Un protocollo metodologico e considerazioni per la stimolazione ultrasonica transcranica negli studi clinici esplorativi sull'uomo

Summary

La stimolazione ultrasonica transcranica (TUS) è una promettente tecnica non invasiva capace di stimolare il cervello umano a qualsiasi profondità, offrendo nuove possibilità terapeutiche per trattare varie condizioni neurologiche. Questo protocollo fornisce un quadro empirico standardizzato ma adattabile per l'applicazione del TUS in adulti neurotipici e pazienti con malattie neurologiche come l'ictus.

Abstract

La stimolazione ultrasonica transcranica (TUS) sta emergendo come una tecnica neuromodulatrice non invasiva capace di fornire una stimolazione con precisione millimetrica a profondità cerebrale intera. Gli sforzi di ricerca si sono sempre più concentrati sul suo potenziale traslazionale. Dati promettenti sono stati riportati in diverse popolazioni di malattie, tra cui il morbo di Parkinson e l'ictus, aprendo la strada alle applicazioni cliniche del TUS. Gli studi clinici finora mostrano tuttavia una notevole variabilità nella fissazione del trasduttore, negli approcci di targeting e nei parametri acustici. Questo limita l'interpretabilità e la comparabilità dei risultati. Le guide metodologiche esistenti affrontano la TUS umana in generale, ma non si concentrano sulle applicazioni nelle popolazioni neurologiche. Questo protocollo sperimentale presenta un quadro standardizzato ma adattabile per applicare il TUS a coorti neurologiche come l'ictus. Offre indicazioni dettagliate su: (1) componenti hardware essenziali e opzionali nel contesto delle TUS orientate alla terapia; (2) impostazioni hardware e selezione dei parametri, incluse strategie per minimizzare i confondimenti uditivi; (3) procedure di calibrazione e assicurazione della qualità per garantire che il trasduttore fornisca le forme d'onda specificate; (4) approcci di puntamento basati su metodi di simulazione o non simulazione per la localizzazione accurata del foco/fuoco TUS alla regione anatomica o alle regioni anatomiche previste; (5) adattamento metodologico per le popolazioni cliniche; e (6) misure di esito per la TUS clinica, comprendendo valutazioni di sicurezza e misure di esame surrogate come l'eccitabilità corticospinale e l'apprendimento delle sequenze motorie. Questo protocollo è progettato come una risorsa replicabile e modulare. Accoglie sia utenti principianti (che cercano un punto di ingresso pratico nel TUS basato sul paziente) sia ricercatori esperti (con l'obiettivo di allinearsi agli standard scientifici e metodologici emergenti). L'obiettivo è sostenere il crescente interesse clinico per la TUS e facilitare risultati clinicamente traduttibili, riproducibili e comparabili tra gruppi di ricerca e popolazioni di pazienti.

Introduction

Una combinazione unica e desiderabile, la natura profonda, focale e non invasiva della stimolazione ultrasonica^{transcranica 1} (TUS) ha stimolato un crescente interesse nell'esplorare i suoi potenziali terapeutici per malattie neurologiche e neuropsichiatriche (ad esempio,^{ictus 2}, morbo di^{Parkinson 3},^{depressione 4}, morbo di Alzheimer⁵, ecc.). Il consenso degli esperti e le linee guida hanno cercato di migliorare la riproducibilità e l'interpretabilità della ricerca^{TUS 6,7}. Tuttavia, questi si rivolgono principalmente alle più ampie applicazioni di ricerca di base del TUS e offrono meno indicazioni sull'esplorazione della rilevanza terapeutica nell'uomo. Ad esempio, confrontando la ricerca di base e clinica sul TUS, la durata totale della stimolazione (TSD) varia sostanzialmente - spesso fino a circa 80 s nella ricerca^{di base, 8,9} contro oltre 10 min nei protocolli esplorativi progettati per approssimare l'uso^{clinico 2}. Tali distinzioni sottolineano la necessità di una guida personalizzata quando si applica esplorativamente la TUS a una coorte neurologicamente malata. Sebbene questo protocollo si concentri sulla TUS nell'ictus, il suo quadro è ampiamente applicabile ad altre popolazioni di pazienti, così come agli adulti neurotipici.

Il TUS invia onde di pressione al tessuto cerebrale bersaglio per la^{modulazione 7}. I componenti hardware essenziali del TUS includono generatori di funzioni, un amplificatore, un trasduttore e, specialmente per TSD estesi, un supporto trasduttore^{in testa 6}. Il generatore di funzioni produce la forma d'onda elettrica che definisce il pattern di pressione in uscita emesso dal trasduttore. Mentre alcuni generatori di funzione possono generare le tensioni di picco richieste per i trasduttori TUS, la maggior parte richiede un amplificatore per aumentare il segnale tra il/i generatore/i di funzione e il trasduttore. L'amplificatore aumenta l'ampiezza della forma d'onda elettrica al livello necessario per una generazione efficace di ultrasuoni. I sistemi TUS disponibili in commercio spesso integrano il generatore di funzioni e l'amplificatore in un'unica unità chiavi in mano, permettendo il collegamento diretto al trasduttore. Il trasduttore, tipicamente realizzato con materiali piezoelettrici, converte i segnali elettrici in vibrazioni meccaniche per produrre onde a ultrasuoni. Sebbene sia possibile tenere manualmente il trasduttore, questo approccio richiede molta fadda e può comportare errori di spostamento, mentre uno spostamento minore può causare un completo errata puntamento del tessuto^{previsto 7}. Viene utilizzato anche il braccio meccanico con poggi-mento per il mento, che funziona bene per la ricerca di base con TSD relativamente corti. Un'alternativa praticabile per un TUS clinico esplorativo con TSD per oltre 10 minuti è la stampa 3D di un supporto trasduttore dotato di flange per fissare in modo sicuro la cinghia (Figura 1), che può bilanciare la stabilità posizionale con la facilità d'uso in contesti clinici esplorativi e il comfort del partecipante.

Figura 1: Supporto stampato in 3D per trasduttore TUS. Trasduttore a stimolazione ultrasonica transcranica (TUS) a singolo elemento (pezzo centrale puntato dalla freccia rossa) alloggiato in un supporto trasduttore stampato in 3D (puntato con la freccia blu) con aperture superiori (puntate dalla freccia verde) per il tracciamento degli strumenti di neuronavigazione, aperture laterali (puntate dalla freccia marrone) per fissare il trasduttore TUS e il tracciamento utensile tramite viti, e flange per una fissazione sulla testa basata su cinghia. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

I componenti hardware opzionali includono un circuito di adattamento dell'impedenza elettrica, un misuratore di potenza, un oscilloscopio, un sistema di neuronavigazione e una termocoppia. Questi dispositivi aiutano rispettivamente a ridurre le riflessioni elettriche per ottimizzare il trasferimento di potenza, verificando indirettamente le uscite acustiche (misuratore di potenza e oscilloscopio), garantendo la precisione spaziale e monitorando la sicurezza. I dettagli di implementazione e le considerazioni metodologiche sono approfonditi nelle sezioni Discussione e Protocollo.

L'ottimizzazione dei parametri della stimolazione ultrasonica transcranica è un'area di ricerca attiva ed in evoluzione, che riguarda la progettazione della forma d'onda elettrica di propulsione. L'asse verticale di una forma d'onda di trasmissione determina l'ampiezza della pressione in uscita del trasduttore. L'asse orizzontale di un'onda di trasmissione determina il tempismo dell'uscita di pressione del trasduttore, che può essere suddiviso in alcuni tipi di durata e ripetizione. Utilizzando la nomenclatura indicata nelle linee guida di segnalazione dell'International Transcranial Ultrasonic Stimulation Safety and Standards Consortium (ITRUSST)^10, i parametri di temporizzazione TUS sono organizzati dalla durata più breve a quella più lunga come segue: durata di rampa (RD) è il tempo durante il quale la pressione in uscita aumenta da zero al massimo prescritto; la durata dell'impulso (PD) è la durata di un'uscita di pressione singola, attiva e continua; l'intervallo di ripetizione dell'impulso (PRI) è la durata tra l'inizio di due PD adiacenti, costituita da una PD e un "tempo di spegnimento" durante il quale l'uscita del trasduttore è zero, e il reciproco del PRI è la frequenza di ripetizione dell'impulso (PRF); la durata del treno a impulsi (PTD) è la durata per cui il PRI viene ripetuto; l'intervallo di treno di impulsi (PTI) è la durata tra l'inizio di due PTD adiacenti, costituita da un intervallo PTD e uno inter-PTD durante il quale l'uscita del trasduttore è zero; la durata della ripetizione del treno di impulsi (PTRD) è la durata per cui il PTI viene ripetuto.

