Summary
Nous présentons un protocole pour la réalisation de l’imagerie électromyométriale (EMMI), comprenant les procédures suivantes : enregistrements multiples de capteurs d’électrodes d’électromyographie à partir de la surface du corps, imagerie par résonance magnétique et reconstruction du signal électrique utérin.
Abstract
Au cours d’une grossesse normale, le muscle lisse utérin, le myomètre, commence à avoir des contractions faibles et non coordonnées à la fin de la gestation pour aider le col de l’utérus à se remodeler. Pendant le travail, le myomètre a des contractions fortes et coordonnées pour accoucher du fœtus. Diverses méthodes ont été développées pour surveiller les schémas de contraction utérine afin de prédire le début du travail. Cependant, les techniques actuelles ont une couverture spatiale et une spécificité limitées. Nous avons développé l’imagerie électromyométriale (EMMI) pour cartographier de manière non invasive l’activité électrique utérine sur la surface utérine tridimensionnelle pendant les contractions. La première étape de l’EMMI consiste à utiliser l’imagerie par résonance magnétique pondérée en T1 pour acquérir la géométrie corps-utérus spécifique au sujet. Ensuite, jusqu’à 192 électrodes de type broche placées à la surface du corps sont utilisées pour collecter les enregistrements électriques du myomètre. Enfin, le pipeline de traitement des données EMMI est réalisé pour combiner la géométrie corps-utérus avec les données électriques de la surface du corps afin de reconstruire et d’imager les activités électriques utérines sur la surface utérine. EMMI peut imager, identifier et mesurer de manière sûre et non invasive les régions d’activation précoce et les modèles de propagation dans l’ensemble de l’utérus en trois dimensions.
Introduction
Cliniquement, les contractions utérines sont mesurées soit à l’aide d’un cathéter de pression intra-utérin, soit par tocodynamométrie1. Dans le cadre de la recherche, les contractions utérines peuvent être mesurées par électromyographie (EMG), dans laquelle des électrodes sont placées sur la surface abdominale pour mesurer les signaux bioélectriques générés par le myomètre 2,3,4,5,6,7. On peut utiliser les caractéristiques de magnitude, de fréquence et de propagation des sursauts électriques 8,9,10,11,12 dérivés de l’EMG pour prédire le début du travail chez les prématurés. Cependant, dans l’EMG conventionnel, l’activité électrique des contractions utérines n’est mesurée qu’à partir d’une petite région de la surface abdominale avec un nombre limité d’électrodes (deux13 et quatre 7,14,15,16 au centre de la surface abdominale et 64 17 à la surface abdominale inférieure). De plus, l’EMG conventionnel est limité dans sa capacité à étudier les mécanismes du travail, car il ne reflète que les activités électriques moyennes de l’ensemble de l’utérus et ne peut pas détecter les schémas spécifiques d’initiation et d’activation électriques sur la surface utérine pendant les contractions.
Un développement récent appelé imagerie électromyométriale (EMMI) a été introduit pour surmonter les lacunes de l’EMG conventionnel. EMMI permet une imagerie non invasive de l’ensemble de la séquence d’activation électrique du myomètre pendant les contractions utérines 18,19,20,21. Pour acquérir la géométrie corps-utérus, EMMI utilise l’imagerie par résonance magnétique (IRM) pondérée en T122,23,24, qui a été largement utilisée pour les femmes enceintes au cours de leurs deuxième et troisième trimestres. Ensuite, jusqu’à 192 électrodes de type broche placées à la surface du corps sont utilisées pour collecter les enregistrements électriques du myomètre. Enfin, le pipeline de traitement des données EMMI est réalisé pour combiner la géométrie corps-utérus avec les données électriques afin de reconstruire et d’imager les activités électriques sur la surface utérine21. EMMI peut localiser avec précision l’initiation des contractions utérines et les modèles de propagation de l’image pendant les contractions utérines en trois dimensions. Cet article a pour objectif de présenter les procédures EMMI et de démontrer les résultats représentatifs obtenus chez les femmes enceintes.
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Protocol
Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par le Washington University Institutional Review Board.
1. Patchs de marqueurs, patchs d’électrodes et règles sans danger pour l’IRM (Figure 1)
- Imprimez les gabarits d’IRM et de patch d’électrode (Figure 1A) sur papier.
- Découpez des feuilles de vinyle transparent et de caoutchouc de silicone (tableau des matériaux) en 22 (vinyle) et 44 (caoutchouc) rectangulaires (120 mm x 60 mm) et 4 (vinyle) et 8 (caoutchouc de silicone) carrés (60 mm x 60 mm).
- Fabriquez des patchs de marqueurs résistants à l’IRM : Superposez un gabarit avec un timbre en vinyle transparent et collez des marqueurs résistants à l’IRM (gélules liquides de vitamine D) sur le timbre de vinyle au centre des cercles, qui représentent les cavités porte-électrodes sur le gabarit (Figure 1B).
- Fabriquez des patchs d’électrodes : Étiquetez les emplacements des cercles sur les patchs en caoutchouc de silicone et percez des trous à ces endroits à l’aide d’un jeu de poinçons d’un diamètre de 8 mm.
- Fixez les porte-électrodes sur chaque trou à l’aide de colliers adhésifs double face (tableau des matériaux). Alignez la circonférence de la cavité du porte-électrode avec la circonférence du trou perforé sur la feuille de silicone.
- Installez l’anneau en X dans la cavité au-dessus du porte-électrode, couvrez le support avec la feuille de silicone à code couleur et insérez l’électrode active de type broche à travers l’anneau en X dans le support. L’électrode est centrée dans la cavité du porte-électrode. Les câbles d’électrodes doivent passer entre les deux couches de feuilles de silicone et au milieu des deux rangées de supports le long du bord long. Ajustez la longueur du câble d’électrode en l’enroulant autour du porte-électrode si nécessaire. L’assemblage d’un patch d’électrode est terminé (Figure 1C).
- Appliquez trois bandes de ruban adhésif double face de qualité médicale sur le patch d’électrode entre les rangées d’électrodes le long du bord long du patch.
- Découpez six rubans à mesurer à leurs repères de 30 cm. Conservez la partie supérieure de 0 cm à 30 cm. Pour fabriquer une règle horizontale, collez les bords à 0 cm de deux rubans à mesurer sur un long morceau de bande de vinyle avec un espace dans la largeur du ruban. Appliquez du ruban adhésif double face sur chaque règle.
- Rangez les patchs et les règles dans une boîte de rangement à couvercle fermé.
2. IRM
REMARQUE : L’IRM est programmée à un âge gestationnel de 36 à 40 semaines, avant la date prévue de l’accouchement de la mère, déterminée en fonction de l’horaire du sujet et de la recommandation de son infirmière. La durée estimée de cette étape est de 2 h.
- Une fois que le sujet a signé le formulaire de consentement, demandez-lui de changer de vêtements de ville pour enfiler le pantalon et la blouse sans danger pour l’IRM fournis par le technicien en IRM. Placez des patchs marqueurs résistants à l’IRM (Figure 1B) sur la surface du corps dans la salle d’examen.
- Placez des patchs sur la surface arrière.
- Demandez au sujet de s’asseoir sur un lit d’examen médical. Décollez la doublure du ruban adhésif double face et appliquez une règle verticale le long de la colonne vertébrale du sujet, avec l’extrémité de la règle au niveau du décolleté des fesses.
- Placez une règle horizontale au niveau de la crête iliaque, le centre passant au-dessus de la règle verticale. Décollez la doublure du ruban adhésif double face sur les patchs.
- Appliquez deux patchs rectangulaires à l’arrière, de sorte que les bords longs des patchs soient à côté de la règle verticale et que les coins des patchs soient à l’intersection des règles.
- Placez des patchs supplémentaires à gauche et à droite des deux premiers patchs afin qu’ils soient bilatéralement symétriques. Pour les sujets de taille moyenne, appliquez quatre patchs rectangulaires de chaque côté (Figure 1E).
- Placez des patchs sur la surface abdominale.
- Soulevez la tête du lit d’examen à environ 40° et guidez le sujet pour qu’il s’allonge dans la position de Fowler. Placez une règle verticale le long de la ligne médiane de l’abdomen, avec la marque de 3 cm près de la région du fond d’œil déterminée par palpation manuelle.
- Appliquez une règle horizontale de manière à ce que son centre se trouve à la marque de 6 cm de la règle verticale et s’étende vers les côtés gauche et droit le long de la courbure naturelle de l’abdomen.
- Placez la première pièce rectangulaire au-dessus de la règle horizontale et à gauche de la règle verticale, de sorte que son bord long soit parallèle à la règle horizontale et qu’un coin de la pièce se trouve à l’intersection des deux règles.
- Placez le deuxième patch rectangulaire à gauche du premier patch, avec son bord long le long de la règle horizontale. Placez les troisième et quatrième patchs directement sous la règle horizontale et alignés verticalement avec les premier et deuxième patchs.
- Placez le cinquième patch rectangulaire sous le troisième patch, avec son bord court le long de la règle verticale. Placez le sixième patch rectangulaire à côté du cinquième sur le côté gauche. Placez la septième parcelle sous la cinquième tache, avec le bord court le long de la règle verticale. Laissez des espaces de 2 à 3 cm entre les patchs 3, 5 et 7 pour la courbure de l’abdomen.
- Placez les deux patchs carrés (s1 et s2) sous le sixième patch et le septième patch, alignés verticalement avec le sixième et le septième patch, respectivement. Placez les patchs sur la surface abdominale droite de manière à ce qu’ils soient bilatéralement symétriques avec ceux de gauche (Figure 1F).
- Placez des patchs sur la surface arrière.
- Prenez des photos et des notes de la disposition de la parcelle pour noter les positions des règles les unes par rapport aux autres et par rapport à l’ombilic du sujet.
- Demandez à un technicien en IRM d’examiner le sujet conformément aux règles et règlements de sécurité de l’IRM dans la zone II de l’installation d’IRM. Ensuite, guidez le sujet à travers la zone III jusqu’à la zone IV, où se trouve un scanner IRM 3 T.
- Guidez la patiente pour qu’elle s’allonge sur le lit d’IRM en position couchée sur le dos et fournissez-lui un microphone compatible avec l’IRM, un casque d’écoute et une boule de signalisation. Couvrir le bas-ventre du sujet avec une bobine d’IRM à 32 matrices (Figure 2A). Lancez l’examen IRM.
REMARQUE : Une séquence d’examen rapide de l’apnée pondérée en T1 interpolée par volume radial a été utilisée pour effectuer une IRM sur l’ensemble de l’abdomen à l’aide d’un scanner Siemens Prisma ou Vida de 3 T. Les images IRM résultantes avaient une résolution de 1,56 mm x 1,56 mm et une épaisseur de tranche de 4 mm.
- Guidez la patiente pour qu’elle s’allonge sur le lit d’IRM en position couchée sur le dos et fournissez-lui un microphone compatible avec l’IRM, un casque d’écoute et une boule de signalisation. Couvrir le bas-ventre du sujet avec une bobine d’IRM à 32 matrices (Figure 2A). Lancez l’examen IRM.
- Utilisez le radiophare d’alignement de piste pour ajuster le champ de vision afin qu’il couvre l’ensemble de l’utérus et du col de l’utérus. Ensuite, effectuer une IRM avec une séquence pondérée T1 avec l’examen de l’apnée interpolée en volume (temps de répétition [TR] = 4,07 ms, temps d’écho [TE] = 1,78 ms, angle de retournement = 10°) et reconstruction multiplanaire de l’ensemble de données (champ de vision [FOV] = 500 mm x 500 mm, matrice = 320 x 320, taille du voxel = 1,56 x 1,56 x 4 mm3).
- Stockez les données au format DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).
- Retirez les patchs et les règles d’IRM du sujet et nettoyez l’abdomen et le dos avec des lingettes pour bébé.
- Retirez le ruban adhésif double face des patchs, désinfectez les patchs avec des lingettes jetables germicides et appliquez un nouveau ruban adhésif double face pour la prochaine expérience.
3. Cartographie de la bioélectricité et balayage optique 3D
REMARQUE : Effectuez une cartographie bioélectrique après que la sujette a été admise à l’unité de travail et d’accouchement et que son col de l’utérus s’est dilaté à environ 4 cm. La durée estimée de cette étape est de 2 h.
- Préparez les patchs d’électrodes : Versez le gel conducteur dans une seringue d’irrigation à embout incurvé. Ajoutez le gel dans les cavités porte-électrodes de chaque patch d’électrode à l’aide de la seringue. Retirez les doublures des rubans adhésifs double face.
- Appliquez les patchs d’électrodes selon les mêmes procédures que celles décrites à l’étape 2.1, en suivant la disposition de placement décrite sur les photos et les notes prises à l’étape 2.2.
- Connectez les cordons d’alimentation et de données du scanner optique 3D. Ouvrez le logiciel de scan 3D (Table des matériaux). Tenez le lecteur optique portatif (Table des matériaux) à la verticale, avec les appareils photo clignotants face au sujet.
- Appuyez sur le bouton Démarrer du scanneur pour lancer la numérisation, puis appuyez à nouveau sur le bouton Démarrer pour enregistrer la numérisation. Déplacez le scanner autour du sujet pour effectuer des scans optiques 3D afin de capturer l’emplacement des électrodes.
REMARQUE : Les balayages optiques de la surface inférieure du dos sont effectués après avoir placé des patchs d’électrodes sur la surface arrière. Des scans optiques de la surface abdominale sont effectués après avoir placé des patchs d’électrodes sur la surface abdominale. - Appuyez sur le bouton Stop du scanner pour terminer la numérisation 3D.
- Appuyez sur le bouton Démarrer du scanneur pour lancer la numérisation, puis appuyez à nouveau sur le bouton Démarrer pour enregistrer la numérisation. Déplacez le scanner autour du sujet pour effectuer des scans optiques 3D afin de capturer l’emplacement des électrodes.
- Prenez des photos et des notes sur la disposition du patch. Notez les positions des règles les unes par rapport aux autres et par rapport au nombril du sujet.
- Placez quatre électrodes de mise à la terre, avec l’électrode « LL » sur le bas gauche de l’abdomen, l’électrode « LA » sur le haut gauche de la poitrine, l’électrode « RA » sur le haut droit de la poitrine et l’électrode « DRL » sur la surface abdominale près de l’ombilic ou du bas de l’abdomen droit.
- Connectez les composants du matériel de cartographie de la bioélectricité, y compris l’ordinateur portable, le boîtier analogique-numérique (AD), le boîtier de batterie, le patch d’électrode, les câbles d’électrode de mise à la terre, la fibre optique et le récepteur USB2 (Figure 1D).
- Ouvrez le logiciel Active View sur l’ordinateur portable et allumez le boîtier AD.
REMARQUE : Si le voyant d’état est jaune sur le boîtier AD, les électrodes de mise à la terre ont un mauvais contact avec la peau. Dans ce cas, retirez les électrodes de mise à la terre, ajoutez plus de gel et replacez-les à leur emplacement. Répétez l’opération jusqu’à ce que le voyant d’état devienne bleu. - Vérifiez le module Décalage d’électrode dans Active View. Si des électrodes ont un grand décalage (plus d’un quart du plus grand décalage), améliorez leur contact avec la peau en les fixant à l’aide de rubans en papier médical ou en les réinstallant (en les retirant, en ajoutant plus de gel et en les replaçant à leur emplacement).
- Cliquez sur Démarrer le fichier > Pause pour enregistrer les flux de données du signal de bioélectricité en temps réel. Après un enregistrement de 900 s, cliquez sur Pause Enregistrer > arrêter pour terminer l’enregistrement et stocker la mesure multi-électrodes dans un fichier de fichiers de données binaires (BDF).
- Répétez l’étape 3.9 quatre fois après que l’assistant de recherche a vérifié pour vous assurer que le sujet est à l’aise et prêt à continuer.
- Après le dernier enregistrement (généralement quatre enregistrements au total), éteignez le boîtier AD et débranchez les patchs d’électrodes, les électrodes de mise à la terre, la fibre optique et le câble USB.
- Retirez les patchs d’électrodes et les électrodes de mise à la terre du sujet.
- Nettoyez l’abdomen et le bas du dos du sujet avec une serviette ou des lingettes pour bébé.
- Emballez tout l’équipement et rangez les patchs d’électrodes et les électrodes de mise à la terre pour le nettoyage.
- Nettoyez les patchs d’électrodes et les électrodes de mise à la terre à l’eau tiède avec du savon à vaisselle dans la salle de nettoyage. Désinfectez-les avec des lingettes germicides.
- Séchez les patchs à l’air libre et appliquez du ruban adhésif de montage double face sur les patchs et les règles pour l’expérience suivante.
4. Génération de la géométrie corps-utérus
- Effectuez la segmentation des données IRM à l’aide d’un logiciel d’analyse de données.
REMARQUE : Ici, c’est le logiciel Amira qui a été utilisé- Lancez le logiciel d’analyse de données et chargez les données IRM DICOM. Accédez au module Segmentation et cliquez sur Nouveau pour créer une nouvelle étiquette. Cliquez sur Modifier > Ajustez la plage sur > Histogramme de données pour modifier le contraste de l’image.
- Dans la vue Sagittal, choisissez l’outil Pinceau, étiquetez les limites de l’utérus des images MR, remplissez les régions et ajoutez-les au fichier d’étiquettes. Répétez cette étape toutes les trois à cinq tranches.
- Sélectionnez les régions segmentées et cliquez sur Sélection > Interpoler > + pour interpoler la segmentation de toutes les tranches. Cela complète la segmentation de la surface utérine.
- Cliquez sur Nouveau pour créer un nouveau fichier d’étiquettes. Choisissez l’outil Baguette magique, placez le seuil de masquage au minimum local initial de l’histogramme de données et ajustez-le progressivement jusqu’à ce que l’ensemble du corps soit mis en surbrillance en bleu.
- Choisissez Toutes les tranches, cliquez sur n’importe quelle région bleue, puis cliquez sur + pour ajouter la segmentation dans le fichier d’étiquettes. Cliquez sur Segmentation > Remplir les trous > Toutes les tranches > + pour corriger les trous .
- Accédez au module Segmentation et cliquez sur Nouveau pour créer une nouvelle étiquette pour l’utérus. Segmentez manuellement l’utérus sur les images IRM. Utilisez Interpoler si nécessaire.
- Dans le module Projet, générez les données de surface à partir des fichiers d’étiquettes de la surface de l’utérus et du corps.
- Choisissez un fichier de surface, réduisez de 50 % le nombre de faces dans l’éditeur de simplification > Simplifier, puis cliquez sur Simplifier maintenant. Choisissez le fichier de surface simplifié et cliquez avec le bouton droit de la souris sur Surface lisse (itération = 20, lambda = 0,6) > Appliquer. Ensuite, choisissez le fichier de surface lissée et cliquez avec le bouton droit de la souris sur Remailler la surface (% 100) > Appliquer pour remailler chaque surface.
- Continuez à effectuer l’étape 4.1.7 jusqu’à ce que la surface du corps comprenne environ 18 000 visages et que la surface utérine comprenne environ 640 visages.
- Cliquez sur Fichier > Exporter les données au format ASCII STL > pour enregistrer les deux surfaces au format stéréolithographie (STL).
- Effectuer un post-traitement des données de numérisation 3D optique.
- Chargez le fichier de scan 3D optique de la surface abdominale dans Artec studio 12 professional.
- Sélectionnez le scan optique cible et dupliquez le scan.
- Cliquez sur Autopilot pour lancer le traitement de l’analyse sélectionnée.
- Dans le module de création de modèle, choisissez la qualité de numérisation (géométrie, texture), la taille de l’objet, la méthode de remplissage des trous (étanche), etc., puis cliquez sur Suivant.
- Dans le module Editeur, choisissez Sélection Lasso et effacez les régions redondantes.
- Cliquez sur Suivant pour créer un affinement automatique de l’analyse.
- Cliquez sur Editeur > sélection Lasso pour supprimer les régions inutiles.
- Cliquez sur Fichier > Exporter les maillages > format de fichier STL pour enregistrer la surface au format STL.
- Alignez les données de scan 3D optique sur la surface du corps de l’IRM et générez la géométrie corps-utérus à l’aide des scripts TCL (Tool Command Language) du logiciel d’analyse de données.
- Chargez les surfaces au format STL générées à partir des étapes 4.1 et 4.2 avec un projet de logiciel d’analyse de données préprogrammé.
- Exécutez la ligne de commande TCL d’invite pour préparer les objets du logiciel d’analyse de données pour l’alignement rigide de la surface abdominale.
- Cliquez sur Deux visionneuses (horizontales) et affichez la surface du torse du balayage optique dans la visionneuse de gauche et la surface du corps de l’IRM dans la visionneuse de droite.
- Placez cinq ou six points de repère sur les deux surfaces et exécutez la ligne de commande TCL d’invite pour appliquer l’alignement rigide.
- Répétez les étapes 4.3.2 à 4.3.4 pour la surface arrière.
- Cliquez sur Single Viewer (Visionneuse unique ) et affichez la surface du corps à balayage optique aligné rigide dans la visionneuse.
- Exécutez la ligne de commande TCL d’invite pour préparer les objets logiciels d’analyse de données pour l’alignement non rigide.
- Cliquez sur Projeter > Créer un objet > des points de repère et ajoutez des points de repère à l’emplacement des électrodes sur la surface du corps numérisé optiquement.
- Cliquez sur Fichier > Exporter les données en tant que défini > points de repère Ascii pour exporter les fichiers de points de repère en vue d’un alignement non rigide.
- Exécutez le module Geometry dans le pipeline de traitement des données EMMI pour effectuer un alignement non rigide.
- Exécutez l’invite de ligne de commande TCL pour importer les points de repère d’électrode alignés automatiquement et améliorer la précision des points de repère d’électrode en référence aux notes et aux photos décrites aux étapes 2.3 et 3.3.
- Cliquez sur Fichier > Exporter les données en tant que > LandmarkSet Ascii pour exporter les fichiers de points de repère pour les emplacements des électrodes.
- Exécutez le module de géométrie de pipeline de traitement de données EMMI pour charger les fichiers STL et LandmarkSet, et générez la géométrie corps-utérus au format MAT.
5. Prétraitement du signal électrique
- Exécutez le module de prétraitement EMG du pipeline de traitement des données EMMI pour charger le fichier BDF et traiter le signal électrique brut avec un filtre Butterworth avec la bande de fréquence 0,34-1 Hz.
- Exécutez le module de détection des artefacts du pipeline de traitement des données EMMI pour détecter automatiquement les artefacts locaux et globaux dans le signal filtré.
6. Reconstruction et caractérisation du signal électrique utérin
- Exécutez le module de reconstruction de pipeline de traitement de données EMMI pour charger la géométrie corps-utérus et les données de signaux électriques prétraitées et calculer les signaux électriques sur la surface utérine.
- Exécutez le module d’analyse du signal EMMI pour détecter automatiquement les déclenchements et les décalages de chaque poussée EMG sur la surface utérine.
- Choisissez la fenêtre d’observation sur la superposition de figures de cluster pour calculer le temps d’activation à chaque emplacement utérin pour chaque fenêtre d’observation et créez une isochrone pour chaque fenêtre d’observation.
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Representative Results
Des patchs représentatifs de l’IRM et des patchs d’électrodes sont illustrés à la figure 1B, C, créés à partir du modèle illustré à la figure 1A. Le matériel de cartographie de la bioélectricité est illustré à la figure 1C, avec les connexions de chaque composant marquées en détail. La figure 2 montre l’ensemble de la procédure EMMI, y compris une IRM du sujet portant des patchs IRM (Figure 2A), un balayage optique 3D (Figure 2B), une cartographie de la bioélectricité (Figure 2C), la génération de la géométrie corps-utérus (Figure 2D) et un schéma des données EMMI (Figure 2E).
La figure 3A montre un électrogramme représentatif de la surface du corps brut avec une fréquence d’échantillonnage de 2 048 Hz. Le signal brut est significativement affecté par la dérive de la ligne de base, le signal électrocardiographique maternel, la respiration maternelle et d’autres facteurs. Dans le prétraitement du signal électrique (section 5 du protocole), un filtre passe-bande de Butterworth avec des fréquences de coupure de 0,34 à 1 Hz et un sous-échantillonnage d’un facteur 20 ont été appliqués pour générer le signal filtré illustré à la figure 3B. Trois rafales EMG claires sont marquées par des lignes vertes sur la figure 3B.
