Name: 同时用脑磁图和脑电图为小儿癫痫的生物标志物检测发作间期高频振动 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 22 s
Description: 了解同步脑电图与脑磁图检测小儿癫痫发作间期高频振荡的非侵入性方法。该技术利用WMEM源定位法识别致痫区，为术前评估提供可靠的生物标志物，改善难治性癫痫患儿的手术预后。

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本工作由癫痫基金会与美国癫痫学会研究资助计划以及哈佛医学院教师职业发展奖学金（Faculty Career Development Fellowship）和教师发展办公室资助。

作者无任何利益冲突需要披露。

来自动物和人类研究的汇聚证据表明，高频振荡（HFOs）是致痫组织的一种新型潜在生物标志物。尽管有这些证据，HFOs在癫痫的临床诊断或监测中应用仍非常有限，主要原因包括：（i）目前尚无关于HFOs的正式且全球统一的定义；（ii）不同的研究团队在数据记录和分析方面采用的方法各不相同；（iii）利用神经影像技术无创检测HFOs具有挑战性；（iv）HFOs的审阅过程耗时且不切实际，尤其是对于传感器数量众多的多通道脑电图（EEG）或脑磁图（MEG）记录。为了推动HFOs在临床实践中系统化应用，本文介绍了波士顿儿童医院用于从癫痫患儿中无创记录、检测和定位发作间期HFOs的标准方法。此外，还展示了两名药物难治性癫痫患儿通过同步头皮EEG和MEG检测到的HFOs的代表性结果。
实验方案中的关键步骤
本研究提出的方法包括以下关键步骤：（i）对药物难治性癫痫儿科患者进行高信噪比（SNR）的脑电图（EEG）与脑磁图（MEG）同步记录，采集发作间期活动数据（步骤 2.1.1 和 2.1.2）；（ii）对包含发作间期放电的数据进行细致的预处理与筛选（步骤 3.1 和 3.2）；（iii）以高特异性对识别出的高频振荡（HFOs）事件进行视觉审查（步骤 4.3.1、4.3.2 和 4.3.3）；以及（iv）采用合适的定位方法对 HFOs 进行可靠定位（步骤 5.2）。
本方案中最关键的步骤是对自动检测器识别出的高频振荡（HFO）事件进行视觉复核。严格审查自动检测到的HFO对于排除非脑源性HFO至关重要。然而，在对多通道脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）数据进行视觉检查过程中，人工审阅者可能因疲劳或注意力分散而出现错误，从而降低检测过程的特异性。
修改与故障排除
为了避免这些方法的应用对高频振荡（HFO）活动造成扭曲，我们未采用信号空间投影（Signal Space Projection, SSP）和信号空间分离（Signal Space Separation, SSS）方法72,73。特定MEG设备的大多数用户通常使用这些方法来抑制外部干扰并校正头部运动72。然而，仍需进一步研究以确认这些方法的应用是否会影响或扭曲HFO活动，或是否会产生类似人类HFO的伪迹效应。可能需要对信号包络z分数的最低阈值（步骤4.1.1.3）以及激活值的阈值（步骤5.2.6）进行微调，以提高算法在HFO检测中的敏感性，并将HFO区域的定位限制在更局灶的范围内。
该技术的局限性
所述方法存在一些局限性，需在今后的研究中进一步解决。首先，该方法未考虑仅出现在脑磁图（MEG）或脑电图（EEG）信号中的高频振荡（HFOs），且未包含对MEG信号中HFOs的自动检测，这意味着一些实际存在的低信噪比MEG HFOs可能在视觉检查中被遗漏74。此外，该方法检测HFOs的敏感性和特异性，以及其高精度定位HFOs的能力，尚需通过同步记录的头皮EEG、MEG和颅内EEG（iEEG）数据加以验证75。我们的数据显示，单个等效电流偶极子（ECD）所提示的激惹区范围较局灶性HFOs区域更广泛。然而，当对ECDs进行平均处理后，两位患者的偶极子定位均非常接近HFOs区域。这些数据提示两种方法具有特异性，其中HFOs区域在致痫性方面可能具有更高的特异性（尤其是对于HFOs区域与癫痫发作起始区（SOZ）重叠的患者2），相较于激惹区而言，但由于患者样本量过小，尚无法得出确切结论。更为重要的是，HFOs源的定位并不能直接等同于定位引发癫痫发作的癫痫灶（EZ）。我们的研究结果需要通过癫痫手术的术后疗效来加以验证，这将在未来的研究中进行。最后，本研究采用70通道系统记录EEG数据，而目前大多数临床中心仍使用标准的19导电极、依据10-20系统布设的常规临床EEG设置。市场上现已提供更为先进的儿科EEG系统，通道数可高达256。使用此类高密度系统可能进一步提高通过头皮EEG检测到的HFOs区域的定位准确性。
