Imágenes electromiometriales de las contracciones uterinas en mujeres embarazadas

Resumen

Presentamos un protocolo para la realización de imágenes electromiometriales (EMMI), que incluye los siguientes procedimientos: registros de múltiples sensores de electrodos de electromiografía de la superficie corporal, imágenes de resonancia magnética y reconstrucción de señales eléctricas uterinas.

Resumen

Durante el embarazo normal, el músculo liso uterino, el miometrio, comienza a tener contracciones débiles y descoordinadas al final de la gestación para ayudar a la remodelación del cuello uterino. En el trabajo de parto, el miometrio tiene contracciones fuertes y coordinadas para dar a luz al feto. Se han desarrollado varios métodos para monitorear los patrones de contracción uterina con el fin de predecir el inicio del trabajo de parto. Sin embargo, las técnicas actuales tienen una cobertura espacial y una especificidad limitadas. Desarrollamos imágenes electromiometriales (EMMI) para mapear de forma no invasiva la actividad eléctrica uterina en la superficie uterina tridimensional durante las contracciones. El primer paso en EMMI es utilizar imágenes de resonancia magnética ponderada en T1 para adquirir la geometría cuerpo-útero específica del sujeto. A continuación, se utilizan hasta 192 electrodos tipo pin colocados en la superficie del cuerpo para recoger registros eléctricos del miometrio. Finalmente, se realiza la canalización de procesamiento de datos EMMI para combinar la geometría cuerpo-útero con los datos eléctricos de la superficie corporal para reconstruir e obtener imágenes de las actividades eléctricas uterinas en la superficie uterina. EMMI puede obtener imágenes, identificar y medir de forma segura y no invasiva las regiones de activación temprana y los patrones de propagación en todo el útero en tres dimensiones.

Introducción

Clínicamente, las contracciones uterinas se miden mediante el uso de un catéter de presión intrauterina o mediante la realización de tocodinometría¹. En el ámbito de la investigación, las contracciones uterinas se pueden medir mediante electromiografía (EMG), en la que se colocan electrodos en la superficie abdominal para medir las señales bioeléctricas generadas por el miometrio 2,3,4,5,6,7. Se pueden utilizar las características de magnitud, frecuencia y propagación de las ráfagas eléctricas 8,9,10,11,12 derivadas de la EMG para predecir el inicio del trabajo de parto en el prematuro. Sin embargo, en la EMG convencional, la actividad eléctrica de las contracciones uterinas se mide solo desde una pequeña región de la superficie abdominal con un número limitado de electrodos (dos¹³ y cuatro 7,14,15,16 en el centro de la superficie abdominal y ^{64 17} en la superficie abdominal inferior). Además, la EMG convencional tiene una capacidad limitada para estudiar los mecanismos del trabajo de parto, ya que refleja solo las actividades eléctricas promediadas de todo el útero y no puede detectar los patrones específicos de iniciación y activación eléctrica en la superficie uterina durante las contracciones.

Recientemente se ha introducido un desarrollo llamado imagen electromiometrial (EMMI) para superar las deficiencias de la EMG convencional. La EMMI permite obtener imágenes no invasivas de toda la secuencia de activación eléctrica del miometrio durante las contracciones uterinas 18,19,20,21. Para adquirir la geometría cuerpo-útero, la EMMI utiliza la resonancia magnética (RM) ponderada en T122,23,24^, que ha sido ampliamente utilizada en mujeres embarazadas durante el segundo y tercer trimestre. A continuación, se utilizan hasta 192 electrodos tipo pin colocados en la superficie del cuerpo para recoger registros eléctricos del miometrio. Finalmente, se realiza la canalización de procesamiento de datos EMMI para combinar la geometría cuerpo-útero con los datos eléctricos para reconstruir y obtener imágenes de las actividades eléctricas en la superficie uterina²¹. EMMI puede localizar con precisión el inicio de las contracciones uterinas y los patrones de propagación de imágenes durante las contracciones uterinas en tres dimensiones. Este artículo tiene como objetivo presentar los procedimientos de EMMI y demostrar los resultados representativos obtenidos en mujeres embarazadas.

Protocolo

Todos los métodos descritos aquí han sido aprobados por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Washington.

1. Parches marcadores, parches de electrodos y reglas seguros para resonancia magnética (Figura 1)

1. Imprima las plantillas de resonancia magnética y parche de electrodos (Figura 1A) en papel.
2. Corte láminas transparentes de vinilo y caucho de silicona (Tabla de materiales) en parches cuadrados (60 mm x 60 mm) rectangulares (vinilo) y 44 (caucho) rectangulares (120 mm x 60 mm) y 4 (vinilo) y 8 (caucho de silicona).
3. Cree parches de marcador seguros para RMN: Coloque una plantilla con un parche de vinilo transparente y pegue marcadores seguros para RMN (cápsulas blandas líquidas de vitamina D) al parche de vinilo en el centro de los círculos, que representan las cavidades del soporte de los electrodos en la plantilla (Figura 1B).
4. Hacer parches de electrodos: Etiquete las ubicaciones circulares en los parches de goma de silicona y perfore agujeros en esos lugares con un juego de punzones con un diámetro de 8 mm.
5. Coloque los portaelectrodos sobre cada orificio con collares adhesivos de doble cara (Tabla de materiales). Alinee la circunferencia de la cavidad del portaelectrodos con la circunferencia del orificio perforado en la lámina de silicona.
6. Instale el anillo X en la cavidad en la parte superior del soporte del electrodo, cubra el soporte con la lámina de silicona codificada por colores e inserte el electrodo activo tipo pin a través del anillo X en el soporte. El electrodo está centrado en la cavidad del portaelectrodos. Los cables de los electrodos deben ir entre las dos capas de láminas de silicona y en el medio de las dos filas de soportes a lo largo del borde largo. Ajuste la longitud del cable del electrodo enrollándolo alrededor del portaelectrodos si es necesario. Se concluye el montaje de un parche de electrodos (Figura 1C).
7. Aplique tres tiras de cinta adhesiva de doble cara de grado médico al parche de electrodos entre las filas de electrodos a lo largo del borde largo del parche.
8. Corta seis cintas métricas en sus marcas de 30 cm. Mantenga la sección superior de 0 cm a 30 cm. Para hacer una regla horizontal, pega los bordes a 0 cm de dos cintas métricas a un trozo largo de tira de vinilo con un espacio en el ancho de la cinta. Aplique cinta adhesiva de doble cara a cada regla.
9. Guarde los parches y las reglas en una caja de almacenamiento con tapa cerrada.

2. Resonancia magnética

NOTA: La resonancia magnética se programa a una edad gestacional (AG) de 36 a 40 semanas, antes de la fecha prevista de parto de la madre, determinada en función del cronograma de la sujeto y la recomendación de su enfermera. El tiempo estimado de duración de este paso es de 2 h.

