Summary
Aşağıdaki prosedürleri içeren elektromiyometriyal görüntüleme (EMMI) yapmak için bir protokol sunuyoruz: vücut yüzeyinden çoklu elektromiyografi elektrot sensörü kayıtları, manyetik rezonans görüntüleme ve uterus elektrik sinyali rekonstrüksiyonu.
Abstract
Normal hamilelik sırasında, uterus düz kası olan myometrium, rahim ağzının yeniden şekillenmesine yardımcı olmak için gebeliğin sonlarında zayıf, koordine olmayan kasılmalara sahip olmaya başlar. Doğum sırasında, myometrium fetüsü teslim etmek için güçlü, koordineli kasılmalara sahiptir. Doğum başlangıcını tahmin etmek için uterus kasılma paternlerini izlemek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bununla birlikte, mevcut teknikler sınırlı mekansal kapsama ve özgüllüğe sahiptir. Kasılmalar sırasında uterus elektriksel aktivitesini üç boyutlu uterus yüzeyine noninvaziv olarak haritalamak için elektromiyometriyal görüntüleme (EMMI) geliştirdik. EMMI'de ilk adım, konuya özgü vücut-rahim geometrisini elde etmek için T1 ağırlıklı manyetik rezonans görüntüleme kullanmaktır. Daha sonra, myometriyumdan elektrik kayıtlarını toplamak için vücut yüzeyine yerleştirilen 192'ye kadar pin tipi elektrot kullanılır. Son olarak, uterus yüzeyindeki uterus elektriksel aktivitelerini yeniden yapılandırmak ve görüntülemek için vücut-uterus geometrisini vücut yüzeyi elektriksel verileriyle birleştirmek için EMMI veri işleme hattı gerçekleştirilir. EMMI, tüm uterus boyunca erken aktivasyon bölgelerini ve yayılma modellerini üç boyutlu olarak güvenli ve noninvaziv olarak görüntüleyebilir, tanımlayabilir ve ölçebilir.
Introduction
Klinik olarak, uterus kasılmaları ya intrauterin basınç kateteri kullanılarak ya da tokodinamometri1 yapılarak ölçülür. Araştırma ortamında, uterus kasılmaları, myometrium 2,3,4,5,6,7 tarafından üretilen biyoelektrik sinyalleri ölçmek için karın yüzeyine elektrotların yerleştirildiği elektromiyografi (EMG) ile ölçülebilir. EMG'den türetilen 8,9,10,11,12 elektrik patlamalarının büyüklük, frekans ve yayılma özellikleri, erken doğumda doğumun başlangıcını tahmin etmek için kullanılabilir. Ancak konvansiyonel EMG'de uterus kasılmalarının elektriksel aktivitesi sınırlı sayıda elektrotla (iki13 ve dört 7,14,15,16 karın yüzeyinin merkezinde ve 64 17 alt karın yüzeyinde) karın yüzeyinin sadece küçük bir bölgesinden ölçülür. Ayrıca, konvansiyonel EMG, tüm uterustan sadece ortalama elektriksel aktiviteleri yansıttığı ve kasılmalar sırasında uterus yüzeyindeki spesifik elektriksel başlatma ve aktivasyon modellerini tespit edemediği için doğum mekanizmalarını inceleme yeteneği bakımından sınırlıdır.
Konvansiyonel EMG'nin eksikliklerinin giderilmesi için elektromiyometriyal görüntüleme (EMMI) adı verilen yeni bir gelişme ortaya atılmıştır. EMMI, uterus kasılmaları sırasında tüm myometriumun elektriksel aktivasyon sekansının noninvaziv görüntülenmesini sağlar 18,19,20,21. Vücut-rahim geometrisini elde etmek için EMMI, ikinci ve üçüncü trimesterde hamile kadınlar için yaygın olarak kullanılan T1 ağırlıklı manyetik rezonans görüntüleme (MRI)22,23,24'ü kullanır. Daha sonra, myometriyumdan elektrik kayıtlarını toplamak için vücut yüzeyine yerleştirilen 192'ye kadar pin tipi elektrot kullanılır. Son olarak, uterus yüzeyindeki elektriksel aktiviteleri yeniden yapılandırmak ve görüntülemek için vücut-uterus geometrisini elektriksel verilerle birleştirmek için EMMI veri işleme boru hattıgerçekleştirilir 21. EMMI, uterus kasılmalarının başlangıcını ve uterus kasılmaları sırasındaki görüntü yayılma modellerini üç boyutlu olarak doğru bir şekilde bulabilir. Bu makale, EMMI prosedürlerini sunmayı ve gebe kadınlardan elde edilen temsili sonuçları göstermeyi amaçlamaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Burada açıklanan tüm yöntemler Washington Üniversitesi Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylanmıştır.
