Un protocole méthodologique et des considérations pour la stimulation ultrasonore transcrânienne dans les études cliniques exploratoires sur l’humain

Résumé

La stimulation transcrânienne par ultrasons (TUS) est une technique non invasive prometteuse capable de stimuler le cerveau humain à n’importe quelle profondeur, offrant de nouvelles possibilités thérapeutiques pour traiter diverses affections neurologiques. Ce protocole fournit un cadre empirique standardisé mais adaptable pour appliquer le TUS chez les adultes neurotypiques et les patients atteints de maladies neurologiques telles que l’AVC.

Résumé

La stimulation ultrasonore transcrânienne (TUS) émerge comme une technique neuromodulatrice non invasive capable de fournir une stimulation d’une précision millimétrique à toute la profondeur du cerveau. Les efforts de recherche se sont de plus en plus concentrés sur son potentiel translationnel. Des données prometteuses ont été rapportées dans plusieurs populations de maladies, notamment la maladie de Parkinson et les AVC, ouvrant la voie à des applications cliniques du TUS. Les études cliniques à ce jour montrent cependant une variabilité importante dans la fixation du traducteur, les approches de ciblage et les paramètres acoustiques. Cela limite l’interprétabilité et la comparabilité des résultats. Les guides méthodologiques existants traitent de la TUS humaine en général, mais ne se concentrent pas sur les applications dans les populations neurologiques. Ce protocole expérimental présente un cadre standardisé mais adaptable pour appliquer le TUS à des cohortes neurologiques telles que l’AVC. Il offre des conseils détaillés sur : (1) les composants matériels essentiels et optionnels dans le contexte des TUS orientés vers la thérapie ; (2) réglages matériels et sélection des paramètres, y compris des stratégies pour minimiser les confusions auditives ; (3) des procédures d’étalonnage et d’assurance qualité pour garantir que le transducteur délivre les formes d’onde spécifiées ; (4) des approches de ciblage basées sur des méthodes de simulation ou non de simulation pour une localisation précise du foyer/foyers du TUS à la ou les régions anatomiques visées ; (5) l’adaptation méthodologique pour les populations cliniques ; et (6) les mesures de résultats pour les TUS cliniques, englobant les évaluations de sécurité et les mesures de résultat substitutives telles que l’excitabilité corticospinale et l’apprentissage des séquences motrices. Ce protocole est conçu comme une ressource modulaire et reproductible. Il accueille à la fois des utilisateurs novices (cherchant une porte d’entrée pratique dans un TUS basé sur le patient) que des chercheurs expérimentés (visant à s’aligner sur les normes scientifiques et méthodologiques émergentes). L’objectif est de soutenir l’intérêt clinique croissant pour les TUS et de faciliter des résultats cliniquement traduisibles, reproductibles et comparables entre les groupes de recherche et les populations de patients.

Introduction

Combinaison unique et souhaitable, la nature profonde, focale et non invasive de la stimulation ultrasonique^{transcrânienne 1} (TUS) a suscité un intérêt croissant pour l’exploration de ses potentiels thérapeutiques pour les maladies neurologiques et neuropsychiatriques (par exemple,^{AVC 2}, maladie de^{Parkinson 3},^{dépression 4}, maladie d’Alzheimer⁵, etc.). Le consensus d’experts et les lignes directrices ont cherché à améliorer la reproductibilité et l’interprétabilité des recherches sur les^{TUS 6,7}. Cependant, ces applications s’adressent principalement aux applications plus larges de la recherche fondamentale de la TUS et offrent moins d’orientation sur l’exploration de la pertinence thérapeutique chez l’humain. Par exemple, lorsqu’on compare la recherche fondamentale et clinique sur les TUS, la durée totale de stimulation (TSD) diffère considérablement – souvent jusqu’à environ 80 s en recherche^{fondamentale : 8,9} contre plus de 10 minutes dans les protocoles exploratoires conçus pour approcher l’utilisation^{clinique 2}. De telles distinctions soulignent la nécessité d’un accompagnement personnalisé lors de l’application exploratoire de la TUS à une cohorte neurologiquement malade. Bien que ce protocole se concentre sur les TUS lors de l’AVC, son cadre s’applique globalement à d’autres populations de patients, ainsi qu’aux adultes neurotypiques.

Le TUS délivre des ondes de pression au tissu cérébral cible pour la^{modulation 7}. Les composants matériels essentiels du TUS incluent un ou plusieurs générateurs de fonctions, un amplificateur, un transducteur et, surtout pour les TSD prolongés, un support de transducteur^{sur tête 6}. Le générateur de fonctions produit la forme d’onde électrique qui définit le diagramme de pression de sortie émis par le transducteur. Alors que certains générateurs de fonctions peuvent générer les tensions de crête nécessaires pour les transducteurs TUS, la plupart nécessitent un amplificateur pour amplifier le signal entre le(s) générateur(s) de fonction et le transducteur. L’amplificateur augmente l’amplitude de la forme d’onde électrique jusqu’au niveau nécessaire pour une génération efficace d’ultrasons. Les systèmes TUS disponibles dans le commerce intègrent souvent le générateur de fonctions et l’amplificateur dans une seule unité clé en main, permettant une connexion directe au transducteur. Le transducteur, généralement fabriqué en matériaux piézoélectriques, convertit les signaux électriques en vibrations mécaniques pour produire des ondes à ultrasons. Bien que la prise manuelle du transducteur soit possible, cette approche est laborieuse et sujette à des erreurs de déplacement, tandis qu’un déplacement mineur peut entraîner un mauvais ciblage complet du tissu^{prévu 7}. Le bras mécanique avec repose-menton est également utilisé et fonctionne bien pour la recherche fondamentale avec des TSD relativement courts. Une alternative possible pour une TUS clinique exploratoire avec des TSD de plus de 10 minutes est l’impression 3D d’un support transducteur équipé de brides pour une fixation sécurisée de la sangle (Figure 1), qui peut équilibrer stabilité positionnelle avec facilité d’utilisation en milieu clinique exploratoire et confort des participants.

Figure 1 : Monture imprimée en 3D pour transducteur TUS. Transducteur à stimulation transcrânienne par électrochocs (TUS) à élément unique (pièce centrale pointée par la flèche rouge) logé dans un support de transducteur imprimé en 3D (pointé en bleu sur la flèche) avec des ouvertures supérieures (pointées par la flèche verte) pour le traceur d’outils de Neuronavigation, des ouvertures latérales (pointées par la flèche brune) pour fixer le transducteur TUS et le traceur d’outils à l’aide de vis, et des brides pour une fixation sur la tête basée sur une sangle. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Les composants matériels optionnels incluent un circuit d’adaptation d’impédance électrique, un compteur de puissance, un oscilloscope, un système de neuronavigation et un thermocouple. Ces dispositifs contribuent respectivement à réduire les réflexions électriques pour optimiser le transfert de puissance, vérifiant indirectement les sorties acoustiques (wattmètre et oscilloscope), assurant la précision spatiale et surveillant la sécurité. Leurs détails de mise en œuvre et les considérations méthodologiques sont détaillés dans les sections Discussion et Protocole.

L’optimisation des paramètres de la stimulation par ultrasons transcrâniens est un domaine de recherche actif et en évolution qui concerne la conception de la forme d’onde de propulsion électrique. L’axe vertical d’une forme d’onde d’entraînement détermine l’amplitude de la pression de sortie du transducteur. L’axe horizontal d’une forme d’onde de transmission détermine le timing de la pression de sortie du transducteur, qui peut être décomposée en quelques types de durée et de répétition. En utilisant la nomenclature définie dans les directives de rapport du Consortium International Transcranial Ultrasonic Stimulation Safety and Standards (ITRUSST^)10, les paramètres de temporisation du TUS sont organisés de la plus courte à la plus longue durée comme suit : la durée de la rampe (RD) est le temps durant lequel la pression de sortie augmente de zéro au maximum prescrit ; la durée de l’impulsion () est la durée d’une sortie de pression unique, active et continue ; l’intervalle de répétition d’impulsions (PRI) est la durée entre le début de deux adjacents, composée d’une DP et d’un « temps d’arrêt » durant lequel la sortie du transducteur est nulle, et l’inverse du PRI est la fréquence de répétition d’impulsions (PRF) ; La durée de la chaîne d’impulsions (PTD) est la durée pendant laquelle le PRI est répété ; l’intervalle de train d’impulsions (PTI) est la durée entre le début de deux PTD adjacents, composée d’un intervalle PTD et d’un intervalle inter-PTD durant lequel la sortie du transducteur est nulle ; La durée de répétition du train d’impulsions (PTRD) est la durée pendant laquelle la PTI est répétée.

