December 12th, 2025
경두개신경 초음파 자극(TUS)은 인간의 뇌를 어떤 깊이에서든 자극할 수 있는 유망한 비침습적 기법으로, 다양한 신경학적 질환 치료를 위한 새로운 치료 가능성을 제시합니다. 이 프로토콜은 신경전형성인과 뇌졸중과 같은 신경학적 질환 환자에게 TUS를 적용하기 위한 표준화되면서도 유연한 실증적 틀을 제공합니다.
저희 신경조절과 뇌졸중 회복 연구소는 뇌졸중 후 회복, 특히 운동 회복을 돕기 위해 다양한 신경 조절 도구를 사용하는 데 중점을 둡니다. 이 프로젝트는 저강도 경두개 초음파 자극을 사용하여 새로운 비침습적 뇌 자극 도구로, 뇌졸중 환자의 운동 피질의 흥분성을 조절하고 운동 학습을 촉진하는 것입니다. 우선, 하이드로폰에 손상이 가지 않도록 탈기된 탈이온수로 물탱크를 준비하세요.
초음파 변환기를 물탱크의 조명 장치에 고정하고, 하이드로폰을 3축 위치 시스템에 장착하세요. 하이드로폰을 오실로스코프에 연결한 다음, 바늘 끝과 케이블을 연결하세요. 수중 음계 전원은 완전히 물에 잠긴 후에만 작동하세요.
함수 발생기를 이용해 초음파 변환기를 구동하세요. 그 후 3축 위치 시스템을 사용하여 하이드로폰 팁을 초음파 변환기의 대략적인 초점 영역에 위치시킵니다. 각 위치에서 오실로스코프 측정값을 기록하여 음압 분포를 얻고, 초점 영역에 해당하는 수중음계 위치를 문서화합니다.
초점 지점에서 초음파 변환기의 송신 감도를 다양한 입력 전압을 적용하여 평가합니다. 경두개동맥 초음파 자극 장비를 연결하고 오실로스코프 기록을 시작하세요. 오실로스코프를 켜.
실행되도록 설정하고 관심 있는 축척에 맞춰 수직과 수평 축을 모두 조정하세요. 앰프의 메인 전원 스위치를 켜는 위치로 돌리세요. 증폭기의 출력 출력을 0으로 맞춰.
두 기능 생성기를 원하는 파형에 맞게 설정하여 각 펄스 지속 시간에 램핑이 추가되도록 하세요. 이제 함수 생성기에서 Output을 누르세요. 조절 휠을 사용해 앰프 출력을 100%로 맞추고 게인 디스플레이를 모니터링하세요.
앰프 전원 버튼을 눌러 출력을 시작하세요. 오실로스코프에서 드라이브 신호 파형을 확인하고, 출력 안정화를 위해 드라이브 시스템을 15분간 작동시키세요. 드라이브 신호 파형의 각 펄스 지속 시간의 시작과 끝에서 램핑이 있는지 확인하세요.
앰프 출력을 0으로 다이얼하세요. 트랜스듀서를 완전히 물에 담가, 출구면을 표면에서 약 1인치 아래 위를 향하게 위치시킵니다. 그 다음 앰프 출력을 100%로 다시 조절하고 램핑이 성공하는지 관찰합니다.
이제 뉴로 내비게이션 도구 추적기를 트랜스듀서 홀더에 장착하세요. 소프트웨어에서 창 및 도구 보정으로 이동하세요. 새 보정을 클릭하세요.
이름을 입력하고 올바른 툴 트래커를 선택하세요. 트래커를 장착한 트랜스듀서를 보정 블록에 대고, 기준 표시 핀이 트랜스듀서 출구 평면 중심에 닿고 수직이 되도록 합니다. 보정 카운트다운 시작을 클릭하세요.
5초간 고정 상태를 유지하다가 필요하면 성공할 때까지 반복하세요. 그 다음 보정 편집 창과 도구 보정 창을 모두 닫으세요. 참가자가 경두개 초음파 자극을 받을 준비가 되면 증폭기 전원 버튼을 눌러 출력을 끕니다.
오실로스코프를 앰프에서 분리하고 트랜스듀서를 앰프 출력에 연결합니다. 시뮬레이션 기반 표적을 사용할 경우, 표적을 신경 항법 소프트웨어에 불러와야 합니다. 세션 탭에서 새 드롭다운을 열고 온라인 세션을 선택하세요.
Targets 탭에서 Trajectory-x-mod 타겟을 클릭한 후 Add 버튼을 눌러 세션에 추가하세요. 실행 창에서 불스아이 도구 중심 또는 불스아이 타겟 중심 뷰를 불러오세요. 드라이버를 올바른 TUS 변환기로 설정하고, 왼쪽 상단의 표적을 샘플로 지정할 수 있는 목록에서 올바른 표적을 선택합니다.
참가자의 머리카락을 빗어 TUS 변환기 부위의 두피를 노출시키고 앞뒤 분열선을 만듭니다. 가스가 섞인 초음파 젤을 그 위에 바르세요. 각 면에 약 1.5센티미터 떨어진 곳에 1에서 3개의 추가 분할선을 만들고 같은 과정을 반복합니다.
마지막으로 처음 이별하는 선으로 돌아가 이 과정을 네 번 반복합니다. 이제 TUS 변환기를 참가자 머리에 착용하고 불스아이 뷰를 사용해 목표물과 정렬하세요. 트랜스듀서를 작동 한계 내에서 거리, 기울기, 회전 편차를 최소화하도록 조정하세요.
안전 모니터링이 필요할 경우, 두피 가까이에 있는 초음파 젤에 열전대 와이어를 삽입하세요. 열전대 전선을 헤드에 종이 테이프로 붙여 움직이지 못하게 하세요. 앰프 전원 버튼을 눌러 출력을 시작하고 TUS를 시작하세요.
동시에 신경 내비게이션 소프트웨어의 Sample Now를 눌러 초기 트랜스듀서 위치를 기록하세요. 세 가지 정렬 지표를 불스아이 뷰에서 지속적으로 모니터링하세요. 열전쌍 와이어를 설치했다면 두피 온도를 모니터링하세요.
TUS를 마치려면 앰프 전원 버튼을 눌러 출력을 멈추세요. 트랜스듀서와 모든 헤드 장착 장비를 참가자에게서 분리하세요. 두피에 붉은 징후가 있는지 점검하고, 참가자에게 불편함이나 부작용이 있는지 물어보세요.
문제가 없다거나 우려를 해결한 후 두피에 묻은 초음파 젤을 부드럽게 닦아내세요. 뉴로네비게이션 창에서 '완료'를 클릭하고 '파일'을 선택한 후 '프로젝트 저장'을 눌러 프로젝트를 저장하세요. 세션 목록에서 현재 세션을 선택하고 리뷰를 클릭하세요.
세션 리뷰 창에서 내보내기 드롭다운 메뉴에서 뇌 사이트 텍스트 파일을 선택하세요. 방향이 선택되었는지 확인하고 스냅을 '아무것도'로 설정하세요. 필요에 따라 다른 내보내기 설정을 설정한 후, '저장'을 눌러 자극 데이터를 내보내세요.
음향 초점이 의도한 피질 자극 영역에 도달하는 만족스러운 시뮬레이션 기반 표적 결정 결과가 달성되었다. 음향 초점과 의도된 자극 대상 간의 정렬 불균형으로 인해 추가 반복이 필요한 시뮬레이션 기반 타겟팅 시나리오입니다. 시뮬레이션 인터페이스에서 시각화 스케일링 문제를 해결하기 위해 Distance TX out 평면 대 스킨 파라미터를 더 현실적인 값으로 조정했습니다.
깨끗한 모터 유도 전위가 기록되어 경두개동맥 자기 자극, 코일 배치 및 방향이 양호함을 나타냈습니다. 모터 유도 전위를 나타내지 않을 수도 있는 파형이 관찰되었습니다. 52% 최대 자극기 출력에서 MT 1밀리볼트 판정에 성공했으며, 이 수준에서 양성 반응 5명과 음성 5명이 나타났습니다.
긍정과 음정 반응이 번갈아 나타나는 것이 아니라 연속적으로 87% 최대 자극기 출력으로 인해 잠재적으로 결론이 나지 않은 MT 1밀리볼트 결정이 기록되었습니다. 변환기 구동 신호의 일정하고 고른 오실로스코프 판독이 얻어져 장비가 제대로 작동함을 나타냈다. 뉴로내비게이션을 이용해 물리적 변환기 위치와 미리 정의된 표적 사이에 좋은 정렬이 이루어졌습니다.
트랜스듀서 배치가 어긋난 것이 관찰되어 표적에 맞추기 위한 조정이 필요함을 나타냈습니다. 우리는 운동 피질을 보인 뇌졸중 환자에서 TUS의 안전성과 효과적인 강도를 확인했습니다. TUS는 운동 학습과 피질 흥분을 향상시킬 수 있습니다. 신경학적 질환 성인에서 TUS를 사용하는 방법에 초점을 맞춘 방법론적 논문은 없습니다.
이 프로토콜은 이 격차를 해소합니다. 이 프로토콜이 향후 인간 초음파 연구의 방법론적 변동성을 줄이고 신뢰성과 재현성을 향상시킬 수 있기를 바랍니다.
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두개골 초음파 자극(TUS)은 다양한 깊이에서 뇌를 자극하는 비침습적인 기술로, 신경학적 상태에 대한 새로운 치료 옵션을 제공합니다. 이 프로토콜은 정상적인 성인과 뇌졸중과 같은 신경학적 질환 환자 모두에게 TUS를 적용하기 위한 표준화된 틀을 설명합니다.
Transcranial ultrasonic stimulation (TUS) offers a non-invasive, millimeter-precision neuromodulation platform with translational potential for neurological disorders. Standardized protocols for TUS in clinical populations address critical reproducibility and comparability gaps, directly impacting early clinical validation and mechanistic de-risking. This methodological framework enables enterprise R&D teams to generate reliable, cross-study data for target engagement and safety in human neuromodulation pipelines.
This protocol positions TUS as a bridge from early discovery through lead identification to preclinical and exploratory clinical research in neuromodulation.