Figura 2: Illustrazione della forma d'onda TUS. Forme d'onda tipiche di stimolazione ultrasonica transcranica per potenziali efficaci cliniche. La nomenclatura aderisce alle linee guida di rendicontazione^{ITRUSST 10}. RD, durata della rampa; PD, durata dell'impulso; PRI, intervallo di ripetizione dell'impulso; PRF, frequenza di ripetizione degli impulsi; PTD, durata del treno a impulsi; PTI, intervallo di treno a impulsi; PTRD, durata della ripetizione del treno a impulsi. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

La Figura 2 illustra questi parametri temporali. La Tabella 1.1 riporta i parametri temporali in Huang et al., 2025^2, da cui deriva questo protocollo, in conformità con la forma tabellare raccomandata dalle linee guida di segnalazione^{ITRUSST 10}, mentre la Tabella 1.2 riporta parametri aggiuntivi. Gli effetti uditivi sono ampiamente riconosciuti come un grande elemento di confusione negli esperimenti^{TUS 6,11}. Il ramping della forma d'onda del drive è il metodo più utilizzato per mitigare gli effetti uditivi e quindi sarà considerato il metodo principale di mitigazione in questo protocollo. Teoricamente, profili di ramping distinti possono essere applicati all'inizio e alla fine di ogni output di pressione attiva (cioè PD, PTD, PTRD), ma la maggior parte degli studi impiega la stessa PD simmetrica ripetuta per tutta la sessione di stimolazione, risultando in una singola RD nel segnale di spinta. Il ramping è implementato utilizzando funzioni finestra, che definiscono la "forma" e la "velocità" del segnale che va da zero al massimo prescritto, con la finestra di Tukey come la più comunemente usata nella^{letteratura 10}. Dopo aver controllato i confondimenti uditivi, la selezione dei parametri per provocare l'effetto eccitatorio rispetto all'effetto inibitorio rimane un'area di ricerca attiva e dipende dalla specifica domanda sperimentale. Le scelte dei parametri in Huang et al., 2025², da cui deriva questo protocollo, sono state informate dalla letteratura^{esistente 12}, con una PD ridotta da 0,36 ms a 0,2 ms per margini di sicurezza aggiuntivi. Gli aspetti metodologici sono stati adattati da Legon et al., 2018¹³. Queste selezioni sono un esempio dettagliato piuttosto che uno standard prescrittivo, riflettendo la fase ancora esplorativa del TUS clinico. Consulta la letteratura pertinente per indicazioni adattate a ipotesi e obiettivi specifici dello studio.

La calibrazione dei trasduttori è una considerazione fondamentale per il TUS, e la scansione dei serbatoi d'acqua rappresenta il metodo più completo attualmente disponibile. Per i sistemi TUS non chiavi in mano, è fortemente raccomandata una scansione iniziale del serbatoio d'acqua per stabilire la sensibilità trasmittente del trasduttore, cioè la relazione tra la tensione di trasmissione elettrica in Volt e la pressione risultante in Pascal. I sistemi chiavi in mano spesso sono dotati di impostazioni preconfigurate dal fornitore che possono ridurre la necessità di una calibrazione iniziale, ma la verifica dell'uscita del trasduttore garantisce una consegna TUS accurata e di alta qualità. Allo stesso modo, sebbene le calibrazioni successive possano essere minime se necessario, controlli regolari sono consigliati per aumentare la rigore dello studio.

La scansione dei serbatoi d'acqua generalmente richiede attrezzature specialistiche e formazione. Questo protocollo fornisce una breve panoramica nello Step 2 (basato su Chen et al., 2023,¹⁴). In alternativa, la procedura può essere esternalizzata a un laboratorio collaborativo con la competenza appropriata, confermata che tutti i parametri richiesti siano stati raccolti (Passo 2.7). Le misurazioni dei misuratori di potenza forniscono un metodo semplice e indiretto per misurare l'uscita del trasduttore. Dopo la calibrazione o la caratterizzazione del fornitore, le letture dei contatori di potenza possono fungere da punto di riferimento per l'output pre-somministrazione. La variazione della potenza in uscita implica corrispondenti variazioni nella pressione, indicando la necessità di una ricalibrazione o una regolazione del segnale di trasmissione per mantenere una stimolazione costante.

Il targeting TUS consiste nel determinare la posizione ottimale del trasduttore, sia in posizione che in orientamento, per stimolare efficacemente il tessuto di interesse. L'approccio all'avanguardia attuale impiega simulazioni numeriche per identificare la posizione ottimale del trasduttore (Passaggio 3 del protocollo), anche se questo rappresenta un esempio piuttosto che uno standard definitivo. In alternativa, un metodo empirico precedentemente riportato localizza la posizione del cuoio capelluto dove la stimolazione magnetica transcranica (TMS) suscita più efficacemente risposte motorie controlaterali, e posiziona il trasduttore in quella posizione con la sua superficie normale rispetto al cuoio capelluto ^2,3 (Passo 4). In linea di principio, questo approccio guidato dalla TMS può essere esteso ad altre aree cerebrali con un'uscita identificabile, come la vista dei fosfeni per la corteccia visiva. Tuttavia, sono necessari più dati/pubblicazioni per convalidare l'applicabilità più ampia di tale approccio.

Le misure di esito per la TUS clinica includono sia valutazioni basate sulla sicurezza che sull'efficacia. Dato lo stadio esplorativo della traduzione clinica, un'efficacia pronunciata potrebbe non essere ancora rilevabile con le misure cliniche standard. Pertanto, indicatori di risposta surrogata sono spesso utilizzati al posto delle misure di efficacia per rilevare effetti inferiori all'efficacia clinica. Il monitoraggio della sicurezza può includere sia valutazioni online che offline. La sicurezza online può essere monitorata utilizzando termocoppie posizionate sul cuoio capelluto durante la stimolazione, offrendo un approccio pratico in ambito clinico (Passo 6.5). Per la sicurezza offline, questo protocollo fornisce istruzioni sulla quantificazione del coefficiente di diffusione apparente (ADC) (Passo 8), poiché l'ADC è comunemente utilizzato per valutare l'integrità^{tissutale 15}. Gli indicatori di risposta surrogata variano a seconda della malattia o del dominio di interesse mirato. Per gli studi di recupero motorio post-ictus, saranno descritte misure di eccitabilità corticospinale controlaterale (CSE) e apprendimento delle sequenze motorie (MSL) (Passaggi 9-11) poiché forniscono marcatori neurofisiologici e funzionali affidabili per l'efficacia clinica esplorativa della TUS.

Nel complesso, questo protocollo fornisce un esempio dettagliato, modulare e adattabile per la somministrazione di TUS sia in adulti neurologici che neurotipici, sottolineando la facilità d'uso e la durata della stimolazione prolungata. Il protocollo deriva da Huang et al., 2025^2, che impiega un sistema di azionamento non chiavino in mano che consente la personalizzazione della modellatura degli impulsi e del trasduttore a elemento singolo. In modo passo dopo passo, viene presentato per primo il principio generale indipendente dal sistema e, dove opportuno, viene fornito un esempio di implementazione specifica per sistema.

Protocol

Le procedure sperimentali presentate in Huang et al., 2025² sono state approvate dal Duke Institutional Review Board e sono in conformità con la Dichiarazione di Helsinki recentemente aggiornata. Ottieni il consenso informato di ciascun partecipante prima dell'iscrizione.

NOTA: Segui le istruzioni lavorando contemporaneamente con l'hardware/software per migliorare la comprensione e garantire un'implementazione accurata. La Figura 3A mostra una panoramica dei passaggi coinvolti, la Figura 3B mostra un diagramma di flusso decisionale per scegliere il targeting basato sulla simulazione (Passo 3) rispetto a quello non basato su simulazione (Passo 4). I materiali supplementari forniscono esempi di checklist pre- e post-TUS che coprono l'idoneità al consenso, lo screening di sicurezza, il controllo qualità delle apparecchiature TUS e il monitoraggio degli eventi avversi.

1. Controllo consensuale e di sicurezza

1. Criteri di inclusione: i) ≥ 21 anni di qualsiasi razza o sesso, ii) primo ictus ischemico o emorragico più di 1 mese fa, iii) presentava debolezza unilaterale dell'arto e aveva una scala Fugl-Meyer degli arti superiori ≤ 62 (punteggio massimo = 66), e iv) l'abduttore paretico del pollice brevis (APB) presenta potenziali evocati motori (MEP) che possono essere evocati dalla TMS. Criteri di esclusione: i) funzioni del braccio influenzate da qualsiasi disturbo neurologico concomitante, ii) demenza grave documentata prima dell'insorgenza dell'ictus, indipendentemente dallo stato di terapia farmacologica, o iii) qualsiasi controindicazione all'imaging a risonanza magnetica (MRI⁾¹⁶/TMS¹⁷/TUS¹⁰.
2. Informare ogni partecipante sullo scopo o sugli scopi dello studio, sulle procedure principali coinvolte e su eventuali rischi associati. Rispondi a qualsiasi domanda o dubbio che possano esprimere, poi fai confermare la loro comprensione del processo di consenso firmando il modulo di consenso.
3. Esaminare ogni partecipante con la checklist di sicurezza TUS¹⁸ e^{TMS 17} . Escludere i partecipanti che non soddisfano tutti i requisiti di sicurezza.

