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

Notre laboratoire de neuromodulation et le Cancer Recovery Study se concentrent sur l’utilisation de divers outils de neuromodulation pour améliorer la récupération post-AVC, y compris la récupération motrice. Ce projet particulier implique l’utilisation de la stimulation par ultrasons transcrâniens à faible intensité, un nouvel outil non invasif de stimulation cérébrale visant à moduler l’excitabilité du cortex moteur et à favoriser l’apprentissage moteur chez les patients victimes d’AVC. Pour commencer, préparez un réservoir d’eau dégazée déionisée afin d’éviter d’éventuels dommages à l’hydrophone.

Fixez le transducteur à ultrasons sur le luminaire du réservoir d’eau, puis montez l’hydrophone sur le système de positionnement à trois axes. Connectez l’hydrophone à un oscilloscope puis connectez la pointe de l’aiguille avec le câble. Allumez l’alimentation hydrophone seulement après qu’il soit complètement immergé dans l’eau.

Actionnez le transducteur à ultrasons à l’aide d’un générateur de fonctions. Ensuite, positionnez la pointe de l’hydrophone à la région focale approximative du transducteur à ultrasons en utilisant le système de positionnement à trois axes. Enregistrez les relevés de l’oscilloscope à chaque emplacement pour obtenir la distribution acoustique de la pression et documentez la position de l’hydrophone correspondant à la région focale.

Évaluez la sensibilité de transmission du transducteur à ultrasons au point focal en appliquant différentes tensions d’entrée. Connectez le matériel de stimulation par ultrasons transcrâniens et lancez l’enregistrement de l’oscilloscope. Allume l’oscilloscope.

Réglez-le pour qu’il fonctionne et ajustez les axes vertical et horizontal à l’échelle d’intérêt. Activez l’interrupteur principal de l’amplificateur en position On. Réglez la puissance de sortie de l’amplificateur à zéro.

Configurez les deux générateurs de fonctions sur la forme d’onde souhaitée, en veillant à ce que le ramping soit ajouté à chaque durée d’impulsion. Appuyez maintenant sur Output dans le générateur de fonctions. Ajustez la sortie de l’amplificateur à 100 % avec la molette de réglage et surveillez l’affichage du gain.

Appuyez sur le bouton d’alimentation de l’amplificateur pour démarrer sa sortie. Confirmez la forme d’onde du signal de commande sur l’oscilloscope et laissez le système de commande fonctionner pendant 15 minutes pour stabiliser la sortie. Vérifiez la rampe au début et à la fin de chaque durée d’impulsion sur la forme d’onde du signal de transmission.

Réglez la sortie de l’amplificateur à zéro. Immergez complètement le transducteur dans l’eau, positionnant le plan de sortie à environ un pouce sous la surface, face vers le haut. Ensuite, remontez la sortie de l’amplificateur à 100 % et observez si le ramping est efficace.

Installez maintenant un outil de navigation neurologique sur le porte-transducteur. Dans le logiciel, naviguez dans Calibrations des fenêtres et des outils. Cliquez sur Nouvelle calibration.

Entrez un nom et sélectionnez le bon outil de suivi. Maintenez le transducteur avec le traceur contre le bloc d’étalonnage, de sorte que la broche indicatrice de référence touche et soit perpendiculaire au centre du plan de sortie du transducteur. Cliquez sur Commencer le compte à rebours de calibration.

Maintenez la position stable pendant cinq secondes et répétez si nécessaire jusqu’à ce que le succès survienne. Ensuite, fermez les fenêtres Modifier la calibration et les fenêtres Calibrations de l’outil. Appuyez sur le bouton d’alimentation de l’amplificateur pour éteindre sa sortie lorsque le participant est prêt pour une stimulation par échographie transcrânienne.

Déconnectez l’oscilloscope de l’amplificateur et connectez le transducteur à la sortie de l’amplificateur. Si vous utilisez la cible basée sur la simulation, chargez la cible dans le logiciel de neuronavigation. Dans l’onglet Sessions, ouvrez le nouveau menu déroulant et sélectionnez Session en ligne.

Dans l’onglet Cibles, cliquez sur la cible Trajectoire-x-mod et appuyez sur Ajouter pour l’ajouter à la session. Affichez la vue centrée sur l’outil en centre ou en cible dans la fenêtre Exécuter. Réglez le pilote sur le transducteur TUS correct et sélectionnez la bonne cible dans la liste des cibles à échantillonnage en haut à gauche.

