צנרת לתכנון וביצוע ניסויי נוירומודולציה באולטרסאונד טרנס-גולגולתי בבני אדם

Summary

גירוי אולטרסאונד תוך גולגולתי (TUS) היא טכניקת נוירומודולציה לא פולשנית מתפתחת הדורשת תכנון זהיר של סימולציות אקוסטיות ותרמיות. המתודולוגיה מתארת צינור עיבוד תמונה והדמיית אולטרסאונד לתכנון יעיל, ידידותי למשתמש ויעיל לניסויי TUS בבני אדם.

Abstract

גירוי אולטרסאונד גולגולתי (TUS) היא טכניקה נוירומודולציה לא פולשנית מתפתחת המסוגלת לתפעל מבנים קליפת המוח ותת-קליפת המוח בדיוק גבוה. ביצוע ניסויים בבני אדם מחייב תכנון קפדני של סימולציות אקוסטיות ותרמיות. תכנון זה חיוני כדי להתאים את הפרעות העצם לצורה ולמסלול של קרן האולטרסאונד ולהבטיח שהפרמטרים של TUS עומדים בדרישות הבטיחות. T1 ו-T2 משוקללים, יחד עם סריקות דימות תהודה מגנטית (MRI) של הד זמן אפס (ZTE) ברזולוציה איזוטרופית של 1 מ"מ, נרכשות (לחלופין סריקות רנטגן טומוגרפיה ממוחשבת (CT) לשחזור גולגולת והדמיות. מיפוי מטרות ומסלולים מתבצע באמצעות פלטפורמת ניווט עצבי. SimNIBS משמש לפילוח ראשוני של רקמות הגולגולת, העור והמוח. סימולציה של TUS מתבצעת באמצעות הכלי BabelBrain, המשתמש בסריקת ZTE כדי להפיק תמונות CT סינתטיות של הגולגולת שיומרו לתכונות אקוסטיות. אנו משתמשים במתמר אולטרסאונד במערך שלבים עם יכולות היגוי חשמלי. היגוי Z מותאם כדי להבטיח הגעה לעומק המטרה. תצורות מתמרים אחרות נתמכות גם בכלי התכנון. סימולציות תרמיות מופעלות כדי להבטיח שדרישות הטמפרטורה והאינדקס המכני יהיו במסגרת ההנחיות האקוסטיות עבור TUS בבני אדם כפי שהומלץ על ידי ה- FDA. במהלך מפגשי מסירת TUS, זרוע מכנית מסייעת בתנועת המתמר למיקום הנדרש באמצעות מערכת לוקליזציה סטריאוטקטית ללא מסגרת.

Introduction

טכניקות נפוצות לגירוי עצבי לא פולשני כוללות גירוי זרם ישיר תוך גולגולתי (tDCS) וגירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS). עם זאת, לשניהם עומק חדירה מוגבל ודיוק נמוך ^1,2. לעומת זאת, אולטרסאונד טרנס-גולגולתי (TUS) היא טכניקה לא פולשנית מתפתחת המסוגלת לשפר או לדכא פעילות עצבית ^3,4,5 ולהתמקד במבנים קליפתיים או תת-קליפתיים בדיוק^{מילימטרי 6,7}. מודלים של בעלי חיים המשתמשים במכרסמים ^4,8,9

Protocol

כל השיטות הכרוכות בשימוש בבני אדם בוצעו בהתאם להתנהגות האתית התלת-מועצתית למחקר המערבים בני אדם, והפרוטוקול אושר על ידי מועצת האתיקה של מחקר הבריאות המשותף (CHREB) באוניברסיטת קלגרי. כל הנבדקים נתנו הסכמה מדעת בכתב לפני ההשתתפות. המשתתפים האנושיים נדרשו להיות מבוגרים בריאים, ימניים בגילאי 18.......

Discussion

בשיטה זו, סימולציות ספציפיות לנושא מבוצעות כדי לחזות ולהעריך השפעות תרמיות ומכניות אפשריות הנובעות מיישום TUS במוח. מערכי הנתונים בין המשתתפים חייבים להישאר נפרדים ומתועדים בקפידה, שכן שימוש בסריקה או קובץ נתונים שגויים יוביל לסימולציות לא מדויקות. כאשר נאספות סריקות רבות של משתתפים, והת?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
128-channel amplifier unit	Image Guided Therapy		This unit drives the H-317 transducer
24-channel head coil	General Electric
3D printer	Raise3D	Pro2	Filament thickness of 1.75mm.
3T MRI scanner	General Electric	Discovery 750 HD	MR Console version DV26.0_R05_2008
BabelBrain	Samuel Pichardo (University of Calgary)	Version 0.3.0	Accessible at https://github.com/ProteusMRIgHIFU/BabelBrain. Executes thermal and acoustic simulations.
Blender	Blender Foundation	Version 3.4.1	Accessible at https://www.blender.org. Blender is called automatically by BabelBrain.
Brainsight	Rogue Research	Version 2.5.2	Used for target identification, trajectory planning, and execution of TUS delivery sessions.
Chair and chin/head holder	Rogue Research		To be used during TUS delivery session to ensure stability of participant’s head for optimized targeting.
Custom-made coupling cone	University of Calgary team		3D printed cone in acrylonitrile butadiene styrene (ABS), only required for H-317 transducer.
dcm2niix	Chris Rorden (University of South Carolina)	Version 1.0.20220720	Accessible at https://github.com/rordenlab/dcm2niix/releases. Used for pre-processing subject MR images.
Fiducials and headband or glasses	Brainsight, Rogue Research	ST-1325 (subject tracker), LCT-583 (large coil tracker)	Headband or glasses can be interchangeably used.
Headphones	Beats	Fit Pro True Wireless Earbuds	Wireless Bluetooth earbuds with disposable tips.
MacBookPro	Apple	M2 Max, 16”, 64GB RAM	Computer for completing trajectory planning and simulations
SimNIBS	Axel Thielscher (Technical University of Denmark)	Version 4.0.0	Accessible at https://simnibs.github.io/simnibs/build/html.index.html
Syringe(s)		10 mL, 60 mL	Used to add additional ultrasound gel to fill air pockets.
Transducer	Sonicconcepts	H-317	Other supported transducers include CTX_500 (NeuroFUS, Sonicconcepts), Single element, H-246 (Sonicconcepts), and Bsonix (Brainsonix)
Transducer film	Sonicconcepts	Polyurethane membrane	Interface between transducer and the subject
Ultrasound gel	Wavelength	Clear Ultrasound Gel	Coupling medium.
Windows Laptop	Acer	Aspire A717-71G, Intel Core i7-7700HQ, 16 GB RAM	System used to control 128-channel amplifier and generate sound through the headphones