Summary
نقدم بروتوكولا لإجراء التصوير الكهربائي للعضل الكهربائي (EMMI) ، بما في ذلك الإجراءات التالية: تسجيلات متعددة لمستشعر قطب تخطيط كهربية العضل من سطح الجسم ، والتصوير بالرنين المغناطيسي ، وإعادة بناء الإشارة الكهربائية الرحمية.
Abstract
أثناء الحمل الطبيعي، تبدأ العضلة الملساء الرحمية، عضل الرحم، في الحصول على تقلصات ضعيفة وغير منسقة في وقت متأخر من الحمل لمساعدة عنق الرحم على إعادة تشكيله. في المخاض ، يكون لعضل الرحم تقلصات قوية ومنسقة لولادة الجنين. تم تطوير طرق مختلفة لمراقبة أنماط تقلص الرحم للتنبؤ ببداية المخاض. ومع ذلك ، فإن التقنيات الحالية لها تغطية مكانية وخصوصية محدودة. قمنا بتطوير التصوير الكهربائي للعضل (EMMI) لرسم خريطة غير جراحية للنشاط الكهربائي للرحم على سطح الرحم ثلاثي الأبعاد أثناء الانقباضات. تتمثل الخطوة الأولى في EMMI في استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي المرجح T1 للحصول على هندسة الجسم والرحم الخاصة بالموضوع. بعد ذلك ، يتم استخدام ما يصل إلى 192 قطبا كهربائيا من نوع الدبوس موضوعة على سطح الجسم لجمع التسجيلات الكهربائية من عضل الرحم. أخيرا ، يتم تنفيذ خط أنابيب معالجة بيانات EMMI لدمج هندسة الجسم والرحم مع البيانات الكهربائية لسطح الجسم لإعادة بناء وتصوير الأنشطة الكهربائية للرحم على سطح الرحم. يمكن ل EMMI تصوير مناطق التنشيط المبكر وأنماط الانتشار عبر الرحم بالكامل وتحديدها وقياسها بأمان وبدون تدخل جراحي في ثلاثة أبعاد.
Introduction
سريريا ، يتم قياس تقلصات الرحم إما باستخدام قسطرة الضغط داخل الرحم أو عن طريق إجراء قياس الديناميكا1. في بيئة البحث ، يمكن قياس تقلصات الرحم عن طريق تخطيط كهربية العضل (EMG) ، حيث يتم وضع أقطاب كهربائية على سطح البطن لقياس الإشارات الكهربائية الحيوية الناتجة عن عضل الرحم2،3،4،5،6،7. يمكن للمرء استخدام ميزات الحجم والتردد والانتشار للانفجارات الكهربائية8،9،10،11،12 المستمدة من EMG للتنبؤ ببداية المخاض في الخدج. ومع ذلك ، في EMG التقليدي ، يتم قياس النشاط الكهربائي لتقلصات الرحم من منطقة صغيرة فقط من سطح البطن مع عدد محدود من الأقطاب الكهربائية (اثنان13 وأربعة7،14،15،16 في وسط سطح البطن ، و 64 17 في أسفل سطح البطن). علاوة على ذلك ، فإن EMG التقليدي محدود في قدرته على دراسة آليات المخاض ، لأنه يعكس فقط متوسط الأنشطة الكهربائية من الرحم بأكمله ولا يمكنه اكتشاف أنماط البدء والتنشيط الكهربائية المحددة على سطح الرحم أثناء الانقباضات.
تم إدخال تطور حديث يسمى التصوير الكهربائي للعضل (EMMI) للتغلب على أوجه القصور في EMG التقليدي. يتيح EMMI التصوير غير الباضع لتسلسل التنشيط الكهربائي لعضل الرحم بالكامل أثناء تقلصات الرحم18،19،20،21. للحصول على هندسة الجسم والرحم ، يستخدم EMMI التصوير بالرنين المغناطيسي المرجح T1 (MRI)22،23،24 ، والذي تم استخدامه على نطاق واسع للنساء الحوامل خلال الثلث الثاني والثالث من الحمل. بعد ذلك ، يتم استخدام ما يصل إلى 192 قطبا كهربائيا من نوع الدبوس موضوعة على سطح الجسم لجمع التسجيلات الكهربائية من عضل الرحم. أخيرا ، يتم تنفيذ خط أنابيب معالجة بيانات EMMI للجمع بين هندسة الجسم والرحم مع البيانات الكهربائية لإعادة بناء وتصوير الأنشطة الكهربائية على سطح الرحم21. يمكن ل EMMI تحديد موقع بدء تقلصات الرحم وأنماط انتشار الصورة بدقة أثناء تقلصات الرحم في ثلاثة أبعاد. تهدف هذه المقالة إلى تقديم إجراءات EMMI وإظهار النتائج التمثيلية التي تم الحصول عليها من النساء الحوامل.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تمت الموافقة على جميع الطرق الموضحة هنا من قبل مجلس المراجعة المؤسسية بجامعة واشنطن.
1. بقع علامة آمنة للتصوير بالرنين المغناطيسي ، وبقع القطب الكهربائي ، والمساطر (الشكل 1)
- اطبع قوالب التصوير بالرنين المغناطيسي وتصحيح القطب (الشكل 1 أ) على الورق.
- قطع صفائح مطاط الفينيل والسيليكون الشفافة (جدول المواد) إلى 22 (فينيل) و 44 (مطاط) مستطيلة (120 مم × 60 مم) ، و 4 (فينيل) و 8 (مطاط سيليكون) مربعة (60 مم × 60 مم).
- اصنع رقع علامات آمنة للتصوير بالرنين المغناطيسي: قم بتراكب قالب برقعة فينيل شفافة وعلامات آمنة للتصوير بالرنين المغناطيسي (كبسولات هلامية سائلة من فيتامين د) على رقعة الفينيل في مراكز الدوائر ، والتي تمثل تجاويف حامل القطب في القالب (الشكل 1 ب).
