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* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Presentiamo un protocollo per la conduzione dell'imaging elettromiometriale (EMMI), che include le seguenti procedure: registrazioni multiple del sensore dell'elettrodo dell'elettromiografia dalla superficie corporea, risonanza magnetica e ricostruzione del segnale elettrico uterino.
Durante la gravidanza normale, la muscolatura liscia uterina, il miometrio, inizia ad avere contrazioni deboli e scoordinate alla fine della gestazione per aiutare la cervice a rimodellarsi. Durante il travaglio, il miometrio ha contrazioni forti e coordinate per far nascere il feto. Sono stati sviluppati vari metodi per monitorare i modelli di contrazione uterina per prevedere l'insorgenza del travaglio. Tuttavia, le tecniche attuali hanno una copertura spaziale e una specificità limitate. Abbiamo sviluppato l'imaging elettromiometriale (EMMI) per mappare in modo non invasivo l'attività elettrica uterina sulla superficie uterina tridimensionale durante le contrazioni. Il primo passo nell'EMMI consiste nell'utilizzare la risonanza magnetica pesata in T1 per acquisire la geometria corpo-utero specifica del soggetto. Successivamente, vengono utilizzati fino a 192 elettrodi a spillo posizionati sulla superficie del corpo per raccogliere registrazioni elettriche dal miometrio. Infine, la pipeline di elaborazione dei dati EMMI viene eseguita per combinare la geometria corpo-utero con i dati elettrici della superficie corporea per ricostruire e visualizzare le attività elettriche uterine sulla superficie uterina. L'EMMI è in grado di visualizzare, identificare e misurare in modo sicuro e non invasivo le regioni di attivazione precoce e i modelli di propagazione in tutto l'utero in tre dimensioni.
Dal punto di vista clinico, le contrazioni uterine vengono misurate utilizzando un catetere a pressione intrauterina o eseguendo la tocodinamometria1. Nell'ambito della ricerca, le contrazioni uterine possono essere misurate mediante elettromiografia (EMG), in cui gli elettrodi vengono posizionati sulla superficie addominale per misurare i segnali bioelettrici generati dal miometrio 2,3,4,5,6,7. Si possono utilizzare le caratteristiche di magnitudo, frequenza e propagazione delle esplosioni elettriche 8,9,10,11,12 derivate dall'EMG per prevedere l'inizio del travaglio nel pretermine. Tuttavia, nell'EMG convenzionale, l'attività elettrica delle contrazioni uterine viene misurata solo da una piccola regione della superficie addominale con un numero limitato di elettrodi (due13 e quattro 7,14,15,16 al centro della superficie addominale e 64 17 alla superficie addominale inferiore). Inoltre, l'EMG convenzionale è limitato nella sua capacità di studiare i meccanismi del travaglio, in quanto riflette solo le attività elettriche medie dell'intero utero e non è in grado di rilevare gli specifici modelli di iniziazione e attivazione elettrica sulla superficie uterina durante le contrazioni.
Un recente sviluppo chiamato imaging elettromiometriale (EMMI) è stato introdotto per superare le carenze dell'EMG convenzionale. L'EMMI consente l'imaging non invasivo dell'intera sequenza di attivazione elettrica del miometrio durante le contrazioni uterine 18,19,20,21. Per acquisire la geometria corpo-utero, l'EMMI utilizza la risonanza magnetica per immagini (MRI) pesata in T122,23,24, che è stata ampiamente utilizzata per le donne in gravidanza durante il secondo e il terzo trimestre. Successivamente, vengono utilizzati fino a 192 elettrodi a spillo posizionati sulla superficie del corpo per raccogliere registrazioni elettriche dal miometrio. Infine, la pipeline di elaborazione dei dati EMMI viene eseguita per combinare la geometria corpo-utero con i dati elettrici per ricostruire e visualizzare le attività elettriche sulla superficie uterina21. L'EMMI è in grado di localizzare con precisione l'inizio delle contrazioni uterine e i modelli di propagazione delle immagini durante le contrazioni uterine in tre dimensioni. Questo articolo ha lo scopo di presentare le procedure EMMI e dimostrare i risultati rappresentativi ottenuti dalle donne in gravidanza.
Tutti i metodi qui descritti sono stati approvati dal Comitato di revisione istituzionale dell'Università di Washington.
1. Cerotti marcatori, cerotti per elettrodi e righelli sicuri per la risonanza magnetica (Figura 1)
2. Risonanza magnetica
NOTA: La risonanza magnetica è programmata a un'età gestazionale (GA) di 36-40 settimane, prima della data prevista per il parto della madre, determinata in base al programma del soggetto e alla raccomandazione dell'infermiera. La durata stimata per questo passaggio è di 2 ore.
3. Mappatura bioelettrica e scansione ottica 3D
NOTA: Eseguire la mappatura bioelettrica dopo che il soggetto è stato ricoverato nell'unità di travaglio e parto e la sua cervice si è dilatata a circa 4 cm. La durata stimata per questo passaggio è di 2 ore.
4. Generazione della geometria corpo-utero
5. Pre-elaborazione del segnale elettrico
6. Ricostruzione e caratterizzazione del segnale elettrico uterino
I cerotti rappresentativi sicuri per la risonanza magnetica e i cerotti per elettrodi sono mostrati nella Figura 1B,C, creati dal modello mostrato nella Figura 1A. L'hardware di mappatura della bioelettricità è mostrato nella Figura 1C, con le connessioni di ciascun componente contrassegnate in dettaglio. La Figura 2 mostra l'intera procedura EMMI, compresa una scansione MRI del soggetto che indossa i cerotti MRI ...
L'elettromiografia ha indicato che la frequenza e l'ampiezza dei segnali elettrici uterini alterano durante il periodo gestazionale 2,16,25. Diversi studi hanno esplorato i modelli di propagazione uterina delle contrazioni uterine in pazienti in travaglio attivo 10,17,26,27,28.
Y.W., A.G.C., P.C. e A.L.S. hanno presentato la domanda provvisoria statunitense n. 62/642.389 intitolata "Sistema e metodo per l'imaging elettromiometriale non invasivo (EMMI)" per la tecnologia EMMI descritta in questo lavoro. Y.W. è consulente scientifico per Medtronic e ha finanziamenti per la ricerca NIH.
Ringraziamo Deborah Frank per l'editing di questo manoscritto e Jessica Chubiz per l'organizzazione del progetto. Finanziamento: Questo lavoro è stato sostenuto dalla sovvenzione del March of Dimes Center (22-FY14-486), dalle sovvenzioni del NIH/National Institute of Child Health and Human Development (R01HD094381 ai PI Wang/Cahill; R01HD104822 a PI Wang/Schwartz/Cahill), da sovvenzioni del Burroughs Wellcome Fund Preterm Birth Initiative (NGP10119 a PI Wang) e da sovvenzioni della Bill and Melinda Gates Foundation (INV-005417, INV-035476 e INV-037302 a PI Wang).
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