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Bioengineering

Imagem eletromiometrial das contrações uterinas em gestantes

Published: May 26, 2023 doi: 10.3791/65214
Automatic Translation
*1,2,3, *2,3, 2,3,4, 2,3,4, 5, 6, 7, 8, 8, 2,3,4,5
1Department of Physics, Washington University, 2Center for Reproductive Health Sciences, Washington University School of Medicine, 3Department of Obstetrics and Gynecology, Washington University School of Medicine, 4Department of Biomedical Engineering, Washington University, 5Mallinckrodt Institute of Radiology, Washington University School of Medicine, 6Department of Pediatrics, Washington University School of Medicine, 7Department of Cardiology, Washington University School of Medicine, 8Department of Women's Health, University of Texas at Austin, Dell Medical School
* These authors contributed equally

Summary

Apresentamos um protocolo para a realização de imagens eletromiometriais (EMMI), incluindo os seguintes procedimentos: registros de múltiplos sensores de eletrodos eletromiográficos da superfície corpórea, ressonância magnética e reconstrução do sinal elétrico uterino.

Abstract

Durante a gravidez normal, o músculo liso uterino, o miométrio, começa a ter contrações fracas e descoordenadas no final da gestação para ajudar o colo do útero a se remodelar. No trabalho de parto, o miométrio tem contrações fortes e coordenadas para entregar o feto. Vários métodos têm sido desenvolvidos para monitorar os padrões de contração uterina para predizer o início do trabalho de parto. No entanto, as técnicas atuais têm cobertura espacial e especificidade limitadas. Desenvolvemos imagens eletromiometriais (EMMI) para mapear de forma não invasiva a atividade elétrica uterina na superfície tridimensional durante as contrações. O primeiro passo na EMMI é usar a ressonância magnética ponderada em T1 para adquirir a geometria corpo-útero específica do indivíduo. Em seguida, até 192 eletrodos do tipo pino colocados na superfície corporal são usados para coletar registros elétricos do miométrio. Finalmente, o pipeline de processamento de dados EMMI é realizado para combinar a geometria corpo-útero com dados elétricos da superfície corporal para reconstruir e imagear atividades elétricas uterinas na superfície uterina. O EMMI pode obter imagens, identificar e medir regiões de ativação precoce e padrões de propagação em todo o útero de forma segura e não invasiva em três dimensões.

Introduction

Clinicamente, as contrações uterinas são mensuradas por meio de cateter de pressão intrauterino ou por tocodinamometria1. No cenário da pesquisa, as contrações uterinas podem ser medidas por eletromiografia (EMG), na qual eletrodos são colocados na superfície abdominal para medir os sinais bioelétricos gerados pelo miométrio 2,3,4,5,6,7. Pode-se utilizar as características de magnitude, frequência e propagação dos surtos elétricos 8,9,10,11,12 derivados da EMG para predizer o início do trabalho de parto no prematuro. Entretanto, na EMG convencional, a atividade elétrica das contrações uterinas é medida a partir de apenas uma minúscula região da superfície abdominal com um número limitado de eletrodos (dois13 e quatro 7,14,15,16 no centro da superfície abdominal e 64 17 na superfície abdominal inferior). Além disso, a EMG convencional é limitada em sua capacidade de estudar os mecanismos do trabalho de parto, pois reflete apenas as atividades elétricas médias de todo o útero e não consegue detectar os padrões específicos de iniciação e ativação elétrica na superfície uterina durante as contrações.

Um desenvolvimento recente chamado imagem eletromiometrial (EMMI) foi introduzido para superar as deficiências da EMG convencional. O EMMI permite imagens não invasivas de toda a sequência de ativação elétrica do miométrio durante as contrações uterinas 18,19,20,21. Para adquirir a geometria corpo-útero, a EMMI utiliza a ressonância magnética (RM) ponderada em T122,23,24, que tem sido amplamente utilizada em gestantes no segundo e terceiro trimestres. Em seguida, até 192 eletrodos do tipo pino colocados na superfície corporal são usados para coletar registros elétricos do miométrio. Finalmente, o pipeline de processamento de dados EMMI é realizado para combinar a geometria corpo-útero com os dados elétricos para reconstruir e imagear atividades elétricas na superfície uterina21. O EMMI pode localizar com precisão o início das contrações uterinas e os padrões de propagação da imagem durante as contrações uterinas em três dimensões. Este artigo tem como objetivo apresentar os procedimentos EMMI e demonstrar os resultados representativos obtidos em gestantes.

