النشبات التذبذبات عالية التردد الكشف مع وقت واحد الدماغ المغناطيسي وكهربية كما العلامات البيولوجية للأطفال الصرع
ديسمبر 6, 2016
ظهرت التذبذبات العالية التردد (HFOs) والمؤشرات الحيوية قبل الجراحة لتحديد المنطقة المولدة للصرع في طب الأطفال المرضى الذين يعانون من الصرع الحرارية طبيا. ويرد منهجية موسع تسجيل وكشف، وتوطين HFOs مع كهربية فروة الرأس في وقت واحد (EEG) والدماغ المغناطيسي (MEG).
الهدف العام من هذا البروتوكول هو توفير منهجية موحدة للتسجيل غير الجراحي الموثوق به والكشف عن وتوطين التذبذبات البيانية عالية التردد من مرضى الأطفال المصابين بالصرع المقاوم طبيا باستخدام تخطيط كهربية الدماغ لفروة الرأس وتصوير الدماغ المغناطيسي المسجل في وقت واحد. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في صرع الأطفال ، مثل منطقة الدماغ الممولة للصرع والتي يجب استئصالها أثناء الجراحة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح بالتوطين غير الجراحي للمنطقة التي تولد تذبذبات عالية التردد في دماغ الأطفال المصابين بالصرع.
أظهرت دراسات مختلفة أنه يمكن اكتشاف التذبذبات عالية التردد بشكل غير جراحي باستخدام مخطط كهربية الدماغ لفروة الرأس و MEG ، ولكن هناك عدد قليل فقط من الدراسات التي تحدد مولداتها على مستوى المصدر. نقدم توطين المولدات الأساسية للتذبذبات عالية التردد التي تم الحصول عليها عن طريق حل المشكلة العكسية ومقارنتها بما يحدده أخصائي الصرع. ابدأ بوضع تخطيط كهربية الدماغ أو غطاء مخطط كهربية الدماغ على رأس المريض وفقا للنظام الدولي 10-20.
نظف الجلد حيث يوجد كل قطب كهربائي ، وحرك الشعر بعيدا عن الطريق ، ثم ضع الجل على كل قطب. بعد ذلك ، ضع الأرض والأقطاب الكهربائية المرجعية على رأس المريض. قم بتوصيل أقطاب كهربائية إضافية لقياس تخطيط كهربية الأذن الأفقي والرأسي ، و EOG ، وتخطيط كهربية القلب ، وتخطيط القلب ، وتخطيط كهربية العضل ، ومخطط كهربية العضل ، وأقطاب كهربية الدماغ الإضافية في المواقع التي تغطي المناطق الزمنية.
بعد ذلك ، استخدم مقياس EEG-o-meter لقياس مقاومة كل قطب. إذا كانت المعاوقة أعلى من 10 كيلووم ، فقم بتنظيف الجلد مرة أخرى وتأكد من انخفاضه إلى أقل من 10 كيلووم. ضع أربعة ملفات HPI على غطاء مخطط كهربية الدماغ.
استخدم المحول الرقمي للحصول على مواقع المعالم الإيمانية ، بما في ذلك النقاط قبل الأذن اليسرى / اليمنى والأنف بالإضافة إلى موقع ملفات HPI وأقطاب EEG. رقمنة نقاط الرأس الإضافية للحصول على شكل رأس دقيق. بعد ذلك ، انقل المريض إلى الغرفة المحمية المغناطيسية ، أو MSR ، حيث يوجد نظام التصوير المغناطيسي للدماغ ، MEG.
ضع المريض على السرير. ضع رؤوسهم في خوذة MEG وضعي الفوط المناسبة تحت رأس المريض للراحة. اضبط موضع رأس المريض في الماسح الضوئي ، مع التأكد من وجوده في أعمق ما يمكن في الخوذة.
أخيرا ، أغلق باب MSR وتواصل مع المريض عبر نظام الاتصال الداخلي. ابدأ التسجيلات بالنقر فوق الزر "انتقال" في برنامج الحصول على MEG. تحقق عبر الإنترنت من جميع الإشارات المسجلة وقم بإصلاح قنوات MEG السيئة باستخدام موالف المستشعر.
بعد ذلك ، قم بقياس موضع رأس المريض بالنقر فوق زر القياس في برنامج الحصول على MEG. إذا لم يكن رأس المريض مغطى جيدا بالمصفوفة الحسية ، فاطلب من المريض تحريك رأسه بشكل أعمق في الخوذة. ثم ، في برنامج الحصول على MEG ، انقر فوق زر التسجيل لتسجيل MEG و EEG والحصول على تسجيلات طرفية لمدة 60 دقيقة.
بعد اكتمال التسجيل ، افتح MSR وأخرج المريض من غرفة MSR. قم بإزالة جميع الأشرطة والأقطاب الكهربائية وملفات HPI وغطاء مخطط كهربية الدماغ برفق. أخيرا ، بعد مرافقة المريض خارج مساحة الاختبار ، قم بتسجيل الإشارات المغناطيسية ل MSR الفارغة لمدة دقيقتين دون حضور المريض.
ابدأ بفتح البيانات في برنامج التحليل. اعرض بيانات EEG و MEG مع نافذتين محاذاة رأسيا مدة كل منهما 10 ثوان لكل صفحة. انتقل إلى علامة تبويب المرشح واضبط مرشح التمرير العالي على هرتز واحد ، ومرشح التمرير المنخفض على 70 هرتز ، ومرشح الشق عند 50 أو 60 هرتز.
فحص البيانات وتحديد الأجزاء التي بها إفرازات الصرع البيني أو العبوات الناسفة. حدد ذروة كل عبوة ناسفة تحدث في كل من بيانات مخطط كهربية الدماغ وMEG. قم بتشغيل خوارزمية الكشف التلقائي عن HFOs على أجزاء من بيانات EEG باستخدام العبوات الناسفة واستيراد HFOs المكتشفة إلى البرنامج لتصور البيانات.
لمراجعة أحداث HFO المكتشفة، اعرض تسجيلات EEG وMEG والتسجيلات الطرفية مع نوافذ محاذاة رأسيا لمدة ثانيتين لكل صفحة. انتقل إلى علامة تبويب المرشح واضبط مرشح التمرير المنخفض على 250 هرتز ومرشح التمرير العالي على 80 هرتز. للتأكد من أن HFOs المكتشفة ليست بسبب القطع الأثرية ، تحقق من عدم وجود نشاط متزامن في التسجيلات الطرفية.
علاوة على ذلك ، ضع في اعتبارك فقط أحداث HFO التي تحدث في كل من إشارات EEG و MEG وتجاهل HFOs التي لا تتداخل مع العبوات الناسفة المحددة. بعد ذلك ، قم بتقسيم التصوير بالرنين المغناطيسي للمريض والحصول على السطح القشري باستخدام برنامج تحليل تصوير الدماغ وتقدير النموذج الأمامي باستخدام طريقة العنصر الحدودي. لكل حدث HFO ، قم بإجراء توطين المصدر على كل من بيانات EEG و MEG باستخدام أقصى انتروبيا للمويجة على طريقة المتوسط أو WMEM.
متوسط نتائج الترجمة على طول مدة الحدث للحصول على خريطة توطين المصدر. أخيرا ، تصور منطقة HFO على السطح القشري ، مع تطبيق عتبة 60٪ من الحد الأقصى لسعة التنشيط باستخدام كل من بيانات EEG و MEG. في أمثلة المرضى هذه ، تم تحديد HFOs في نطاق التردد المموج عند 80 إلى 150 هرتز يحدث في كل من EEG و MEG والعبوات الناسفة المغطى.
ويبين مستوى التردد الزمني لقناتين تمثيليتين لتخطيط كهربية الدماغ وقياس الوثقيل الوراثي الذروة المعزولة النمطية في وقت الوقود الثقيل. هنا ، تظهر نتائج توطين HFO من كل من مخطط كهربية الدماغ لفروة الرأس و MEG لفتاة تبلغ من العمر 15 عاما مصابة بالدماغ في منطقة الشريان الدماغي الأوسط الأيمن. تقوم كلتا الطريقتين بتوطين الوقود الثقيل الوراثي بالقرب من الآفة في مكان قريب من التقاطع الصدغي الجلدي الأيمن ، على الرغم من أنهما كانا مختلفين قليلا.
هنا ، تظهر نتائج صبي يبلغ من العمر 11 عاما مصاب بالدماغ الصدغي العلوي الجداري الأيسر. يوضح الشكل التطابق المكاني بين منطقة HFO الموضعية بشكل غير جراحي مع مخطط كهربية الدماغ لفروة الرأس و MEG ، والعبوات الناسفة المترجمة بواسطة MEG ، ومنطقة HFO المترجمة بشكل غازي مع iEEG. كان موقع الأقطاب الكهربائية داخل الجمجمة التي تحتوي على أكبر عدد من HFOs ، LA51 و LA52 و LA53 ، متوافقا مع نشاط HFO الموضعي بشكل غير جراحي وكلاهما متداخل مع منطقة بداية النوبة.
هذه هي الدراسة الأولى التي تبلغ عن توطين التذبذبات عالية التردد بين الكتل مع تسجيلات EEG و MEG المتزامنة التي تبحث أيضا في توافق نتائج التوطين مع تلك الناتجة عن التسجيلات داخل الجمجمة. يعد التسجيل غير الجراحي والكشف عن وتوطين التذبذبات عالية التردد أمرا صعبا لأن HFOs هي إشارات ضعيفة جدا تولدها مناطق دماغية صغيرة بترتيب ملليمترات مكعبة وتعيقها الضوضاء ونشاط الدماغ في الخلفية. حتى الآن ، تمكنت دراسات قليلة من إظهار أنه يمكن اكتشاف التذبذبات عالية التردد بشكل غير جراحي باستخدام تخطيط كهربية الدماغ وتخطيط الدماغ المغناطيسي وتوطين هذا النشاط عن طريق حل المشكلة العكسية.
إنإتقان البروتوكول المقترح وتحسينه وتقييمه سيوفر للأطباء علامة حيوية موثوقة وغير جراحية قابلة للتسجيل لتحديد منطقة الصرع. إن تطوير المؤشرات الحيوية لديه القدرة على تقليل متطلبات المراقبة طويلة المدى والتسجيلات الغازية داخل الجمجمة وتحسين إجراء التقييم قبل الجراحة لمرضى الأطفال المصابين بالصرع بشكل كبير.
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة منهجية موحدة لتسجيل الكشف والتحديد غير الباضع للتذبذبات عالية التردد (HFOs) في المرضى الأطفال الذين يعانون من الصرع المقاوم للعلاج الطبي. تستخدم هذه التقنية تسجيلات متزامنة من مخطط كهربية الدماغ (EEG) وتخطيط مغناطيسية الدماغ (MEG) لتحديد المنطقة الصرعية قبل التدخل الجراحي.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- الفيزيولوجيا الكهربية
- علم الصرع السريري
الخلفية
- التذبذبات عالية التردد (HFOs) هي علامات حيوية محتملة للصرع.
- التقنيات غير الباضعة ضرورية للمرضى الأطفال.
- كشفت الدراسات السابقة عن وجود HFOs ولكن القليل منها قد حدد مصادرها.
- يمكن أن يوجه فهم HFOs القرارات الجراحية في علاج الصرع.
هدف الدراسة
- لإنشاء طريقة موثوقة لكشف وتحديد HFOs بشكل غير باعض.
- لتحديد المنطقة الدماغية الصرعية المحتملة لإجراء استئصال جراحي.
- لمقارنة نتائج التحديد من EEG و MEG.
الطرق المستخدمة
- تسجيل متزامن لـ EEG و MEG من المرضى الأطفال.
- تطبيق بروتوكول موحد لوضع الأقطاب وتحضير الجلد.
- استخدام تقنيات متقدمة لتحليل البيانات لتحديد وتصور HFOs.
- تم إجراء التحديد المصدري باستخدام طريقة الاستنبات الأقصى بالضيقة الموجية على المتوسط (WMEM).
النتائج الرئيسية
- تم تحديد HFOs في نطاق تردد الريبل (80-150 Hz).
- أظهرت نتائج التحديد توافقًا بين نتائج EEG و MEG.
- أظهرت دراسات الحالة فعالية التقنية في تحديد المناطق الصرعية.
- تم التحقق من النتائج مقابل التسجيلات الباضعة حيثما كان ذلك متاحًا.
الاستنتاجات
- توفر المنهجية طريقة غير باعضية لتحديد HFOs في الأطفال.
- تعزز فهم المنطقة الصرعية في الصرع عند الأطفال.
- قد تحسن هذه التقنية النتائج الجراحية للمرضى الذين يعانون من الصرع المقاوم للعلاج.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Non-invasive detection and localization of high-frequency oscillations (HFOs) using simultaneous EEG and MEG offers a biomarker strategy to improve presurgical evaluation in pediatric epilepsy. This approach supports target validation by providing electrophysiological evidence of epileptogenic zones without requiring invasive intracranial recordings. Enhanced mechanistic de-risking through non-invasive HFO mapping can inform surgical planning and reduce reliance on long-term monitoring.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by localizing HFO generators concordant with interictal epileptiform discharges and seizure onset zones.
- Operational Value: Provides a reproducible method for source localization using wavelet maximum entropy on the mean (WMEM) on simultaneous EEG and MEG data.
- Predictive Value: Supports biomarker validation by demonstrating concordance between non-invasive scalp recordings and invasive intracranial EEG in pediatric patients.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Facilitates preparation of validated biological systems through standardized skin preparation, electrode placement, and impedance monitoring below 10 kiloohms.
- Quantitative Outputs: Enables detection of HFOs in the ripple band (80–150 Hz) that co-occur with interictal epileptiform discharges in both EEG and MEG signals.
- Reproducibility: Supports cross-platform validation by requiring HFO events to be present in both EEG and MEG and time-locked to marked interictal discharges.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Demonstrates how non-invasive HFO localization aligns with invasive intracranial recordings, supporting translation from discovery to preclinical validation.
- Disease-Relevant System: Applies to pediatric refractory epilepsy models where HFOs serve as biomarkers of epileptogenic tissue.
- Mechanistic De-risking: Reduces ambiguity in target identification by localizing HFO generators via inverse solutions and comparing them to clinically defined seizure onset zones.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by providing electrophysiological data that inform target identification and validation prior to lead optimization.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by localizing high-frequency oscillations to specific cortical regions using source imaging.
- Screening: Enables assay standardization through filtering (1 Hz high-pass, 70 Hz low-pass, 50/60 Hz notch) and artifact rejection via peripheral channel monitoring.
- Analytics: Generates source localization maps averaged over HFO event duration, visualized at 60% of maximum activation amplitude on cortical surfaces.
- Translational Research: Connects non-invasive scalp recordings to invasive validation, showing spatial concordance between HFO zones, interictal discharges, and intracranial electrode locations.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable protocol for multi-site studies requiring synchronized EEG-MEG acquisition and standardized source localization.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by providing non-invasive electrophysiological correlates of epileptogenic zones.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized electrode placement, impedance control, and dual-modality (EEG/MEG) signal requirements.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by reducing dependence on invasive monitoring and enabling earlier target confirmation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement by offering a non-invasive biomarker that aligns with surgical outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in electrophysiology, neuroimaging, and source localization techniques such as WMEM.
- Dependent on magnetoencephalography systems in magnetically shielded rooms and simultaneous EEG acquisition capabilities.
- Necessitates cross-team standardization between neurology, neurophysiology, and imaging groups for fiducial digitization and head shape modeling.
- Adaptation across model systems must account for developmental differences in head size and conductivity when applying the international 10-20 system.
- Practical limitations include the low amplitude of HFOs, susceptibility to noise, and the need for artifact rejection using peripheral channels (EOG, ECG, EMG).