- اصنع رقع قطب كهربائية: قم بتسمية مواقع الدائرة على بقع مطاط السيليكون وثقب الثقوب في تلك المواقع باستخدام مجموعة مثقوبة بقطر 8 مم.
- قم بتوصيل حوامل الأقطاب الكهربائية فوق كل فتحة بأطواق لاصقة على الوجهين (جدول المواد). قم بمحاذاة محيط تجويف حامل القطب الكهربائي مع محيط الفتحة المثقوبة على لوح السيليكون.
- قم بتثبيت الحلقة X في التجويف الموجود أعلى حامل القطب ، وقم بتغطية الحامل بورقة السيليكون المرمزة بالألوان ، وأدخل القطب النشط من نوع الدبوس من خلال الحلقة X في الحامل. يتركز القطب في تجويف حامل القطب. يجب أن تنتقل كابلات القطب الكهربائي بين طبقتين من صفائح السيليكون وفي منتصف صفين من الحوامل على طول الحافة الطويلة. اضبط طول كابل القطب الكهربائي عن طريق ربطه حول حامل القطب إذا لزم الأمر. تم الانتهاء من تجميع رقعة القطب (الشكل 1C).
- ضع ثلاثة شرائط من الشريط على الوجهين من الدرجة الطبية على رقعة القطب بين صفوف الأقطاب الكهربائية على طول الحافة الطويلة للرقعة.
- قطع ستة أشرطة قياس في علامات 30 سم. احتفظ بالقسم العلوي من 0 سم إلى 30 سم. لعمل مسطرة أفقية ، قم بلصق الحواف عند 0 سم من شريطي قياس بقطعة طويلة من شريط الفينيل مع وجود فجوة في عرض الشريط. ضع شريطا لاصقا على الوجهين على كل مسطرة.
- قم بتخزين الرقع والمساطر في صندوق تخزين مغلق الغطاء.
2. التصوير بالرنين المغناطيسي
ملاحظة: من المقرر إجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي في عمر الحمل (GA) من 36 إلى 40 أسبوعا ، قبل تاريخ الولادة المتوقع للأم ، ويتم تحديده بناء على جدول الموضوع وتوصية ممرضتها. المدة الزمنية المقدرة لهذه الخطوة هي 2 ساعة.
- بعد أن يوقع الشخص على نموذج الموافقة ، اطلب من الشخص تغيير ملابسه في الشارع إلى سروال وثوب MR-safe الذي يقدمه فني التصوير بالرنين المغناطيسي. ضع رقع علامة MR-safe (الشكل 1 ب) على سطح الجسم في غرفة الفحص.
- ضع رقعا على السطح الخلفي.
- اطلب من الشخص الجلوس على سرير الفحص الطبي. انزع البطانة عن الشريط على الوجهين وضع مسطرة رأسية على طول العمود الفقري للهدف ، مع نهاية المسطرة عند انقسام الأرداف.
- ضع مسطرة أفقية على مستوى القمة الحرقفية ، بحيث يتقاطع المركز فوق المسطرة الرأسية. انزع البطانة عن الشريط على الوجهين على الرقع.
- ضع بقعتين مستطيلتين على الظهر ، بحيث تكون الحواف الطويلة للبقع بجوار المسطرة الرأسية وزوايا البقع عند تقاطع المساطر.
- ضع رقعا إضافية على يسار ويمين أول رقعتين بحيث تكون الرقع متماثلة ثنائيا. بالنسبة للموضوعات متوسطة الحجم ، ضع أربع بقع مستطيلة على كل جانب (الشكل 1E).
- ضع بقع على سطح البطن.
- ارفع رأس سرير الفحص إلى حوالي 40 درجة وقم بتوجيه الشخص للاستلقاء في وضع فاولر. ضع مسطرة رأسية على طول خط الوسط للبطن ، مع تحديد علامة 3 سم بالقرب من منطقة قاع العين عن طريق الجس اليدوي.
- ضع مسطرة أفقية بحيث يكون مركزها عند علامة 6 سم للمسطرة الرأسية وتمتد إلى اليسار واليمين الجانبي على طول الانحناء الطبيعي للبطن.
- ضع الرقعة المستطيلة الأولى فوق المسطرة الأفقية وعلى يسار المسطرة الرأسية، بحيث تكون حافتها الطويلة موازية للمسطرة الأفقية ويكون أحد أركان الرقعة عند تقاطع المسطرة.
- ضع الرقعة المستطيلة الثانية على يسار الرقعة الأولى ، مع حافتها الطويلة على طول المسطرة الأفقية. ضع الرقعتين الثالثة والرابعة أسفل المسطرة الأفقية مباشرة وتمت محاذاتها رأسيا مع الرقعتين الأولى والثانية.
- ضع الرقعة المستطيلة الخامسة أسفل الرقعة الثالثة ، مع حافتها القصيرة على طول المسطرة الرأسية. ضع الرقعة المستطيلة السادسة بجانب الخامسة على الجانب الأيسر. ضع الرقعة السابعة أسفل الرقعة الخامسة ، مع الحافة القصيرة على طول المسطرة الرأسية. اترك فجوات 2-3 سم بين البقع 3 و 5 و 7 لانحناء البطن.
- ضع الرقعتين المربعتين (s1 و s2) أسفل الرقعة السادسة والرقعة السابعة ، محاذاة رأسيا مع الرقعة السادسة والسابعة ، على التوالي. ضع رقعا على سطح البطن الأيمن بحيث تكون متماثلة بشكل ثنائي مع تلك الموجودة على اليسار (الشكل 1F).
- ضع رقعا على السطح الخلفي.
- التقط صورا وملاحظات لتخطيط التصحيح لتسجيل مواضع المساطر بالنسبة لبعضها البعض وسرة الموضوع.
- اطلب من فني التصوير بالرنين المغناطيسي فحص الموضوع وفقا لقواعد ولوائح سلامة التصوير بالرنين المغناطيسي في المنطقة الثانية من مرفق التصوير بالرنين المغناطيسي. بعد ذلك ، قم بتوجيه الموضوع عبر المنطقة الثالثة إلى المنطقة الرابعة ، حيث يوجد ماسح ضوئي 3 T MR.
