A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

التحفيز بالموجات فوق الصوتية عبر الجمجمة (TUS) هو تقنية تعديل عصبي ناشئة غير جراحية تتطلب تخطيطا دقيقا للمحاكاة الصوتية والحرارية. تصف المنهجية خط أنابيب معالجة الصور ومحاكاة الموجات فوق الصوتية من أجل التخطيط الفعال وسهل الاستخدام والمبسط لتجارب TUS البشرية.

Abstract

التحفيز بالموجات فوق الصوتية عبر الجمجمة (TUS) هو تقنية تعديل عصبي ناشئة غير جراحية قادرة على التعامل مع كل من الهياكل القشرية وتحت القشرية بدقة عالية. يتطلب إجراء التجارب التي تشمل البشر تخطيطا دقيقا للمحاكاة الصوتية والحرارية. هذا التخطيط ضروري لضبط تداخل العظام مع شكل شعاع الموجات فوق الصوتية ومساره ولضمان تلبية معلمات TUS لمتطلبات السلامة. يتم الحصول على T1- و T2 ، جنبا إلى جنب مع التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) بالصدى في وقت الصفر (ZTE) بدقة الخواص 1 مم ، (بدلا من ذلك التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية (CT)) لإعادة بناء الجمجمة والمحاكاة. يتم تنفيذ رسم خرائط الهدف والمسار باستخدام منصة الملاحة العصبية. يستخدم SimNIBS للتجزئة الأولية للجمجمة والجلد وأنسجة المخ. يتم نقل محاكاة TUS باستخدام أداة BabelBrain ، والتي تستخدم مسح ZTE لإنتاج صور CT اصطناعية للجمجمة لتحويلها إلى خصائص صوتية. نحن نستخدم محول طاقة بالموجات فوق الصوتية صفيف مرحلي مع قدرات التوجيه الكهربائي. يتم ضبط التوجيه Z لضمان الوصول إلى عمق الهدف. يتم أيضا دعم تكوينات محول الطاقة الأخرى في أداة التخطيط. يتم تشغيل المحاكاة الحرارية لضمان أن تكون متطلبات درجة الحرارة والمؤشر الميكانيكي ضمن الإرشادات الصوتية ل TUS في البشر على النحو الموصى به من قبل إدارة الغذاء والدواء. أثناء جلسات تسليم TUS ، يساعد الذراع الميكانيكي في حركة محول الطاقة إلى الموقع المطلوب باستخدام نظام توطين تجسيمي بدون إطار.

Introduction

تشمل تقنيات التحفيز العصبي غير الغازية شائعة الاستخدام تحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة (tDCS) والتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS). ومع ذلك ، فإن كلاهما لهما عمق اختراق محدود ودقة منخفضة 1,2. على النقيض من ذلك ، فإن الموجات فوق الصوتية عبر الجمجمة (TUS) هي تقنية ناشئة غير جراحية قادرة على تعزيز أو قمع النشاط العصبي3،4،5 واستهداف الهياكل القشرية أو تحت القشرية بدقةملليمتر 6,7. أظهرت النماذج الحيوانية التي تستخدم القوارض4،

Protocol

تم تنفيذ جميع الطرق التي تنطوي على استخدام الموضوعات البشرية وفقا للسلوك الأخلاقي للمجلس الثلاثي للبحوث التي تشمل البشر ، وتمت الموافقة على البروتوكول من قبل مجلس أخلاقيات البحوث الصحية المشتركة (CHREB) في جامعة كالجاري. قدمت جميع الموضوعات موافقة خطية مستنيرة قبل المشاركة. طلب من المشاركين من البشر أن يكونوا بالغين أصحاء ويستخدمون اليد اليمنى وتتراوح أعمارهم بين 18 و 40 عاما مستعدين وقادرين على إكمال فحص التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). وشملت معايير الاستبعاد التاريخ العائلي للنوبات ، أو اضطرابات المزاج ، أو القلب والأوعية الدموية ، أو صدمة الأذن ، أو الاعتماد على الكحول أو المخدرات ، واستخدام الأدوية الموصوفة ، والغرسات المعدنية بما في ذلك جهاز تنظيم ضربات القلب ، ....