1. MRG güvenli işaretleyici yamalar, elektrot yamaları ve cetveller (Şekil 1)
- MRI ve elektrot yama şablonlarını (Şekil 1A) kağıda yazdırın.
- Şeffaf vinil ve silikon kauçuk levhaları (Malzeme Tablosu) 22 (vinil) ve 44 (kauçuk) dikdörtgen (120 mm x 60 mm) ve 4 (vinil) ve 8 (silikon kauçuk) kare (60 mm x 60 mm) yamalar halinde kesin.
- MRI güvenli işaretleyici yamalar yapın: Bir şablonu şeffaf bir vinil yama ile kaplayın ve MRI güvenli belirteçleri (D vitamini sıvı yumuşak jeller), şablon üzerindeki elektrot tutucu boşluklarını temsil eden dairelerin merkezlerindeki vinil yamaya yapıştırın (Şekil 1B).
- Elektrot yamaları yapın: Silikon kauçuk yamalar üzerindeki daire konumlarını etiketleyin ve 8 mm çapında bir zımba seti kullanarak bu konumlarda delikler açın.
- Elektrot tutucuları çift taraflı yapışkan bileziklerle her deliğin üzerine takın (Malzeme Tablosu). Elektrot tutucu boşluğunun çevresini, silikon levha üzerine açılan deliğin çevresi ile hizalayın.
- X-halkasını elektrot tutucunun üstündeki boşluğa takın, tutucuyu renk kodlu silikon tabaka ile örtün ve pim tipi aktif elektrodu X-halkasından tutucuya yerleştirin. Elektrot, elektrot tutucunun boşluğunda ortalanmıştır. Elektrot kabloları, iki silikon tabaka tabakası arasında ve uzun kenar boyunca iki sıra tutucunun ortasından geçmelidir. Gerekirse elektrot kablosunun uzunluğunu elektrot tutucunun etrafına sararak ayarlayın. Bir elektrot yamasının montajı tamamlanır (Şekil 1C).
- Yamanın uzun kenarı boyunca elektrot sıraları arasındaki elektrot yamasına üç şerit tıbbi sınıf çift taraflı bant uygulayın.
- Altı ölçüm bandını 30 cm'lik işaretlerinden kesin. Üst kısmı 0 cm'den 30 cm'ye kadar tutun. Yatay bir cetvel yapmak için, iki ölçüm bandının 0 cm'sindeki kenarları, bandın genişliğinde bir boşluk bulunan uzun bir vinil şerit parçasına yapıştırın. Her cetvele çift taraflı yapışkan bant uygulayın.
- Yamaları ve cetvelleri kapalı kapaklı bir saklama kutusunda saklayın.
2. MRI taraması
NOT: MRI taraması, annenin beklenen doğum tarihinden önce, deneğin programına ve hemşiresinin tavsiyesine göre belirlenen, 36-40 haftalık bir gebelik yaşında (GA) planlanır. Bu adımın tahmini süresi 2 saattir.
- Denek onay formunu imzaladıktan sonra, denekten sokak kıyafetlerini MRI teknisyeni tarafından sağlanan MR güvenli pantolon ve önlükle değiştirmesini isteyin. MR güvenli işaretleyici yamaları (Şekil 1B) muayene odasındaki vücut yüzeyine yerleştirin.
- Yamaları arka yüzeye yerleştirin.
- Deneğe tıbbi muayene yatağına oturmasını söyleyin. Astarı çift taraflı banttan soyun ve cetvelin ucu kalça dekoltesinde olacak şekilde öznenin omurgası boyunca dikey bir cetvel uygulayın.
- İliak tepe seviyesine, merkezi dikey cetvelin üzerinden geçecek şekilde yatay bir cetvel yerleştirin. Astarı yamaların üzerindeki çift taraflı banttan soyun.
- Arkaya iki dikdörtgen yama uygulayın, böylece yamaların uzun kenarları dikey cetvelin yanında ve yamaların köşeleri cetvellerin kesişme noktasında olur.
- İlk iki yamanın soluna ve sağına ek yamalar yerleştirin, böylece yamalar iki taraflı olarak simetrik olur. Ortalama büyüklükteki denekler için, her iki tarafa dört dikdörtgen yama uygulayın (Şekil 1E).
- Karın yüzeyine yamalar yerleştirin.
- Muayene yatağının başını yaklaşık 40°'ye kaldırın ve deneği Fowler'ın pozisyonunda uzanması için yönlendirin. Karnın orta hattı boyunca, manuel palpasyonla belirlenen fundus bölgesinin yakınında 3 cm'lik bir işaret olacak şekilde dikey bir cetvel yerleştirin.
