Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

הדמיה אלקטרומיומטרית של התכווצויות הרחם אצל נשים הרות

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

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית של אוניברסיטת וושינגטון.

1. מדבקות סמן בטוחות ל-MRI, מדבקות אלקטרודות וסרגלים (איור 1)

  1. הדפס את תבניות ה-MRI ומדבקות האלקטרודות (איור 1A) על נייר.
  2. חתכו יריעות גומי ויניל וסיליקון שקופות (טבלה של חומרים) ל-22 (ויניל) ו-44 (גומי) מלבניים (120 מ"מ x 60 מ"מ), ו-4 (ויניל) ו-8 (גומי סיליקון) מרובעים (60 מ"מ x 60 מ"מ).
  3. צרו מדבקות סמן בטוחות ל-MRI: שכבו תבנית עם מדבקת ויניל שקופה ודבק סמנים בטוחים ל-MRI (כמוסות ג'ל נוזליות עם ויטמין D) על מדבקת הוויניל במרכז המעגלים, המייצגים את חללי מחזיק האלקטרודות בתבנית (איור 1B).
  4. יצירת מדבקות אלקטרודות: תייגו את מיקומי העיגולים על מדבקות גומי הסיליקון ואת חורי הניקוב במקומות אלה באמצעות סט ניקוב בקוטר של 8 מ"מ.
  5. חברו מחזיקי אלקטרודות מעל כל חור בעזרת צווארוני הדבקה דו-צדדיים (Table of Materials). יישרו את היקף חלל מחזיק האלקטרודות עם היקף החור המנוקב ביריעת הסיליקון.
  6. התקינו את טבעת ה-X בחלל שמעל מחזיק האלקטרודות, כסו את המחזיק ביריעת סיליקון מקודדת בצבע והכניסו את האלקטרודה האקטיבית מסוג פין דרך טבעת ה-X למחזיק. האלקטרודה ממורכזת בחלל מחזיק האלקטרודה. כבלי האלקטרודות צריכים לעבור בין שתי שכבות יריעות הסיליקון ובאמצע שתי שורות המחזיקים לאורך הקצה הארוך. כוונן את אורך כבל האלקטרודה על-ידי חיבורו סביב מחזיק האלקטרודה במידת הצורך. הרכבת מדבקת אלקטרודה מסתיימת (איור 1C).
  7. יש למרוח שלוש רצועות של סרט דו-צדדי ברמה רפואית על מדבקת האלקטרודה בין שורות האלקטרודות לאורך הקצה הארוך של המדבקה.
  8. גזרו שישה סרטי מדידה בסימן 30 ס"מ שלהם. שמור על החלק העליון מ 0 ס"מ עד 30 ס"מ. כדי ליצור סרגל אופקי, הדביקו את הקצוות בגודל 0 ס"מ של שני סרטי מדידה לחתיכה ארוכה של רצועת ויניל עם רווח ברוחב הקלטת. החל סרט הדבקה דו-צדדי על כל סרגל.
  9. אחסן את התיקונים והסרגלים בקופסת אחסון עם מכסה סגור.

2. סריקת MRI

הערה: בדיקת ה-MRI מתוכננת לגיל הריון (GA) של 36-40 שבועות, לפני מועד הלידה הצפוי של היולדת, שנקבע על סמך לוח הזמנים של הנבדקת והמלצת האחות. משך הזמן המשוער לשלב זה הוא 2 שעות.