1. Después de que el sujeto firme el formulario de consentimiento, pídale que se quite la ropa de calle y se ponga los pantalones y la bata seguros para RM proporcionados por el técnico de RM. Coloque parches marcadores seguros para RM (Figura 1B) en la superficie corporal de la sala de examen.
   1. Coloque parches en la superficie posterior.
      1. Indíquele al sujeto que se siente en una camilla de examen médico. Retire el delineador de la cinta adhesiva de doble cara y aplique una regla vertical a lo largo de la columna vertebral del sujeto, con el extremo de la regla en el escote de las nalgas.
      2. Coloque una regla horizontal a la altura de la cresta ilíaca, con el centro cruzando sobre la regla vertical. Retire el forro de la cinta adhesiva de doble cara de los parches.
      3. Aplique dos parches rectangulares en la parte posterior, de modo que los bordes largos de los parches estén al lado de la regla vertical y las esquinas de los parches estén en la intersección de las reglas.
      4. Coloque parches adicionales a la izquierda y a la derecha de los dos primeros parches para que los parches sean bilateralmente simétricos. Para sujetos de tamaño medio, aplique cuatro parches rectangulares a cada lado (Figura 1E).
   2. Coloque parches en la superficie abdominal.
      1. Levante la cabecera de la cama de examen a unos 40° y guíe al sujeto para que se acueste en la posición de Fowler. Coloque una regla vertical a lo largo de la línea media del abdomen, con la marca de 3 cm cerca de la región del fondo determinada por palpación manual.
      2. Aplique una regla horizontal de modo que su centro esté en la marca de 6 cm de la regla vertical y se extienda hacia el lateral izquierdo y derecho a lo largo de la curvatura natural del abdomen.
      3. Coloque el primer parche rectangular por encima de la regla horizontal y a la izquierda de la regla vertical, de modo que su borde largo sea paralelo a la regla horizontal y una esquina del parche esté en la intersección de las dos reglas.
      4. Coloque el segundo parche rectangular a la izquierda del primer parche, con su borde largo a lo largo de la regla horizontal. Coloque el tercer y cuarto parche directamente debajo de la regla horizontal y alineados verticalmente con el primer y segundo parche.
      5. Coloque el quinto parche rectangular debajo del tercer parche, con su borde corto a lo largo de la regla vertical. Coloque el sexto parche rectangular junto al quinto en el lado izquierdo. Coloque el séptimo parche debajo del quinto, con el borde corto a lo largo de la regla vertical. Deje espacios de 2-3 cm entre los parches 3, 5 y 7 para la curvatura del abdomen.
      6. Coloque los dos parches cuadrados (s1 y s2) debajo del sexto parche y el séptimo parche, alineados verticalmente con el sexto y séptimo parche, respectivamente. Coloque los parches en la superficie abdominal derecha de manera que sean bilateralmente simétricos con los de la izquierda (Figura 1F).
2. Tome fotos y notas del diseño del parche para registrar las posiciones de las reglas entre sí y con respecto al ombligo del sujeto.
3. Haga que un técnico de RMN examine al sujeto de acuerdo con las reglas y regulaciones de seguridad de MRI en la Zona II de la instalación de MRI. A continuación, guíe al sujeto a través de la Zona III hasta la Zona IV, donde reside un escáner de RM de 3 T.
   1. Guíe al paciente para que se acueste en la cama de resonancia magnética en posición supina y proporciónele un micrófono seguro para resonancia magnética, un juego de auriculares y una bola de compresión de señalización. Cubra la parte inferior del abdomen del sujeto con una bobina de resonancia magnética de 32 matrices (Figura 2A). Inicie la exploración por resonancia magnética.
      NOTA: Se utilizó una secuencia rápida ponderada en T1 para realizar una resonancia magnética en todo el abdomen utilizando un escáner Siemens Prisma o Vida de 3 T. Las imágenes de RM resultantes tenían una resolución de 1,56 mm x 1,56 mm y un grosor de corte de 4 mm.
4. Utilice el localizador para ajustar el campo de visión y cubrir todo el útero y el cuello uterino. A continuación, realice una resonancia magnética con una secuencia ponderada en T1 con el examen de apnea interpolado por volumen (tiempo de repetición [TR] = 4,07 ms, tiempo de eco [TE] = 1,78 ms, ángulo de giro = 10°) y reconstrucción multiplanar del conjunto de datos (campo de visión [FOV] = 500 mm x 500 mm, matriz = 320 x 320, tamaño del vóxel = 1,56 x 1,56 x 4 mm³).
5. Almacene los datos en formato de imagen digital y comunicaciones en medicina (DICOM).
6. Retire los parches y las reglas de resonancia magnética del sujeto y limpie el abdomen y la espalda con toallitas húmedas para bebés.
7. Retire la cinta adhesiva de doble cara de los parches, desinfecte los parches con toallitas germicidas desechables y aplique una nueva cinta adhesiva de doble cara para el siguiente experimento.