Figure 2 : Illustration de la forme d’onde TUS. Formes d’onde typiques de stimulation ultrasonique transcrânienne pour des efficacités cliniques potentielles. La nomenclature respecte les directives de rapport de^{l’ITRUSST 10}. RD, durée de la rampe ; , durée de l’impulsion ; PRI, intervalle de répétition des impulsions ; PRF, fréquence de répétition d’impulsions ; PTD, durée du train d’impulsions ; PTI, intervalle de train d’impulsions ; PTRD, durée de répétition du train d’impulsions. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

La figure 2 illustre ces paramètres temporels. Le tableau 1.1 rapporte les paramètres de timing dans Huang et al., 2025², à partir desquels ce protocole est dérivé, conformément au formulaire tabulaire recommandé par les directives de rapport^{de l’ITRUSST 10}, tandis que le tableau 1.2 rapporte des paramètres supplémentaires. Les effets auditifs sont largement reconnus comme un facteur majeur de confusion dans les expériences^{TUS 6,11}. Le ramping de la forme d’onde du moteur est la méthode la plus utilisée pour atténuer les effets auditifs et sera donc considéré comme la méthode principale de mitigation dans ce protocole. Théoriquement, des profils de rampe distincts peuvent être appliqués au début et à la fin de chaque sortie de pression active (c’est-à-dire, PTD, PTRD), mais la plupart des études utilisent une même symétrique répétée tout au long de la séance de stimulation, ce qui donne une seule RD dans le signal de propulsion. Le ramping est réalisé à l’aide de fonctions fenêtre, qui définissent la « forme » et la « vitesse » du signal allant de zéro au maximum prescrit, la fenêtre de Tukey étant la plus couramment utilisée dans la^{littérature 10}. Après avoir contrôlé les confondus auditifs, la sélection des paramètres pour provoquer l’effet excitateur versus inhibiteur reste un domaine de recherche actif et dépend de la question expérimentale spécifique. Les choix de paramètres dans Huang et al., 2025², à partir desquels ce protocole est dérivé, ont été informés par la littérature^{existante 12}, avec une DP réduite de 0,36 ms à 0,2 ms pour des marges de sécurité supplémentaires. Les aspects méthodologiques ont été adaptés de Legon et al., 2018¹³. Ces sélections ne sont qu’un exemple détaillé plutôt qu’une norme prescriptive, reflétant le stade encore exploratoire du TUS clinique. Consultez la littérature pertinente pour des orientations adaptées aux hypothèses et objectifs spécifiques à l’étude.

L’étalonnage des transducteurs est une considération cruciale des TUS, et le balayage des réservoirs d’eau représente la méthode la plus complète actuellement disponible. Pour les systèmes TUS non clés en main, un balayage initial du réservoir d’eau est fortement recommandé afin d’établir la sensibilité d’émission du transducteur, c’est-à-dire la relation entre la tension électrique en Volts et la pression de sortie résultante en Pascals. Les systèmes clés en main sont souvent équipés de réglages préconfigurés par le fournisseur qui peuvent réduire le besoin d’un calibrage initial, mais la vérification de la sortie du transducteur garantit une livraison TUS précise et de haute qualité. De même, bien que les calibrations ultérieures puissent être minimisées si nécessaire, des contrôles réguliers sont conseillés pour renforcer la rigueur de l’étude.

La balayage des réservoirs d’eau nécessite généralement un équipement spécialisé et une formation spécialisée. Ce protocole fournit un bref aperçu à l’étape 2 (basé sur Chen et al., 2023¹⁴). Alternativement, la procédure peut être externalisée à un laboratoire collaboratif doté de l’expertise appropriée, avec la confirmation que tous les paramètres requis sont collectés (Étape 2.7). Les mesures des wattmètres fournissent une méthode simple et indirecte pour mesurer la sortie du transducteur. Après étalonnage ou caractérisation par le fournisseur, les relevés des conteurs de puissance peuvent servir de référence pour la sortie pré-administration. La variation de la puissance de sortie implique des variations correspondantes de la pression de sortie, indiquant la nécessité soit de recalibrer, soit d’ajuster le signal de transmission pour maintenir une stimulation constante.

Le ciblage du TUS consiste à déterminer le placement optimal du transducteur, tant en position que dans l’orientation, afin de stimuler efficacement le tissu d’intérêt. L’approche actuelle de pointe utilise des simulations numériques pour identifier le placement optimal du transducteur (étape 3 du protocole), bien que cela représente un exemple plutôt qu’une norme définitive. Alternativement, une méthode empirique précédemment rapportée localise l’emplacement du cuir chevelu où la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) provoque le plus efficacement des réponses motrices controlatérales, et positionne le transducteur à cet endroit avec sa surface normale au cuir^{chevelu 2,3} (Étape 4). En principe, cette approche guidée par le TMS peut être étendue à d’autres zones cérébrales ayant une sortie identifiable, comme la vue des phosphènes pour le cortex visuel. Cependant, davantage de données ou de publications sont nécessaires pour valider l’applicabilité plus large de cette approche.

Les critères de jugement pour les TUS cliniques incluent à la fois des évaluations basées sur la sécurité et l’efficacité. Compte tenu du stade exploratoire de la traduction clinique, une efficacité prononcée peut ne pas encore être détectable par des mesures cliniques standard. Ainsi, les indicateurs de réponse substitutive sont souvent utilisés à la place des mesures d’efficacité pour détecter des effets inférieurs à l’efficacité clinique. La surveillance de la sécurité peut inclure des évaluations en ligne et hors ligne. La sécurité en ligne peut être suivie à l’aide de thermocouples placés sur le cuir chevelu lors de la stimulation, offrant une approche pratique en milieu clinique (Étape 6.5). Pour la sécurité hors ligne, ce protocole fournit des instructions pour la quantification du coefficient de diffusion apparent (ADC) (étape 8), car l’ADC est couramment utilisé pour évaluer l’intégrité^{tissulaire 15}. Les indicateurs de réponse de substitut varient selon la maladie ciblée ou le domaine d’intérêt. Pour les études de récupération motrice post-AVC, des mesures d’excitabilité corticospinale controlatérale (ECS) et d’apprentissage des séquences motrices (MSL) seront décrites (étapes 9-11) car elles fournissent des marqueurs neurophysiologiques et fonctionnels fiables pour l’efficacité clinique exploratoire du TUS.

Pris ensemble, ce protocole fournit un exemple détaillé, modulaire et adaptable pour l’administration d’un TUS chez des adultes neurologiques et neurotypiques, en mettant l’accent sur la facilité d’utilisation et la durée de stimulation prolongée. Le protocole est dérivé de Huang et al., 2025^2, qui utilise un système d’entraînement non clé en main permettant la personnalisation de la mise en forme des impulsions et du transducteur à élément unique. De manière étape par étape, le principe général indépendant du système est présenté en premier, et, lorsque cela est approprié, un exemple d’implémentation spécifique au système est donné.

Protocole

Les procédures expérimentales présentées dans Huang et al., 2025² 2 ont été approuvées par le Duke Institutional Review Board et sont conformes à la Déclaration d’Helsinki récemment mise à jour. Obtenez le consentement éclairé de chaque participant avant l’inscription.

REMARQUE : Suivez les instructions tout en travaillant simultanément avec le matériel/logiciel pour améliorer la compréhension et garantir une mise en œuvre précise. La figure 3A présente un aperçu des étapes impliquées, la figure 3B montre un organigramme décisionnel pour choisir le ciblage basé sur la simulation (Étape 3) versus le ciblage non basé sur la simulation (Étape 4). Les documents complémentaires fournissent des listes de contrôle pré- et post-TUS couvrant l’éligibilité au consentement, le contrôle de sécurité, le contrôle qualité des équipements TUS et la surveillance des événements indésirables.

1. Consentement et contrôle de sécurité

1. Critères d’inclusion : i) ≥ 21 ans, quelle que soit la race ou le sexe, ii) premier AVC ischémique ou hémorragique il y a plus d’un mois, iii) présenté une faiblesse unilatérale du membre et une échelle des membres supérieurs de Fugl-Meyer ≤ 62 (score maximal = 66), et iv) l’abducteur parétique du pouce court (APB) présente des potentiels moteurs évoqués (MEP) pouvant être déclenchés par la SMT. Critères d’exclusion : i) fonctions du bras affectées par tout ou plusieurs troubles neurologiques concomitants, ii) démence sévère documentée avant l’apparition de l’AVC, quel que soit le statut médicamenteux, ou iii) toute contre-indication à l’imagerie par résonance magnétique (^IRM)16/^{TMS 17}/TUS¹⁰.
2. Informez chaque participant des objectifs de l’étude, des principales procédures impliquées et des risques associés. Répondez à toute question ou préoccupation qu’ils pourraient exprimer, puis faites-leur confirmer leur compréhension du processus de consentement en signant le formulaire de consentement.
3. Faites un sondage sur chaque participant avec la liste de contrôle de sécurité TUS¹⁸ et TMS¹⁷ . Excluez les participants qui ne remplissent pas toutes les exigences de sécurité.

2. Caractérisation du transducteur ^{TUS 14}

REMARQUE : Effectuez les étapes de cette section pour obtenir une caractérisation initiale d’un nouveau transducteur TUS, ou, à intervalles réguliers, une confirmation/calibration de la relation tension-pression acoustique d’entrée du transducteur. La figure 4 montre la configuration de cette caractérisation d’un transducteur TUS basée sur un réservoir d’eau.

1. Remplissez un réservoir d’eau dégazée et déionisée pour éviter d’éventuels dommages à l’hydrophone.
2. Fixez le transducteur à ultrasons sur le luminaire du réservoir d’eau et montez l’hydrophone sur le système de positionnement à 3 axes.
3. Connectez l’hydrophone à un oscilloscope et allumez l’alimentation de l’hydrophone seulement après qu’il soit complètement immergé dans l’eau.
4. Actionner le transducteur à l’aide d’un générateur de fonctions et d’un amplificateur de puissance radiofréquence, seulement après que le transducteur est complètement immergé dans l’eau et que l’hydrophone est allumé.
   REMARQUE : Assurez-vous que la forme d’onde électrique d’entrée contient au moins 5 cycles pour chaque impulsion (c’est-à-dire PRI et PTI) afin de stabiliser la sortie du transducteur.
5. Positionner la pointe de l’hydrophone à la région focale approximative visuellement définie du transducteur à ultrasons à l’aide d’un système de positionnement à 3 axes, scanner l’hydrophone à travers le réservoir d’eau aux points de sortie de pression primaire possible, enregistrer la lecture de l’oscilloscope à chaque emplacement pour obtenir la répartition acoustique de la pression, et noter l’emplacement de l’hydrophone où se trouve la région focale.
   REMARQUE : Calculez les pressions acoustiques en utilisant la sensibilité de l’hydrophone (c’est-à-dire mV/MPa) et la lecture de l’oscilloscope du signal électrique enregistré par l’hydrophone.
6. Évaluez la sensibilité de transmission du transducteur à ultrasons (c’est-à-dire la pression de sortie du transducteur sur l’amplitude crête à crête de la tension d’entrée, kPa/_{V PP)} au point focal en appliquant différentes tensions d’entrée.
7. Confirmez que la sensibilité de transmission (kPa/_{V PP)} du transducteur, la profondeur focale du transducteur (mm) et la largeur de faisceau de -6 dB du faisceau ultrasonore (mm) sont toutes prises en compte si vous externalisez la caractérisation du transducteur à un laboratoire collaboratif disposant de l’expertise appropriée. La profondeur focale définit la profondeur de pénétration maximale à laquelle l’énergie potentiellement thérapeutique peut être efficacement délivrée à la région cérébrale ciblée. La largeur de faisceau de -6 dB du champ échographie spécifie l’étendue latérale de la région focale, délimitant ainsi le volume de traitement effectif dans le tissu cérébral.

3. Ciblage TUS basé sur la simulation (recommandé, balayage du participant requis)

REMARQUE : Le ciblage TUS basé sur la simulation nécessite une localisation intracrânienne prédéterminée pour être stimulée. Cette sélection de cible est spécifique à l’étude, et les méthodes couramment utilisées incluent des approches anatomiques basées sur des atlas IRM et des approches fonctionnelles guidées par des données d’activation individuelles de l’IRM⁷, ainsi que le ciblage informé par la^{connectivité 19}. Sélectionnez la méthode appropriée à l’étude et à l’hypothèse et suivez la littérature^{pertinente 7,19} pour déterminer la cible intracrânienne. Ensuite, suivez les étapes ci-dessous pour obtenir la position du transducteur du TUS afin de stimuler la cible intracrânienne.

1. Reconstruire un modèle de tête segmenté à partir de l’IRM - exemple d’implémentation : installez le logiciel de simulation du champ électrique (e-field) (voir Tableau des matériaux) s’il n’est pas déjà installé, et ouvrez un terminal dans le dossier de l’IRM structurelle du participant. Exécutez le pipeline CHARM du logiciel^{e-champ 20} en tapant charm ParticipantID ./ParticipantID_T1.nii.gz et en appuyant sur Entrée/retour sur le clavier. Si un T2 est disponible, charmez ParticipantID ./ParticipantID_T1.nii.gz ./ParticipantID_T2.nii.gz à la place. Notez les espaces et points dans les commandes ci-dessus. Selon le type de borne, la barre oblique avant (/) peut devoir être remplacée par la barre oblique arrière (\).
2. Vérifiez les résultats de segmentation, en particulier pour la lésion (le cas échéant) et le crâne - exemple d’implémentation : vérifiez les résultats de segmentation de CHARM en ouvrant le charm_report.html dans le dossier m2m_ParticipantID créé, puis en cliquant sur le visualiseur pour parcourir les tranches. Confirmez surtout le contour des os corticaux et trabéculaires, du cerveau (matière grise et blanche) et du cuir chevelu, car le logiciel de ciblage TUS en^{aval 21} (voir Tableau des matériaux) utilise principalement ces aspects. Suivez le guide du logiciel e-field pour modifier manuellement le modèle de tête si la segmentation est insatisfaisante.
   REMARQUE : Pour les participants ayant une lésion telle qu’un AVC, le logiciel e-field permet une délimitation personnalisée d’une lésion et donc une assignation de segmentation personnalisée. Cependant, le logiciel de ciblage TUS, à partir de la version V0.4.3, n’a pas encore réussi à reconnaître les segments personnalisés du logiciel e-field. Ainsi, lorsqu’une lésion est présente, il suffit de confirmer que les contours des types de tissus mentionnés sont corrects et ne sont pas affectés par la lésion.
3. Configuration pour la définition intracrânienne de la cible - exemple d’implémentation : Touchez le nouveau projet SimNIBS... dans le logiciel de neuronavigation (voir Table of Materials) et sélectionnez le fichier .msh dans le dossier m2m.
   REMARQUE : La version 2.5.9 du logiciel de neuronavigation a été utilisée pour détailler cette étape et les suivantes, mais ces étapes s’appliquent aux versions de la 2.5.9 à la 2.5.3.
4. Configuration pour l’enregistrement physique de l’IRM de la tête - exemple d’implémentation : Cliquez sur Configurer les repères... sous l’onglet Monuments , placez les repères sur le bout du nez, le nasion et l’encoche supratragique gauche/droite, puis enregistrez le fichier du projet.
   REMARQUE : Les points de repère pour cette étape doivent être les endroits où la peau n’est pas comprimée ou étirée pendant l’IRM. Choisissez des repères autres que ceux ci-dessus selon le taux d’IRM acquis par leurs participants.
5. Définir une cible intracrânienne et la charger dans un logiciel de ciblage TUS - exemple d’implémentation : Cliquez sur Configurer les cibles... sous l’onglet Cibles et affichez Scalp & Cibles, Inline & Cibles, et Inline 90 & Cibles à la vue. Faites un clic gauche sur le focus TUS prévu à l’intérieur du cerveau, projetez un curseur décalé sur le cuir chevelu en utilisant le curseur Crosshairs Offset en bas à droite, faites glisser le curseur AP à droite pour minimiser la distance du cuir chevelu à la cible dans Inline & Targets, puis glissez le curseur Lat jusqu’à ce que le transducteur virtuel soit tangentiel au cuir chevelu dans Inline 90 & Targets. Dans le menu déroulant Nouveau... (en haut à gauche de la fenêtre), sélectionnez Trajectoire pour enregistrer cet emplacement. En bas à gauche de la fenêtre, basculez sur fUS, sélectionnez un dossier de résultats, puis cliquez sur Calculer la simulation pour invoquer le logiciel de ciblage TUS.
   REMARQUE : Vérifiez attentivement s’il existe une cavité anatomique des sinus ou d’air le long du trajet de la trajectoire créée à cette étape. Si oui, choisissez la trajectoire suivante en évitant le sinus/cavité.
6. Initialiser le logiciel de ciblage TUS - exemple d’implémentation : Confirmer que les entrées auto-remplies dans le logiciel de ciblage TUS sous Entrée d’imagerie sont correctes sauf le profil thermique, sélectionner le transducteur qui sera utilisé (« Single » signifie transducteur à élément unique) et, si plusieurs backends informatiques sont disponibles, sélectionner le backend de calcul souhaité. Ensuite, cliquez sur Select Thermal Profile ... pour charger le fichier .yaml correct qui décrit le schéma temporel du signal de conduite TUS. Consultez la documentation du logiciel de ciblage TUS pour la construction de ce fichier .yaml. À titre d’exemple, le fichier .yaml pour le motif temporel TUS dans Huang et al., 2025² serait
   BaseIsppa : 8,0 # L/^{cm 2}
   AllDC_PRF_Duration : #All combinaisons de timing qui seront prises en compte
   - DC : 0,2
   PRF : 1000,0 #Hz
   Durée : 0,5 #s
   Durée Off : 1,0 #s
   Répétitions : 480
   REMARQUE : Cet exemple est uniquement à titre illustratif. Les répétitions 480 seraient trop excessives pour que le logiciel de ciblage TUS puisse les calculer. Ce fichier .yaml affecte uniquement la simulation thermique du logiciel de ciblage TUS et n’affecte pas sa simulation acoustique, tandis que la simulation acoustique est le seul composant sur lequel le ciblage TUS est basé. Pour les TUS longs, utilisez le logiciel de ciblage TUS pour le ciblage et non pour la simulation thermique. Utilisez le logiciel open source de simulation acoustique (voir Table of Materials) pour les simulations thermiques de paradigmes de longue durée. Consultez sa documentation pour estimer l’augmentation de la température, les minutes équivalentes cumulatives à 43 °C (CEM43) de la dose thermique et l’indice thermique, afin de garantir que les paramètres sélectionnés respectent les directives de sécurité biophysique¹⁸ de la Food^{and Drug Administration} 22 et de l’ITRUSST.
7. Obtenir des masques tissulaires et des paramètres d’entrée pour la simulation acoustique - exemple d’implémentation : appuyez sur CONTINUER pour atteindre l’étape 1 - Calculer le masque et sélectionner la fréquence américaine correcte (kHz) (c’est-à-dire la fréquence fondamentale du transducteur) ainsi que la PPW désirée (c’est-à-dire points par longueur d’onde). 9 PPW garantissent des résultats stables et précis mais engagent une charge de calcul plus lourde, et le 6 PPW par défaut est le minimum du logiciel de ciblage TUS qui équilibre calcul rapide, stabilité et précision. Cliquez sur Calculer le masque de planification. Après le calcul, inspectez le masque de sortie pour vous assurer que le cuir chevelu, l’os et le cerveau sont marqués avec une précision souhaitée.
8. Caractérisations des transducteurs d’entrée et exécution du ciblage TUS - exemple d’implémentation : Hit Step 2 - Ac Sim. Si Simple était sélectionné à l’étape 3.6, entrez la distance focale (mm) et le diamètre (mm) du transducteur, la distance entre le cuir chevelu et le plan de sortie du transducteur (due à un milieu de couplage tel qu’un gel étalé ou un coussinet gel) à la distance Distance Tx hors plan de la peau (mm), et entrée la profondeur maximale au-delà de la cible (mm). Cette profondeur correspond à l’espace au-delà de la cible prévue à inclure dans la simulation. Le 40 mm par défaut suffit dans la plupart des cas, mais si la cible visée se situe au-dessus du tissu osseux, augmenter cette profondeur permet de prendre en compte la réflexion résultante. Après ces entrées, appuyez sur Calculer les champs, attendez la fin du calcul, appuyez sur Calculer les ajustements mécaniques, puis appuyez à nouveau sur Calculer les champs . Inspectez la mise au point TUS résultante par rapport à la cible prévue à l’aide des deux barres glissantes horizontales. Si la mise au point n’est pas acceptable proche de la cible, répétez l’ajustement mécanique, calculez l’action du champ jusqu’à une distance de mise au point acceptables (Figure 5A).
   REMARQUE : Consultez la documentation du logiciel de ciblage TUS concernant les types de transducteurs autres que le simple.
9. Sauvegarder la cible TUS optimisée en calcul – exemple d’implémentation : fermez le logiciel de ciblage TUS pour revenir au logiciel de neuronavigation. Remarquez qu’un nouveau mod de trajectoire X cible est ajouté, où Trajectoire X est le nom donné à la trajectoire créée à l’étape 3.5. C’est la cible pour le placement du transducteur lors du TUS. Fermez la fenêtre Cibles et enregistrez le fichier projet en cours.
10. REMARQUE : Les étapes 3.1 à 3.9 doivent être complétées avant que le participant ne vienne pour le TUS.

4. Ciblage TUS non basé sur la simulation (balayage participant optionnel, applicable aux domaines avec des résultats TMS lisibles)

1. Initialiser la TMS neuronavigée - exemple d’implémentation : Cliquez sur Nouveau projet vide et cliquez ici pour choisir un ensemble de données anatomique afin de sélectionner l’IRM participante dans le logiciel de neuronavigation. Attaquez le projet de tête du nouveau MNI si l’IRM structurelle du participant n’est pas disponible.
   REMARQUE : Utilisez un système/logiciel de neuronavigation de votre choix. Ce protocole utilise un logiciel de neuronavigation à sa version 2.5.9 (voir Tableau des matériaux) pour illustrer les procédures représentatives.
2. Sauter cette étape si vous n’utilisez pas d’IRM participante. Reconstruire le cerveau et le cuir chevelu à partir d’une IRM participante - exemple d’implémentation : Va dans l’onglet Reconstructions si tu utilises une IRM participante, puis Nouvelle Reconstruction... menu déroulant, sélectionnez Peau, et appuyez sur le bouton Calculer la peau dans la fenêtre ouverte pour reconstruire le cuir chevelu. Ferme la fenêtre de peau, Nouvelle Reconstruction... menu déroulant, sélectionne Full Brain Curvilinear, règle l’espacement de tranche à 0,5 mm dans la fenêtre ouverte, puis appuie sur Calculer Curvilinear. Après la reconstruction du cerveau, ajustez la barre glissante de profondeur de peeling jusqu’à ce que le cerveau reconstruit soit exposé juste à la surface externe du cortex, et fermez la fenêtre cérébrale curviligne.
3. Saute cette étape si tu n’utilises pas d’IRM. Configuration pour l’enregistrement physique de l’IRM de la tête - exemple d’implémentation : Rendez-vous dans l’onglet Monuments si vous utilisez une IRM, puis Configurez les repères..., et placez les repères sur la zone nasion et l’encoche supratragique gauche/droite en cliquant un clic gauche sur le cuir chevelu reconstruit et appuyez sur Nouveau en haut à gauche. Confirmez l’emplacement des points de repère en vérifiant la réticule dans les trois vues IRM. Ajustez le(s) réticule(s) pour affiner la position des points de repère, si nécessaire. Fermez la fenêtre des monuments d’enregistrement une fois satisfait et enregistrez le fichier du projet.
   REMARQUE : Les étapes 4.1 à 4.3 doivent être complétées avant que le participant ne vienne pour le TUS. Choisissez des repères autres que le nasion et les endents supratragiques gauche/droite selon les besoins. Les bons repères sont ceux où la peau n’est pas compressée/étirée lors de l’IRM.
4. Sautez cette étape si TUS doit être utilisé pour le domaine visuel. Préparez-vous à l’enregistrement par électromyogramme (EMG) - exemple de mise en œuvre : identifiez le muscle représenté à la cible du TUS visé, nettoyez la peau recouvrant le muscle d’intérêt avec des lingettes alcoolisées, raserez-vous si nécessaire et autorisé, et appliquez des électrodes EMG sur le ventre et le tendon du muscle. Appliquez une autre électrode sur une zone osseuse adjacente pour servir de référence.
   REMARQUE : Lors de la préparation de la peau, faites preuve de prudence envers les participants qui prennent des anticoagulants.
5. Initialiser le TMS neuronavigé - exemple d’implémentation : Va dans l’onglet Sessions du logiciel de neuronavigation, puis Nouveau... menu déroulant, Session en ligne pour lancer une nouvelle fenêtre de session. Dans cette fenêtre de session, allez dans l’onglet IOBox , sous options de déclenchement TTL, vérifiez le bon canal/interrupteur qui reçoit le signal de déclenchement du stimulateur TMS, et assurez-vous que le temps mort : est réglé à 0 ms.
6. Sautez cette étape si TUS doit être utilisé pour le domaine visuel. Mise en place de neuronavigation intégrée-EMG - exemple d’implémentation : pour le domaine moteur, si vous utilisez l’EMG du système de neuronavigation, vérifiez le bon canal Acquire EMG, et saisissez un essai : temps suffisamment long pour capturer les EMG du muscle d’intérêt.
7. Préparer le participant à la neuronavigation - exemple d’implémentation : Attachez le traceur de sujet au participant et assurez-vous de la stabilité. Allez dans l’onglet Polaris du logiciel de neuronavigation et positionnez la caméra/le participant de façon à ce que le point vert (le participant) soit à peu près au centre des trois boîtes cyan (la portée de vision de la caméra).
8. Effectuer l’enregistrement physique de l’IRM de la tête - exemple d’implémentation : Aller dans l’onglet Inscription , un clic gauche sur un point de repère, placer de manière stable le pointeur du système de neuronavigation sur le repère correspondant du participant tout en s’assurant que le pointeur et le traceur du sujet sont visibles par la caméra, puis cliquez sur Échantillonner et passer au prochain repère. Répétez jusqu’à ce que tous les points de repère soient échantillonnés.
9. Saute cette étape si tu utilises une IRM participante. Échelle d’IRM modèle vers la tête physique du participant - exemple d’implémentation : Si vous n’utilisez pas l’IRM d’un participant, allez dans l’onglet Mise à l’échelle , placez de manière stable le pointeur sur le sommet du cuir chevelu du participant, puis cliquez sur Ajouter un repère. Répétez pour le point le plus extérieur à gauche, à droite, devant et à l’arrière de la tête.
10. Validez l’enregistrement IRM du participant et mettez-le à jour si nécessaire – exemple d’implémentation : allez à l’onglet Validation , glissez doucement le pointeur sur le cuir chevelu du participant autour du point d’entrée prévu du TUS/TMS, et vérifiez la distance de peau <-> Crosshairs , où une approche plus proche de zéro est meilleure (< 1 mm peut être utilisé comme seuil opérationnel quantitatif). Si la distance affichée est jugée inacceptable, allez dans Enregistrement, Efface tout, et répétez les étapes 4.8 à 4.9 jusqu’à une distance acceptable.
11. Configurez la fenêtre de neuronavigation - exemple d’implémentation : allez dans l’onglet Exécuter, affichez les vues Bullseye (centré sur la bobine), Curviligne Cerveau & Échantillons, et Peau & Échantillons , puis réglez le Driver : sur la bonne bobine TMS. Si vous utilisez l’EMG du système de neuronavigation, activez aussi l’EMG et l’enregistrement EMG Pod .
    REMARQUE : Utilisez Bullseye (centré sur la cible) à la place de Bullseye (centré sur la bobine) si souhaité.
12. Recherchez la position d’une bobine TMS avec des réponses - exemple d’implémentation : Utilisez à la fois le cerveau curviligne et la position approximative sur le cuir chevelu pour obtenir des démarrages initiaux, placez la bobine TMS à différents endroits et orientations sur le cuir chevelu, et administrez des impulsions TMS individuelles à plus de 10 s^{espacées de 23} s. Si aucune réponse n’est acceptable sur toute la surface anatomique, augmentez la puissance du stimulateur.
    REMARQUE : Voir le tableau des matériaux pour les modèles de stimulateurs et de bobines TMS ainsi que pour le matériel et logiciel d’acquisition EMG. À titre d’exemple d’implémentation, l’acquisition EMG avait une fréquence d’échantillonnage EMG de 5000 Hz, un filtre passe-bande de 20 à 20000 Hz, un filtre à encoche de 60 Hz, un gain de 1000x, un rejet manuel d’artefacts, et utilisait l’algorithme de détection MEP décrit dans Soda et al., 2020-24.
13. Utilisez une réponse spécifique au domaine pour définir un placement cible de la bobine TMS - exemple d’implémentation : Répétez l’étape 4.12 jusqu’à ce qu’une réponse soit observée, c’est-à-dire un EMG avec une amplitude pic à pic prononcée pour le domaine moteur (Figure 6), et les participants rapportent une vision confiante des phosphènes dans le domaine visuel. Appuyez sur => Cible et cliquez un seul clic gauche sur cet échantillon dans la liste Cibles à échantillonner : pour faire de cette position et de cette bobine une cible.
14. Obtenir des répétitions supplémentaires à la cible TMS initiale - exemple d’implémentation : administrez 2 à 3 impulsions supplémentaires tout en vous alignant sur cette cible en plaçant la bobine de manière à ce que les trois métriques affichées dans la vueB-ullseye (centré sur la bobine) ou en centre de la cible ( Bullseye (centré sur la cible) soient aussi proches que possible de zéro. Notez les réponses qui en résultent.
15. Vérifiez les réponses aux positions adjacentes à la cible TMS initiale - exemple d’implémentation : déplacez la bobine ~7 mm loin de cette cible dans le premier quadrant en vue Bullseye (centré sur la bobine) / Bullseye (centré sur la cible), fixez la bobine à cette nouvelle position et orientation, administrez ~3 impulsions et enregistrez les réponses résultantes. Répétez pour les trois autres quadrants. Si une configuration de bobine non centrale donnait une réponse moyenne plus forte que celle du centre, faites de l’échantillon correspondant une cible en cliquant gauche sur la liste Échantillons enregistrés : => Cible, puis en cliquant un seul clic gauche sur cet échantillon dans la liste Cibles vers échantillonner :
16. Répétez les étapes 4,14 et 4,15 jusqu’à ce qu’un centre ait la réponse moyenne la plus forte parmi lui et ses quatre quadrants. L’échantillon respectif de ce centre sera l’échantillon cible pour les TUS. Notez ce numéro d’exemple et enregistrez le fichier du projet.

5. Configurations TUS

1. Connectez le matériel TUS et commencez l’enregistrement de l’oscilloscope - exemple d’implémentation : Connectez les générateurs de fonctions, l’amplificateur et l’oscilloscope comme illustré dans (Figure 7A). Allumez l’oscilloscope, mettez-le en mode Course , et ajustez les axes vertical et horizontal à l’échelle d’intérêt.
   REMARQUE : Avoir deux générateurs de fonctions n’est pas toujours nécessaire. Certains modèles de générateurs de fonctions peuvent produire des formes d’onde avec plus d’un niveau de contrôle de fréquence. De plus, le matériel utilisé dans ce protocole correspond déjà en impédance électrique. La ou les résistances doivent être connectées en série entre l’amplificateur et l’oscilloscope lorsque l’impédance électrique n’est pas nécessaire.
2. Démarrez et vérifiez le signal de l’entraînement, puis (pour les systèmes non clés en main) démarrez la puissance de sortie - exemple d’implémentation : basculez l’interrupteur MAIN POWER de l’amplificateur de O à I. Réglez la puissance de sortie de l’amplificateur à zéro, puis configurez les générateurs de fonctions selon la forme d’onde choisie, en veillant à ce que le ramping soit ajouté au début et à la fin de chaque. Après avoir vérifié les réglages des deux générateurs de fonctions, appuyez sur Output sur le générateur du haut, puis sur Output sur le générateur inférieur, puis ajustez la puissance de sortie de l’amplificateur à 100 % en tournant la molette ADJUST et en vérifiant la valeur Gain : affichée, puis appuyez sur le bouton POWER de l’amplificateur pour démarrer sa sortie (Figure 7B).
3. Vérifiez la forme d’onde du signal de transmission et laissez la sortie du système se stabiliser - exemple d’implémentation : Confirmez que la forme d’onde observée sur l’oscilloscope est souhaitée et laissez le système de commande fonctionner pendant 15 minutes (critère empiriquement obtenu pour le matériel spécifié dans le tableau des matériaux) afin d’assurer une sortie stable (Figure 7C).
   REMARQUE : La sortie de l’amplificateur stabilisateur n’est pas liée à la fluctuation de tension. Il permet à la tension de se stabiliser dans la plage souhaitée, par exemple, que le V_PP diminue de 10 à 20 % par rapport à la valeur initiale et de se maintenir à ce niveau, avec l’amplificateur dans ce protocole (voir Tableau des matériaux). Différents systèmes de commande auraient des diminutions/augmentations de V_PP différentes et des durées différentes pour garantir une sortie stable. Déterminer empiriquement le comportement spécifique au système et la durée requise pour une sortie stable avant d’avoir le premier participant à l’étude.
4. Validez l’atténuation basée sur le ramping pour les effets auditifs. Vérifiez la forme d’onde du signal de transmission au début et à la fin de chaque pour voir si le ramping. Ajustez (ou diminuez progressivement) la sortie de l’amplificateur à zéro, immergez complètement le transducteur dans l’eau avec le plan de sortie (c’est-à-dire le côté stimulation) à ~1 pouce sous la surface de l’eau et face vers le haut, puis ajustez (ou augmentez progressivement) la sortie de l’amplificateur à 100 %. Une mise en place infructueuse du ramping provoquera l’éjection de billes d’eau de la surface de l’eau, ressemblant à une fontaine, tandis qu’un ramping réussi produira des ondulations à la surface de l’eau sans qu’aucune perle ne la quitte.
5. Calibrer le transducteur TUS pour la neuronavigation - exemple d’implémentation : Monter un outil de neuronavigation sur le support du transducteur. Dans le logiciel de neuronavigation, sous Fenêtre, Calibrations de l’outil, appuyez sur Nouvelle calibration pour créer une nouvelle calibration pour le transducteur TUS. Saisissez un nom après Calibration name : et sélectionnez le bon outil tracker sur Tool tracker :. Tenir le transducteur monté avec le traceur d’outil contre le bloc d’étalonnage, avec la broche indicatrice de référence du bloc en contact et perpendiculaire au centre du plan de sortie du transducteur, appuyer sur Commencer le compte à rebours d’étalonnage, rester immobile pendant 5 secondes, et confirmer que le logiciel de neuronavigation donne Succès. Sinon, répétez cette dernière action jusqu’à ce que le Succès soit vu. Après la fin de la publication, fermez les fenêtres Modifier la calibration et les étalons de l’outil .
   REMARQUE : Pour les usages ultérieurs, remplacez l’action Nouvelle calibration par un simple clic gauche sur la calibration correspondante sous la liste Étalonnage des outils existants et appuyez sur Recalibrer.
6. Terminer les configurations TUS - exemple d’implémentation : appuyez sur le bouton POWER de l’amplificateur (et non sur son interrupteur PRINCIPAL) pour éteindre sa sortie lorsque le participant est prêt pour le TUS, déconnectez l’oscilloscope de l’amplificateur et connectez le transducteur à la sortie de l’amplificateur.