- قم بتوجيه المريض للاستلقاء على سرير التصوير بالرنين المغناطيسي في وضع ضعيف وزوده بميكروفون آمن بالرنين المغناطيسي ومجموعة سماعة رأس وكرة ضغط إشارة. قم بتغطية أسفل بطن الشخص بملف التصوير بالرنين المغناطيسي المكون من 32 صفيفا (الشكل 2 أ). ابدأ فحص التصوير بالرنين المغناطيسي.
ملاحظة: تم استخدام تسلسل سريع لفحص حبس النفس بحجم شعاعي T1 لإجراء التصوير بالرنين المغناطيسي على كامل البطن باستخدام ماسح ضوئي 3 T Siemens Prisma أو Vida. كانت صور MR الناتجة بدقة 1.56 مم × 1.56 مم وسمك شريحة 4 مم.
- قم بتوجيه المريض للاستلقاء على سرير التصوير بالرنين المغناطيسي في وضع ضعيف وزوده بميكروفون آمن بالرنين المغناطيسي ومجموعة سماعة رأس وكرة ضغط إشارة. قم بتغطية أسفل بطن الشخص بملف التصوير بالرنين المغناطيسي المكون من 32 صفيفا (الشكل 2 أ). ابدأ فحص التصوير بالرنين المغناطيسي.
- استخدمي أداة تحديد الموقع لضبط مجال الرؤية لتغطية الرحم وعنق الرحم بالكامل. بعد ذلك ، قم بإجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام تسلسل مرجح T1 مع فحص حبس النفس المقحم بالحجم (وقت التكرار [TR] = 4.07 مللي ثانية ، وقت الصدى [TE] = 1.78 مللي ثانية ، زاوية الوجه = 10 درجة) وإعادة البناء متعدد المستويات لمجموعة البيانات (مجال الرؤية [FOV] = 500 مم × 500 مم ، المصفوفة = 320 × 320 ، حجم الفوكسل = 1.56 × 1.56 × 4 مم3).
- تخزين البيانات في شكل التصوير الرقمي والاتصالات في الطب (DICOM).
- قم بإزالة بقع التصوير بالرنين المغناطيسي والمساطر من الموضوع ونظف البطن والظهر باستخدام مناديل الأطفال المبللة.
- قم بإزالة الشريط على الوجهين من البقع ، وقم بتطهير البقع بمناديل مبيدة للجراثيم يمكن التخلص منها ، وقم بتطبيق شريط جديد على الوجهين للتجربة التالية.
3. رسم خرائط الكهرباء الحيوية والمسح البصري ثلاثي الأبعاد
ملاحظة: إجراء رسم خرائط الكهرباء الحيوية بعد إدخال الشخص إلى وحدة المخاض والولادة ، وتوسع عنق الرحم إلى حوالي 4 سم. المدة الزمنية المقدرة لهذه الخطوة هي 2 ساعة.
- تحضير رقع القطب: املأ الجل الموصل في حقنة ري منحنية الأطراف. أضف الجل إلى تجاويف حامل القطب على كل رقعة قطب كهربائي باستخدام المحقنة. قم بإزالة بطانات الأشرطة على الوجهين.
- قم بتطبيق رقع الأقطاب الكهربائية وفقا لنفس الإجراءات الموضحة في الخطوة 2.1، باتباع تخطيط الموضع الموضح في الصور والملاحظات التي تم التقاطها في الخطوة 2.2.
- قم بتوصيل أسلاك الطاقة والبيانات الخاصة بالماسح الضوئي 3D. افتح برنامج المسح الضوئي 3D (جدول المواد). أمسك الماسحة الضوئية المحمولة باليد (جدول المواد) في وضع مستقيم، بحيث تكون الكاميرات الوامضة متجهة للهدف.
- اضغط على الزر Start ( ابدأ ) في الماسحة الضوئية لبدء المسح الضوئي، ثم اضغط على الزر Start ( ابدأ ) مرة أخرى لتسجيل المسح الضوئي. حرك الماسح الضوئي حول الهدف لالتقاط عمليات مسح ضوئي 3D لالتقاط مواقع القطب.
ملاحظة: يتم إجراء مسح بصري لسطح الظهر السفلي بعد وضع رقع القطب على السطح الخلفي. يتم إجراء فحوصات بصرية لسطح البطن بعد وضع بقع قطب كهربائي على سطح البطن. - اضغط على الزر إيقاف ( Stop ) الموجود على الماسحة الضوئية لإنهاء المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد (3D).
- اضغط على الزر Start ( ابدأ ) في الماسحة الضوئية لبدء المسح الضوئي، ثم اضغط على الزر Start ( ابدأ ) مرة أخرى لتسجيل المسح الضوئي. حرك الماسح الضوئي حول الهدف لالتقاط عمليات مسح ضوئي 3D لالتقاط مواقع القطب.
- التقط صورا وملاحظات لتخطيط التصحيح. لاحظ مواضع المساطر بالنسبة لبعضها البعض وسرة الموضوع.
- ضع أربعة أقطاب تأريض ، مع القطب "LL" في أسفل البطن الأيسر ، والقطب "LA" على الجزء العلوي الأيسر من الصدر ، والقطب "RA" على الجزء العلوي الأيمن من الصدر ، والقطب "DRL" على سطح البطن بالقرب من السرة أو أسفل البطن الأيمن.
- قم بتوصيل مكونات أجهزة رسم خرائط الكهرباء الحيوية ، بما في ذلك الكمبيوتر المحمول ، والصندوق التناظري إلى الرقمي (AD) ، وصندوق البطارية ، وتصحيح القطب ، وكابلات قطب التأريض ، والألياف الضوئية ، ومستقبل USB2 (الشكل 1D).
- افتح البرنامج Active View على الكمبيوتر المحمول وقم بتشغيل صندوق AD.