3. Mapeo de bioelectricidad y escaneo óptico 3D

NOTA: Realice un mapeo bioeléctrico después de que la sujeto haya sido admitida en la unidad de trabajo de parto y parto, y su cuello uterino se haya dilatado a alrededor de 4 cm. El tiempo estimado de duración de este paso es de 2 h.

1. Prepare los parches de electrodos: Llene el gel conductor en una jeringa de irrigación de punta curva. Agregue el gel en las cavidades del portaelectrodos en cada parche de electrodos con la jeringa. Retire los revestimientos de las cintas adhesivas de doble cara.
2. Aplique los parches de electrodos de acuerdo con los mismos procedimientos descritos en el paso 2.1, siguiendo el diseño de colocación descrito en las fotos y notas tomadas en el paso 2.2.
3. Conecte los cables de alimentación y datos del escáner óptico 3D. Abra el software de escaneo 3D (Tabla de materiales). Sostenga el escáner óptico de mano (Tabla de materiales) en posición vertical, con las cámaras parpadeantes mirando hacia el sujeto.
   1. Presione el botón Inicio en el escáner para iniciar el escaneo y presione el botón Inicio nuevamente para grabar el escaneo. Mueva el escáner alrededor del sujeto para realizar escaneos ópticos en 3D y capturar la ubicación de los electrodos.
      NOTA: Las exploraciones ópticas de la superficie inferior de la espalda se toman después de colocar parches de electrodos en la superficie posterior. Las exploraciones ópticas de la superficie abdominal se toman después de colocar parches de electrodos en la superficie abdominal.
   2. Presione el botón Detener en el escáner para finalizar el escaneo 3D.
4. Tome fotos y notas del diseño del parche. Fíjate en las posiciones de las reglas entre sí y en el ombligo del sujeto.
5. Coloque cuatro electrodos de conexión a tierra, con el electrodo "LL" en la parte inferior izquierda del abdomen, el electrodo "LA" en la parte superior izquierda del tórax, el electrodo "RA" en la parte superior derecha del tórax y el electrodo "DRL" en la superficie abdominal cerca del ombligo o la parte inferior derecha del abdomen.
6. Conecte los componentes del hardware de mapeo de bioelectricidad, incluida la computadora portátil, la caja de analógico a digital (AD), la caja de baterías, el parche de electrodos, los cables de electrodos de conexión a tierra, la fibra óptica y el receptor USB2 (Figura 1D).
7. Abra el software Active View en la computadora portátil y encienda la caja AD.
   NOTA: Si la luz de estado es amarilla en la caja AD, los electrodos de conexión a tierra tienen poco contacto con la piel. En este caso, retire los electrodos de conexión a tierra, agregue más gel y vuelva a colocarlos en sus ubicaciones. Repita hasta que la luz de estado se vuelva azul.
8. Compruebe el módulo de compensación de electrodos en Active View. Si alguno de los electrodos tiene un desplazamiento grande (más de una cuarta parte del desplazamiento más grande), mejore su contacto con la piel asegurándolo con cintas de papel médico o volviéndolo a instalar (quitándolos, agregando más gel y volviéndolos a colocar en sus ubicaciones).
9. Haga clic en Iniciar archivo > en pausa para guardar los flujos de datos de la señal de bioelectricidad en tiempo real. Después de una grabación de 900 s, haga clic en Pausar Guardar > Detener para finalizar la grabación y almacenar la medición de electrodos múltiples en un archivo de archivo de datos binarios (BDF).
10. Repita el paso 3.9 cuatro veces después de que el asistente de investigación lo haya verificado para asegurarse de que el sujeto se sienta cómodo y dispuesto a continuar.
11. Después de la última grabación (generalmente cuatro grabaciones en total), apague la caja AD y desconecte los parches de electrodos, los electrodos de conexión a tierra, la fibra óptica y el cable USB.
12. Retire los parches de electrodos y los electrodos de conexión a tierra del sujeto.
13. Limpie el abdomen y la parte baja de la espalda del sujeto con una toalla o toallitas húmedas para bebés.
14. Empaque todo el equipo y guarde los parches de electrodos y los electrodos de conexión a tierra para limpiarlos.
15. Limpie los parches de electrodos y los electrodos de conexión a tierra en agua tibia con jabón para platos en la sala de limpieza. Desinféctalos con toallitas germicidas.
16. Seque al aire los parches y aplique cinta de montaje de doble cara a los parches y reglas para el siguiente experimento.

