הדמיה אלקטרומיומטרית של התכווצויות הרחם אצל נשים הרות
Summary
אנו מציגים פרוטוקול לביצוע הדמיה אלקטרומיומטריאלית (EMMI), הכולל את ההליכים הבאים: הקלטות חיישני אלקטרומיוגרפיה מרובים מפני השטח של הגוף, הדמיית תהודה מגנטית ושחזור אותות חשמליים ברחם.
Abstract
במהלך הריון רגיל, שריר הרחם החלק, המיאומטריום, מתחיל להיות התכווצויות חלשות ולא מתואמות בהריון מאוחר כדי לעזור לצוואר הרחם להתעצב. בלידה, למיומטריום יש התכווצויות חזקות ומתואמות כדי ליילד את העובר. שיטות שונות פותחו כדי לעקוב אחר דפוסי התכווצות הרחם כדי לחזות את תחילת הלידה. עם זאת, לטכניקות הנוכחיות יש כיסוי מרחבי מוגבל וספציפיות. פיתחנו הדמיה אלקטרומיומטריאלית (EMMI) כדי למפות באופן לא פולשני את הפעילות החשמלית של הרחם על פני הרחם התלת-ממדיים במהלך הצירים. הצעד הראשון ב- EMMI הוא להשתמש בהדמיית תהודה מגנטית משוקללת T1 כדי לרכוש את הגיאומטריה הספציפית לגוף-רחם. לאחר מכן, עד 192 אלקטרודות מסוג סיכה הממוקמות על פני הגוף משמשות לאיסוף הקלטות חשמליות מהמיומטריום. לבסוף, צינור עיבוד הנתונים EMMI מבוצע כדי לשלב את הגיאומטריה של הגוף-רחם עם נתונים חשמליים של פני הגוף כדי לשחזר ולדמות פעילויות חשמליות של הרחם על פני הרחם. EMMI יכול לדמות, לזהות ולמדוד בבטחה ובאופן לא פולשני אזורי הפעלה מוקדמת ודפוסי התפשטות על פני הרחם כולו בשלושה ממדים.
Introduction
מבחינה קלינית, התכווצויות הרחם נמדדות באמצעות צנתר לחץ תוך רחמי או על ידי ביצוע טוקודינאמומטריה1. במסגרת המחקר, ניתן למדוד התכווצויות רחם באמצעות אלקטרומיוגרפיה (EMG), שבה אלקטרודות ממוקמות על פני הבטן כדי למדוד את האותות הביו-חשמליים הנוצרים על ידי המיאומטריום 2,3,4,5,6,7. ניתן להשתמש בגודל, בתדירות ובתכונות ההתפשטות של התפרצויות חשמליות 8,9,10,11,12 הנגזרות מ- EMG כדי לחזות את תחילת העבודה בטרם עת. עם זאת, ב- EMG קונבנציונלי, הפעילות החשמלית של התכווצויות הרחם נמדדת רק מאזור זעיר של משטח הבטן עם מספר מוגבל של אלקטרודות (שתיים13 וארבע 7,14,15,16 במרכז משטח הבטן, ו- 64 17 במשטח הבטן התחתונה). יתר על כן, EMG קונבנציונלי מוגבל ביכולתו לחקור את מנגנוני העבודה, שכן הוא משקף רק את הפעילות החשמלית הממוצעת מהרחם כולו ואינו יכול לזהות את דפוסי האתחול וההפעלה החשמלית הספציפיים על פני הרחם במהלך הצירים.
פיתוח שנערך לאחרונה בשם הדמיה אלקטרומיומטריאלית (EMMI) הוצג כדי להתגבר על החסרונות של EMG קונבנציונאלי. EMMI מאפשר הדמיה לא פולשנית של כל רצף ההפעלה החשמלית של המיאומטריום במהלך התכווצויות הרחם 18,19,20,21. כדי לרכוש את הגיאומטריה של הגוף-רחם, EMMI משתמש בדימות תהודה מגנטית משוקלל T1 (MRI) 22,23,24, אשר נמצא בשימוש נרחב עבור נשים בהריון במהלך השליש השני והשלישי שלהם. לאחר מכן, עד 192 אלקטרודות מסוג סיכה הממוקמות על פני הגוף משמשות לאיסוף הקלטות חשמליות מהמיומטריום. לבסוף, צינור עיבוד הנתונים EMMI מבוצע כדי לשלב את הגיאומטריה גוף-רחם עם הנתונים החשמליים כדי לשחזר ולדמות פעילויות חשמליות על פני הרחם21. EMMI יכול לאתר במדויק את התחלת התכווצויות הרחם ודפוסי התפשטות התמונה במהלך התכווצויות הרחם בתלת מימד. מאמר זה נועד להציג את נהלי EMMI ולהדגים את התוצאות המייצגות המתקבלות מנשים בהריון.
Protocol
Representative Results
Discussion
אלקטרומיוגרפיה הצביעה על כך שהתדירות והמשרעת של האותות החשמליים ברחם משתנים במהלך תקופת ההריון 2,16,25. מספר מחקרים בחנו את דפוסי התפשטות הרחם של התכווצויות הרחם בחולות בלידה פעילה 10,17,26,27,28.</s…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים לדבורה פרנק על עריכת כתב היד ולג’סיקה צ’וביז על ארגון הפרויקט. מימון: עבודה זו נתמכה על ידי מענק March of Dimes Center (22-FY14-486), על ידי מענקים מה-NIH/המכון הלאומי לבריאות הילד והתפתחות האדם (R01HD094381 ל-PIs וואנג/קאהיל; R01HD104822 ל-PIs Wang/Schwartz/Cahill), על ידי מענקים מ-Burroughs Wellcome Fund Preterm Birth Initiative (NGP10119 ל-PI Wang), ומענקים מקרן ביל ומלינדה גייטס (INV-005417, INV-035476 ו-INV-037302 ל-PI Wang).
Materials
| 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. Clinical assessment of uterine contractions. International Journal of Gynaecology and Obstetrics. 139 (2), 137-142 (2017).
- 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. The uterine pacemaker of labor. Best Practice & Research. Clinical Obstetrics & Gynaecology. 52, 68-87 (2018).
- Goldenberg, R. L. The management of preterm labor. Obstetrics and Gynecology. 100 (5), 1020-1037 (2002).
- 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).
