Name: Zuverlässige Erfassung von Elektroenzephalographiedaten während der simultanen Elektroenzephalographie und funktionellen MRT (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-19T13:45:00.000+00:00
Duration: 11 min
Description: Erfahren Sie ein zuverlässiges Protokoll zur gleichzeitigen EEG-fMRI-Datenerfassung mit optimierter Elektrodenplatzierung und Impedanzkontrolle. Diese Methode verbessert die Signalqualität für neurologische und klinische Studien erheblich.

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Diese Studie wurde vom National Institute of Information and Communications Technology of Japan (NICT) gesponsert.
Die Autoren danken den MRT-Physikern und Technologen des Zentrums für Information und Neuronale Netze für ihr Engagement bei der Erfassung hochwertiger MRT-Daten.
Dr. Khoo wird durch Grant-in-Aid for Scientific Research (Nr. 18H06261, 19K21353, 20K09368) des japanischen Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie und ein Stipendium des National Institute of Information and Communications Technology of Japan (NICT) finanziert und wurde von Mark Rayport und Shirley Ferguson Rayport Fellowship in Epilepsiechirurgie und dem Preston Robb Fellowship des Montreal Neurological Institute (Kanada) unterstützt. ein Forschungsstipendium der Uehara Memorial Foundation (Japan). Sie erhielt einen gesponserten Preis der Japanese Epilepsy Society, Unterstützung vom American Epilepsy Society (AES) Fellows Programm und ein Reisestipendy der International League Against Epilepsy (ILAE).
Dr. Tani wird durch Grant-in-Aid for Scientific Research (Nr. 17K10895) des japanischen Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie finanziert und erhielt Forschungsunterstützung von der Mitsui-Kousei Foundation, Finanzierung einer Reise von Medtronic, Lizenzgebühren aus der Veröffentlichung von Artikeln (Gakken Medical Shujunsha, Igaku-shoin) und Honorare aus der Funktion als Sprecher (Medtronic, Daiichi-Sankyo Pharmaceuticals, Eisai Pharmaceuticals).
Dr. Oshino wird durch Grant-in-Aid for Scientific Research (Nr. 17K10894) des japanischen Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie finanziert. Er erhielt Lizenzgebühren aus der Veröffentlichung von Artikeln (Medicalview, Igaku-shoin) und Honorare aus der Funktion als Sprecher (Insightec, Eisai Pharmaceuticals, Daiichi-Sankyo Pharmaceuticals, UCB, Otsuka Pharmaceuticals, Teijin Pharma, Yamasa Corporation).
Dr. Fujita wird durch Grant-in-Aid for Scientific Research (Nr. 19K18388) des japanischen Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie finanziert.
Dr. Gotman wird von den Canadian Institutes of Health Research (Nr. FDN 143208).
Dr. Kishima wird durch Grant-in-Aid for Scientific Research (Nr. 18H04085, 18H05522, 16K10212, 16K10786) des japanischen Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie, Cross-ministerial Strategic Innovation Promotion Program (No. SIPAIH18E01), Japan Agency for Medical Research and Development und Japan Epilepsy Research Foundation.

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<li>Gotman, J., Benar, C. G., Dubeau, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+EEG+and+FMRI+in+epilepsy%3A+methodological+challenges+and+clinical+results%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Combining EEG and FMRI in epilepsy: methodological challenges and clinical results.</a> Journal of Clinical Neurophysiology. 21 (4), 229-240 (2004).</li>
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</ol>

Die Autoren berichten von keinen für das Manuskript relevanten Angaben.