  1. לאחר שהנבדקת חותמת על טופס ההסכמה, בקש מהנבדקת להחליף את בגדי הרחוב שלה למכנסיים וחלוק MR-safe שסופקו על ידי טכנאי MRI. הניחו מדבקות סמן MR-safe (איור 1B) על משטח הגוף בחדר הבחינה.
    1. הניחו טלאים על המשטח האחורי.
      1. יש להנחות את הנבדק לשבת על מיטת בדיקה רפואית. מקלפים את התוחם מהסרט הדו-צדדי ומניחים סרגל אנכי לאורך עמוד השדרה של הנושא, כאשר קצה הסרגל נמצא במחשוף הישבן.
      2. מקם סרגל אופקי בגובה הפסגה האיליאקית, כאשר המרכז חוצה את הסרגל האנכי. מקלפים את התוחם מהסרט הדו-צדדי שעל המדבקות.
      3. החילו שני טלאים מלבניים על הגב, כך שהקצוות הארוכים של הטלאים יהיו צמודים לסרגל האנכי ופינות הטלאים יהיו בהצטלבות הסרגלים.
      4. מקם טלאים נוספים משמאל ומימין לשני המדבקות הראשונות, כך שהטלאים יהיו סימטריים דו-צדדית. עבור נבדקים בגודל ממוצע, הדביקו ארבעה טלאים מלבניים בכל צד (איור 1E).
    2. הניחו טלאים על משטח הבטן.
      1. הרימו את ראש מיטת הבחינה לסביבות 40 מעלות והנחו את הנבדק לשכב בתנוחה של פאולר. מניחים סרגל אנכי לאורך קו האמצע של הבטן, כאשר הסימן של 3 ס"מ ליד אזור הפונדוס נקבע על ידי מישוש ידני.
      2. החל סרגל אופקי כך שמרכזו יהיה בסימן 6 ס"מ של הסרגל האנכי ומשתרע לרוחב השמאלי והימני לאורך העקמומיות הטבעית של הבטן.
      3. מקם את הטלאי המלבני הראשון מעל הסרגל האופקי ומשמאל לסרגל האנכי, כך שהקצה הארוך שלו מקביל לסרגל האופקי ופינה אחת של הטלאי נמצאת בהצטלבות של שני הסרגלים.
      4. מקם את הטלאי המלבני השני משמאל לטלאי הראשון, עם קצהו הארוך לאורך הסרגל האופקי. מקם את הטלאי השלישי והרביעי ישירות מתחת לסרגל האופקי ויישור אנכי עם הטלאי הראשון והשני.
      5. מקם את הטלאי המלבני החמישי מתחת לטלאי השלישי, עם קצהו הקצר לאורך הסרגל האנכי. מניחים את הטלאי המלבני השישי ליד החמישי בצד שמאל. מקם את הטלאי השביעי מתחת לטלאי החמישי, עם הקצה הקצר לאורך הסרגל האנכי. השאירו רווחים של 2-3 ס"מ בין טלאים 3, 5 ו-7 לעקמומיות הבטן.
      6. מקם את שני הטלאים המרובעים (s1 ו-s2) מתחת לטלאי השישי ולטלאי השביעי, מיושרים אנכית עם הטלאי השישי והשביעי, בהתאמה. הניחו טלאים על משטח הבטן הימני כך שיהיו סימטריים דו-צדדית עם אלה שמשמאל (איור 1F).
  2. צלם תמונות והערות של פריסת הטלאי כדי לתעד את מיקומם של הסרגלים זה ביחס לזה ואת הטבור של הנושא.
  3. בקש מטכנאי MRI לבדוק את הנושא בהתאם לכללי הבטיחות והתקנות של MRI באזור II של מתקן MRI. לאחר מכן, הדריכו את הנבדק דרך Zone III לאזור IV, שם שוכן סורק 3 T MR.
    1. יש להנחות את המטופלת לשכב על מיטת ה-MRI במצב שכיבה ולספק לה מיקרופון בטוח MR, אוזניות וכדור לחיצת איתות. כסו את הבטן התחתונה של הנבדק עם סליל MRI בעל 32 מערכים (איור 2A). התחל את סריקת MR.
      הערה: בדיקת עצירת נשימה באינטרפולציה של נפח רדיאלי ברצף משוקלל T1 מהיר שימשה לביצוע MRI על כל הבטן באמצעות סורק 3 T סימנס פריזמה או וידה. תמונות MR שהתקבלו היו ברזולוציה של 1.56 מ"מ x 1.56 מ"מ ועובי פרוסה של 4 מ"מ.
  4. השתמש בלוקליזר כדי להתאים את שדה הראייה כך שיכסה את הרחם וצוואר הרחם כולו. לאחר מכן, בצע סריקת MRI עם רצף משוקלל T1 עם בדיקת עצירת נשימה אינטרפולציה של נפח (זמן חזרה [TR] = 4.07 מילישניות, זמן הד [TE] = 1.78 מילישניות, זווית היפוך = 10°) ושחזור רב-מישורי של ערכת הנתונים (שדה ראייה [FOV] = 500 מ"מ x 500 מ"מ, מטריצה = 320 x 320, גודל ווקסל = 1.56 x 1.56 x 4 מ"מ3).
  5. אחסן את הנתונים בפורמט הדמיה דיגיטלית ותקשורת ברפואה (DICOM).
  6. הסר את מדבקות ה- MRI והסרגלים מהנושא ונקה את הבטן והגב עם מגבונים לתינוקות.
  7. הסירו את הסרט הדו-צדדי מהמדבקות, חיטאו את המדבקות במגבונים חד-פעמיים קוטלי חיידקים ומרחו סרט דו-צדדי חדש לניסוי הבא.

3. מיפוי ביו-חשמל וסריקה אופטית תלת-ממדית

הערה: יש לבצע מיפוי ביואלקטרי לאחר שהנבדקת אושפזה ביחידת לידה וצוואר הרחם שלה התרחב לכ-4 ס"מ. משך הזמן המשוער לשלב זה הוא 2 שעות.

  1. מכינים את מדבקות האלקטרודות: ממלאים את הג'ל המוליך במזרק השקיה מעוקל. הוסיפו את הג'ל לחללים של מחזיק האלקטרודות בכל מדבקת אלקטרודה באמצעות המזרק. הסר את הספינות של הקלטות הדו-צדדיות.
  2. החל את מדבקות האלקטרודות בהתאם לאותם הליכים המתוארים בשלב 2.1, בהתאם לפריסת המיקום המתוארת בתמונות ובהערות שצולמו בשלב 2.2.
  3. חבר את כבלי החשמל והנתונים של הסורק האופטי התלת-ממדי. פתח את תוכנת הסריקה התלת-ממדית (Table of Materials). החזק את הסורק האופטי כף היד (Table of Materials) זקוף, כאשר המצלמות המהבהבות פונות לנושא.
    1. לחץ על לחצן התחל בסורק כדי להתחיל בסריקה, ולחץ שוב על לחצן התחל כדי להקליט את הסריקה. הזז את הסורק סביב הנושא כדי לבצע סריקות אופטיות תלת-ממדיות כדי ללכוד את מיקומי האלקטרודות.
      הערה: סריקות אופטיות של משטח הגב התחתון נלקחות לאחר הנחת מדבקות אלקטרודות על המשטח האחורי. סריקות אופטיות של משטח הבטן נלקחות לאחר הנחת טלאי אלקטרודות על משטח הבטן.
    2. לחץ על לחצן עצור בסורק כדי לסיים את הסריקה התלת-ממדית.
  4. צלם תמונות והערות של פריסת התיקון. שימו לב למיקומם של הסרגלים זה ביחס לזה ולטבור הנושא.
  5. הניחו ארבע אלקטרודות הארקה, כאשר אלקטרודת "LL" על הבטן השמאלית התחתונה, אלקטרודת "LA" על החזה העליון השמאלי, אלקטרודת "RA" על החזה העליון הימני, ואלקטרודת "DRL" על משטח הבטן ליד הטבור או הבטן הימנית התחתונה.
  6. חבר את רכיבי חומרת המיפוי הביו-חשמלי, כולל המחשב הנייד, הקופסה האנלוגית לדיגיטלית (AD), תיבת הסוללות, תיקון האלקטרודות, כבלי אלקטרודות הארקה, סיב אופטי ומקלט USB2 (איור 1D).
  7. פתח את התוכנה Active View במחשב הנייד והפעל את תיבת AD.
    הערה: אם נורית המצב צהובה בתיבת AD, לאלקטרודות הארקה יש מגע גרוע עם העור. במקרה זה, הסר את אלקטרודות ההארקה, הוסף ג'ל נוסף והחזיר אותן למיקומן. חזור על הפעולה עד שנורית המצב תהפוך לכחולה.
  8. בדוק את מודול הסטת האלקטרודה בתצוגה פעילה. אם לאלקטרודות יש היסט גדול (מעל רבע מההיסט הגדול ביותר), שפר את המגע שלהן עם העור על ידי אבטחתן באמצעות סרטי נייר רפואיים או על ידי התקנה מחדש (הסרתן, הוספת ג'ל נוסף והנחתן בחזרה במיקומן).
  9. לחץ על התחל קובץ > מושהה כדי לשמור את זרמי הנתונים של האות הביואלקטרי בזמן אמת. לאחר הקלטה של 900 שניות, לחץ על השהה שמור > עצור כדי לסיים את ההקלטה ולאחסן את המדידה מרובת האלקטרודות בקובץ נתונים בינארי (BDF).
  10. חזור על שלב 3.9 ארבע פעמים לאחר שעוזר המחקר בדק כדי לוודא שהנבדק מרגיש בנוח ומוכן להמשיך.
  11. לאחר ההקלטה האחרונה (בדרך כלל ארבע הקלטות בסך הכל), כבה את תיבת AD ונתק את מדבקות האלקטרודות, אלקטרודות ההארקה, הסיב האופטי וכבל ה- USB.
  12. הסר את מדבקות האלקטרודות ואלקטרודות הארקה מהנושא.
  13. נקו את הבטן והגב התחתון של הנבדק בעזרת מגבת או מגבונים.
  14. ארזו את כל הציוד ואחסנו את מדבקות האלקטרודות ואלקטרודות הארקה לניקוי.
  15. נקו את מדבקות האלקטרודות ואת אלקטרודות הארקה במים פושרים עם סבון כלים בחדר הניקוי. לחטא אותם עם מגבונים חיידקים.
  16. יבשו את המדבקות באוויר והדביקו סרט הרכבה דו-צדדי על המדבקות והסרגלים לקראת הניסוי הבא.

4. יצירת הגיאומטריה של הגוף-רחם

  1. ביצוע פילוח של נתוני MRI באמצעות יישום תוכנה לניתוח נתונים.
    הערה: כאן, נעשה שימוש בתוכנת Amira
    1. הפעל את תוכנת ניתוח הנתונים וטען את נתוני MRI DICOM. עבור אל מודול סגמנטציה ולחץ על חדש כדי ליצור תווית חדשה. לחץ על ערוך > התאם את הטווח להיסטוגרמה > נתונים כדי לשנות את ניגודיות התמונה.
    2. בתצוגת Sagittal, בחרו בכלי מברשת, תייגו את גבולות הרחם של תמונות MR, מלאו את האזורים והוסיפו לקובץ התוויות. חזור על שלב זה כל שלוש עד חמש פרוסות.
    3. בחרו באזורים המפולחים ולחצו על Selection > Interpolate > + לאינטרפולציה של פילוח כל הפרוסות. זה משלים את פילוח פני הרחם.
    4. לחץ על חדש כדי ליצור קובץ תוויות חדש . בחרו בכלי מטה הקסם, מקמו את סף המסיכה במינימום המקומי הראשוני של היסטוגרמה של הנתונים וכווננו אותו בהדרגה עד שכל הגוף יסומן בכחול.
    5. בחרו 'כל הפרוסות', לחצו על אזור כחול כלשהו ולאחר מכן לחצו על + להוספת הפילוח לקובץ התוויות. לחץ על סגמנטציה > מלא חורים > כל הפרוסות > + כדי לתקן את החורים.
    6. עבור אל מודול סגמנטציה ולחץ על חדש כדי ליצור תווית חדשה עבור הרחם. פלח ידנית את הרחם בתמונות MR. השתמש באינטרפולציה במידת הצורך.
    7. במודול Project, צור את נתוני פני השטח מקבצי התוויות של הרחם ומשטח הגוף.
    8. בחרו קובץ משטח, הפחיתו את מספר הפרצופים ב'עורך הפישוט' >'פישוט' ב-50% ולחצו על 'פשט כעת'. בחרו בקובץ המשטח הפשוט ולחצו לחיצה ימנית על 'משטח חלק' (איטרציה = 20, lambda = 0.6) > 'החל'. לאחר מכן, בחרו בקובץ המשטח המוחלק ולחצו לחיצה ימנית על 'משטח רשת שינוי מחדש (% 100)' > 'החל על רשת שינוי מחדש על כל משטח'.
    9. המשך לבצע את שלב 4.1.7 עד שפני הגוף כוללים כ -18,000 פנים ומשטח הרחם כולל כ -640 פנים.
    10. לחץ על File > Export Data As >- STL ascii כדי לשמור את שני המשטחים בתבנית סטריאוליתוגרפיה (STL).
  2. בצע עיבוד לאחר עיבוד של נתוני הסריקה התלת-ממדית האופטית.
    1. טען את קובץ הסריקה התלת-ממדית האופטית של משטח הבטן לתוך Artec studio 12 professional.
    2. בחר את הסריקה האופטית של היעד ושכפל את הסריקה.
    3. לחץ על טייס אוטומטי כדי להתחיל לעבד את הסריקה שנבחרה.
    4. במודול יצירת הדגם, בחר את איכות הסריקה (גיאומטריה, מרקם), גודל אובייקט, שיטת מילוי חורים (אטום למים) וכו 'ולחץ על הבא.
    5. במודול Editor, בחר בחירת לאסו ומחק את האזורים המיותרים.
    6. לחץ על הבא כדי ליצור מיקוד אוטומטי של הסריקה.
    7. לחץ על ' עורך' > בחירת כלי הקפה (לאסו ) כדי להסיר אזורים מיותרים.
    8. לחצו על File > Export Meshes > Stl File Format כדי לשמור את המשטח בתבנית STL.
  3. התאם את נתוני הסריקה התלת-ממדית האופטית למשטח גוף ה-MRI וצור את הגיאומטריה של הגוף-רחם באמצעות סקריפטים של שפת פקודות הכלי (TCL) בתוכנת ניתוח הנתונים.
    1. טען את המשטחים בתבנית STL שנוצרו משלבים 4.1 ו- 4.2 באמצעות פרויקט תוכנה לניתוח נתונים מתוכנת מראש.
    2. הפעל את שורת הפקודה TCL כדי להכין אובייקטי תוכנה לניתוח נתונים ליישור קשיח עבור משטח הבטן.
    3. לחץ על שני מציגים (אופקי) והצג את משטח טורסו הסריקה האופטית במציג השמאלי ואת משטח גוף ה- MRI במציג הימני.
    4. מקם חמישה או שישה ציוני דרך בשני המשטחים והפעל את שורת הפקודה של TCL כדי להחיל את היישור הקשיח.
    5. חזור על שלבים 4.3.2-4.3.4 עבור המשטח האחורי.
    6. לחצו על Single Viewer והציגו את משטח הגוף המיושר אופטית קשיח במציג.
    7. הפעל את שורת הפקודה של TCL כדי להכין אובייקטי תוכנה לניתוח נתונים ליישור לא קשיח.
    8. לחץ על Project > Create Object > ציוני דרך והוסף ציוני דרך במיקומי האלקטרודות על משטח הגוף הסרוק האופטי.
    9. לחץ על File > Export Data As >- LandmarkSet Ascii כדי לייצא את קובצי ציוני הדרך ליישור לא קשיח.
    10. הפעל את מודול הגיאומטריה בצינור עיבוד הנתונים של EMMI כדי לבצע יישור לא קשיח.
    11. הפעל את שורת הפקודה של TCL כדי לייבא את ציוני הדרך של האלקטרודות המיושרות באופן אוטומטי ולשפר את הדיוק של ציוני הדרך של האלקטרודות ביחס להערות ולתמונות המתוארות בשלבים 2.3 ו- 3.3.
    12. לחץ על File > Export Data As >- LandmarkSet Ascii כדי לייצא קובצי ציון דרך למיקומי האלקטרודות.
    13. הפעל את מודול צינור עיבוד הנתונים EMMI כדי לטעון את קבצי STL וקבצי LandmarkSet, וליצור את הגיאומטריה גוף-רחם בפורמט MAT.