4. Generación de la geometría cuerpo-útero

1. Realice la segmentación de los datos de la resonancia magnética utilizando una aplicación de software de análisis de datos.
   NOTA: En este caso, se utilizó el software Amira
   1. Inicie el software de análisis de datos y cargue los datos DICOM de la resonancia magnética. Vaya al módulo Segmentación y haga clic en Nuevo para crear una nueva etiqueta. Haga clic en Editar > Ajuste el rango a > Histograma de datos para cambiar el contraste de la imagen.
   2. En la vista Sagital, elija la herramienta Pincel, etiquete los límites del útero de las imágenes de RM, rellene las regiones y agréguelas al archivo de etiqueta. Repita este paso cada tres a cinco rebanadas.
   3. Seleccione las regiones segmentadas y haga clic en Selección > Interpolar > + para interpolar la segmentación de todos los sectores. Esto completa la segmentación de la superficie uterina.
   4. Haga clic en Nuevo para crear un nuevo archivo de etiqueta. Elija la herramienta Varita mágica, coloque el umbral de enmascaramiento en el mínimo local inicial del histograma de datos y ajústelo gradualmente hasta que todo el cuerpo se resalte en azul.
   5. Elija Todos los sectores, haga clic en cualquier región azul y, a continuación, haga clic en + para agregar la segmentación al archivo de etiqueta. Haga clic en Segmentación > Rellenar agujeros > Todos los sectores > + para fijar los agujeros.
   6. Vaya al módulo Segmentación y haga clic en Nuevo para crear una nueva etiqueta para el útero. Segmente manualmente el útero en las imágenes de RM. Utilice Interpolar si es necesario.
   7. En el módulo Proyecto, genere los datos de superficie a partir de los archivos de etiquetas del útero y la superficie corporal.
   8. Elija un archivo de superficie, reduzca el número de caras en el Editor de simplificación > Simplificar en un 50 % y haga clic en Simplificar ahora. Elija el archivo de superficie simplificada y haga clic con el botón derecho en Suavizar superficie (iteración = 20, lambda = 0,6) > Aplicar. A continuación, elija el archivo de superficie suavizada y haga clic con el botón derecho en Remallar superficie (% 100) > Aplicar para volver a mallar a cada superficie.
   9. Continúe realizando el paso 4.1.7 hasta que la superficie del cuerpo comprenda aproximadamente 18,000 caras y la superficie uterina comprenda aproximadamente 640 caras.
   10. Haga clic en Archivo > Exportar datos como > ASCII STL para guardar las dos superficies en formato de estereolitografía (STL).
2. Realice el posprocesamiento de los datos de escaneo óptico 3D.
   1. Cargue el archivo de escaneo óptico 3D de la superficie abdominal en Artec studio 12 professional.
   2. Seleccione el escaneo óptico de destino y duplique el escaneo.
   3. Haga clic en Piloto automático para iniciar el procesamiento del escaneo seleccionado.
   4. En el módulo de creación de modelos, elija la calidad de escaneo (geometría, textura), el tamaño del objeto, el método de relleno de agujeros (hermético), etc., y haga clic en Siguiente.
   5. En el módulo Editor, elija Selección de lazo y borre los pasajes redundantes.
   6. Haga clic en Siguiente para crear un refinamiento automático del análisis.
   7. Haga clic en Editor > selección de lazo para eliminar pasajes innecesarios.
   8. Haga clic en Archivo > Exportar mallas > formato de archivo STL para guardar la superficie en formato STL.
3. Alinee los datos de escaneo óptico 3D con la superficie corporal de la resonancia magnética y genere la geometría cuerpo-útero con los scripts del lenguaje de comandos de herramientas (TCL) en el software de análisis de datos.
   1. Cargue las superficies de formato STL generadas a partir de los pasos 4.1 y 4.2 con un proyecto de software de análisis de datos preprogramado.
   2. Ejecute la línea de comandos de TCL para preparar los objetos de software de análisis de datos para la alineación rígida de la superficie abdominal.
   3. Haga clic en Dos visores (horizontal) y muestre la superficie del torso de escaneo óptico en el visor izquierdo y la superficie del cuerpo de la RMN en el visor derecho.
   4. Coloque cinco o seis puntos de referencia en ambas superficies y ejecute la línea de comandos TCL para aplicar la alineación rígida.
   5. Repita los pasos 4.3.2-4.3.4 para la superficie posterior.
   6. Haga clic en Visor único y visualice la superficie del cuerpo escaneada ópticamente alineada rígidamente en el visor.
   7. Ejecute la línea de comandos de TCL para preparar los objetos de software de análisis de datos para una alineación no rígida.
   8. Haga clic en Proyecto > Crear objeto > puntos de referencia y agregue puntos de referencia en las ubicaciones de los electrodos en la superficie del cuerpo escaneado ópticamente.
   9. Haga clic en Archivo > Exportar datos como > LandmarkSet Ascii para exportar los archivos de puntos de referencia para una alineación no rígida.
   10. Ejecute el módulo Geometría en la canalización de procesamiento de datos EMMI para realizar una alineación no rígida.
   11. Ejecute el símbolo del sistema de la línea de comandos de TCL para importar los puntos de referencia de los electrodos alineados automáticamente y mejorar la precisión de los puntos de referencia de los electrodos en referencia a las notas y fotos descritas en los pasos 2.3 y 3.3.
   12. Haga clic en Archivo > Exportar datos como > LandmarkSet Ascii para exportar archivos de puntos de referencia para las ubicaciones de los electrodos.
   13. Ejecute el módulo EMMI data processing pipeline-geometry para cargar los archivos STL y LandmarkSet, y genere la geometría cuerpo-útero en formato MAT.

5. Preprocesamiento de señales eléctricas

1. Ejecute el módulo de preprocesamiento EMMI data processing pipeline-EMG para cargar el archivo BDF y procesar la señal eléctrica sin procesar con un filtro Butterworth con la banda de frecuencia 0,34-1 Hz.
2. Ejecute el módulo de detección de artefactos de canalización de procesamiento de datos EMMI para detectar automáticamente los artefactos locales y globales en la señal filtrada.

6. Reconstrucción y caracterización de la señal eléctrica uterina

1. Ejecute el módulo de reconstrucción de tuberías de procesamiento de datos EMMI para cargar la geometría cuerpo-útero y los datos de señales eléctricas preprocesados y calcular las señales eléctricas en la superficie uterina.
2. Ejecute el módulo de análisis de señales EMG para detectar automáticamente los inicios y desplazamientos de cada ráfaga de EMG en la superficie uterina.
3. Elija la ventana de observación en la superposición de figuras de clúster para calcular el tiempo de activación en cada ubicación uterina para cada ventana de observación y cree una isócrona para cada ventana de observación.

Resultados

Los parches representativos seguros para la resonancia magnética y los parches de electrodos se muestran en la Figura 1B, C, creados a partir de la plantilla que se muestra en la Figura 1A. El hardware de mapeo de bioelectricidad se muestra en la Figura 1C, con las conexiones de cada componente marcadas en detalle. La Figura 2 muestra todo el procedimiento de EMMI, incluida una resonan...

Discusión

La electromiografía ha indicado que la frecuencia y amplitud de las señales eléctricas uterinas se alteran durante el período gestacional ^2,16,25. Varios estudios han explorado los patrones de propagación uterina de las contracciones uterinas en pacientes en trabajo de parto activo 10,17,26,27,28....

Materiales

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