Methodenartikel

Een methodologisch protocol en overwegingen voor transcraniële ultrasone stimulatie in verkennende klinische humane studies

DOI:

10.3791/69236

⸱

12 december 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurology, Duke University School of Medicine, 2Department of Biomedical Engineering, Duke University, 3Department of Mechanical and Aerospace Engineering, North Carolina State University, 4Department of Orthopedic Surgery, Duke University School of Medicine

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Transcraniële ultrasone stimulatie (TUS) is een veelbelovende niet-invasieve techniek die in staat is het menselijk brein op elke diepte te stimuleren, en nieuwe therapeutische mogelijkheden biedt om diverse neurologische aandoeningen te behandelen. Dit protocol biedt een gestandaardiseerd maar aanpasbaar empirisch kader voor het toepassen van TUS bij neurotypische volwassenen en patiënten met neurologische aandoeningen zoals beroerte.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Transcraniële ultrasone stimulatie (TUS) ontwikkelt zich tot een niet-invasieve neuromodulerende techniek die millimeterprecisie stimuleert op diepte van de hele hersenen. Onderzoeksinspanningen richten zich steeds meer op het translationele potentieel ervan. Veelbelovende gegevens zijn gerapporteerd bij verschillende ziektepopulaties, waaronder de ziekte van Parkinson en beroerte, wat de weg vrijmaakt voor klinische toepassingen van TUS. Klinische studies tot nu toe tonen echter aanzienlijke variabiliteit in fixatie van transducers, gerichte benaderingen en akoestische parameters. Dit beperkt de interpreteerbaarheid en vergelijkbaarheid van resultaten. Bestaande methodologische gidsen behandelen menselijke TUS in het algemeen, maar richten zich niet op toepassingen in neurologische populaties. Dit experimentele protocol biedt een gestandaardiseerd maar aanpasbaar kader voor het toepassen van TUS op neurologische cohorten zoals een beroerte. Het biedt gedetailleerde richtlijnen over: (1) essentiële en optionele hardwarecomponenten in de context van therapiegerichte TUS; (2) hardware-instellingen en parameterselectie, inclusief strategieën om auditieve verwarringen te minimaliseren; (3) kalibratie- en kwaliteitsborgingsprocedures om te waarborgen dat de transducer golfvormen levert zoals gespecificeerd; (4) gerichte benaderingen gebaseerd op simulatie- of niet-simulatiemethoden voor nauwkeurige lokalisatie van TUS-focus/foci naar de beoogde anatomische regio(s); (5) methodologie-aanpassing voor klinische populaties; en (6) uitkomstmaten voor klinische TUS, waaronder veiligheidsbeoordelingen en surrogaatuitkomstmaten zoals corticospinale excitabiliteit en het leren van motorische sequenties. Dit protocol is ontworpen als een reproduceerbare, modulaire bron. Het biedt plaats aan zowel beginnende gebruikers (op zoek naar een praktische ingang tot patiëntgebaseerde TUS) als ervaren onderzoekers (met als doel zich aan te sluiten bij opkomende wetenschappelijke en methodologische normen). Het doel is om de groeiende klinische interesse in TUS te ondersteunen en klinisch vertaalbare, reproduceerbare en vergelijkbare resultaten te faciliteren tussen onderzoeksgroepen en patiëntenpopulaties.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een unieke en wenselijke combinatie, de diepe, focale en niet-invasieve aard van transcraniële ultrasone stimulatie1 (TUS) heeft geleid tot groeiende interesse om de therapeutische mogelijkheden ervan voor neurologische en neuropsychiatrische aandoeningen te verkennen (bijv. beroerte2, Parkinson3, depressie4, Alzheimer5, enz.). Deskundige consensus en richtlijnen hebben geprobeerd de reproduceerbaarheid en interpreteerbaarheid van TUS-onderzoekte verbeteren 6,7. Deze richten zich echter vooral op de bredere basisonderzoekstoepassingen van TUS en bieden minder richtlijnen voor het verkennen van therapeutische relevantie bij mensen. Bijvoorbeeld, bij het vergelijken van fundamenteel en klinisch TUS-onderzoek verschilt de totale stimulatieduur (TSD) aanzienlijk – vaak tot ongeveer 80 seconden in fundamenteel onderzoek 8,9 versus meer dan 10 minuten in verkennende protocollen die klinischgebruik benaderen. Dergelijke verschillen onderstrepen de noodzaak van op maat gemaakte begeleiding bij het verkennen van TUS op een neurologisch zieke cohort. Hoewel dit protocol zich richt op TUS bij beroerte, is het kader breed toepasbaar op andere patiëntenpopulaties, evenals op neurotypische volwassenen.

TUS levert drukgolven af aan het doelhersenweefsel voor modulatie7. Essentiële TUS-hardwarecomponenten zijn functiegenerator(en), een versterker, een transducer en, vooral voor uitgebreide TSD's, een on-head transducer mount6. De functiegenerator produceert de elektrische golfvorm die het uitgaande drukpatroon van de transducer definieert. Hoewel sommige functiegeneratoren de piekspanningen kunnen genereren die nodig zijn voor TUS-transducers, vereisen de meeste een versterker om het signaal tussen de functiegenerator(en) en de transducer te versterken. De versterker verhoogt de amplitude van de elektrische golfvorm tot het niveau dat nodig is voor effectieve ultrageluidsgeneratie. Commercieel verkrijgbare TUS-systemen integreren vaak de functiegenerator en versterker in één enkele sleutelklaar unit, waardoor directe aansluiting op de transducer mogelijk is. De transducer, doorgaans gemaakt van piëzo-elektrische materialen, zet de elektrische signalen om in mechanische trillingen om ultrasone golven te produceren. Hoewel handmatig vasthouden van de transducer mogelijk is, is deze aanpak arbeidsintensief en gevoelig voor verplaatsingsfouten, terwijl een kleine verplaatsing kan leiden tot volledige mistargeting van het beoogde weefsel7. Mechanische arm met kinsteun wordt ook gebruikt en werkt goed voor fundamenteel onderzoek met relatief kortere TSD's. Een haalbaar alternatief voor verkennende klinische TUS met TSD's van meer dan 10 minuten is het 3D-printen van een transducerbevestiging met flenzen voor veilige bandfixatie (Figuur 1), waarmee positionele stabiliteit met gebruiksgemak in verkennende klinische omgevingen en het comfort van deelnemers in balans kan worden gebracht.

figure-introduction-1
Figuur 1: 3D-geprinte mount voor TUS-transducer. Enkel-element transcraniële ultrasone stimulatie (TUS) transducer (middenstuk aangegeven door de rode pijl) ondergebracht in een 3D-geprinte transducerbevestiging (gericht door blauwe pijl) met bovenopeningen (aangeduid door de groene pijl) voor de tooltracker van neuronavigatie, zijopeningen (gericht door de bruine pijl) om TUS-transducer en gereedschapstrackers met schroeven vast te zetten, en flenzen voor een riem-gebaseerde fixatie op het hoofd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Optionele hardwarecomponenten zijn onder andere een elektrisch impedantie-aanpassingscircuit, een vermogensmeter, een oscilloscoop, een neuronavigatiesysteem en een thermokoppel. Deze apparaten helpen respectievelijk bij het verminderen van elektrische reflecties om de vermogensoverdracht te optimaliseren, indirect akoestische uitgangen (vermogensmeter en oscilloscoop) te verifiëren, ruimtelijke nauwkeurigheid te waarborgen en de veiligheid te monitoren. De implementatiedetails en methodologische overwegingen worden toegelicht in de secties Discussie en Protocol.

Het optimaliseren van de parameters van transcraniële ultrageluidsstimulatie is een actief en evoluerend onderzoeksgebied, dat betrekking heeft op het ontwerp van de elektrische aandrijvingsgolfvorm. De verticale as van een aandrijfgolfvorm bepaalt de amplitude van de drukuitgang van de transducer. De horizontale as van een aandrijfgolfvorm bepaalt de timing van de drukuitgang van de transducer, die kan worden onderverdeeld in enkele duur en herhalingstypen. Met behulp van de nomenclatuur zoals uiteengezet in de rapportagerichtlijnen van het International Transcranial Ultrasonic Stimulation Safety and Standards Consortium (ITRUSST)10, zijn TUS-timingparameters georganiseerd van de kortste tot de langste duurperioden als volgt: ramp duration (RD) is de periode waarin de drukoutput oploopt van nul naar het voorgeschreven maximum; pulsduur (PD) is de duur van een enkele, actieve en continue drukuitgang; Pulse repeat interval (PRI) is de duur tussen het begin van twee aangrenzende PD's, bestaande uit één PD en één "uit-tijd" waarin de uitgang van de transducer nul is, en de reciproke PRI de pulsherhalingsfrequentie (PRF) is; Pulse train duration (PTD) is de duur waarin de PRI wordt herhaald; Pulse train interval (PTI) is de duur tussen het begin van twee aangrenzende PTD's, bestaande uit één PTD en één inter-PTD interval, waarbij de uitgang van de transducer nul is; Pulse train herhalingsduur (PTRD) is de duur waarin de PTI wordt herhaald.

figure-introduction-2
Figuur 2: TUS-golfvormillustratie. Typische transcraniële ultrasone stimulatiegolfvormen voor mogelijke klinische effectiviteiten. De nomenclatuur voldoet aan de ITRUSST-rapportagerichtlijnen10. RD, looptijd; PD, polsduur; PRI, pulse repeat interval; PRF, pulsherhalingsfrequentie; PTD, pulse-train duur; PTI, pulse-train interval; PTRD, pulstrain herhaalde duur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2 illustreert deze timingparameters. Tabel 1.1 rapporteert de timingparameters in Huang et al., 20252, waaruit dit protocol is afgeleid, in overeenstemming met de tabelvorm aanbevolen door de ITRUSST-rapportagerichtlijnen10, terwijl Tabel 1.2 aanvullende parameters rapporteert. Auditieve effecten worden algemeen erkend als een belangrijke factor in TUS-experimenten 6,11. Het opbouwen van de aandrijfgolfvorm is de meest gebruikte methode om auditieve effecten te beperken en wordt daarom beschouwd als de primaire mitigatiemethode in dit protocol. Theoretisch kunnen verschillende rampingprofielen worden toegepast aan het begin en einde van elke actieve drukuitgang (d.w.z. PD, PTD, PTRD), maar de meeste studies gebruiken dezelfde symmetrische PD die gedurende de hele stimulatiesessie wordt herhaald, wat resulteert in één RD in het aandrijfsignaal. Ramping wordt geïmplementeerd met behulp van window-functies, die de "vorm" en "snelheid" van het signaal definiëren van nul naar het voorgeschreven maximum, waarbij het Tukey-venster het meest wordt gebruikt in de literatuur10. Na controle voor auditieve verwarringen, blijft het selecteren van parameters om excitatorisch versus remmend effect op te wekken een actief onderzoeksgebied en hangt het af van de specifieke experimentele vraag. Parameterkeuzes in Huang et al., 20252, waaruit dit protocol is afgeleid, werden gebaseerd op bestaande literatuur12, met een PD die daalde van 0,36 ms naar 0,2 ms voor extra veiligheidsmarges. Methodologische aspecten zijn aangepast van Legon et al., 2018,13. Deze selecties zijn één gedetailleerd voorbeeld in plaats van een voorschrijvende standaard, en weerspiegelen de nog verkennende fase van klinische TUS. Raadpleeg de relevante literatuur voor richtlijnen die zijn afgestemd op studiespecifieke hypothesen en doelstellingen.

Transducerkalibratie is een cruciale overweging binnen TUS, en het scannen van watertanks is momenteel de meest uitgebreide methode die beschikbaar is. Voor niet-turnkey TUS-systemen wordt een eerste scanning van de watertank sterk aanbevolen om de transmissiegevoeligheid van de transducer vast te stellen, oftewel de relatie tussen de elektrische aandrijfspanning in Volt en de resulterende drukuitgang in Pascals. Kant-en-klare systemen worden vaak geleverd met door de leverancier vooraf geconfigureerde instellingen die de noodzaak van een initiële kalibratie kunnen verminderen, maar het verifiëren van de uitgang van de transducer zorgt voor een nauwkeurige en hoogwaardige TUS-levering. Evenzo, hoewel latere kalibraties indien nodig kunnen worden geminimaliseerd, zijn regelmatige controles aan te raden om de studienauwkeurigheid te vergroten.

Het uitvoeren van het scannen van watertanks vereist over het algemeen gespecialiseerde apparatuur en training. Dit protocol geeft een kort overzicht in Stap 2 (gebaseerd op Chen et al., 202314). Alternatief kan de procedure worden uitbesteed aan een samenwerkingslaboratorium met de juiste expertise, waarbij wordt bevestigd dat alle vereiste parameters zijn verzameld (Stap 2.7). Metingen van de vermogensmeter bieden een eenvoudige, indirecte methode om de uitgang van transducers te meten. Na kalibratie of karakterisering door leveranciers kunnen vermogensmetermetingen dienen als benchmark voor de output vóór de toediening. Variatie in het uitgangsvermogen impliceert overeenkomstige veranderingen in drukuitgangen, wat wijst op de noodzaak van herkalibratie of aanpassing van het aandrijfsignaal om consistente stimulatie te behouden.

TUS-targeting houdt in dat de optimale plaatsing van de transducer, zowel locatie als oriëntatie, wordt bepaald om het weefsel van belang effectief te stimuleren. De huidige state-of-the-art aanpak maakt gebruik van numerieke simulaties om de optimale plaatsing van de transducer te identificeren (Stap 3 van het protocol), hoewel dit slechts één voorbeeld is in plaats van een definitieve standaard. Alternatief lokaliseert een eerder gerapporteerde empirisch gebaseerde methode de hoofdhuidlocatie waar transcraniële magnetische stimulatie (TMS) het meest effectief contralaterale motorische responsen opwekt, en plaatst de transducer op die locatie met het oppervlak loodrecht op de hoofdhuid 2,3 (Stap 4). In principe kan deze TMS-geleide aanpak worden uitgebreid naar andere hersengebieden met een identificeerbare output, zoals het zicht op fosfenen voor de visuele cortex. Er zijn echter meer data/publicaties nodig om de bredere toepasbaarheid van zo'n aanpak te valideren.

Uitkomstmaten voor klinische TUS omvatten zowel veiligheids- als effectiviteitsbeoordelingen. Gezien de verkennende fase van klinische vertaling is uitgesproken werkzaamheid mogelijk nog niet detecteerbaar met standaard klinische metingen. Daarom worden surrogaatresponsindicatoren vaak gebruikt in plaats van effectiviteitsmetingen om effecten onder de klinische effectiviteit te detecteren. Veiligheidsmonitoring kan zowel online als offline beoordelingen omvatten. Online veiligheid kan worden bijgehouden met thermokoppel(s) die tijdens stimulatie op de hoofdhuid worden geplaatst, wat een praktische aanpak biedt in de klinische setting (stap 6.5). Voor offline veiligheid geeft dit protocol instructies in de kwantificering van de schijnbare diffusiecoëfficiënt (ADC) (stap 8), aangezien ADC vaak wordt gebruikt om weefselintegriteit15 te evalueren. Surrogaatresponsindicatoren variëren afhankelijk van de doelziekte of het interessegebied. Voor studies naar het herstel van de motor na een beroerte worden contralaterale corticospinale excitabiliteit (CSE) en motorische sequentieleermaatregelen (MSL) beschreven (Stappen 9-11), omdat deze betrouwbare neurofysiologische en functionele markers bieden voor de verkennende klinische effectiviteit van TUS.

Gezamenlijk biedt dit protocol een gedetailleerd, modulair en aanpasbaar voorbeeld voor het toedienen van TUS bij zowel neurologische als neurotypische volwassenen, met nadruk op gebruiksgemak en een verlengde stimulatieduur. Het protocol is afgeleid van Huang et al., 20252, dat gebruikmaakt van een niet-turnkey aandrijfsysteem waarmee je pulsvorming en een single-element transducer kunt aanpassen. Stapsgewijs wordt eerst het systeemonafhankelijke algemene principe gepresenteerd en, waar passend, wordt een systeemspecifieke implementatie gegeven.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Experimentele procedures gepresenteerd in Huang et al., 20252 zijn goedgekeurd door de Duke Institutional Review Board en zijn in overeenstemming met de recent bijgewerkte Verklaring van Helsinki. Verkrijg geïnformeerde toestemming van elke deelnemer voordat je je aanmeldt.

OPMERKING: Volg de instructies terwijl je tegelijkertijd met de hardware/software werkt om het begrip te vergroten en een nauwkeurige implementatie te waarborgen. Figuur 3A toont een overzicht van de betrokken stappen, Figuur 3B toont een beslissingsstroomdiagram voor het kiezen van simulatiegebaseerde (stap 3) versus niet-simulatiegebaseerde (stap 4) targeting. Aanvullende materialen bieden voorbeeldchecklists voor en na TUS die in aanmerking komen voor toestemming, veiligheidsscreening, kwaliteitscontrole van TUS-apparatuur en monitoring van bijwerkingen.

1. Toestemmings- en veiligheidsscreening

  1. Inclusiecriteria: i) ≥ 21 jaar oud van welk ras of geslacht dan ook, ii) de allereerste ischemische of hemorragische beroerte meer dan 1 maand geleden, iii) presenteerde zich met unilaterale zwakte van de ledemaat en had een Fugl-Meyer Upper Limity-schaal ≤ 62 (maximale score = 66), en iv) paretic abductor pollicis brevis (APB) heeft motorische geëvokeerde potentialen (MEP's) die door TMS kunnen worden opgewekt. Exclusiecriteria: i) armfuncties beïnvloed door eventuele gelijktijdige neurologische aandoening(en), ii) gedocumenteerde ernstige dementie vóór het begin van de beroerte, ongeacht medicatiestatus, of iii) eventuele contra-indicatie(s) voor magnetische resonantiebeeldvorming (MRI)16/TMS17/TUS10.
  2. Informeer elke deelnemer over het doel(en) van de studie, de belangrijkste procedures en eventuele bijbehorende risico's. Beantwoord eventuele vragen of zorgen die zij uiten, en laat hen vervolgens bevestigen dat zij het toestemmingsproces begrijpen door het toestemmingsformulier te ondertekenen.
  3. Ondervraag elke deelnemer met de TUS18 en TMS17 veiligheidschecklist. Sluit deelnemers uit die niet aan alle veiligheidseisen voldoen.

2. TUS-transducerkarakterisering 14

OPMERKING: Voer de stappen in deze sectie uit om een initiële karakterisering van een nieuwe TUS-transducer te verkrijgen, of, op regelmatige intervallen, een bevestiging/kalibratie van de akoestische drukrelatie tussen ingangsspanning en uitgang van de transducer. Figuur 4 toont de experimentopstelling voor deze watertank-gebaseerde karakterisering van een TUS-transducer.

  1. Vul een watertank met ontgasst, gedeïoniseerd water om mogelijke schade aan de hydrofoon te voorkomen.
  2. Bevestig de ultrageluidstransducer op het armatuur van de watertank en monteer de hydrofoon op het 3-assige positioneringssysteem.
  3. Sluit de hydrofoon aan op een oscilloscoop en schakel de stroom van de hydrofoon pas aan nadat deze volledig in water is ondergedompeld.
  4. Stuur de transducer aan met een functiegenerator en een radiofrequentieversterker, pas nadat de transducer volledig in water is ondergedompeld en de hydrofoon is ingeschakeld.
    OPMERKING: Zorg ervoor dat de ingangsgolfvorm voor elke puls minstens 5 cycli bevat (d.w.z. PRI en PTI) om de uitgang van de transducer te stabiliseren.
  5. Positioneer de hydrofoontip op het visueel gedefinieerde benaderde focale gebied van de ultrageluidstransducer met behulp van een 3-assig positioneringssysteem, scan de hydrofoon over de watertank op locaties met mogelijke primaire drukuitgang, registreer oscilloscoopmetingen op elke locatie om de akoestische drukverdeling te verkrijgen, en noteer de hydrofoonlocatie waar het focale gebied zich bevindt.
    OPMERKING: Bereken de akoestische drukken met behulp van de gevoeligheid van de hydrofoon (d.w.z. mV/MPa) en de oscilloscop-uitlezing van het door de hydrofoon opgenomen elektrische signaal.
  6. Beoordeel de transmissiegevoeligheid van de ultrageluidstransducer (d.w.z. drukuitgang van de transducer over piek-tot-piek amplitude van de ingangsspanning, kPa/VPP) op het brandpunt door verschillende ingangsspanningen toe te passen.
  7. Bevestig dat de transducergevoeligheid (kPa/VPP) van de transducer, de brandpuntsdiepte van de transducer (mm) en de -6 dB bundelbreedte van de ultrasone bundel (mm) allemaal worden verzameld als de karakterisering van de transducer wordt uitbesteed aan een samenwerkend laboratorium met de juiste expertise. De focale diepte definieert de maximale penetratiediepte waarop de potentieel therapeutische energie effectief aan het beoogde hersengebied kan worden geleverd. De -6 dB bundelbreedte van het echografieveld geeft de laterale omvang van het focale gebied aan, waarmee het effectieve behandelvolume binnen het hersenweefsel wordt afgebakend.

