Elektromyometrisk billeddannelse af livmoderkontraktioner hos gravide kvinder
Summary
Vi præsenterer en protokol til udførelse af elektromyometrisk billeddannelse (EMMI), herunder følgende procedurer: flere elektromyografielektrodesensoroptagelser fra kropsoverfladen, magnetisk resonansbilleddannelse og rekonstruktion af elektrisk signal i livmoderen.
Abstract
Under normal graviditet begynder livmoderens glatte muskel, myometrium, at have svage, ukoordinerede sammentrækninger sent i drægtigheden for at hjælpe livmoderhalsen med at ombygge. I arbejdskraft har myometriumet stærke, koordinerede sammentrækninger for at levere fosteret. Forskellige metoder er blevet udviklet til at overvåge livmoderkontraktionsmønstre for at forudsige arbejdsdebut. De nuværende teknikker har imidlertid begrænset rumlig dækning og specificitet. Vi udviklede elektromyometrisk billeddannelse (EMMI) til noninvasivt at kortlægge livmoderens elektriske aktivitet på den tredimensionelle livmoderoverflade under sammentrækninger. Det første trin i EMMI er at bruge T1-vægtet magnetisk resonansbilleddannelse til at erhverve den fagspecifikke krop-livmodergeometri. Dernæst bruges op til 192 pin-type elektroder placeret på kropsoverfladen til at indsamle elektriske optagelser fra myometrium. Endelig udføres EMMI-databehandlingsrørledningen for at kombinere krops-livmodergeometrien med elektriske data fra kropsoverfladen for at rekonstruere og afbilde livmoderens elektriske aktiviteter på livmoderoverfladen. EMMI kan sikkert og ikke-invasivt afbilde, identificere og måle tidlige aktiveringsområder og formeringsmønstre på tværs af hele livmoderen i tre dimensioner.
Introduction
Klinisk måles livmoderkontraktioner enten ved anvendelse af et intrauterin trykkateter eller ved at udføre tokodynamometri1. I forskningsindstillingen kan livmoderkontraktioner måles ved elektromyografi (EMG), hvor elektroder placeres på abdominaloverfladen for at måle de bioelektriske signaler, der genereres af myometrium 2,3,4,5,6,7. Man kan bruge størrelsen, frekvensen og udbredelsesfunktionerne for elektriske udbrud 8,9,10,11,12 afledt af EMG til at forudsige begyndelsen af arbejdskraft i præterm. I konventionel EMG måles den elektriske aktivitet af livmoderkontraktioner imidlertid kun fra et lille område af abdominaloverfladen med et begrænset antal elektroder (to13 og fire 7,14,15,16 i midten af abdominaloverfladen og 64 17 ved den nedre abdominaloverflade). Desuden er konventionel EMG begrænset i sin evne til at studere arbejdsmekanismerne, da den kun afspejler de gennemsnitlige elektriske aktiviteter fra hele livmoderen og ikke kan detektere de specifikke elektriske initierings- og aktiveringsmønstre på livmoderoverfladen under sammentrækninger.
En nylig udvikling kaldet elektromyometrisk billeddannelse (EMMI) er blevet introduceret for at overvinde manglerne ved konventionel EMG. EMMI muliggør ikke-invasiv billeddannelse af hele myometriums elektriske aktiveringssekvens under livmoderkontraktioner 18,19,20,21. For at erhverve kroppens livmodergeometri bruger EMMI T1-vægtet magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) 22,23,24, som har været meget udbredt til gravide kvinder i deres andet og tredje trimester. Dernæst bruges op til 192 pin-type elektroder placeret på kropsoverfladen til at indsamle elektriske optagelser fra myometrium. Endelig udføres EMMI-databehandlingsrørledningen for at kombinere krop-livmodergeometrien med de elektriske data for at rekonstruere og afbilde elektriske aktiviteter på livmoderoverfladen21. EMMI kan nøjagtigt lokalisere initieringen af livmoderkontraktioner og billedformeringsmønstre under livmoderkontraktioner i tre dimensioner. Denne artikel har til formål at præsentere EMMI-procedurerne og demonstrere de repræsentative resultater opnået fra gravide kvinder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Elektromyografi har vist, at frekvensen og amplituden af livmoderelektriske signaler ændres i svangerskabsperioden 2,16,25. Flere undersøgelser har undersøgt livmoderformeringsmønstrene for livmoderkontraktioner hos patienter i aktiv arbejdskraft 10,17,26,27,28. A…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Deborah Frank for at redigere dette manuskript og Jessica Chubiz for at organisere projektet. Finansiering: Dette arbejde blev støttet af March of Dimes Center Grant (22-FY14-486), af tilskud fra NIH / National Institute of Child Health and Human Development (R01HD094381 til Wang / Cahill; R01HD104822 til Wang / Schwartz / Cahill), ved tilskud fra Burroughs Wellcome Fund Preterm Birth Initiative (NGP10119 til PI Wang) og ved tilskud fra Bill og Melinda Gates Foundation (INV-005417, INV-035476 og INV-037302 til 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 |
Riferimenti
- 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).