Dieses Protokoll hob die wichtigen Punkte für die sichere gleichzeitige EEG-fMRT-Erfassung von qualitativ hochwertigen Daten hervor.
Einige häufige Fehler, die zu schwer zu entfernenden Artefakten auf EEG führen, sowie Fehlerbehebungstechniken sind wie folgt. Erstens kann die Auswahl von Probanden, die konform und kooperativ sind, und die Gewährleistung ihres Komforts während der Datenerfassung eine vorzeitige Beendigung aufgrund von Subjektbewegungen verhindern (Schritte 2.1 und 5.4). Zweitens ist die Impedanz, die nach wiederholtem Abrieb der Kopfhaut (Schritt 2.9) nicht unter 20 kΩ fällt, höchstwahrscheinlich auf unzureichendes Bürsten nach dem Gebrauch zurückzuführen. Gründliches Bürsten jeder Öffnung der EEG-Elektroden beim Waschen der Kappe verhindert dieses Problem. Drittens können unangemessene Einstellungen der Hard- und Software zu einer Sättigung der EEG-Signale führen, die anschließend die Artefaktentfernung während der Offline-EEG-Verarbeitung behindern. Um die Aufzeichnung gesättigter EEG-Signale zu verhindern, sollte die Impedanz jeder Elektrode unter 20 kΩ gehalten werden, nachdem das Motiv vor der Datenerfassung in den MR-Scanner gelegt wurde. mechanische Vibrationen angemessen zu verringern, indem die EEG-Kappe (d.h. auch der Kopf des Subjekts), Kabel und Drähte immobilisiert werden; Überwachen Sie das rohe EEG-Signal online mit der Aufzeichnungssoftware und stellen Sie sicher, dass die Abtastrate und die Amplitudenauflösung korrekt eingestellt sind.
Die gleichzeitige Erfassung von EEG und fMRT wirft wichtige Sicherheitsfragen im Zusammenhang mit HF-induzierten Heiz- und Schaltgradienten-induzierten Strömen auf, da elektrische Drähte vorhanden sind, die im sich schnell ändernden Magnetfeld mit dem Subjekt verbunden sind5. Diese Sicherheitsprobleme wurden im Laufe der Jahre nach Forschungsergebnissen, die das Wissen über diesen Aspekt erweitert und zu großen Verbesserungen in der Technologie von MRT-kompatiblen EEG-Geräten geführt haben, weitgehend minimiert. Dennoch bringt eine unvorsichtige Vorbereitung ohne ausreichende Kenntnisse oder das Nichtvornehmen von Sicherheitsvorkehrungen die Probanden in Gefahr. Zum Beispiel induzieren Schleifen, die sich irgendwo innerhalb des Schaltkreises bilden, Strom und mögliche Wärmeverletzungen. Die Erfassung mit den Elektroden bei hoher Impedanz beeinträchtigt nicht nur die EEG-Datenqualität, sondern stellt auch eine potenzielle Gefahr für das Subjekt dar (thermische Verletzung durch hohe Stromdichte). Die gleiche Gefahr gilt für gebrochene Elektroden. Kabel, die in unmittelbarer Nähe der MR-Bohrungswand, also weit von der Mitte entfernt, verlegt sind, stellen auch eine potenzielle Heizgefahr für das Subjekt dar (Erwärmung durch Antenneneffekt)25. Dieses Protokoll betont die folgenden Sicherheitsaspekte: Innerhalb der Schaltung zwischen dem Subjekt und dem Verstärker bilden sich keine Schleifen, alle Elektroden haben während der MRT-Untersuchung eine niedrige Impedanz und alle Kabel werden in der Mitte der Bohrung platziert. Anfängern wird empfohlen, sich einer Schulung zu unterziehen und die Richtlinien des Herstellers in der Bedienungsanleitung und den Demonstrationsvideos20 zu befolgen, um Sicherheitsbedenken zu vermeiden.
Die Hauptursachen für Artefakte, die auf EEG-fMRT gefunden werden, sind der Schaltgradient des MRT, BCG oder die groben oder subtilen Bewegungen des Subjekts (Gesichtsbewegungen, Zusammenpressen, Schlucken usw.). In einigen MRT-Setups beeinträchtigen Artefakte, die durch die Heliumpumpe und die Ventilatoren verursacht werden, auch die EEG-Signale erheblich. MR-Gradientenartefakte sind in den Wellenformen ziemlich konsistent und können mit einer vorlagenbasierten Subtraktionstechnik ausreichend korrigiert werden, wenn sie vollständig verzerrungsfrei mit Verstärkern mit einem ausreichenden Dynamikbereich24aufgezeichnet werden. BCG-Artefakte werden in der Regel entweder mit der Subtraktionstechnik26, unabhängiger Komponentenanalyse6, optimaler Basissatz8oder einer Kombination dieser Techniken10korrigiert. Vor kurzem wurde die Artefaktentfernung mit einfacher Regression basierend auf Signalen entwickelt, die gleichzeitig mit Kohlenstoffdrahtschleifen erfasst wurden7,9. Das hier vorgestellte Protokoll veranschaulicht den technischen Aspekt mit dem Ziel, einen einführenden Leitfaden für diejenigen bereitzustellen, die an der Anwendung dieser Methode interessiert sind. Diese Methode entfernt BCG, subtile Subjektbewegungen und Heliumpumpenartefakte, und die resultierenden EEG-Signale sind Berichten zufolge denen überlegen, die mit anderen Methoden korrigiert wurden7,9. Größere Bewegungsartefakte, insbesondere solche, die schwankende Bewegungen enthalten, sind jedoch auch mit dieser Methode nicht abnehmbar7. Trotz der Verbesserung dieser Artefaktentfernungsmethoden im Laufe der Jahre sind inkonsistente Artefakte, einschließlich solcher, die durch MRT-Maschinen-induzierte Vibrationen verursacht werden, immer noch schwer zu entfernen. Je umfangreicher das Verfahren zur Entfernung von Artefakten ist, desto höher ist das Risiko, einige echte EEG-Signale zu verlieren. Daher bleibt eine gute Vorbereitung, die die inkonsistenten Artefakte minimieren kann, bei der EEG-fMRT-Erfassung am wichtigsten. In diesem Protokoll werden diese Artefakte minimiert, indem Folgendes verwendet wird: (1) eine elastische Bandage zum Umwickeln des Kopfes und Memory-Foam-Kissen, um den Kopf in der Kopfspule zu immobilisieren, um mögliche Vibrationen der Drähte zu reduzieren und gleichzeitig den Komfort des Subjekts zu erhalten; (2) Baumwoll- und medizinisches Klebeband zur Verringerung der Vibrationen des EKG-Elektrodendrahtes, die durch das Eigengewicht des Probanden möglicherweise nicht vollständig immobilisiert werden (teilweise zwischen dem Subjekt und dem Tisch schwebend, insbesondere in einem dünnen Motiv); und (3) Sandsäcke zur Immobilisierung der in der MRT-Bohrung platzierten Kabel. Dies sind wichtige Techniken, um schwer zu entfernende MRT-Maschinen-induzierte Schwingungsartefakte zu minimieren, die im zuvor veröffentlichten EEG-fMRT-Protokoll20nicht beschrieben wurden. In diesem Protokoll wurden die Probanden ohne zusätzliches Umwickeln über die EEG-Kappe und Polsterung um den Kopf in den Scanner gelegt, und Kabel wurden nur an wenigen Stellen ohne Immobilisierung mit Sandsäcken geklebt. Basierend auf 20 Jahren Erfahrung am Montreal Neurological Institute haben wir erkannt, dass diese Maßnahmen zur Anfälligkeit der Elektrodendrähte und Kabel für MRT-Maschinerie-induzierte Vibrationen beitragen können, obwohl sie in den meisten EEG-fMRT-Studien selten betont werden6. Die Minimierung der MRT-maschinerieinduzierten Vibrationen führt in der Folge zu einer besseren Qualität und Lesbarkeit des EEG, was besonders nützlich ist, um subtile Veränderungen oder Ereignisse im EEG6zu identifizieren, wie z.B. kleine epileptische Entladungen in Epilepsiestudien und Einzelversuchs-ERPs in neurokognitiven Studien.
Der Nachweis von ERPs in EEG-Signalen ist eine Voraussetzung für kognitive neurowissenschaftliche Studien. Im Gegensatz zur klassischen Grand Average-Reaktion über Studien hinweg wird die ERP-Einzelstudienerkennung, die Einblicke in die Gehirndynamik als Reaktion auf einen bestimmten Reiz liefert, zu einem neuen Ziel in modernen kognitiven neurowissenschaftlichen Studien und der nicht-invasiven Gehirn-Computer-Schnittstellenforschung27. Die Anwendung des vorliegenden Protokolls kann zur Effizienzsteigerung in diesen Forschungsbereichen beitragen.
Das Protokoll eignet sich am besten für das in dieser Studie verwendete MRT-kompatible EEG-System. Dennoch glauben wir, dass die wichtigen Punkte auch auf andere MRT-kompatible EEG-Systeme anwendbar sein können.

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) liefert ein Maß für die neuronale Aktivität durch hämodynamische Reaktionen, indem sie Blut-Sauerstoff-Level-abhängige (BOLD) Veränderungen während eines elektrografischen Ereignisses misst. Die simultane Elektroenzephalographie (EEG) und fMRT (EEG-fMRT) ist ein nicht-invasives Forschungswerkzeug, das die synergischen Eigenschaften von Kopfhaut-EEG (gute zeitliche Auflösung) und fMRT (gute räumliche Auflösung) kombiniert und eine bessere Lokalisierung des Standorts ermöglicht, der für die Erzeugung von elektrografischen Ereignissen verantwortlich ist, die im EEG nachweisbar sind. Es wurde erstmals in den 1990er Jahren für den Einsatz im Epilepsiefeld1,2 entwickelt und wird seit den 2000er Jahren in der neurowissenschaftlichen Forschungeingesetzt 3,4. Mit der Zunahme des Wissens über die Sicherheit5 und der kontinuierlichen Entwicklung von Techniken zur Entfernung von MRT-induzierten Artefakten auf EEG3,6,7,8,9,10, ist es derzeit ein Werkzeug, das sowohl in den Neurowissenschaften als auch in der klinischen Forschung weit verbreitet ist11.
EEG-fMRT wird je nach Forschungsfrage entweder in Ruhe oder während einer Aufgabe erworben. Im Allgemeinen ermöglicht die Erfassung des Ruhezustands die Identifizierung von Strukturen, die an der Erzeugung eines bestimmten EEG-Merkmals beteiligt sind (z. B. Wellenform, Rhythmus, Frequenzen, Leistung) und hilft beim Verständnis der variablen spontanen Gehirnaktivitäten11. Eine Reihe von neurowissenschaftlichen Studien und die meisten klinischen Studien, insbesondere solche zu Epilepsie12,erwerben EEG-fMRT in Ruhe11. Die aufgabenbasierte Erfassung ermöglicht die Identifizierung von Hirnbereichen und elektrischen Aktivitäten des Gehirns, die einer bestimmten Aufgabe zugeordnet oder damit verbunden sind, und hilft, die Verbindung zwischen den elektrischen Aktivitäten und den mit der Aufgabe verbundenen Hirnbereichen herzustellen. Aufgabenbasierte Akquisition wird hauptsächlich in neurowissenschaftlichen Studien11 und einigen klinischen Studien13 verwendet. Die meisten aufgabenbasierten EEG-fMRT-Erfassungen verwenden ein ereignisbezogenes Design. Die Art der Modellierung, die für die Integration von EEG- und fMRT-Daten verwendet wird, bestimmt, ob der Wirkungsgrad oder die Erkennungsleistung bei der Gestaltung der Aufgabe maximiert werden soll14. Bitte beachten Sie die Studien von Menon et al.14 und Liu et al.15,16 für Details zum Aufgabendesign.
Obwohl die Datenerfassung während des EEG-fMRT unkompliziert erscheinen mag, ist die Vorbereitung erfahrungsauffordernd. Ein Protokoll zur richtigen Vorbereitung der Datenerfassung ist wichtig, um sowohl die Sicherheit als auch die Ausbeute (d. H. Analysierbare und zuverlässige Daten) zu gewährleisten. Trotz der Existenz verschiedener Techniken zur Entfernung von MRT-induzierten EEG-Artefakten sind inkonsistente Artefakte im aufgezeichneten EEG, insbesondere solche, die sich auf maschineninduzierte Vibrationen der Drähte und die groben Bewegungen der Probanden beziehen, immer noch schwer vollständig zu entfernen; Daher müssen diese Artefakte während der Datenerfassung minimiert werden.
Dieser Artikel stellt ein einfaches Protokoll vor, das leicht verfügbare MRT-kompatible Medizinprodukte verwendet. Das Protokoll liefert wichtige Schritte, die die Datenqualität sicherstellen, insbesondere die Qualität der EEG-Daten, die für den Erfolg einer EEG-fMRT-Studie entscheidend ist. Dieses Protokoll wurde auf der Grundlage der 20-jährigen Erfahrung des EEG-fMRT-Forschungsteams am Montreal Neurological Institute12,17 entwickelt und für den Einsatz an der Universität Osaka weiter modifiziert, was sowohl unerfahrenen als auch erfahrenen Bedienern zugute kommt.