3. Simulatie-gebaseerde TUS-targeting (aanbevolen en deelnemers scan vereist)

OPMERKING: Simulatie-gebaseerde TUS-targeting vereist een vooraf bepaalde intracraniële locatie om gestimuleerd te worden. Dergelijke doelselectie is studie-specifiek, en veelgebruikte methoden zijn onder meer anatomische benaderingen gebaseerd op MRI-atlassen en functionele benaderingen geleid door individuele functionele MRI-activatiegegevens7, evenals connectivity-geïnformeerde targeting19. Selecteer een studie- en hypothese-geschikte methode en volg de relevante literatuur 7,19 om het intracraniële doel te bepalen. Volg vervolgens de onderstaande stappen om de TUS-transducer te plaatsen voor het stimuleren van het intracraniële doelwit.

  1. Reconstrueer een gesegmenteerd kopmodel uit de MRI - voorbeeldimplementatie: Installeer de elektrische veld (e-veld) simulatiesoftware (zie Materiaaltabel) als deze nog niet is geïnstalleerd, en open een terminal in de map van de structurele MRI-scan van de deelnemer. Voer de CHARM-pijplijn van de e-field software20 uit door charm ParticipantID ./ParticipantID_T1.nii.gz in te typen en op Enter/return op het toetsenbord te drukken. Als er een T2 beschikbaar is, kan charm ParticipantID ./ParticipantID_T1.nii.gz ./ParticipantID_T2.nii.gz in plaats daarvan worden uitgevoerd. Let op de ruimtes en punten in de bovenstaande commando's. Afhankelijk van het type terminal kan de voorwaartse slash (/) vervangen moeten worden door een achterwaartse slash (\).
  2. Controleer segmentatieresultaten, vooral voor de laesie (indien aanwezig) en de schedel - voorbeeldimplementatie: Controleer de segmentatieresultaten van CHARM door de charm_report.html in de m2m_ParticipantID map te openen en op de viewer te klikken om door slices te gaan. Controleer vooral de contouren van corticale en trabeculaire botten, de hersenen (grijze en witte stoffen) en de hoofdhuid, aangezien de downstream TUS-targetingsoftware21 (zie Table of Materials) deze voornamelijk gebruikt. Volg de handleiding van de e-field software om het hoofdmodel handmatig te bewerken als de segmentatie onbevredigend is.
    OPMERKING: Voor deelnemers met een laesie zoals een beroerte, maakt de e-field software een aangepaste afbakening van een laesie mogelijk en daarmee een aangepaste segmentatietoewijzing. De TUS-targetingsoftware is echter vanaf versie 0.4.3 nog niet in staat geweest om aangepaste segmenten van de e-field software te herkennen. Daarom volstaat het bij aanwezigheid van een laesie alleen om te bevestigen dat de contouren van de genoemde weefseltypen correct zijn en niet door de laesie worden beïnvloed.
  3. Instellen voor intracraniële doeldefinitie - voorbeeldimplementatie: Hit New SimNIBS Project... in de neuronavigatiesoftware (zie Table of Materials) en selecteer het .msh-bestand in de m2m-map.
    OPMERKING: Versie 2.5.9 van de neuronavigatiesoftware werd gebruikt om deze en de volgende stappen te beschrijven, maar deze stappen zijn toepasbaar op versies van 2.5.9 tot 2.5.3.
  4. Setup voor fysieke hoofd-MRI-registratie - voorbeeldimplementatie: Klik op Configure Landmarks... Plaats onder het tabblad Landmarks herkenningspunten op het puntje van de neus, de nasion en de linker/rechter supratragische inkeping, en sla vervolgens het projectbestand op.
    OPMERKING: Herkenningspunten voor deze stap moeten zijn waar de huid tijdens de MRI niet wordt samengedrukt of uitgerekt. Kies naar wens andere herkenningspunten dan de bovenstaande, afhankelijk van de MRI-opname van hun deelnemers.
  5. Definieer een intracraniaal doel en laad het in een TUS-targetingsoftware - voorbeeldimplementatie: Druk op Doelen configureren... onder het tabblad Doelen en haal Scalp & Targets, Inline & Targets en Inline 90 & Targets om te bekijken. Klik met de linkermuisknop op de beoogde TUS-focus in de hersenen, projecteer een offset-cursor op de hoofdhuid met de Crosshairs Offset-slider rechtsonder, schuif de AP-schuif rechts om de afstand tussen hoofdhuid en doelwit in Inline & Targets te minimaliseren, en schuif vervolgens de Lat-schuif totdat de virtuele transducer tangentieel is aan de hoofdhuid in Inline 90 & Targets. Selecteer in het keuzemenu Nieuw... (linksboven in het venster) Trajectoire om deze plaatsing op te slaan. Linkonder in het venster schakel je fUS, selecteer je een resultatenmap en klik je op Compute Simulation om de TUS-targetingsoftware aan te roepen.
    OPMERKING: Controleer zorgvuldig of er anatomische sinus- of luchtgevulde holte is langs het traject dat in deze stap is ontstaan. Zo ja, kies dan de volgende beste baan om de sinus/holte te vermijden.
  6. Initialiseer de TUS-targetingsoftware - voorbeeldimplementatie: Bevestig dat de automatisch ingevulde vermeldingen in de TUS-targetingsoftware onder Imaging-invoer correct zijn, behalve voor het thermisch profiel, selecteer de transducer die gebruikt zal worden ("Single" betekent single-element transducer) en, als er meer dan één computing-backends beschikbaar zijn, selecteer de gewenste computing-backend. Klik vervolgens op Select Thermal Profile ... om het juiste .yaml-bestand te laden dat het temporele patroon van het TUS-aandrijfsignaal beschrijft. Raadpleeg de documentatie van de TUS-targetingsoftware voor de constructie van dit .yaml-bestand. Als voorbeeld zou het .yaml-bestand voor het TUS-temporele patroon in Huang et al., 20252 zijn:
    BaseIsppa: 8,0 # W/cm2
    AllDC_PRF_Duration: #All combinaties van timing die worden meegenomen
    - DC: 0,2
    PRF: 1000,0 #Hz
    Duur: 0,5 #s
    DuurUit: 1,0 #s
    Herhalingen: 480
    OPMERKING: Dit voorbeeld is uitsluitend ter illustratie. 480 herhalingen zouden te overdreven zijn voor de TUS-targetingsoftware om te berekenen. Dit .yaml-bestand beïnvloedt alleen de thermische simulatie van de TUS-targetingsoftware en beïnvloedt niet de akoestische simulatie, terwijl de akoestische simulatie het enige onderdeel is waarop TUS-targeting is gebaseerd. Voor een lange TUS gebruik je de TUS targetingsoftware voor targeting en niet voor thermische simulatie. Gebruik de open-source akoestische simulatiesoftware (zie Materiaaltabel) voor thermische simulaties van paradigma's met lange duur. Raadpleeg de documentatie om de temperatuurstijging, cumulatieve equivalente minuten bij 43 °C (CEM43) thermische dosis en thermische index te schatten, zodat de geselecteerde parameters voldoen aan de richtlijnen van Food and Drug Administration22 en ITRUSST biophysical safety18 .
  7. Verkrijg weefselmaskers en invoerparameters voor akoestische simulatie - voorbeeldimplementatie: Druk op DOORGAAN om bij stap 1 te komen - Bereken masker en selecteer de juiste Amerikaanse frequentie (kHz) (d.w.z. de grondfrequentie van de transducer) en de gewenste PPW (d.w.z. punten per golflengte). 9 PPW zorgt voor stabiele en nauwkeurige resultaten, maar brengt een zwaardere rekenlast met zich mee, en de standaard 6 PPW is het minimum van de TUS-targetingsoftware dat snelle berekeningen, stabiliteit en nauwkeurigheid in balans brengt. Klik op Bereken planningsmasker. Na afloop van de berekening inspecteer je het uitvoermasker om te verzekeren dat de hoofdhuid, het bot en de hersenen met de gewenste nauwkeurigheid zijn gelabeld.
  8. Voer de karakterisering van de transducer in en voer de TUS-targeting uit - voorbeeldimplementatie: Druk op stap 2 - AC Sim. Als Single is geselecteerd bij stap 3.6, voer dan brandpuntsafstand (mm) en diameter (mm) van de transducer in, voer de afstand tussen scalp en het uitgangsvlak van de transducer in (vanwege koppelingsmedia zoals spread gel of gel pad) op de Distance Tx outplane naar skin (mm), en voer de maximale diepte voorbij het doel (mm) in. Deze diepte is de ruimte voorbij het beoogde doel om in de simulatie op te nemen. De standaard 40 mm is in de meeste gevallen voldoende, maar als het beoogde doel boven het botweefsel ligt, zorgt het vergroten van deze diepte ervoor dat de resulterende reflectie wordt meegenomen. Na bovenstaande invoer klik je op Velden berekenen, wacht tot de berekening klaar is, kies je voor Mechanische aanpassingen Berekenen, en dan opnieuw op Velden berekenen . Inspecteer de resulterende TUS-focus ten opzichte van het beoogde doel met behulp van de twee horizontale schuifbalken. Als de focus niet acceptabel dicht bij het doel ligt, herhaal dan de mechanische aanpassing en bereken de veldactie tot een acceptabele focus-doel-afstand (Figuur 5A).
    OPMERKING: Raadpleeg de documentatie van de TUS-targetingsoftware voor transducertypes anders dan Single.
  9. Sla het computationeel geoptimaliseerde TUS-doel op – voorbeeldimplementatie: Sluit de TUS-targetingsoftware om terug te keren naar de neuronavigatiesoftware. Let op dat er een nieuwe target Trajectory X-mod is toegevoegd, waarbij Trajectory X de naam is die wordt gegeven aan de traject die in Stap 3.5 is aangemaakt. Dit is het doel voor de plaatsing van transducers tijdens TUS. Sluit het Doelen-venster en sla het huidige projectbestand op.
  10. OPMERKING: Stappen 3.1 - 3.9 moeten worden voltooid voordat de deelnemer voor TUS komt.

4. Niet-simulatie-gebaseerde TUS-targeting (participatie-scan optioneel, toepasbaar op domeinen met leesbare TMS-uitkomsten)

  1. Initialiseer neurogenavigeerd TMS - voorbeeldimplementatie: Klik op Nieuw leeg project en klik hier om een anatomische dataset te kiezen om deelnemende MRI te selecteren in de neuronavigatiesoftware. Ga naar het nieuwe MNI Head Project als de structurele MRI van de deelnemer niet beschikbaar is.
    OPMERKING: Gebruik een neuronavigatiesysteem of -software naar keuze. Dit protocol gebruikt een neuronavigatiesoftware in versie 2.5.9 (zie Materiaaltabel) om representatieve procedures te illustreren.
  2. Sla deze stap over als je geen deelnemer-MRI gebruikt. Reconstrueren de hersenen en hoofdhuid vanuit een deelnemende MRI - voorbeeldimplementatie: Ga naar het tabblad Reconstructies als je een deelnemende MRI gebruikt, dan Nieuwe Reconstructie... Dropdownmenu, selecteer Skin en druk op de Compute Skin-knop in het geopende venster om de hoofdhuid te reconstrueren. Sluit het skinvenster, Nieuwe Reconstructie... keuzemenu, selecteer Volledig Hersenkromming, stel Slice-afstand in op 0,5 mm in het geopende venster, en klik op Bereken Curvilineair. Nadat de hersenen zijn gereconstrueerd, pas je de Peel-diepte-schuifbalk aan totdat de gereconstrueerde hersenen direct aan het buitenoppervlak van de cortex liggen, en sluit je het kromlineaire hersenvenster.
  3. Sla deze stap over als je geen MRI gebruikt. Instellen voor fysieke hoofd-MRI-registratie - voorbeeldimplementatie: Ga naar het tabblad Landmarks als je een MRI gebruikt, vervolgens Configureer Landmarks..., en plaats landmarks op de nasion en links/rechts supratragische inkeping door met één linkermuisknop op de gereconstrueerde hoofdhuid te klikken en linksboven op Nieuw te klikken. Bevestig de plaatsing van het monument door het vizier te bekijken in de drie MRI-opnames. Pas het vizier(s) aan om de plaatsing van het herkenningspunt fijn af te stellen, indien nodig. Sluit het registratievenster als je tevreden bent en sla het projectbestand op.
    OPMERKING: Stappen 4.1 - 4.3 moeten worden voltooid voordat de deelnemer voor TUS komt. Kies herkenningspunten anders dan de nasion en de links/rechts supratragische inspringingen indien nodig. Goede herkenningspunten zijn waar de huid niet wordt samengedrukt/gespannen tijdens een MRI-opname.
  4. Sla deze stap over als TUS gebruikt moet worden voor het visuele domein. Bereid je voor op elektromyogram (EMG) opname - voorbeeldimplementatie: Identificeer de spier die vertegenwoordigd is bij het beoogde TUS-doel, maak de huid boven de spier van belang schoon met alcoholdoekjes, scheer indien nodig en toegestaan, en breng EMG-elektroden aan op de buik en pees van de spier. Breng een andere elektrode aan op een aangrenzend benige gebied als referentie.
    OPMERKING: Wees voorzichtig tijdens de huidvoorbereiding voor deelnemers die bloedverdunners gebruiken.
  5. Initialiseer neuronavigated TMS - voorbeeldimplementatie: Ga naar het tabblad Sessies in de neuronavigatiesoftware, dan Nieuw... dropdownmenu, Online Sessie om een nieuw sessievenster te openen. In dit sessievenster ga je naar het IOBox-tabblad , onder TTL Trigger-opties, controleer je het juiste kanaal/schakelaar dat het triggersignaal van de TMS-stimulator ontvangt, en zorg je dat de Dode tijd: is ingesteld op 0 ms.
  6. Sla deze stap over als TUS gebruikt moet worden voor het visuele domein. Stel geïntegreerde neuronavigatie-EMG op - voorbeeldimplementatie: Voor het motorische domein, als je de EMG van het neuronavigatiesysteem gebruikt, controleer dan het juiste Acquire EMG-kanaal en voer een Trial in: tijd die voldoende is om EMG's van de geïnteresseerde spier vast te leggen.
  7. Bereid de deelnemer voor op neuronavigatie - voorbeeld van implementatie: Bevestig de proefpersoonstracker aan de deelnemer en zorg voor stabiliteit. Ga naar het Polaris-tabblad in de neuronavigatiesoftware en plaats de camera/deelnemer zo dat het groene stipje (de deelnemer) ongeveer in het midden van de drie cyaan-vakken (kijkafstand van de camera) staat.
  8. Voer fysieke hoofd-MRI-registratie uit - voorbeeldimplementatie: Ga naar het tabblad Registratie , klik met één linkermuisknop op een herkenningspunt, plaats de aanwijzer van het neuronavigatiesysteem stabiel op het betreffende herkenningspunt van de deelnemer terwijl je ervoor zorgt dat zowel de aanwijzer als de onderwerptracker zichtbaar zijn voor de camera, en klik op Voorbeeld & Ga naar Volgend Herkenningspunt. Herhaal totdat alle herkenningspunten zijn bemonsterd.
  9. Sla deze stap over als je een deelnemende MRI gebruikt. Schaalsjabloon-MRI naar het fysieke deelnemerhoofd - voorbeeldimplementatie: Als je niet de MRI van een deelnemer gebruikt, ga dan naar het tabblad Schaal, plaats de aanwijzer stabiel op het hoofdpunt van de deelnemer en klik op Kenmerk Toevoegen aan Landmark. Herhaal voor het buitenste punt aan de linkerkant, rechterkant, voorkant en achterkant van het hoofd.
  10. Valideer de registratie van de deelnemer-MRI en update indien nodig - voorbeeldimplementatie: Ga naar het tabblad Validatie , schuif voorzichtig de aanwijzer op de hoofdhuid van de deelnemer rond het beoogde TUS/TMS-toegangspunt en controleer op de kruiskruisafstand <-> huidafstand , waarbij dichter bij nul beter is (< 1 mm kan als kwantitatieve operationele drempel worden gebruikt). Als de weergegeven afstand als onacceptabel wordt beschouwd, ga dan naar Registratie, Clear All en herhaal stappen 4.8 - 4.9 tot een acceptabele afstand.
  11. Stel het neuronavigatievenster in - voorbeeldimplementatie: Ga naar het tabblad Uitvoeren, open de weergaven Bullseye (Coil Centric), Curvilinear Brain & Samples en Skin & Samples , en stel de Driver: in op de juiste TMS-coil. Als je de EMG van het neuronavigatiesysteem gebruikt, haal dan ook de EMG en EMG Pod Recording naar boven.
    OPMERKING: Gebruik Bullseye (Target Centric) in plaats van Bullseye (Coil Centric) indien gewenst.
  12. Zoek naar een TMS-spiraal met responsen - voorbeeldimplementatie: Gebruik zowel de kromlijnige hersenen als de ongeveer positie op de hoofdhuid om initiële starts te verkrijgen, plaats de TMS-spiraal op verschillende locaties en oriëntaties op de hoofdhuid, en geef enkele TMS-pulsen met meer dan 10 seconden verschil23. Als er geen respons is over het gehele anatomisch redelijke gebied, verhoog dan de stimulatoroutput.
    OPMERKING: Zie Materiaaltabel voor de TMS-stimulator- en spoelmodellen en EMG-acquisitiehardware en -software. Als voorbeeld van de implementatie had de EMG-acquisitie een 5000 Hz EMG-sampleringssnelheid, 20 - 20000 Hz banddoorlaatfilter, 60 Hz notchfilter, 1000x versterking, handmatige artefactafwijzing, en gebruikte het MEP-detectiealgoritme beschreven in Soda et al., 202024.
  13. Gebruik een domeinspecifieke respons om een doel-TMS-spoelplaatsing te definiëren - voorbeeldimplementatie: Herhaal stap 4.12 totdat een respons wordt waargenomen, d.w.z. EMG met een uitgesproken piek-tot-piekamplitude voor het motorische domein (Figuur 6), en deelnemers melden een zeker zicht op fosfenen voor het visuele domein. Hit => Target en één keer met links klikken op dit monster in de lijst Targets to sample: om deze coil-locatie en plaatsing tot een doel te maken.
  14. Verkrijg extra herhalingen bij het initiële TMS-doel - voorbeeldimplementatie: Geef 2 - 3 extra pulsen terwijl je op dit doel uitlijnt door de spoel zo te plaatsen dat de drie metrieken die in de Bullseye (spoelcentric) of de Bullseye (doelgericht ) weergave zo dicht mogelijk bij nul liggen. Noteer de resulterende reacties.
  15. Controleer op responsen op posities naast het initiële TMS-doel - voorbeeldimplementatie: Beweeg de spoel ~7 mm van dit doel in het eerste kwadrant in het Bullseye (spoelcentrieken) / Bullseye (doelgericht) perspectief, bevestig de spoel op deze nieuwe locatie en oriëntatie, geef ~3 pulsen en noteer de resulterende reacties. Herhaal dit voor de andere drie kwadranten. Als een niet-centrale coil-opstelling een sterkere gemiddelde respons gaf dan de center, maak dan de betreffende sample een target door er één keer met de linkermuisknop op te klikken in de Recorded samples: list, => Target, en één keer met de linkermuisknop op deze sample in de Targets to sample: lijst.
  16. Herhaal stappen 4.14 en 4.15 totdat een centrum de sterkste gemiddelde respons heeft van het centrum en zijn vier kwadranten. De betreffende steekproef van dit centrum zal de doelsteekproef zijn voor TUS. Noteer dit voorbeeldnummer en sla het projectbestand op.