该技术相对于现有/替代方法的重要性
据我们所知，本研究是首个报道通过同步脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）无创定位发作间期高频振荡（HFOs），并进一步探讨其定位结果与颅内记录结果一致性的研究。HFOs的无创记录、检测与定位具有挑战性，因为HFOs是由体积仅为立方毫米量级的微小脑区产生的极微弱信号16,76，且易受噪声和脑背景活动的干扰。最近一项研究提出，通过头皮EEG无创记录到的HFOs代表了多个空间分布的局灶性且协调的活动源的总和60。迄今为止，仅有少数研究28,29,37,38,60成功证明可通过头皮EEG和MEG无创检测HFOs；而进一步通过求解逆问题对这些活动进行源定位的研究则更为稀少37-38。
本文展示了从两名癫痫患儿中通过同步头皮脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）检测到的发作间期高频振荡（HFOs）的证据。HFOs的定位采用了一种先前描述过的分析框架38。代表性数据表明，只要采用适当的定位技术，利用头皮EEG或MEG记录进行源成像，即可实现对发作间期HFOs的无创定位。这一结果与之前一项使用模拟HFOs发生源的体模实验研究一致，该研究指出HFOs可通过MEG进行无创检测并准确地定位32。
传统上，发作间期高频振荡（HFOs）的检测与标记依赖脑电图（EEG）专家对数据进行目视检查。尽管该方法常被视为金标准，但仍存在严重局限性，因其评审者间可靠性较差77,78，且难以应用于传感器数量众多的大规模脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）数据集。将HFOs应用于临床实践的关键在于开发能够从头皮记录中自动检测HFOs的算法，从而减少对人工干预的依赖。事实上，头皮HFOs的目视识别极具挑战性，原因包括：（i）头皮上HFOs的信噪比（SNR）较低；（ii）与颅内记录相比，头皮记录中HFOs的发生率较低，这意味着需要分析更长时间的记录数据；（iii）需要分析的通道数量众多，尤其是在高密度EEG或MEG中。过去十年中，已提出多种用于HFOs自动或半自动检测的算法54。早期检测器依赖于时域中的阈值设定，以识别可与持续背景活动相区分的事件49,80。近期进展则建议同时结合频域信息，假设HFO必须表现为在特定频率处具有孤立频谱峰的短暂事件50,56,81。半自动方法似乎是将HFOs应用于临床实践的最合适策略。该方法包含两个阶段：（i）首先通过高灵敏度的自动检测初步识别事件；（ii）随后由专家进行目视复核，以实现高特异性。相比完全自动化方法，该策略具有更高的特异性，并确保最终确认的事件确为起源于大脑的真实HFOs。
本文介绍了一种半自动化的检测方法，可实现从发作间期的头皮脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）记录中检测高频振荡（HFOs）。该方法在既往描述的头皮EEG HFO检测技术60基础上，进一步引入了两个重要的识别标准：（i）对HFO事件进行自动时频分析；（ii）在MEG和EEG记录中HFO事件的时间同步性。
掌握此技术后的未来应用或发展方向
通过头皮脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）等非侵入性神经影像学方法可靠地定位高频振荡（HFOs）至关重要。掌握、改进并验证本方案将为临床医生提供一种可靠的、可通过非侵入性手段记录的生物标志物，用于致痫区（EZ）的识别。此类生物标志物的建立有望减少对长期监测和有创颅内记录的需求，从而显著改善儿童患者的术前评估流程。该方法不仅有助于确定适合手术切除的致痫组织，还可明确区分癫痫与急性症状性发作（二者需要完全不同的治疗策略）以及非癫痫性发作（从而避免部分患者接受不必要的长期监测）。此外，该技术还可能实现对治疗干预效果的评估，而无需等待下一次发作的发生。

