本文详细介绍了可在临床和研究环境中使用的脑电图与功能磁共振成像同步记录（EEG-fMRI）操作流程。同时包含了用于临床评估的脑电图处理步骤，以消除成像伪影。本研究以癫痫发作间期为例进行说明。
本文内容
摘要
摘要
脑电图与功能磁共振成像同步联合技术（EEG-fMRI）是一种独特的结合方法，可在理解和定位癫痫发作起始区方面提供协同作用。然而，已发表的EEG-fMRI记录实验方案未能详细说明在癫痫患者中实施此类操作的具体步骤，且这些方案仅限于研究环境。为了填补癫痫监测单元（EMU）中患者临床监测与针对癫痫患者开展研究之间的空白，我们提出了一种独特的癫痫患者发作间期EEG-fMRI记录方案。该方案采用一种磁共振条件性电极套装，该电极套装亦可用于癫痫监测单元中同步进行头皮脑电图与视频记录，从而实现从癫痫监测单元到扫描室的脑电图记录无缝过渡，便于开展同步EEG-fMRI记录。本文详细介绍了使用该特定磁共振条件性电极套装的记录流程，并逐步说明了脑电图数据处理步骤，以去除成像伪影，所得数据可用于临床审阅。本实验方案对传统的EEG-fMRI记录方法进行了改进，增强了其在临床（即癫痫监测单元）和科研环境中的适用性。此外，该方案还为在临床环境中拓展至发作后期的EEG-fMRI记录提供了可能。
引言
癫痫在全球影响近7亿人1。在癫痫控制不佳的患者中，每年约每150人中就有1人死于癫痫猝死（SUDEP）。此外，约30%–40%的癫痫病例对药物治疗无效2。对于药物难治性癫痫患者，神经外科治疗（包括切除术、离断术或神经调控）可能是一种改变生命甚至挽救生命的措施。
脑电图与功能磁共振成像同步联合技术（EEG-fMRI）是一种无创测量大脑活动的独特组合方法，已为理解及定位癫痫发作起始区提供了重要帮助3,4,5,6。头皮脑电图可用于判断癫痫发作起始区的侧别与位置，但由于其在评估深部致痫灶方面能力有限，空间分辨率相对较低。虽然功能磁共振成像在整个大脑（包括深部区域）具有良好的空间分辨率，但单独使用 fMRI 并不特异于癫痫发作。然而，头皮脑电图可为解释功能磁共振成像中血氧水平依赖（BOLD）信号的激活或去激活区域提供信息，从而生成一种针对癫痫特异性的 fMRI 技术。因此，同步 EEG-fMRI 的应用可用于绘制与定位癫痫事件“发生位置”和“发生时间”相关的时空过程。
关于如何进行同步脑电图-功能磁共振成像（EEG-fMRI）的说明已在先前的研究中有所阐述7,8,9,10。然而，EEG-fMRI 在癫痫领域的应用仍显不足，尤其是在临床环境中。已有研究提供了一般性的 EEG-fMRI 记录流程、背景知识以及可能的 EEG 分析示例7。此外，有研究关注在同步 EEG-fMRI 记录过程中结合催眠诱导和温度测量的方法8。另有研究提出扩展 EEG-fMRI 方法，以引入一种时空联合且受 fMRI 约束的 EEG 源成像技术9,10。同时，也有研究探讨使用碳纤维导线环有效去除 EEG-fMRI 中的伪迹10。然而，这些研究均未解决在临床研究环境中实施 EEG-fMRI 所面临的挑战。特别是，EEG 帽的使用限制了这些方案在临床环境中的可行性，且缺乏关于患者管理的具体细节。本研究提供了一种适用于癫痫患者临床与科研环境的 EEG-fMRI 记录方案。该独特方案可实现患者从癫痫监测单元（EMU）到扫描室的便捷转移。此外，该方案还具备将应用扩展至癫痫患者发作后时期记录的潜力。对于 EEG-fMRI 而言，数据后处理是去除由 MRI 梯度引起的伪迹以及心搏等生理伪迹的关键步骤。因此，我们还提供了使用标准模板去除法11逐步清除 EEG 伪迹的操作流程，以供临床审阅使用。
方案
本研究遵循肯塔基大学（UK）机构审查委员会批准的方案编号62050进行。
1. 受试者招募
- 纳入标准
注意：以下所有标准必须同时满足。- 纳入被诊断为难治性局灶性癫痫且符合癫痫手术评估条件的受试者。
- 纳入年龄在18至60岁之间的受试者。
