Interiktalen Hochfrequenzoszillationen Erkannte mit Simultaneous Magnetoencephalographie und Elektroenzephalographie als Biomarker für Pädiatrische Epilepsie

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, eine standardisierte Methodik für die zuverlässige nicht-invasive Aufzeichnung, Detektion und Lokalisierung interiktaler hochfrequenter Oszillationen von pädiatrischen Patienten mit medizinisch refraktärer Epilepsie mittels gleichzeitig aufgezeichneter Kopfhaut-Elektroenzephalographie und Magnetoenzephalographie bereitzustellen. Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen bei pädiatrischer Epilepsie zu beantworten, z. B. welcher Hirnbereich epileptogen ist und während der Operation reseziert werden sollte. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die nicht-invasive Lokalisierung des Bereichs ermöglicht, der hochfrequente Schwingungen im Gehirn von Kindern mit Epilepsie erzeugt.

Verschiedene Studien haben gezeigt, dass hochfrequente Oszillationen nicht-invasiv mit Hilfe von Kopfhaut-EEG und MEG nachgewiesen werden können, aber nur wenige Studien lokalisieren ihre Generatoren auf der Ebene der Quelle. Wir stellen die Lokalisation der zugrundeliegenden Generatoren hochfrequenter Schwingungen vor, die durch die Lösung des inversen Problems erhalten wurde, und vergleichen sie mit den vom Epileptologen ermittelten. Beginnen Sie damit, die Elektroenzephalographie- oder EEG-Kappe gemäß dem internationalen 10-20-System auf den Kopf des Patienten zu setzen.

Reinigen Sie die Haut, wo sich jede Elektrode befindet, schieben Sie die Haare aus dem Weg und tragen Sie dann Gel auf jede Elektrode auf. Platzieren Sie anschließend die Masse- und Referenzelektroden auf dem Kopf des Patienten. Schließen Sie zusätzliche Elektroden zur Messung der horizontalen und vertikalen Elektrocochleographie, EOG, Elektrokardiographie, EKG, Elektromyographie, EMG und zusätzliche EEG-Elektroden an Stellen an, die die Schläfenbereiche abdecken.

Verwenden Sie dann ein EEG-o-Meter, um die Impedanz für jede Elektrode zu messen. Wenn die Impedanz über 10 Kiloohm liegt, reinigen Sie die Haut erneut und stellen Sie sicher, dass sie unter 10 Kiloohm sinkt. Platzieren Sie vier HPI Spulen auf der EEG Kappe.

Verwenden Sie den Digitizer, um die Positionen der Markierungspunkte zu ermitteln, einschließlich der linken/rechten präaurikulären Punkte und der Nasion sowie der Position der HPI-Spulen und der EEG-Elektroden. Digitalisieren Sie zusätzliche Kopfpunkte, um eine präzise Kopfform zu erhalten. Verlegen Sie den Patienten dann in den magnetisch abgeschirmten Raum (MSR), in dem sich das Magnetenzephalographie-System (MEG) befindet.

Legen Sie den Patienten auf das Bett. Stecken Sie den Kopf in den MEG-Helm und bringen Sie geeignete Polster unter dem Kopf des Patienten an, um den Komfort zu erhöhen. Passen Sie die Kopfposition des Patienten im Scanner an und stellen Sie sicher, dass er sich so tief wie möglich im Helm befindet.

Schließen Sie abschließend die Tür zum MSR und kommunizieren Sie über eine Gegensprechanlage mit dem Patienten. Starten Sie die Aufnahmen, indem Sie in der MEG-Erfassungssoftware auf die Schaltfläche "Go" klicken. Suchen Sie online nach allen aufgezeichneten Signalen und beheben Sie fehlerhafte MEG-Kanäle mit einem Sensortuner.

Messen Sie als Nächstes die Kopfposition des Patienten, indem Sie auf die Schaltfläche "Messen" in der MEG-Erfassungssoftware klicken. Wenn der Kopf des Patienten nicht gut von der Sensorik bedeckt ist, bitten Sie den Patienten, seinen Kopf tiefer in den Helm zu bewegen. Klicken Sie dann in der MEG-Erfassungssoftware auf die Aufnahmetaste, um MEG, EEG und Peripherieaufzeichnungen 60 Minuten lang aufzuzeichnen.

Nachdem die Aufzeichnung abgeschlossen ist, öffnen Sie das MSR und nehmen Sie den Patienten aus dem MSR-Raum. Entfernen Sie vorsichtig alle Bänder, Elektroden, HPI Spulen und die EEG-Kappe. Nachdem Sie den Patienten aus dem Testraum begleitet haben, zeichnen Sie schließlich zwei Minuten lang die magnetischen Signale des leeren MSR auf, ohne dass der Patient anwesend ist.

Öffnen Sie zunächst die Daten in der Analysesoftware. Zeigen Sie EEG- und MEG-Daten mit zwei vertikal ausgerichteten Fenstern von 10 Sekunden pro Seite an. Gehen Sie auf den Filter-Tab und stellen Sie den Hochpassfilter auf ein Hertz, den Tiefpassfilter auf 70 Hertz und den Notch-Filter auf 50 oder 60 Hertz ein.

Überprüfen Sie die Daten und identifizieren Sie Teile mit interiktalen epileptischen Entladungen oder IEDs. Markieren Sie den Höhepunkt jeder IED, die sowohl in den EEG- als auch in den MEG-Daten auftritt. Führen Sie den Algorithmus für die automatische Erkennung von HFOs auf den Teilen von EEG-Daten mit IEDs aus und importieren Sie die erkannten HFOs in die Software zur Datenvisualisierung.

Um die erkannten HFO-Ereignisse zu überprüfen, zeigen Sie EEG-, MEG- und Peripherieaufzeichnungen mit vertikal ausgerichteten Fenstern von zwei Sekunden pro Seite an. Gehen Sie auf den Filter-Tab und stellen Sie den Tiefpassfilter auf 250 Hertz und den Hochpassfilter auf 80 Hertz ein. Um sicherzustellen, dass die erkannten HFOs nicht auf Artefakte zurückzuführen sind, stellen Sie sicher, dass in den Peripherieaufzeichnungen keine gleichzeitige Aktivität vorhanden ist.

Berücksichtigen Sie darüber hinaus nur die HFO-Ereignisse, die sowohl in EEG- als auch in MEG-Signalen auftreten, und ignorieren Sie HFOs, die sich nicht mit den markierten IEDs überschneiden. Segmentieren Sie als Nächstes das MRT des Patienten und erhalten Sie die kortikale Oberfläche mit Hilfe einer bildgebenden Analysesoftware des Gehirns und schätzen Sie das Vorwärtsmodell mit der Grenzelementmethode. Führen Sie für jedes HFO-Ereignis die Quellenlokalisierung sowohl für EEG- als auch für MEG-Daten mit der maximalen Wavelet-Entropie für die Mittelwert- oder WMEM-Methode durch.

Mittelwerten Sie die Lokalisierungsergebnisse entlang der Ereignisdauer, um eine Quelllokalisierungskarte zu erhalten. Visualisieren Sie schließlich die HFO-Zone über der kortikalen Oberfläche, indem Sie einen Schwellenwert von 60 % der maximalen Aktivierungsamplitude unter Verwendung von EEG- und MEG-Daten anwenden. In diesen Patientenbeispielen wurden HFOs im Rippelfrequenzband bei 80 bis 150 Hertz identifiziert, die sowohl im EEG als auch im MEG und darüber liegenden IEDs auftreten.

Die Zeitfrequenzebene von zwei repräsentativen EEG- und MEG-Kanälen zeigt den typischen isolierten Peak zum Zeitpunkt der HFO. Hier werden HFO-Lokalisationsergebnisse sowohl aus dem Kopfhaut-EEG als auch aus dem MEG für ein 15-jähriges Mädchen mit Enzephalomalazie der rechten mittleren Hirnarterienregion gezeigt. Beide Techniken lokalisieren die HFOs in der Nähe der Läsion an einer Stelle nahe dem rechten temporoparietalen Übergang, obwohl sie sich leicht unterscheiden.

Hier werden die Ergebnisse für einen 11-jährigen Jungen mit einer linken parietalen oberen temporalen Enzephalomalazie gezeigt. Die Abbildung zeigt die räumliche Konkordanz zwischen der HFO-Zone, die nicht-invasiv mit Kopfhaut-EEG und MEG lokalisiert wurde, den durch MEG lokalisierten IEDs und der invasiv mit iEEG lokalisierten HFO-Zone. Die Lokalisation der intrakraniellen Elektroden mit der höchsten Anzahl von HFOs, LA51, LA52 und LA53, stimmte mit der nicht-invasiv lokalisierten HFO-Aktivität überein und beide überlappten sich mit der Anfallsausbruchszone.

Dies ist die erste Studie, die über die Lokalisation interiktaler hochfrequenter Oszillationen mit gleichzeitigen EEG- und MEG-Aufzeichnungen berichtet und auch die Übereinstimmung der Lokalisationsergebnisse mit denen aus intrakraniellen Aufzeichnungen untersucht. Die nicht-invasive Aufzeichnung, Detektion und Lokalisierung von hochfrequenten Schwingungen ist eine Herausforderung, da HFOs sehr schwache Signale sind, die von kleinen Hirnregionen in der Größenordnung von Kubikmillimetern erzeugt und durch Rauschen und Hintergrundaktivität des Gehirns behindert werden. Bisher ist es nur wenigen Studien gelungen zu zeigen, dass hochfrequente Schwingungen mit Hilfe von Elektroenzephalographie und Magnetoenzephalographie nichtinvasiv nachgewiesen werden können, und diese Aktivität durch die Lösung des inversen Problems zu lokalisieren.

Die Beherrschung, Verbesserung und Bewertung des vorgeschlagenen Protokolls wird Ärzten einen zuverlässigen, nicht-invasiv aufzeichbaren Biomarker für die Identifizierung der epileptogenen Zone liefern. Die Entwicklung von Biomarkern hat das Potenzial, den Bedarf an Langzeit-Monitoring und invasiven intrakraniellen Ableitungen zu reduzieren und das präoperative Abklärungsverfahren von pädiatrischen Patienten mit Epilepsie deutlich zu verbessern.