ملاحظة: إذا كان مصباح الحالة أصفر اللون على صندوق AD، فإن أقطاب التأريض تكون ضعيفة التلامس مع الجلد. في هذه الحالة ، قم بإزالة أقطاب التأريض ، وأضف المزيد من الجل ، وضعها مرة أخرى في مواقعها. كرر ذلك حتى يتحول ضوء الحالة إلى اللون الأزرق. - تحقق من وحدة إزاحة القطب في العرض النشط. إذا كان لأي أقطاب كهربائية إزاحة كبيرة (أكثر من ربع أكبر إزاحة) ، فقم بتحسين ملامستها للجلد عن طريق تثبيتها باستخدام أشرطة ورقية طبية أو عن طريق إعادة تثبيتها (إزالتها وإضافة المزيد من الجل ووضعها مرة أخرى في مواقعها).
- انقر فوق ملف ابدأ > متوقف مؤقتا لحفظ تدفقات بيانات إشارة الكهرباء الحيوية في الوقت الفعلي. بعد تسجيل 900 ثانية، انقر فوق إيقاف مؤقت حفظ > إيقاف لإنهاء التسجيل وتخزين القياس متعدد الأقطاب الكهربائية في ملف ملف بيانات ثنائي (BDF).
- كرر الخطوة 3.9 أربع مرات بعد أن يتحقق مساعد البحث للتأكد من أن الموضوع مريح ومستعد للمتابعة.
- بعد التسجيل الأخير (عادة ما يكون أربعة تسجيلات في المجموع) ، قم بإيقاف تشغيل صندوق AD وافصل تصحيحات القطب الكهربائي وأقطاب التأريض والألياف الضوئية وكابل USB.
- قم بإزالة بقع القطب الكهربائي وأقطاب التأريض من الهدف.
- نظف بطن الشخص وأسفل ظهره بمنشفة أو مناديل مبللة للأطفال.
- قم بتعبئة جميع المعدات وتخزين رقع الأقطاب الكهربائية وأقطاب التأريض للتنظيف.
- نظف رقع الأقطاب الكهربائية وأقطاب التأريض بالماء الفاتر بصابون الأطباق في غرفة التنظيف. تطهيرها بمناديل مبيدة للجراثيم.
- جفف الرقع في الهواء وقم بتطبيق شريط تثبيت على الوجهين على الرقع والمساطر للتجربة التالية.
4. توليد هندسة الجسم والرحم
- قم بإجراء تجزئة لبيانات التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام تطبيق برنامج تحليل البيانات.
ملاحظة: هنا ، تم استخدام برنامج أميرة- قم بتشغيل برنامج تحليل البيانات وتحميل بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي DICOM. انتقل إلى وحدة التجزئة وانقر على جديد لإنشاء تصنيف جديد . انقر فوق تحرير > اضبط النطاق على > مدرج تكراري للبيانات لتغيير تباين الصورة.
- في عرض السهمي، اختر أداة الفرشاة، وقم بتسمية حدود الرحم لصور MR، املأ المناطق، وأضف إلى ملف التسمية. كرر هذه الخطوة كل ثلاث إلى خمس شرائح.
- حدد المناطق المجزأة وانقر تحديد > استيفاء > + لاستيفاء تجزئة كل الشرائح. هذا يكمل تجزئة سطح الرحم.
- انقر فوق جديد لإنشاء ملف تسمية جديد . اختر أداة العصا السحرية، ضع عتبة التقنيع عند الحد الأدنى المحلي الأولي للمدرج التكراري للبيانات، واضبطها تدريجيا حتى يتم تمييز الجسم بالكامل باللون الأزرق.
- اختر كل الشرائح، وانقر فوق أي منطقة زرقاء، ثم انقر فوق + لإضافة التجزئة إلى ملف التسمية. انقر تجزئة > ملء الثقوب > كل الشرائح > + لإصلاح الثقوب .
- انتقل إلى وحدة التجزئة وانقر فوق جديد لإنشاء تسمية جديدة للرحم. قم بتقسيم الرحم يدويا على صور التصوير بالرنين المغناطيسي. استخدم الاستيفاء إذا لزم الأمر.
- في وحدة المشروع ، قم بإنشاء بيانات السطح من ملفات الملصقات الخاصة بالرحم وسطح الجسم.
- اختر ملف سطحي، وقلل عدد الوجوه في محرر التبسيط > تبسيط بنسبة 50٪، وانقر فوق تبسيط الآن. اختر ملف Surface المبسط وانقر بزر الماوس الأيمن فوق Smooth Surface (التكرار = 20 ، lambda = 0.6) > تطبيق. ثم اختر ملف السطح الناعم وانقر بزر الماوس الأيمن فوق Remesh Surface (٪ 100) > Apply لإعادة الشبكة على كل سطح.
- استمري في تنفيذ الخطوة 4.1.7 حتى يتكون سطح الجسم من حوالي 18000 وجه ويتكون سطح الرحم من 640 وجها تقريبا.
- انقر فوق ملف > تصدير البيانات كما > STL ascii لحفظ السطحين بتنسيق الطباعة الحجرية المجسمة (STL).
- إجراء المعالجة اللاحقة لبيانات المسح الضوئي 3D.
- قم بتحميل ملف المسح الضوئي 3D لسطح البطن في استوديو Artec 12 الاحترافي.
- حدد الفحص البصري المستهدف وقم بتكرار الفحص.
- انقر فوق Autopilot لبدء معالجة الفحص المحدد.
- في وحدة إنشاء النموذج، اختر جودة المسح الضوئي (الهندسة، والملمس)، وحجم الكائن، وطريقة ملء الثقب (مانعة لتسرب الماء)، وما إلى ذلك، وانقر فوق التالي.
- في وحدة المحرر، اختر تحديد الحبل وامسح المناطق الزائدة.
- انقر فوق التالي لإنشاء تحسين تلقائي للفحص.
- انقر فوق محرر > تحديد الحبل لإزالة المناطق غير الضرورية.
- انقر ملف > تصدير الشبكات > تنسيق ملف STL لحفظ السطح بتنسيق STL.
- قم بمحاذاة بيانات المسح الضوئي 3D إلى سطح جسم التصوير بالرنين المغناطيسي وقم بإنشاء هندسة الجسم والرحم باستخدام البرامج النصية للغة أوامر الأداة (TCL) في برنامج تحليل البيانات.
- قم بتحميل أسطح تنسيق STL التي تم إنشاؤها من الخطوتين 4.1 و 4.2 باستخدام مشروع برنامج تحليل البيانات المبرمج مسبقا.
- قم بتشغيل سطر أوامر TCL الموجه لإعداد كائنات برنامج تحليل البيانات للمحاذاة الصلبة لسطح البطن.
- انقر فوق اثنين من المشاهدين (أفقيا) واعرض سطح جذع المسح الضوئي في العارض الأيسر وسطح جسم التصوير بالرنين المغناطيسي في العارض الأيمن.
- ضع خمسة أو ستة معالم على كلا السطحين وقم بتشغيل سطر أوامر TCL الفوري لتطبيق المحاذاة الصلبة.
- كرر الخطوات 4.3.2-4.3.4 للسطح الخلفي.
- انقر فوق عارض واحد واعرض سطح الجسم الممسوح ضوئيا المحاذي للمحاذاة الصلبة في العارض.
- قم بتشغيل سطر أوامر TCL الموجه لإعداد كائنات برنامج تحليل البيانات للمحاذاة غير الجامدة.
- انقر فوق Project > Create Object > Landmark (معالم Landmark (معالم الكائنات) وأضف معالم في مواقع الأقطاب الكهربائية على سطح الجسم الممسوح ضوئيا.
- انقر فوق ملف > تصدير البيانات ك > LandmarkSet Ascii لتصدير الملفات البارزة للمحاذاة غير الجامدة.
- قم بتشغيل الوحدة النمطية الهندسية في خط أنابيب معالجة بيانات EMMI لإجراء محاذاة غير جامدة.
- قم بتنفيذ موجه سطر أوامر TCL لاستيراد معالم القطب المحاذية تلقائيا وتحسين دقة معالم القطب بالرجوع إلى الملاحظات والصور الموضحة في الخطوتين 2.3 و3.3.
- انقر فوق ملف > تصدير البيانات باسم > LandmarkSet Ascii لتصدير ملفات المعالم لمواقع الأقطاب الكهربائية.
- قم بتشغيل وحدة هندسة خط أنابيب معالجة بيانات EMMI لتحميل ملفات STL وملفات LandmarkSet ، وإنشاء هندسة الجسم والرحم بتنسيق MAT.
5. المعالجة المسبقة للإشارة الكهربائية
- قم بتشغيل وحدة المعالجة المسبقة لخط أنابيب معالجة البيانات EMMI-EMG لتحميل ملف BDF ومعالجة الإشارة الكهربائية الخام باستخدام مرشح Butterworth مع نطاق التردد 0.34-1 هرتز.
- قم بتشغيل خط أنابيب معالجة بيانات EMMI - وحدة الكشف عن القطع الأثرية لاكتشاف القطع الأثرية المحلية والعالمية تلقائيا في الإشارة التي تمت تصفيتها.
6. إعادة بناء وتوصيف الإشارات الكهربائية الرحمية
- قم بتشغيل وحدة إعادة بناء خط أنابيب معالجة بيانات EMMI لتحميل هندسة الجسم والرحم وبيانات الإشارة الكهربائية المعالجة مسبقا وحساب الإشارات الكهربائية على سطح الرحم.
- قم بتشغيل وحدة تحليل إشارة EMMI لمعالجة البيانات EMMI-EMG للكشف تلقائيا عن البدايات والإزاحات لكل انفجار EMG على سطح الرحم.
- اختر نافذة المراقبة على تراكب الشكل العنقودي لحساب وقت التنشيط في كل موقع رحم لكل نافذة مراقبة وإنشاء إيزوكرون لكل نافذة مراقبة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تظهر رقع تمثيلية آمنة للتصوير بالرنين المغناطيسي ورقع أقطاب كهربائية في الشكل 1B ، C ، تم إنشاؤها من القالب الموضح في الشكل 1A. يظهر الشكل 1C أجهزة رسم خرائط الكهرباء الحيوية ، مع تمييز توصيلات كل مكون بالتفصيل. يوضح الشكل 2 إجراء EMMI بالكامل ، بما في ذلك فحص التصوير بالرنين المغناطيسي للموضوع الذي يرتدي بقع التصوير بالرنين المغناطيسي (الشكل 2A) ، والمسح البصري ثلاثي الأبعاد (الشكل 2B) ، ورسم خرائط الكهرباء الحيوية (الشكل 2C) ، وتوليد هندسة الجسم والرحم (الشكل 2D) ، ومخطط لبيانات EMMI (الشكل 2E).
يوضح الشكل 3A مخططا تمثيليا لسطح الجسم الخام بمعدل أخذ عينات يبلغ 2,048 هرتز. تتأثر الإشارة الخام بشكل كبير بانحراف خط الأساس ، وإشارة تخطيط القلب الكهربائي للأم ، وتنفس الأم ، وعوامل أخرى. في المعالجة المسبقة للإشارة الكهربائية (القسم 5 في البروتوكول) ، تم تطبيق مرشح تمرير نطاق Butterworth بترددات قطع من 0.34-1 هرتز وعينة سفلية بعامل 20 لتوليد الإشارة المفلترة الموضحة في الشكل 3B. تم تمييز ثلاث رشقات نارية واضحة من EMG بخطوط خضراء في الشكل 3B.
يوضح الشكل 4A-F ست خرائط متتالية لجهد سطح الرحم على بعد 0.2 ثانية في المناظر الأمامية واليسرى والخلفية واليمنى. تمثل الألوان الدافئة إمكانات إيجابية وتمثل الألوان الباردة إمكانات سلبية. الوقت المحدد لكل جهد رحم موضح في الرسم البياني في الشكل 4G ، وهو من المواقع المشار إليها بعلامات نجمية في الشكل 4A-F. تبدأ المنطقة ذات الإمكانات الإيجابية العالية في الموقع المحدد بعلامة النجمة (الشكل 4 أ) ، وتتوسع (الشكل 4B-E) ، وأخيرا تتضاءل (الشكل 4F). تسمح هذه الخرائط المحتملة التي تم إنشاؤها بواسطة EMMI للباحثين بتصور التطور الديناميكي لتقلصات الرحم في ثلاثة أبعاد.
