Elektromyometriale beeldvorming van samentrekkingen van de baarmoeder bij zwangere vrouwen
Summary
We presenteren een protocol voor het uitvoeren van elektromyometriale beeldvorming (EMMI), inclusief de volgende procedures: meervoudige elektrodesensoropnames van het lichaamsoppervlak, magnetische resonantiebeeldvorming en reconstructie van het elektrische signaal van de baarmoeder.
Abstract
Tijdens een normale zwangerschap begint de gladde baarmoederspier, het myometrium, zwakke, ongecoördineerde samentrekkingen te krijgen bij de late zwangerschap om de baarmoederhals te helpen hermodelleren. Tijdens de bevalling heeft het myometrium sterke, gecoördineerde samentrekkingen om de foetus ter wereld te brengen. Er zijn verschillende methoden ontwikkeld om de contractiepatronen van de baarmoeder te volgen om het begin van de bevalling te voorspellen. De huidige technieken hebben echter een beperkte ruimtelijke dekking en specificiteit. We ontwikkelden elektromyometriale beeldvorming (EMMI) om de elektrische activiteit van de baarmoeder tijdens weeën op niet-invasieve wijze in kaart te brengen op het driedimensionale baarmoederoppervlak. De eerste stap in EMMI is het gebruik van T1-gewogen magnetische resonantiebeeldvorming om de onderwerpspecifieke lichaams-baarmoedergeometrie te verkrijgen. Vervolgens worden tot 192 pin-type elektroden die op het lichaamsoppervlak worden geplaatst, gebruikt om elektrische opnames van het myometrium te verzamelen. Ten slotte wordt de EMMI-gegevensverwerkingspijplijn uitgevoerd om de geometrie van het lichaam en de baarmoeder te combineren met elektrische gegevens van het lichaamsoppervlak om de elektrische activiteiten van de baarmoeder op het baarmoederoppervlak te reconstrueren en in beeld te brengen. EMMI kan veilig en niet-invasief vroege activeringsregio’s en voortplantingspatronen over de hele baarmoeder in drie dimensies in beeld brengen, identificeren en meten.
Introduction
Klinisch worden samentrekkingen van de baarmoeder gemeten met behulp van een intra-uteriene drukkatheter of door tocodynamometrie1 uit te voeren. In de onderzoekssetting kunnen samentrekkingen van de baarmoeder worden gemeten door middel van elektromyografie (EMG), waarbij elektroden op het buikoppervlak worden geplaatst om de bio-elektrische signalen te meten die worden gegenereerd door het myometrium 2,3,4,5,6,7. Men kan de omvang, frequentie en voortplantingskenmerken van elektrische uitbarstingen 8,9,10,11,12 afgeleid van EMG gebruiken om het begin van de bevalling te vroeg te voorspellen. Bij conventionele EMG wordt de elektrische activiteit van samentrekkingen van de baarmoeder echter gemeten vanaf slechts een klein deel van het buikoppervlak met een beperkt aantal elektroden (twee13 en vier 7,14,15,16 in het midden van het buikoppervlak en 64 17 op het onderbuikoppervlak). Bovendien is conventioneel EMG beperkt in zijn vermogen om de mechanismen van arbeid te bestuderen, omdat het alleen de gemiddelde elektrische activiteiten van de hele baarmoeder weerspiegelt en de specifieke elektrische initiatie- en activeringspatronen op het baarmoederoppervlak tijdens weeën niet kan detecteren.
Een recente ontwikkeling genaamd elektromyometriale beeldvorming (EMMI) is geïntroduceerd om de tekortkomingen van conventionele EMG te verhelpen. EMMI maakt niet-invasieve beeldvorming mogelijk van de elektrische activeringssequentie van het gehele myometrium tijdens samentrekkingen van de baarmoeder 18,19,20,21. Om de geometrie van het lichaam en de baarmoeder te verkrijgen, maakt EMMI gebruik van T1-gewogen magnetische resonantiebeeldvorming (MRI)22,23,24, die veel wordt gebruikt voor zwangere vrouwen tijdens hun tweede en derde trimester. Vervolgens worden tot 192 pin-type elektroden die op het lichaamsoppervlak worden geplaatst, gebruikt om elektrische opnames van het myometrium te verzamelen. Ten slotte wordt de EMMI-gegevensverwerkingspijplijn uitgevoerd om de geometrie van het lichaam en de baarmoeder te combineren met de elektrische gegevens om elektrische activiteiten op het baarmoederoppervlak te reconstrueren en in beeld te brengen21. EMMI kan het initiëren van samentrekkingen van de baarmoeder nauwkeurig lokaliseren en voortplantingspatronen tijdens samentrekkingen van de baarmoeder in drie dimensies in beeld brengen. Dit artikel is bedoeld om de EMMI-procedures te presenteren en de representatieve resultaten van zwangere vrouwen te demonstreren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Elektromyografie heeft aangetoond dat de frequentie en amplitude van elektrische signalen van de baarmoeder veranderen tijdens de zwangerschapsperiode 2,16,25. Verschillende onderzoeken hebben de voortplantingspatronen van de baarmoeder onderzocht bij patiënten die actief aan het bevallen zijn: 10,17,26,27,28.<sup class="xre…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We danken Deborah Frank voor het redigeren van dit manuscript en Jessica Chubiz voor het organiseren van het project. Financiering: Dit werk werd ondersteund door de March of Dimes Center Grant (22-FY14-486), door subsidies van NIH/National Institute of Child Health and Human Development (R01HD094381 aan PI’s Wang/Cahill; R01HD104822 aan PI’s Wang/Schwartz/Cahill), door subsidies van Burroughs Wellcome Fund Preterm Birth Initiative (NGP10119 aan PI Wang) en door subsidies van de Bill and Melinda Gates Foundation (INV-005417, INV-035476 en INV-037302 aan 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 |
Referências
- 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).
