Elektromyometrisk avbildning av livmor sammentrekninger hos gravide kvinner
Summary
Vi presenterer en protokoll for gjennomføring av elektromyometrisk avbildning (EMMI), inkludert følgende prosedyrer: flere elektromyografielektrodesensoropptak fra kroppsoverflaten, magnetisk resonansavbildning og rekonstruksjon av livmorelektrisk signal.
Abstract
Under normal graviditet begynner livmor glatt muskel, myometrium, å ha svake, ukoordinerte sammentrekninger ved sen svangerskap for å hjelpe livmorhalsen remodel. I arbeid har myometrium sterke, koordinerte sammentrekninger for å levere fosteret. Ulike metoder er utviklet for å overvåke livmor sammentrekningsmønstre for å forutsi arbeidsutbrudd. Imidlertid har dagens teknikker begrenset romlig dekning og spesifisitet. Vi utviklet elektromyometrisk avbildning (EMMI) for å ikke-invasivt kartlegge livmorelektrisk aktivitet på den tredimensjonale livmoroverflaten under sammentrekninger. Det første trinnet i EMMI er å bruke T1-vektet magnetisk resonansavbildning for å skaffe seg den fagspesifikke kropps-livmorgeometrien. Deretter brukes opptil 192 pin-type elektroder plassert på kroppsoverflaten til å samle elektriske opptak fra myometriumet. Til slutt utføres EMMI-databehandlingsrørledningen for å kombinere kropps-livmorgeometrien med kroppsoverflate elektriske data for å rekonstruere og avbilde livmorelektriske aktiviteter på livmoroverflaten. EMMI kan trygt og ikke-invasivt avbilde, identifisere og måle tidlige aktiveringsregioner og forplantningsmønstre over hele livmoren i tre dimensjoner.
Introduction
Klinisk måles livmorkontraksjoner enten ved bruk av et intrauterint trykkkateter eller ved å utføre tokodynamometri1. I forskningsinnstillingen kan livmorkontraksjoner måles ved elektromyografi (EMG), hvor elektroder plasseres på bukoverflaten for å måle de bioelektriske signalene som genereres av myometrium 2,3,4,5,6,7. Man kan bruke størrelsen, frekvensen og forplantningsfunksjonene til elektriske utbrudd 8,9,10,11,12 avledet fra EMG for å forutsi utbruddet av arbeidskraft for tidlig. I konvensjonell EMG måles imidlertid den elektriske aktiviteten til livmorkontraksjoner fra bare en liten region av bukoverflaten med et begrenset antall elektroder (to13 og fire 7,14,15,16 i midten av bukoverflaten og 64 17 på den nedre bukoverflaten). Videre er konvensjonell EMG begrenset i sin evne til å studere mekanismer for arbeidskraft, da den bare reflekterer de gjennomsnittlige elektriske aktivitetene fra hele livmoren og ikke kan oppdage de spesifikke elektriske initierings- og aktiveringsmønstrene på livmoroverflaten under sammentrekninger.
En nylig utvikling kalt elektromyometrisk avbildning (EMMI) har blitt introdusert for å overvinne manglene ved konvensjonell EMG. EMMI muliggjør ikke-invasiv avbildning av hele myometriumets elektriske aktiveringssekvens under livmorkontraksjoner 18,19,20,21. For å tilegne seg kropps-livmorgeometrien bruker EMMI T1-vektet magnetisk resonansavbildning (MRI) 22,23,24, som har blitt mye brukt for gravide kvinner i andre og tredje trimester. Deretter brukes opptil 192 pin-type elektroder plassert på kroppsoverflaten til å samle elektriske opptak fra myometriumet. Til slutt utføres EMMI-databehandlingsrørledningen for å kombinere kropps-livmorgeometrien med de elektriske dataene for å rekonstruere og avbilde elektriske aktiviteter på livmoroverflaten21. EMMI kan nøyaktig lokalisere initiering av livmor sammentrekninger og bilde forplantning mønstre under livmor sammentrekninger i tre dimensjoner. Denne artikkelen tar sikte på å presentere EMMI-prosedyrene og demonstrere representative resultater oppnådd fra gravide kvinner.
Protocol
Representative Results
Discussion
Elektromyografi har indikert at frekvensen og amplituden av livmor elektriske signaler endres i løpet av svangerskapsperioden 2,16,25. Flere studier har undersøkt livmorutbredelsesmønstrene av livmor sammentrekninger hos pasienter i aktiv fødsel 10,17,26,27,28. Li…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Deborah Frank for å redigere dette manuskriptet og Jessica Chubiz for å organisere prosjektet. Finansiering: Dette arbeidet ble støttet av March of Dimes Center Grant (22-FY14-486), av tilskudd fra NIH / National Institute of Child Health and Human Development (R01HD094381 til PIs Wang / Cahill; R01HD104822 til PIs Wang / Schwartz / Cahill), ved tilskudd fra Burroughs Wellcome Fund Preterm Birth Initiative (NGP10119 til PI Wang), og ved tilskudd 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 |
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).