2. Caratterizzazione del trasduttore ^{TUS 14}

NOTA: Esegui i passaggi in questa sezione per ottenere una caratterizzazione iniziale di un nuovo trasduttore TUS o, a intervalli regolari, una conferma/calibrazione della relazione tensione-pressione acustica in ingresso del trasduttore. La Figura 4 mostra l'allestimento dell'esperimento per questa caratterizzazione basata su serbatoio d'acqua di un trasduttore TUS.

1. Riempi un serbatoio d'acqua con acqua degassata e deionizzata per prevenire potenziali danni all'idrofono.
2. Fissare il trasduttore a ultrasuoni sul quadro del serbatoio d'acqua e montare l'idrofono sul sistema di posizionamento a 3 assi.
3. Collega l'idrofono a un oscilloscopio e accendi la potenza dell'idrofono solo dopo che è completamente immerso nell'acqua.
4. Azionare il trasduttore utilizzando un generatore di funzione e un amplificatore di potenza a radiofrequenza, solo dopo che il trasduttore è completamente immerso nell'acqua e l'idrofono è stato alimentato.
   NOTA: Assicurarsi che la forma d'onda elettrica di ingresso contenga almeno 5 cicli per ogni impulso (ad esempio PRI e PTI) per stabilizzare l'uscita del trasduttore.
5. Posizionare la punta dell'idrofono nella regione focale approssimativa visivamente definita del trasduttore a ultrasuoni utilizzando un sistema di posizionamento a 3 assi, scansionare l'idrofono attraverso il serbatoio d'acqua nelle posizioni di possibile pressione primaria in uscita, registrare la lettura dell'oscilloscopio in ciascuna posizione per ottenere la distribuzione acustica della pressione e registrare la posizione dell'idrofono in cui si trova la regione focale.
   NOTA: Calcola le pressioni acustiche utilizzando la sensibilità dell'idrofono (cioè mV/MPa) e la lettura dell'oscilloscopio del segnale elettrico registrato dall'idrofono.
6. Valuta la sensibilità di trasmissione del trasduttore a ultrasuoni (cioè la pressione in uscita del trasduttore rispetto all'ampiezza picco a picco della tensione di ingresso, kPa/_{V PP)} nel punto focale applicando diverse tensioni di ingresso.
7. Confermare che la sensibilità trasmettente (kPa/_{V PP)} del trasduttore, la profondità focale del trasduttore (mm) e la larghezza del fascio a -6 dB del fascio ultrasonico (mm) siano tutte raccolte se si affida la caratterizzazione del trasduttore a un laboratorio collaborativo con le competenze appropriate. La profondità focale definisce la profondità massima di penetrazione a cui l'energia potenzialmente terapeutica può essere efficacemente consegnata alla regione cerebrale target. La larghezza del fascio di -6 dB del campo ultrasonico specifica l'estensione laterale della regione focale, delineando così il volume effettivo di trattamento all'interno del tessuto cerebrale.

3. Targeting TUS basato su simulazione (raccomandato, scansione del partecipante richiesta)

NOTA: Il targeting TUS basato su simulazione richiede una posizione intracranica predeterminata per essere stimolato. Questa selezione del bersaglio è specifica per uno studio e i metodi comunemente utilizzati includono approcci anatomici basati su atlanti MRI e approcci funzionali guidati dai dati di attivazione individuali della^{MRI funzionale 7}, oltre al targeting informato dalla^{connettività 19}. Selezionare il metodo appropriato allo studio e all'ipotesi e seguire la letteratura^{pertinente 7,19} per determinare il bersaglio intracranico. Successivamente, segui i passaggi seguenti per ottenere la posizione del trasduttore TUS per stimolare il bersaglio intracranico.

1. Ricostruisci un modello di testa segmentata dalla risonanza magnetica - esempio di implementazione: installa il software di simulazione del campo elettrico (e-field) (vedi Tabella dei materiali) se non è già installato, e apri un terminale nella cartella della scansione MRI strutturale del partecipante. Esegui la pipeline CHARM del software^{e-field 20} digitando charm ParticipantID ./ParticipantID_T1.nii.gz e premendo Invio/ritorno sulla tastiera. Se è disponibile un T2, si può eseguire ParticipantID ./ParticipantID_T1.nii.gz ./ParticipantID_T2.nii.gz con charm . Nota gli spazi e i punti nei comandi sopra. A seconda del tipo di terminale, la barra anteriore (/) potrebbe dover essere sostituita con la barra all'indietro (\).
2. Controlla i risultati della segmentazione, specialmente per la lesione (se presente) e il cranio - esempio di implementazione: Controlla i risultati di segmentazione di CHARM aprendo il charm_report.html nella cartella m2m_ParticipantID creata e cliccando sul visualizzatore per spostare tra le fette. Conferma in particolare il contorno delle ossa corticali e trabecolari, del cervello (sostanze grigie e bianche) e del cuoio capelluto, poiché il software di puntamento TUS^{a valle 21} (vedi Tabella dei Materiali) utilizza principalmente questi aspetti. Segui la guida del software e-field per modificare manualmente il modello di testa se la segmentazione non è soddisfacente.
   NOTA: Per i partecipanti con una lesione come l'ictus, il software e-field consente una delineazione personalizzata di una lesione e quindi un'assegnazione di segmentazione personalizzata. Tuttavia, il software di targeting TUS, a partire dalla versione 0.4.3, non è ancora stato in grado di riconoscere segmenti personalizzati dal software e-field. Pertanto, quando è presente una lesione, basta confermare solo che i contorni dei tipi di tessuto menzionati siano corretti e non siano influenzati dalla lesione.
3. Configurazione per la definizione del bersaglio intracranico - esempio di implementazione: Seleziona il Nuovo Progetto SimNIBS... nel software di neuronavigazione (vedi Tabella dei Materiali) e seleziona il file .msh nella cartella m2m.
   NOTA: La versione 2.5.9 del software di neuronavigazione è stata utilizzata per dettagliare questo e i passaggi successivi, ma questi passaggi sono applicabili alle versioni dalla 2.5.9 alla 2.5.3.
4. Configurazione per la registrazione fisica della risonanza magnetica della testa - esempio di implementazione: Premi Configura i punti di riferimento... nella scheda Punti di Riferimento , posiziona i punti di riferimento sulla punta del naso, sul nasion e sulla tacca supratragica sinistra/destra, poi salva il file del progetto.
   NOTA: I punti di riferimento per questo passaggio dovrebbero essere quelli in cui la pelle non viene compressa o allungata durante la risonanza magnetica. Scegli punti di riferimento diversi da quelli sopra a quanto desiderato, a seconda dell'acquisizione della risonanza magnetica dei partecipanti.
5. Definisci un bersaglio intracranico e caricalo su un software di targeting TUS - esempio di implementazione: premi Configura bersagli... sotto la scheda Bersagli e porta in vista Scalp & Targets, Inline & Targets, e Inline 90 & Target . Clicca con il tasto sinistro sul focus TUS previsto all'interno del cervello, proiettate un cursore sfascato sul cuoio capelluto usando il cursore Crosshairs Offset in basso a destra, scorri il cursore AP a destra per minimizzare la distanza tra cuoio capelluto e bersaglio in Inline & Targets, poi scorri il cursore Lat finché il trasduttore virtuale non è tangenziale al cuoio capelluto in Inline 90 & Targets. Nel menu a tendina Nuovo... (in alto a sinistra della finestra), seleziona Traiettoria per salvare questa posizione. In basso a sinistra della finestra, disattiva fUS, seleziona una cartella risultati, poi premi Compute Simulation per attivare il software di targeting TUS.
   NOTA: Controlla attentamente se c'è qualche sinuso/cavità piena d'aria lungo il percorso della traiettoria creata in questo passaggio. Se sì, scegli la traiettoria migliore successiva evitando il seno/cavità.
6. Inizializzare il software di targeting TUS - esempio di implementazione: Confermare che le voci popolate automaticamente nel software di targeting TUS sotto Input di imaging siano corrette tranne il profilo termico, selezionare il trasduttore che verrà utilizzato ("Single" significa trasduttore a elemento singolo) e, se sono disponibili più backend di calcolo, selezionare il backend di calcolo desiderato. Poi, premi Seleziona Profilo Termico ... per caricare il file .yaml corretto che descrive il pattern temporale del segnale di guida TUS. Consulta la documentazione del software di targeting TUS per la costruzione di questo file .yaml. Ad esempio, il file .yaml per il pattern temporale TUS in Huang et al., 2025² sarebbe
   BaseIsppa: 8.0 # L/^{cm 2}
   AllDC_PRF_Duration: #All combinazioni di tempistica che verranno considerate
   - DC: 0,2
   PRF: 1000,0 #Hz
   Durata: 0,5 #s
   DurataOff: 1.0 #s
   Ripetizioni: 480
   NOTA: Questo esempio è solo a scopo illustrativo. Le ripetizioni 480 sarebbero troppo eccessive per il software di puntamento TUS da calcolare. Questo file .yaml riguarda solo la simulazione termica del software di puntamento TUS e non influisce sulla sua simulazione acustica, mentre la simulazione acustica è l'unico componente su cui si basa il puntamento TUS. Per i TUS lunghi, usa il software di puntamento TUS per il targeting e non per la simulazione termica. Utilizzare il software open-source di simulazione acustica (vedi Tabella dei Materiali) per simulazioni termiche di paradigmi a lunga durata. Consulta la sua documentazione per stimare l'aumento della temperatura, i minuti cumulativi equivalenti a 43 °C (CEM43) e l'indice termico, assicurandosi che i parametri selezionati siano conformi alle linee guida della Food and Drug Administration²² e ITRUSST biophysical^{safety 18} .
7. Ottenere maschere tissutali e parametri di input per la simulazione acustica - esempio di implementazione: premi CONTINUA per arrivare al Passo 1 - Calcolare la Maschera e selezionare la frequenza corretta negli Stati Uniti (kHz) (cioè la frequenza fondamentale del trasduttore) e il PPW desiderato (cioè punti per lunghezza d'onda). 9 PPW garantiscono risultati stabili e accurati ma comportano un carico di calcolo più elevato, mentre i 6 PPW predefiniti sono il minimo del software di targeting TUS che bilancia calcolo rapido, stabilità e precisione. Premi Calcola, pianifica la maschera. Dopo il calcolo, ispezionare la maschera di output per assicurarsi che cuoio capelluto, osso e cervello siano etichettati con la precisione desiderata.
8. Caratterizzazioni dei trasduttori di input ed esecuzione del targeting TUS - esempio di implementazione: Hit Step 2 - Ac Sim. Se è stato selezionato Singolo al Passo 3.6, inserisci Lunghezza focale (mm) e Diametro (mm) del trasduttore, inserisci la distanza tra il cuoio capelluto e il piano di uscita del trasduttore (dovuto a mezzi di accoppiamento come gel o gel pad) a distanza Traspia rispetto alla pelle (mm), e inserisci la profondità massima oltre il target (mm). Questa profondità è lo spazio oltre il target previsto da includere nella simulazione. Il valore predefinito di 40 mm è sufficiente nella maggior parte dei casi, ma se il bersaglio previsto si trova sopra il tessuto osseo, aumentare questa profondità garantisce che venga considerata la riflessione risultante. Dopo aver detto sopra, premi Calcolo Campi, aspetta che il calcolo finisca, premi Calcola Aggiustamenti Meccanici, poi premi di nuovo Calcola Campi . Ispezionare il focus TUS risultante rispetto al bersaglio previsto utilizzando le due barre scorrienti orizzontali. Se la messa a fuoco non è accettabilmente vicina al bersaglio, ripetere la regolazione meccanica, calcolare l'azione del campo fino a raggiungere una distanza accettabile di messa a fuoco e bersaglio (Figura 5A).
   NOTA: Consulta la documentazione del software di puntamento TUS per tipi di trasduttori diversi da Single.
9. Salva il target TUS ottimizzato computazionalmente – esempio di implementazione: Chiudi il software di targeting TUS per tornare al software di neuronavigazione. Nota che viene aggiunto un nuovo mod Traiettoria X bersaglio, dove Traiettoria X è il nome dato alla traiettoria creata nello Passo 3.5. Questo è il bersaglio per il posizionamento del trasduttore durante il TUS. Chiudi la finestra Obiettivi e salva il file del progetto corrente.
10. NOTA: I passaggi 3.1 - 3.9 devono essere completati prima che il partecipante venga per il TUS.