5. TUS-opstellingen

  1. Verbind TUS-hardware en start oscilloscoopopname - voorbeeldimplementatie: Verbind de functiegeneratoren, versterker en de oscilloscoop zoals geïllustreerd in (Figuur 7A). Zet de oscilloscop aan, zet hem op de Run-modus en pas de verticale en horizontale assen aan op de schaal van interesse.
    OPMERKING: Het is niet altijd noodzakelijk om twee functiegeneratoren te hebben. Geselecteerde modellen van functiegeneratoren kunnen golfvormen produceren met meer dan één niveau van frequentieregeling. Ook komt de hardware die in dit protocol wordt gebruikt al overeen met elektrische impedanties. Weerstand(en) moeten in serie worden aangesloten tussen de versterker en de oscilloscoop wanneer de elektrische impedantie niet gegeven is.
  2. Start en controleer het aandrijfsignaal, en start dan (voor niet-turnkey systemen) de stroomuitvoer - voorbeeldimplementatie: Zet de MAIN POWER-schakelaar van de versterker van O naar I. Stel het uitgangsvermogen van de versterker op nul en configureer vervolgens de functiegeneratoren naar de golfvorm van keuze, zodat er wordt gegarandeerd dat ramping wordt toegevoegd aan het begin en einde van elke PD. Na het controleren van de instellingen van beide functiegeneratoren, druk je op Output op de bovenste generator, vervolgens op Output op de onderste generator, en stel je vervolgens het uitgangsvermogen van de versterker in op 100% door aan het ADJUST-wiel te draaien en de weergegeven Gain:-waarde te controleren, en vervolgens op de POWER-knop van de versterker te drukken om de uitgang te starten (Figuur 7B).
  3. Controleer de golfvorm van het aandrijfsignaal en laat de systeemuitgang stabiliseren - voorbeeldimplementatie: Bevestig dat de golfvorm die op de oscilloscoop wordt waargenomen zoals gewenst is en laat het aandrijfsysteem 15 minuten draaien (empirisch verkregen criterium voor hardware gespecificeerd in de Materiaaltabel) om een stabiele output te garanderen (Figuur 7C).
    OPMERKING: Het stabiliseren van de versterkeruitgang heeft geen verband met spanningsfluctuaties. Het zorgt ervoor dat de spanning binnen het gewenste bereik kan zakken, bijvoorbeeld dat de VPP met 10-20% afneemt ten opzichte van de beginwaarde en op dat niveau blijft, met de versterker in dit protocol (zie Materiaaltabel). Verschillende aandrijfsystemen hebben verschillende VPP afname/verhoging en verschillende duurden om een stabiele output te garanderen. Bepaal empirisch het systeemspecifieke gedrag en de duur die nodig zijn voor stabiele output voordat de eerste deelnemer aan het onderzoek wordt toegevoegd.
  4. Valideer de op opbouw gebaseerde mitigatie voor auditieve effecten. Controleer de golfvorm van het aandrijfsignaal aan het begin en einde van elke PD op ramping. Draai (of verlaag stapsgewijs) de uitgang van de versterker naar nul, dompel de transducer volledig onder in water met het uitgangsvlak (d.w.z. stimulatiezijde) ~2,5 cm onder het wateroppervlak en naar boven gericht, en draai dan de uitgang van de versterker (of verhoog stapsgewijs) tot 100%. Onsuccesvolle uitvoering van ramping zorgt ervoor dat waterdruppels uit het wateroppervlak worden geworpen, wat op een fontein lijkt, terwijl succesvol rampen rimpelingen op het wateroppervlak veroorzaakt zonder dat de kralen het verlaten.
  5. Kalibreer de TUS-transducer voor neuronavigatie - voorbeeldimplementatie: Bevestig een neuronavigatie-tooltracker op de houder van de transducer. In de neuronavigatiesoftware, onder Window, Tool Calibrations, klik je op Nieuwe Kalibratie om een nieuwe kalibratie voor de TUS-transducer te maken. Voer een naam in na Calibratienaam: en selecteer de juiste tool tracker bij Tool tracker:. Houd de transducer gemonteerd met de tool tracker tegen het kalibratieblok, met de referentie-indicatorpin van het blok loodrecht op het midden van het uitgangsvlak van de transducer, druk op Begin Kalibratie-aftelling, blijf 5 seconden stil en bevestig dat de neuronavigatiesoftware Succes geeft. Zo niet, herhaal dan deze laatste actie totdat Succes wordt gezien. Na voltooiing sluit je de vensters Calibratie Bewerken en Gereedschapskalibratie.
    OPMERKING: Voor latere toepassingen vervang de actie Nieuwe Kalibratie door één enkele linkermuisklik op de betreffende kalibratie onder de lijst Bestaande Gereedschapkalibratie en klik op Herkalibreren.
  6. TUS-opstellingen beëindigen - voorbeeldimplementatie: Druk op de POWER-knop van de versterker (niet op de MAIN POWER-schakelaar ) om de uitgang uit te schakelen wanneer de deelnemer klaar is voor TUS, koppel de oscilloscoop los van de versterker en sluit de transducer aan op de versterkeruitgang.

6. Beheer van TUS

  1. Sla deze stap over als je het niet-simulatie-gebaseerde doel gebruikt. Laad simulatie-gebaseerd TUS-doel naar neuronavigatie en voer deelnemer-MRI-registratie uit (Stappen 4.7-4.10) - voorbeeldimplementatie: Ga naar het tabblad Sessies in de neuronavigatiesoftware als je het simulatiedoelwit gebruikt en de deelnemer is klaar voor TUS, Nieuw... dropdownmenu en Online Sessie om een nieuw sessievenster te openen. Daar, onder het tabblad Doelen , klik je met één linkermuisknop op het Ziel van Trajectory X-mod en druk je op Add => om het als doel voor deze sessie te maken. Voer vervolgens precies Stappen 4.7-4.10 uit en ga vervolgens naar het tabblad Uitvoeren .
  2. Stel neuronavigatie in voor TUS-beheer - voorbeeldimplementatie: Open ten minste de Bullseye (Coil Centric) of Bullseye (Target Centric) weergave in het Performe-venster , stel de Driver: in op de juiste TUS-transducer en selecteer het juiste doel in de Targets to sample: lijst linksboven.
  3. Bereid de hoofdhuid van de deelnemer voor op TUS-koppeling - voorbeeldimplementatie: Kam het haar zo veel mogelijk weg, waarbij de hoofdhuid blootgesteld wordt op de ongeveer locatie voor de TUS-transducer, en creëer een voor-posterior scheidingslijn door dit te doen. Breng ontgassde ultrageluidsgel aan langs deze scheidingslijn, druk met de vinger naar buiten langs de natuurlijke haarrichting om luchtbellen te laten barsten en het haar te verzadigen. Afhankelijk van de grootte van de transducer maak je 1-3 extra scheidingslijn(en) op ~1,5 cm afstand aan elke kant van de oorspronkelijke scheidingslijn en herhaal je bovenstaande handelingen. Ga vervolgens terug naar de beginlijn en herhaal bovenstaande handelingen vier keer.
    OPMERKING: Deze stap voldoet aan de ITRUSST praktische aanbeveling7.
  4. Koppel de TUS-transducer aan de deelnemer - voorbeeldimplementatie: Bind de TUS-transducer op het deelnemerhoofd en lijn de transducer uit op het doel door de plaatsing zo aan te passen dat de drie metrieken die in Bullseye (Coil Centric) of Bullseye (Target Centric) worden weergegeven, zo dicht mogelijk bij nul liggen, terwijl afstandsdeviaties 1,5 mm < en kantelafwijkingen (pitch + roll) < 2 graden, en rotatiedeviaties (YAW) < 1 graad kunnen worden gebruikt als kwantitatieve operationele criteria. Als je tevreden bent met de plaatsing van de transducer, draai je de band iets strakker. Zorg dat de deelnemer comfortabel zit en niet gewurgd raakt.
  5. (Optioneel maar aanbevolen) Steek een thermokoppeldraad tussen de transducer en de hoofdhuid als online veiligheidsbeoordeling gewenst is. Breng het in de ultrageluidsgel en bij voorkeur dicht bij de hoofdhuid en niet bij het oppervlak van de transducer. Breng het naar één rand van de transducer en niet door het midden, zodat de echosone golf slechts minimaal wordt beïnvloed tijdens het monitoren van de topische hoofdhuidtemperatuur. Plak thermokoppeldraad op de kop om hem op zijn plaats te houden voor het geval de kop beweegt. Gebruik papiertape voor een balans tussen het gemak van verwijderen en het plakken.
  6. Start TUS en registreer de eerste plaatsing van de transducer - voorbeeldimplementatie: Druk op de POWER-knop van de versterker om de uitgang en dus de TUS aan te zetten. Tegelijkertijd druk je op de knop 'Sample Now ' linksonder in het venster van de neuronavigatiesoftware om de eerste plaatsing van de transducer vast te leggen.
  7. Registreer de plaatsing van de transducer door de hele TUS en pas aan waar nodig - voorbeeldimplementatie: Druk nu op Sample tijdens TUS naar wens om de plaatsing van de transducer vast te leggen. Houd de drie metrics in Bullseye (Coil Centric) of Bullseye (Target Centric) nauwlettend in de gaten. Pas de plaatsing van de transducer aan als deze afwijkt van het doel, wat blijkt uit de drie metrieken die verder van nul af bewegen (Figuur 8).
  8. Houd de hoofdhuidtemperatuur in de gaten als een thermokoppel wordt gebruikt en grijp in als de thermokoppelmeting 43,3 °C (110 °F) nadert of als de deelnemer een overmatige warmtesensatie meldt.
    OPMERKING: Deze hoofdhuiddrempel van 43,3 °C is bedoeld om ≥2nd-graad hoofdbrandwonden te voorkomen. De intracraniële thermische dosislimieten worden behandeld door de ITRUSST veiligheidsrichtlijnen18, waarin wordt gesteld dat thermische effecten door ITRUSST als veilig worden beschouwd als een van de drie wordt voldaan: intracraniële temperatuurstijging ≤ 2 °C op elk moment, thermische dosis ≤ 0,25 CEM43, of maximale blootstellingstijd afhankelijk van het niveau van de thermische index (TI, 40 min voor 2,0 < TI ≤ 2,5, en 10 minuten voor 2,5 < TI ≤ 3,0). Bekijk de ITRUSST-veiligheidsrichtlijnen voor intracraniële thermische berekeningen. TI betekent meestal craniale TI (TIC) voor de meeste TUS-opstellingen18, maar TI voor zacht weefsel (TIS) en bot bij focus (TIB) worden ook gedefinieerd. Bepaal of TIC, TIS of TIB het beste overeenkomt met het scenario.

7. Afronding van TUS

  1. Beëindig TUS, controleer het welzijn van de deelnemer en maak de hoofdhuid van de deelnemer schoon - voorbeeldimplementatie: Druk op de POWER-knop van de versterker om de uitgang uit te schakelen en daarmee de TUS. Verwijder de transducer en alle on-head apparatuur/opstellingen, inspecteer de hoofdhuid op roodheid en ondervraag de deelnemer op ongemak of bijwerking. Nadat je zeker bent dat er geen ongemak of incident is, of na het beantwoorden/oplossen van de opgeworpen vragen, veeg je voorzichtig af om de echogel zo veel mogelijk schoon te maken.
  2. Beëindig en exporteer gegevens van neuronavigatie - voorbeeldimplementatie: Druk op Voltooien in het neuronavigatievenster en sla het project op via Bestand en Opgeslagen Project. Selecteer de huidige sessie uit de Sessies: lijst, klik op Review, selecteer Brainsight tekstbestand (.txt) in het Exporteren... dropdownmenu linksonder in het geopende venster, zorg dat Oriëntatie (3 richtingsvectoren) is geselecteerd en Snap op: het dropdownmenu is Niets, configureer andere instellingen zoals gewenst en klik op Opslaan om de opgenomen TUS-locatie en oriëntatie tijdens stimulatie te exporteren.
    OPMERKING: Het is niet nodig om ervoor te zorgen dat er geen spaties in elke samplenaam staan, maar het is een goede praktijk.

8. Offline veiligheidsbeoordeling (optioneel maar aanbevolen)

  1. Verkrijg driedimensionale T1-magnetisatievoorbereide rapid acquisition gradient-echo (MPRAGE) en een diffusion tensor imaging (DTI) sequentie op het minimum. T2-gewogen vloeistofverzwakte inversieherstel (FLAIR) beelden met dezelfde resolutie als de T1 MPRAGE zijn optioneel maar waardevol, vooral voor slag. Haal pre- en post-TUS.
    OPMERKING: Kies neuroimagingparameters en scanner naar wens, dit protocol heeft T1 MPRAGE: 1 mm isotrope ruimtelijke resolutie, 2400 ms TR, 3 ms TE en 900 ms TI; FLAIR: 1 mm isotrope ruimtelijke resolutie, 5000 ms TR, 90 ms TE en 1806 ms TI; en DTI: dubbele spin-echo, echo-planaire beeldverwervingen, 2 mm isotrope ruimtelijke resolutie, b-factor = 1000 s/mm2, en 2,5 mm sneeddikte. Zie de Materiaaltabel voor de gebruikte scanner.
  2. Converteer raw-afbeeldingen naar NIFTI (d.w.z. .nii-formaat), als dat niet standaard is, met een methode naar keuze. Zie de Materiaaltabel voor voorbeeldmethoden.
  3. Haal het 4D DTI-beeld apart en verkrijg een hersenmasker - voorbeeldimplementatie: Installeer de DTI-verwerkingssoftware26 als die nog niet is geïnstalleerd (zie de Materiaaltabel), voer fslsplit uit op de 4D diffusion NIFTI en voer bet uit op het resulterende vol0000-bestand voor een hersenmasker27.
  4. Corrigeren voor door wervelstroom veroorzaakte vervormingen in het DTI-beeld - voorbeeldimplementatie: Maak een index.txt bestand aan met een enkele rij van N 1's en een enkele ruimte ertussen (bijvoorbeeld voor N = 5, index.txt zou alleen bevatten: 1 1 1 1 1) waarbij N het aantal waarden in het bval-bestand is, en voer eddy28 uit met --imain, --mask, --bvecs, --bvals, --index, --acqp, --data_is_shelled, --repol, en --out opties, waarbij het indextekstbestand de invoer is voor --index, en een enkele rij met ruimte-afgebakend tekstbestand met 0, 1, 0, 0.08 (d.w.z. 0 1 0 0.08) de invoer is voor --acqp.
  5. Sla deze stap over voor neurotypische volwassenen. Definieer de laesie voor een laeesmasker - voorbeeldimplementatie: Gebruik een laesiesegmentatietool naar keuze of teken handmatig op FLAIR een masker van de laesie als je een cohort met laesie bestudeert, gebruik T1 als FALIR niet beschikbaar is, en sla het masker op als een NIFTI.
  6. Segmenteer de anatomische MRI-beelden - voorbeeldimplementatie: Installeer de MRI-verwerkingssoftware (zie Materiaaltabel) als deze nog niet is geïnstalleerd, voer spm fmri uit in het programmeerplatform (zie Materiaaltabel) commandovenster, druk op de Segment-knop , SPM-dropdownmenu , Tools, Klinisch en MR segment-normaliseren om het segmentatievenster te openen. Voer T1 in bij Anatomie, laesiemasker bij Laeesiekaarten (laat leeg als neurotypisch), FLAIR aan pathologische scans, en druk op de groene driehoek om de segmentatie29 te starten.
  7. Pas een diffusietensormodel aan op het eddy-gecorrigeerde DTI-beeld voor een scalair DTI-map - voorbeeldimplementatie: Voer dtifit30 uit met de --data, --out, --mask, --bvecs, --bvals en --verbose opties aan, waarbij de invoer naar --out in stap 8.4 (de eddy-stap) de invoer is van --data. Voer fslsplit uit op het 4D diffusiebeeld na dtifit om een nieuwe vol0000 te maken.
  8. Verkrijg de locatie en oriëntatie van een representatieve transducer tijdens TUS-beheer - voorbeeldimplementatie: Gebruik een aangepast script of gepubliceerde pipeline31 op het tekstbestand van de neuronavigatiesoftware (Stap 7.2), importeer deze representatie in de neuronavigatiesoftware via het tabblad Doelen , Nieuw... het dropdownmenu linksboven, en Importer uit het bestand... de representatie, klik er met één linkermuisknop op onder de Naamlijst , en druk op Go om te bevestigen dat het op een logische locatie en richting ligt.
    OPMERKING: Zorg ervoor dat dit neuronavigatiesoftwarebestand is gebaseerd op het pre-TUS MRI-beeld. Zorg ervoor dat de locatie en oriëntatie van de door de neuronavigatiesoftware afgeleide transducer coördinaten hebben in dezelfde ruimte als het MRI-beeld waarop de akoestische simulatie wordt uitgevoerd.
  9. Verkrijg een regio van interesse (ROI) voor TUS-gestimuleerd weefsel - voorbeeldimplementatie: Voer een akoestische simulatie uit door stappen 3.1 - 3.2 en 3.6 - 3.8 uit te voeren. Voer Bereken velden één keer uit tijdens stap 3.8.
  10. Lijn pre-TUS anatomische scans en weefselsegmentmaskers uit van stap 8.6 naar de pre-TUS, b0 scalair DTI-kaart (vanaf stap 8.7) - voorbeeldimplementatie: Gebruik de coregister-est&reselice van de MRI-verwerkingssoftware waarbij vol0000 de referentie is, pre-TUS T1 de bron, en de c1 tot c5-bestanden van stap 8.6 voor pre-TUS worden ingevoerd in andere beelden. Lijn post-TUS, dtifit-ed vol0000 uit op pre-TUS, dtifit-ed vol0000 met hetzelfde hulpmiddel (d.w.z. referentie = pre-TUS, dtifited vol0000 en bron = post-TUS, dtifit-ed vol0000), lijn dan post-TUS T1 uit en segmenteer maskers van stap 8.6 op een van de vol0000 op vergelijkbare wijze.
  11. Kruis de door TUS gestimuleerde ROI (stap 8.9) met de grijs- en witstofmaskers voor de uiteindelijke ROI voor ADC-lezing - voorbeeldimplementatie: Binariseer grijze stof- en witstofmaskers door fslmaths rc1_* -thr 0.5 -bin ID_GM.nii en fslmaths rc2_* -thr 0.5 -bin ID_WM.nii te combineren, combineer de resulterende maskers door fslmaths ID_GM.nii te gebruiken -add ID_WM.nii ID_WGM.nii, en verkrijg de doorsnede tussen dit gecombineerde masker en het gesimuleerde akoestische veld door fslmaths *_FullElasticSolution.nii.gz -mas ID_WGM.nii ID_roi_WGM.nii uit te voeren, waarbij *_FullElasticSolution.nii.gz de simulatie-uitgang is van stap 8.9.
  12. Leg het uiteindelijke ROI-masker (Stap 8.11) over en verkrijg pre- en post-TUS ADC's - voorbeeldimplementatie: Leg deze ID_roi_WGM.nii over de pre- en post-TUS dtifit-ed vol0000 in de MRI-viewer (zie Materiaaltabel), vervolgens Teken, Beschrijvend, noteer de waarde op MEDIAN, en verkrijg de post-vs-pre ADC-verandering door het (post-pre)/pre percentage te berekenen met behulp van de pre- en post-TUS medianen.

9. Beoordeling van CSE-variaties veroorzaakt door TUS

De stappen in deze sectie zijn modulair. Voer ze uit om CSE te beoordelen op de gewenste frequentie en tijdstippen ten opzichte van TUS. Kies de frequentie en tijdstippen op basis van de specifieke onderzoeksvraag. Zie Materiaaltabel voor de TMS-stimulator- en spoelmodellen en EMG-acquisitiehardware.