5. עיבוד מקדים של אותות חשמליים

  1. הפעל את מודול העיבוד מראש של צינור עיבוד הנתונים EMMI EMG כדי לטעון את קובץ ה- BDF ולעבד את האות החשמלי הגולמי עם מסנן Butterworth עם רצועת התדרים 0.34-1 הרץ.
  2. הפעל את צינור עיבוד הנתונים EMMI - מודול זיהוי ממצאים כדי לזהות באופן אוטומטי את הממצאים המקומיים והגלובליים באות המסונן.

6. שחזור ואפיון אותות חשמליים ברחם

  1. הפעל את מודול שחזור צינור עיבוד הנתונים EMMI כדי לטעון את הגיאומטריה של הגוף-רחם ואת נתוני האותות החשמליים המעובדים מראש ולחשב את האותות החשמליים על פני הרחם.
  2. הפעל את מודול ניתוח אותות EMMI של צינור עיבוד נתונים EMG כדי לזהות באופן אוטומטי את ההתחלות וההיסט של כל פרץ EMG על פני הרחם.
  3. בחר את חלון התצפית על שכבת דמות הצביר כדי לחשב את זמן ההפעלה בכל מיקום רחם עבור כל חלון תצפית וליצור איזוכרון לכל חלון תצפית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

מדבקות MRI מייצגות ומדבקות אלקטרודות מוצגות באיור 1B,C, שנוצרו מהתבנית שמוצגת באיור 1A. חומרת המיפוי של ביו-חשמל מוצגת באיור 1C, כאשר החיבורים של כל רכיב מסומנים בפירוט. איור 2 מראה את כל הליך ה-EMMI, כולל סריקת MRI של הנבדקים העונדים מדבקות MRI (איור 2A), סריקה אופטית תלת-ממדית (איור 2B), מיפוי ביו-חשמלי (איור 2C), יצירת גיאומטריה של גוף-רחם (איור 2D), וסכמה של נתוני EMMI (איור 2E).