4. Targeting TUS non basato su simulazione (scansione partecipante opzionale, applicabile a domini con risultati TMS leggibili)

1. Inizializza la TMS neuronavigata - esempio di implementazione: Prepara Nuovo Progetto Vuoto e Clicca qui per scegliere un dataset anatomico da selezionare per la risonanza magnetica dei partecipanti nel software di neuronavigazione. Hit New MNI Head Project se la risonanza magnetica strutturale del partecipante non è disponibile.
   NOTA: Usa un sistema/software di neuronavigazione a tua scelta. Questo protocollo utilizza un software di neuronavigazione nella versione 2.5.9 (vedi Tabella dei Materiali) per illustrare procedure rappresentative.
2. Salta questo passaggio se non usi una risonanza magnetica partecipante. Ricostruisci il cervello e il cuoio capelluto da una risonanza magnetica partecipante - esempio di implementazione: vai alla scheda Ricostruzioni se usi una risonanza magnetica partecipante, poi Nuova Ricostruzione... menu a tendina, seleziona Skin e premi il pulsante Computa Skin nella finestra aperta per ricostruire il cuoio capelluto. Chiudi la finestra della pelle, Nuova Ricostruzione... menu a tendina, seleziona Full Brain Curvilinear, imposta la distanza Slice a 0,5 mm nella finestra aperta, e premi Compute Curvilinear. Dopo la ricostruzione del cervello, si regola la barra scorrevole della profondità del peeling finché il cervello ricostruito non è esposto proprio sulla superficie esterna della corteccia e chiudi la finestra cerebrale curvilinea.
3. Salta questo passaggio se non usi una risonanza magnetica. Configurazione per la registrazione fisica della risonanza magnetica della testa - esempio di implementazione: vai alla scheda Punti di riferimento se usi una risonanza magnetica, poi Configura i punti di ristoro..., e posiziona i punti di riferimento sulla tacca nasion e sulla tacca supratragica sinistra/destra con un semplice clic sinistro sul cuoio capelluto ricostruito e premi Nuovo in alto a sinistra. Confermare la posizione del punto di riferimento controllando il mirino nelle tre viste della risonanza magnetica. Regola il/i mirino per perfezionare la posizione dei punti di riferimento, se necessario. Chiudi la finestra dei monumenti di registrazione una volta soddisfatto e salva il file del progetto.
   NOTA: I passaggi 4.1 - 4.3 devono essere completati prima che il partecipante venga per il TUS. Scegli punti di riferimento diversi dal nasion e dalle rientranze supratragiche sinistra/destra secondo le necessità. I punti di riferimento sono quelli in cui la pelle non viene compressa/allungata durante l'acquisizione della risonanza magnetica.
4. Salta questo passaggio se TUS deve essere usato per il dominio visivo. Prepararsi per la registrazione elettromiografica (EMG) - esempio di implementazione: Identificare il muscolo rappresentato al bersaglio TUS previsto, pulire la pelle sopra il muscolo di interesse con salviette alcoliciche, radere se necessario e consentito, e applicare elettrodi EMG sulla pancia e sul tendine del muscolo. Applica un altro elettrodo su un'area ossea adiacente per fungere da riferimento.
   NOTA: Durante la preparazione della pelle, prestare attenzione ai partecipanti che assumono anticoagulanti.
5. Inizializza il TMS neuronavigato - esempio di implementazione: vai nella scheda Sessioni nel software di neuronavigazione, poi Nuovo menu a tendina, Sessione Online per aprire una nuova finestra di sessione. In questa finestra di sessione, vai nella scheda IOBox , sotto le opzioni Trigger TTL, controlla il canale/interruttore corretto che riceve il segnale di trigger dallo stimolatore TMS e assicurati che il tempo morto sia impostato a 0 ms.
6. Salta questo passaggio se TUS deve essere usato per il dominio visivo. Impostazione integrata della neuronavigazione-EMG - esempio di implementazione: per il dominio motorio, se si utilizza l'EMG del sistema di neuronavigazione, si verifica il canale Acquire EMG corretto e si immerge una Prova: tempo sufficientemente lungo da catturare gli EMG dal muscolo di interesse.
7. Preparare il partecipante alla neuronavigazione - esempio di implementazione: collegare il tracciatore del soggetto al partecipante e garantire stabilità. Vai nella scheda Polaris nel software di neuronavigazione e posiziona la telecamera/il partecipante in modo che il punto verde (il partecipante) sia approssimativamente al centro delle tre scatole ciano (il raggio visivo della telecamera).
8. Eseguire la registrazione fisica della risonanza magnetica della testa - esempio di implementazione: Vai nella scheda Registrazione , clicca con un solo clic sinistro su un punto di riferimento, posiziona stabilmente il puntatore del sistema di neuronavigazione sul rispettivo punto di riferimento del partecipante assicurandoti che sia il puntatore che il tracciatore del soggetto siano visibili dalla telecamera, e premi Campione e Vai al Punto di riferimento successivo. Ripeti finché tutti i punti di riferimento non sono stati campionati.
9. Salta questo passaggio se usi una risonanza magnetica del partecipante. Risonanza magnetica modello di scala verso testa fisica del partecipante - esempio di implementazione: Se non si utilizza la risonanza magnetica di un partecipante, vai alla scheda Scaling , posiziona stabilmente il puntatore sul vertice del cuoio capelluto del partecipante e premi Aggiungi punto di riferimento. Ripeti per il punto più esterno a sinistra, destra, davanti e dietro della testa.
10. Valida la registrazione MRI del partecipante e aggiorna se necessario - esempio di implementazione: vai alla scheda Validazione , fai scorrere delicatamente il puntatore sul cuoio capelluto del partecipante attorno al punto di ingresso previsto per TUS/TMS e verifica la distanza cutanea Crosshairs <-> , con un avvicinamento a zero migliore (< 1 mm può essere usato come soglia operativa quantitativa). Se la distanza mostrata è considerata inaccettabile, vai su Registrazione, Cancella Tutto e ripeti i passaggi 4.8 - 4.9 fino a raggiungere una distanza accettabile.
11. Configura la finestra di neuronavigazione - esempio di implementazione: vai nella scheda Esegui, apri le viste Bullseye (Coil Centric), Curvilinear Brain & Samples e Skin & Samples , e imposta il Driver: sulla corretta bobina TMS. Se usi l'EMG del sistema di neuronavigazione, attiva anche l'EMG e la registrazione EMG Pod .
    NOTA: Usa Bullseye (centrico sul bersaglio) al posto di bersaglio (centrico sulla bobina) se desiderato.
12. Cerca la posizione di una bobina TMS con risposte - esempio di implementazione: Usa sia il cervello curvilineo sia la posizione approssimativa sul cuoio capelluto per ottenere i primi inizi, posiziona la bobina TMS in varie posizioni e orientamenti sul cuoio capelluto e somministra impulsi TMS singoli a distanza^{di 10 secondi 23}. Se non c'è risposta su tutta l'area anatomicamente ragionevole, aumenta la produzione dello stimolante.
    NOTA: Vedi la Tabella dei Materiali per i modelli di stimolatori e bobine TMS e hardware e software per l'acquisizione EMG. Come esempio di implementazione, l'acquisizione EMG aveva una frequenza di campionamento EMG di 5000 Hz, un filtro passa-banda da 20 - 20000 Hz, un filtro a intaglio da 60 Hz, un guadagno di 1000x, un rifiuto manuale di artefatti e utilizzava l'algoritmo di rilevamento MEP descritto in Soda et al., 2020-24.
13. Utilizzare una risposta specifica per dominio per definire una posizione della bobina TMS target - esempio di implementazione: Ripeti il Passo 4.12 finché non si osserva una risposta, cioè EMG con ampiezza picco-picco pronunciata per il dominio motorio (Figura 6), e i partecipanti riportano una vista sicura dei fosfeni per il dominio visivo. Premi => Target e clicca con un solo clic sinistro su questo campione nella lista Target to sample: per rendere la posizione e la posizione della bobina un bersaglio.
14. Ottenere ripetizioni aggiuntive al target TMS iniziale - esempio di implementazione: somministrare 2 - 3 impulsi aggiuntivi mentre ti allinei a questo target posizionando la bobina in modo che le tre metriche visualizzate nella visuale Bullseye (Coil Centric) o Bullseye (Target Centric) siano il più possibile vicine a zero. Registra le risposte risultanti.
15. Controlla le risposte nelle posizioni adiacenti al bersaglio TMS iniziale - esempio di implementazione: sposta la bobina ~7 mm lontano da questo bersaglio nel primo quadrante nella visuale Bullseye (Centrica sulla bobina) / Centrica nel bersaglio, fissa la bobina in questa nuova posizione e orientamento, somministra ~3 impulsi e registra le risposte risultanti. Ripeti per gli altri tre quadranti. Se una configurazione di bobine non centrate ha prodotto una risposta media più forte rispetto al centro, si diventa il campione un target cliccando con il tasto sinistro nella lista Campioni registrati: => Bersaglio, e cliccando con il clic sinistro su questo campione nella lista Obiettivi per campionare:
16. Ripeti i passaggi 4.14 e 4.15 finché un centro non ha la risposta media più forte tra esso e i suoi quattro quadranti. Il campione di questo centro sarà il target per il TUS. Registra questo numero di esempio e salva il file del progetto.

5. Configurazioni TUS

1. Collega l'hardware TUS e avvia la registrazione dell'oscilloscopio - esempio di implementazione: collega i generatori di funzioni, l'amplificatore e l'oscilloscopio come illustrato in (Figura 7A). Accendi l'oscilloscopio, mettilo in modalità Run e regola gli assi verticale e orizzontale alla scala di interesse.
   NOTA: Avere due generatori di funzioni non è sempre necessario. Alcuni modelli selezionati di generatori di funzioni possono produrre forme d'onda con più di un livello di controllo della frequenza. Inoltre, l'hardware utilizzato in questo protocollo corrisponde già alle impedenze elettriche. La resistenza o i resistori devono essere collegati in serie tra l'amplificatore e l'oscilloscopio quando l'impedenza elettrica non è garantita.
2. Avviare e controllare il segnale di trasmissione, poi (per sistemi non chiavi in mano) avviare l'uscita di potenza - esempio di implementazione: Spostare l'interruttore MAIN POWER dell'amplificatore da O a I. Impostare la potenza dell'amplificatore a zero, poi configurare i generatori di funzioni sulla forma d'onda preferita, assicurandosi che venga aggiunta ramping all'inizio e alla fine di ogni PD. Dopo aver controllato le impostazioni di entrambi i generatori di funzione, premi Output sul generatore superiore, poi Output sul generatore inferiore, e infine riempi la potenza di uscita dell'amplificatore al 100% girando la ruota ADJUST e controllando il valore Gain: visualizzato, poi premi il pulsante POWER dell'amplificatore per avviare la sua uscita (Figura 7B).
3. Verificare la forma d'onda del segnale di azionamento e permettere la stabilizzazione dell'uscita del sistema - esempio di implementazione: Confermare che la forma d'onda osservata sull'oscilloscopio sia desiderata e lasciare che il sistema di azionamento funzioni per 15 minuti (criterio empiricamente ottenuto per l'hardware specificato nella Tabella dei Materiali) per garantire un'uscita stabile (Figura 7C).
   NOTA: L'uscita dell'amplificatore stabilizzatore non è correlata alla fluttuazione di tensione. Permette alla tensione di stabilizzarsi nell'intervallo desiderato, ad esempio per il V_PP di diminuire del 10-20% rispetto al valore iniziale e di mantenersi a quel livello, con l'amplificatore in questo protocollo (vedi Tabella dei Materiali). Sistemi di trasmissione diversi avrebbero diminuzioni/aumenti di V_PP differenti e durate diverse per garantire un'uscita stabile. Determinare empiricamente il comportamento specifico del sistema e la durata necessaria per un output stabile prima di avere il primo partecipante allo studio.
4. Convalida la mitigazione basata sul ramping per gli effetti uditivi. Controlla la forma d'onda del segnale di drive all'inizio e alla fine di ogni PD per il ramping. Imposta (o diminuisci incrementalmente) l'uscita dell'amplificatore a zero, immergi completamente il trasduttore nell'acqua con il piano di uscita (cioè lato stimolazione) ~1 pollice sotto la superficie dell'acqua e rivolto verso l'alto, poi regola (o aumenta incrementalmente) l'uscita dell'amplificatore al 100%. Un'implementazione fallita del ramping farà sì che le perline d'acqua vengano espulse dalla superficie dell'acqua, simili a una fontana, mentre una ramping riuscita produce increspature sulla superficie dell'acqua senza che le perline ne escano.
5. Calibrare il trasduttore TUS per la neuronavigazione - esempio di implementazione: Montare un tracker dello strumento di neuronavigazione sul portatrasduttore. Nel software di neuronavigazione, sotto Finestra, Calibrazioni Strumenti, premi Nuova Calibrazione per creare una nuova calibrazione per il trasduttore TUS. Inserisci un nome dopo Calibration name: e seleziona il corretto tool tracker su Tool tracker:. Tieni il trasduttore montato con il tracciatore di strumenti contro il blocco di calibrazione, con il pin indicatore di riferimento del blocco che tocca e perpendicolare al centro del piano di uscita del trasduttore, premi Inizia Conto alla rovescia di Calibrazione, resta fermo per 5 secondi e conferma che il software di neuronavigazione dà Successo. Se no, ripeti quest'ultima azione finché non si vede il Successo . Dopo il completamento, chiudi le finestre Modifica Calibrazione e Calibrazione degli Strumenti .
   NOTA: Per usi successivi, sostituisci l'azione Nuova Calibrazione con un semplice clic sinistro sulla rispettiva calibrazione sotto la lista Strumenti Esistenti e premi Ricalibra.
6. Terminare configurazioni TUS - esempio di implementazione: premere il pulsante POWER dell'amplificatore (non il suo interruttore PRINCIPALE) per spegnere l'uscita quando il partecipante è pronto per il TUS, scollegare l'oscilloscopio dall'amplificatore e collegare il trasduttore all'uscita dell'amplificatore.