  1. Beoordeel CSE op de spier waarvan de corticale representatie TUS ontvangt en voer Stap 4.4 uit op deze spier zodat EMG-elektroden kunnen worden voorbereid.
  2. Voer stappen 4.5-4.11 uit om neuronavigatie voor te bereiden.
  3. Bepaal de TMS-coil-opstelling (plaatsing en oriëntatie) die de spier van interesse, oftewel de hotspot, het beste stimuleert.
    1. Gebruik de TMS-hotspot die wordt verkregen tijdens niet-simulatiegebaseerde TUS-targeting als de TUS-targeting niet simulatiegebaseerd is - voorbeeldimplementatie: in de neuronavigatiesoftware, in de onderstaande lijst Targets to sample:, klik met één linkermuisknop op het monster dat de sterkste EMG-respons gaf om het een neuronavigatiedoel te maken.
      OPMERKING: Zie Materiaaltabel voor de TMS-stimulator- en spoelmodellen en EMG-acquisitiehardware en -software. Als voorbeeld van de implementatie had de EMG-acquisitie een 5000 Hz EMG-sampleringssnelheid, 20 - 20000 Hz banddoorlaatfilter, 60 Hz notchfilter, 1000x versterking, handmatige artefactafwijzing, en gebruikte het MEP-detectiealgoritme beschreven in Soda et al., 202024.
    2. Als de TUS-targeting simulatiegebaseerd is, voer dan stappen 4.12 - 4.16 uit om de hotspot te identificeren.
  4. Bepaal de 1 mV motordrempel (MT1mV) - voorbeeldimplementatie: Plaats de TMS-spoel uitlijnend met de hierboven verkregen hotspot door de drie metrieken in het bullseye-venster te minimaliseren (afstandsdeviaties < 1,5 mm, kantelafwijkingen (pitch + roll) < 2 graden en rotatiedeviaties (yaw) < 1 graad), bepaal de TMS-stimulatoroutput die nodig is om 1 mV MEP's op te wekken, d.w.z. MT1mV, met een algoritme naar keuze (bijv. PEST32). Als 1 mV MEP niet haalbaar is bij 100% maximale stimulatoroutput (MSO), bepaal dan het percentage MSO dat nodig is voor 0,05 mV MEP's.
    OPMERKING: Het percentage MSO dat nodig is voor 0,05 mV MEP's is niet MT1mV (zie Stap 9,5). Ook hoeft deze MT1mV-stap bij het meermaals uitvoeren van deze sectie alleen in de eerste keer bepaald te worden, tenzij MT1mV zelf wordt gekozen als globale maat voor CSE.
  5. Geef 20 enkele TMS-pulsen op MT1mV met een interval tussen de pulsen > 10 s23.
    OPMERKING: Als MT1mV niet haalbaar is maarMT 0,05mV wel, gebruik dan 100% MSO. Als zowel MT1 mV als MT0,05 mV niet haalbaar zijn, komt deze deelnemer niet in aanmerking voor deze CSE-beoordeling.

10. Beoordeling van MSL-variaties veroorzaakt door TUS

OPMERKING: De stappen in deze sectie zijn modulair. Voer ze uit om MSL te beoordelen op de gewenste frequentie en tijdstippen ten opzichte van TUS. Kies de frequentie en tijdstippen op basis van de specifieke onderzoeksvraag.

  1. Gebruik de software/taal van keuze (zie Materiaaltabel voor voorbeelden) om een discrete productieopdracht te bouwen waarbij een fysiek toetsenbord met vijf knoppen voor een computerscherm wordt geplaatst dat vijf horizontaal gelijk ver verwijderde, 2 cm x 2 cm loze vakken toont, uitgelijnd met de vijf toetsenbordknoppen. Laat een kraal tegelijk in vakje verschijnen, verdwijnt wanneer de bijbehorende knop wordt ingedrukt, en verschijnt in een ander vakje. Laat de kraal in de vijf vakjes verschijnen zonder herhaling, zodat er een reeks verschijningen ontstaat, bijvoorbeeld doosnummer 1-4-3-2-5. Laat de taak een reeks twaalf keer herhalen. Heb een welkomstpagina voordat de taak begint en start de overgang van deze welkomstpagina naar de taak met een druk op een willekeurige toets. Zorg voor een responstijdrecorder die de tijd bijhoudt tussen elke kraalverschijning en de bijbehorende knopdruk. Een voorbeeld van pseudocode zou zijn
    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")
    OPMERKING: Het aantal knoppen/boxen en sequentieherhaling kan variëren afhankelijk van het experimentontwerp. Overwegingen zijn het functieniveau in de geïnteresseerde cohort en de balans van sequenties tussen de deelnemers, d.w.z. het aantal deelnemers moet deelbaar zijn door het aantal mogelijke sequenties. Het interval tussen het verdwijnen van de kralen en het volgende verschijnen, en tussen het einde van de ene reeks en het begin van de volgende, is ook afhankelijk van het experimentontwerp.
  2. Laat de deelnemer zitten met een comfortabele houding. Plaats het toetsenbord op een plek waar het comfortabel bereik is met de paretic-hand van de deelnemer.
  3. Leg aan de deelnemer uit: "Er zullen vijf vakjes op het scherm staan. Er verschijnt een kraal/cirkel in een van de dozen. Als je de kraal/cirkel ziet, druk dan op de bijbehorende toets met je door de slag beïnvloede hand. Doe dit zo snel mogelijk, want we zijn aan het timen, oké? Nog vragen?"
    OPMERKING: Vermijd de vermelding van "sequentie" in welke vorm dan ook. MSL moet impliciet leren zijn om een maat te zijn voor de toestand van de motorische cortex33. De vermelding van "sequentie" vergroot de kans dat deelnemers elke box indexeren en de sequentie expliciet onthouden, waardoor MSL het vermogen om de toestand van de motorische cortex te beoordelen ongeldig is.
  4. Wijs de deelnemer willekeurig een reeks toe nadat je eventuele vragen hebt beantwoord, en laat ze weten dat "je elke toets kunt indrukken om te beginnen wanneer je er klaar voor bent."
  5. Houd de houding van de deelnemer tijdens de taak in de gaten en grijp in als er tekenen van een val zijn. Tegelijkertijd, als de deelnemer de andere hand/arm gebruikt om te helpen, herinner hem eraan dat alleen de paretische hand voor deze taak gebruikt mag worden.
  6. Controleer of de deelnemer goed is bij het voltooien van de taak, verwijder het toetsenbord/scherm, prijs de deelnemer voor zijn prestaties en toon zijn dankbaarheid.

11. Data-analyse

OPMERKING: De totale data-analyse is afhankelijk van het experimentele ontwerp. De onderstaande stappen geven instructies voor één basiseenheid van CSE/MSL-maat, samen met een eenvoudig, canoniek voorbeeld van een percentage post-pre vergelijking.

  1. CSE-analyse
    1. Controleer elke EMG-trace op een identificeerbare MEP met een aanvangslatentie van minstens 19 ms (voor APB), bereken de piek-tot-piek amplitude tussen de aanvang en de offset van elke MEP, en bereken de mediane piek-tot-piek amplitude voor de 20 MEP's binnen het blok. Deze mediane amplitude zal de maat zijn voor CSE voor dit blok.
      OPMERKING: Het begin van MEP-latentie hangt af van de spier, spiertoestand (rust versus actief) en neurologische aandoening, bijvoorbeeld bovenste ledemaat: 10-40 ms34; Onderste ledematen: 30-45 ms 35,36. Raadpleeg de literatuur als de spier van belang niet APB is. Aanvang/offset van een MEP kan worden bepaald met behulp van de drempelmethode beschreven in Soda et al., 202024.
    2. Verkrijg het percentage post-pre CSE-verandering door de post CSE-maat af te trekken van de pre-CSE-maat en dit verschil te delen door de pre-CSE-maat.
  2. MSL-analyse
    1. Bereken de mediane responstijd binnen elke repetitie, dat wil zeggen de mediaan van de vijf knopdrukken, en bereken vervolgens de mediaan van de twaalf mediaanen binnen de herhaling. Deze "mediaan van mediaan" zal de maat zijn voor MSL voor dit blok.
    2. Verkrijg het percentage post-pre MSL verandering door de post MSL-maat af te trekken van de pre-MSL-maat en dit verschil te delen door de pre-MSL-maat.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Simulatie-gebaseerde TUS-targeting definieert eerst handmatig een initiële plasing van de transducer op basis van de nabijheid van het intracraniële doel en loodrechte op de schedel, en gebruikt deze initiële plaatsing en transducerspecificaties om het intracraniële akoestische veld op te lossen. Vervolgens berekent het de discrepantie tussen het beoogde stimulatiedoel en de akoestische veldfocus, werkt de plaatsing van de transducer in de omgekeerde richting van deze discrepantie bij, l...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Er is aanzienlijke onderzoeksbelangstelling voor de toepassing van TUS bij neurologische aandoeningen; er is echter behoefte aan meer wetenschappelijke nauwkeurigheid en replicatie van resultaten. Een succesvolle TUS op het beoogde doelweefsel is afhankelijk van verschillende kritieke stappen. Ten eerste moet de zendgevoeligheid van de transducer correct worden gekarakteriseerd. Opties zijn onder andere het volgen van Stap 2 van dit protocol, uitbesteden aan een samenwerkingspartner en h...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wuwei Feng & Xiaoning Jiang hebben een octrooi gerelateerd aan echografie die is aangevraagd bij het United States Patent and Trademark Office (PCT/US2025/041316).

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit project werd ondersteund door de American Heart Association Innovative Project Award en Collaborative Science Award (W.F. 20IPA353600039 en 25CSA1417550) en de Duke Gilhuly Award (S.S.). Het videocomponent werd mogelijk gemaakt door de altruïstische hulp van mevrouw Yu Chu en meneer Jingting Li.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
3D printerUltiMakerS3Te gebruiken voor de fabricage van de transducerbevestiging.
3T MRI scannerGeneral ElectricSigna UHP
BabelBrainSamuel Pichardo (University of Calgary)Version 0.4.3Aangeduid in hoofdtekst als de "TUS targeting software." Toegankelijk op https://proteusmrighifu.github.io/BabelBrain/
BrainsightRogue ResearchAangeduid in hoofdtekst als de "neuronavigatiesoftware/systeem." Te gebruiken voor TUS/TMS targeting, wordt geleverd met een Mac computer, een infraroodcamera en fiducials.
EMG-versterker en analoog-digitaal converter Cambridge Electronic Design LtdCED 1902,  MICRO4Te gebruiken voor het verwerven, versterken en digitaliseren van EMG-signalen.
dcm2niixChristopher RordenV1.0.20250506Om neurobeelden van DICOM naar NIFTI te converteren. Toegankelijk op https://pypi.org/project/dcm2niix/
E-primePsychology Software ToolsE-prime 3.0Aangeduid in hoofdtekst als een voorbeeldsoftware voor MSL. Te gebruiken voor het maken van de discrete sequentieproductietask.
Fiducials en hoofdbandRogue ResearchST-1275 (subject tracker), LCT-494 (large coil tracker), P-1528 (pointer)Te gebruiken in combinatie met Brainsight voor neuronavigatie.
FSLUniversity of OxfordAangeduid in hoofdtekst als de "DTI verwerkingssoftware." Te gebruiken in de optionele maar aanbevolen Stap 8 voor diffusie-beelden verwerking.
FunctiegeneratorKeysight Technologies33210AOm het aandrijfsignaaal voor de TUS-transducer te genereren.
HydrofoonOnda CorporationHNA-0400Om de drukoutput van de transducer te meten.
ITK-SNAPPenn Image Computing and Science LaboratoryITK-SNAP 4.0Aangeduid in hoofdtekst als een "MRI viewer." Toegankelijk op https://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php?n=Downloads.SNAP4
k-WaveBradley Treeby, Ben Cox, en Jiri Jarosk-Wave Version 1.4Aangeduid in hoofdtekst als de "open-source akoestische simulatiesoftware." Toegankelijk op http://www.k-wave.org/
MATLABMathWorks Inc.R2024bAangeduid in hoofdtekst als de "programmeerplatform." Toegankelijk op https://www.mathworks.com/products/matlab.html
MRIcroGLNeuroImaging Tools & Resources Collaboratoryv1.2.20220720Om neurobeelden van DICOM naar NIFTI te converteren. Toegankelijk op https://www.nitrc.org/projects/mricrogl/
MRIcronNeuroImaging Tools & Resources Collaboratoryv1.0.20190902Aangeduid in hoofdtekst als een "MRI viewer." Toegankelijk op https://www.nitrc.org/projects/mricron
OscilloscoopSIGLENT TechnologiesSDS 1202X-ETe gebruiken om de input van TUS-transducer te meten en om hydrofoonmetingen op te nemen.
PythonPython Software FoundationPython 3.13Aangeduid in hoofdtekst als een voorbeeldtaal voor MSL. Te gebruiken voor het maken van de discrete sequentieproductietask.
RF vermogensversterkerAR RF/Microwave Instrumentation50A250Te gebruiken om de output van functiegeneratoren te versterken tot de amplitude die vereist is door de TUS-transducer.
SignaalCambridge Electronic Design LtdSignaal 7.05a (x86)Aangeduid in hoofdtekst als de "EMG verwervingssoftware." Te gebruiken om EMG-signalen van de analoog-digitaal converter naar een computer te verwerven.
SimNIBSAxel Thielscher (Technical University of Denmark)Version 4.5Aangeduid in hoofdtekst als de "e-veldsoftware." Toegankelijk op https://simnibs.github.io/simnibs/build/html/index.html
SPM12Functional Imaging Laboratory (University College London)Aangeduid in hoofdtekst als de "MRI verwerkingssoftware." Te gebruiken in de optionele maar aanbevolen Stap 8 voor MRI beeldverwerking.
TMS stimulator en spoelMagstim Inc.BiStim2, 70 mm figuur-van-achtTe gebruiken om TMS pulsen toe te passen.
TransducerBlatek IndustriesAT32080
TransducerbevestigingDuke University team3D geprinte transducerbevestiging in polyactische zuur (PLA) en voorzien van stoffen riemen.
UltrageluidgelParker LaboratoriesAquasonic 100Te aanbrengen tussen de TUS-transducer en de schedel van de deelnemer.
Watertank en 3-assig positioneringssysteemOnda CorporationAIMS III Hydrophone Scanning SystemGepersonaliseerd met het bedrijf.

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Legon, W., Ai, L., Bansal, P., Mueller, J. K. Neuromodulation with single-element transcranial focused ultrasound in human thalamus. Hum Brain Mapp. 39 (5), 1995-2006 (2018).
  2. Huang, Z., et al. Low-intensity focused ultrasound stimulation in stroke: a phase I safety and feasibility trial. Brain Stimul. 18 (1), 179-187 (2025).
  3. Samuel, N., et al. Accelerated transcranial ultrasound neuromodulation in Parkinson's disease: a pilot study. Mov Disord. 38 (12), 2209-2216 (2023).
  4. Riis, T. S., et al. Durable effects of deep brain ultrasonic neuromodulation on major depression: a case report. J Med Case Rep. 17 (1), 449(2023).
  5. Beisteiner, R., et al. Transcranial pulse stimulation with ultrasound in Alzheimer's disease: a new navigated focal brain therapy. Adv Sci (Weinh). 7 (3), 1902583(2020).
  6. Legon, W., Strohman, A. Low-intensity focused ultrasound for human neuromodulation. Nat Rev Methods Primers. 4 (1), 91(2024).
  7. Murphy, K. R., et al. A practical guide to transcranial ultrasonic stimulation from the IFCN-endorsed ITRUSST consortium. Clin Neurophysiol. 171, 192-226 (2025).
  8. Yaakub, S. N., et al. Transcranial focused ultrasound-mediated neurochemical and functional connectivity changes in deep cortical regions in humans. Nat Commun. 14 (1), 5318(2023).
  9. Zeng, K., et al. Effects of different sonication parameters of theta burst transcranial ultrasound stimulation on human motor cortex. Brain Stimul. 17 (2), 258-268 (2024).
  10. Martin, E., et al. ITRUSST consensus on standardised reporting for transcranial ultrasound stimulation. Brain Stimul. 17 (3), 607-615 (2024).
  11. Braun, V., Blackmore, J., Cleveland, R. O., Butler, C. R. Transcranial ultrasound stimulation in humans is associated with an auditory confound that can be effectively masked. Brain Stimul. 13 (6), 1527-1534 (2020).
  12. Legon, W., et al. Transcranial focused ultrasound modulates the activity of primary somatosensory cortex in humans. Nat Neurosci. 17 (2), 322-329 (2014).
  13. Legon, W., Bansal, P., Tyshynsky, R., Ai, L., Mueller, J. K. Transcranial focused ultrasound neuromodulation of the human primary motor cortex. Sci Rep. 8 (1), 10007(2018).
  14. Chen, M., et al. Numerical and experimental evaluation of low-intensity transcranial focused ultrasound wave propagation using human skulls for brain neuromodulation. Med Phys. 50 (1), 38-49 (2023).
  15. Purushotham, A., et al. Apparent diffusion coefficient threshold for delineation of ischemic core. Int J Stroke. 10 (3), 348-353 (2015).
  16. Shellock, F. G., Spinazzi, A. MRI safety update 2008: part 2, screening patients for MRI. AJR Am J Roentgenol. 191 (4), 1140-1149 (2008).
  17. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety of TMS Consensus Group. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120 (12), 2008-2039 (2009).
  18. Aubry, J. F., et al. ITRUSST consensus on biophysical safety for transcranial ultrasonic stimulation. arXiv. , https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023arXiv231105359A (2023).
  19. Osada, T., Konishi, S. Noninvasive intervention by transcranial ultrasound stimulation: modulation of neural circuits and its clinical perspectives. Psychiatry Clin Neurosci. 78 (5), 273-281 (2024).
  20. Puonti, O., et al. Accurate and robust whole-head segmentation from magnetic resonance images for individualized head modeling. Neuroimage. 219, 117044(2020).
  21. Pichardo, S. BabelBrain: an open-source application for prospective modeling of transcranial focused ultrasound for neuromodulation applications. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 70 (7), 587-599 (2023).
  22. Marketing clearance of diagnostic ultrasound systems and transducers. , Food and Drug Administration. https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/marketing-clearance-diagnostic-ultrasound-systems-and-transducers (2023).
  23. Hassanzahraee, M., Zoghi, M., Jaberzadeh, S. Longer transcranial magnetic stimulation intertrial interval increases size, reduces variability, and improves the reliability of motor evoked potentials. Brain Connect. 9 (10), 770-776 (2019).
  24. Soda, J., Vidakovic, M. R., Lorincz, J., Jerkovic, A., Vujovic, I. A novel latency estimation algorithm of motor evoked potential signals. IEEE Access. 8, 193356-193374 (2020).
  25. Moritz, A. R. Studies of thermal injury: III. the pathology and pathogenesis of cutaneous burns: an experimental study. Am J Pathol. 23 (6), 915-941 (1947).
  26. Jenkinson, M., Beckmann, C. F., Behrens, T. E., Woolrich, M. W., Smith, S. M. FSL. Neuroimage. 62 (2), 782-790 (2012).
  27. Smith, S. M. Fast robust automated brain extraction. Hum Brain Mapp. 17 (3), 143-155 (2002).
  28. Andersson, J. L. R., Sotiropoulos, S. N. An integrated approach to correction for off-resonance effects and subject movement in diffusion MR imaging. Neuroimage. 125, 1063-1078 (2016).
  29. Rorden, C., Bonilha, L., Fridriksson, J., Bender, B., Karnath, H. O. Age-specific CT and MRI templates for spatial normalization. Neuroimage. 61 (4), 957-965 (2012).
  30. Sotiropoulos, S. N., et al. Fusion in diffusion MRI for improved fibre orientation estimation: an application to the 3T and 7T data of the Human Connectome Project. Neuroimage. 134, 396-409 (2016).
  31. Dannhauer, M., et al. TAP: targeting and analysis pipeline for optimization and verification of coil placement in transcranial magnetic stimulation. J Neural Eng. 19 (2), (2022).
  32. Taylor, M. M., Creelman, C. D. PEST: efficient estimates on probability functions. J Acoust Soc Am. 41 (4A), 782-787 (1967).
  33. Verwey, W. B. C-SMB 2.0: integrating over 25 years of motor sequencing research with the discrete sequence production task. Psychon Bull Rev. 31 (3), 931-978 (2024).
  34. Groppa, S., et al. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clin Neurophysiol. 123 (5), 858-882 (2012).
  35. Charalambous, C. C., Dean, J. C., Adkins, D. L., Hanlon, C. A., Bowden, M. G. Characterizing the corticomotor connectivity of the bilateral ankle muscles during rest and isometric contraction in healthy adults. J Electromyogr Kinesiol. 41, 9-18 (2018).
  36. Beaulieu, L. D., Masse-Alarie, H., Ribot-Ciscar, E., Schneider, C. Reliability of lower limb transcranial magnetic stimulation outcomes in the ipsi- and contralesional hemispheres of adults with chronic stroke. Clin Neurophysiol. 128 (7), 1290-1298 (2017).
  37. Salahshoor, H., Shapiro, M. G., Ortiz, M. Transcranial focused ultrasound generates skull-conducted shear waves: computational model and implications for neuromodulation. Appl Phys Lett. 117 (3), 033702(2020).
  38. Drainville, R. A., Chatillon, S., Lafond, M., Delattre, V., Lafon, C. Benchmark comparison of transcranial ultrasound simulation: comparing the CIVA Healthcare platform method with existing compressional wave models. J Acoust Soc Am. 157 (4), 3148-3157 (2025).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Transcranial Ultrasonic StimulationNeuromodulation ProtocolMotor Cortex StimulationStroke RecoveryUltrasound Transducer CalibrationNeuro NavigationAcoustic Pressure MappingMotor Evoked PotentialCortical ExcitabilitySafety Monitoring

Gerelateerde artikelen