- Merkezi dikey cetvelin 6 cm işaretinde olacak ve karnın doğal eğriliği boyunca sol ve sağ yanal uzanacak şekilde yatay bir cetvel uygulayın.
- İlk dikdörtgen yamayı yatay cetvelin üzerine ve dikey cetvelin soluna yerleştirin, böylece uzun kenarı yatay cetvele paralel olacak ve yamanın bir köşesi iki cetvelin kesiştiği noktada olacak.
- İkinci dikdörtgen yamayı ilk yamanın soluna, uzun kenarı yatay cetvel boyunca olacak şekilde yerleştirin. Üçüncü ve dördüncü yamaları doğrudan yatay cetvelin altına yerleştirin ve birinci ve ikinci yamalarla dikey olarak hizalayın.
- Beşinci dikdörtgen yamayı üçüncü yamanın altına, kısa kenarı dikey cetvel boyunca olacak şekilde yerleştirin. Altıncı dikdörtgen yamayı sol taraftaki beşincinin yanına yerleştirin. Yedinci yamayı beşinci yamanın altına, kısa kenarı dikey cetvel boyunca olacak şekilde yerleştirin. Karın eğriliği için 3, 5 ve 7 numaralı yamalar arasında 2-3 cm boşluk bırakın.
- İki kare yamayı (s1 ve s2) altıncı yama ve yedinci yamanın altına, sırasıyla altıncı ve yedinci yama ile dikey olarak hizalanmış olarak yerleştirin. Yamaları sağ karın yüzeyine, soldakilerle iki taraflı simetrik olacak şekilde yerleştirin (Şekil 1F).
- Yamaları arka yüzeye yerleştirin.
- Cetvellerin birbirine ve öznenin göbek deliğine göre konumlarını kaydetmek için yama düzeninin fotoğraflarını ve notlarını alın.
- Bir MR teknisyeninin konuyu MRI tesisinin II. Bölgesindeki MRI güvenlik kurallarına ve düzenlemelerine göre taramasını sağlayın. Ardından, deneği Bölge III'ten 3 T MR tarayıcısının bulunduğu Bölge IV'e yönlendirin.
- Hastayı MRI yatağına sırtüstü pozisyonda uzanması için yönlendirin ve ona MR güvenli bir mikrofon, bir kulaklık seti ve bir sinyal sıkma topu sağlayın. Deneğin alt karnını 32 dizili bir MRI bobini ile örtün (Şekil 2A). MR taramasını başlatın.
NOT: 3 T Siemens Prisma veya Vida tarayıcı kullanılarak tüm karın üzerinde MRG yapmak için radyal hacimli enterpolasyonlu nefes tutma muayenesi hızlı T1 ağırlıklı bir sekans kullanıldı. Elde edilen MR görüntüleri 1.56 mm x 1.56 mm çözünürlüğe ve 4 mm kesit kalınlığına sahipti.
- Hastayı MRI yatağına sırtüstü pozisyonda uzanması için yönlendirin ve ona MR güvenli bir mikrofon, bir kulaklık seti ve bir sinyal sıkma topu sağlayın. Deneğin alt karnını 32 dizili bir MRI bobini ile örtün (Şekil 2A). MR taramasını başlatın.
- Görüş alanını tüm uterus ve serviksi kapsayacak şekilde ayarlamak için yerelleştiriciyi kullanın. Ardından, hacim enterpolasyonlu nefes tutma muayenesi (tekrarlama süresi [TR] = 4.07 ms, yankı süresi [TE] = 1.78 ms, çevirme açısı = 10°) ve veri setinin çok düzlemli rekonstrüksiyonu (görüş alanı [FOV] = 500 mm x 500 mm, matris = 320 x 320, voksel boyutu = 1.56 x 1.56 x 4 mm3).
- Verileri tıpta dijital görüntüleme ve iletişim (DICOM) formatında depolayın.
- MRI yamalarını ve cetvellerini konudan çıkarın ve karnı ve sırtını bebek mendilleriyle temizleyin.
- Çift taraflı bandı yamalardan çıkarın, yamaları mikrop öldürücü tek kullanımlık mendillerle dezenfekte edin ve bir sonraki deney için yeni çift taraflı bant uygulayın.
3. Biyoelektrik haritalama ve 3D optik tarama
NOT: Denek doğum ve doğum ünitesine kabul edildikten ve rahim ağzı yaklaşık 4 cm'ye kadar genişledikten sonra biyoelektrik haritalaması yapın. Bu adımın tahmini süresi 2 saattir.
- Elektrot yamalarını hazırlayın: İletken jeli kavisli uçlu bir sulama şırıngasına doldurun. Jeli, şırıngayı kullanarak her elektrot yaması üzerindeki elektrot tutucu boşluklarına ekleyin. Çift taraflı bantların astarlarını çıkarın.
