Um Protocolo Metodológico e Considerações para Estimulação Ultrassônica Transcraniana em Estudos Clínicos Exploratórios em Humanos

Nossa neuromodulação e o Laboratório de Recuperação do AVC focam no uso de várias ferramentas de neuromodulação para aprimorar a recuperação pós-AVC, incluindo a recuperação motora. Este projeto em particular envolve o uso de estimulação transcraniana por ultrassom de baixa intensidade, uma nova ferramenta não invasiva de estimulação cerebral para modular a excitabilidade do córtex motor e promover o aprendizado motor em pacientes com AVC. Para começar, prepare um tanque de água com água desgaseificada e desionizada para evitar possíveis danos ao hidrofone.

Fixe o transdutor de ultrassom na luminária do tanque de água e monte o hidrofone no sistema de posicionamento de três eixos. Conecte o hidrofone a um osciloscópio e depois conecte a ponta da agulha junto com o cabo. Ligue a energia do hidrofone somente depois que ele estiver totalmente imerso na água.

Acione o transdutor de ultrassom usando um gerador de funções. Em seguida, posicione a ponta do hidrofone na região focal aproximada do transdutor de ultrassom usando o sistema de posicionamento de três eixos. Registre as leituras do osciloscópio em cada local para obter a distribuição acústica da pressão e documente a localização do hidrofone correspondente à região focal.

Avalie a sensibilidade de transmissão do transdutor de ultrassom no ponto focal aplicando diferentes tensões de entrada. Conecte o equipamento de estimulação por ultrassom transcraniano e inicie a gravação do osciloscópio. Ligue o osciloscópio.

Configure para correr e ajuste tanto os eixos vertical quanto horizontal na escala de interesse. Coloque o interruptor principal do amplificador na posição On. Ajuste a potência do amplificador para zero.

Configure ambos os geradores de funções para a forma de onda desejada, garantindo que o ramping seja adicionado a cada duração de pulso. Agora pressione Output no gerador de funções. Ajuste a saída do amplificador para 100% usando a roda de ajuste e monitore o display de ganho.

Pressione o botão de energia do amplificador para iniciar a saída. Confirme a forma de onda do sinal de acionamento no osciloscópio e permita que o sistema de acionamento funcione por 15 minutos para estabilizar a saída. Verifique rampa no início e no fim de cada duração de pulso na forma de onda do sinal de acionamento.

Ajuste a saída do amplificador a zero. Imerga completamente o transdutor na água, posicionando o plano de saída aproximadamente uma polegada abaixo da superfície, voltado para cima. Depois, ajuste a saída do amplificador para 100% e observe se o aumento de velocidade é bem-sucedido.

Agora monte um rastreador de neuronavegação no suporte do transduttor. No software, navegue até Calibrações de Janelas e Ferramentas. Clique em Nova Calibração.

Digite um nome e selecione o rastreador de ferramentas correto. Segure o transdutor com o rastreador contra o bloco de calibração, de modo que o pino indicador de referência toque e fique perpendicular ao centro do plano de saída do transdutor. Clique em Iniciar Contagem Regressiva de Calibração.

Mantenha firme por cinco segundos e repita se necessário até que o sucesso apareça. Depois, feche as janelas de Editar Calibração e Calibração de Ferramentas. Pressione o botão de energia do amplificador para desligar a saída quando o participante estiver pronto para a estimulação transcraniana.

Desconecte o osciloscópio do amplificador e conecte o transdutor à saída do amplificador. Se estiver usando o alvo baseado em simulação, carregue-o no software de navegação neuro. Na aba Sessões, abra o novo menu suspenso e selecione Sessão Online.

Na aba Alvos, clique no alvo Trajectory-x-mod e pressione Adicionar para adicionar para a sessão. Abra a vista centrada na ferramenta de alvo ou na janela de Executar. Configure o driver para o transdutor TUS correto e selecione o alvo correto na lista de Alvos para Amostras no canto superior esquerdo.

Pente o cabelo do participante para expor o couro cabeludo no local do transdutor de TUS e crie uma linha de divisão anterior/posterior. Aplique o gel de ultrassom gasoso junto a ela. Crie de uma a três linhas de separação adicionais a aproximadamente 1,5 centímetro de distância de cada lado e repita o mesmo processo.

Por fim, volte à linha inicial e repita o processo quatro vezes. Agora, prenda o transdutor TUS na cabeça do participante e alinhe-o com o alvo usando a visão de alvo. Ajuste o transdutor para minimizar distâncias, inclinações e desvios rotacionais dentro dos limites operacionais.

Se for necessário monitoramento de segurança, insira um fio termopar no gel de ultrassom próximo ao couro cabeludo. Prenda o fio do termopar na cabeça usando fita de papel para evitar movimentos. Pressione o botão de energia do amplificador para iniciar a saída e iniciar o TUS.

Simultaneamente, pressione Sample Now no software de neuronavegação para registrar a posição inicial do transduttor. Monitore continuamente as três métricas de alinhamento na visão central. Monitore a temperatura do couro cabeludo usando o fio termopar, se instalado.

Para finalizar o TUS, pressione o botão de energia do amplificador para parar a saída. Remova o transdutor e todo o equipamento montado na cabeça do participante. Inspecione o couro cabeludo em busca de sinais de vermelhidão e pergunte ao participante sobre qualquer desconforto ou efeitos adversos.

Se nenhum problema for relatado ou após resolver as preocupações, limpe suavemente o gel de ultrassom do couro cabeludo. Clique em Finalizar na janela de navegação neuro e salve o projeto selecionando Arquivo e pressionando Salvar Projeto. Na lista de sessões, selecione a sessão atual e clique em Revisar.

Na janela de Revisão de Sessões, escolha o arquivo de texto do site cerebral no menu suspenso Exportar. Certifique-se de que a Orientação esteja selecionada e defina o Snap para Zero. Configure outras configurações de exportação conforme necessário, depois clique em Salvar para exportar os dados de estimulação.

Foi alcançado um resultado satisfatório baseado em simulação de direcionamento, onde o foco acústico atingiu a região de estimulação cortical pretendida. Um cenário em segmentação baseada em simulação que requer iterações adicionais devido ao desalinhamento entre o foco acústico e o alvo de estimulação pretendido. Ajustando o parâmetro Distance TX entre plano de saída e pele para um valor mais realista para corrigir o problema de escala de visualização na interface de simulação.

Foi registrado um potencial evocado motor limpo, indicando boa estimulação magnética transcraniana, posicionamento e orientação da bobina. Foi observada uma forma de onda que talvez não representasse um potencial evocado por motores. Uma determinação bem-sucedida de um milivolt em MT foi feita com 52% da saída máxima do estimulador, com cinco respostas positivas e cinco negativas nesse nível.

Uma determinação potencialmente inconclusiva de um milivolt em MT foi registrada com 87% da saída máxima do estimulador devido a respostas positivas e negativas consecutivas, em vez de alternadas. Uma leitura constante e uniforme do osciloscópio do sinal de acionamento do transdutor foi obtida, indicando o funcionamento adequado do equipamento. Um bom alinhamento foi alcançado entre a colocação física do transdutor e o alvo pré-definido usando neuronavegação.

Foi observado um posicionamento desalinhado do transdutor, indicando a necessidade de ajuste para corresponder ao alvo. Estabelecemos a segurança do TUS e a intensidade eficaz em pacientes com AVC, mostrando que o TUS no córtex motor pode potencializar o aprendizado motor e a excitação cortical. Não existe nenhum artigo metodológico focado no uso de TUS em adultos com doenças neurológicas.

Esse protocolo preenche essa lacuna. Esperamos que este protocolo possa reduzir a variabilidade metodológica e melhorar a confiabilidade e reprodutibilidade dos futuros estudos de ultrassom em humanos.