يوضح الشكل 5A خريطة isochrone تم إنشاؤها بواسطة EMMI من أربع طرق عرض. في الصور ، تمثل الألوان الدافئة التنشيط المبكر ، وتمثل الألوان الباردة التنشيط المتأخر ، ولا يمثل اللون الأزرق الداكن أي تنشيط في نافذة المراقبة المحددة. تعرض خريطة isochrone هذه تسلسل تقلص الرحم الذي يبدأ فيه تنشيط الرحم في قاع العين الأيمن وينتشر إلى الأمامي والأيمن. لم يحدث أي تنشيط في الجزء الخلفي الأيسر. يوضح الشكل 5 ب ثلاثة مخططات كهربية رحمية تمثيلية من المواقع (أ) و(ب) و(ج). تشير الخطان الحمراء والزرقاء إلى أوقات البدء والانتهاء ، على التوالي ، لخريطة isochrone في الشكل 5A. ووقع انفجار فريق الإدارة البيئية في الموقع (أ) قبل انفجار الفريقين (ب) و(ج). تسمح خرائط isochrone التي تم إنشاؤها بواسطة EMMI للمحققين بتصور تسلسل تقلص الرحم.
الشكل 1: تصميم رقعة القطب . (أ) نموذج لعمل رقع علامات آمنة بالرنين المغناطيسي ورقع أقطاب كهربائية، مع القياسات الموضحة بالملليمترات. (ب) رقعة علامة آمنة للتصوير بالرنين المغناطيسي. (ج) حامل قطب كهربائي، وقطب كهربائي من نوع الدبوس، ورقعة قطب كهربائي. (د) أجهزة رسم خرائط الكهرباء الحيوية مع تسمية كل مكون. ه: تخطيط الرقعة على سطح البطن. (و) تخطيط التصحيح على السطح الخلفي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: مخطط انسيابي لنظام EMMI. أ: التصوير بالرنين المغناطيسي للجزء السفلي من الجسم. (ب) مسح بصري 3D لسطح الجسم مع وجود أقطاب كهربائية في مكانها. (ج) رسم خرائط الكهرباء الحيوية. د: هندسة الجسم والرحم والمعالجة المسبقة للإشارة الكهربية. ه: إعادة بناء الإشارات الكهربية الرحمية وتوصيفها. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: مخطط كهربي لسطح الجسم التمثيلي . (أ) إشارة خام مقدارها 375 ثانية مسجلة من قطب كهربائي من نوع الدبوس على سطح الجسم. (ب) إشارة من A بعد ممر نطاق بتروورث واختزال العينات. تشير الخطوط الخضراء إلى أوقات رشقات EMG. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: خرائط جهد سطح الرحم التمثيلية. (A-F) تظهر الخرائط المحتملة في أربع طرق عرض في بعض الأحيان محددة في مخطط كهربية الهواء ب G مع نقاط حمراء. تمثل الألوان الدافئة إمكانات إيجابية وتمثل الألوان الباردة إمكانات سلبية. (ز) مخطط كهربي في الموقع مكتوب عليه علامة النجمة في A-F. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: خريطة إيزوكرون الرحم التمثيلية والمخططات الكهربية . (أ) خريطة متساوية اللون موضحة في أربع طرق عرض ، بألوان دافئة تمثل التنشيط المبكر ، وألوان باردة تمثل التنشيط المتأخر ، والأزرق الداكن يمثل عدم التنشيط. ب: مخططات كهربية الرحم من المواقع (أ) و(ب) و(ج). تشير الخطوط الرأسية الحمراء والزرقاء إلى بداية ونهاية نافذة المراقبة لخريطة isochrone هذه على التوالي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
أشار تخطيط كهربية العضل إلى أن تردد وسعة الإشارات الكهربائية الرحمية تتغير خلال فترة الحمل2،16،25. استكشفت العديد من الدراسات أنماط انتشار الرحم لتقلصات الرحم لدى المرضى في المخاض النشط10،17،26،27،28. ومع ذلك ، لم يتم الإبلاغ عن اتجاه انتشار قاطع ، بسبب العدد والتغطية المحدودين ، فضلا عن التكوين غير القياسي لأقطاب سطح الجسم. قد يكون غياب اتجاه الانتشار السائد أيضا بسبب جهاز تنظيم ضربات القلب غير الثابت في عضل الرحم16,29 ، ولكن لم يتم الإبلاغ عن أي دليل مباشر مقنع. ينفذ EMMI تغطية كاملة للأقطاب الكهربائية على سطح الجسم ويطبق حسابا عكسيا لإعادة بناء الأنشطة الكهربائية على سطح الرحم. يتيح EMMI توصيف الانتشار الكهربائي لتقلص الرحم على سطح الرحم بالكامل ، وعرض مكان بدء الانقباضات وكيفية انتشارها. بالإضافة إلى ذلك ، بفضل دقته الزمنية العالية ، يمكن ل EMMI تحليل تطور تقلصات الرحم مع تقدم المخاض باستخدام خرائط isochrone. إن التحليل الشامل لتقلصات الرحم من شأنه أن يبشر بتقديم رؤى جديدة حول النضج الكهربائي لعضل الرحم البشري وتحسين الإدارة السريرية للعمل البشري.
المخاض المبكر هو حالة يحتمل أن تسببها عمليات مرضية متعددة ، مثل أمراض عنق الرحم ، والعدوى ، وانخفاض عمل هرمون البروجسترون ، وأمراض المشيمة ، وتقلص الرحم غير الطبيعي ، وما إلى ذلك.30,31. من خلال توفير صور كهربائية عالية الدقة الزمانية والمكانية لتقلصات الرحم ، يحمل EMMI وعدا كبيرا بتحسين دقة التنبؤ بالمخاض / الولادة المبكرة الناجمة عن تقلصات الرحم غير الطبيعية.
هناك العديد من الخطوات الحاسمة في أداء EMMI في النساء الحوامل. أولا ، يجب وضع رقع القطب في نفس المواقع مثل الرقع الآمنة للتصوير بالرنين المغناطيسي. يعد اتباع تعليمات التنسيب (انظر البروتوكول) أمرا بالغ الأهمية لتقليل أخطاء موقع القطب الكهربائي. ثانيا ، من الضروري استخدام الكمية المناسبة من الجل وإنشاء اتصال كاف بين الأقطاب الكهربائية والجلد لضمان نشاط الإشارة الكهربائية الأمثل. ثالثا ، قد تكون هناك حاجة إلى عمليات مسح بصري متعددة لضمان الحصول على هندسة سطح الجسم عالية الجودة.
لدينا قيدان في الإصدار الحالي من EMMI. أحد القيود هو أن التصوير بالرنين المغناطيسي مكلف وغير محمول. نظرا لأنه من الصعب على النساء الخضوع للتصوير بالرنين المغناطيسي بعد بدء المخاض ، يتم إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي قبل أيام قليلة من توقع دخولهن المخاض. أما بالنسبة للمرضى الخدج ، الذين يكون تاريخ المخاض المتوقع لديهم أكثر غموضا من تاريخ المرضى الناضجين ، فقد قمنا بجدولة فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي المتعددة في 24 و 28 و 32 و 37 أسبوعا (إذا ذهب المريض إلى فترة الحمل) لتسجيل هندسة الجسم والرحم في أقرب وقت ممكن من المخاض. ومع ذلك ، من أجل الجدوى السريرية ، فإن التعزيز المحتمل ل EMMI هو استخدام الموجات فوق الصوتية السريرية للحصول على هندسة الجسم والرحم الخاصة بالمريض بجانب السرير. سيؤدي ذلك إلى تقليل النفقات الإجمالية ل EMMI والسماح بالقياس الهندسي في الوقت الفعلي قبل التسجيل الكهربائي أو أثناءه مباشرة. القيد الآخر هو العدد الكبير من الأقطاب الكهربائية ، مما يزيد من تكلفة الدراسة وقد يجعل من الصعب الاستخدام السريري اليومي. وبالتالي ، من ناحية ، نخطط لإجراء اختبار التحقق من صحة دقة EMMI مع عدد أقل من الأقطاب الكهربائية. من ناحية أخرى ، نخطط لدمج أقطاب كهربائية مطبوعة أرخص يمكن ارتداؤها ويمكن التخلص منها يمكن تركيبها على مادة مرنة32،33،34. على الرغم من أنه سيتم إجراء العديد من التحسينات في المستقبل ، إلا أن البروتوكول الأساسي المذكور في هذه المخطوطة لن يتغير. سيمكن هذا العمل مجموعات البحث الأخرى من إعادة إنتاج عمل EMMI الخاص بنا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
قدمت Y.W., A.G.C., P.C., و A.L.S. الطلب المؤقت الأمريكي رقم 62/642,389 بعنوان "نظام وطريقة التصوير غير الجراحي لعضل كهربية العضل (EMMI)" لتقنية EMMI الموصوفة في هذا العمل. يعمل YW كمستشار علمي لشركة Medtronic ولديه تمويل أبحاث من المعاهد الوطنية للصحة.
Acknowledgments
نشكر ديبورا فرانك على تحرير هذه المخطوطة وجيسيكا تشوبيز على تنظيم المشروع. التمويل: تم دعم هذا العمل من خلال منحة مركز March of Dimes (22-FY14-486) ، من خلال منح من المعاهد الوطنية للصحة / المعهد الوطني لصحة الطفل والتنمية البشرية (R01HD094381 إلى PIs Wang / Cahill; R01HD104822 إلى PIs Wang / Schwartz / Cahill) ، من خلال منح من مبادرة الولادة المبكرة لصندوق بوروز ويلكوم (NGP10119 إلى PI Wang) ، وبمنح من مؤسسة بيل وميليندا غيتس (INV-005417 و INV-035476 و INV-037302 إلى PI Wang).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 16 G Vinyl 54" Clear | Jo-Ann Stores | 1532449 | |
| 3 T Siemens Prisma | Siemens | N/A | MRI scanner |
| 3M double coated medical tape – transparent | MBK tape solutions | 1522 | Width - 0.5" |
| Active electrode holders with X -ring | Biosemi | N/A | 17 mm |
| Amira | Thermo Fisher Scientific | N/A | Data analysis software |
| Bella storage solution 28 Quart clear underbed storage tote | Mernards | 6455002 | |
| Extreme-temperature silicone rubber translucent | McMaster-Carr | 86465K71 | Thickness 1.32” |
| Gorilla super glue gel | Amazon | N/A | |
| LifeTime carbide punch and die set, 9 Pc. | Harbor Freight | 95547 | |
| Optical 3D scan | Artec 3D | Artec Eva Lite | |
| PDI super sani cloth germicidal wipes | McKesson medical supply company | Q55172 | Santi-cloth |
| Pin-type active electrodes | Biosemi | Pin-type | |
| REDUX electrolyte gel | Amazon | 67-05 | |
| Soft cloth measuring tape | Amazon | N/A | any brand can be used |
| Sterilite layer handle box | Walmart | 14228604 | Closed box |
| TD-22 Electrode collar 8 mm | Discount disposables | N/A | |
| Vida scanner | Siemens | N/A | MRI scanner |
| Vitamin E dl-Alpha 400 IU - 100 liquid softgels | Nature made | SU59FC52EE73DC3 |
References
- Hadar, E., Biron-Shental, T., Gavish, O., Raban, O., Yogev, Y. A comparison between electrical uterine monitor, tocodynamometer and intra uterine pressure catheter for uterine activity in labor. The Journal of Maternal-Fetal & Neonatal Medicine. 28 (12), 1367-1374 (2015).
- Schlembach, D., Maner, W. L., Garfield, R. E., Maul, H. Monitoring the progress of pregnancy and labor using electromyography. European Journal of Obstetrics, Gynecology, and Reproductive Biology. 144, S33-S39 (2009).
- Jacod, B. C., Graatsma, E. M., Van Hagen, E., Visser, G. H. A. A validation of electrohysterography for uterine activity monitoring during labour. The Journal of Maternal-Fetal & Neonatal Medicine. 23 (1), 17-22 (2009).
- Garfield, R. E., et al. Uterine Electromyography and light-induced fluorescence in the management of term and preterm labor. Journal of the Society for Gynecologic Investigation. 9 (5), 265-275 (2016).
- Devedeux, D., Marque, C., Mansour, S., Germain, G., Duchêne, J. Uterine electromyography: A critical review. American Journal of Obstetrics and Gynecology. 169 (6), 1636-1653 (1993).
- Jain, S., Saad, A. F., Basraon, S. S. Comparing uterine electromyography & tocodynamometer to intrauterine pressure catheter for monitoring labor. Journal of Woman's Reproductive Health. 1 (3), 22-30 (2016).
- Lucovnik, M., et al. Use of uterine electromyography to diagnose term and preterm labor. Acta Obstetricia et Gynecologica Scandinavica. 90 (2), 150-157 (2011).
- Garcia-Casado, J., et al. Electrohysterography in the diagnosis of preterm birth: a review. Physiological Measurement. 39 (2), 02 (2018).
- Maner, W. L., Garfield, R. E. Identification of human term and preterm labor using artificial neural networks on uterine electromyography data. Annals of Biomedical Engineering. 35 (3), 465-473 (2007).
- Rabotti, C., Mischi, M. Propagation of electrical activity in uterine muscle during pregnancy: a review. Acta Physiologica. 213 (2), 406-416 (2015).
- Cohen, W. R.
- Maner, W. L., Garfield, R. E., Maul, H., Olson, G., Saade, G. Predicting term and preterm delivery with transabdominal uterine electromyography. Obstetrics & Gynecology. 101 (6), 1254-1260 (2003).
- Leman, H., Marque, C., Gondry, J. Use of the electrohysterogram signal for characterization of contractions during pregnancy. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 46 (10), 1222-1229 (1999).
- Vasak, B., et al. Uterine electromyography for identification of first-stage labor arrest in term nulliparous women with spontaneous onset of labor. American Journal of Obstetrics and Gynecology. 209 (3), e1-e8 (2013).
- Euliano, T. Y., et al. Monitoring uterine activity during labor: a comparison of 3 methods. American Journal of Obstetrics and Gynecology. 208 (1), e1-e6 (2013).
- Garfield, R. E., Maner, W. L. Physiology and electrical activity of uterine contractions. Seminars in Cell & Developmental Biology. 18 (3), 289-295 (2007).
- Rabotti, C., Bijloo, R., Oei, G., Mischi, M. Vectorial analysis of the electrohysterogram for prediction of preterm delivery: a preliminary study. 2011 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE. , 3880-3883 (2011).
- Wu, W., et al. Noninvasive high-resolution electromyometrial imaging of uterine contractions in a translational sheep model. Science Translational Medicine. 11 (483), (2019).
- Wang, H., et al. Accuracy of electromyometrial imaging of uterine contractions in clinical environment. Computers in Biology and Medicine. 116, 103543 (2020).
- Cahill, A. G., et al. Analysis of electrophysiological activation of the uterus during human labor contractions. JAMA Network Open. 5 (6), 2214707 (2022).
- Wang, H., et al. Noninvasive electromyometrial imaging of human uterine maturation during term labor. Nature Communications. 14 (1), 1198 (2023).
- Kok, R. D., de Vries, M. M., Heerschap, A., vanden Berg, P. P. Absence of harmful effects of magnetic resonance exposure at 1.5 T in utero during the third trimester of pregnancy: A follow-up study. Magnetic Resonance Imaging. 22 (6), 851-854 (2004).
- Choi, J. S., et al. A case series of 15 women inadvertently exposed to magnetic resonance imaging in the first trimester of pregnancy. Journal of Obstetrics and Gynaecology. 35 (8), 871-872 (2015).
- Ray, J. G., Vermeulen, M. J., Bharatha, A., Montanera, W. J., Park, A. L. Association between MRI exposure during pregnancy and fetal and childhood outcomes. JAMA. 316 (9), 952-961 (2016).
- Benedetti, M. G., Agostini, V., Knaflitz, M., Bonato, P. Applications of EMG in clinical and sports medicine. Intech Open. , 117-130 (2012).
- Lange, L., et al. Velocity and directionality of the electrohysterographic signal propagation. PloS One. 9 (1), e86775 (2014).
- Planes, J. G., Morucci, J. P., Grandjean, H., Favretto, R. External recording and processing of fast electrical activity of the uterus in human parturition. Medical & Biological Engineering & Computing. 22 (6), 585-591 (1984).
- Mikkelsen, E., Johansen, P., Fuglsang-Frederiksen, A., Uldbjerg, N. Electrohysterography of labor contractions: propagation velocity and direction. Acta Obstetricia et Gynecologica Scandinavica. 92 (9), 1070-1078 (2013).
- Young, R. C.
- Goldenberg, R. L.
- Rubens, C. E., et al. Prevention of preterm birth: harnessing science to address the global epidemic. Science Translational Medicine. 6 (262), 5 (2014).
- Shi, H., et al. Screen-printed soft capacitive sensors for spatial mapping of both positive and negative pressures. Advanced Functional Materials. 29 (23), 1809116 (2019).
- Lo, L. W., et al. An inkjet-printed PEDOT:PSS-based stretchable conductor for wearable health monitoring device applications. ACS Applied Materials and Interfaces. 13 (18), 21693-21702 (2021).
- Lo, L. W., et al. Stretchable sponge electrodes for long-term and motion-artifact-tolerant recording of high-quality electrophysiologic signals. ACS Nano. 16 (8), 11792-11801 (2022).