儿童癫痫是一种常见的神经系统疾病，患病率为每1000名儿童中有4至6例。1可能对儿童的发展产生重大影响2 可能显著影响其成年期的生活质量。儿童期起病癫痫的长期随访研究表明，约30%的癫痫患者会发展为药物难治性癫痫。3-6，通常需要进行切除性癫痫手术。在这些患者中，许多人在接受癫痫手术后癫痫发作频率显著降低，甚至实现无发作。为了取得成功，癫痫手术应在不引起或仅引起轻微功能缺损的前提下，实现无发作状态。这需要对致痫区（EZ）进行精确界定。7癫痫发作产生所必不可少的皮层区域8EZ 无法直接测量，其位置需基于多种识别其他皮层区域的检测结果进行综合推断。有创颅内脑电图（iEEG）是定位癫痫发作起始区（SOZ）的金标准，SOZ 即在发作期记录中产生和起始癫痫发作的脑区。然而，iEEG 成本较高，依赖患儿的配合，且存在感染和出血的风险9，并可能在植入过程中引发额外的神经损伤10此外，由于大脑的大部分区域未被探测，这些记录可能导致错误的结论。因此，为了手术治疗癫痫的成功，迫切需要一种可靠的术前生物标志物来帮助识别致痫区（EZ）。
病理性的高频振荡&#160;(80 - 500 Hz)11,12 在过去十年中被提出作为识别致痫组织的生物标志物，有助于改善癫痫患者的术前诊断和手术预后13。使用微电极结合颅内脑电图&#160;（EEG）电极的研究报告了癫痫患者中存在高频振荡。在发作期和发作间期，使用标准宏电极也检测到了高频振荡。近期研究表明，与产生痫样放电（IEDs）的刺激区相比，高频振荡在识别癫痫发作起始区（SOZ）方面具有更高的敏感性和特异性14,15，且切除产生高频振荡的脑组织比切除SOZ或刺激区与更好的手术预后更密切相关15。高频振荡通常被分为涟波（ripples，80 - 250 Hz）和快速涟波（fast ripples，250 - 500 Hz）。快速涟波与病理性活动及SOZ定位的关系更为密切16，但对人类颅内记录的研究表明，在致痫区域中，涟波和快速涟波均有所增加17。
尽管这些发现令人鼓舞，但高频振荡（HFOs）目前仍不适用于临床实践中癫痫的诊断或监测。主要障碍仍然存在：（i）HFOs 缺乏正式且全球统一的定义；（ii）研究 HFOs 所采用的方法学存在相应的方法学异质性；（iii）从头皮记录中无创地检测和定位 HFOs 存在实际困难。后者的原因在于电极距离信号源较远，信号可能被背景噪声和肌肉活动所掩盖，并可能被头皮、颅骨的囟门和骨缝所扭曲，尤其是在婴幼儿患者中更为明显。此外，由于即使在正常的人脑组织中也存在涟波（ripples）和快速涟波（fast ripples），因此很难区分正常与异常的 HFOs18,1920。早期研究报道，在仅有少数（0.2&#160;– 3.4%）癫痫患者中可通过头皮脑电图（EEG）检测到 HFOs21–23。然而，近期研究表明，HFOs 可通过头皮 EEG 无创检测。在发作期，已有研究报道在儿童癫痫性痉挛起始时出现 HFOs（50 – 100 Hz24，40 – 120 Hz25），以及在 Lennox-Gastaut 综合征强直性发作起始时出现 HFOs（50 – 100 Hz）26。发作间期 HFOs（70 – 200 Hz）首次在伴有睡眠诱发性电持续状态的儿童头皮 EEG 中被观察到27。随后，在局灶性癫痫患者的头皮 EEG 中也识别出发作间期 HFOs（80 – 200 Hz），且在癫痫发作区（SOZ）内的检出率更高28。有趣的是，HFOs 在发作间期癫痫样放电（IEDs）数量较多的患者中更为频繁，并且相较于 IEDs，HFOs 对 SOZ 具有更高的特异性29，这突显了 HFOs 与致痫性的关联。
与头皮脑电图（EEG）相比，MEG&#160;在无创检测和定位高频振荡（HFOs）方面似乎具有显著优势：（i）MEG中的高频活动比EEG更不易受到肌电活动的污染30-31；（ii）MEG信号不受颅骨导电性的影响，且相比EEG更少受到颅骨未融合区域（如囟门或颅缝）的扭曲；（iii）MEG传感器阵列的密度高于EEG，而EEG在头围较小的儿童中常面临电极间盐桥的问题。使用模拟HFO发生源的幻影模型所获得的证据表明，MEG能够以较高的定位精度（2–3 mm）检测并定位HFOs32。近年来多项研究报道了在癫痫患者记录的MEG信号中存在棘波频率段的HFOs33-38。时频分析显示，MEG数据包含与致痫区（EZ）相关的高频成分33-36。然而，仅有少数研究像使用颅内脑电图（iEEG）那样，在时域中将HFOs识别为明显突出于背景信号的可见事件37-38。Van Klink 等.37利用基于痫样放电（IEDs）空间信息构建的虚拟通道，通过波束成形技术检测了棘波频段的HFOs。Von Ellenrieder 等.38则独立于IEDs，直接利用物理传感器在MEG信号中检测HFOs，并采用基于最大熵均值（MEM）的方法定位其源区，进而研究其与致痫区的相关性。Rampp 等.（2010）也利用MEG检测到癫痫相关的高伽马振荡，这些振荡可与棘波锁定或独立于棘波，并通过最小范数源分析法对这类活动进行定位39。他们发现，这些快速振荡的特征（即全频段平均信号的清晰起始及振荡的最大振幅）与癫痫发作起始区（SOZ）高度相关。在患有癫痫性痉挛的儿科患者中，MEG亦检测到发作期的HFOs40。然而，与头皮EEG相比，MEG也存在一些明显局限性：（i）对相对于头颅中心呈径向方向的源不敏感；（ii）无法进行长时间记录，从而限制了检测和记录发作事件的可能性；（iii）其传感器无法适应每个个体的头部形状，因为头盔及其内部的传感器阵列均为固定结构。因此，最理想的方案是结合头皮EEG与MEG的信息，以最大化检测和定位致痫性活动的可能性。
本研究旨在阐述我们采用儿童药物难治性癫痫患者头皮脑电图（EEG）与脑磁图（MEG）同步记录数据，进行发作间期高频振荡（HFO）无创检测的方法学。我们介绍了数据记录的设置，以及使用我们自主开发的半自动化方法对同步MEG和EEG数据中HFO事件进行检测的数据分析流程。最后，我们还展示了通过求解逆问题获得的头皮HFO源定位结果，并将其与癫痫专科医生定义的癫痫发作起始区（SOZ）进行比较。