<table><tbody><tr><td>BrainAmp EXG MR</td><td>Brain Products, GmBH, Deutschland</td><td></td><td>MRT-kompatibler bipolarer</td></tr><tr><td>Verstärker BrainAmp MR Plus</td><td>Brain Products, GmBH, Deutschland</td><td></td><td>MRT-kompatibler EEG-Verstärker</td></tr><tr><td>BrainCap MR</td><td>Brain Products, GmBH, Deutschland</td><td></td><td>MRT-kompatible EEG-Kappe</td></tr><tr><td>ESPA elastische Bandage</td><td>Toyobo co., Ltd.</td><td></td><td>elastische Bandage zum Umwickeln des Kopfes des Probanden</td></tr><tr><td>One Shot Plus P EL-II Alkoholtupfer</td><td>Shiro Jyuji, Inc.</td><td></td><td>Alkoholtupfer zur Vorbereitung der Haut</td></tr><tr><td>Power Pack</td><td>Brain Products, GmBH, Deutschland</td><td></td><td>MRT-kompatibler Akkupack zur elektrischen Versorgung der</td></tr><tr><td>Verstärker SyncBox</td><td>Brain Products, GmBH, Deutschland</td><td></td><td>Phasensynchronisation zwischen dem EEG-Gerät und dem MRT-Scanner</td></tr><tr><td>USB 2 Adapter (BUA)</td><td>Brain Products, GmBH, Deutschland</td><td></td><td>USB-Adapter zum Anschluss der Verstärker an den Aufnahmecomputer</td></tr><tr><td>V19 leitfähiges Schleifgel</td><td>Brain Products, GmBH, Deutschland</td><td></td><td>Schleifgel zum Aufbringen der EEG-Kappe</td></tr><tr><td>Yu-ki Ban GS Medical Klebeband</td><td>Nitoms, Inc.</td><td></td><td>medizinisches Klebeband zur Sicherung der EKG-Elektrode und der Carbondrahtschlaufen</td></tr></tbody></table>

zuverlässige erfassung von elektroenzephalographiedaten während der simultanen elektroenzephalographie und funktionellen mrt

Reliable Acquisition of Electroencephalography Data during Simultaneous Electroencephalography and Functional MRI

Die simultane Elektroenzephalographie (EEG) und die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), EEG-fMRT, kombiniert die komplementären Eigenschaften des Kopfhaut-EEG (gute zeitliche Auflösung) und der fMRT (gute räumliche Auflösung), um die neuronale Aktivität während eines elektrographischen Ereignisses durch hämodynamische Reaktionen zu messen, die als Blut-Sauerstoff-Level-abhängige (BOLD) Veränderungen bekannt sind. Es ist ein nicht-invasives Forschungswerkzeug, das in der neurowissenschaftlichen Forschung eingesetzt wird und für die klinische Gemeinschaft von großem Nutzen ist, insbesondere für das Management neurologischer Erkrankungen, vorausgesetzt, dass während der Datenerfassung die richtige Ausrüstung und Protokolle verabreicht werden. Obwohl die Aufzeichnung von EEG-fMRT scheinbar unkompliziert ist, ist die richtige Vorbereitung, insbesondere bei der Platzierung und Sicherung der Elektroden, nicht nur für die Sicherheit wichtig, sondern auch entscheidend für die Gewährleistung der Zuverlässigkeit und Analysierbarkeit der erhaltenen EEG-Daten. Dies ist auch der erfahrungsaufforderndste Teil der Vorbereitung. Um diese Probleme zu beheben, wurde ein einfaches Protokoll entwickelt, das die Datenqualität sicherstellt. Dieser Artikel bietet eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Erfassung zuverlässiger EEG-Daten während der EEG-fMRT mit diesem Protokoll, das leicht verfügbare Medizinprodukte verwendet. Das vorgestellte Protokoll kann an verschiedene Anwendungen der EEG-fMRT in Forschung und klinischen Umgebungen angepasst werden und kann sowohl für unerfahrene als auch für erfahrene Bediener von Vorteil sein.

Beim Einsetzen der EEG-Kappe mit diesem Protokoll sinkt die Impedanz jeder Elektrode normalerweise unter 20 kΩ(Abbildung 1). Repräsentative EEG-Signale, die von einem Probanden (20-jähriger Mann), der an einer neurokognitiven Studie teilgenommen hat, und einem anderen Probanden (19-jährige Frau), der an einer Epilepsiestudie mit diesem Protokoll im selben MR-Scanner teilgenommen hat, erhalten wurden, sind in Abbildung 2 bzw. Abbildung 3dargestellt. Das Subjekt, das sich neurokognitiven Tests unterzog, wurde angewiesen, die Augen offen zu halten, aber still zu bleiben, während es eine visuelle Aufgabe wie angewiesen ausführte. Das Subjekt für die Epilepsiestudie wurde angewiesen, die Augen zu schließen und zu schlafen, da epileptische Aktivitäten typischerweise häufiger während des Schlafes sind. Die aus beiden Studien gewonnenen EEG-Signale waren vor der Verarbeitung ähnlich (Abbildung 2); Das MRT-Gradientenartefakt verdeckte die realen EEG-Signale. Die EEG-Signale aus beiden Studien wurden offline wie folgt verarbeitet: MRT-Artefakte wurden mit der Subtraktionsmethode24entfernt; und BCG, Bewegungen und Heliumpumpenartefakte wurden durch die Regression von Signalen entfernt, die von den Kohlenstoffdrahtschleifen7,9aufgezeichnet wurden. Die resultierenden EEG-Signale (Abbildung 3B) aus beiden Studien waren von analysierbarer Qualität ohne sichtbare Kontamination von BCG-Artefakten (Abbildung 3A). Epileptische Aktivitäten wurden während der Epilepsiestudie deutlich am EEG beobachtet (Abbildung 3B). Auf dem EEG, das während der neurokognitiven Studie erworben wurde, wurden aufgrund der Art der Studie Blinzeln, Augenbewegungen und Muskelartefakte beobachtet, insbesondere in den frontalen Leitungen (Fp1 und Fp2) nach Artefaktentfernung(Abbildung 3B),und können je nach Bedarf mit anderen Methoden weiter entfernt werden. Bei nachbearbeiteten EEG-Signalen, die während beider Studien erfasst wurden, wurde kein Artefakt aus Maschinenschwingungen beobachtet (Abbildung 3B vergleichbar mit EEG-Signalen, die außerhalb der MRT erfasst wurden, wie in Abbildung 3Cgezeigt ). Auf den gleichzeitig aufgenommenen MR-Bildern war kein Artefakt aus den EEG-Elektroden zu sehen (Abbildung 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig01.jpg"> Abbildung 1: Repräsentative EEG-Elektrodenimpedanz, die bei Anwendung einer 32-Kanal-EEG-Kappe bei einem Probanden, der an einer neurokognitiven Studie teilgenommen hat, unter 5 kΩ fiel. Jeder runde farbige Kreis stellt eine EEG-Elektrode dar, wobei der Elektrodenname innerhalb des Kreises geschrieben wird; die Position jedes Kreises stellt die Position jeder Elektrode auf der EEG-Kappe dar. Der Farbbalken und die Zahlen auf der rechten Seite stellen den Bereich der gemessenen Impedanz dar (in diesem Fall 0-5 kΩ); Grüne Farbe zeigt an, dass der Impedanzwert niedriger als der Wert für gute Stufe ist, und rote Farbe zeigt schlechte Stufe an. In diesem Beispiel sind die Elektroden CP1, O1, Oz, O2 und EKG hellgrün angegeben, was bedeutet, dass die Impedanzen dieser Elektroden 2 kΩ betragen; der Rest der Elektroden ist dunkelgrün gekennzeichnet, was bedeutet, dass die Impedanzen dieser Elektroden 0 kΩ betragen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig02.jpg"> Abbildung 2:EEG-Signal vor der Verarbeitung. Beachten Sie, dass das MRT-Gradientenartefakt die echten EEG-Signale verdeckt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig3v2.jpg"> Abbildung 3: Repräsentative EEG-Signale von Probanden, die an neurokognitiven und Epilepsiestudien teilnahmen. EEG-Signale in der oberen Reihe stammten aus einer neurokognitiven Studie und die in der unteren Reihe aus einer Epilepsiestudie. EEG-Signale wurden offline verarbeitet. (A) EEG-Signale nach Entfernung von MRT-Gradientenartefakten. Die hellblauen Kästchen zeigen BCG-Artefakte an. (B) EEG-Signale nach Artefaktentfernung durch Regression von Signalen, die von den Kohlenstoffdrahtschleifen aufgezeichnet wurden. (C) EEG-Signale, die außerhalb der MRT mit derselben EEG-Ausrüstung aufgezeichnet werden. EEG-Signale wurden in referenzieller Montage gezeigt (Referenz bei FCz); Das EEG in bipolarer Montage (jeder Kanal stellt die Spannungsdifferenz zwischen einem Paar benachbarter Elektroden dar) desselben Segments wird auch für EEG gezeigt, das während einer Epilepsiestudie erworben wurde, um die Visualisierung epileptischer Aktivitäten zu erleichtern. Die blauen Pfeilspitzen (B und C, obere Reihe) zeigen blinkend an (langsame Abwärtsablenkungen/diphasische Potentiale mit hoher Amplitude bei Fp1 und Fp2), die schwarze Pfeilspitze (B, obere Reihe) zeigt augenbewegungen an, die aus einer Sakkade oder einem spontanen Blickwechsel resultieren (kleine, schnelle Ablenkungen bei Fp1 und Fp2), und die grünen Rechtecke (B, obere Reihe) zeigen den Alpha-Rhythmus an, der auf dem EEG während einer neurokognitiven Studie beobachtet wurde. Die Aktivitäten mit niedriger Amplitude und Hochfrequenz sind überwiegend bei Fp1 und Fp2 Muskelartefakte (Verdickung der EEG-Nachverfolgung, obere Reihe). Die roten Pfeilspitzen (B und C, untere Reihe) zeigen den Zeitpunkt an, zu dem epileptische Aktivitäten am EEG identifiziert wurden, die während einer Epilepsiestudie erworben wurden (scharfe Ablenkungen nach unten oder oben, denen manchmal eine langsame Welle folgt). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig3v2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig04.jpg"> Abbildung 4: Repräsentative MRT-Daten, die von einem Probanden mit diesem Protokoll erfasst wurden. Beachten Sie, dass die EEG-Elektroden keine sichtbaren Artefakte auf den gleichzeitig aufgenommenen MR-Bildern verursachten. (A) Magnetisierung vorbereitete schnelle Aufnahme mit Gradientenechobild; (B) echoplanare Bildgebung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

Dieser Artikel bietet ein einfaches Protokoll für die Erfassung hochwertiger Elektroenzephalographie-Daten (EEG) während der gleichzeitigen EEG- und funktionellen Magnetresonanztomographie unter Verwendung leicht verfügbarer Medizinprodukte.

Zuverlässige Erfassung von Elektroenzephalographiedaten während der simultanen Elektroenzephalographie und funktionellen MRT

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI), EEG-fMRI, combines the complementary properties of scalp EEG ...

Unser Protokoll bietet wichtige Schritte, die die Datenqualität sicherstellen, insbesondere die Qualität jeder Daten, die für den Erfolg einer simultanen EEG-fMRT-Studie entscheidend ist, aber selten betont wird. Dieses Protokoll ist unkompliziert und verwendet nur leicht verfügbare medizinische Produkte, daher ist es sehr einfach zu befolgen. Dieses Protokoll führt zu einer besseren Qualität und Lesbarkeit des gleichzeitig mit der fMRT erworbenen EEG, was besonders nützlich ist, um subtile EEG-Veränderungen in Epilepsiestudien zu identifizieren.Dieses Protokoll ist auch nützlich, um subtile EEG-Ereignisse in Einzelstudien-ERPs neurokognitiver Studien zu identifizieren. Schließen Sie zunächst die MRT-kompatiblen EEG- und bipolaren Verstärker an die voll aufgeladenen Akkupacks und an den Aufnahmecomputer an. Stellen Sie sicher, dass der Arbeitsbereich der Aufnahmesoftware korrekt eingerichtet ist.Laden Sie eine 10-Milliliter-Spritze mit dem abrasiven leitfähigen Gel zum Auftragen der EEG-Kappe. Messen Sie den Kopfumfang des Subjekts, indem Sie ein flexibles, nicht dehnbares Maßband um den Kopf wickeln, über die Superorbitalkämme im Hinterhaupt. Wählen Sie eine Kappe in geeigneter Größe, die einen Zentimeter größer als der Kopfumfang ist, und stellen Sie sicher, dass sie für das Motiv angenehm ist.Nachdem Sie die Kappe an der ungefähren Position über dem Kopf des Subjekts platziert haben, messen Sie die Längen des Inion-Nasion-Bogens und markieren Sie den Schnittpunkt des Inion-Nasion-Bogens und des periiaurikulären Bogens. Schieben Sie die Kappe über den Kopf, so dass die Position der Elektrode CZ an diesen Schnittpunkt angepasst wird. Stellen Sie sicher, dass die Kappe nicht horizontal gedreht wird, indem Sie manuell überprüfen, ob die Wetterelektroden FZ, PZ, OZ, Referenz und Masse über dem Ionen-Nasion-Bogen positioniert sind.Legen Sie die Haut unter jeder Elektrode frei, indem Sie das Haar mit der Rückseite eines Wattestäbchens zur Seite verschieben. Reiben Sie die Haut unter jeder Elektrode, indem Sie schnell einen Wattestäbchen mit 70% igem Alkohollösung durch die Öffnung der Elektrode drehen. Tragen Sie eine kleine Menge des abrasiven leitfähigen Gels in die Öffnung auf und schleifen Sie die Haut ab, indem Sie schnell einen Wattestäbchen drehen.Überwachen Sie die Impedanz der Elektrode und wiederholen Sie den Abrieb, bis die Impedanz auf mindestens unter 20 Kiloohm sinkt. Sobald die Impedanz zufriedenstellend ist, füllen Sie die Öffnung mit dem gleichen Gel und achten Sie darauf, kein übermäßiges Gel in die Öffnung aufzutragen, um eine Überbrückung zwischen den Elektroden zu vermeiden. Bevor Sie die EKG-Elektrode auf der Rückseite platzieren, bitten Sie das Subjekt, aufrecht zu sitzen, ohne den Hals zu beugen.Platzieren Sie die EKG-Elektrode zwei bis drei Zentimeter von der mittleren Furche und stellen Sie sicher, dass der Draht hinten gerade ist, aber mit Zugabe entlang der Krümmung des Halses, um eine Verschiebung zu vermeiden, wenn sich das Subjekt auf den MRT-Tisch legt. Reiben Sie die Haut unter der EKG-Elektrode mit einem Alkoholtupfer ein. Befestigen Sie die EKG-Elektrode mit einem doppelseitigen Klebering an der Haut und überwachen Sie die Impedanz, indem Sie den Hautabrieb mit einem Wattestäbchen wiederholen.Falten Sie den trockenen Alkohol-Wattestäbchen in vier und legen Sie ihn auf die EKG-Elektrode, dann kleben Sie den Tupfer mit einem chirurgischen Klebeband auf die Haut. Kleben Sie den EKG-Elektrodendraht auf die Haut bis zur Schulter. Legen Sie einen Satz vorgeflochtener Kohlenstoffdrähte, die aus sechs Schleifen bestehen, über die Kappe, so dass die Drähte parallel zu dem Elektrodenbündel auf der Oberseite des Kopfes sind.Verwenden Sie chirurgisches Klebeband, um die Schlaufen um die Elektroden zu sichern, so dass die Schleifen den Kopf bedecken, wobei jede Schlaufe fast einen gleichen Bereich bedeckt. Wickeln Sie den Kopf des Probanden mit einer elastischen Bandage über die EEG-Kappe und die Kohlenstoffschleifen, um sicherzustellen, dass der Verband alle Elektroden bedeckt und nicht zu fest ist. Fragen Sie, ob das Subjekt beim Anlegen des Verbandes einen unangenehmen Druck auf den Kopf verspürt.Für den Erwerb des Ruhezustands weisen Sie den Probanden an, MRT-kompatible Ohrhörer anzuwenden. Verwenden Sie ein Headset oder Kopfhörer für die aufgabenbasierte Erfassung und stellen Sie sicher, dass das Subjekt durch beide Seiten des Headsets oder der Ohrhörer hören kann. Legen Sie ein MRT-kompatibles flaches Memory-Foam-Kissen in die untere Hälfte der Kopfspule, bevor Sie das Subjekt bitten, sich hinzulegen und den Kopf in die Spule zu legen.Legen Sie dann die Elektrode und die Kohledrahtbündel direkt durch die obere Öffnung der Kopfspule. Fügen Sie Memory-Foam-Kissen an der Oberseite des Kopfes, der Stirn und des Temporalbereichs hinzu und füllen Sie alle verbleibenden Räume innerhalb der Kopfspule, ohne den Kopf des Subjekts zu fest zu komprimieren. Legen Sie die obere Hälfte der Kopfspule und schließen Sie die Spule, wobei Sie sicherstellen, dass die Kissen den Kopf nicht zusammendrücken.Legen Sie ein Memory-Foam-Kissen in Halbzylinderform in den Nacken, so dass der EKG-Elektrodendraht gut zwischen dem Kissen und dem Nacken eingeklemmt ist. Nachdem Sie alle Memory-Foam-Kissen platziert haben, testen Sie, ob das Subjekt noch durch beide Seiten der Headsets oder Ohrhörer hören kann. Platzieren Sie den Spiegel und weisen Sie das Motiv an, den Spiegel einzustellen, sobald sich der Kopf des Motivs im Isozentrum der MRT-Bohrung befindet.Nachdem Sie die EEG- und EKG-Elektroden an den EEG-Verstärker und die Kohlenstoffdrahtschleifen an den bipolaren Verstärker auf der Rückseite der MRT-Bohrung angeschlossen haben, verbinden Sie die Verstärker mithilfe von optischen Fasern mit dem Aufnahmecomputer. Schalten Sie dann die Verstärker ein und prüfen Sie, ob die Impedanz aller Elektroden noch niedrig ist. Ordnen Sie alle Drähte zwischen dem Auslass der oberen Öffnung der Kopfspule und den Verstärkern so an, dass sie gerade und in der Mitte der MRT-Bohrung platziert sind.Legen Sie eine Carbon-Drahtschleife um das Flachbandkabel, die von der EEG- und EKG-Elektroden-Anschlussbox zum Verstärker führt. Immobilisieren Sie die Drähte, indem Sie sie alle mit MR-sicheren und nicht ferromagnetischen Sandsäcken zwischen dem Auslass der oberen Öffnung der Kopfspule und den Verstärkern einschnüssen. Platzieren Sie Sandsäcke auf den Verstärkern und positionieren Sie die Verstärker außerhalb der Bohrung des Magneten mit den vom Hersteller gelieferten Kabeln.Kommunizieren Sie mit dem Subjekt aus dem Konsolenraum, um zu bestätigen, dass das Subjekt den Bediener hören kann, und weisen Sie das Subjekt an, sich während der Datenerfassung nicht zu bewegen. Starten Sie die EEG-Aufzeichnung, bevor Sie mit der fMRT-Erfassung beginnen. Prüfen Sie, ob Marker des Scanners und Lautstärkeauslösers periodisch in der Online-EEG-Aufzeichnung angezeigt werden.Repräsentative EEG-Signale von Probanden, die an der neurokognitiven Studie und Epilepsiestudie mit diesem Protokoll teilgenommen haben, werden hier gezeigt. Die EEG-Signale, die aus beiden Studien gewonnen wurden, waren vor der Verarbeitung ähnlich. Die resultierenden EEG-Signale aus beiden Studien waren von analysierbarer Qualität ohne sichtbare Kontamination von EKG-Artefakten, wie hier zu sehen.Epileptische Aktivitäten wurden während der Epilepsiestudie deutlich am EEG beobachtet. Auf dem EEG, das während der neurokognitiven Studie erworben wurde, wurden Blinzeln, Augenbewegungen und Muskelartefakte beobachtet, insbesondere in den frontalen Leads FP1 und FP2 nach Artefaktentfernung. Bei nachbearbeiteten EEG-Signalen, die während beider Studien aufgenommen wurden, wurde kein Artefakt aus Maschinenschwingungen beobachtet.Darüber hinaus verursachten die EEG-Elektroden keine sichtbaren Artefakte auf den gleichzeitig aufgenommenen MR-Bildern. Wenn Sie dieses Protokoll versuchen, immobilisieren Sie den Kopf des Subjekts, die Drähte und die Kabel, um mechanische Vibrationen angemessen zu verringern. Dieses Protokoll wird derzeit für unser neurowissenschaftliches Projekt verwendet, das die Erp-Einzelversuchserkennung erfordert.Es ebnet den Weg für den Einsatz der simultanen EEG-MRT in der nicht-invasiven Brain Computer Interface Forschung.

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