النتائج

يوضح الشكل 7 عينات جلسة مقارنة من إحدى دراساتنا42 ، تضم مشاركين متميزين يستخدمان معلمات محددة للموجات فوق الصوتية (التردد الأساسي 250 كيلو هرتز ، ومدة الصوتنة 120 ثانية ، وتردد تكرار النبض (PRF) 100 هرتز ، ودورة عمل بنسبة 10٪ ، و ISPPA من 5 واط / سم²). في هذا البحث ، تم ا.......

Discussion

في هذه الطريقة ، يتم إجراء عمليات محاكاة خاصة بالموضوع للتنبؤ وتقييم الآثار الحرارية والميكانيكية المحتملة الناتجة عن تطبيق TUS على الدماغ. يجب أن تظل مجموعات البيانات بين المشاركين منفصلة وموثقة بعناية ، لأن استخدام مسح أو ملف بيانات غير صحيح سيؤدي إلى محاكاة غير دقيقة. عندما يتم جمع العد.......

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل منحة اكتشاف مجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا ، وبرنامج INNOVAIT ، وصندوق كومينغ للبحوث الطبية ، والمؤسسة الكندية للابتكار (المشروع 36703) ، ومنحة معهد هوتشكيس للدماغ CAPRI ، وجمعية باركنسون لتمويل ألبرتا. يقر GBP بالدعم المقدم من المعاهد الكندية للبحوث الصحية (FDN-143290) وبرنامج كرسي Campus Alberta Innovates Chair.

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
128-channel amplifier unitImage Guided TherapyThis unit drives the H-317 transducer
24-channel head coilGeneral Electric
3D printerRaise3DPro2Filament thickness of 1.75mm.
3T MRI scannerGeneral ElectricDiscovery 750 HDMR Console version DV26.0_R05_2008
BabelBrainSamuel Pichardo (University of Calgary)Version 0.3.0Accessible at https://github.com/ProteusMRIgHIFU/BabelBrain. Executes thermal and acoustic simulations.
BlenderBlender FoundationVersion 3.4.1Accessible at https://www.blender.org. Blender is called automatically by BabelBrain.
BrainsightRogue ResearchVersion 2.5.2Used for target identification, trajectory planning, and execution of TUS delivery sessions.
Chair and chin/head holderRogue ResearchTo be used during TUS delivery session to ensure stability of participant’s head for optimized targeting.
Custom-made coupling coneUniversity of Calgary team3D printed cone in acrylonitrile butadiene styrene (ABS), only required for H-317 transducer.
dcm2niixChris Rorden (University of South Carolina) Version 1.0.20220720Accessible at https://github.com/rordenlab/dcm2niix/releases. Used for pre-processing subject MR images.
Fiducials and headband or glassesBrainsight, Rogue Research ST-1325 (subject tracker), LCT-583 (large coil tracker)Headband or glasses can be interchangeably used.
HeadphonesBeatsFit Pro True Wireless EarbudsWireless Bluetooth earbuds with disposable tips.
MacBookProAppleM2 Max, 16”, 64GB RAMComputer for completing trajectory planning and simulations
SimNIBSAxel Thielscher (Technical University of Denmark)Version 4.0.0Accessible at https://simnibs.github.io/simnibs/build/html.index.html
Syringe(s)10 mL, 60 mLUsed to add additional ultrasound gel to fill air pockets.
TransducerSonicconceptsH-317Other supported transducers include CTX_500 (NeuroFUS, Sonicconcepts), Single element, H-246 (Sonicconcepts), and Bsonix (Brainsonix)
Transducer filmSonicconceptsPolyurethane membraneInterface between transducer and the subject
Ultrasound gelWavelengthClear Ultrasound GelCoupling medium.
Windows LaptopAcerAspire A717-71G, Intel Core i7-7700HQ, 16 GB RAMSystem used to control 128-channel amplifier and generate sound through the headphones

References

  1. Baek, H., Pahk, K. J., Kim, H. A review of low-intensity focused ultrasound for neuromodulation. Biomed Eng Lett. 7 (2), 135-142 (2017).
  2. Rezayat, E., Toostani, I. G. A review on brain stimulation using low intensity foc....

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

JoVE 208 SimNIBS BabelBrain

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved