Методологический протокол и аспекты транскраниальной ультразвуковой стимуляции в исследовательских клинических исследованиях на людях

Наша нейромодуляция и лаборатория восстановления после инсульта сосредоточены на использовании различных инструментов нейромодуляции для улучшения восстановления после инсульта, включая моторное восстановление. Этот конкретный проект включает использование низкоинтенсивной транскраниальной ультразвуковой стимуляции — нового неинвазивного инструмента стимуляции мозга для модуляции возбудимости моторной коры и стимулирования моторного обучения у пациентов с инсультом. Для начала подготовьте водяной резервуар с дегазированной деионизированной водой, чтобы предотвратить возможные повреждения гидрофона.

Закрепите ультразвуковой преобразователь на светильнике водяного бака, а гидрофон установите на трёхосевой системе позиционирования. Подключите гидрофон к осциллографу, а затем подключите кончик иглы вместе с кабелем. Включайте питание гидрофона только после полного погружения в воду.

Приводите в действие ультразвуковой преобразователь с помощью генератора функций. Затем разместить наконечник гидрофона в приблизительной фокальной области ультразвукового преобразователя с помощью трёхосевой системы позиционирования. Записывайте показания осциллографа в каждом месте, чтобы получить распределение акустического давления и задокументировать расположение гидрофона, соответствующее фокальной области.

Оцените чувствительность ультразвукового преобразователя в фокусной точке, применяя различные входные напряжения. Подключите аппаратное оборудование для транскраниальной ультразвуковой стимуляции и начните запись осциллографа. Включите осциллограф.

Настройте его на работу и регулируйте вертикальные и горизонтальные оси в соответствии с интересующей масштабом. Переведите основной переключатель питания усилителя в положение Включено. Увеличьте выходную мощность усилителя до нуля.

Настройте оба генератора функций на желаемую форму волны, обеспечивая добавление ремпинга к каждой длительности импульса. Теперь нажмите Output на генераторе функций. Набирайте выход усилителя на 100% с помощью колеса регулировки и отслеживайте гейн-дисплей.

Нажмите кнопку питания усилителя, чтобы запустить его выход. Подтвердите форму сигнала привода на осциллографе и дайте системе привода работать 15 минут для стабилизации выхода. Проверьте наличие ремпинга в начале и конце каждого длительности импульса на сигнале привода.

Поставьте выход усилителя до нуля. Полностью погрузите преобразователь в воду, разместив плоскость выхода примерно на один дюйм ниже поверхности, обращённой вверх. Затем уменьшите выходной сигнал усилителя до 100% и посмотрите, успешен ли ремпинг.

Теперь закрепите трекер нейронавигационного инструмента на держатель преобразователя. В программном обеспечении перейдите к окнам и калибровке инструментов. Нажмите «Новая калибровка».

Введите имя и выберите правильный трекер инструментов. Держите преобразователь трекером у калибровочного блока так, чтобы контакт опорного индикатора касался и был перпендикулярен центру плоскости выхода преобразователя. Нажмите «Начать отсчёт калибровки».

Держите стабильно пять секунд и повторяйте при необходимости, пока не появится успех. Затем закройте окна Редактирования Калибровки и Калибровки инструментов. Нажмите кнопку питания усилителя, чтобы выключить его выход, когда участник готов к транскраниальной ультразвуковой стимуляции.

Отсоедините осциллограф от усилителя и подключите преобразователь к выходу усилителя. Если используете мишень, основанную на симуляции, загрузите её в программное обеспечение нейронавигации. Во вкладке «Сессии» откройте новый выпадающий список и выберите «Онлайн-сессия».

Во вкладке «Цели» нажмите на цель Trajectory-x-mod и нажмите «Добавить», чтобы добавить её для сессии. Откройте в окне «Выполнить» откройте центр инструмента «Bullseye» или «Bullseye». Установите драйвер на правильный TUS-преобразователь и выберите правильную цель в списке «Мишени для выборки» в левом верхнем углу.

Расчёсывайте волосы участника, чтобы обнажить кожу головы в месте трансдюсера TUS, и создайте переднюю и заднюю линию. Нанесите газированный ультразвуковой гель вдоль него. Создайте от одной до трёх дополнительных развязочных линий примерно на расстоянии 1,5 сантиметра с каждой стороны и повторите тот же процесс.

Наконец, вернитесь к начальной линии раздела и повторите процесс четыре раза. Теперь прикрепите преобразователь TUS к голове участника и выровняйте его с целью с помощью обзора из мишени. Отрегулировать преобразователь так, чтобы минимизировать расстояние, наклон и отклонения вращения до рабочих пределов.

Если требуется контроль безопасности, вставьте термопарный провод в ультразвуковой гель близко к коже головы. Приклейте провод термопары к головке с помощью бумажной ленты, чтобы предотвратить движение. Нажмите кнопку питания усилителя, чтобы начать выход и TUS.

Одновременно нажмите Sample Now в программном обеспечении нейронавигации, чтобы записать первоначальное размещение преобразователя. Постоянно следите за тремя метриками выравнивания в виде из мишени. Отслеживайте температуру кожи головы с помощью термопарного провода, если установлен.

Чтобы закончить TUS, нажмите кнопку питания усилителя, чтобы остановить выход. Снимите преобразователь и всё оборудование, установленное на голове, у участника. Осмотрите кожу головы на наличие признаков покраснения и спросите участника о возможных болях или побочных эффектах.

Если проблем не обнаружено или после их устранения, аккуратно сотрите гель УЗИ с кожи головы. Нажмите «Завершить» в окне нейронавигации и сохраните проект, выбрав «Файл» и нажав «Сохранить проект». Из списка сессий выберите текущую сессию и нажмите «Обзор».

В окне обзора сессий выберите текстовый файл сайта мозга в выпадающем меню «Экспорт». Убедитесь, что ориентация выбрана, и установите Snap на Zero. Настройте другие параметры экспорта по необходимости, затем нажмите «Сохранить», чтобы экспортировать данные стимуляции.

Был достигнут удовлетворительный результат наведения на основе симуляции там, где акустический фокус достиг заданной области корковой стимуляции. Сценарий в симуляционном целеуказании, требующий дополнительных итераций из-за несогласования акустического фокуса и предполагаемой цели стимуляции. Настройка параметра выхода Distance TX к skin на более реалистичное значение для исправления проблемы масштабирования визуализации в интерфейсе симуляции.

Был зафиксирован чистый моторный потенциал, что указывает на хорошую транскраниальную магнитную стимуляцию, расположение катушки и ориентацию. Была обнаружена волновая форма, которая могла не представлять потенциал, вызванный мотором. Было проведено успешное определение MT на 1 милливольт при максимальной мощности стимулятора 52%, при этом было пять положительных и пяти отрицательных ответов на этом уровне.

Потенциально неоднозначное определение MT в один милливольт было зафиксировано при максимальной мощности стимулятора 87% из-за последовательных, а не чередующихся положительных и отрицательных реакций. Было получено ровное, равномерное осциллографическое показание приводящего сигнала преобразователя, что указывало на правильную работу оборудования. Правильное выравнивание между физическим преобразователем и заранее определённой целью было достигнуто с помощью нейронавигации.

Было обнаружено неправильно расположение преобразователя, что указывало на необходимость корректировки для соответствия цели. Мы установили безопасность ТУЗ и эффективную интенсивность у пациентов с инсультом, показывающих, что ТС моторной коры может усиливать моторное обучение и возбуждение коры. Нет методологической статьи, посвящённой применению TUS у взрослых с неврологическими заболеваниями.

Этот протокол устраняет этот пробел. Мы надеемся, что этот протокол сможет снизить методологическую вариабельность и повысить надёжность и воспроизводимость будущих исследований на людях.