6. Amministrazione del TUS

1. Salta questo passaggio se usi il bersaglio non basato sulla simulazione. Caricare il target TUS basato su simulazione per la neuronavigazione ed eseguire la registrazione MRI del partecipante (Passaggi 4.7-4.10) - esempio di implementazione: Vai nella scheda Sessioni nel software di neuronavigazione se usi il bersaglio basato sulla simulazione e il partecipante è pronto per TUS, nuovo... menu a tendina e Online Session per aprire una nuova finestra di sessione. Lì, nella scheda Obiettivi , clicca un clic sinistro sul target Trajectory X-mod e premi Add => per renderlo un obiettivo per questa sessione. Successivamente, esegui esattamente i passaggi 4.7-4.10, poi vai nella scheda Esegui .
2. Configura neuronavigation per l'amministrazione TUS - esempio di implementazione: Visualizza almeno la vista Bullseye (Coil Centric) o Bullseye (Target Centric) nella finestra Esegui, imposta il Driver: sul trasduttore TUS corretto e seleziona il bersaglio corretto nella lista Target to sample in alto a sinistra.
3. Prepara il cuoio capelluto del partecipante per l'accoppiamento TUS - esempio di implementazione: pettina via i capelli il più possibile, esponendo il cuoio capelluto approssimativamente nella posizione del trasduttore TUS, e crea una linea di separazione anteriore-posteriore facendo così. Applica il gel a ultrasuoni degassata lungo questa linea di separazione, applica pressione con le dita centrate verso l'esterno lungo la direzione naturale dei capelli per far scoppiare le bolle d'aria e insaturare i capelli. A seconda della dimensione del trasduttore, crea 1-3 linee di separazione aggiuntive a una distanza di ~1,5 cm su ciascun lato della linea di separazione iniziale e ripeti le azioni sopra. Successivamente, torna alla riga iniziale e ripeti le azioni sopra 4 volte.
   NOTA: Questo passaggio rispetta la raccomandazione^{pratica ITRUSST 7}.
4. Accoppiare il trasduttore TUS al partecipante - esempio di implementazione: fissa il trasduttore TUS sulla testa del partecipante e allinea il trasduttore al bersaglio regolandone la posizione in modo che le tre metriche visualizzate in Bullseye (Coil Centric) o Bullseye (Target Centric) siano il più possibile vicine a zero, mentre le deviazioni di distanza < 1,5 mm, le deviazioni di inclinazione (beccheggio + rollio) < 2 gradi, e le deviazioni rotazionali (yaw) < 1 grado possono essere utilizzate come criteri operativi quantitativi. Una volta soddisfatto della posizione del trasduttore, stringi leggermente la cinghia. Assicurati che il partecipante sia a suo agio e non venga strozzato.
5. (Opzionale ma consigliato) Se si desidera una valutazione della sicurezza online, inserisci un filo termocoppia tra il trasduttore e il cuoio capelluto. Inserisci all'interno del gel per l'ecografia e idealmente vicino al cuoio capelluto e non alla superficie del trasduttore. Inserire verso un bordo del trasduttore e non attraverso il centro, in modo che l'onda ultrasonica sia solo minimamente influenzata durante il monitoraggio topico della temperatura del cuoio capelluto. Attacca del filo termocoppia sulla testa per tenerla ferma in caso di movimento della testa. Usa il nastro di carta per bilanciare la facilità di rimozione e l'appiccicosità.
6. Avvia il TUS e registra la posizione iniziale del trasduttore - esempio di implementazione: Premi il pulsante POWER dell'amplificatore per attivare la sua uscita e quindi il TUS. Contemporaneamente, premi il pulsante Campiona Ora in basso a sinistra della finestra del software di neuronavigazione per registrare la posizione iniziale del trasduttore.
7. Registra la posizione dei trasduttori in tutto il TUS e adatta se necessario - esempio di implementazione: premi Campione Ora durante il TUS se desidera per registrare il posizionamento del trasduttore. Monitorare attentamente le tre metriche in Bullseye (Coil Centric) o Bullseye (Target Centric). Regolare la posizione del trasduttore se questa si discosta dal bersaglio, evidente dalle tre metriche che si allontanano sempre di più da zero (Figura 8).
8. Monitorare la temperatura del cuoio capelluto se viene utilizzato un termocoppia e intervenire se la lettura della termocoppia si avvicina a 43,3 °C (110 °F)²⁵ o se il partecipante segnala una sensazione eccessiva di calore.
   NOTA: Questa soglia di 43,3 °C (110 °F) al cuoio capelluto serve a evitare ≥ ustioni al cuoio capelluto di secondo grado. I limiti di dose termica intracranica sono trattati dalle linee guida di sicurezza¹⁸ dell'ITRUSST, che affermano che gli effetti termici sono considerati sicuri dall'ITRUSST se uno dei tre è soddisfatto: aumento della temperatura intracranica ≤ 2 °C in qualsiasi momento, dose termica ≤ 0,25 CEM43, o tempo massimo di esposizione a seconda del livello di indice termico (TI, 40 min per 2,0 < TI ≤ 2,5, e 10 minuti per 2,5 < TI ≤ 3,0). Consulta le linee guida di sicurezza dell'ITRUSST per i calcoli termici intracranici. TI di solito significa TI cranico (TIC) per la maggior parte delle configurazioni^{TUS 18}, ma sono definiti anche TI per i tessuti molli (TIS) e l'osso a fuoco (TIB). Determina se TIC, TIS o TIB corrispondono meglio allo scenario.

7. Conclusione del TUS

1. Terminare il TUS, controllare il benessere del partecipante e pulire il cuoio capelluto del partecipante - esempio di implementazione: Premi il pulsante POWER dell'amplificatore per spegnere la sua uscita e quindi il TUS. Togliere il trasduttore e tutte le attrezzature o le attrezzature sulla testa, ispezionare il cuoio capelluto per vedere se è arrossamento e controllare il partecipante per eventuali fastidi o eventi avversi. Dopo aver verificato che non ci sia disagio o evento, o dopo aver risposto/risolto le domande sollevate, pulisci delicatamente per pulire il gel per l'ecografia il più possibile.
2. Termina ed esporta dati di neuronavigation - esempio di implementazione: premi Termina nella finestra di neuronavigazione e salva il progetto per File e salva il progetto. Seleziona la sessione corrente dalla lista Sessioni: clicca, premi su Revisione, seleziona file testuale Brainsight (.txt) dal menu a tendina Esporta... in basso a sinistra della finestra che si apre, assicurati che Orientamento (3 vettori direzionali) sia selezionato e Aggancia a: menu a tendina è Niente, configura altre impostazioni come desiderato e premi Salva per esportare la posizione e l'orientamento TUS registrati durante la stimolazione.
   NOTA: Non è richiesto che non ci siano spazi in ogni nome campione, ma è una buona pratica.

8. Valutazione della sicurezza offline (opzionale ma consigliata)

1. Acquisire al minimo una sequenza di scansione rapida di acquisizione (MPRAGE) preparata per magnetizzazione T1 tridimensionale e una sequenza di imaging a tensore di diffusione (DTI). Le immagini di recupero per inversione attenuata del fluido (FLAIR) ponderate T2 alla stessa risoluzione del MPRAGE T1 saranno opzionali ma preziose, specialmente per l'ictus. Acquisisci pre- e dopo il TUS.
   NOTA: Scegliere i parametri di neuroimaging e lo scanner come desiderato, questo protocollo ha T1 MPRAGE: risoluzione spaziale isotropa di 1 mm, 2400 ms TR, 3 ms TE e 900 ms TI; FLAIR: risoluzione spaziale isotropa di 1 mm, 5000 ms TR, 90 ms TE e 1806 ms TI; e DTI: doppia spin-eco, acquisizioni di imaging eco-planare, risoluzione spaziale isotropa di 2 mm, fattore b = 1000 s/^{mm 2} e spessore di taglio di 2,5 mm. Vedi la Tabella dei Materiali per lo scanner utilizzato.
2. Converti le immagini raw in NIFTI (cioè formato .nii), se non predefinito, usando un metodo preferito. Vedi la Tabella dei Materiali per metodi ad esempio.
3. Separare l'immagine DTI 4D e ottenere una maschera cerebrale - esempio di implementazione: installare il software di elaborazione^{DTI 26} se non è già installato (vedi la Tabella dei Materiali), eseguire fslsplit sulla diffusione 4D NIFTI e eseguire bet sul file vol00000 risultante per una maschera^{cerebrale 27}.
4. Corretto per le distorsioni indotte dalle correnti parassite nell'immagine DTI - esempio di implementazione: creare un file index.txt di una singola riga di N 1 con uno spazio unico nel mezzo (ad esempio, per N = 5, index.txt conterrebbe solo: 1 1 1 1 1 1) dove N è il numero di valori nel file bval, ed eseguire il vortice²⁸ con --imain, --mask, --bvecs, --bvals, --index, --acqp, --data_is_shelled, --repol e --out , dove il file di testo indice è l'input per --indice, e una singola riga di file di testo delimitato nello spazio contenente 0, 1, 0, 0.08 (cioè 0 1 0 0.08) è l'input per --acqp.
5. Salta questo passaggio per gli adulti neurotipici. Delinea la lesione per una maschera lesionistica - esempio di implementazione: Utilizzare uno strumento di segmentazione della lesione preferito oppure disegnare manualmente su FLAIR una maschera della lesione se si studia una coorte con lesione, usare T1 se FALIR non è disponibile e salvare la maschera come NIFTI.
6. Segmenta le immagini anatomiche MRI - esempio di implementazione: installa il software di elaborazione MRI (vedi Tabella dei materiali) se non è già installato, esegui spm fmri nella finestra di comandi della piattaforma di programmazione (vedi Tabella dei materiali), premi il pulsante Segmento , il menu a tendina SPM , Tools, Clinical e MR segment-normalize per aprire la finestra di segmentazione. Inserisci T1 in Anatomici, maschera della lesione in mappe della lesione (lascia vuoto se neurotipico), FLAIR in scansioni patologiche e premi il triangolo verde per iniziare la^{segmentazione 29}.
7. Adatta un modello di tensore di diffusione all'immagine DTI corretta dal vortice per una mappa DTI scalare - esempio di implementazione: esegui dtifit³⁰ con le opzioni --data, --out, --mask, --bvecs, --bvals e --verbose attive, dove l'ingresso a --out nello Passo 8.4 (il passo vortico) è l'input a --data. Esegui fslsplit sull'immagine di diffusione 4D dopo dtifit per creare un nuovo vol0000.
8. Ottenere una posizione e orientamento rappresentativo del trasduttore durante l'amministrazione del TUS - esempio di implementazione: Usa uno script personalizzato o la pipeline^{pubblicata 31} sul file di testo dal software di neuronavigazione (Passo 7.2), importa questa rappresentazione nel software di neuronavigazione tramite la scheda Target , Nuovo... menu a tendina in alto a sinistra, e Importa dal file... la rappresentazione, clicca un solo clic sinistro sotto la lista Nomi , e premi Vai per confermare che si trova in una posizione e orientamento sensati.
   NOTA: Assicurati che questo file software di neuronavigazione sia costruito sull'immagine della risonanza magnetica pre-TUS. Assicurarsi che la posizione e l'orientamento del trasduttore derivato dal software di neuronavigazione abbiano coordinate nello stesso spazio dell'immagine MRI su cui viene eseguita la simulazione acustica.
9. Ottenere una regione di interesse (ROI) per tessuti stimolati da TUS - esempio di implementazione: eseguire una simulazione acustica eseguendo i passaggi 3.1 - 3.2 e 3.6 - 3.8. Esegui Calculate Fields una volta durante il Passaggio 3.8.
10. Allinea le scansioni anatomiche pre-TUS e le maschere dei segmenti tissutali dallo Passo 8.6 alla mappa DTI scalare pre-TUS, b0 (dallo Passo 8.7) - esempio di implementazione: Usa il coregister-est&reselice del software di elaborazione MRI dove il vol0000 è il riferimento, il pre-TUS T1 è la sorgente, e i file c1 a c5 dello Step 8.6 per il pre-TUS sono inseriti in altre immagini. Allinea post-TUS, dtifita vol0000 a pre-TUS, dtifita vol0000 usando lo stesso strumento (cioè, riferimento = pre-TUS, dtifited vol0000 e source = post-TUS, dtifit-ed vol0000), poi allinea post-TUS T1 e maschere di segmento dallo Passo 8.6 a uno dei vol0000 in modo simile.
11. Interseca il ROI stimolato da TUS (Passo 8.9) con le maschere grigia e della sostanza bianca per il ROI finale della lettura ADC - esempio di implementazione: Binarizzare maschere di materia grigia e sostanza bianca eseguendo fslmaths rc1_* -thr 0.5 -bin ID_GM.nii e fslmaths rc2_* -thr 0.5 -bin ID_WM.nii, combinare le maschere risultanti eseguendo fslmaths ID_GM.nii -add ID_WM.nii ID_WGM.nii, e ottenere l'intersezione tra questa maschera combinata e il campo acustico simulato eseguendo fslmaths *_FullElasticSolution.nii.gz -mas ID_WGM.nii ID_roi_WGM.nii dove *_FullElasticSolution.nii.gz è l'output della simulazione dallo Step 8.9.
12. Sovrapponi la maschera ROI finale (Passo 8.11) e ottieni ADC pre- e post-TUS - esempio di implementazione: sovrappongi questo ID_roi_WGM.nii al vol0000 pre- e post-TUS dtifit-ed nel visualizzatore MRI (vedi Tabella dei Materiali), poi Disegna, Descrittivo, registra il valore alla mediana e ottieni il cambiamento post-vs-pre-ADC calcolando la (post-pre)/pre percentuale usando le mediane pre- e post-TUS.

9. Valutazione delle variazioni CSE indotte dal TUS

I passaggi in questa sezione sono modulari. Eseguili per valutare il CSE alla frequenza e ai momenti temporali desiderati rispetto al TUS. Scegli la frequenza e i momenti in base alla domanda di ricerca specifica. Vedi la Tabella dei Materiali per i modelli di stimolatori e bobine TMS e per l'hardware di acquisizione EMG.

1. Valutare la CSE sul muscolo la cui rappresentazione corticale riceve la TUS ed eseguire lo Step 4.4 su questo muscolo per preparare gli elettrodi EMG.
2. Esegui i passaggi 4.5-4.11 per preparare la neuronavigazione.
3. Determina la configurazione delle coil TMS (posizionamento e orientamento) che stimola meglio il muscolo di interesse, cioè il punto caldo.
   1. Utilizzare l'hotspot TMS ottenuto durante il targeting TUS non basato su simulazione se il targeting TUS non è basato su simulazione - esempio di implementazione: sul software di neuronavigazione, nell'elenco qui sotto Bersagli da campionare:, clicca un solo clic sinistro sul campione che ha prodotto la risposta EMG più forte per renderlo un bersaglio di neuronavigazione.
      NOTA: Vedi la Tabella dei Materiali per i modelli di stimolatori e bobine TMS e hardware e software per l'acquisizione EMG. Come esempio di implementazione, l'acquisizione EMG aveva una frequenza di campionamento EMG di 5000 Hz, un filtro passa-banda da 20 - 20000 Hz, un filtro a intaglio da 60 Hz, un guadagno di 1000x, un rifiuto manuale di artefatti e utilizzava l'algoritmo di rilevamento MEP descritto in Soda et al., 2020-24.
   2. Se il targeting TUS è basato su simulazioni, eseguire i passaggi 4.12 - 4.16 per identificare il punto caldo.
4. Determinare la soglia motore di 1 mV (MT_{1 mV}) - esempio di implementazione: posizionare la bobina TMS allineata al punto caldo ottenuto sopra minimizzando le tre metriche visualizzate nella finestra del bersaglio (deviazioni di distanza < 1,5 mm, deviazioni di inclinazione (beccheggio + rollio) < 2 gradi e deviazioni di rotazione (imbardata) < 1 grado), determinare l'uscita dello stimolatore TMS necessaria per ottenere MEP di 1 mV, cioè, MT_1mV, usando un algoritmo preferito (ad esempio, PEST³²). Se 1 mV MEP non è raggiungibile al 100% della massima potenza dello stimolatore (MSO), determinare la percentuale di MSO necessaria per le MEP a 0,05 mV.
   NOTA: La percentuale di MSO necessaria per i MEP di 0,05 mV non è MT_1mV (vedi Passo 9.5). Inoltre, quando si esegue questa sezione più di una volta, questo passo MT_1mV deve essere determinato solo la prima volta, a meno che MT_1mV stesso non venga scelto come misura globale del CSE.
5. Somministrare 20 impulsi TMS singoli al MT_1mV con un intervallo inter-impulsi > 10 s²³.
   NOTA: Se MT_1mV non è raggiungibile ma_{MT 0,05mV} sì, usa MSO al 100%. Se sia MT_1mV che MT_0,05mV non sono raggiungibili, questo partecipante non sarà idoneo a questa valutazione CSE.

10. Valutazione delle variazioni MSL indotte dal TUS

NOTA: I passaggi in questa sezione sono modulari. Eseguili per valutare la MSL alla frequenza e ai momenti temporali desiderati rispetto ai TUS. Scegli la frequenza e i momenti in base alla domanda di ricerca specifica.

1. Utilizzare il software/linguaggio preferito (vedi Tabella dei materiali per esempi) per costruire un compito di produzione a sequenza discreta in cui una tastiera fisica a cinque pulsanti è posizionata davanti a uno schermo del computer che mostra cinque scatole vuote orizzontalmente equidistanti, di 2 cm x 2 cm, allineate con i cinque tasti della tastiera. Fai apparire una perla in una scatola alla volta, sparire quando si preme il pulsante corrispondente della scatola e appaiono in un'altra scatola. Fai apparire la perla nelle cinque scatole senza ripetizioni, formando una sequenza di apparizione, ad esempio la scatola numero 1-4-3-2-5. Fai ripetere una sequenza al compito dodici volte. Crea una pagina di benvenuto prima che inizi il compito e fai iniziare la transizione da questa pagina di benvenuto al compito con la pressione di un tasto qualsiasi. Avere un registratore di tempo di risposta che monitori il tempo trascorso tra ogni apparizione della perla e la corrispondente pressione del pulsante. Un esempio di pseudocodice sarebbe
   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: Il numero di pulsanti/caselle e la ripetizione della sequenza possono variare a seconda del design dell'esperimento. Le considerazioni riguardano il livello di funzione nella coorte di interesse e l'equilibrio delle sequenze tra i partecipanti, cioè il numero di partecipanti dovrebbe essere divisibile per il numero di sequenze possibili. L'intervallo tra la scomparsa della perla e la comparsa successiva, e tra la fine di una sequenza e l'inizio della successiva, dipende anch'esso dal progetto dell'esperimento.
2. Fai sedere il partecipante con una postura comoda. Posiziona la tastiera in una posizione di portata comoda con la mano paretica del partecipante.
3. Spiega al partecipante che: "Ci saranno cinque caselle sullo schermo. Una perla/cerchio apparirà in una delle scatole. Quando vedi la perla/cerchio, premi il tasto corrispondente usando la mano che ha colpito il colpo. Fallo il più velocemente possibile, ci metteremo in tempismo, ok? Domande?"
   NOTA: Evita di menzionare la "sequenza" in qualsiasi forma. La MSL deve essere apprendimento implicito per essere una misura dello stato della corteccia^{motoria 33}. La menzione di "sequenza" aumenta la probabilità che i partecipanti indicizzino ogni casella e ricordino esplicitamente la sequenza, annullando la capacità della MSL di valutare lo stato della corteccia motoria.
4. Assegna una sequenza casuale al partecipante dopo aver risposto a qualsiasi domanda del partecipante, e fai sapere che "Puoi premere qualsiasi tasto per iniziare quando sei pronto."
5. Monitorare la postura del partecipante durante il compito e intervenire in caso di segni di caduta. Allo stesso tempo, se il partecipante usa l'altra mano/braccio per aiutare, ricordagli che solo la mano paretica deve essere usata per questo compito.
6. Controlla se il partecipante è ben riuscito a completare il compito, rimuovi la tastiera/lo schermo, loda il partecipante per la sua performance ed esprimi gratitudine.

11. Analisi dei dati

NOTA: L'analisi complessiva dei dati dipende dal disegno sperimentale. I passaggi seguenti forniscono istruzioni per un'unità base di misura CSE/MSL insieme a un esempio semplice e canonico di percentuale post-preconfronto.

1. Analisi CSE
   1. Controlla ogni traccia EMG per una MEP identificabile con latenza di inizio di almeno 19 ms (per APB), calcola l'ampiezza picco a picco tra l'inizio e lo spostamento di ogni MEP e calcola l'ampiezza mediana picco a picco per i 20 MEP all'interno del blocco. Questa ampiezza mediana sarà la misura della CSE per questo blocco.
      NOTA: L'insorgenza della latenza MEP dipende dal muscolo, dallo stato muscolare (riposo vs. attivo) e dal disturbo neurologico, ad esempio, arto superiore: 10-40 ms³⁴; Arto inferiore: 30-45 ms^35,36. Consulta la letteratura se il muscolo di interesse non è APB. L'inizio/offset di una MEP può essere determinato utilizzando il metodo di soglia descritto in Soda et al., 2020-24.
   2. Ottieni la percentuale di cambiamento post-pre CSE sottraendo la misura post-CSE dalla misura pre CSE e dividendo questa differenza per la misura pre CSE.
2. Analisi MSL
   1. Calcola il tempo di risposta mediano all'interno di ogni ripetizione di sequenza, cioè la mediana delle cinque pressioni del pulsante, poi calcola la mediana delle dodici mediane all'interno della ripetizione. Questa "mediana della mediana" sarà la misura della MSL per questo blocco.
   2. Ottieni la percentuale di variazione post-pre MSL sottraendo la misura post-MSL dalla misura pre MSL e dividendo questa differenza per la misura pre-MSL.

Results

Il targeting TUS basato su simulazione definisce prima manualmente un posizionamento iniziale del trasduttore in base alla vicinanza al bersaglio intracranico e alla perpendicolità al cranio, utilizzando questa posizione iniziale e le specifiche del trasduttore per risolvere il campo acustico intracranico. Successivamente, calcola la discrepanza tra il bersaglio di stimolazione previsto e il focus del campo acustico, aggiorna la posizione del trasduttore nella direzione opposta di questa...

Discussion

C'è stato un notevole entusiasmo di ricerca per l'applicazione del TUS nelle condizioni neurologiche; tuttavia, esiste la necessità di un maggiore rigore scientifico e di replicazione dei risultati. Un TUS riuscito sul tessuto target previsto richiede diversi passaggi critici. Innanzitutto, la sensibilità alla trasmissione del trasduttore deve essere correttamente caratterizzata. Le opzioni includono seguire lo Step 2 di questo protocollo, esternalizzare a un collaboratore e utilizzare i...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Stampante 3D	UltiMaker	S3	Da utilizzare per la produzione del supporto trasduttore.
Scanner MRI 3T	General Electric	Signa UHP
BabelBrain	Samuel Pichardo (Università di Calgary)	Versione 0.4.3	Indicato nel testo principale come "software di puntamento TUS." Accessibile a https://proteusmrighifu.github.io/BabelBrain/
Brainsight	Ricerca Rogue		Riferito nel testo principale come "software/sistema di neuronavigazione." Per essere utilizzato per il targeting TUS/TMS, è dotato di un computer Mac, una telecamera a infrarossi e dei fiduciali.
amplificatore EMG e convertitore analogico-digitale	Cambridge Electronic Design Ltd	CED 1902,   MICRO4	Da utilizzare per acquisire, amplificare e digitalizzare segnali GG.
DCM2NIIX	Christopher Rorden	V1.0.20250506	Per convertire le neuroimmagini da DICOM a NIFTI. Accessibile a https://pypi.org/project/dcm2niix/
E-prime	Strumenti software per la psicologia	E-prime 3.0	Citato nel testo principale come esempio di software per MSL. Da usare per creare il compito di produzione di sequenze discrete.
Fiduciari e fascia per la testa	Ricerca Rogue	ST-1275 (tracciatore soggetto), LCT-494 (tracciatore a grande bobina), P-1528 (puntatore)	Da usare insieme a Brainsight per la neuronavigazione.
FSL	Università di Oxford		Nel testo principale viene chiamato "software di elaborazione DTI." Da utilizzare nel facoltativo ma raccomandato Passaggio 8 per l'elaborazione delle immagini a diffusione.
Generatore di funzioni	Tecnologie Keysight	33210A	Per generare il segnale di trasmissione per il trasduttore TUS.
Idrofono	Onda Corporation	HNA-0400	Per misurare la pressione in uscita dal trasduttore.
ITK-SNAP	Laboratorio di Informatica e Scienze Immagini di Penn	ITK-SNAP 4.0	Nel testo principale viene chiamato "visore per risonanza magnetica." Accessibile su https://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php?n=Downloads.SNAP4
K-Wave	Bradley Treeby, Ben Cox e Jiri Jaros	k-Wave Versione 1.4	Riferito nel testo principale come "software open-source per simulazione acustica." Accessibile su http://www.k-wave.org/
MATLAB	MathWorks Inc.	R2024b	Nel testo principale viene chiamata "piattaforma di programmazione". Accessibile al https://www.mathworks.com/products/matlab.html
MRIcroGL	Strumenti e strumenti di neuroimaging Collaboratore delle Risorse	v1.2.20220720	Per convertire le neuroimmagini da DICOM a NIFTI. Accessibili a https://www.nitrc.org/projects/mricrogl/
MRIcron	Strumenti e strumenti di neuroimaging Collaboratore delle Risorse	v1.0.20190902	Nel testo principale viene chiamato "visore MRI". Accessibile su https://www.nitrc.org/projects/mricron
Oscilloscopio	SIGLENT Technologies	SDS 1202X-E	Da utilizzare per misurare l'ingresso del trasduttore TUS e per registrare misurazioni di idrofoni.
Python	Python Software Foundation	Python 3.13	Riferito nel testo principale come linguaggio di esempio per MSL. Da usare per creare il compito di produzione di sequenze discrete.
Amplificatore di potenza RF	Strumentazione RF/Microonde in AR	50A250	Da utilizzare per amplificare l'uscita dei generatori di funzioni all'ampiezza richiesta dal trasduttore TUS.
Segnale	Cambridge Electronic Design Ltd	Signal 7.05a (x86)	Riferito nel testo principale come "software di acquisizione EMG." Da usare per acquisire segnali EMG dal convertitore analogico-digitale a un computer.
SimNIBS	Axel Thielscher (Università Tecnica della Danimarca)	Versione 4.5	Nel testo principale è riferito come "software e-field." Accessibile su https://simnibs.github.io/simnibs/build/html/index.html
SPM12	Laboratorio di Imaging Funzionale (University College London)		Nel testo principale è riferito come "software per l'elaborazione della risonanza magnetica." Da utilizzare nel facoltativo ma raccomandato Passo 8 per l'elaborazione delle immagini della risonanza magnetica.
Stimolatore TMS e bobina	Magstim Inc.	BiStim2, 70 mm figura di otto	Da usare per applicare impulsi TMS.
Trasduttore	Blatek Industries	AT32080
Montatura trasduttore	Squadra della Duke University		Montatura trasduttore stampata in 3D in acido poliattico (PLA) e aggiunta con cinghie in tessuto.
Gel per ultrasuoni	Laboratori Parker	Aquasonic 100	Da applicare tra il trasduttore TUS e il cuoio capelluto del partecipante.
Serbatoio dell'acqua e sistema di posizionamento a 3 assi	Onda Corporation	Sistema di scansione idrofonica AIMS III	Personalizzato con l'azienda.