- Elektrot yamalarını, adım 2.2'de çekilen fotoğraflarda ve notlarda açıklanan yerleştirme düzenini izleyerek, adım 2.1'de açıklanan prosedürlere göre uygulayın.
- 3D optik tarayıcının güç ve veri kablolarını bağlayın. 3D tarama yazılımını açın (Malzeme Tablosu). El tipi optik tarayıcıyı (Malzeme Tablosu), yanıp sönen kameralar konuya bakacak şekilde dik tutun.
- Taramayı başlatmak için tarayıcıdaki Başlat düğmesine basın ve taramayı kaydetmek için Başlat düğmesine tekrar basın. Elektrot konumlarını yakalamak üzere 3D optik taramalar yapmak için tarayıcıyı nesnenin etrafında hareket ettirin.
NOT: Alt arka yüzeyin optik taramaları, arka yüzeye elektrot yamaları yerleştirildikten sonra alınır. Karın yüzeyine elektrot yamaları yerleştirildikten sonra karın yüzeyinin optik taramaları alınır. - 3D taramayı bitirmek için tarayıcıdaki Durdur (Stop ) düğmesine basın.
- Taramayı başlatmak için tarayıcıdaki Başlat düğmesine basın ve taramayı kaydetmek için Başlat düğmesine tekrar basın. Elektrot konumlarını yakalamak üzere 3D optik taramalar yapmak için tarayıcıyı nesnenin etrafında hareket ettirin.
- Yama düzeninin fotoğraflarını ve notlarını alın. Cetvellerin birbirine ve öznenin göbeğine göre konumlarını not edin.
- "LL" elektrodu sol alt karnına, "LA" elektrodu sol üst göğse, "RA" elektrodu sağ üst göğse ve "DRL" elektrodu göbek veya alt sağ karın bölgesine yakın karın yüzeyine "DRL" elektrodu ile dört topraklama elektrotu yerleştirin.
- Dizüstü bilgisayar, analogdan dijitale (AD) kutu, pil kutusu, elektrot yaması, topraklama elektrot kabloları, optik fiber ve USB2 alıcısı dahil olmak üzere biyoelektrik haritalama donanımının bileşenlerini bağlayın (Şekil 1D).
- Dizüstü bilgisayarda Active View yazılımını açın ve AD kutusunu açın.
NOT: AD kutusundaki durum ışığı sarıysa, topraklama elektrotlarının ciltle teması zayıftır. Bu durumda, topraklama elektrotlarını çıkarın, daha fazla jel ekleyin ve yerlerine geri yerleştirin. Durum ışığı maviye dönene kadar tekrarlayın. - Aktif Görünümde Elektrot ofset modülünü kontrol edin. Herhangi bir elektrotun büyük bir ofseti varsa (en büyük ofsetin dörtte birinden fazlası), tıbbi kağıt bantlar kullanarak sabitleyerek veya yeniden takarak (çıkararak, daha fazla jel ekleyerek ve yerlerine geri yerleştirerek) cilt ile temaslarını iyileştirin.
- Biyoelektrik sinyal veri akışlarını gerçek zamanlı olarak kaydetmek için Dosyayı başlat > Duraklat'a tıklayın. 900 sn'lik bir kayıttan sonra, kaydı bitirmek > çoklu elektrot ölçümünü bir ikili veri dosyası (BDF) dosyasına kaydetmek için Kaydet'i Duraklat Durdur'a tıklayın.
- Deneğin rahat ve devam etmeye istekli olduğundan emin olmak için araştırma görevlisi kontrol ettikten sonra adım 3.9'u dört kez tekrarlayın.
- Son kayıttan sonra (genellikle toplamda dört kayıt), AD kutusunu kapatın ve elektrot yamalarını, topraklama elektrotlarını, optik fiberi ve USB kablosunu çıkarın.
- Elektrot yamalarını ve topraklama elektrotlarını konudan çıkarın.
- Deneğin karnını ve belini bir havlu veya bebek mendiliyle temizleyin.
- Tüm ekipmanı toplayın ve elektrot yamalarını ve topraklama elektrotlarını temizlik için saklayın.
- Elektrot yamalarını ve topraklama elektrotlarını temizleme odasında bulaşık deterjanı ile ılık suda temizleyin. Onları mikrop öldürücü mendillerle dezenfekte edin.
- Yamaları havayla kurutun ve bir sonraki deney için yamalara ve cetvellere çift taraflı montaj bandı uygulayın.
4. Vücut-rahim geometrisinin oluşturulması
- Bir veri analizi yazılımı uygulaması kullanarak MRI verilerinin segmentasyonunu gerçekleştirin.