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Protocol

Todos os métodos aqui descritos foram aprovados pelo Comitê de Revisão Institucional da Universidade de Washington.

1. Adesivos de marcadores seguros para RM, adesivos de eletrodos e réguas (Figura 1)

  1. Imprima os modelos de MRI e patch de eletrodo (Figura 1A) em papel.
  2. Corte folhas transparentes de vinil e borracha de silicone (Tabela de Materiais) em 22 (vinil) e 44 (borracha) retangulares (120 mm x 60 mm), e 4 (vinil) e 8 (borracha de silicone) quadrados (60 mm x 60 mm).
  3. Faça adesivos de marcadores seguros para ressonância magnética: sobreponha um molde com um adesivo de vinil transparente e cole marcadores seguros para ressonância magnética (cápsulas gelatinosas líquidas de vitamina D) ao adesivo de vinil nos centros dos círculos, que representam as cavidades do porta-eletrodos no molde (Figura 1B).
  4. Faça adesivos de eletrodos: Rotule os locais dos círculos nos adesivos de borracha de silicone e faça furos nesses locais usando um conjunto de punção com um diâmetro de 8 mm.
  5. Fixe suportes de eletrodos sobre cada orifício com colares adesivos de dupla face (Tabela de Materiais). Alinhe a circunferência da cavidade do porta-eletrodos com a circunferência do orifício perfurado na folha de silicone.
  6. Instale o anel X na cavidade na parte superior do suporte do eletrodo, cubra o suporte com a folha de silicone codificada por cores e insira o eletrodo ativo do tipo pino através do anel X no suporte. O eletrodo é centrado na cavidade do suporte do eletrodo. Os cabos de eletrodos devem ficar entre as duas camadas de folhas de silicone e no meio das duas fileiras de suportes ao longo da borda longa. Ajuste o comprimento do cabo do eletrodo amarrando-o ao redor do suporte do eletrodo, se necessário. Conclui-se a montagem de um remendo de eletrodos (Figura 1C).
  7. Aplique três tiras de fita dupla face de grau médico no adesivo de eletrodo entre as fileiras de eletrodos ao longo da borda longa do adesivo.
  8. Corte seis fitas métricas em suas marcas de 30 cm. Mantenha a seção superior de 0 cm a 30 cm. Para fazer uma régua horizontal, cole as bordas a 0 cm de duas fitas métricas em um pedaço longo de tira de vinil com um espaço na largura da fita. Aplique fita adesiva dupla face em cada régua.
  9. Guarde os adesivos e réguas em uma caixa de armazenamento de tampa fechada.

2. Ressonância magnética

OBS: A RESSONÂNCIA MAGNÉTICA é agendada com idade gestacional (IG) de 36-40 semanas, antes da data prevista para o parto da mãe, determinada com base no horário do sujeito e na recomendação de seu enfermeiro. O tempo estimado de duração para esta etapa é de 2 h.

