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

Il nostro laboratorio di neuromodulazione e il Laboratorio di Recupero da Ictus si concentrano sull'utilizzo di vari strumenti di neuromodulazione per migliorare il recupero post-ictus, incluso il recupero motorio. Questo progetto in particolare prevede l'uso di stimolazione a ultrasuoni transcranica a bassa intensità, un nuovo strumento non invasivo di stimolazione cerebrale per modulare l'eccitabilità della corteccia motoria e promuovere l'apprendimento motorio nei pazienti con ictus. Per cominciare, prepara un serbatoio d'acqua con acqua deionizzata degassata per prevenire potenziali danni all'idrofono.

Fissare il trasduttore a ultrasuoni sul dispositivo del serbatoio d'acqua e montare l'idrofono sul sistema di posizionamento a tre assi. Collega l'idrofono a un oscilloscopio e poi collega la punta dell'ago insieme al cavo. Accendi l'idrofono solo dopo che è completamente immerso nell'acqua.

Aziona il trasduttore dell'ecografia utilizzando un generatore di funzioni. Poi posiziona la punta dell'idrofono nella regione focale approssimativa del trasduttore a ultrasuoni utilizzando il sistema di posizionamento a tre assi. Registra le letture dell'oscilloscopio in ogni posizione per ottenere la distribuzione della pressione acustica e documenta la posizione dell'idrofono corrispondente alla regione focale.

Valuta la sensibilità di trasmissione del trasduttore a ultrasuoni nel punto focale applicando diverse tensioni di ingresso. Collega l'hardware di stimolazione a ultrasuoni transcranico e avvia la registrazione dell'oscilloscopio. Accendi l'oscilloscopio.

Impostalo per funzionare e regola sia gli assi verticali che orizzontali secondo la scala di interesse. Attiva l'interruttore principale dell'amplificatore in posizione On. Imposta la potenza di uscita dell'amplificatore a zero.

Configura entrambi i generatori di funzioni alla forma d'onda desiderata, assicurandoti che venga aggiunta ramping a ogni durata dell'impulso. Ora premi Output sul generatore di funzioni. Regola l'uscita dell'amplificatore al 100% usando la rotella di regolazione e monitora il display del guadagno.

Premi il pulsante di accensione dell'amplificatore per avviare la sua uscita. Conferma la forma d'onda del segnale di trasmissione sull'oscilloscopio e lascia che il sistema di trasmissione funzioni per 15 minuti per stabilizzare l'uscita. Controlla la rampa all'inizio e alla fine di ogni durata di impulso sulla forma d'onda del segnale di trasmissione.

Imposta l'uscita dell'amplificatore a zero. Immergi completamente il trasduttore nell'acqua, posizionando il piano di uscita circa un pollice sotto la superficie, rivolto verso l'alto. Poi riporta l'uscita dell'amplificatore al 100% e osserva se il ramping è riuscito.

Ora monta un tracker per lo strumento di neuronavigazione sul portatrasduttore. Nel software, naviga su Calibrazioni Finestra e Strumento. Clicca su Nuova Calibrazione.

Inserisci un nome e seleziona il corretto tracker degli strumenti. Tieni il trasduttore con il tracker contro il blocco di calibrazione, in modo che il pin indicatore di riferimento tocchi e sia perpendicolare al centro del piano di uscita del trasduttore. Clicca su Inizia il conto alla rovescia della calibrazione.

Tieni fermo per cinque secondi e ripeti se necessario finché non arriva il successo. Poi chiudi sia la finestra di Modifica Calibrazione che quella di Calibrazione degli Utensili. Premi il pulsante di accensione dell'amplificatore per spegnere l'uscita quando il partecipante è pronto per la stimolazione ultrasonica transcranica.

Scollega l'oscilloscopio dall'amplificatore e collega il trasduttore all'uscita dell'amplificatore. Se si utilizza il bersaglio basato sulla simulazione, carica il bersaglio nel software di neuronavigazione. Nella scheda Sessioni, apri il nuovo menu a tendina e seleziona Sessione Online.

Nella scheda Target, clicca sul target Trajectory-x-mod e premi Add per aggiungerlo alla sessione. Visualizza la vista centrata sullo strumento o centrata sull'obiettivo nella finestra Esegui. Imposta il driver sul trasduttore TUS corretto e seleziona il bersaglio corretto nella lista Target to sample in alto a sinistra.