- 纳入有生育能力的女性受试者，前提是其采用避孕措施；纳入无生育能力的女性受试者（绝经至少2年、双侧卵巢切除或输卵管结扎、全子宫切除）。
注意：根据常规医疗标准，有生育能力的女性入院癫痫监测单元（EMU）后需进行妊娠检测。 - 纳入计划入院癫痫监测单元（EMU），诊断为难治性局灶性癫痫或需进行癫痫发作特征评估的受试者。
- 排除标准
- 排除患有严重幽闭恐惧症的受试者。
- 排除体内有植入式医疗设备或金属异物的受试者，此类情况通常不符合磁共振成像（MRI）检查条件；在扫描前将由MRI技术人员常规筛查。
- 排除妊娠或哺乳期的受试者。
- 排除患有任何已知的医学或精神疾病，经研究者判断可能危及受试者安全，或影响其参与本研究能力，或妨碍其可靠参与研究的受试者。
注意：患者签署同意书并同意参加本研究后，一旦被收治入癫痫监测病房（EMU），将遵循以下步骤。
2. 电极放置
- 根据10-20系统在患者头皮上标记电极位置。
注意： 图1 显示一个由32个电极组成的选区。- 通过将测量尺从鼻根经头顶正中点延伸至枕外隆凸，测量并标记患者头皮的头部正中线测量 A：矢状面).
- 标记50% 测量 A 从鼻根至枕外隆凸。该标记指示电极的位置 Cz 位置
- 标记10%的 测量 A 从鼻根到标记的Cz点。该标记指示电极的位置 Fpz 位置
- 标记10%的 测量 A 从枕外隆凸到指定的Cz点。该标记指示电极的位置 Oz 位置
- 标记20%的 测量 A 从指定的Cz到Fpz。该标记表示电极的 Fz 位置
- 标记20%的 测量 A 从指定的Cz电极到Oz电极。该标记表示电极的 Pz 位置
- 从左侧耳前点经头顶中点至右侧耳前点测量并记录患者的头围测量 B：冠状面).
- 标记50% 测量 B 并确保此位置与所指示的位置重叠 Cz 位置
- 标记10%的 测量 B 从左侧耳前点到Cz点。该标记指示电极的位置 T3 位置
- 标记10%的 测量 B 从右侧耳前点到Cz点。该标记指示电极的位置 T4 位置
- 标记20%的 测量 B 从指定的Cz到T3。该标记表示电极的 C3 位置
- 标记20%的 测量 B 从指定的Cz到T4。该标记表示电极的 C4 位置
- 测量并记录患者头部周长，测量时需经过标记的Fpz点和Oz点测量C：横断面).
- 标记10%的 测量 C 从Fpz向左和向右。这些标记表示电极的 Fp1 和 Fp2 相应的位置。
- 标记10%的 测量 C 左侧和右侧来自 Oz。这些标记指示电极的 O1 和 O₂ 相应位置。
- 标记20%的 测量 C 左侧来自Fp1，右侧来自Fp2。这些标记表示电极的 F7 和 F8 相应的位置。
- 在冠状面上测量并记录 F7 与 F8 之间的距离（测量 D：冠状面).
- 标记50% 测量 D，并确保先前标明的 Fz 相互重叠。
- 标记25% 测量 D 从 F7 指向 Fz，以及从 F8 到 Fz。这些标记表示电极的位置 F3 和 F4 相应的位置。
- 测量从鼻根点经Fp1和O1至枕外隆凸的距离，确保该测量距离的50%与先前标记的C3位置重叠。
- 测量从鼻根点经Fp2和O2至枕外隆突的距离，确保该测量距离的50%与先前标记的C4位置重叠。
注意：以相同方式，可标记颞叶和顶叶上的电极位置，包括 T5, P3, P4，以及 T6此外，任何其他电极位置，例如 TP9, TP10, FT9，以及 FT10可根据与10-20系统电极分布的相对距离进行标记。电极的数量及其分布可根据预期分析和研究重点确定。
- 使用纱布蘸取皮肤准备凝胶清洁患者头皮。
- 在其中一个电极杯上涂抹导电膏。根据电极导线上的通道名称，将电极放置于患者头皮相应位置。
注意：对于同步进行的脑电图-功能性磁共振成像（EEG-fMRI）记录，必须使用磁共振条件性电极，且建议在癫痫监测单元（EMU）中采用美国食品药品监督管理局（FDA）批准的电极。 - 重复将凝胶和电极放置于受试者头皮（步骤2.3），直至完成所有电极的安放图2A).
注意：与磁共振条件兼容电极相连的电缆较短，以缩短至连接端口的距离，从而最大限度地减少磁共振伪影。因此，在放置电极时，需考虑电极的位置，并仔细安放，确保电缆有序布置。此外，务必确保导线无任何环路，因为环路可能在扫描仪内产生热量并导致灼伤。 - 使用纱布上的胶水将所有电极粘附在患者的头皮上。整理所有电极导线，并通过在受试者头部中央放置纱布垫，将导线连接处远离头皮图2B，红色箭头）。
注意：此步骤至关重要，可避免成像伪影。 - 用自粘性绷带包裹所有电缆接头（图中蓝色椭圆所示） 图2B).
注意：建议执行此步骤，以在记录过程中固定连接。 - 戴上弹性头套以固定所有电极。将连接电极的束带与放大器相连。开始同步记录脑电图与视频。
3. 脑电图-功能磁共振成像记录
注意：对于脑电图-功能磁共振成像（EEG-fMRI）记录，使用磁共振条件兼容的脑电图记录系统，以及在癫痫监测病房（EMU）入院初期放置的磁共振条件兼容电极。
- 在监测室内，使用电缆将USB 2适配器连接到Triggerbox套件（白色粗电缆） 图3A).
注意：USB 2 适配器用于将其他硬件与计算机连接，Triggerbox 套件用于调节由扫描仪生成的触发信号，以便在 EEG 记录软件中检测到该信号。 - 将 Syncbox 通过线缆连接到 USB 2 适配器（使用黑色粗线缆） 图3B).
注意：Syncbox 的作用是同步来自放大器和扫描仪梯度切换系统的时钟信号。 - 在监测室内，将光纤电缆的一端连接到 Syncbox图3C 左侧），并将另一端穿过与扫描室相连的隧道。
- 将USB 2适配器的USB端口线缆连接到记录计算机（星号标记处 图3B）。将 Syncbox 上的 USB 端口线缆连接到记录计算机（星号标记处 图3C）。将Triggerbox的USB端口线缆连接到记录计算机（星号标记处 图3D）。将软件授权加密狗连接至记录用计算机。
注意：总共需要使用四个 USB 端口，使用多端口 USB 集线器有助于统一管理。 - 在扫描仪内安装脑电图记录放大器及MR-sled套件。
警告：实验人员必须移除所有金属或磁共振敏感物品。实验人员需完成相应培训，方可进入磁共振成像扫描室进行记录操作。
注意：建议在进行记录前将放大器电池充满电。 - 将扫描室内的光纤电缆末端连接到放大器背面图 4D）并打开放大器。
注意：光纤电缆的另一端连接至监控室内同步盒（Syncbox）。 - 当设备安装完成后，通过点击计算机屏幕上的软件图标来打开脑电图（EEG）记录软件。在记录软件中，通过点击 新工作区 菜单下方 文件 窗口左上角的标签。
- 单击以设置新数据的存储文件夹路径 浏览 按钮。
- 在空白框中输入数据名称 前缀 并在黑色方框中插入数字以指定编号索引 最小计数器尺寸 [位数] 和 当前数量.
- 确认文件名在下方正确显示后 下一个生成的文件名，点击 下一步.
- 单击以扫描放大器 扫描放大器 左上角创建窗口中的按钮。通过选择所列的相应选项，设置适当的参数，包括采样率以及记录时的低截止频率和高截止频率。 采样率，低截止 和 高截留分子量 （参见 图5).
注意： 采样率 设置为 5,000 Hz，以充分采集来自扫描仪的梯度伪影信号。A 低截留分子量 插入10 s的间隔以防止直流（DC）饱和（记录仪软件中使用的时间单位），并且一个 高截留分子量 将采样频率设置为250 Hz，以在信号进入模数转换器之前限制梯度伪影的幅度。 - 设置fMRI的扫描仪参数。
注意：一种可能的静息态fMRI BOLD采集参数设置为回波平面成像序列（TR/TE = 1360/29 ms，翻转角 = 65°，覆盖全脑的54层切片，视野 = 260 mm × 260 mm，分辨率 = 2.5 mm各向同性体素）。fMRI参数设置的具体细节可根据记录目的进行调整。 - 关闭扫描仪的氦气泵，以进一步减少对脑电图信号的伪迹干扰。
注意：关闭氦气泵可能导致液氦损耗或屏蔽层温度升高。因此，强烈建议与扫描仪供应商确认，关闭氦压缩机是否会对他们的磁共振成像系统造成严重影响。 - 将患者转移至扫描等候室，向患者解释记录过程。
注意：建议在患者到达之前完成所有记录设备的设置。 - 清洁患者背部，在其左肩下方准备放置心电图（ECG）导联的位置。在ECG导联上涂抹研磨性电解质凝胶，并将其置于患者左侧背部。
注意：该电缆长度较短，因此放置心电图导联时，切勿用力牵拉或将导联置于背部过低位置；距离肩部下方约5 cm处为宜。将心电图导联置于背部可最大限度减少运动伪影。 - 在记录过程中，使用胶带将心电图导联线和电缆固定，以尽量减少扫描伪影。断开脑电图背带，将脑电图电缆接头连接至接口盒图4B).
- 将患者转运至扫描室。让患者仰卧于扫描床上，头部置于头部线圈的开放式下半部分。
警告：受试者身上任何金属或磁共振敏感物品均须移除。
注意：患者躺下时，应支撑其背部。 - 佩戴耳塞以降低扫描仪的噪音。在患者头部周围放置缓冲垫，以尽量减少头部运动伪影。
- 连接头部线圈的上半部分以闭合 "鸟笼" 缠绕在患者头部周围。调节床的高度。将接口盒连接至放大器（图4C).
注意：还应使用胶带固定从接口盒引出的电缆，以尽量减少扫描伪影（白色包裹物） 图4B). - 将磁共振兼容的沙袋放置在电缆周围，以在记录过程中尽量减少磁共振伪影图 4C)。扫描室内的所有设置完成后，移至监控室。
- 通过监控室内的话筒与患者沟通，解释正在进行软件设置的额外步骤。
注意：实验人员可通过扫描室内的内置扬声器和监控室内的麦克风进行交流。 - 通过单击检查 EEG 电极的阻抗 阻抗检查 点击计算机上打开的录音软件窗口左上角的按钮。向患者确认其已准备好开始录音。
注意：在扫描过程中，实验人员通过扫描室内的摄像头监测患者状况，并通过监控室内的麦克风进行沟通。 - 通过点击开始脑电图记录 播放 点击录制软件左上角的按钮。运行fMRI采集扫描。
警告：如果患者报告由于记录环境（包括噪声）引起不适，实验人员应立即停止记录程序。
4. 脑电图伪迹去除
注意：以下描述详细说明了如何去除从同步 EEG-fMRI 记录获得的 EEG 数据中的扫描仪伪迹。图6 展示了处理流程及代表性示例。
- 打开脑电图（EEG）分析软件。
- 应用磁共振（MR）伪影校正。
- 点击 Transformations > Special Signal Processing > MR Correction 选项卡。当弹出一个小窗口时，选择 Use Markers，从扫描仪中选择一个触发信号，然后点击 Next。
注意：此步骤指定来自扫描仪的触发信号，并将其用作参考以去除MR伪影。 - 选择 Interleaved 和 Based on Time 选项，输入触发信号的时间信息，然后点击 Next。
注意：在采集的数据中，V1为触发信号，可根据V1触发间隔插入以下数值：开始时间 [ms]：-2；结束时间 [ms]：1,358；持续时间 [ms]：1,360。触发信号的标签及其详细设置可能因扫描仪配置而异。 - 在接下来的窗口中，勾选 Enable Baseline Correction for Average ，取消勾选 Compute Baseline Over the Whole Artifact。输入 Start [ms] 和 End [ms] 的数值，并选择 Use Sliding Average Calculation。
注意：此设置允许基于滑动窗口进行基线校正。 - 输入 Sliding Average的总区间数（Total Number of Intervals for Sliding Average），勾选 所有通道共用坏区间及校正（Common Use of All Channels for bad Intervals and Correction），然后点击 Next。
注意：Total Number of Intervals for Sliding Average 可设为21。 - 选择 Use All Channels for Correction，然后点击 Next。
- 勾选 Do Downsampling ，并将 New Frequency [Hz] 设为 500 。勾选 Apply Lowpass Filter ，选择 Use FIR Filter，将 Cut-off Frequency [Hz] 设为 70 ，然后点击 Next。
- 完成所有设置后，选择一个 Store Corrected Data 选项，然后点击 Finish。
注意：可选择 Store Data Uncompressed in History File 作为 Store Corrected Data 选项。可根据具体目的选择不同选项。点击 Finish 后，中间将弹出一个小型的 Scanner Artifact Correction 窗口，显示处理进度。该MR校正过程所需时间取决于EEG数据的大小。
- 点击 Transformations > Special Signal Processing > MR Correction 选项卡。当弹出一个小窗口时，选择 Use Markers，从扫描仪中选择一个触发信号，然后点击 Next。
- 通过高通滤波器去除直流（DC）成分。点击 Transformation > Data Filtering > IIR Filters 选项卡。在新弹出的窗口中，勾选 Low Cutoff 下的 Enabled 选项。将截止 Frequency [Hz] 设为 0.5，滤波器 Order 设为 2，然后点击 OK。
- 去除心球冲击伪影（cardioballistic artifacts）。
- 点击 Transformations > Special Signal Processing > CB Correction 选项卡。在随后打开的窗口中，选择 Use Peak Detection 并勾选 Semiautomatic Mode。
- 在 Search Pulse Template 区域中，将 Start[s] 设为 60 ，Length[s] 设为 20。勾选 Mark Found Template ，并确保选择了正确的ECG通道。
- 为 Pulse Rate 和 Correlation and Amplitude 输入合适的参数，在 Mark Pulses with R-Peak Markers 中输入 R，然后点击 Next。
注意：Pulse Rate [ms] 的建议值为 1000 ± 400 ，Pulse Rate [bpm] 的最小值为 43 ，最大值为 100。具体的 Pulse Rate 数值取决于受试者的ECG范围。此外，Correlation Trigger Level 可设为 0.6 ，Amplitude Trigger Level 的最小值为 0.3，最大值为 1.4。 - 勾选 Use Whole Data to Compute the Time Delay。输入 用于平均的脉冲区间总数（Total Number of Pulse Intervals Used for Average）。
注意：Total Number of Pulse Intervals Used for Average 可设为21。 - 在 Correct Following Channels 区域中，将所有EEG通道移至右侧列，但保留ECG通道不移动，然后点击 Next。
- 在下一页中，根据需要选择一个 Store Corrected Data 选项，然后点击 Finish。
注意：点击 Finish 后，软件右侧将出现一个 CB Correction-Interactive Mode 窗口。 - 滑动底部 Navigation Bar 的时间轴，查看基模板ECG是否以蓝色阴影框高亮显示。确认ECG的基模板已正确标记。
注意：双击ECG通道名称，可仅显示该通道以便审查。根据需要手动调整峰值或区间。在软件右侧的 CB Correction-Interactive Mode 窗口中，异常模式的ECG会以表格形式按顺序列出，并在ECG轨迹上以红色垂直线标示。 - 在 CB Correction-Interactive Mode 窗口中，通过双击表格中对应的行来逐一检查已标记的ECG。根据需要移动红色垂直线，调整检测到的峰值位置。完成所有ECG的审查后，点击 Finish。
注意：通道初始仅包含红色和绿色标记。绿色标记表示有效检测，红色标记表示未满足全部条件的潜在脉冲峰值。手动修改后，红色标记将变为黄色。在校正异常ECG时，需确保每个峰值位置及各ECG间的时间间隔保持一致。
- 应用陷波滤波器去除电源线和交流电（AC）噪声。点击 Transformation > Data Filtering > IIR Filters 选项卡。在打开的窗口中，勾选 Notch Enabled，选择 Frequency [Hz]，然后点击 OK。
注意：频率选择可根据记录所在国家选择50 Hz或60 Hz。陷波滤波器在最后一步应用，有助于ECG检测，同时为临床EEG审查提供便利。
结果
当患者被收治到癫痫监测单元（EMU）时，会同步记录头皮脑电图（EEG）和视频。神经科医生进行EEG监测的一个目的是评估是否存在癫痫样放电，这可能有助于确定癫痫发作的起源部位。当某些特定EEG通道表现出异常动态时，这些电极的位置可与癫痫发作的定位相关联。在发作间期，传统上将包括棘波和尖波在内的发作间期癫痫样放电（IEDs）视为癫痫发生区域的标志。此外，获取的发作间期EEG-fMRI数据记录有助于理解并定位癫痫发作。为了验证该EEG-fMRI记录及EEG处理方案的有效性，我们通过将预处理后的EEG与EMU获得的EEG进行比较来评估EEG质量，并确认在两种情况下均观察到了相同的可区分EEG特征。
局灶性δ慢波活动通常提示存在潜在的脑结构病变，或神经元功能异常的区域，这种情况常在脑卒中、头部外伤、脑部感染或痴呆后观察到。然而，局灶性癫痫患者也常在癫痫发生区附近或其位置表现出局灶性δ活动。此外，尽管局灶性δ活动的特异性不如痫样放电（IEDs），但它仍可指示与癫痫发作起源部位相对应的局部结构性病理改变12。进一步研究表明，脑电图（EEG）中的局灶性发作间期慢波与功能性磁共振成像（fMRI）上所见的局灶性BOLD激活区域相吻合，该激活区域与部分性癫痫患者的癫痫发生区一致13。
值得注意的是，在颞叶起始型癫痫中，有时会出现一种称为颞部间歇性节律性δ活动（temporal intermittent rhythmic delta activity, TIRDA）的δ活动，被认为等同于痫样放电（IED）14。相反，颞部间歇性多形性δ活动（temporal intermittent polymorphic delta activity, TIPDA）则不被视为IED等同表现15。在处理后的脑电图数据中，可见明确的左侧颞部局灶性慢波（TIPDA），该现象在癫痫监测单元（EMU）记录的脑电图中被观察到（图7）。尽管这种δ活动不属于IED等同表现，但它提示存在左侧颞叶神经元功能障碍。
图1：同步脑电图-功能性磁共振成像记录中32个电极选择的示例。 在临床实践中，通常采用21个通道进行脑电图监测。为了满足进行脑电图源成像（ESI）所需的最少电极数量，额外增加了11个通道，以实现对整个头部的覆盖。所有电极均采用金杯电极，以避免磁共振效应。图中使用不同颜色区分各个电极，且颜色与实际电缆颜色相对应。底部每个矩形框代表一个需连接至线束的接点，该线束将连接至放大器以进行信号记录。 请点击此处查看该图的放大版本。
图 2：电极放置位置。（A）电极在患者头皮上的放置位置，以及（B）电缆连接处的布置方式。A 和 B 中的左侧图像为患者头部的顶前视图，右侧图像为左侧视图。B 中的红色箭头指示纱布垫的放置位置，有助于避免成像伪影。B 中蓝色圆圈标注的区域显示了电缆连接处的排列方式。请点击此处查看该图的放大版本。
图3：监测室内的设备连接。（A）USB 2 适配器、Syncbox 和 Triggerbox 连接的总体示意图；（B）USB 2 适配器与 Syncbox 电缆连接的详细图示，（C）Syncbox 与光纤电缆的连接，以及（D）Triggerbox 内的电缆连接。图（B）、（C）和（D）中标有星号的位置表示需连接至记录用计算机的 USB 电缆接口。Mullinger 等人7中的图1提供了脑电图（EEG）记录系统及其硬件间所需连接的示意图。请点击此处查看该图的放大版本。
图 4：扫描室内的设备连接。（A）扫描仪中脑电图放大器连接的概览。（B）从接口盒引出的缠绕电缆，用于连接脑电图电极（红色电缆用于心电图测量）。（C）接口盒与脑电图放大器的连接，以及放置用于减少磁共振伪影的磁共振安全沙袋。（D）放大器（上方）和电池（下方）的连接，以及从监控室的同步盒（Syncbox）到放大器的光纤电缆连接。请点击此处查看此图的放大版本。
图 5：脑电记录软件中工作区设置的截图。 通道数量和采样率可在放大器设置中进行设定。此外，如有需要，可通过点击底部的表格修改每个通道的具体参数。请点击此处查看该图的放大版本。
图6：脑电图伪影去除流程及代表性示例。 左下方显示原始脑电图信号。中间下方图为对原始脑电图应用磁共振伪影校正和0.5 Hz高通滤波后的脑电图信号。右下方图为对处理后的脑电图进一步应用CB伪影校正和60 Hz陷波滤波后的脑电图信号。所有脑电图信号均以公共参考模式显示，以便有效观察每个处理步骤对各记录通道的影响。请点击此处查看该图的放大版本。
图7：同步脑电-功能磁共振成像记录（左）与癫痫监测单元（EMU）记录的脑电图（右）处理后的比较。 红圈标示出相同导联上的局灶性左侧颞区慢波。脑电图波形采用双香蕉排列格式显示，这是临床上惯用的显示方式。请点击此处查看该图的放大版本。
讨论
该实验方案的独特之处在于，能够使癫痫患者从癫痫监测单元（EMU）平稳过渡至扫描室，因而可同时适用于临床和科研环境。使用经美国食品药品监督管理局（FDA）批准的磁共振条件性电极，对于在EMU期间进行临床记录以及在不拆除或更换患者头皮电极的情况下安全转移至磁共振成像（MRI）设备而言，是至关重要的组成部分。在EMU中，磁共振条件性电极连接至放大器，以实现同步的视频和脑电图（EEG）监测。对于EEG-fMRI记录，可使用磁共振条件性EEG放大器和MRI扫描仪，并配备一个20通道头部线圈，以适应电极组及其连接导线的尺寸。必须注意的是，在对癫痫患者开展同步EEG-fMRI记录之前，强烈建议先对健康受试者进行一次测试运行，以确认所有设备正常工作，并熟悉每个必需的操作步骤。
此外，团队的具体组织和患者的谨慎选择在本方案中也起着重要作用。为了适用于临床和研究环境，需要组建一个由癫痫专家、护理人员、脑电图技术员和工程师组成的结构化团队。在患者选择方面，必须严格考虑上述列出的纳入和排除标准。
此外，需要强调的是，在进行基于脑电图（EEG）信息的脑功能磁共振成像（fMRI）分析时，必须存在明确的脑电图关键特征，以指导相应的血氧水平依赖（BOLD）信号变化。因此，在开展EEG-fMRI同步记录时，应优先考虑那些既往已表现出目标脑电图特征的患者。在癫痫患者的发作间期，痫样放电（IEDs）是一种异常的、提示具有致痫潜能的公认脑电图特征，可作为参考BOLD信号变化的依据16，尽管本文示例未包含此类情况。当研究目标为获取发作间期EEG-fMRI记录中的IEDs时，实验人员应选择在头皮脑电图中观察到频繁IEDs（每小时至少三次）的患者，以确保扫描期间有足够的痫样放电事件。IEDs的数量可通过癫痫监测单元（EMU）中的脑电图监测确定，或参考受试者既往脑电图记录中观察到的IEDs频率（如已有数据）。所获得的发作间期EEG-fMRI数据有助于理解并可能定位癫痫发作起始区17。
在完成伪迹去除步骤并获得干净的脑电图（EEG）信号后，可进一步进行脑电图分析。例如，可通过应用标准化低分辨率脑电磁断层扫描（sLORETA）18 进行脑电图源成像（ESI），以估计大脑皮层表面相应的电活动。通过基于患者磁共振成像（MRI）数据，采用边界元方法构建的头部、外颅骨、内颅骨和皮层层次模型，计算引导场矩阵，并对其进行逆运算，即可获得估计的源活动19。目前有多种公开可用的工具箱可用于实现脑电图源成像，其中 Brainstorm 是一种广泛使用的基于 MATLAB 的工具箱20。
当使用处理后的脑电图（EEG）进行脑电图源成像（ESI）时，必须仔细考虑电极的总数及其分布，以确保能够合理覆盖整个头部。实施ESI所需的最少电极数量为32通道21,22，这超过了临床环境中常规使用的电极数量。因此，建议增加额外通道，以在头部实现合理间距的全面覆盖。本研究中的通道选择包括21个在临床EEG监测中常规使用的通道，以及额外的11个通道，以实现对整个头部的全面覆盖（图1）。
此处未包含fMRI分析的详细信息，因为这超出了本研究的范围。然而，一种可能的方向是采用脑电图指导的功能磁共振成像（fMRI）分析23。例如，可以将痫样放电（IEDs）的发生时间保存为事件触发信号，与fMRI数据进行关联，从而进行常规的事件相关fMRI分析。在此情况下，可采用广义线性模型分析来识别在IEDs发生时fMRI信号发生改变的脑区。
我们指出，最近一项已发表的研究10表明，当需要更稳健的伪影去除技术时，可以使用碳纤维导线环系统16。然而，我们需要说明的是，碳纤维导线环系统与我们在实验中使用的磁共振条件兼容电极的整合尚未得到研究。
尽管本研究主要关注癫痫的发作间期，但所介绍的同步EEG-fMRI方案还可进一步扩展至发作期或发作后期。然而，当考虑任何自定义设置时，必须遵循特定的注意事项。对于发作后期，我们意识到的一个重要问题是，患者在转运至MRI室之前已给予苯二氮䓬类药物。关于脑电图的频谱分析，已有报道表明苯二氮䓬类药物并不一定会改变特定的频段24,25，即使存在轻微变化，也仅局限于躯体感觉运动区26或额叶27。此外，在同步EEG-fMRI研究中，与生理盐水注射对照相比，注射苯二氮䓬类药物后，delta频段EEG与BOLD信号的相关性未见改变27。BOLD信号仅在Heschl回和辅助运动区的小范围区域出现下降。
披露
作者声明，本研究是在不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
致谢
本工作部分得到了肯塔基大学医学院、研究副校长办公室、UK HealthCare 以及肯塔基大学研究优先领域项目的资助，属于医学院联盟计划的一部分，同时也得益于肯塔基大学电气与计算机工程系为 Jihye Bae 博士提供的启动资金。作者感谢参与录音的志愿者，以及癫痫-神经影像研究联盟团队成员，特别感谢 Brian Gold 博士对联盟团队的领导，Sridhar Sunderam 博士在研究方面的指导，以及 Susan V. Hollar 和 Emily Ashcraft 在患者护理与管理方面所做的贡献。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3T Magnetom Prisma fit 磁共振成像扫描仪 | Siemens Healthineers | ||
| Abralyt HiCl，10 克 | EASYCAP GmbH | 用于心电图电极的导电凝胶。 | |
| BrainAmp MR plus 32 通道 | Brain Products GmbH | S-BP-01300 | |
| BrainVision Analyzer 版本 2.2.0.7383 | Brain Products GmbH | 脑电图分析软件。 | |
| BrainVision 接口盒 32 输入 | Ives EEG Solutions, LLC | BVI-32 | |
| 带加密狗的 BrainVision Recorder 许可证 | Brain Products GmbH | S-BP-170-3000 | |
| BrainVision Recorder 版本 1.23.0003 | Brain Products GmbH | 脑电图记录软件。 | |
| 火棉胶（非弹性） | Mavidon | 用于固定脑电图电极的胶水。 | |
| 光纤电缆（30 米单线） | Brain Products GmbH | S-BP-345-3020 | |
| 金杯电极组，32 通道 | Ives EEG Solutions, LLC | GCE-32 | 当多位受试者的癫痫监测单元（EMU）住院时间重叠或接近时，建议配备 2 个或以上。 |
| 金杯电极 | Ives EEG Solutions, LLC | GCE-EKG | |
| 32 导可重复使用导联线束 | Ives EEG Solutions, LLC | HAR-32 | 当多位受试者的癫痫监测单元（EMU）住院时间重叠或接近时，建议配备 2 个或以上。 |
| MR 滑轨套件，包括 100% 和 75% 长度的底板、每块底板配套的低剖面（3 厘米）支撑腿、斜坡以及绑带系统，按手动配置提供 | Brain Products GmbH | BV-79123-PRISMA SKYRA | |
| Natus NeuroWorks EEG | Natus | 癫痫监测单元（EMU）中用于脑电图监测的软件。 | |
| Nuprep 皮肤准备凝胶 | Weaver and Co. | ||
| 被动式启动套装，包含耗材（凝胶、注射器、分配尖端、粘合垫圈等），便于开箱即用的数据采集 | Brain Products GmbH | S-C-5303 | |
| SyncBox 完整版 扩展盒，用于相位同步记录 | Brain Products GmbH | S-BP-02675 | Syncbox |
| syngo MR XA30 | Siemens Healthineers | 用于磁共振成像扫描仪的软件。 | |
| Ten 20 导电神经诊断电极膏 | Weaver and Co. | 用于脑电图电极的导电凝胶。 | |
| BrainAmp 用 TriggerBox 套件 | Brain Products GmbH | S-BP-110-9010 | Triggerbox；该套件可扩展来自扫描仪的触发脉冲宽度，使触发信号能在 BrainVision Recorder 上被正确检测。是否需要此套件取决于扫描仪提供的触发信号特性。 |
| Xltek EMU40EX 放大器 | Natus | 癫痫监测单元（EMU）中使用的一种放大器。 |
参考文献
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