Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Транскраниальная ультразвуковая стимуляция (ТУС) – это новый метод неинвазивной нейромодуляции, который требует тщательного планирования акустического и теплового моделирования. Методология описывает конвейер обработки изображений и ультразвукового моделирования для эффективного, удобного и оптимизированного планирования экспериментов с TUS у человека.

Аннотация

Транскраниальная ультразвуковая стимуляция (ТУС) – это новый метод неинвазивной нейромодуляции, способный с высокой точностью воздействовать как на корковые, так и на подкорковые структуры. Проведение экспериментов с участием человека требует тщательного планирования акустического и теплового моделирования. Это планирование необходимо для корректировки на вмешательство костей в форму и траекторию ультразвукового луча, а также для обеспечения соответствия параметров TUS требованиям безопасности. Для реконструкции и моделирования черепа проводятся Т1- и Т2-взвешенные, а также магнитно-резонансная томография (МРТ) с нулевым эхом (ZTE) с изотропным разрешением 1 мм (в качестве альтернативы компьютерная томография и рентгенография (КТ)). Картирование мишени и траектории выполняется с помощью нейронавигационной платформы. SimNIBS используется для первичной сегментации тканей черепа, кожи и мозга. Моделирование TUS осуществляется с помощью инструмента BabelBrain, который использует сканирование ZTE для создания синтетических компьютерных изображений черепа, которые должны быть преобразованы в акустические свойства. Мы используем ультразвуковой преобразователь с фазированными решетками с возможностью электрического управления. Z-образное рулевое управление отрегулировано таким образом, чтобы обеспечить достижение заданной глубины. Другие конфигурации преобразователей также поддерживаются в инструменте планирования. Тепловое моделирование проводится для того, чтобы убедиться, что требования к температуре и механическим показателям соответствуют акустическим рекомендациям для TUS у людей в соответствии с рекомендациями FDA. Во время сеансов доставки TUS механический манипулятор помогает перемещать датчик в нужное место с помощью безрамочной стереотаксической системы локализации.

Введение

Обычно используемые методы неинвазивной нейростимуляции включают транскраниальную стимуляцию постоянным током (tDCS) и транскраниальную магнитную стимуляцию (TMS). Тем не менее, оба имеют ограниченную глубину проникновения и низкую точность 1,2. В отличие от этого, транскраниальное ультразвуковое исследование (ТУС) является новым неинвазивным методом, способным усиливать или подавлять активность нейронов 3,4,5 и воздействовать на корковые или подкорковые структуры с точностью до миллиметра 6,7

протокол

Все методы, включающие использование человека в качестве субъекта, были выполнены в соответствии с Этическим поведением Трех советов для исследований с участием человека, а протокол был одобрен Советом по этике совместных исследований в области здравоохранения (CHREB) в Университете Калгари. Все испытуемые предоставили информированное письменное согласие перед участием. Участники должны были быть здоровыми правшами в возрасте от 18 до 40 лет, желающими и способными пройти магнитно-резонансную томографию (МРТ). Критерии исключения включали семейный анамнез судорог, расстройства настроения или сердечно-сосудистые заболевания, травму уха, алкогольную или наркотическую за....

Результаты

На рисунке 7 показаны сравнительные выборки сеансов из одного из наших исследований42, в которых участвовали два разных человека, использующих определенные ультразвуковые параметры (основная частота 250 кГц, длительность ультразвука 120 с, частота повторения .......

Обсуждение

В этом методе проводится предметно-ориентированное моделирование для прогнозирования и оценки возможных тепловых и механических эффектов, возникающих в результате применения TUS к мозгу. Наборы данных между участниками должны быть разделены и тщательно задокументированы, так как исп?.......

Раскрытие информации

У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявить.

Благодарности

Эта работа была частично поддержана грантом Канадского совета по естественным наукам и инженерным исследованиям, программой INNOVAIT, Фондом медицинских исследований Камминга, Канадским фондом инноваций (проект 36703), грантом CAPRI Института мозга Гочкиса и финансированием Ассоциации Паркинсона Альберты. GBP выражает признательность за поддержку со стороны Канадского института исследований в области здравоохранения (FDN-143290) и программы Campus Alberta Innovates Chair.

....

Материалы

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

Ссылки

  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....

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

JoVE208SimNIBSBabelBrainFDA

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Исследования

Образование

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены