulación.
   NOTA: No es obligatorio asegurarse de que no haya espacios en cada nombre de muestra, pero es una buena práctica.

8. Evaluación de seguridad fuera de línea (opcional pero recomendada)

1. Adquirir un eco de gradiente de adquisición rápida preparado por magnetización T1 tridimensional (MPRAGE) y una secuencia de imagen por tensor de difusión (DTI) en el mínimo. Las imágenes de recuperación por inversión atenuada por fluido ponderadas T2 (FLAIR) a la misma resolución que la MPRAGE T1 serán opcionales pero valiosas, especialmente para ictus. Adquiere antes y después del TUS.
   NOTA: Elige parámetros de neuroimagen y escáner según lo desee, este protocolo tiene T1 MPRAGE: resolución espacial isotrópica de 1 mm, 2400 ms TR, 3 ms TE y 900 ms TI; FLAIR: resolución espacial isotrópica de 1 mm, 5000 ms TR, 90 ms TE y 1806 ms TI; y DTI: doble eco espín, adquisiciones de imagen ecoplanar, resolución espacial isotrópica de 2 mm, factor b = 1000 s/^{mm 2} y grosor de corte de 2,5 mm. Consulta la Tabla de Materiales para el escáner utilizado.
2. Convierte imágenes en bruto a NIFTI (es decir, formato .nii), si no está predeterminado así, usando un método que prefieras. Consulta la Tabla de Materiales para métodos de ejemplo.
3. Separa la imagen DTI 4D y obtén una máscara cerebral - ejemplo de implementación: Instala el software de procesamiento^{DTI 26} si no está ya instalado (véase la Tabla de Materiales), ejecuta fslsplit en el NIFTI de difusión 4D y ejecuta bet en el archivo vol0000 resultante para una máscara^{cerebral 27}.
4. Correcto para distorsiones inducidas por corrientes de Foucault en la imagen DTI - ejemplo de implementación: Crear un archivo index.txt con una sola fila de N 1s con un único espacio intermedio (por ejemplo, para N = 5, index.txt contendría solo: 1 1 1 1 1 1) donde N es el número de valores en el archivo bval, y ejecuta el remuíño²⁸ con --imain, --máscara, --bvecs, --bvals, --index, --acqp, --data_is_shelled, --repol y --salida , donde el archivo de texto índice es la entrada para --index, y una sola fila de archivo de texto delimitado por espacio que contiene 0, 1, 0, 0.08 (es decir, 0 1 0 0.08) es la entrada para --acqp.
5. Salta este paso para adultos neurotípicos. Delimitar la lesión para una mascarilla de lesión - ejemplo de implementación: Utiliza una herramienta de segmentación de lesiones que prefieras o dibuja manualmente en FLAIR una mascarilla de la lesión si estudias una cohorte con lesión, usa T1 si FALIR no está disponible, y guarda la mascarilla como NIFTI.
6. Segmentar las imágenes anatómicas de la resonancia magnética - ejemplo de implementación: Instala el software de procesamiento de RM (véase Tabla de Materiales) si no está ya instalado, ejecuta SMM fmri en la ventana de comandos de la plataforma de programación (ver Tabla de Materiales), pulsa el botón Segmento , el menú desplegable SPM , Herramientas, Clínica y Normalización de segmentos de RM para abrir la ventana de segmentación. Introduce T1 en Anatómicas, máscara de lesión en Mapas de lesión (deja en blanco si eres neurotípico), FLAIR en Escáneres patológicos y pulsa el triángulo verde para iniciar la^{segmentación 29}.