6. Administration du TUS

1. Sauter cette étape si vous utilisez la cible non basée sur la simulation. Chargez la cible TUS basée sur la simulation vers la neuronavigation et effectuez l’enregistrement IRM du participant (Étapes 4.7-4.10) - exemple d’implémentation : Rendez-vous dans l’onglet Sessions du logiciel de neuronavigation si vous utilisez la cible basée sur la simulation et que le participant est prêt pour le TUS, le nouveau... menu déroulant, et la Session en ligne pour lancer une nouvelle fenêtre de session. Là-dedans, sous l’onglet Cibles , cliquez un seul clic gauche sur la cible Trajectoire X-mod , puis appuyez sur Ajouter => pour en faire une cible pour cette session. Ensuite, effectuez exactement les étapes 4.7-4.10, puis allez dans l’onglet Exécuter .
2. Configurez neuronavigation pour l’administration TUS - exemple d’implémentation : Affichez au moins la vue Bullseye (centré sur la bobine) ou Bullseye (centré sur la cible) dans la fenêtre Exécuter , réglez le Driver : sur le transducteur TUS correct, et sélectionnez la bonne cible dans la liste Targets to sample : en haut à gauche.
3. Préparer le cuir chevelu participant pour le couplage TUS - exemple de mise en œuvre : Peignez les cheveux autant que possible, exposant le cuir chevelu à l’emplacement approximatif du transducteur TUS, et créez ainsi une raie antérieur-postérieure. Appliquez du gel à ultrasons dégazé le long de cette raie, exercez une pression avec les doigts centrés vers l’extérieur dans la direction naturelle des cheveux pour faire éclater les bulles d’air et saturer les cheveux. Selon la taille du transducteur, créez 1 à 3 lignes de séparation supplémentaires à environ 1,5 cm de distance de chaque côté de la ligne de séparation initiale et répétez les actions ci-dessus. Ensuite, revenez à la ligne de départ initiale et répétez les actions ci-dessus 4 fois.
   REMARQUE : Cette étape respecte la recommandation pratique⁷ de l’ITRUSST.
4. Associer le transducteur TUS au participant - exemple d’implémentation : attachez le transducteur TUS à la tête du participant et alignez le transducteur sur la cible en ajustant son positionnement de sorte que les trois métriques affichées en Bullseye (centré sur la bobine) ou en cible (centré sur la cible) soient aussi proches que possible de zéro, tandis que les écarts de distance < 1,5 mm, les déviations d’inclinaison (tangage + roulis) < 2 degrés, et les déviations de rotation (lacet) < 1 degré peuvent être utilisées comme critères opérationnels quantitatifs. Une fois satisfait de la position du transducteur, serrez légèrement la sangle. Assurez-vous que le participant est à l’aise et ne se sent pas étranglé.
5. (Optionnel mais recommandé) Insérez un fil thermocouple entre le transducteur et le cuir chevelu si vous souhaitez une évaluation de sécurité en ligne. Insérer à l’intérieur du gel à ultrasons et idéalement près du cuir chevelu et non de la surface du transducteur. Insérez vers un bord du transducteur et non par le centre, de sorte que l’onde ultrasonore soit seulement légèrement affectée lors d’un suivi topique de la température du cuir chevelu. Fixez du fil thermocouple sur la tête pour la maintenir en place en cas de mouvement de la tête. Utilisez du ruban en papier pour équilibrer la facilité de retrait et la collance.
6. Démarrez le TUS et enregistrez le placement initial du transducteur - exemple d’implémentation : appuyez sur le bouton POWER de l’amplificateur pour activer sa sortie et donc le TUS. Simultanément, appuyez sur le bouton Échantillonner maintenant en bas à gauche de la fenêtre du logiciel de neuronavigation pour enregistrer la position initiale du transducteur.
7. Enregistrer le placement des transducteurs dans tout le TUS et ajuster si nécessaire - exemple d’implémentation : Appuyez sur Sample Now pendant le TUS selon le souhait pour enregistrer le placement du transducteur. Surveillez de près les trois métriques dans Bullseye (Centré sur la Bobine) ou En Cible (Centré sur la cible). Ajustez la position du transducteur si elle s’écarte de la cible, comme en témoignent les trois métriques qui s’éloignent de zéro (Figure 8).
8. Surveillez la température du cuir chevelu si un thermocouple est utilisé et intervenez si la lecture du thermocouple approche 43,3 °C (110 °F)²⁵ ou si le participant signale une sensation de chaleur excessive.
   REMARQUE : Ce seuil de 43,3 °C (110 °F) du cuir chevelu vise à éviter ≥ brûlures au deuxième degré. Les limites de dose thermique intracrânienne sont abordées par les directives de sécurité¹⁸ de l’ITRUSST, qui précisent que les effets thermiques sont considérés comme sûrs par l’ITRUSST si l’un des trois critères est satisfait : augmentation de la température intracrânienne ≤ 2 °C à tout moment, dose thermique ≤ 0,25 CEM43, ou temps d’exposition maximal selon le niveau d’indice thermique (TI, 40 min pour 2,0 < TI ≤ 2,5, et 10 minutes pour 2,5 < TI ≤ 3,0). Consultez les recommandations de sécurité de l’ITRUSST pour les calculs thermiques intracrâniens. TI signifie généralement TI crânien (TIC) pour la plupart des configurations^{TUS 18}, mais TI pour les tissus mous (TIS) et l’os au point focal (TIB) sont également définis. Déterminez si le TIC, le TIS ou le TIB correspond le mieux au scénario.

7. Terminer TUS

1. Terminer le TUS, vérifier le bien-être du participant et nettoyer le cuir chevelu du participant - exemple d’implémentation : appuyez sur le bouton POWER de l’amplificateur pour éteindre sa sortie et donc le TUS. Retirez le transducteur et tout le matériel/équipement sur la tête, inspectez le cuir chevelu pour détecter des rougeurs, et examinez le participant pour détecter tout inconfort ou effet indésirable. Après avoir vérifié qu’il n’y a pas d’inconfort ou d’événement, ou après avoir répondu ou résolu les questions soulevées, essuyez doucement pour nettoyer le gel à ultrasons autant que possible.
2. Terminer et exporter les données de neuronavigation - exemple d’implémentation : appuyez sur Terminer dans la fenêtre de neuronavigation et enregistrez le projet par fichier puis enregistrez le projet. Sélectionnez la session en cours dans la liste Sessions : liste, cliquez sur Révision, sélectionnez fichier texte Brainsight (.txt) dans le menu déroulant Export... en bas à gauche de la fenêtre qui s’ouvre, assurez-vous que l’Orientation (3 vecteurs directionnels) est sélectionnée et Accrocher à : le menu déroulant est Rien, configurez d’autres réglages selon vos besoins, puis cliquez sur Enregistrer pour exporter la position et l’orientation TUS enregistrées pendant la stimulation.
   REMARQUE : Il n’est pas obligatoire de s’assurer qu’aucun espace dans chaque nom d’échantillon n’est obligatoire, mais c’est une bonne pratique.

8. Évaluation de la sécurité hors ligne (optionnelle mais recommandée)