איור 3A מראה אלקטרוגרמה מייצגת של משטח גוף גולמי עם קצב דגימה של 2,048 הרץ. האות הגולמי מושפע באופן משמעותי מסחף קו הבסיס, אות אלקטרוקרדיוגרפי אימהי, נשימה אימהית וגורמים אחרים. בעיבוד מקדים של אותות חשמליים (סעיף 5 בפרוטוקול), הופעלו מסנן פס פס של באטרוורת' עם תדרי חיתוך של 0.34-1 הרץ ודגימת הפחתה של פקטור 20 כדי ליצור את האות המסונן המוצג באיור 3B. שלוש התפרצויות EMG ברורות מסומנות בקווים ירוקים באיור 3B.

איור 4A-F מראה שש מפות פוטנציאליות עוקבות של פני השטח של הרחם במרחק של 0.2 שניות זו מזו במבט קדמי, שמאלי, אחורי וימני. הצבעים החמים מייצגים פוטנציאלים חיוביים והצבעים הקרים מייצגים פוטנציאלים שליליים. הזמן המתאים של כל פוטנציאל רחמי מסומן באלקטרוגרמה באיור 4G, שהוא מהאתרים המסומנים בכוכביות באיור 4A-F. אזור בעל פוטנציאל חיובי גבוה מתחיל באתר המסומן בכוכבית (איור 4A), גדל (איור 4B-E) ולבסוף מצטמצם (איור 4F). מפות פוטנציאליות אלה שנוצרו על ידי EMMI מאפשרות לחוקרים לדמיין את ההתקדמות הדינמית של התכווצויות הרחם בשלושה ממדים.

איור 5A מראה מפת איזוכרון שנוצרה על-ידי EMMI מארבע תצוגות. בתמונות, צבעים חמים מייצגים הפעלה מוקדמת, צבעים קרים מייצגים הפעלה מאוחרת, וכחול כהה אינו מייצג הפעלה בחלון התצפית הספציפי. מפת איזוכרון זו מציגה רצף התכווצות הרחם שבו הפעלת הרחם מתחילה בפונדוס הימני ומתפשטת לקדמי והימני. לא התרחשה הפעלה בחלק האחורי השמאלי. שלוש אלקטרוגרמות רחם מייצגות מאתרים a, b ו-c מוצגות באיור 5B. הקווים האדום והקו הכחול מסמנים את זמני ההתחלה והסיום, בהתאמה, של מפת האיזוכרון באיור 5A. פיצוץ ה-EMG באתר א' התרחש לפני אלה שבאתרים ב' ו-ג'. מפות איזוכרון אלה שנוצרו על ידי EMMI מאפשרות לחוקרים לדמיין את רצף התכווצות הרחם.