  1. Após a assinatura do termo de consentimento, solicite ao sujeito que troque a roupa de rua pela calça e vestido MR-safe fornecidos pelo técnico de RM. Coloque adesivos de MR-safe (Figura 1B) na superfície corpórea da sala de exame.
    1. Coloque manchas na superfície traseira.
      1. Instrua o sujeito a sentar-se em uma cama de exame médico. Retire o forro da fita dupla face e aplique uma régua vertical ao longo da coluna do sujeito, com a extremidade da régua no decote da nádega.
      2. Coloque uma régua horizontal ao nível da crista ilíaca, com o centro a cruzar sobre a régua vertical. Retire o forro da fita dupla face nos patches.
      3. Aplique dois remendos retangulares nas costas, de modo que as bordas longas dos patches fiquem próximas à régua vertical e os cantos dos remendos fiquem na interseção das réguas.
      4. Coloque patches adicionais à esquerda e à direita dos dois primeiros patches para que os patches sejam bilateralmente simétricos. Para indivíduos de tamanho médio, aplicar quatro remendos retangulares de cada lado (Figura 1E).
    2. Coloque manchas na superfície abdominal.
      1. Eleve a cabeceira da cama de exame para cerca de 40° e oriente o sujeito a deitar-se na posição de Fowler. Coloque uma régua vertical ao longo da linha média do abdome, com a marca de 3 cm próxima à região do fundo determinada pela palpação manual.
      2. Aplique uma régua horizontal de modo que seu centro fique na marca de 6 cm da régua vertical e se estenda para a lateral esquerda e direita ao longo da curvatura natural do abdômen.
      3. Coloque o primeiro patch retangular acima da régua horizontal e à esquerda da régua vertical, de modo que sua borda longa seja paralela à régua horizontal e um canto do patch esteja na interseção das duas réguas.
      4. Coloque o segundo remendo retangular à esquerda do primeiro patch, com sua borda longa ao longo da régua horizontal. Coloque o terceiro e quarto remendos diretamente abaixo da régua horizontal e alinhados verticalmente com o primeiro e o segundo remendos.
      5. Coloque o quinto remendo retangular abaixo do terceiro patch, com sua borda curta ao longo da régua vertical. Coloque o sexto remendo retangular ao lado do quinto do lado esquerdo. Coloque o sétimo patch abaixo do quinto patch, com a borda curta ao longo da régua vertical. Deixe espaços de 2-3 cm entre as manchas 3, 5 e 7 para a curvatura do abdômen.
      6. Coloque os dois remendos quadrados (s1 e s2) abaixo do sexto e sétimo patch, alinhados verticalmente com o sexto e sétimo patch, respectivamente. Coloque os remendos na superfície abdominal direita para que fiquem simétricos bilateralmente com os da esquerda (Figura 1F).
  2. Tire fotos e anote o layout do patch para registrar as posições das réguas em relação umas às outras e ao umbigo do sujeito.
  3. Peça a um técnico de RM que faça a triagem do sujeito de acordo com as regras e regulamentos de segurança de RM na Zona II da instalação de RM. Em seguida, guie o sujeito pela Zona III até a Zona IV, onde reside um scanner de RM de 3 T.
    1. Orientar a paciente a deitar-se na cama de RM em posição supina e fornecer-lhe um microfone MR-safe, um fone de ouvido e uma bola de squeeze de sinalização. Cobrir o abdome inferior do indivíduo com uma bobina de RM de 32 arranjos (Figura 2A). Inicie a varredura MR.
      NOTA: Um exame de apneia rápida ponderada em T1 interpolado por volume radial foi usado para realizar a RM em todo o abdome usando um scanner Siemens Prisma ou Vida de 3 T. As imagens de RM resultantes apresentaram resolução de 1,56 mm x 1,56 mm e espessura de corte de 4 mm.
  4. Use o localizador para ajustar o campo de visão para cobrir todo o útero e colo do útero. Em seguida, realizar ressonância magnética em T1 com apneia interpolada a volume (tempo de repetição [TR] = 4,07 ms, tempo de eco [TE] = 1,78 ms, ângulo de inclinação = 10°) e reconstrução multiplanar do conjunto de dados (campo de visão [FOV] = 500 mm x 500 mm, matriz = 320 x 320, tamanho do voxel = 1,56 x 1,56 x 4 mm3).
  5. Armazene os dados em formato de imagem digital e comunicações em medicina (DICOM).
  6. Remova os adesivos e réguas de ressonância magnética do sujeito e limpe o abdômen e as costas com lenços umedecidos.
  7. Remova a fita dupla face dos adesivos, desinfete os adesivos com lenços descartáveis germicidas e aplique uma nova fita dupla face para o próximo experimento.

3. Mapeamento de bioeletricidade e varredura óptica 3D

OBS: Realizar mapeamento bioelétrico após a paciente ter dado entrada na unidade de parto e ter o colo do útero dilatado em torno de 4 cm. O tempo estimado de duração para esta etapa é de 2 h.