Pettinare i capelli del partecipante per esporre il cuoio capelluto al sito del trasduttore del TUS e creare una riga di riga anteriore/posteriore. Applica il gel per ultrasuoni gassoso sopra di essa. Crea da una a tre linee di separazione aggiuntive a circa 1,5 centimetri di distanza su ciascun lato e ripeti lo stesso processo.

Infine, torna alla linea iniziale e ripeti il processo quattro volte. Ora, fissa il trasduttore TUS sulla testa del partecipante e allinealo con il bersaglio usando la visuale centrale. Regolare il trasduttore per minimizzare distanza, inclinazione e deviazioni di rotazione entro i limiti operativi.

Se è necessario un monitoraggio della sicurezza, inserisci un filo termocoppia nel gel per ultrasuoni vicino al cuoio capelluto. Attacca il filo della termocoppia sulla testa con del nastro di carta per evitare i movimenti. Premi il pulsante di accensione dell'amplificatore per avviare l'uscita e avviare TUS.

Contemporaneamente, premi Campione Ora sul software di neuronavigazione per registrare la posizione iniziale del trasduttore. Monitora continuamente le tre metriche di allineamento in vista centrale. Monitora la temperatura del cuoio capelluto usando il filo termocoppia se installato.

Per completare il TUS, premi il pulsante di alimentazione dell'amplificatore per fermare l'uscita. Rimuovere il trasduttore e tutte le apparecchiature montate sulla testa dal partecipante. Ispeziona il cuoio capelluto per eventuali segni di rossore e chiedi al partecipante se può avere fastidio o effetti collaterali.

Se non vengono segnalati problemi o dopo aver affrontato le preoccupazioni, pulisci delicatamente il gel per l'ecografia dal cuoio capelluto. Clicca su Termina nella finestra di navigazione neuro e salva il progetto selezionando File e premendo Salva Progetto. Dalla lista delle sessioni, seleziona la sessione corrente e clicca su Revisione.

Nella finestra di Revisione delle Sessioni, scegli file di testo del sito cerebrale dal menu a tendina Esporta. Assicurati che sia selezionata l'Orientamento e imposta Snap su Zero. Configura altre impostazioni di esportazione secondo necessità, poi clicca su Salva per esportare i dati di stimolazione.

È stato ottenuto un risultato soddisfacente basato su simulazione di puntamento, dove la messa a fuoco acustico ha raggiunto la regione di stimolazione corticale desiderata. Uno scenario nel targeting basato su simulazioni che richiede ulteriori iterazioni a causa di un disallineamento tra il focus acustico e il target di stimolazione previsto. Regolare il parametro Distance TX dal piano di uscita alla pelle a un valore più realistico per correggere il problema di scala della visualizzazione nell'interfaccia di simulazione.

È stato registrato un potenziale evocato motore pulito, indicando una buona stimolazione magnetica transcranica, posizionamento e orientamento della bobina. È stata osservata una forma d'onda che potrebbe non rappresentare un potenziale evocato dal motore. Una determinazione riuscita di un millivolt MT è stata effettuata al 52% dell'uscita massima dello stimolo, con cinque risposte positive e cinque negative a quel livello.

Una determinazione potenzialmente inconcludente di MT di un millivolt è stata registrata all'87% di potenza massima dello stimolatore dovuta a risposte positive e negative consecutive, piuttosto che alternate. Si otteneva una lettura costante e uniforme dell'oscilloscopio del segnale di guida del trasduttore, indicando il corretto funzionamento dell'apparecchiatura. È stato raggiunto un buon allineamento tra la posizione fisica del trasduttore e il bersaglio predefinito tramite la neuronavigazione.

È stata osservata una posizione disallineata del trasduttore, indicando la necessità di regolazione per corrispondere al bersaglio. Abbiamo stabilito la sicurezza del TUS e l'intensità efficace nei pazienti con ictus che mostrano che il TUS della corteccia motoria può migliorare l'apprendimento motorio e l'eccitazione corticale. Non esiste un articolo metodologico che si concentri sull'uso del TUS negli adulti con malattie neurologiche.

Questo protocollo colma questa lacuna. Speriamo che questo protocollo possa ridurre la variabilità metodologica e migliorare l'affidabilità e la riproducibilità dei futuri studi ecografici umani.