NOT: Burada Amira yazılımı kullanılmıştır- Veri analizi yazılımını başlatın ve MRI DICOM verilerini yükleyin. Segmentasyon modülüne gidin ve yeni bir etiket oluşturmak için Yeni'ye tıklayın. Görüntü kontrastını değiştirmek için Düzenle'yi tıklatın > Aralığı > Veri histogramına ayarlayın .
- Sagital Görünüm'de Fırça aracını seçin, MR görüntülerinin uterus sınırlarını etiketleyin, bölgeleri doldurun ve etiket dosyasına ekleyin. Bu adımı her üç ila beş dilimde bir tekrarlayın.
- Segmentlere ayrılmış bölgeleri seçin ve tüm dilimlerin segmentasyonunu enterpolasyon yapmak için Seçim > Enterpolasyon > + seçeneğini tıklatın. Bu, uterus yüzeyinin segmentasyonunu tamamlar.
- Yeni bir etiket dosyası oluşturmak için Yeni'yi tıklatın. Sihirli değnek aracını seçin, maskeleme eşiğini veri histogramının ilk yerel minimumuna yerleştirin ve tüm gövde mavi renkle vurgulanana kadar kademeli olarak ayarlayın.
- Tüm dilimler'i seçin, herhangi bir mavi bölgeye tıklayın ve ardından segmentasyonu etiket dosyasına eklemek için + işaretine tıklayın. Delikleri sabitlemek için Segmentasyon > Boşlukları doldur > Tüm dilimler > + seçeneğine tıklayın.
- Segmentasyon modülüne gidin ve rahim için yeni bir etiket oluşturmak için Yeni'ye tıklayın. MR görüntülerinde uterusu manuel olarak segmentlere ayırın. Gerekirse Interpolate'i kullanın.
- Proje modülünde, rahim ve vücut yüzeyinin etiket dosyalarından yüzey verilerini oluşturun.
- Bir yüzey dosyası seçin, Basitleştirme Düzenleyicisi'nde yüz sayısını azaltın > Basitleştir'i %50 azaltın ve Şimdi basitleştir'e tıklayın. Basitleştirilmiş yüzey dosyasını seçin ve Uygula'> Pürüzsüz Yüzey (yineleme = 20, lambda = 0,6) öğesine sağ tıklayın. Ardından, düzgünleştirilmiş yüzey dosyasını seçin ve Yüzeyi Yeniden Meshle (% 100) > Her yüzeye yeniden mesh etmek için uygula'ya sağ tıklayın.
- Vücut yüzeyi yaklaşık 18.000 yüz ve rahim yüzeyi yaklaşık 640 yüz içerene kadar adım 4.1.7'yi gerçekleştirmeye devam edin.
- İki yüzeyi stereolitografi (STL) formatında kaydetmek için Dosya > Verileri STL ascii > Olarak Dışa Aktar'a tıklayın.
- Optik 3D tarama verilerinin sonradan işlenmesini gerçekleştirin.
- Karın yüzeyinin optik 3D tarama dosyasını Artec studio 12 professional'a yükleyin.
- Hedef optik taramayı seçin ve taramayı çoğaltın.
- Seçili taramayı işlemeye başlamak için Autopilot'a tıklayın.
- Model oluşturma modülünde, tarama kalitesini (geometri, doku), nesne boyutunu, delik doldurma yöntemini (su geçirmez) vb. seçin ve İleri'ye tıklayın.
- Editör modülünde Kement seçimini seçin ve gereksiz bölgeleri silin.
- Taramanın otomatik olarak iyileştirilmesini oluşturmak için İleri'yi tıklatın.
- Gereksiz bölgeleri kaldırmak için Kement seçimi > Düzenleyici'yi tıklayın.
- Yüzeyi STL formatında kaydetmek için Dosya > Kafesleri STL Dosya Formatına > Dışa Aktar'a tıklayın.
- Optik 3D tarama verilerini MRI vücut yüzeyine hizalayın ve veri analiz yazılımındaki araç komut dili (TCL) komut dosyalarıyla vücut-rahim geometrisini oluşturun.
- 4.1 ve 4.2 adımlarında oluşturulan STL formatındaki yüzeyleri önceden programlanmış veri analizi yazılımı projesiyle yükleyin.
- Karın yüzeyi için rijit hizalama için veri analizi yazılım nesnelerini hazırlamak için komut istemi TCL komut satırını çalıştırın.
- İki Görüntüleyici (yatay) seçeneğine tıklayın ve sol görüntüleyicide optik tarama gövde yüzeyini ve sağ görüntüleyicide MRI gövde yüzeyini görüntüleyin.
- Her iki yüzeye beş veya altı yer işareti yerleştirin ve rijit hizalamayı uygulamak için komut istemi TCL komut satırını çalıştırın.
- Arka yüzey için 4.3.2-4.3.4 adımlarını tekrarlayın.
- Tek Görüntüleyici'yi tıklatın ve görüntüleyicide sert hizalanmış optik olarak taranmış gövde yüzeyini görüntüleyin.
- Veri analizi yazılım nesnelerini katı olmayan hizalama için hazırlamak üzere komut istemi TCL komut satırını çalıştırın.
- Nesne > Yer İşaretleri Oluştur > Proje'ye tıklayın ve optik taranmış gövde yüzeyindeki elektrot konumlarına yer işaretleri ekleyin.
- Yer işareti dosyalarını katı olmayan hizalama için dışa aktarmak için Dosya > Verileri LandmarkSet Ascii >Olarak Dışa Aktar'ı tıklatın.
- Katı olmayan bir hizalama gerçekleştirmek için EMMI veri işleme ardışık düzeninde Geometri modülünü çalıştırın.
- Otomatik olarak hizalanmış elektrot yer işaretlerini içe aktarmak ve adım 2.3 ve 3.3'te açıklanan notlara ve fotoğraflara atıfta bulunarak elektrot yer işaretlerinin hassasiyetini artırmak için TCL komut satırı istemini yürütün.
- Elektrot konumları için yer işareti dosyalarını dışa aktarmak için Dosya > Verileri Yer İşareti Olarak Dışa Aktar > Ascii'yi tıklatın.
- STL dosyalarını ve LandmarkSet dosyalarını yüklemek için EMMI veri işleme ardışık düzen geometrisi modülünü çalıştırın ve vücut-uterus geometrisini MAT formatında oluşturun.
5. Elektrik sinyali ön işleme
- BDF dosyasını yüklemek ve ham elektrik sinyalini 0.34-1 Hz frekans bandına sahip bir Butterworth filtresiyle işlemek için EMMI veri işleme boru hattı-EMG ön işleme modülünü çalıştırın.
- Filtrelenmiş sinyaldeki yerel ve genel yapıtları otomatik olarak algılamak için EMMI veri işleme ardışık düzen algılama modülünü çalıştırın.
6. Uterus elektrik sinyalinin rekonstrüksiyonu ve karakterizasyonu
- Vücut-rahim geometrisini ve önceden işlenmiş elektrik sinyali verilerini yüklemek ve rahim yüzeyindeki elektrik sinyallerini hesaplamak için EMMI veri işleme boru hattı-rekonstrüksiyon modülünü çalıştırın.
- Rahim yüzeyindeki her EMG patlamasının başlangıcını ve ofsetlerini otomatik olarak tespit etmek için EMMI veri işleme boru hattı-EMG sinyal analiz modülünü çalıştırın.
- Her gözlem penceresi için her uterus konumundaki aktivasyon süresini hesaplamak ve her gözlem penceresi için bir izokron oluşturmak için küme şekli kaplamasındaki gözlem penceresini seçin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Temsili MRG güvenli yamalar ve elektrot yamaları, Şekil 1A'da gösterilen şablondan oluşturulan Şekil 1B,C'de gösterilmektedir. Biyoelektrik haritalama donanımı, her bir bileşenin bağlantıları ayrıntılı olarak işaretlenmiş olarak Şekil 1C'de gösterilmektedir. Şekil 2, MRI yamaları giyen deneğin MRI taraması (Şekil 2A), 3D optik tarama (Şekil 2B), biyoelektrik haritalama (Şekil 2C), vücut-uterus geometrisinin oluşturulması (Şekil 2D) ve EMMI verilerinin bir şeması (Şekil 2E).
Şekil 3A , örnekleme hızı 2,048 Hz olan temsili bir ham vücut yüzeyi elektrogramını göstermektedir. Ham sinyal, başlangıç kayması, maternal elektrokardiyografik sinyal, maternal solunum ve diğer faktörlerden önemli ölçüde etkilenir. Elektrik sinyali ön işlemede (protokolde bölüm 5), Şekil 0.34B'de gösterilen filtrelenmiş sinyali üretmek için 1-3 Hz kesme frekanslarına sahip bir Butterworth bant geçiren filtre ve 20 faktörlü bir alt numune uygulandı. Şekil 3B'de üç net EMG patlaması yeşil çizgilerle işaretlenmiştir.