  1. Prepare os adesivos de eletrodos: Encha o gel condutor em uma seringa de irrigação de ponta curva. Adicione o gel nas cavidades do suporte do eletrodo em cada adesivo de eletrodo usando a seringa. Remova os forros das fitas dupla face.
  2. Aplicar os remendos de eletrodos de acordo com os mesmos procedimentos descritos na etapa 2.1, seguindo o layout de colocação descrito nas fotos e anotações realizadas na etapa 2.2.
  3. Conecte os cabos de alimentação e de dados do scanner óptico 3D. Abra o software de digitalização 3D (Tabela de Materiais). Segure o scanner óptico portátil (Tabela de Materiais) na vertical, com as câmeras piscando voltadas para o objeto.
    1. Pressione o botão Iniciar no scanner para iniciar a digitalização e pressione o botão Iniciar novamente para gravar a digitalização. Mova o scanner ao redor do objeto para fazer varreduras ópticas 3D para capturar os locais dos eletrodos.
      NOTA: As varreduras ópticas da superfície lombar são tomadas após a colocação de adesivos de eletrodos na superfície traseira. Varreduras ópticas da superfície abdominal são tomadas após a colocação de adesivos de eletrodos na superfície abdominal.
    2. Pressione o botão Parar no scanner para concluir a digitalização 3D.
  4. Tire fotos e anote o layout do patch. Observe as posições dos governantes em relação uns aos outros e o umbigo do sujeito.
  5. Coloque quatro eletrodos de aterramento, com o eletrodo "LL" no abdome inferior esquerdo, o eletrodo "LA" no tórax superior esquerdo, o eletrodo "RA" no tórax superior direito e o eletrodo "DRL" na superfície abdominal próximo ao umbigo ou abdome inferior direito.
  6. Conecte os componentes do hardware de mapeamento de bioeletricidade, incluindo o laptop, a caixa analógica para digital (AD), a caixa de bateria, o patch de eletrodo, os cabos de eletrodo de aterramento, a fibra óptica e o receptor USB2 (Figura 1D).
  7. Abra o software Active View no laptop e ative a caixa AD.
    NOTA: Se a luz de estado for amarela na caixa AD, os eléctrodos de aterramento têm um contacto fraco com a pele. Neste caso, remova os eletrodos de aterramento, adicione mais gel e coloque-os de volta em seus locais. Repita até que a luz de status fique azul.
  8. Verifique o módulo de deslocamento do eletrodo no Active View. Se algum eletrodo tiver um deslocamento grande (mais de um quarto do maior deslocamento), melhore seu contato com a pele prendendo-os usando fitas de papel médico ou reinstalando-os (removendo-os, adicionando mais gel e colocando-os de volta em seus locais).
  9. Clique em Iniciar arquivo > Pausado para salvar os fluxos de dados do sinal de bioeletricidade em tempo real. Após uma gravação de 900 s, clique em Pausar Salvar > Parar para concluir a gravação e armazenar a medição de vários eletrodos em um arquivo de dados binários (BDF).
  10. Repita o passo 3.9 quatro vezes após o assistente de pesquisa ter verificado para garantir que o sujeito esteja confortável e disposto a continuar.
  11. Após a última gravação (geralmente quatro gravações no total), desligue a caixa AD e desconecte os adesivos de eletrodos, eletrodos de aterramento, fibra óptica e cabo USB.
  12. Remova os adesivos de eletrodos e os eletrodos de aterramento do objeto.
  13. Limpe o abdômen e a parte inferior das costas do sujeito com uma toalha ou lenços umedecidos.
  14. Embale todos os equipamentos e guarde os remendos de eletrodos e eletrodos de aterramento para limpeza.
  15. Limpe os adesivos de eletrodos e eletrodos de aterramento em água morna com sabão de prato na sala de limpeza. Desinfete-os com lenços germicidas.
  16. Seque os adesivos ao ar e aplique fita de montagem dupla face nos patches e réguas para o próximo experimento.

