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

Onze neuromodulatie en het Stroke Recovery Lab richten zich op het gebruik van verschillende neuromodulatietools om het herstel na een beroerte te verbeteren, inclusief motorisch herstel. Dit specifieke project omvat het gebruik van laag-intensiteit transcraniële echostimulatie, een nieuw niet-invasief hersenstimulatiemiddel om de motorische cortex-excitabiliteit te moduleren en motorisch leren bij beroertepatiënten te bevorderen. Bereid om te beginnen een watertank voor met ontgasst gedeïoniseerd water om mogelijke schade aan de hydrofoon te voorkomen.

Bevestig de echografietransducer op het armatuur van de watertank en monteer de hydrofoon op het drie-assige positioneringssysteem. Verbind de hydrofoon met een oscilloscoop en verbind vervolgens de naaldpunt met de kabel. Schakel de hydrofoon pas aan als deze volledig in water is ondergedompeld.

Stuur de ultrageluidstransducer aan met een functiegenerator. Vervolgens positioneer je de hydrofoontip op het benaderde brandpuntgebied van de echoscooptransducer met behulp van het drie-assige positioneringssysteem. Noteer de oscilloscopmetingen op elke locatie om de akoestische drukverdeling te verkrijgen en documenteer de hydrofoonlocatie die overeenkomt met het focale gebied.

Beoordeel de zendgevoeligheid van de ultrageluidstransducer op het brandpunt door verschillende ingangsspanningen toe te passen. Sluit de transcraniële echo-stimulatiehardware aan en begin met oscilloscopopname. Zet de oscilloscop aan.

Stel hem in om te lopen en pas zowel verticale als horizontale assen aan op de schaal van interesse. Zet de hoofdschakelaar van de versterker op de aan-stand. Stel het uitgangsvermogen van de versterker op nul.

Configureer beide functiegeneratoren op de gewenste golfvorm, zodat er een ramping aan elke pulsduur wordt toegevoegd. Druk nu op Output op de functiegenerator. Stel de versterkeruitgang op 100% met het afstelwiel en monitor het gain-display.

Druk op de aan/uit-knop van de versterker om de uitgang te starten. Bevestig de golfvorm van het aandrijfsignaal op de oscilloscoop en laat het aandrijfsysteem 15 minuten draaien om de uitgang te stabiliseren. Controleer op ramping aan het begin en einde van elke pulsduur op de golfvorm van het aandrijfsignaal.

Stel de versterkeruitgang op nul. Laat de transducer volledig in water onderdompelen en positioneer het uitgangsvlak ongeveer één inch onder het oppervlak met het gezicht naar boven. Draai daarna de uitgang van de versterker terug naar 100% en kijk of de ramping succesvol is.

Bevestig nu een neuro-navigatietool tracker op de transducerhouder. Navigeer in de software naar Window- en Tool-kalibraties. Klik op Nieuwe Kalibratie.

Voer een naam in en selecteer de juiste tooltracker. Houd de transducer met de tracker tegen het kalibratieblok, zodat de referentie-indicatorpin het uitgangsvlak van de transducer raakt en loodrecht staat op het midden van het uitgangsvlak van de transducer. Klik op Begin kalibratie-aftelling.

Houd het vijf seconden stil en herhaal indien nodig totdat het succes is. Sluit daarna zowel de vensters Calibratie Bewerken als Kalibratie. Druk op de aan/uit-knop van de versterker om de uitgang uit te schakelen wanneer de deelnemer klaar is voor transcraniële echostimulatie.

Koppel de oscilloscoop los van de versterker en sluit de transducer aan op de uitgang van de versterker. Als je het simulatiedoelwit gebruikt, laad je het doel in de neuronavigatiesoftware. Open in het tabblad Sessies het nieuwe keuzemenu en selecteer Online Sessie.

Klik onder het tabblad Doelen op het doel Trajectory-x-mod en klik op Voeg toe om het toe te voegen aan de sessie. Open de bullseye-tool-centrische of bullseye-doelgerichte weergave in het Performen-venster. Stel de driver in op de juiste TUS-transducer en selecteer het juiste doel in de lijst Targets to sample linksboven.

Kam het haar van de deelnemer om de hoofdhuid bloot te leggen bij de TUS-transducerlocatie en maak een scheidingslijn van de voorste en achterste kant. Breng de vergasste ultrageluidsgel erop aan. Maak één tot drie extra scheidingslijnen ongeveer 1,5 centimeter verderop aan elke kant en herhaal hetzelfde proces.

Keer tenslotte terug naar de oorspronkelijke scheidingslijn en herhaal het proces vier keer. Bind nu de TUS-transducer op het hoofd van de deelnemer en lijn deze uit met het doel met behulp van het bullseye-perspectief. Stel de transducer zo af dat afstand, kanteling en rotatieafwijkingen binnen operationele limieten worden geminimaliseerd.

Als veiligheidscontrole nodig is, steek dan een thermokoppeldraad in de echogel dicht bij de hoofdhuid. Plak de thermokoppeldraad op de kop met papieren tape om beweging te voorkomen. Druk op de aan/uit-knop van de versterker om de uitgang te starten en TUS te starten.

Tegelijkertijd druk je op Sample Now in de neuro-navigatiesoftware om de eerste plaatsing van de transducer vast te leggen. Houd continu de drie uitlijningsmetrics in het bullseye-perspectief in de gaten. Controleer de hoofdhuidtemperatuur met de thermokoppeldraad als ze geïnstalleerd zijn.

Om TUS af te maken, druk je op de versterker-aan/uit-knop om de uitgang te stoppen. Verwijder de transducer en alle kopgemonteerde apparatuur van de deelnemer. Controleer de hoofdhuid op tekenen van roodheid en vraag de deelnemer naar eventuele ongemak of bijwerkingen.

Als er geen problemen zijn gemeld of nadat je zorgen hebt aangepakt, veeg dan voorzichtig de echogel van de hoofdhuid. Klik op Voltooien in het neuronavigatievenster en sla het project op door Bestand te selecteren en op Werk opslaan te drukken. Selecteer in de sessielijst de huidige sessie en klik op Review.

Selecteer in het venster Sessiebeoordeling het tekstbestand van brain site uit het Exporteermenu. Zorg dat Oriëntatie is geselecteerd en zet Snap op Niets. Configureer andere exportinstellingen indien nodig en klik dan op Opslaan om de stimulatiegegevens te exporteren.

Er werd een bevredigend simulatiegericht targetingresultaat bereikt waarbij de akoestische focus het beoogde corticale stimulatiegebied bereikte. Een scenario in simulatiegerichte targeting dat extra iteraties vereist vanwege een misalignment tussen de akoestische focus en het beoogde stimulatiedoel. Het aanpassen van de parameter Distance TX out plane to skin naar een realistischere waarde om het probleem met visualisatieschaal in de simulatie-interface te corrigeren.

Er werd een schone motor-geëvokeerde potentiaal geregistreerd, wat wijst op goede transcraniële magnetische stimulatie, spoelplaatsing en oriëntatie. Er werd een golfvorm waargenomen die mogelijk geen motorisch opgewekt potentiaal weerspiegelt. Een succesvolle MT van één millivolt werd bepaald bij 52% maximale stimulatoroutput, met vijf positieve en vijf negatieve responsen op dat niveau.

Een mogelijk inconclusieve MT van één millivolt werd vastgesteld bij 87% maximale stimulatoroutput vanwege opeenvolgende, in plaats van afwisselend positieve en negatieve reacties. Er werd een gelijkmatige, gelijkmatige oscilloscopische meting van het signaal van de transducer verkregen, wat de juiste werking van de apparatuur aangaf. Goede uitlijning werd bereikt tussen de plaatsing van de fysieke transducer en het vooraf gedefinieerde doel met behulp van neuro-navigatie.

Er werd een verkeerd uitgelijnde plaatsing van de transducer waargenomen, wat aangeeft dat aanpassing nodig was om het doel te matchen. We hebben de veiligheid van TUS en de effectieve intensiteit vastgesteld bij beroertepatiënten met motorische cortex. TUS kan motorisch leren en corticale excitatie bevorderen. Er is geen methodologisch artikel dat zich richt op het gebruik van TUS bij volwassenen met neurologische aandoeningen.

Dit protocol pakt deze kloof aan. We hopen dat dit protocol de methodologische variabiliteit kan verminderen en de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van toekomstige menselijke echostudies kan verbeteren.