La figure 4A-F montre six cartes successives du potentiel de la surface utérine espacées de 0,2 s dans les vues antérieure, gauche, postérieure et droite. Les couleurs chaudes représentent les potentiels positifs et les couleurs froides représentent les potentiels négatifs. Le temps respectif de chaque potentiel utérin est indiqué dans l’électrogramme de la figure 4G, qui provient des sites indiqués par des astérisques dans la figure 4A-F. Une région à fort potentiel positif commence à l’endroit marqué d’un astérisque (figure 4A), s’agrandit (figure 4B-E) et finit par diminuer (figure 4F). Ces cartes de potentiel générées par EMMI permettent aux chercheurs de visualiser la progression dynamique des contractions utérines en trois dimensions.
La figure 5A montre une carte isochrone générée par EMMI à partir de quatre vues. Dans les images, les couleurs chaudes représentent une activation précoce, les couleurs froides représentent une activation tardive et le bleu foncé représente l’absence d’activation dans la fenêtre d’observation spécifique. Cette carte isochrone affiche une séquence de contraction utérine dans laquelle l’activation utérine est initiée au fond d’œil droit et se propage à l’antérieur et à droite. Aucune activation ne s’est produite dans la partie postérieure gauche. Trois électrogrammes utérins représentatifs des sites a, b et c sont présentés à la figure 5B. Les lignes rouge et bleue marquent respectivement les heures de début et de fin de la carte isochrone de la figure 5A. L’éclatement de l’EMG sur le site a s’est produit avant ceux des sites b et c. Ces cartes d’isochrone générées par EMMI permettent aux chercheurs de visualiser la séquence de contraction utérine.
Figure 1 : Conception du patch d’électrode. (A) Modèle pour la fabrication de patchs marqueurs et de patchs d’électrodes sans danger pour l’IRM, avec des mesures indiquées en millimètres. (B) Patch marqueur sans danger pour l’IRM. (C) Porte-électrode, électrode à broches et patch d’électrode. (D) Matériel de cartographie de la bioélectricité avec chaque composant étiqueté. (E) Disposition des patchs sur la surface abdominale. (F) Disposition des patchs sur la surface arrière. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Organigramme du système EMMI. (A) IRM du bas du corps. (B) Un balayage optique 3D de la surface du corps avec des électrodes en place. (C) Cartographie de la bioélectricité. (D) Géométrie corps-utérus et prétraitement du signal électrique. (E) Reconstruction et caractérisation du signal électrique utérin. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Électrogramme représentatif de la surface du corps. (A) Signal brut de 375 s enregistré à partir d’une électrode de type broche à la surface du corps. (B) Signal de A après un passe-bande de Butterworth et un sous-échantillonnage. Les lignes vertes marquent l’heure des rafales EMG. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Cartes représentatives du potentiel de la surface utérine. (A-F) Cartes de potentiel montrées en quatre vues à des moments marqués dans l’électrogramme en G avec des points rouges. Les couleurs chaudes représentent les potentiels positifs et les couleurs froides représentent les potentiels négatifs. (G) Électrogramme à l’endroit marqué d’un astérisque de A à F. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Carte isochrone utérine représentative et électrogrammes. (A) Une carte isochrone présentée en quatre vues, avec des couleurs chaudes représentant l’activation précoce, des couleurs froides représentant l’activation tardive et le bleu foncé représentant la non-activation. (B) Électrogrammes utérins des sites a, b et c. Les lignes verticales rouges et bleues marquent respectivement le début et la fin de la fenêtre d’observation de cette carte isochrone. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
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Discussion
L’électromyographie a indiqué que la fréquence et l’amplitude des signaux électriques utérins changent au cours de la période gestationnelle 2,16,25. Plusieurs études ont exploré les schémas de propagation utérine des contractions utérines chez les patientes en travail actif 10,17,26,27,28. Pourtant, aucune direction de propagation concluante n’a été rapportée, en raison du nombre et de la couverture limités, ainsi que de la configuration non standard des électrodes de surface du corps. L’absence de la direction de propagation prédominante peut également être due au stimulateur cardiaque non fixe dans le myomètre16,29, mais aucune preuve directe convaincante n’a été rapportée. EMMI met en œuvre une couverture complète des électrodes à la surface du corps et applique un calcul inverse pour reconstruire les activités électriques sur la surface utérine. EMMI permet de caractériser la propagation électrique de la contraction utérine sur l’ensemble de la surface utérine, en montrant où les contractions s’initient et comment elles se propagent. De plus, grâce à sa haute résolution temporelle, EMMI peut analyser l’évolution des contractions utérines au fur et à mesure que le travail progresse grâce à des cartes isochrones. Une analyse approfondie des contractions utérines serait prometteuse pour fournir de nouvelles informations sur la maturation électrique du myomètre humain et améliorer la gestion clinique du travail humain.
Le travail prématuré est une affection potentiellement causée par de multiples processus pathologiques, tels que les maladies du col de l’utérus, les infections, une baisse de l’action de la progestérone, des pathologies placentaires, une contraction utérine anormale, etc.30,31. En fournissant des images électriques à haute résolution temporelle et spatiale des contractions utérines, EMMI est très prometteur pour améliorer la précision de la prédiction du travail/de l’accouchement prématuré causé par des contractions utérines anormales.
Il existe plusieurs étapes critiques dans la réalisation d’EMMI chez les femmes enceintes. Tout d’abord, les patchs d’électrodes doivent être placés aux mêmes endroits que les patchs résistants à l’IRM. Il est essentiel de suivre les instructions de placement (voir le protocole) pour réduire les erreurs de localisation des électrodes. Deuxièmement, il est crucial d’utiliser la quantité appropriée de gel et d’établir un contact adéquat entre les électrodes et la peau pour assurer une activité optimale du signal électrique. Troisièmement, plusieurs balayages optiques peuvent être nécessaires pour assurer l’acquisition d’une géométrie de surface du corps de haute qualité.
Nous avons deux limitations dans la version actuelle d’EMMI. L’une des limites est que l’IRM est coûteuse et non portable. Parce qu’il est difficile pour les femmes de subir une IRM après le début du travail, l’IRM est effectuée quelques jours avant le début prévu du travail. En ce qui concerne les patientes prématurées, dont la date d’accouchement prévue est plus incertaine que celle des patientes à terme, nous avons programmé plusieurs IRM à 24, 28, 32 et 37 semaines (si la patiente va à terme) pour enregistrer la géométrie corps-utérus aussi proche que possible du travail. Cependant, pour des raisons de faisabilité clinique, une amélioration potentielle de l’EMMI consiste à utiliser l’échographie clinique pour obtenir une géométrie corps-utérus spécifique à la patiente au chevet du patient. Cela réduirait les dépenses globales d’EMMI et permettrait une mesure de la géométrie en temps réel juste avant ou pendant l’enregistrement électrique. L’autre limite est le grand nombre d’électrodes, ce qui augmente le coût de l’étude et peut la rendre difficile pour une utilisation clinique quotidienne. Ainsi, d’une part, nous prévoyons de faire un test de validation sur la précision de l’EMMI avec moins d’électrodes. D’autre part, nous prévoyons d’incorporer des électrodes imprimées, moins chères, portables, jetables, qui peuvent être montées sur un matériau élastique32,33,34. Bien que plusieurs améliorations soient apportées à l’avenir, le protocole de base rapporté dans ce manuscrit ne changera pas. Ce travail permettrait à d’autres groupes de recherche de reproduire nos travaux EMMI.
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Disclosures
Y.W., A.G.C., P.C. et A.L.S. ont soumis la demande provisoire américaine n° 62/642 389 intitulée « System and Method for Noninvasive Electromyometrial Imaging (EMMI) » pour la technologie EMMI décrite dans ce travail. Y.W. est consultant scientifique pour Medtronic et bénéficie d’un financement de recherche des NIH.
Acknowledgments
Nous remercions Deborah Frank pour l’édition de ce manuscrit et Jessica Chubiz pour l’organisation du projet. Financement : Ce travail a été soutenu par la subvention du Centre March of Dimes (22-FY14-486), par des subventions du NIH/Institut national de la santé de l’enfant et du développement humain (R01HD094381 aux chercheurs principaux Wang / Cahill ; R01HD104822 aux chercheurs principaux Wang/Schwartz/Cahill), par des subventions de l’initiative sur les naissances prématurées du Burroughs Wellcome Fund (NGP10119 à l’enquêteur principal Wang) et par des subventions de la Fondation Bill et Melinda Gates (INV-005417, INV-035476 et INV-037302 à l’IP 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
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