4. Geração da geometria corpo-útero

  1. Realizar a segmentação dos dados de ressonância magnética usando um aplicativo de software de análise de dados.
    NOTA: Aqui, o software Amira foi usado
    1. Inicie o software de análise de dados e carregue os dados DICOM de ressonância magnética. Vá para o módulo Segmentação e clique em Novo para criar um novo rótulo. Clique em Editar > Ajustar o intervalo para > histograma de dados para alterar o contraste da imagem.
    2. No Modo de Exibição Sagital, escolha a ferramenta Pincel, rotule os limites do útero das imagens de RM, preencha as regiões e adicione ao arquivo de rótulo. Repita essa etapa a cada três ou cinco fatias.
    3. Selecione as regiões segmentadas e clique em Seleção > Interpolar > + para interpolar a segmentação de todas as fatias. Isso completa a segmentação da superfície uterina.
    4. Clique em Novo para criar um novo arquivo de rótulo. Escolha a ferramenta Varinha mágica, coloque o limite de mascaramento no mínimo local inicial do histograma de dados e ajuste-o gradualmente até que todo o corpo seja realçado em azul.
    5. Escolha Todas as fatias, clique em qualquer região azul e, em seguida, clique em + para adicionar a segmentação ao arquivo de rótulo. Clique em Segmentação > Preencher furos > Todas as fatias > + para corrigir os furos.
    6. Vá para o módulo Segmentação e clique em Novo para criar um novo rótulo para o útero. Segmentar manualmente o útero nas imagens de RM. Use Interpolar, se necessário.
    7. No módulo Projeto, gere os dados de superfície a partir dos arquivos de etiqueta do útero e da superfície corporal.
    8. Escolha um arquivo de superfície, reduza o número de faces no Editor de Simplificação > Simplificar em 50% e clique em Simplificar agora. Escolha o arquivo de superfície simplificado e clique com o botão direito do mouse em Superfície lisa (iteração = 20, lambda = 0,6) > Aplicar. Em seguida, escolha o arquivo de superfície suavizada e clique com o botão direito do mouse em Remesh Surface (% 100) > Apply to re-mesh to each surface.
    9. Continue a executar o passo 4.1.7 até que a superfície corpórea seja composta por aproximadamente 18.000 faces e a superfície uterina por aproximadamente 640 faces.
    10. Clique em Arquivo > Exportar dados como > STL ascii para salvar as duas superfícies no formato de estereolitografia (STL).
  2. Realizar o pós-processamento dos dados da varredura óptica 3D.
    1. Carregue o arquivo de digitalização óptica 3D da superfície abdominal no Artec studio 12 professional.
    2. Selecione a varredura óptica de destino e duplique a varredura.
    3. Clique em Piloto automático para iniciar o processamento da verificação selecionada.
    4. No módulo Criação de modelo, escolha a qualidade da digitalização (geometria, textura), tamanho do objeto, método de preenchimento de furos (estanque), etc., e clique em Avançar.
    5. No módulo Editor, escolha Seleção de laço e apague as regiões redundantes.
    6. Clique em Avançar para criar um refinamento automático da varredura.
    7. Clique em Editor > seleção Laço para remover regiões desnecessárias.
    8. Clique em Arquivo > Exportar Malhas > Formato de Arquivo STL para salvar a superfície no formato STL.
  3. Alinhe os dados da varredura óptica 3D à superfície corporal da ressonância magnética e gere a geometria corpo-útero com os scripts da linguagem de comando da ferramenta (TCL) no software de análise de dados.
    1. Carregue as superfícies de formato STL geradas a partir das etapas 4.1 e 4.2 com o projeto de software de análise de dados pré-programado.
    2. Execute a linha de comando TCL prompt para preparar objetos de software de análise de dados para alinhamento rígido para a superfície abdominal.
    3. Clique em Dois visualizadores (horizontal) e exiba a superfície do torso da varredura óptica no visualizador esquerdo e a superfície do corpo da ressonância magnética no visualizador direito.
    4. Coloque cinco ou seis pontos de referência em ambas as superfícies e execute a linha de comando TCL de prompt para aplicar o alinhamento rígido.
    5. Repita as etapas 4.3.2-4.3.4 para a superfície traseira.
    6. Clique em Visualizador único e exiba a superfície do corpo digitalizada óptica alinhada rigidamente no visualizador.
    7. Execute a linha de comando TCL prompt para preparar objetos de software de análise de dados para alinhamento não rígido.
    8. Clique em Projeto > Criar pontos de referência > de objetos e adicione pontos de referência nos locais dos eletrodos na superfície do corpo digitalizada óptica.
    9. Clique em Arquivo > Exportar dados como > LandmarkSet Ascii para exportar os arquivos de ponto de referência para alinhamento não rígido.
    10. Execute o módulo Geometria no pipeline de processamento de dados EMMI para executar um alinhamento não rígido.
    11. Execute o prompt da linha de comando TCL para importar os pontos de referência de eletrodos alinhados automaticamente e melhorar a precisão dos pontos de referência de eletrodos em referência às notas e fotos descritas nas etapas 2.3 e 3.3.
    12. Clique em Arquivo > Exportar dados como > LandmarkSet Ascii para exportar arquivos de ponto de referência para os locais dos eletrodos.
    13. Execute o módulo de geometria de pipeline de processamento de dados EMMI para carregar os arquivos STL e LandmarkSet e gerar a geometria corpo-útero no formato MAT.

5. Pré-processamento do sinal elétrico

  1. Execute o módulo de pré-processamento EMG pipeline-EMG para carregar o arquivo BDF e processar o sinal elétrico bruto com um filtro Butterworth com a banda de frequência 0,34-1 Hz.
  2. Execute o módulo de detecção de artefatos de pipeline de processamento de dados EMMI para detectar automaticamente os artefatos locais e globais no sinal filtrado.

6. Reconstrução e caracterização do sinal elétrico uterino

  1. Execute o módulo de reconstrução de pipeline de processamento de dados EMMI para carregar a geometria corpo-útero e dados de sinais elétricos pré-processados e calcular os sinais elétricos na superfície uterina.
  2. Execute o módulo de análise de sinal EMG pipeline-EMG para detectar automaticamente os onsets e offsets de cada explosão EMG na superfície uterina.
  3. Escolha a janela de observação na sobreposição da figura de agrupamento para calcular o tempo de ativação em cada local uterino para cada janela de observação e crie uma isocrona para cada janela de observação.

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Representative Results

Patches e adesivos de eletrodos representativos seguros para RM são mostrados na Figura 1B,C, criados a partir do molde mostrado na Figura 1A. O hardware de mapeamento de bioeletricidade é mostrado na Figura 1C, com as conexões de cada componente marcadas em detalhes. A Figura 2 mostra todo o procedimento EMMI, incluindo uma ressonância magnética do sujeito usando adesivos de RM (Figura 2A), varredura óptica 3D (Figura 2B), mapeamento de bioeletricidade (Figura 2C), a geração da geometria corpo-útero (Figura 2D) e um esquema dos dados EMMI (Figura 2E).

A Figura 3A mostra um eletrograma representativo da superfície corpórea bruta com uma taxa de amostragem de 2.048 Hz. O sinal bruto é significativamente afetado pela deriva basal, sinal eletrocardiográfico materno, respiração materna e outros fatores. No pré-processamento do sinal elétrico (seção 5 do protocolo), um filtro passa-banda Butterworth com frequências de corte de 0,34-1 Hz e um downsample de um fator de 20 foram aplicados para gerar o sinal filtrado mostrado na Figura 3B. Três explosões EMG claras são marcadas com linhas verdes na Figura 3B.

A Figura 4A-F mostra seis mapas sucessivos de potencial de superfície uterina separados por 0,2 s nas incidências anterior, esquerda, posterior e direita. As cores quentes representam potenciais positivos e as cores frias representam potenciais negativos. O respectivo tempo de cada potencial uterino está marcado no eletrograma da Figura 4G, que é dos locais indicados com asteriscos na Figura 4A-F. Uma região de alto potencial positivo inicia-se no local marcado com um asterisco (Figura 4A), aumenta (Figura 4B-E) e, finalmente, diminui (Figura 4F). Esses mapas de potencial gerados pela EMMI permitem aos investigadores visualizar a progressão dinâmica das contrações uterinas em três dimensões.

A Figura 5A mostra um mapa de isócrona gerado pelo EMMI a partir de quatro visualizações. Nas imagens, cores quentes representam ativação precoce, cores frias representam ativação tardia e azul escuro não representa ativação na janela de observação específica. Este mapa de isócrona exibe uma sequência de contração uterina na qual a ativação uterina é iniciada no fundo direito e propagada para a região anterior e direita. Não ocorreu ativação no posterior esquerdo. Três eletrogramas uterinos representativos dos sítios a, b e c são mostrados na Figura 5B. As linhas vermelha e azul marcam as horas de início e término, respectivamente, do mapa de isócrona na Figura 5A. A explosão EMG no local a ocorreu antes daquelas nos locais b e c. Esses mapas de isócrona gerados pelo EMMI permitem que os investigadores visualizem a sequência de contração uterina.

Figure 1
Figura 1: Desenho do adesivo do eletrodo . (A) Molde para confecção de adesivos e adesivos de eletrodos seguros para ressonância magnética, com medidas mostradas em milímetros. (B) Adesivo para marcador seguro para ressonância magnética. (C) Suporte para eletrodos, eletrodo tipo pino e patch para eletrodos. (D) Hardware de mapeamento de bioeletricidade com cada componente rotulado. (E) Disposição dos remendo na superfície abdominal. (F) Layout do patch na superfície traseira. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Fluxograma do sistema EMMI . (A) Ressonância magnética da parte inferior do corpo. (B) Uma varredura óptica 3D da superfície corporal com eletrodos no lugar. (C) Mapeamento da bioeletricidade. (D) Geometria corpo-útero e pré-processamento de sinais elétricos. (E) Reconstrução e caracterização do sinal elétrico uterino. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Eletrograma representativo da superfície corpórea . (A) Um sinal bruto de 375 s registrado a partir de um eletrodo tipo pino na superfície corporal. (B) Sinal de A após uma passagem de banda de Butterworth e downsampling. As linhas verdes marcam os tempos de explosões de EMG. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Mapas representativos de potencial de superfície uterina. (A-F) Mapas de potencial mostrados em quatro incidências em horários marcados no eletrograma em G com pontos vermelhos. As cores quentes representam potenciais positivos e as cores frias representam potenciais negativos. (G) Eletrograma no local marcado com asterisco em A-F. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: Mapa representativo da isochrone uterina e eletrogramas . (A) Um mapa de isócrona mostrado em quatro vistas, com cores quentes representando ativação precoce, cores frias representando ativação tardia e azul escuro representando não-ativação. (B) Eletrogramas uterinos dos sítios a, b e c. As linhas verticais vermelhas e azuis marcam o início e o fim, respectivamente, da janela de observação para este mapa de isócrona. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

A eletromiografia tem indicado que a frequência e a amplitude dos sinais elétricos uterinos se alteram durante o período gestacional 2,16,25. Vários estudos têm explorado os padrões de propagação uterina das contrações uterinas em pacientes em trabalho de parto ativo 10,17,26,27,28. Ainda assim, nenhuma direção de propagação conclusiva foi relatada, devido ao número e cobertura limitados, bem como à configuração não padrão dos eletrodos de superfície corpórea. A ausência da direção de propagação predominante também pode ser devido ao marcapasso não fixo no miométrio16,29, mas nenhuma evidência direta convincente foi relatada. EMMI implementa uma cobertura completa dos eletrodos na superfície corporal e aplica um cálculo inverso para reconstruir as atividades elétricas na superfície uterina. O EMMI permite caracterizar a propagação elétrica da contração uterina em toda a superfície uterina, mostrando onde as contrações se iniciam e como se propagam. Além disso, com sua alta resolução temporal, a EMMI pode analisar a evolução das contrações uterinas à medida que o trabalho de parto progride com mapas de isócrona. Uma análise completa das contrações uterinas seria promissora para fornecer novos insights sobre a maturação elétrica do miométrio humano e melhorar o manejo clínico do trabalho de parto humano.

O trabalho de parto prematuro é uma condição potencialmente causada por múltiplos processos patológicos, como doenças cervicais, infecção, declínio da ação da progesterona, patologias placentárias, contração uterina anormal, etc.30,31. Ao fornecer imagens elétricas de alta resolução temporal e espacial das contrações uterinas, a EMMI é uma grande promessa para melhorar a precisão da predição do trabalho de parto/parto prematuro causado por contrações uterinas anormais.

Existem várias etapas críticas na realização do EMMI em mulheres grávidas. Em primeiro lugar, os adesivos de eletrodos devem ser colocados nos mesmos locais que os adesivos seguros para ressonância magnética. Seguir as instruções de colocação (consulte o protocolo) é fundamental para reduzir os erros de localização dos eletrodos. Em segundo lugar, é crucial usar a quantidade adequada de gel e estabelecer contato adequado entre os eletrodos e a pele para garantir a atividade ideal do sinal elétrico. Em terceiro lugar, podem ser necessárias múltiplas varreduras ópticas para garantir a aquisição de geometria de superfície corporal de alta qualidade.

Temos duas limitações na versão atual do EMMI. Uma limitação é que a RM é cara e não portátil. Como é um desafio para as mulheres se submeterem à ressonância magnética após o início do trabalho de parto, a ressonância magnética é realizada alguns dias antes de entrarem em trabalho de parto. Quanto às pacientes prematuras, cuja data prevista para o parto é mais incerta do que a das pacientes a termo, agendamos múltiplas RMs com 24, 28, 32 e 37 semanas (se a paciente for a termo) para registrar a geometria corpo-útero o mais próximo possível do trabalho de parto. No entanto, para a viabilidade clínica, um potencial aprimoramento para EMMI é utilizar a ultrassonografia clínica para obter geometria corpo-útero específica da paciente à beira do leito. Isso diminuiria o gasto geral do EMMI e permitiria a medição de geometria em tempo real antes ou durante a gravação elétrica. A outra limitação é o grande número de eletrodos, o que aumenta o custo do estudo e pode dificultar o uso clínico diário. Assim, por um lado, planejamos fazer um teste de validação sobre a acurácia do EMMI com menos eletrodos. Por outro lado, planejamos incorporar eletrodos impressos, mais baratos, vestíveis, descartáveis, que possam ser montados em um material elástico32,33,34. Embora vários aprimoramentos sejam feitos no futuro, o protocolo central relatado neste manuscrito não mudaria. Este trabalho possibilitaria que outros grupos de pesquisa reproduzissem nosso trabalho EMMI.

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Disclosures

Y.W., A.G.C., P.C. e A.L.S. apresentaram o Pedido Provisório nº 62/642.389 intitulado "System and Method for Noninvasive Electromyometrial Imaging (EMMI)" para a tecnologia EMMI descrita neste trabalho. Y.W. atua como consultor científico para a Medtronic e tem financiamento de pesquisa do NIH.

Acknowledgments

Agradecemos a Deborah Frank pela edição deste manuscrito e a Jessica Chubiz pela organização do projeto. Financiamento: Este trabalho foi apoiado pelo March of Dimes Center Grant (22-FY14-486), por subsídios do NIH/National Institute of Child Health and Human Development (R01HD094381 aos PIs Wang/Cahill; R01HD104822 aos PIs Wang/Schwartz/Cahill), por doações da Burroughs Wellcome Fund Preterm Birth Initiative (NGP10119 à PI Wang) e por doações da Fundação Bill e Melinda Gates (INV-005417, INV-035476 e INV-037302 à 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

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References

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Imagem eletromiometrial das contrações uterinas em gestantes
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Wang, H., Wen, Z., Wu, W., Sun, Z., Wang, Q., Schwartz, A. L., Cuculich, P., Cahill, A. G., Macones, G. A., Wang, Y. Electromyometrial Imaging of Uterine Contractions in Pregnant Women. J. Vis. Exp. (195), e65214, doi:10.3791/65214 (2023).

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