Şekil 4A-F, ön, sol, arka ve sağ görünümlerde 0.2 s aralıklarla altı ardışık uterus yüzey potansiyeli haritasını göstermektedir. Sıcak renkler pozitif potansiyelleri, soğuk renkler ise negatif potansiyelleri temsil eder. Her uterus potansiyelinin ilgili zamanı, Şekil 4A-F'de yıldızlarla gösterilen bölgelerden olan Şekil 4G'deki elektrogramda etiketlenmiştir. Yüksek pozitif potansiyele sahip bir bölge, yıldızla işaretlenmiş bölgede başlar (Şekil 4A), genişler (Şekil 4B-E) ve sonunda azalır (Şekil 4F). EMMI tarafından oluşturulan bu potansiyel haritalar, araştırmacıların uterus kasılmalarının dinamik ilerlemesini üç boyutlu olarak görselleştirmelerine olanak tanır.
Şekil 5A , dört görünümden EMMI tarafından oluşturulan bir izokron haritasını göstermektedir. Görüntülerde, sıcak renkler erken aktivasyonu, soğuk renkler geç aktivasyonu temsil eder ve koyu mavi, belirli gözlem penceresinde aktivasyon olmadığını temsil eder. Bu izokron haritası, uterus aktivasyonunun sağ fundusta başlatıldığı ve anterior ve sağa yayıldığı bir uterus kasılma dizisini gösterir. Sol posteriorda aktivasyon olmadı. a, b ve c bölgelerinden üç temsili uterus elektrogramı Şekil 5B'de gösterilmiştir. Kırmızı ve mavi çizgiler, Şekil 5A'daki izokron haritasının sırasıyla başlangıç ve bitiş zamanlarını gösterir. A bölgesindeki EMG patlaması, b ve c bölgelerindekilerden önce meydana geldi. EMMI tarafından oluşturulan bu izokron haritaları, araştırmacıların uterus kasılma dizisini görselleştirmesine olanak tanır.
Şekil 1: Elektrot yamasının tasarımı . (A) Milimetre cinsinden gösterilen ölçümlerle MRI güvenli işaretleyici yamalar ve elektrot yamaları yapmak için şablon. (B) MRG güvenli belirteç yaması. (C) Elektrot tutucu, pim tipi elektrot ve elektrot yaması. (D) Her bir bileşenin etiketlendiği biyoelektrik haritalama donanımı. (E) Karın yüzeyindeki yama düzeni. (F) Arka yüzeyde yama düzeni. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: EMMI sisteminin akış şeması . (A) Alt gövdenin MRI taraması. (B) Elektrotlar yerindeyken vücut yüzeyinin 3D optik taraması. (C) Biyoelektrik haritalama. (D) Vücut-rahim geometrisi ve elektrik sinyali ön işleme. (E) Uterus elektrik sinyalinin rekonstrüksiyonu ve karakterizasyonu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Temsili vücut yüzeyi elektrogramı . (A) Vücut yüzeyindeki pim tipi bir elektrottan kaydedilen 375 s'lik bir ham sinyal. (B) Bir Butterworth bant geçişi ve altörneklemeden sonra A'dan gelen sinyal. Yeşil çizgiler EMG patlamalarının zamanlarını gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Temsili uterus yüzey potansiyeli haritaları. (A-F) Elektrogramda G cinsinden kırmızı noktalarla işaretlenmiş zamanlarda dört görünümde gösterilen potansiyel haritalar. Sıcak renkler pozitif potansiyelleri, soğuk renkler ise negatif potansiyelleri temsil eder. (G) A-F'de yıldız işaretiyle etiketlenmiş yerdeki elektrogram. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Temsili uterus izokron haritası ve elektrogramları. (A) Sıcak renkler erken aktivasyonu, soğuk renkler geç aktivasyonu ve koyu mavi aktivasyonu temsil eden dört görünümde gösterilen bir izokron haritası. (B) a, b ve c bölgelerinden uterus elektrogramları. Kırmızı ve mavi dikey çizgiler, bu izokron haritası için gözlem penceresinin sırasıyla başlangıcını ve sonunu işaretler. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Elektromiyografi, uterus elektrik sinyallerinin sıklığının ve genliğinin gebelik döneminde değiştiğini göstermiştir 2,16,25. Çeşitli çalışmalar, aktif doğum eylemindeki hastalarda uterus kasılmalarının uterus yayılma modellerini araştırmıştır 10,17,26,27,28. Yine de, sınırlı sayı ve kapsamın yanı sıra vücut yüzey elektrotlarının standart olmayan konfigürasyonu nedeniyle kesin bir yayılma yönü bildirilmemiştir. Baskın yayılma yönünün yokluğu, myometriumdaki sabit olmayan kalp pilinden dekaynaklanıyor olabilir 16,29, ancak ikna edici doğrudan kanıt bildirilmemiştir. EMMI, vücut yüzeyindeki elektrotların tam bir kapsamını uygular ve uterus yüzeyindeki elektriksel aktiviteleri yeniden yapılandırmak için ters bir hesaplama uygular. EMMI, kasılmaların nerede başladığını ve nasıl yayıldığını göstererek, uterus kasılmasının tüm uterus yüzeyinde elektriksel yayılımını karakterize etmeyi mümkün kılar. Ayrıca yüksek zamansal çözünürlüğü ile EMMI, izokron haritaları ile doğum eylemi ilerledikçe uterus kasılmalarının evrimini analiz edebilmektedir. Uterus kasılmalarının kapsamlı bir analizi, insan myometrium elektriksel olgunlaşması hakkında yeni bilgiler sağlama ve insan emeğinin klinik yönetimini iyileştirme sözü verecektir.
Erken doğum, servikal hastalıklar, enfeksiyon, progesteron etkisinde azalma, plasental patolojiler, anormal uterus kasılması vb. gibi çoklu patolojik süreçlerin potansiyel olarak neden olduğu bir durumdur.30,31. EMMI, uterus kasılmalarının yüksek zamansal ve uzamsal çözünürlüklü elektriksel görüntülerini sağlayarak, anormal uterus kasılmalarının neden olduğu erken doğum / doğumun tahmin doğruluğunu artırmak için büyük umut vaat ediyor.
Gebe kadınlarda EMMI gerçekleştirmenin birkaç kritik adımı vardır. İlk olarak, elektrot yamaları MRI güvenli yamalarla aynı yerlere yerleştirilmelidir. Yerleştirme talimatlarını takip etmek (protokole bakın) elektrot konum hatalarını azaltmak için kritik öneme sahiptir. İkinci olarak, optimum elektrik sinyali aktivitesini sağlamak için uygun miktarda jel kullanmak ve elektrotlar ile cilt arasında yeterli temas kurmak çok önemlidir. Üçüncüsü, yüksek kaliteli gövde yüzeyi geometrisinin elde edilmesini sağlamak için çoklu optik taramalar gerekebilir.
EMMI'nin mevcut sürümünde iki sınırlamamız var. Bir sınırlama, MRG'nin pahalı olması ve taşınabilir olmamasıdır. Kadınların doğum başladıktan sonra MRG çekmesi zor olduğundan, MRG doğuma girmeden birkaç gün önce yapılır. Beklenen doğum tarihi term hastalara göre daha belirsiz olan preterm hastalara gelince, vücut-uterus geometrisini doğuma mümkün olduğunca yakın kaydetmek için 24, 28, 32 ve 37. haftalarda (hasta terme giderse) çoklu MRG taramaları planladık. Bununla birlikte, klinik fizibilite için, EMMI için potansiyel bir gelişme, yatak başında hastaya özgü vücut-uterus geometrisi elde etmek için klinik ultrason kullanmaktır. Bu, EMMI'nin genel masrafını azaltacak ve elektrik kaydından hemen önce veya sırasında gerçek zamanlı geometri ölçümüne izin verecektir. Diğer bir sınırlama ise elektrot sayısının fazla olmasıdır, bu da çalışmanın maliyetini artırır ve günlük klinik kullanımı zorlaştırabilir. Bu nedenle, bir yandan daha az elektrotla EMMI'nin doğruluğu üzerinden bir doğrulama testi yapmayı planlıyoruz. Öte yandan, elastik bir malzemeye monte edilebilen daha ucuz, giyilebilir, tek kullanımlık, baskılı elektrotları dahil etmeyi planlıyoruz32,33,34. Gelecekte çeşitli geliştirmeler yapılacak olsa da, bu yazıda bildirilen temel protokol değişmeyecektir. Bu çalışma, diğer araştırma gruplarının EMMI çalışmamızı yeniden üretmesini mümkün kılacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Y.W., A.G.C., P.C. ve A.L.S., bu çalışmada açıklanan EMMI teknolojisi için "Noninvaziv Elektromiyometriyal Görüntüleme (EMMI) için Sistem ve Yöntem" başlıklı 62/642,389 sayılı ABD Geçici Başvurusunu sunmuştur. YW, Medtronic için bilimsel danışman olarak hizmet vermektedir ve NIH araştırma fonuna sahiptir.
Acknowledgments
Bu taslağı düzenlediği için Deborah Frank'e ve projeyi organize ettiği için Jessica Chubiz'e teşekkür ederiz. Finansman: Bu çalışma, March of Dimes Center Grant (22-FY14-486), NIH/Ulusal Çocuk Sağlığı ve İnsani Gelişme Enstitüsü'nden (R01HD094381 PI'ler Wang/Cahill'e; R01HD104822 PIs Wang/Schwartz/Cahill'e), Burroughs Wellcome Fund Preterm Birth Initiative'den (NGP10119 PI Wang'a) ve Bill ve Melinda Gates Vakfı'ndan (INV-005417, INV-035476 ve INV-037302'den PI Wang'a) hibelerle.
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).
