Method Article

Verwendung eines TMS-Navigationssystems zur hochpräzisen Digitalisierung der Sensorpositionen zur Verbesserung der Quelllokalisierung

DOI:

10.3791/69508

January 23rd, 2026

In This Article

Summary

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Wir präsentieren eine reproduzierbare Methode zur Digitalisierung der Standorte von Hochdichte-Elektroenzephalographie (EEG) mit Instrumenten eines Navigated Brain Stimulation (NBS)-Systems. Dieser Ansatz erfordert keine zusätzlichen Softwareerweiterungen, sondern nur Standard-NBS-Tools. Integriert in MNE-Python-Pipelines verbessert dieser Ansatz die Genauigkeit der Quelllokalisierung ohne zusätzliche Hardware.

Abstract

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Quelllokalisierung ist eine Technik, die verwendet wird, um die Quellen der Gehirnaktivität anhand von von der Kopfhaut aufgezeichneten Signalen zu schätzen. Eine genaue Quelllokalisierung hängt entscheidend von der präzisen räumlichen Digitalisierung der Sensorpositionen ab. In diesem Protokoll stellen wir eine praktische und zuverlässige Methode zur Digitalisierung von Sensorstandorten mit dem Navigated Brain Stimulation (NBS)-System vor. NBS ist eine Komponente der transkraniellen Magnetstimulation (TMS)-Geräte, die häufig in TMS-Laboren verfügbar sind, aber selten für die Sensordigitalisierung von Elektroenzephalographie (EEG) oder funktionelle Nahinfrarot-Spektroskopie (fNIRS)-Systeme eingesetzt werden. Dieser Ansatz ermöglicht es Forschern, bestehende Infrastruktur zu nutzen, um die räumliche Genauigkeit der Quellmodellierung erheblich zu verbessern, ohne in spezielle Digitalisierungsgeräte zu investieren.

Wir führen die Betrachter durch den gesamten Workflow: (1) Digitalisierung der EEG-Elektrodenpositionen mit den Standardwerkzeugen des Nexstim NBS-Systems; (2) Export von Koordinatendaten in kompatiblen Formaten; (3) Integration dieser Daten in EEG-Vorverarbeitungs- und Quelllokalisierungspipelines mit dem MNE-Python-Paket. Das Protokoll enthält außerdem Tipps zur Ausrichtung digitalisierter Daten mit MRT-Bildern und zur Optimierung der Koregistrierungsgenauigkeit. Um den praktischen Nutzen der Methode zu veranschaulichen, wenden wir sie an, um Daten aus einem taktilen Stimulationsexperiment zu analysieren.

Benutzerdefinierte Python-Skripte für Koordinatenverarbeitung und Koregistrierung werden bereitgestellt, um Reproduzierbarkeit und einfache Übernahme zu gewährleisten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Integration digitalisierter Elektrodenpositionen die anatomische Genauigkeit und Interpretierbarkeit kortikaler Quellschätzungen im Vergleich zu Standard-Elektrodenmontagen erheblich verbessert.

Introduction

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Die Elektroenzephalographie (EEG) misst die elektrische Aktivität des Gehirns an der Kopfhaut, aber die Rohaufnahmen vermischen Signale von vielen Gehirn- und Nicht-Gehirnquellen. Quelllokalisierung bezeichnet die rechnerische Abschätzung, woher im Gehirn die gemessenen EEG-Signale stammen, wodurch die Kopfhautspannungen effektiv auf kortikaleBereiche 1 "abgebildet werden". Diese Methoden ermöglichen es Forschern, die oszillatorische EEG-Aktivität oder ereignisbezogene Reaktionen auf bestimmte Hirnbereiche zu verknüpfen und so die Interpretierbarkeit des EEG erheblich zu verbessern. Eine genaue Quelllokalisieru....

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Protocol

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Alle Verfahren mit menschlichen Teilnehmern wurden gemäß institutionellen Richtlinien durchgeführt und vom zuständigen Ethikausschuss genehmigt. Die Teilnehmer gaben vor Beginn des Experiments eine informierte Einwilligung.

1. Vorbereitung des Teilnehmers und der Ausrüstung

HINWEIS: Dieses Protokoll verwendete das Nexstim NBS-System.

  1. Einschalten und kalibrieren Sie das NBS-System
    1. Schalte die NBS-Haupteinheit und die optische Tracking-Kamera ein. Überprüfen Sie, ob das System die Selbstkalibrierung erfolgreich abschließt, und wiederholen Sie die Kalibrierung,....

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Results

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Eine genaue Quelllokalisierung hängt entscheidend von der korrekten Elektrodenplatzierung und einer zuverlässigen Koregistrierung mit anatomischen Kopfmodellen ab. In der Praxis werden EEG-Kappen jedoch aufgrund individueller Kopfformvariationen oder manueller Platzierungsfehler oft ungenau positioniert. Um zu veranschaulichen, wie diese Faktoren die Analyseergebnisse beeinflussen, verglichen wir Ergebnisse digitalisierter Elektrodenpositionen mit dem NBS-Gerät mit Ergebnissen aus standa.......

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Discussion

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Eine genaue Quelllokalisierung erfordert sowohl präzise Elektrodendigitalisierung als auch zuverlässige Koregistrierung mit anatomischen Kopfmodellen. Unsere Ergebnisse (Abbildung 1, Abbildung 2 und Abbildung 3) zeigen, wie Abweichungen in der Elektrodenpositionierung oder die Abhängigkeit von Vorlagen-basierten Montagen zu erheblichen Fehlern bei räumlicher Ausrichtung und Quellenrekonstruktion füh.......

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Disclosures

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Die Autoren haben keine konkurrierenden finanziellen Interessen oder andere Interessenkonflikte aufgrund dieses Werks.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Navigierte Gehirnstimulation (NBS)  SystemNexstim https://www.nexstim.com/healthcare-professionals/nbs-systemNBS is  transkranielle magnetische Stimulation kombiniert mit einem Neuronavigationssystem

References

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  1. Michel, C. M., He, B. EEG source localization. Handb Clin Neurol. 160, 85-101 (2019).
  2. Holmes, C. J., Hoge, R., Collins, L., Woods, R., Toga, A. W., Evans, A. C. Enhancement of MR images using registration for signal averaging. J Comput Assist Tomogr. 22 (2), 324-333 (1998).
  3. F....

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