Peignez les cheveux du participant pour exposer le cuir chevelu au niveau du transducteur du TUS et créer une raie antérieure/postérieure. Appliquez le gel à ultrasons gazeux dessus. Créez une à trois lignes de séparation supplémentaires à environ 1,5 centimètre de chaque côté, puis répétez le même processus.

Enfin, revenez à la ligne de départ initiale et répétez le processus quatre fois. Ensuite, attachez le transducteur TUS à la tête du participant et alignez-le avec la cible en vue en plein centre. Ajustez le transducteur pour minimiser la distance, l’inclinaison et les déviations de rotation dans les limites opérationnelles.

Si une surveillance de sécurité est nécessaire, insérez un fil thermocouple dans le gel à ultrasons près du cuir chevelu. Scotchez le fil du thermocouple sur la tête avec du ruban adhésif pour éviter les mouvements. Appuyez sur le bouton d’alimentation de l’amplificateur pour démarrer la sortie et démarrer le TUS.

Appuyez simultanément sur Sample Now sur le logiciel de neuronavigation pour enregistrer le placement initial du transducteur. Surveillez en continu les trois métriques d’alignement en vue centrale. Surveillez la température du cuir chevelu à l’aide du fil thermocouple si c’est installé.

Pour terminer le TUS, appuyez sur le bouton d’alimentation de l’amplificateur pour arrêter la sortie. Retirez le transducteur et tout l’équipement monté sur la tête du participant. Inspectez le cuir chevelu pour détecter tout signe de rougeur et demandez au participant s’il y a des inconforts ou des effets indésirables.

Si aucun problème n’est signalé ou après avoir pris en charge les préoccupations, essuyez doucement le gel à ultrasons sur le cuir chevelu. Cliquez sur Terminer dans la fenêtre de navigation neuro et enregistrez le projet en sélectionnant Fichier et en appuyant sur Enregistrer le projet. Dans la liste des sessions, sélectionnez la session en cours et cliquez sur Réviser.

Dans la fenêtre de révision des sessions, choisissez fichier texte du site cerveau dans le menu déroulant Exporter. Assurez-vous que l’Orientation est sélectionnée et réglez Fixation sur Rien. Configurez d’autres paramètres d’exportation selon les besoins, puis cliquez sur Enregistrer pour exporter les données de stimulation.

Un résultat satisfaisant basé sur la simulation de ciblage a été obtenu lorsque la mise au point acoustique atteignait la région de stimulation corticale prévue. Un scénario dans le ciblage basé sur la simulation qui nécessite des itérations supplémentaires en raison d’un désalignement entre la focale acoustique et la cible de stimulation prévue. Ajuster le paramètre Distance TX du plan de sortie à la peau à une valeur plus réaliste pour corriger le problème d’échelle de visualisation dans l’interface de simulation.

Un potentiel évoqué par moteur propre a été enregistré, indiquant une bonne stimulation magnétique transcrânienne, un bon placement et une orientation de la bobine. Une forme d’onde a été observée qui pourrait ne pas représenter un potentiel évoqué par moteur. Une détermination réussie d’un millivolt MT a été effectuée à 52 % de puissance maximale du stimulateur, avec cinq réponses positives et cinq négatives à ce niveau.

Une détermination potentiellement non concluante d’un millivolt MT a été enregistrée à 87 % de puissance maximale du stimulateur grâce à des réponses positives et négatives consécutives, plutôt qu’alternées. Une lecture régulière et régulière de l’oscilloscope du signal de pilotage du transducteur était obtenue, indiquant le bon fonctionnement de l’équipement. Un bon alignement a été obtenu entre le placement physique du transducteur et la cible prédéfinie grâce à la neuronavigation.

Un mauvais alignement du transducteur a été observé, indiquant la nécessité d’un ajustement pour correspondre à la cible. Nous avons établi la sécurité des TUS et l’intensité efficace chez les patients victimes d’AVC montrant que le TUS au cortex moteur peut améliorer l’apprentissage moteur et l’excitation corticale. Il n’existe aucun article méthodologique portant sur l’utilisation du TUS chez les adultes atteints de maladies neurologiques.

Ce protocole comble cette lacune. Nous espérons que ce protocole pourra réduire la variabilité méthodologique et améliorer la fiabilité et la reproductibilité des futures études d’échographie humaine.