Figure 1
איור 1: תכנון מדבקת האלקטרודות . (A) תבנית להכנת מדבקות סמן בטוחות MRI ומדבקות אלקטרודות, עם מדידות המוצגות במילימטרים. (B) מדבקת סמן בטוח ל-MRI. (C) מחזיק אלקטרודה, אלקטרודה מסוג פין ומדבקת אלקטרודה. (D) חומרת מיפוי ביו-חשמל עם כל רכיב מסומן. (E) פריסת טלאי על משטח הבטן. (F) פריסת טלאי על המשטח האחורי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: תרשים זרימה של מערכת EMMI . (A) סריקת MRI של פלג הגוף התחתון. (B) סריקה אופטית תלת-ממדית של פני הגוף עם אלקטרודות במקומן. (C) מיפוי ביו-חשמלי. (D) גיאומטריה גוף-רחם ועיבוד מקדים של אותות חשמליים. (E) שחזור ואפיון אות חשמלי ברחם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: אלקטרוגרמה מייצגת של פני הגוף. (A) אות גולמי של 375 שניות שהוקלט מאלקטרודה מסוג פין על פני הגוף. (B) אות מ-A לאחר מעבר פס של באטרוורת' ודגימת הפחתה. הקווים הירוקים מסמנים את זמני התפרצויות ה-EMG. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: מפות פוטנציאליות מייצגות של פני הרחם. (A-F) מפות פוטנציאליות המוצגות בארבע תצוגות בזמנים המסומנים באלקטרוגרמה ב-G עם נקודות אדומות. הצבעים החמים מייצגים פוטנציאלים חיוביים והצבעים הקרים מייצגים פוטנציאלים שליליים. (ז) אלקטרוגרמה באתר המסומנת בכוכבית באותיות A-F. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: מפת איזוכרון רחם מייצגת ואלקטרוגרמות. (A) מפת איזוכרון המוצגת בארבע תצוגות, כאשר צבעים חמים מייצגים הפעלה מוקדמת, צבעים קרים מייצגים הפעלה מאוחרת וכחול כהה מייצג אי-הפעלה. (B) אלקטרוגרמות רחם מאתרים a, b ו-c. הקווים האנכיים האדומים והכחולים מסמנים את ההתחלה והסוף, בהתאמה, של חלון התצפית של מפת איזוכרון זו. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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. עם זאת, לא דווח על כיוון התפשטות חד משמעי, בשל המספר והכיסוי המוגבלים, כמו גם התצורה הלא סטנדרטית של אלקטרודות פני הגוף. היעדר כיוון ההתפשטות השולט עשוי להיות גם בגלל קוצב לא קבוע במיומטריום16,29, אך לא דווח על ראיות ישירות משכנעות. EMMI מיישמת כיסוי מלא של האלקטרודות על פני הגוף ומיישמת חישוב הפוך כדי לשחזר את הפעילות החשמלית על פני הרחם. EMMI מאפשר לאפיין את ההתפשטות החשמלית של התכווצות הרחם על פני הרחם כולו, ולהציג היכן ההתכווצויות מתחילות וכיצד הן מתפשטות. בנוסף, עם הרזולוציה הטמפורלית הגבוהה שלה, EMMI יכול לנתח את האבולוציה של התכווצויות הרחם ככל שהעבודה מתקדמת עם מפות איזוכרון. ניתוח מעמיק של התכווצויות הרחם יבטיח לספק תובנות חדשות על ההבשלה החשמלית של המיאומטריום האנושי ולשפר את הניהול הקליני של העבודה האנושית.

לידה מוקדמת היא מצב שעלול להיגרם על ידי תהליכים פתולוגיים מרובים, כגון מחלות צוואר הרחם, זיהום, ירידה בפעולת פרוגסטרון, פתולוגיות שליה, התכווצות רחם חריגה וכו '.30,31. על ידי מתן תמונות חשמליות ברזולוציה טמפורלית ומרחבית גבוהה של התכווצויות הרחם, EMMI טומן בחובו הבטחה גדולה לשפר את דיוק החיזוי של לידה מוקדמת / לידה הנגרמת על ידי התכווצויות רחם חריגות.

ישנם מספר שלבים קריטיים בביצוע EMMI אצל נשים בהריון. ראשית, יש למקם את מדבקות האלקטרודות באותם מיקומים כמו המדבקות הבטוחות ל-MRI. מעקב אחר הוראות המיקום (ראה פרוטוקול) הוא קריטי להפחתת שגיאות מיקום האלקטרודות. שנית, חיוני להשתמש בכמות המתאימה של ג'ל וליצור מגע הולם בין אלקטרודות לעור כדי להבטיח פעילות אות חשמלי אופטימלית. שלישית, סריקות אופטיות מרובות עשויות להידרש כדי להבטיח רכישה של גיאומטריה באיכות גבוהה של פני הגוף.

