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

Nuestro laboratorio de neuromodulación y el Laboratorio de Recuperación del Ictus se centran en el uso de diversas herramientas de neuromodulación para mejorar la recuperación post-ictus, incluida la recuperación motora. Este proyecto en particular implica el uso de estimulación por ultrasonido transcraneal de baja intensidad, una nueva herramienta no invasiva de estimulación cerebral para modular la excitabilidad de la corteza motora y promover el aprendizaje motor en pacientes con ictus. Para empezar, prepara un depósito de agua con agua desionizada desgasificada para evitar posibles daños al hidrófono.

Fija el transductor de ultrasonido en la luminaria del depósito de agua y monta el hidrófono en el sistema de posicionamiento de tres ejes. Conecta el hidrófono a un osciloscopio y luego conecta la punta de la aguja junto con el cable. Enciende la energía del hidrófono solo después de que esté completamente sumergido en agua.

Acciona el transductor de ultrasonido usando un generador de funciones. Luego coloca la punta del hidrófono en la región focal aproximada del transductor de ultrasonido usando el sistema de posicionamiento de tres ejes. Registra las lecturas del osciloscopio en cada ubicación para obtener la distribución de la presión acústica y documenta la ubicación del hidrófono correspondiente a la región focal.

Evalúa la sensibilidad transmisora del transductor de ultrasonido en el punto focal aplicando diferentes voltajes de entrada. Conecta el hardware de estimulación por ultrasonido transcraneal y comienza la grabación del osciloscopio. Enciende el osciloscopio.

Configura que funcione y ajusta tanto los ejes vertical como el horizontal según la escala de interés. Activa el interruptor principal del amplificador a la posición de encendido. Ajusta la potencia de salida del amplificador a cero.

Configura ambos generadores de funciones con la forma de onda deseada, asegurando que se añada ramping a cada duración de pulso. Ahora pulsa Salida en el generador de funciones. Ajusta la salida del amplificador al 100% usando la rueda de ajuste y monitoriza la pantalla de ganancia.

Pulsa el botón de encendido del amplificador para iniciar su salida. Confirma la forma de onda de la señal de transmisión en el osciloscopio y deja que el sistema de accionamiento funcione durante 15 minutos para estabilizar la salida. Comprueba si hay ramping al principio y al final de cada duración de pulso en la forma de onda de la señal de accionamiento.

Ajusta la salida del amplificador a cero. Sumerge completamente el transductor en agua, posicionando el plano de salida aproximadamente una pulgada por debajo de la superficie hacia arriba. Luego vuelve a ajustar la salida del amplificador al 100% y observa si el ramping es exitoso.

Ahora monta un rastreador de la herramienta de neuronavegación en el soporte del transductor. En el software, navega a Calibraciones de Ventanas y Herramientas. Haz clic en Nueva calibración.

Introduce un nombre y selecciona el rastreador de herramientas correcto. Sujeta el transductor con el rastreador contra el bloque de calibración, de modo que el pin indicador de referencia toque y quede perpendicular al centro del plano de salida del transductor. Haz clic en Iniciar Cuenta Atrás de Calibración.

Mantén la posición estable durante cinco segundos y repite si es necesario hasta que llegue el éxito. Luego cierra tanto las ventanas de Editar Calibración como de Calibración de herramientas. Pulse el botón de encendido del amplificador para apagar su salida cuando el participante esté listo para la estimulación por ultrasonido transcraneal.

Desconecta el osciloscopio del amplificador y conecta el transductor a la salida del amplificador. Si usas el objetivo basado en simulación, carga el objetivo en el software de neuronavegación. En la pestaña de Sesiones, abre el nuevo desplegable y selecciona Sesión en línea.

En la pestaña Objetivos, haz clic en el objetivo Trajectory-x-mod y pulsa Añadir para añadirlo a la sesión. Muestra la vista centrada en la herramienta bullseye o centrada en el objetivo en la ventana de Ejecutar. Configura el controlador en el transductor TUS correcto y selecciona el objetivo correcto en la lista de Objetivos a muestreo en la esquina superior izquierda.