7. Ajustar un modelo de tensor de difusión a la imagen DTI corregida por remolinos para un mapa escalar de DTI - ejemplo de implementación: Ejecuta dtifit³⁰ con las opciones --data, --out, --mask, --bvecs, --bvals y --verbose activadas, donde la entrada a --out en el Paso 8.4 (el paso de remolino) es la entrada a --data. Ejecuta fslsplit en la imagen de difusión 4D después del dtifit para crear un nuevo vol0000.
8. Obtener una ubicación y orientación representativa del transductor durante la administración de TUS - ejemplo de implementación: Usa un script personalizado o la canalización^{publicada 31} en el archivo de texto del software de neuronavegación (Paso 7.2), importa esta representación en el software de neuronavegación por la pestaña Objetivos , Nuevo... menú desplegable arriba a la izquierda, e Importar desde el archivo... la representación, haz clic izquierdo en ella bajo la lista de Nombres , y pulsa Ir para confirmar que está en una ubicación y orientación sensatas.
   NOTA: Asegúrese de que este archivo de software de neuronavegación se basa en la imagen de la resonancia magnética previa al TUS. Asegúrese de que la ubicación y orientación del transductor derivado del software de neuronavegación tengan coordenadas en el mismo espacio que la imagen de la resonancia magnética sobre la que se realiza la simulación acústica.
9. Obtener una región de interés (ROI) para tejido estimulado por TUS - ejemplo de implementación: Ejecutar una simulación acústica realizando los pasos 3.1 - 3.2 y 3.6 - 3.8. Ejecuta Calcular Campos una vez durante el paso 3.8.
10. Alinear los escaneos anatómicos pre-TUS y las máscaras de segmentos de tejido del Paso 8.6 con el mapa escalar DTI pre-TUS, b0 (del Paso 8.7) - ejemplo de implementación: Utiliza el coregister-est&reselice del software de procesamiento de resonancia magnética donde el vol0000 es la referencia, el pre-TUS T1 es la fuente, y los archivos c1 a c5 del Paso 8.6 para pre-TUS se introducen en otras imágenes. Alinear después del TUS, dtifitar vol0000 a pre-TUS, dtifitar vol0000 usando la misma herramienta (es decir, referencia = pre-TUS, dtifited vol0000 y source = post-TUS, dtifited vol0000), luego alinear las máscaras post-TUS T1 y segmento del Paso 8.6 a cualquiera de los vol0000 de forma similar.
11. Intersectar el ROI estimulado por TUS (Paso 8.9) con las máscaras de materia gris y sustancia blanca para el ROI final de la lectura del ADC - ejemplo de implementación: Binarizar las máscaras de materia gris y materia blanca ejecutando fslmaths rc1_* -thr 0.5 -bin ID_GM.nii y fslmaths rc2_* -thr 0.5 -bin ID_WM.nii, combina las máscaras resultantes ejecutando fslmaths ID_GM.nii -add ID_WM.nii ID_WGM.nii, y obtener la intersección entre esta máscara combinada y el campo acústico simulado ejecutando losslmaths f *_FullElasticSolution.nii.gz -mas ID_WGM.nii ID_roi_WGM.nii donde *_FullElasticSolution.nii.gz es la salida de la simulación del Paso 8.9.
12. Superponer la máscara final de ROI (Paso 8.11) y obtener ADCs pre y post-TUS - ejemplo de implementación: Superponer este ID_roi_WGM.nii al vol0000 dtifit-ed pre y post-TUS en el visor de MRI (ver Tabla de Materiales), luego Dibujar, Descriptivo, registrar el valor en la mediana y obtener el cambio post-vs-pre-ADC calculando el (post-pre)/pre porcentaje usando las medianas pre y post-TUS.

9. Evaluación de las variaciones del CSE inducidas por el TUS

Los pasos de esta sección son modulares. Realizarlas para evaluar el CSE en la frecuencia y los momentos deseados en relación con el TUS. Elige la frecuencia y los momentos según la pregunta de investigación específica. Consulte la Tabla de Materiales para los modelos de estimuladores y bobinas TMS y el hardware de adquisición EMG.

1. Evalúa el CSE en el músculo cuya representación cortical recibe TUS y realiza el paso 4.4 en este músculo para preparar los electrodos EMG.
2. Realiza los pasos 4.5-4.11 para preparar la neuronavegación.
3. Determina la configuración de la bobina TMS (colocación y orientación) que mejor estimula el músculo de interés, es decir, el punto caliente.
   1. Utiliza el punto caliente TMS obtenido durante la orientación TUS no basada en simulación si la dirección no es basada en simulación - ejemplo de implementación: en el software de neuronavegación, en la lista siguiente Objetivos para muestrear:, un solo clic izquierdo en la muestra que proporcionó la respuesta EMG más fuerte para convertirla en un objetivo de neuronavegación.
      NOTA: Consulte la Tabla de Materiales para los modelos de estimuladores y bobinas TMS y hardware y software de adquisición EMG. Como ejemplo de implementación, la adquisición EMG tenía una frecuencia de muestreo EMG de 5000 Hz, filtro pasa banda de 20 a 20000 Hz, filtro muesca de 60 Hz, ganancia de 1000x, rechazo manual de artefactos, y utilizaba el algoritmo de detección MEP descrito en Soda et al., 2020-24.
   2. Si la orientación TUS se basa en simulación, realiza los pasos 4.12 - 4.16 para identificar el punto caliente.
4. Determinar el umbral de motor de 1 mV (MT_{1 mV}) - ejemplo de implementación: colocar la bobina TMS alineada con el punto caliente obtenido arriba minimizando las tres métricas mostradas en la ventana de diana (desviaciones de distancia < 1,5 mm, desviaciones de inclinación (cabeceo + balanceo) < 2 grados y desviaciones rotacionales (guiñada) < 1 grado), determinar la salida del estimulador TMS necesaria para provocar MEPs de 1 mV, es decir, MT_1mV, usando un algoritmo de elección (por ejemplo, PEST³²). Si no se alcanza 1 mV MEP al 100% de la salida máxima del estimulador (MSO), determina el porcentaje de MSO necesario para los MEP de 0,05 mV.
   NOTA: El porcentaje de MSO necesario para los MEP de 0,05 mV no es MT_{de 1 mV} (véase el Paso 9.5). Además, al realizar esta sección más de una vez, este paso de_{MT 1mV} solo debe determinarse la primera vez, a menos que se elija MT_1mV para usarse como medida global de CSE.
5. Administrar 20 pulsos TMS individuales a la MT_1mV con un intervalo entre pulsos > 10 s²³.
   NOTA: Si MT_1mV no es alcanzable pero_{MT 0,05mV} sí, usa 100% MSO. Si no se alcanzan tanto MT_1mV como MT_0,05mV , este participante no sería elegible para esta evaluación CSE.

10. Evaluación de las variaciones de MSL inducidas por el TUS

NOTA: Los pasos de esta sección son modulares. Realízalos para evaluar la MSL en la frecuencia y los momentos deseados en relación con el TUS. Elige la frecuencia y los momentos según la pregunta de investigación específica.

1. Utilizar el software/lenguaje elegido (véase Tabla de Materiales para ejemplos) para construir una tarea de producción de secuencias discretas en la que un teclado físico de cinco botones se coloca delante de una pantalla de ordenador que muestra cinco cajas vacías horizontalmente equidistantes de 2 cm x 2 cm, alineadas con los cinco botones del teclado. Haz que una cuenta aparezca en una caja a la vez, desaparezca cuando se pulse el botón correspondiente de la caja y aparezca en otra caja. Haz que la cuenta aparezca en las cinco cajas sin repetición, formando una secuencia de aparición, por ejemplo, la caja número 1-4-3-2-5. Haz que la tarea repita una secuencia doce veces. Ten una página de bienvenida antes de que empiece la tarea y que la transición de esa página a la tarea se inicie pulsando cualquier tecla. Tener un registrador de tiempo de respuesta que registre el tiempo transcurrido entre cada aparición de la cuenta y la pulsación correspondiente del botón. Un ejemplo de pseudocódigo sería
   boxes = [1, 2, 3, 4, 5]
sequence = [1, 4, 3, 2, 5]
repeats = 12
rt_log = []
print("Welcome! Press any key to begin.")
wait_for_any_key()
show_boxes() # draw empty boxes
for r in range(repeats):
  for target in sequence:
    show_bead(target) # bead in current box
    start = current_time()
    while True:
      key = wait_for_key()
      if key == target: # correct button
        rt = current_time() - start
        rt_log.append(rt)
        clear_bead()
        break
      else:
        continue # ignore wrong presses
print("Task complete. Thank you!")
save(rt_log, "results.csv")
   NOTA: El número de botones/cajas y la repetición de secuencias pueden variar según el diseño del experimento. Las consideraciones son el nivel de función en la cohorte de interés y el equilibrio de secuencias entre participantes, es decir, el número de participantes debe ser divisible por el número de secuencias posibles. El intervalo entre la desaparición de la cuenta y la siguiente aparición, y entre el final de una secuencia y el inicio de la siguiente, también depende del diseño del experimento.
2. Haz que el participante se siente con una postura cómoda. Coloca el teclado en un lugar cómodo con la mano parética del participante.
3. Explícale al participante: "Habrá cinco casillas en la pantalla. Aparecerá una cuenta o círculo en una de las cajas. Cuando veas la cuenta/círculo, pulsa la tecla correspondiente con la mano afectada por el golpe. Hacedlo lo más rápido que podáis, vamos a ser justos, ¿vale? ¿Alguna pregunta?"
   NOTA: Evita mencionar la "secuencia" en cualquier forma. La MSL debe ser aprendizaje implícito para que sea una medida del estado de la corteza^{motora 33}. La mención de "secuencia" aumenta la probabilidad de que los participantes indexen cada cuadro y recuerden explícitamente la secuencia, anulando la capacidad de MSL para evaluar el estado de la corteza motora.
4. Asigna una secuencia aleatoria al participante después de responder cualquier pregunta que tenga, hazle saber que "Puedes pulsar cualquier tecla para empezar cuando quieras."
5. Vigila la postura del participante durante la tarea e interviene si hay algún signo de caída. Al mismo tiempo, si el participante usa la otra mano o brazo para ayudar, recuérdale que solo debe usarse la mano parética para esta tarea.
6. Comprueba que el participante esté bien en la realización de la tarea, quita el teclado o la pantalla, elogia al participante por su rendimiento y expresa gratitud.

11. Análisis de datos

NOTA: El análisis general de los datos depende del diseño experimental. Los pasos siguientes proporcionan instrucciones para una unidad básica de medida CSE/MSL junto con un ejemplo sencillo y canónico de porcentaje post-pre-comparación.

1. Análisis de CSE
   1. Revisa cada traza EMG en busca de una MEP identificable que tenga una latencia de inicio de al menos 19 ms (para APB), calcula la amplitud pico a pico entre el inicio y el desplazamiento de cada MEP, y calcula la amplitud mediana pico a pico para los 20 MEP dentro del bloque. Esta amplitud mediana será la medida de CSE para este bloque.
      NOTA: El inicio de la latencia MEP depende del músculo, el estado muscular (reposo vs. activo) y el trastorno neurológico, por ejemplo, extremidad superior: 10-40 ms³⁴; Extremidad inferior: 30-45 ms^35,36. Consulta la literatura si el músculo de interés no es APB. El inicio/desplazamiento de una MEP puede determinarse utilizando el método de umbral descrito en Soda et al., 2020²⁴.
   2. Obtén el porcentaje de cambio post-CSE restando la medida posterior al CSE de la medida previa al CSE y dividiendo esta diferencia por la medida previa al CSE.
2. Análisis MSL
   1. Calcula el tiempo de respuesta medio dentro de cada repetición de secuencia, es decir, la mediana de las cinco pulsaciones de botón, y luego calcula la mediana de las doce medianas dentro de la repetición. Esta "mediana de mediana" será la medida del MSL para este bloque.
   2. Obtén el porcentaje post-pre MSL restando la medida post-MSL de la medida pre MSL y dividiendo esta diferencia por la medida pre MSL.

Results

La segmentación TUS basada en simulación define primero manualmente la colocación inicial del transductor en función de la proximidad al objetivo intracraneal y la perpendicularidad al cráneo, y utiliza esta colocación inicial y las especificaciones del transductor para resolver el campo acústico intracraneal. A continuación, calcula la discrepancia entre el objetivo de estimulación previsto y el enfoque del campo acústico, actualiza la posición del transductor en la dirección inversa de...

Discussion

Ha habido un gran entusiasmo investigador por la aplicación de la TUS en condiciones neurológicas; Sin embargo, existe la necesidad de un mayor rigor científico y de replicación de los resultados. Una TUS exitosa en el tejido objetivo depende de varios pasos críticos. Primero, la sensibilidad a la transmisión del transductor debe caracterizarse correctamente. Las opciones incluyen seguir el Paso 2 de este protocolo, externalizar a un colaborador y utilizar el servicio del proveedor. El s...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Impresora 3D	UltiMaker	S3	Para fabricar el soporte del transductor.
Escáner de resonancia magnética 3T	General Electric	Signa UHP
BabelBrain	Samuel Pichardo (Universidad de Calgary)	Versión 0.4.3	Referido en el texto principal como el "software de puntería TUS". Accesible en https://proteusmrighifu.github.io/BabelBrain/
Brainsight	Investigación Rebelde		En el texto principal se refiere a él como el "software/sistema de neuronavegación". Para usarse en la orientación TUS/TMS, viene con un ordenador Mac, una cámara infrarroja y fieles.
amplificador EMG y convertidor analógico-digital	Cambridge Electronic Design Ltd	CED 1902,   MICRO4	Para ser utilizada para adquirir, amplificar y digitalizar señales EMG.
DCM2NIIX	Christopher Rorden	V1.0.20250506	Para convertir neuroimágenes de DICOM a NIFTI. Accesible en https://pypi.org/project/dcm2niix/
E-prime	Herramientas de software de psicología	E-prime 3.0	Se menciona en el texto principal como un software de ejemplo para MSL. Para ser utilizada en la creación de la tarea de producción de secuencias discretas.
Fiduciales y diadema	Investigación Rebelde	ST-1275 (rastreador de sujeto), LCT-494 (rastreador de bobina grande), P-1528 (puntero)	Para usarse junto con Brainsight para la neuronavegación.
FSL	Universidad de Oxford		Referido en el texto principal como el "software de procesamiento DTI". Para ser utilizado en el opcional pero recomendado Paso 8 para el procesamiento de imágenes por difusión.
Generador de funciones	Tecnologías Keysight	33210A	Para generar la señal de transmisión del transductor TUS.
Hidrófono	Onda Corporation	HNA-0400	Para medir la presión de salida del transductor.
ITK-SNAP	Laboratorio de Computación y Ciencia de Imágenes de Penn	ITK-SNAP 4.0	En el texto principal se refiere como "visor de resonancia magnética". Accesible en https://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php?n=Downloads.SNAP4
K-Wave	Bradley Treeby, Ben Cox y Jiri Jaros	K-Wave Versión 1.4	Referido en el texto principal como el "software de simulación acústica de código abierto." Accesible en http://www.k-wave.org/
MATLAB	MathWorks Inc.	R2024b	Referido en el texto principal como la "plataforma de programación". Accesible en https://www.mathworks.com/products/matlab.html
MRIcroGL	Herramientas y herramientas de neuroimagen Colaboratorio de Recursos	v1.2.20220720	Para convertir neuroimágenes de DICOM a NIFTI. Accesible en https://www.nitrc.org/projects/mricrogl/
MRIcron	Herramientas y herramientas de neuroimagen Colaboratorio de Recursos	v1.0.20190902	En el texto principal se refiere a él como "visor de resonancia magnética". Accesible en https://www.nitrc.org/projects/mricron
Osciloscopio	SIGLENT Technologies	SDS 1202X-E	Para ser utilizado para medir la entrada del transductor TUS y registrar mediciones de hidrófonos.
Python	Fundación de Software Python	Python 3.13	Se refiere en el texto principal como un lenguaje de ejemplo para MSL. Para ser utilizada en la creación de la tarea de producción de secuencias discretas.
Amplificador de potencia RF	Instrumentación RF/Microondas en AR	50A250	Para amplificar la salida de los generadores de funciones a la amplitud requerida por el transductor TUS.
Señal	Cambridge Electronic Design Ltd	Signal 7.05a (x86)	Referido en el texto principal como el "software de adquisición EMG." Para usarse para adquirir señales EMG desde el convertidor analógico-digital hacia un ordenador.
SimNIBS	Axel Thielscher (Universidad Técnica de Dinamarca)	Versión 4.5	Referido en el texto principal como el "software de campo electrónico." Accesible en https://simnibs.github.io/simnibs/build/html/index.html
SPM12	Laboratorio de Imagen Funcional (University College London)		En el texto principal se refiere como el "software de procesamiento de resonancia magnética". Para ser utilizado en el opcional pero recomendado Paso 8 para el procesamiento de imágenes por resonancia magnética.
Estimulador TMS y bobina	Magstim Inc.	BiStim2, 70 mm en forma de ocho	Para usarse para aplicar pulsos TMS.
Transductor	Blatek Industries	AT32080
Montaje transductor	Equipo de la Universidad de Duke		Montura de transductor impresa en 3D en ácido poliactico (PLA) y añadida con correas de tela.
Gel de ultrasonidos	Laboratorios Parker	Aquasonic 100	Se aplicará entre el transductor TUS y el cuero cabelludo participante.
Depósito de agua y sistema de posicionamiento de 3 ejes	Onda Corporation	Sistema de escaneo de hidrófonos AIMS III	Personalizado con la empresa.