יש לנו שתי מגבלות בגרסה הנוכחית של EMMI. מגבלה אחת היא ש-MRI הוא יקר ולא נייד. מכיוון שזה מאתגר עבור נשים לעבור MRI לאחר תחילת הלידה, MRI מתבצע כמה ימים לפני שהן צפויות להיכנס ללידה. באשר לפגים, שתאריך הלידה הצפוי שלהם אינו ודאי יותר מזה של המטופלות במועד, קבענו סריקות MRI מרובות בשבועות 24, 28, 32 ו-37 (אם המטופלת הולכת ללידה) כדי לרשום את הגיאומטריה של הגוף-רחם קרוב ככל האפשר ללידה. עם זאת, עבור היתכנות קלינית, שיפור פוטנציאלי עבור EMMI הוא להשתמש באולטרסאונד קליני כדי להשיג גיאומטריה ספציפית לגוף-רחם של המטופל ליד המיטה. זה יקטין את ההוצאה הכוללת של EMMI ויאפשר מדידת גיאומטריה בזמן אמת ממש לפני או במהלך ההקלטה החשמלית. המגבלה השנייה היא המספר הגדול של אלקטרודות, מה שמייקר את עלות המחקר ועלול להקשות על השימוש הקליני היומיומי. לכן, מצד אחד, אנו מתכננים לבצע בדיקת אימות על הדיוק של EMMI עם פחות אלקטרודות. מצד שני, אנו מתכננים לשלב אלקטרודות זולות יותר, לבישות, חד פעמיות, מודפסות שניתן להרכיב על חומר אלסטי32,33,34. למרות שמספר שיפורים יבוצעו בעתיד, פרוטוקול הליבה המדווח בכתב יד זה לא ישתנה. עבודה זו תאפשר לקבוצות מחקר אחרות לשחזר את עבודת ה- EMMI שלנו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Y.W., A.G.C., P.C. ו- A.L.S. הגישו בקשה זמנית בארה"ב מס '62/642,389 שכותרתה "מערכת ושיטה לדימות אלקטרומיומטריאלי לא פולשני (EMMI)" עבור טכנולוגיית EMMI המתוארת בעבודה זו. י.ו. משמש כיועץ מדעי למדטרוניק וזוכה למימון מחקרי של ה-NIH.

Acknowledgments

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

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Lucovnik, M., et al. Use of uterine electromyography to diagnose term and preterm labor. Acta Obstetricia et Gynecologica Scandinavica. 90 (2), 150-157 (2011).
  8. Garcia-Casado, J., et al. Electrohysterography in the diagnosis of preterm birth: a review. Physiological Measurement. 39 (2), 02 (2018).
  9. 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).
  10. Rabotti, C., Mischi, M. Propagation of electrical activity in uterine muscle during pregnancy: a review. Acta Physiologica. 213 (2), 406-416 (2015).
  11. Cohen, W. R. Clinical assessment of uterine contractions. International Journal of Gynaecology and Obstetrics. 139 (2), 137-142 (2017).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Garfield, R. E., Maner, W. L. Physiology and electrical activity of uterine contractions. Seminars in Cell & Developmental Biology. 18 (3), 289-295 (2007).
  17. 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).
  18. Wu, W., et al. Noninvasive high-resolution electromyometrial imaging of uterine contractions in a translational sheep model. Science Translational Medicine. 11 (483), (2019).
  19. Wang, H., et al. Accuracy of electromyometrial imaging of uterine contractions in clinical environment. Computers in Biology and Medicine. 116, 103543 (2020).
  20. Cahill, A. G., et al. Analysis of electrophysiological activation of the uterus during human labor contractions. JAMA Network Open. 5 (6), 2214707 (2022).
  21. Wang, H., et al. Noninvasive electromyometrial imaging of human uterine maturation during term labor. Nature Communications. 14 (1), 1198 (2023).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Benedetti, M. G., Agostini, V., Knaflitz, M., Bonato, P. Applications of EMG in clinical and sports medicine. Intech Open. , 117-130 (2012).
  26. Lange, L., et al. Velocity and directionality of the electrohysterographic signal propagation. PloS One. 9 (1), e86775 (2014).
  27. 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).
  28. 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).
  29. Young, R. C. The uterine pacemaker of labor. Best Practice & Research. Clinical Obstetrics & Gynaecology. 52, 68-87 (2018).
  30. Goldenberg, R. L. The management of preterm labor. Obstetrics and Gynecology. 100 (5), 1020-1037 (2002).
  31. Rubens, C. E., et al. Prevention of preterm birth: harnessing science to address the global epidemic. Science Translational Medicine. 6 (262), 5 (2014).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).

Tags

דימות אלקטרומיומטריאלי התכווצויות רחם נשים בהריון מיומטריום חיזוי התחלת לידה ניטור התכווצות הרחם הדמיה אלקטרומיומטריאלית (EMMI) דימות תהודה מגנטית משוקלל T1 אלקטרודות מסוג סיכה גיאומטריה גוף-רחם נתונים חשמליים על פני הגוף פעילויות חשמליות של הרחם
הדמיה אלקטרומיומטרית של התכווצויות הרחם אצל נשים הרות
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wang, H., Wen, Z., Wu, W., Sun, Z.,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter