Электромиометрическая визуализация сокращений матки у беременных
Summary
Представлен протокол проведения электромиометрической визуализации (ЭММИ), включающий следующие процедуры: запись нескольких электромиографических электродных датчиков с поверхности тела, магнитно-резонансная томография и реконструкция электрического сигнала матки.
Abstract
Во время нормальной беременности гладкая мускулатура матки, миометрий, начинает испытывать слабые, нескоординированные сокращения на поздних сроках беременности, чтобы помочь шейке матки ремоделирироваться. Во время родов миометрий имеет сильные, скоординированные сокращения для рождения плода. Были разработаны различные методы мониторинга характера сокращений матки для прогнозирования начала родов. Однако существующие методы имеют ограниченный пространственный охват и специфичность. Мы разработали электромиометрическую визуализацию (EMMI) для неинвазивного картирования электрической активности матки на трехмерной поверхности матки во время схваток. Первым шагом в EMMI является использование Т1-взвешенной магнитно-резонансной томографии для получения геометрии тела-матки для конкретного субъекта. Затем до 192 электродов штифтового типа, размещенных на поверхности тела, используются для сбора электрических записей с миометрия. Наконец, конвейер обработки данных EMMI выполняется для объединения геометрии тела-матки с электрическими данными поверхности тела для реконструкции и визуализации электрической активности матки на поверхности матки. EMMI может безопасно и неинвазивно визуализировать, идентифицировать и измерять ранние области активации и паттерны распространения по всей матке в трех измерениях.
Introduction
Клинически сокращения матки измеряют либо с помощью катетера внутриматочного давления, либо с помощью токодамометрии1. В условиях исследования сокращения матки можно измерить с помощью электромиографии (ЭМГ), при которой на брюшную поверхность помещаются электроды для измерения биоэлектрических сигналов, генерируемых миометрием 2,3,4,5,6,7. Можно использовать величину, частоту и особенности распространения электрических всплесков 8,9,10,11,12, полученные из ЭМГ, для прогнозирования начала родов у недоношенных. Однако при обычной ЭМГ электрическая активность сокращений матки измеряется только из крошечного участка брюшной поверхности с помощью ограниченного числа электродов (два 13 и четыре 7,14,15,16 в центре брюшной поверхности и 64,17 в нижней части брюшной поверхности). Кроме того, традиционная ЭМГ ограничена в своих возможностях по изучению механизмов родов, так как она отражает только усредненную электрическую активность всей матки и не может обнаружить специфические электрические паттерны инициирования и активации на поверхности матки во время схваток.
Недавняя разработка, называемая электромиометрической визуализацией (EMMI), была представлена для преодоления недостатков традиционной ЭМГ. EMMI позволяет проводить неинвазивную визуализацию всей последовательности электрической активации миометрия во время сокращений матки 18,19,20,21. Для определения геометрии тела и матки EMMI использует Т1-взвешенную магнитно-резонансную томографию (МРТ)22,23,24, которая широко используется у беременных женщин во втором и третьем триместрах. Затем до 192 электродов штифтового типа, размещенных на поверхности тела, используются для сбора электрических записей с миометрия. Наконец, выполняется конвейер обработки данных EMMI для объединения геометрии тела-матки с электрическими данными для реконструкции и визуализации электрической активности на поверхности матки21. EMMI может точно определить начало сокращений матки и паттерны распространения изображения во время сокращений матки в трех измерениях. Целью данной статьи является представление процедур EMMI и демонстрация репрезентативных результатов, полученных от беременных женщин.
Protocol
Representative Results
Discussion
Электромиография показала, что частота и амплитуда электрических сигналов матки изменяются в течение гестационного периода 2,16,25. В нескольких исследованиях изучались закономерности маточного размножения при сокращениях матки у пац?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Дебору Фрэнк за редактирование этой рукописи и Джессику Чубиз за организацию проекта. Финансирование: Эта работа была поддержана грантом Центра March of Dimes (22-FY14-486), грантами NIH/Национального института детского здоровья и развития человека (R01HD094381 для PIs Wang/Cahill; R01HD104822 PIs Wang/Schwartz/Cahill), грантами Burroughs Wellcome Fund Preterm Birth Initiative (NGP10119 PI Wang) и грантами Фонда Билла и Мелинды Гейтс (INV-005417, INV-035476 и INV-037302 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).