Peina el cabello del participante para exponer el cuero cabelludo en el sitio del transductor del TUS y crea una línea de raya anterior/posterior. Aplica el gel de ultrasonidos con gas sobre ella. Crea de una a tres líneas de separación adicionales a aproximadamente 1,5 centímetros de distancia por cada lado y repite el mismo proceso.

Finalmente, vuelve a la línea inicial y repite el proceso cuatro veces. Ahora, sujeta el transductor TUS a la cabeza del participante y anínalo con el objetivo usando la vista en el blanco. Ajusta el transductor para minimizar la distancia, la inclinación y las desviaciones de rotación dentro de los límites operativos.

Si es necesario monitorizar la seguridad, inserta un alambre termopar en el gel de ultrasonidos cerca del cuero cabelludo. Pega el cable del termopar en la cabeza con cinta de papel para evitar movimientos. Pulsa el botón de encendido del amplificador para iniciar la salida y iniciar el TUS.

Simultáneamente, pulsa Sample Now en el software de neuronavegación para registrar la colocación inicial del transductor. Monitoriza continuamente las tres métricas de alineación en la vista de centro. Controla la temperatura del cuero cabelludo usando el cable del termopar si está instalado.

Para terminar el TUS, pulsa el botón de encendido del amplificador para detener la salida. Retira el transductor y todo el equipo montado en la cabeza del participante. Inspecciona el cuero cabelludo en busca de signos de enrojecimiento y pregunta al participante sobre cualquier molestia o efecto adverso.

Si no se reportan problemas o tras atender las dudas, limpia suavemente el gel de ecografía del cuero cabelludo. Haz clic en Terminar en la ventana de navegación de neuro y guarda el proyecto seleccionando Archivo y pulsando Guardar Proyecto. Desde la lista de sesiones, selecciona la sesión actual y haz clic en Revisar.

En la ventana de Revisión de Sesiones, elige archivo de texto del sitio cerebral en el menú desplegable Exportar. Asegúrate de que Orientación esté seleccionada y pon Ajuste en Nada. Configura otros ajustes de exportación según sea necesario, luego haz clic en Guardar para exportar los datos de estimulación.

Se logró un resultado satisfactorio basado en simulación de puntería donde el enfoque acústico alcanzó la región cortical de estimulación deseada. Un escenario en la segmentación basada en simulación que requiere iteraciones adicionales debido a la desalineación entre el foco acústico y el objetivo de estimulación previsto. Ajustando el parámetro de plano de salida a piel de distancia y TX a un valor más realista para corregir el problema de escalado de visualización en la interfaz de simulación.

Se registró un potencial evocado motor limpio, lo que indica buena estimulación magnética transcraneal, colocación y orientación de la bobina. Se observó una forma de onda que podría no representar un potencial evocado por motor. Se realizó una determinación exitosa de un milivoltio en MT al 52% de la salida máxima del estimulador, con cinco respuestas positivas y cinco negativas en ese nivel.

Se registró una determinación potencialmente inconclusa de un milivoltio MT con un 87% de salida máxima del estimulador debido a respuestas positivas y negativas consecutivas, en lugar de alternas. Se obtuvo una lectura constante y uniforme del osciloscopio de la señal de transmisión del transductor, indicando el correcto funcionamiento del equipo. Se logró una buena alineación entre la colocación física del transductor y el objetivo predefinido mediante neuronavegación.

Se observó una colocación desalineada del transductor que indica la necesidad de ajustar el objetivo. Establecimos que la seguridad de la TUS y la intensidad efectiva en pacientes con ictus que muestran la TUS en la corteza motora puede potenciar el aprendizaje motor y la excitación cortical. No existe ningún artículo metodológico centrado en el uso de la TUS en adultos con enfermedades neurológicas.

Este protocolo aborda esta brecha. Esperamos que este protocolo pueda reducir la variabilidad metodológica y mejorar la fiabilidad y reproducibilidad de futuros estudios de ecografía humana.