1. Acquérir un écho à gradient d’acquisition rapide (MPRAGE) préparé par magnétisation T1 en trois dimensions et une séquence d’imagerie par tenseur de diffusion (DTI) au minimum. Les images FLAIR pondérées T2 à la même résolution que le MPRAGE T1 seront optionnelles mais précieuses, notamment pour les AVC. Acquérez avant et après le TUS.
   REMARQUE : Choisissez les paramètres de neuroimagerie et le scanner selon vos souhaits, ce protocole a T1 MPRAGE : 1 mm de résolution spatiale isotrope, 2400 ms TR, 3 ms TE et 900 ms TI ; FLAIR : résolution spatiale isotrope de 1 mm, 5000 ms TR, 90 ms TE et 1806 ms TI ; et DTI : double écho spin, acquisitions d’imagerie écho-planaire, résolution spatiale isotrope de 2 mm, facteur b = 1000 s/^{mm 2}, et épaisseur de tranche de 2,5 mm. Voir le tableau des matériaux pour le scanner utilisé.
2. Convertir les images brutes en NIFTI (c’est-à-dire au format .nii), si ce n’est pas le cas par défaut, en utilisant une méthode de choix. Voir le tableau des matériaux pour des exemples de méthodes.
3. Séparer l’image DTI 4D et obtenir un masque cérébral - exemple d’implémentation : installer le logiciel de traitement^{DTI 26} si ce n’est pas déjà installé (voir le tableau des matériaux), exécuter fslsplit sur le NIFTI de diffusion 4D, et lancer bet sur le fichier vol0000 résultant pour un masque^{cérébral 27}.
4. Correcte pour les distorsions induites par les courants de Foucault dans l’image DTI - exemple d’implémentation : créer un fichier index.txt d’une seule ligne de N 1 avec un seul espace entre les deux (par exemple, pour N = 5, index.txt ne contiendrait que : 1 1 1 1 1 1) où N est le nombre de valeurs dans le fichier bval, et exécuter le tourbillon²⁸ avec --imain, --mask, --bvecs, --bvals, --index, --acqp, --data_is_shelled, --repol et --out , où le fichier texte index est l’entrée de --index, et une seule ligne de fichier texte délimité en espace contenant 0, 1, 0, 0,08 (c’est-à-dire 0 1 0 0,08) sert d’entrée à --acqp.
5. Sautez cette étape pour les adultes neurotypiques. Délimiter la lésion pour un masque de lésion - exemple de mise en œuvre : Utilisez un outil de segmentation de lésion de votre choix ou dessinez manuellement sur FLAIR un masque de la lésion si vous étudiez une cohorte avec une lésion, utilisez T1 si FALIR n’est pas disponible, et sauvegardez le masque comme NIFTI.
6. Segmenter les images IRM anatomiques - exemple d’implémentation : installez le logiciel de traitement IRM (voir Tableau des matériaux) si ce n’est pas déjà installé, exécutez SPM FMRI dans la fenêtre de commande de la plateforme de programmation (voir Tableau des matériaux), appuyez sur le bouton Segment , le menu déroulant SPM , Outils, Clinique et normalisation segmentaire IRM pour afficher la fenêtre de segmentation. Entrez T1 dans Anatomiques, masque de lésion sur Cartes de lésion (laissez vide si neurotypique), FLAIR sur Scans pathologiques, puis appuyez sur le triangle vert pour commencer la^{segmentation 29}.
7. Ajustez un modèle de tenseur de diffusion à l’image DTI corrigée par eddy pour une carte DTI scalaire - exemple d’implémentation : exécutez dtifit³⁰ avec les options --data, --out, --mask, --bvecs, --bvals et --verbose activées, où l’entrée vers --out à l’étape 8.4 (le tourbillon) est l’entrée à --data. Lance fslsplit sur l’image de diffusion 4D après le dtifit pour créer un nouveau vol0000.
8. Obtenir une position et une orientation représentatives du transducteur lors de l’administration du TUS - exemple d’implémentation : Utilisez un script personnalisé ou un pipeline^{publié 31} sur le fichier texte depuis le logiciel de neuronavigation (Étape 7.2), importez cette représentation dans le logiciel de neuronavigation via l’onglet Cibles , Nouveau... menu déroulant en haut à gauche, et Importez depuis le fichier... la représentation, cliquez un seul clic gauche dessus sous la liste des Noms , et appuyez sur Aller pour confirmer qu’il est situé à un emplacement et une orientation raisonnables.
   REMARQUE : Assurez-vous que ce fichier logiciel de neuronavigation est construit sur l’image IRM pré-TUS. Assurez-vous que la localisation et l’orientation du transducteur dérivé du logiciel de neuronavigation ont des coordonnées dans le même espace que l’image IRM sur laquelle la simulation acoustique est effectuée.
9. Obtenir une région d’intérêt (ROI) pour les tissus stimulés par les TUS - exemple d’implémentation : Exécuter une simulation acoustique en effectuant les étapes 3.1 - 3.2 et 3.6 - 3.8. Exécutez Calcul champs une fois à l’étape 3.8.
10. Aligner les scans anatomiques pré-TUS et les masques de segments tissulaires de l’étape 8.6 avec la carte DTI scalaire pré-TUS, b0 (de l’étape 8.7) - exemple d’implémentation : Utilisez le coregister-est&reselice du logiciel de traitement IRM où le vol0000 est la référence, le T1 pré-TUS la source, et les fichiers c1 à c5 de l’étape 8.6 pour le pré-TUS sont envoyés dans d’autres images. Aligner post-TUS, dtifit-ed vol0000 vers pré-TUS, dtifit-ed vol0000 en utilisant le même outil (c’est-à-dire référence = pré-TUS, dtifited vol0000 et source = post-TUS, dtifit-ed vol0000), puis aligner post-TUS T1 et les masques segmentaires de l’étape 8.6 vers l’un ou l’autre vol0000 de manière similaire.
11. Intersectionner le ROI stimulé par le TUS (Step 8.9) avec les masques de matière grise et de matière blanche pour le ROI final de la lecture ADC - exemple d’implémentation : Binariser les masques de matière grise et de matière blanche en exécutant fslmaths rc1_* -thr 0.5 -bin ID_GM.nii et fslmaths rc2_* -thr 0.5 -bin ID_WM.nii, combiner les masques résultants en exécutant fslmaths ID_GM.nii -add ID_WM.nii ID_WGM.nii, et obtenir l’intersection entre ce masque combiné et le champ acoustique simulé en exécutant lesslmaths f *_FullElasticSolution.nii.gz -mas ID_WGM.nii ID_roi_WGM.nii où *_FullElasticSolution.nii.gz est la sortie de simulation de l’étape 8.9.
12. Superposez le masque final de ROI (Étape 8.11) et obtenez les ADC pré- et post-TUS - exemple d’implémentation : Superposez ce ID_roi_WGM.nii au vol0000 dtifit-ed pré- et post-TUS dans le visualiseur MRI (voir Tableau des matériaux), puis dessinez, Descriptif, enregistrez la valeur à la médiane et obtenez le changement post-pré-ADC en calculant le pourcentage (post-pré)/pré en utilisant les médianes pré- et post-TUS.

9. Évaluation des variations de l’ECS induites par le TUS

Les étapes de cette section sont modulaires. Effectuez-les pour évaluer le CSE à la fréquence et aux moments désirés par rapport au TUS. Choisissez la fréquence et les moments en fonction de la question de recherche spécifique. Voir le tableau des matériaux pour les modèles de stimulateurs et de bobine TMS ainsi que pour le matériel d’acquisition EMG.

1. Évaluez l’ECS sur le muscle dont la représentation corticale reçoit la TUS et effectuez l’étape 4.4 de ce muscle pour préparer les électrodes EMG.
2. Effectuer les étapes 4.5 à 4.11 pour préparer la neuronavigation.
3. Déterminez la configuration des résistances TMS (placement et orientation) qui stimule le mieux le muscle d’intérêt, c’est-à-dire le point chaud.
   1. Utilisez le point chaud TMS obtenu lors du ciblage TUS non basé sur la simulation si le ciblage TUS n’est pas basé sur la simulation - exemple d’implémentation : sur le logiciel de neuronavigation, dans la liste ci-dessous Cibles à échantillonner :, un simple clic gauche sur l’échantillon qui a donné la réponse EMG la plus forte pour en faire une cible de neuronavigation.
      REMARQUE : Voir le tableau des matériaux pour les modèles de stimulateurs et de bobines TMS ainsi que pour le matériel et logiciel d’acquisition EMG. À titre d’exemple d’implémentation, l’acquisition EMG avait une fréquence d’échantillonnage EMG de 5000 Hz, un filtre passe-bande de 20 à 20000 Hz, un filtre à encoche de 60 Hz, un gain de 1000x, un rejet manuel d’artefacts, et utilisait l’algorithme de détection MEP décrit dans Soda et al., 2020-24.
   2. Si le ciblage TUS est basé sur la simulation, effectuez les étapes 4.12 à 4.16 pour identifier le point chaud.
4. Déterminer le seuil moteur de 1 mV (MT_{1 mV}) - exemple d’implémentation : placer la bobine TMS alignée sur le point chaud obtenu ci-dessus en minimisant les trois métriques affichées dans la fenêtre en centre (déviations de distance < 1,5 mm, écarts d’inclinaison (tangage + roulis) < 2 degrés, et déviations de rotation (lacet) < 1 degré), déterminer la sortie du stimulateur TMS nécessaire pour provoquer des MEP de 1 mV, c’est-à-dire MT_1mV, en utilisant un algorithme de choix (par exemple, PEST³²). Si 1 mV MEP n’est pas atteignable à 100 % de puissance maximale du stimulateur (MSO), déterminer le pourcentage de MSO nécessaire pour 0,05 mV MEP.
   REMARQUE : Le pourcentage de MSO nécessaire pour les MEP à 0,05 mV n’est pas MT_{de 1 mV} (voir l’étape 9.5). De plus, lors de l’exécution de cette section plusieurs fois, cette étape de_{1 mV} de MT ne doit être déterminée que la première fois, sauf si la MT_{1 mV} elle-même est choisie comme mesure globale de l’ECS.
5. Délivrer 20 impulsions TMS simples à la MT_{1 mV} avec un intervalle inter-impulsions > 10 s²³.
   REMARQUE : Si la MT_{1 mV} n’est pas atteignable mais_{que la MT 0,05 mV} l’est, utilisez 100 % MSO. Si aucun MT_1mV et MT_0,05mV ne sont atteignables, ce participant ne sera pas éligible à cette évaluation CSE.

10. Évaluation des variations MSL induites par le TUS

REMARQUE : Les étapes de cette section sont modulaires. Effectuez-les pour évaluer la MSL à la fréquence et aux moments désirés par rapport aux TUS. Choisissez la fréquence et les moments en fonction de la question de recherche spécifique.

1. Utilisez le logiciel/langage de votre choix (voir Table of Materials pour des exemples) pour construire une tâche de production en séquence discrète où un clavier physique à cinq boutons est placé devant un écran d’ordinateur affichant cinq boîtes vides horizontalement égales de 2 cm x 2 cm, alignées avec les cinq boutons du clavier. Faites apparaître une perle dans une boîte à la fois, disparaître lorsque le bouton correspondant est pressé, et apparaître dans une autre boîte. Faites apparaître la perle dans les cinq cases sans répétition, formant une séquence d’apparence, par exemple, la boîte numéro 1-4-3-2-5. Faites répéter une séquence douze fois par la tâche. Ayez une page de bienvenue avant le début de la tâche et faites en sorte que la transition de cette page de bienvenue à la tâche soit lancée par une pression sur n’importe quelle touche. Ayez un enregistreur de temps de réponse qui suit le temps écoulé entre chaque apparition de billes et la pression de bouton correspondante. Un exemple de pseudocode serait
   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")
   REMARQUE : Le nombre de boutons/cases et la répétition de la séquence peuvent varier selon la conception de l’expérience. Les considérations portent sur le niveau de fonction dans la cohorte d’intérêt, et l’équilibre des séquences entre les participants, c’est-à-dire que le nombre de participants doit être divisible par le nombre de séquences possibles. L’intervalle entre la disparition de la perle et la prochaine apparition, ainsi qu’entre la fin d’une séquence et le début de la suivante, dépend également de la conception de l’expérience.
2. Faites asseoir le participant avec une posture confortable. Placez le clavier à un endroit confortable avec la main parétique du participant.
3. Expliquez au participant : « Il y aura cinq cases à l’écran. Une perle ou un cercle apparaîtra dans l’une des boîtes. Quand vous voyez la perle/cercle, appuyez sur la touche correspondante avec votre main affectée par le coup. Faites ça aussi vite que possible, on va bien y arriver, d’accord ? Des questions ? »
   REMARQUE : Évitez toute mention de « séquence » sous quelque forme que ce soit. La MSL doit être un apprentissage implicite pour mesurer l’état du cortex^{moteur 33}. La mention de « séquence » augmente la probabilité que les participants indexent chaque case et se souviennent explicitement de la séquence, annulant ainsi la capacité de MSL à évaluer l’état du cortex moteur.
4. Assignez une séquence aléatoire au participant après avoir répondu à toutes les questions qu’il pourrait avoir, faites-lui savoir : « Vous pouvez appuyer sur n’importe quelle touche pour commencer quand vous êtes prêt. »
5. Surveillez la posture des participants pendant la tâche et intervenez en cas de signe de chute. En même temps, si le participant utilise l’autre main ou le bras pour aider, rappelez-lui que seule la main parétique doit être utilisée pour cette tâche.
6. Vérifiez si le participant est bien à l’accomplissement de la tâche, retirez le clavier/l’écran, félicitez le participant pour sa performance et exprimez votre gratitude.

11. Analyse des données

REMARQUE : L’analyse globale des données dépend du plan expérimental. Les étapes ci-dessous fournissent des instructions pour une unité de base de mesure CSE/MSL, accompagnées d’un exemple simple et canonique de pourcentage post-précomparaison.

1. Analyse du CSE
   1. Vérifier chaque trace EMG pour une MEP identifiable ayant une latence d’entrée d’au moins 19 ms (pour les APB), calculer l’amplitude pic à pic entre le début et le décalage de chaque MEP, et calculer l’amplitude médiane pic à pic pour les 20 MEP dans le bloc. Cette amplitude médiane sera la mesure de la CSE pour ce bloc.
      REMARQUE : L’apparition de la latence MEP dépend du muscle, de l’état musculaire (repos vs. actif) et du trouble neurologique, par exemple, membre supérieur : 10-40 ms³⁴ ; Membre inférieur : 30-45 ms^35,36. Consultez la littérature si le muscle d’intérêt n’est pas APB. Le début et le décalage d’une MEP peuvent être déterminés à l’aide de la méthode de seuil décrite dans Soda et al., 2020²⁴.
   2. Obtenez le pourcentage de variation après la pré-CSE en soustrayant la mesure post-CSE de la mesure pré-CSE et en divisant cette différence par la mesure pré-CSE.
2. Analyse MSL
   1. Calculez le temps de réponse médian au sein de chaque répétition de séquence, c’est-à-dire la médiane des cinq pressions de bouton, puis calculez la médiane des douze médianes à répétition. Cette « médiane de la médiane » sera la mesure du MSL pour ce bloc.
   2. Obtenez le pourcentage de variation post-pré-MSL en soustrayant la mesure post-MSL de la mesure pré-MSL et en divisant cette différence par la mesure pré-MSL.

Résultats

Le ciblage TUS basé sur la simulation définit d’abord manuellement un placement initial du transducteur en fonction de la proximité de la cible intracrânienne et de la perpendiculité au crâne, puis utilise ce placement initial et les spécifications du transducteur pour résoudre le champ acoustique intracrânien. Ensuite, il calcule la divergence entre la cible de stimulation prévue et la focalisation du champ acoustique, met à jour la position du transducteur dans la direction inverse de ...

Discussion

Il y a eu un intérêt important pour la recherche pour l’application du TUS dans les troubles neurologiques ; cependant, il existe un besoin d’accroître la rigueur scientifique et la reproduction des résultats. Une TUS réussie sur le tissu cible visé nécessite plusieurs étapes critiques. Tout d’abord, la sensibilité de transmission du transducteur doit être correctement caractérisée. Les options incluent le suivi de l’étape 2 de ce protocole, l’externalisation à un collaborateur et l’util...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Imprimante 3D	UltiMaker	S3	À utiliser pour fabriquer le support du transducteur.
Scanner IRM 3T	General Electric	Signa UHP
BabelBrain	Samuel Pichardo (Université de Calgary)	Version 0.4.3	Désigné dans le texte principal comme le « logiciel de ciblage TUS ». Accessible à https://proteusmrighifu.github.io/BabelBrain/
Brainsight	Recherche Rogue		Désigné dans le texte principal comme le « logiciel/système de neuronavigation ». Pour être utilisé pour le ciblage TUS/TMS, il est fourni avec un ordinateur Mac, une caméra infrarouge et des fiduciaires.
amplificateur EMG et convertisseur analogique-numérique   ;	Cambridge Electronic Design Ltd	CED 1902,   ; MICRO4	À utiliser pour acquérir, amplifier et numériser des signaux EMG.
DCM2NIIX	Christopher Rorden	V1.0.20250506	Convertir les neuroimages de DICOM en NIFTI. Accessible à https://pypi.org/project/dcm2niix/
E-prime	Outils logiciels de psychologie	E-prime 3.0	Mentionné dans le texte principal comme exemple de logiciel pour MSL. À utiliser pour créer la tâche de production de séquences discrètes.
Fiduciaires et bandeau	Recherche Rogue	ST-1275 (pisteur de sujet), LCT-494 (traceur à grande bobine), P-1528 (pointeur)	À utiliser conjointement avec Brainsight pour la neuronavigation.
FSL	Université d’Oxford		Désigné dans le texte principal comme le « logiciel de traitement DTI ». À utiliser dans l’étape optionnelle mais recommandée 8 pour le traitement d’image par diffusion.
Générateur de fonctions	Keysight Technologies	33210A	Pour générer le signal de commande du transducteur TUS.
Hydrophone	Onda Corporation	HNA-0400	Pour mesurer la pression sortie du transducteur.
ITK-SNAP	Laboratoire d’informatique et de sciences de l’image de Penn	ITK-SNAP 4.0	Désigné dans le texte principal comme un « visualiseur IRM ». Accessible à https://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php?n=Downloads.SNAP4
K-Wave	Bradley Treeby, Ben Cox et Jiri Jaros	K-Wave Version 1.4	Désigné dans le texte principal comme le « logiciel de simulation acoustique open source ». Accessible à http://www.k-wave.org/
MATLAB	MathWorks Inc.	R2024b	Désigné dans le texte principal comme la « plateforme de programmation ». Accessible à https://www.mathworks.com/products/matlab.html
IRMcroGL	Outils et outils de neuroimagerie Ressources du Colaboratoire	v1.2.20220720	Convertir les neuroimages de DICOM en NIFTI. Accessible à https://www.nitrc.org/projects/mricrogl/
IRM	Outils et outils de neuroimagerie Ressources du Colaboratoire	v1.0.20190902	Désigné dans le texte principal comme « viseur IRM ». Accessible sur https://www.nitrc.org/projects/mricron
Oscilloscope	SIGLENT Technologies	SDS 1202X-E	À utiliser pour mesurer l’entrée du transducteur TUS et enregistrer les mesures d’hydrophones.
Python	Fondation Python Software	Python 3.13	Mentionné dans le texte principal comme exemple de langage pour MSL. À utiliser pour créer la tâche de production de séquences discrètes.
Amplificateur de puissance RF	Instrumentation RF/Micro-ondes en AR	50A250	À utiliser pour amplifier la sortie des générateurs de fonctions à l’amplitude requise par le transducteur TUS.
Signal	Cambridge Electronic Design Ltd	Signal 7.05a (x86)	Désigné dans le texte principal comme le « logiciel d’acquisition EMG ». À utiliser pour acquérir des signaux EMG du convertisseur analogique-numérique vers un ordinateur.
SimNIBS	Axel Thielscher (Université technique du Danemark)	Version 4.5	Désigné dans le texte principal comme le « logiciel e-field ». Accessible à https://simnibs.github.io/simnibs/build/html/index.html
SPM12	Laboratoire d’imagerie fonctionnelle (University College London)		Désigné dans le texte principal comme le « logiciel de traitement IRM ». À utiliser dans l’étape optionnelle mais recommandée 8 pour le traitement d’images IRM.
Stimulateur TMS et bobine	Magstim Inc.	BiStim2, 70 mm en huit	À utiliser pour appliquer des impulsions TMS.
Transducteur	Blatek Industries	AT32080
Monture transductrice	Équipe de l’université Duke		Monture de transducteur imprimée en 3D en acide polyactique (PLA) et ajoutée avec des sangles en tissu.
Gel à ultrasons	Laboratoires Parker	Aquasonic 100	À appliquer entre le transducteur du TUS et le cuir chevelu participant.
Réservoir d’eau et système de positionnement à 3 axes	Onda Corporation	Système de balayage hydrophone AIMS III	Personnalisé avec l’entreprise.