<table><tbody><tr><td>VectorView MEG 系统</td><td>Elekta-Neuromag, Finland</td><td></td><td>MEG 系统</td></tr><tr><td>磁屏蔽室</td><td>Imedco, Hagendorf, Switzerland</td><td></td><td>三层磁屏蔽室</td></tr><tr><td>EEG 系统</td><td>Elekta-Neuromag, Finland</td><td></td><td>70 导 EEG 系统</td></tr><tr><td>3D 数字化仪</td><td>Polhemus, Colchester, VT</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

同时采用脑磁图与脑电图检测的发作间期高频振荡作为小儿癫痫的生物标志物

Interictal High Frequency Oscillations Detected with Simultaneous Magnetoencephalography and Electroencephalography as Biomarker of Pediatric Epilepsy

癫痫手术成功的关键在于能否获得一种可靠的生物标志物，以识别致痫区（EZ）。高频振荡（HFOs）已作为潜在的术前生物标志物出现，可用于识别致痫区，其作用可补充发作间期癫痫样放电（IEDs）和发作期活动。尽管HFOs在定位致痫区方面具有前景，但目前尚不适用于临床实践中癫痫的诊断或监测。主要障碍仍然存在：HFOs缺乏正式且全球统一的定义；研究中所采用的方法学存在显著异质性；以及从头皮记录中无创检测和定位HFOs存在实际困难。本文介绍了一种用于记录、检测和定位难治性癫痫儿童患者发作间期HFOs的方法学。我们报告了两名接受手术治疗的儿童患者中，通过发作间期头皮脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）无创检测到的HFOs的代表性数据。
通过求解逆问题定位了高频振荡（HFOs）的产生源，并将其定位结果与癫痫专家定义的癫痫发作起始区（SOZ）进行了比较。对于两名患者，发作间期癫痫样放电（IEDs）和HFOs通过源成像均定位于一致的脑区。其中一名患者还获得了颅内脑电图（iEEG）数据。对于该患者，我们发现无创方法与有创方法对HFOs的定位结果具有一致性。将iEEG结果与头皮记录结果进行比较，验证了这些发现。据我们所知，本研究是首次报道基于同步EEG和MEG头皮记录进行HFOs源定位，并将结果与有创记录进行比较的研究。这些发现表明，HFOs可以通过头皮EEG和MEG无创、可靠地检测和定位。我们得出结论：对癫痫患儿的术前评估而言，无创定位发作间期HFOs具有显著改善的潜力。

从波士顿儿童医院（美国波士顿）癫痫门诊招募了患有难治性癫痫的儿科患者。本文展示了2例患者的代表性数据：一名15岁女孩，其右侧大脑中动脉（MCA）区域存在脑软化（患者1）；一名11岁男孩，其左侧顶叶/颞上区存在脑软化（患者2）。这些数据是在为手术进行术前评估过程中采集的。脑磁图（MEG）与脑电图（EEG）同步记录在雅典娜·A·马尔蒂诺斯生物医学成像中心完成。
对于两位患者，高频振荡（HFOs）均出现在80 - 150 Hz的涟波频段，且在脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）中均可见，并与发作间期放电（IEDs）重叠。图4展示了患者1的10秒同步头皮EEG和MEG数据，包含发作间期活动（上图）。该图还展示了信号在时间尺度上扩展的部分（2秒），显示了在时域中检测到的HFOs（中图）以及在时频平面中的表现（下图）。该患者的HFO发生率为8.8次/分钟。为清晰起见，时频平面的显示范围限制在80 - 150 Hz，因为在150 Hz以上未观察到显著活动。在患者1中，自动检测在8.65分钟的记录中识别出248次HFO事件。经人工视觉审核后，保留了76次被判定为真实HFO的事件，最终获得8.8次/分钟的发生率。
<img alt="脑电图与脑磁图频率分析、脑波比较示意图及谱功率密度结果。" src="/files/ftp_upload/54883/54883fig4.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 4"> 
图 4：头皮脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）检测到的痫样放电（IEDs）上叠加的高频振荡（HFOs）。 上图：患者1通过头皮EEG（左）和MEG（右）检测到的痫样放电（IEDs）。数据经1 - 70 Hz滤波，时长10秒。中图：上图中灰色背景区域所示EEG和MEG数据的扩展时间尺度显示（2秒），数据经80 - 150 Hz滤波。下图：两个代表性EEG和MEG通道的时间-频率平面图。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54883/54883fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
图5展示了患者1通过头皮脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）检测到的高频振荡（HFOs）定位结果。两种技术均将HFOs定位于病灶附近，位置接近右侧颞顶交界区。MEG与EEG的定位结果略有差异：MEG的活动区域较EEG更为靠前，且更接近病灶的后边界。MEG与EEG的加权最小范数估计（wMEM）活动最大值之间的距离为15.0 mm。HFOs的定位也邻近由MEG定义的激惹区。平均等效电流偶极子（ECDs）与MEG wMEM活动最大值之间的欧几里得距离为18.7 mm，头皮EEG则为28.0 mm。对于患者2，我们识别出8分钟的慢波非快速眼动（非REM）睡眠期数据，期间存在痫样放电（IED）且伪迹最少，用于HFO分析。
头皮高频振荡（HFO）的数量显著低于患者1，其发生率为0.4次/分钟。图6展示了通过MEG和头皮EEG对头皮HFO进行源定位的结果、利用MEG-ECD方法定位的痫样放电（IEDs）以及通过颅内EEG（iEEG）检测到的HFO位置。MEG与EEG的wMEM活动两个最大值之间的距离为16.4 mm。平均ECD位置与wMEM活动最大值之间的距离在MEG中为10.9 mm，在EEG中为24.1 mm。通过头皮EEG和MEG无创识别出的HFO区域，与通过iEEG有创检测到HFO的区域位置一致。HFO数量最多的电极为LA51、LA52和LA53，如图6所示，其定位结果与无创定位的HFO活动一致。
<img alt="MEG 与 EEG 数据比较；脑活动；HFOs 与 IEDs；MRI 扫描；神经影像分析。" src="/files/ftp_upload/54883/54883fig5.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 5"> 
图5：HFOs 与 IEDs 的定位。 使用患者1的MEG和EEG数据，通过wMEM方法定位的HFOs区域叠加于该患者的MRI图像上（左图）。HFOs图谱表示归一化激活值的平均值，并以最大激活强度的60%为阈值进行截断。IEDs通过MEG结合等效偶极子模型（ECDs）进行定位（右图）。ECDs的位置和方向以青色标示。紫色三角形表示46个ECDs的平均位置，红色矩形表示28个IEDs平均后所得ECD的位置。在对IEDs进行平均处理时，我们选取了形态相似的尖波进行识别。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54883/54883fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="通过脑电图/脑磁图和颅内脑电图结合脑成像及多通道波形进行高频振荡分析。" src="/files/ftp_upload/54883/54883fig6.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图6"> 
图6：通过头皮脑电图和脑磁图无创定位的高频振荡区、激惹区以及通过颅内脑电图有创定位的高频振荡区之间的空间一致性。 上图：患者2的头皮脑电图（左）和脑磁图（中）检测到的高频振荡（HFOs）定位结果，以及脑磁图检测到的痫样放电（IEDs）定位结果（右），均叠加于该患者的MRI图像上。HFOs图谱表示经过归一化处理后激活值达到最大活动度60%阈值以上的平均结果。青色圆圈和条形表示等效偶极子（ECDs）的位置和方向。紫色三角形表示30个ECDs的平均位置，红色矩形表示21个IEDs平均后的ECD位置。下图：颅内脑电图（iEEG）上HFOs的定位（左），以及HFO发生率最高通道的2秒记录波形。植入电极的位置显示在患者的MRI图像上。电极位置通过术后植入的计算机断层扫描（CT）图像与MR图像配准获得。在植入患者皮层的网格电极图谱上，标出了HFO发生率最高的电极位置。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54883/54883fig6large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
本文展示的代表性结果表明，所描述的技术在临床环境中具有潜在应用价值，可用于药物难治性癫痫儿童患者术前评估期间无创识别和定位高频振荡（HFOs）。对于两位患者，HFOs 的定位结果在头皮 EEG 与 MEG 上具有一致性（见图5）。少数毫米的定位差异可能归因于高密度 MEG 相较于头皮 EEG 更优的定位能力70，或可能反映了不同的潜在发生源71。该定位结果也与通过 MEG 定义的激惹区一致（见图5 - 右图）。在患者2中，还获得了颅内 EEG（iEEG）数据。通过头皮 EEG 和 MEG 无创定位的 HFOs 区域与通过 iEEG 有创定义的 HFOs 区域一致（见图6）。本方法所得结果可为癫痫手术中电极网格的放置提供指导，以期识别癫痫发生区（EZ）。

高频振荡（HFOs）已作为术前生物标志物，用于识别药物难治性癫痫儿科患者中的致痫区。本文介绍了一种通过同步头皮脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）无创记录、检测和定位HFOs的方法学。

癫痫手术成功的关键在于能否获得一种可靠的生物标志物，以识别致痫区（EZ）。高频……

本方案的总体目标是提供一种标准化方法，用于对药物难治性癫痫儿童患者进行可靠的无创记录、检测和定位发作间期高频振荡，该方法基于同步记录的头皮脑电图和脑磁图。该技术有助于回答儿童癫痫领域的一些关键问题，例如，大脑中哪个区域具有致痫性，应在手术中予以切除。该技术的主要优势在于，能够无创地定位癫痫患儿大脑中产生高频振荡的脑区。多项研究表明，可使用头皮脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）非侵入性地检测到高频振荡，但仅有少数研究在源水平上对其发生源进行定位。我们通过求解逆问题来定位高频振荡的潜在发生源，并将其结果与癫痫专科医生确定的病灶区域进行比较。首先，按照国际10-20系统将脑电图（EEG）帽放置在患者头部。清洁每个电极所在部位的皮肤，拨开遮挡的头发，然后为每个电极涂抹导电凝胶。接着，将接地电极和参考电极放置在患者头部。连接其他电极以记录水平和垂直耳蜗电图（electrocochleography）、眼电图（EOG）、心电图（ECG）、肌电图（EMG）以及覆盖颞区的额外脑电图（EEG）电极。然后，使用脑电测量仪测量每个电极的阻抗。如果阻抗高于10千欧姆，需再次清洁皮肤，并确保阻抗降至10千欧姆以下。在脑电帽上放置四个HPI线圈。使用数字化仪获取标记点的位置，包括左右耳前点和鼻根点，以及头部定位线圈（HPI线圈）和脑电电极的位置。数字化额外的头部点以获得精确的头部形状。然后，将患者转移至磁屏蔽室（MSR），即脑磁图（MEG）系统所在的位置。让患者平躺在床面上。将患者的头部放入MEG头盔中，并在患者头下放置适当的垫子以确保舒适。调整患者在扫描仪中的头部位置，确保其尽可能深入地置于头盔内。最后，关闭磁屏蔽室（MSR）的门，通过内部对讲系统与患者沟通。在MEG采集软件中点击“开始”按钮以启动记录。在线检查所有记录的信号，并使用传感器调谐器修复不良的MEG通道。接下来，在 MEG 采集软件中点击测量按钮，测量患者头部位置。如果患者的头部未被传感器阵列充分覆盖，请让患者将头部更深入地移入头盔中。然后，在 MEG 采集软件中点击记录按钮，持续记录 60 分钟的 MEG、EEG 以及外周信号。记录完成后，打开磁屏蔽室（MSR），将患者从磁屏蔽室内移出。轻柔地取下所有胶带、电极、HPI线圈和脑电帽。最后，在将患者带离测试区域后，记录两分钟无患者状态下的空磁屏蔽室的磁信号。首先在分析软件中打开数据。使用两个垂直对齐的窗口显示脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）数据，每页显示10秒。进入滤波器选项卡，将高通滤波器设置为1 Hz，低通滤波器设置为70 Hz，陷波滤波器设置为50 Hz或60 Hz。检查数据并识别出包含发作间期癫痫样放电（IED）的部分。标记在脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）数据中出现的每个IED的峰值。在含有IEDs的EEG数据段上运行高频振荡（HFO）自动检测算法，并将检测到的HFO导入数据可视化软件中。为了复查检测到的高频振荡（HFO）事件，以每页两秒的时窗垂直对齐显示脑电图（EEG）、脑磁图（MEG）和外周记录。进入滤波器选项卡，将低通滤波器设置为 250 赫兹，高通滤波器设置为 80 赫兹。为确保检测到的 HFO 并非由伪迹引起，需确认外周记录中无同步活动。此外，仅考虑在脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）信号中均出现的高频振荡（HFO）事件，并忽略与标记的痫样放电（IEDs）不重叠的HFO。接下来，使用脑成像分析软件对患者的磁共振成像（MRI）进行分割，获取皮层表面，并采用边界元法估计前向模型。针对每个HFO事件，利用基于平均值的小波最大熵法（WMEM）对EEG和MEG数据分别进行源定位分析。将事件持续时间内的定位结果取平均值，以获得源定位图。最后，结合脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）数据，在大脑皮层表面可视化高频振荡（HFO）区域，阈值设定为最大激活振幅的60%。在这些患者示例中，高频振荡出现在80至150赫兹的涟波频段，同时在EEG和MEG中被检测到，且与发作间期癫痫样放电（IEDs）存在空间重叠。两个具有代表性的脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）通道的时间-频率平面显示了在高频振荡（HFO）发生时典型的孤立性峰值。此处展示了来自一名15岁女孩的头皮EEG和MEG的HFO定位结果，该患者存在右侧大脑中动脉区域的脑软化。两种技术均将HFO定位于病灶附近，位置接近右侧颞顶交界区，尽管两者结果略有差异。此处展示了一名11岁男孩左侧顶叶-颞上叶脑软化的结果。该图显示了通过头皮脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）无创定位的高频振荡（HFO）区域、通过MEG定位的痫样放电（IEDs）区域，以及通过颅内脑电图（iEEG）有创定位的HFO区域之间的空间一致性。颅内电极中HFO数量最多的电极位置LA51、LA52和LA53，与无创定位的HFO活动区域一致，且这两个区域均与癫痫发作起始区重叠。这是首项通过同步脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）记录来报告发作间期高频振荡定位的研究，同时探讨了其定位结果与颅内记录结果的一致性。由于高频振荡（HFOs）是由体积约为立方毫米量级的小脑区产生的微弱信号，且易受噪声和背景脑活动干扰，因此对其进行无创记录、检测和定位具有较大挑战性。迄今为止，仅有少数研究成功证明可通过脑电图和脑磁图无创检测高频振荡，并通过求解逆问题实现对该活动的定位。掌握、优化并评估所提出的方案将为临床医生提供一种可靠且可无创记录的生物标志物，用于识别致痫区。该生物标志物的开发有望减少对长期监测和有创颅内记录的需求，并显著改善儿童癫痫患者的术前评估流程。

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医学

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