Name: Geräteaufbau und Artefaktentfernung für das simultane Elektroenzephalogramm und die funktionelle Magnetresonanztomographie für die klinische Überprüfung bei Epilepsie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-23T14:15:00.000+00:00
Duration: 10 min 23 s
Description: Erfahren Sie das simultane EEG-fMRI-Verfahren zur Lokalisierung epileptischer Aktivität bei Patienten mit therapieresistenter Epilepsie. Diese Methode ermöglicht präzise neurochirurgische Planung durch effektive Artefaktkorrektur.

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Diese Arbeit wurde teilweise vom College of Medicine, dem Vizepräsidenten für Forschung, UK HealthCare und dem Forschungsschwerpunkt an der University of Kentucky im Rahmen der College of Medicine Alliance Initiative und den Anschubfinanzierungen von Dr. Jihye Bae unterstützt, die vom Department of Electrical and Computer Engineering der University of Kentucky bereitgestellt wurden. Die Autoren danken den freiwilligen Teilnehmern für die Aufzeichnung und den Teammitgliedern der Epilepsy-Neuroimaging Research Alliance, insbesondere Dr. Brian Gold für die Leitung des Allianzteams, Dr. Sridhar Sunderam für die Forschungsbetreuung sowie Susan V. Hollar und Emily Ashcraft für die Patientenversorgung und das Management.

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<li>Nguyen, T., Potter, T., Karmonik, C., Grossman, R., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concurrent+EEG+and+functional+MRI+recording+and+integration+analysis+for+dynamic+cortical+activity+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Concurrent EEG and functional MRI recording and integration analysis for dynamic cortical activity imaging.</a> Journal of Visualized Experiments. (136), e56417(2018).</li>
<li>Khoo, H. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reliable+acquisition+of+electroencephalography+data+during+simultaneous+electroencephalography+and+functional+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Reliable acquisition of electroencephalography data during simultaneous electroencephalography and functional MRI.</a> Journal of Visualized Experiments. (169), e62247(2021).</li>
<li>Allen, P. J., Josephs, O., Turner, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+for+removing+imaging+artifact+from+continuous+EEG+recorded+during+functional+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A method for removing imaging artifact from continuous EEG recorded during functional MRI.</a> Neuroimage. 12 (2), 230-239 (2000).</li>
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<li>Manganotti, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+EEG-fMRI+in+patients+with+partial+epilepsy+and+focal+interictal+slow-wave+discharges+on+EEG%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Continuous EEG-fMRI in patients with partial epilepsy and focal interictal slow-wave discharges on EEG.</a> Magnetic Resonance Imaging. 26 (8), 1089-1100 (2008).</li>
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</ol>

Die Autoren erklären, dass die Forschung in Abwesenheit von kommerziellen oder finanziellen Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.

Dieses experimentelle Protokoll ist einzigartig, da es einen reibungslosen Übergang von Patienten mit Epilepsie von der EMU in den Scanraum ermöglicht, so dass es in klinischen und Forschungsumgebungen eingesetzt werden kann. Die Verwendung von von der FDA zugelassenen bedingten MR-Elektroden ist ein wesentlicher Bestandteil sowohl für klinische Aufzeichnungen während der Zeit in der EMU als auch für den sicheren Transfer zur MRT, ohne dass die Kopfhautelektroden vom Patienten entfernt oder ausgetauscht werden müssen. Im Elektrotriebwagen sind die bedingten MR-Elektroden an einen Verstärker angeschlossen, um eine gleichzeitige Video- und EEG-Überwachung zu ermöglichen. Für EEG-fMRT-Aufnahmen können ein MR-bedingter EEG-Verstärker und ein MRT-Scanner mit einer 20-Kanal-Kopfspule verwendet werden, die die Größe des Elektrodensatzes und der Verbindungsdrähte aufnimmt. Es ist zu beachten, dass vor der Durchführung der simultanen EEG-fMRT-Aufzeichnungen bei Patienten mit Epilepsie ein Testlauf mit einem gesunden Probanden dringend empfohlen wird, um die ordnungsgemäße Funktion aller Geräte zu bestätigen und sich mit jedem erforderlichen Schritt vertraut zu machen.
Darüber hinaus spielen auch die konkrete Organisation des Teams und die sorgfältige Auswahl der Patienten eine wichtige Rolle in diesem Protokoll. Um sowohl für den klinischen als auch für den Forschungsbereich geeignet zu sein, ist ein strukturiertes Team aus Epileptologen, Pflegepersonal, EEG-Technologen und Ingenieuren erforderlich. Bei der Patientenauswahl müssen die oben aufgeführten Ein- und Ausschlusskriterien genau berücksichtigt werden.
Darüber hinaus ist es wichtig, darauf einzugehen, dass bei der Durchführung einer EEG-informierten fMRT-Analyse die Schlüsselmerkmale des EEGs eindeutig vorhanden sein müssen, um die entsprechenden BOLD-Änderungen in der fMRT zu steuern. Daher ist es wichtig, bei der Durchführung der EEG-fMRT-Aufzeichnung Patienten zu berücksichtigen, die zuvor Ziel-EEG-Merkmale gezeigt haben. Während der interiktalen Phase bei Patienten mit Epilepsie sind IEDs, die abnorm sind und auf ein epileptogenes Potenzial hindeuten, ein bekanntes EEG-Merkmal, das auf die BOLD-Veränderungen16 verweist, auch wenn das vorliegende Beispiel diesen Fall nicht einschließt. Bei der Bestimmung von IEDs in den interiktalen EEG-fMRT-Aufzeichnungen sollten die Experimentatoren Patienten mit häufigen IEDs (mindestens drei IEDs/Stunde) berücksichtigen, die durch ein Kopfhaut-EEG beobachtet werden, um ausreichende epileptiforme Entladungen während einer Scansitzung zu gewährleisten. Die Anzahl der IEDs kann aus der EEG-Überwachung im Elektrotriebwagen oder aus der IED-Frequenz ermittelt werden, die in den früheren EEG-Aufzeichnungen der Probanden zu sehen ist, falls vorhanden. Die gewonnenen Aufzeichnungen von interiktalen EEG-fMRT-Daten können zum Verständnis und möglicherweise zur Lokalisierung der Anfalls-Beginn-Zonebeitragen 17.
Sobald nach der Verarbeitung der Schritte zur Entfernung der Artefakte ein sauberes EEG vorliegt, kann eine weitere EEG-Analyse durchgeführt werden. Beispielsweise kann die EEG-Quellbildgebung (ESI) durch die Anwendung einer standardisierten niedrig aufgelösten elektromagnetischen Hirntomographie (sLORETA)18 gewonnen werden, um die entsprechende elektrische Aktivität des Gehirns auf der kortikalen Oberfläche abzuschätzen. Die geschätzten Quellen können durch Invertierung der berechneten Leitfeldmatrix auf der Grundlage der Kopf-, Außenschädel-, Innenschädel- und Kortexschichten erhalten werden, die aus der MRT des Patienten unter Verwendung der Randelementmethode19 erstellt wurden. Es gibt zahlreiche öffentlich zugängliche Toolboxen, um EEG-Quellbildgebung zu erhalten, und Brainstorm ist eine häufig verwendete MATLAB-basierte Toolbox20.
Wenn eine ESI mit dem verarbeiteten EEG in Betracht gezogen wird, müssen die Gesamtzahl der Elektroden und ihre Verteilung sorgfältig berücksichtigt werden, damit sie den gesamten Kopf angemessen abdecken können. Die Mindestanzahl der Elektroden, die für die Implementierung von ESI erforderlich sind, beträgt 32 Kanäle21,22, was mehr ist als die Standardanzahl von Elektroden, die in klinischen Umgebungen verwendet werden. Daher wird empfohlen, zusätzliche Kanäle einzubauen, um den gesamten Kopf mit angemessenem Abstand abzudecken. Die Kanalauswahl in dieser Studie umfasst 21 Kanäle, die in der Klinik konventionell für die EEG-Überwachung verwendet werden, und 11 zusätzliche Kanäle, um den Kopf vollständig abzudecken (Abbildung 1).
Hier verzichten wir auf Details der fMRT-Analyse, da dies außerhalb des Rahmens unserer Studie liegt. Eine mögliche Richtung ist jedoch die EEG-informierte fMRT-Analyse23. So kann z.B. die Entstehungszeit von IEDs als Ereignisauslöser gespeichert werden, um mit der fMRT zu korrelieren, was zu einer routinemäßigen ereignisbezogenen fMRT-Analyse führen kann. In diesem Fall kann eine verallgemeinerte lineare Modellanalyse verwendet werden, um die Hirnregionen zu finden, die zum Zeitpunkt der IEDs Veränderungen im fMRT-Signal aufweisen.
Wir weisen darauf hin, dass eine kürzlich veröffentlichte Studie10 gezeigt hat, dass es möglich ist, ein Kohledrahtschlaufensystem zu verwenden, wenn eine robustere Technik zur Entfernung von Artefakten erforderlich ist16. Wir möchten jedoch darauf hinweisen, dass die Integration des Kohlenstoffdrahtschleifensystems in unserem experimentellen Umfeld mit der MR-bedingten Elektrode noch nicht untersucht wurde.
Auch wenn sich diese Studie speziell auf die interiktale Phase der Epilepsie konzentriert, kann das eingeführte Protokoll für die simultane EEG-fMRT auf die iktale oder postiktale Periode erweitert werden. Es müssen jedoch bestimmte Überlegungen angestellt werden, wenn benutzerdefinierte Einstellungen in Betracht gezogen werden. Für die postiktale Phase ist ein wichtiges Anliegen, das uns bekannt ist, dass der Patient vor dem Transport zum MRT ein Benzodiazepin erhält. Was die Frequenzanalyse von EEGs betrifft, so wurde berichtet, dass Benzodiazepine nicht notwendigerweise die spezifischen Frequenzbänder 24,25 verändern, und im Falle bescheidener Veränderungen sind diese auf die somatosensorisch-motorische Region26 oder die Frontallappen27 beschränkt. Darüber hinaus zeigten die Delta-EEG-BOLD-Korrelationen in Bezug auf die simultane EEG-fMRT keine Veränderungen nach Benzodiazepin-Injektion im Vergleich zu einer Kontrolle mit Kochsalzinjektion27. Das BOLD-Signal wurde nur in den kleinen Bereichen des Gyrus Heschel und des zusätzlichen motorischen Bereichs verringert.

Weltweit leiden fast 70 Millionen Menschen an Epilepsie1. Einer von 150 Menschen mit schlecht eingestellter Epilepsie erliegt jedes Jahr einem plötzlichen unerwarteten Tod in Epilepsie (SUDEP). Darüber hinaus sind etwa 30%-40% der Epilepsiefälle refraktär gegenüber medizinischer Behandlung2. Eine neurochirurgische Behandlung in Form von Resektion, Trennung oder Neuromodulation kann für Patienten mit refraktärer Epilepsie eine lebensverändernde und lebensrettende Maßnahme sein.
Das simultane Elektroenzephalogramm und die funktionelle Magnetresonanztomographie (EEG-fMRT) sind eine einzigartige kombinierte Technik, die Gehirnaktivitäten nicht-invasiv misst und Vorteile für das Verständnis und die Lokalisierung des Anfallsbeginns bei Epilepsie bietet 3,4,5,6. Kopfhaut-EEGs können zur Lateralisierung und Lokalisierung von Anfallsbeginnzonen verwendet werden, haben jedoch eine relativ schlechte räumliche Auflösung, da sie nur begrenzte Möglichkeiten zur Beurteilung tiefer epileptogener Quellen haben. Während die fMRT im gesamten Gehirn, einschließlich der tiefen Regionen, eine gute räumliche Auflösung aufweist, ist die fMRT allein nicht spezifisch für Anfälle. Kopfhaut-EEGs können jedoch die Interpretation von Blutsauerstoffgehalts-abhängigen (BOLD) Aktivierungs- oder Deaktivierungsbereichen in der fMRT unterstützen, wodurch eine fMRT-Technik entsteht, die spezifisch für Epilepsie ist. Somit kann die Implementierung der simultanen EEG-fMRT genutzt werden, um raumzeitliche Prozesse abzubilden, die für die Lokalisierung sowohl des "Wo" als auch des "Wann" epileptischer Ereignisse relevant sind.
Erläuterungen zur simultanen EEG-fMRT wurden in den vorangegangenen Studien 7,8,9,10 gegeben. Die EEG-fMRT wurde jedoch bei Epilepsie, insbesondere im klinischen Umfeld, zu wenig eingesetzt. Es existiert eine Studie, die ein allgemeines Verfahren für EEG-fMRT-Aufzeichnungen, Hintergründe und Beispiele für mögliche EEG-Analysen bereitstellt7. Außerdem wurde eine Studie durchgeführt, in der der Schwerpunkt auf hypnotischer Induktion zusammen mit Temperaturmessungen bei gleichzeitigen EEG-fMRT-Aufzeichnungen lag8. Darüber hinaus wurde eine erweiterte EEG-fMRT-Studie zur Einführung einer raumzeitlichen und fMRT-beschränkten EEG-Quell-Bildgebungsmethode vorgeschlagen 9,10. Darüber hinaus wurde die Verwendung einer Kohledrahtschleife zur effektiven Entfernung von Artefakten aus der EEG-fMRT in Betracht gezogen10. All diese Studien gehen jedoch nicht auf die Herausforderungen bei der Durchführung von EEG-fMRT-Studien in einem klinischen Forschungsumfeld ein. Insbesondere die Verwendung der EEG-Kappe schränkt die Durchführbarkeit dieser Protokolle im klinischen Umfeld ein, und es fehlen auch Details zum Patientenmanagement. In dieser Studie stellen wir ein EEG-fMRT-Aufzeichnungsprotokoll zur Verfügung, das sowohl im klinischen als auch in der Forschungsumgebung für Patienten mit Epilepsie verwendet werden kann. Dieses einzigartige Protokoll ermöglicht einen einfachen Patientenübergang von einer Epilepsie-Überwachungseinheit (EMU) in den Scanraum. Darüber hinaus bietet das Protokoll das Potenzial, seine Anwendung auf postiktale Periodenaufzeichnungen bei Epilepsiepatienten auszuweiten. Für die EEG-fMRT ist die Nachbearbeitung ein entscheidender Schritt zur Beseitigung von Artefakten, die durch MRT-Gradienten und physiologische Artefakte, wie z. B. solche, die mit dem Herzschlag zusammenhängen, verursacht werden. Daher bieten wir auch Schritt-für-Schritt-Verfahren zur Entfernung von EEG-Artefakten unter Verwendung einer Standard-Template-Entfernungsmethode11 für die klinische Überprüfung.

<table><tbody><tr><td>3T Magnetom Prisma fit MRT-Scanner</td><td>Siemens Healthineers</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Abralyt HiCl, 10 g.</td><td>EASYCAP GmbH</td><td></td><td>Leitfähiges Gel für EKG-Elektrode.</td></tr><tr><td>BrainAmp MR plus 32-Kanal</td><td>Brain Products GmbH</td><td>S-BP-01300</td><td></td></tr><tr><td>BrainVision Analyzer Version 2.2.0.7383</td><td>Brain Products GmbH</td><td></td><td>EEG-Analysesoftware.</td></tr><tr><td>BrainVision Interface Box 32 Eingänge</td><td>Ives EEG Solutions, LLC</td><td>BVI-32</td><td></td></tr><tr><td>BrainVision Recorder Lizenz mit Dongle</td><td>Brain Products GmbH</td><td>S-BP-170-3000</td><td></td></tr><tr><td>BrainVision Recorder Version 1.23.0003</td><td>Brain Products GmbH</td><td></td><td>EEG-Aufzeichnungssoftware.</td></tr><tr><td>Kollodium (nicht flexibel)</td><td>Mavidon-Kleber</td><td></td><td>zur Befestigung von EEG-Elektroden.</td></tr><tr><td>Glasfaserkabel (30 m eine Leitung)</td><td>Brain Products GmbH</td><td>S-BP-345-3020</td><td></td></tr><tr><td>Gold Cup Elektrodenset, 32 Kanal</td><td>Ives EEG Solutions, LLC</td><td>GCE-32 2</td><td>+ Artikel werden empfohlen, wenn mehrere Probanden mit überlappender/geschlossener Aufenthaltsdauer in der Epilepsieüberwachungseinheit (EMU) behandelt werden.</td></tr><tr><td>Gold Cup Elektroden</td><td>Ives EEG Solutions, LLC</td><td>GCE-EKG</td><td></td></tr><tr><td>Harness, 32 Ableitungen, wiederverwendbar</td><td>Ives EEG Solutions, LLC</td><td>HAR-32 2</td><td>+ Artikel werden empfohlen, wenn mehrere Probanden mit überlappender/geschlossener Periode von&nbsp; Aufenthalt in der Epilepsieüberwachungseinheit (EMU).</td></tr><tr><td>MR-Schlitten-Kit bestehend aus 100% und 75% langen Basisplatten, flachen (3 cm) Blockbeinen für jede Grundplatte, Rampe und Gurtsystemen wie von Hand konfiguriert</td><td>Brain Products GmbH</td><td>BV-79123-PRISMA SKYRA</td><td></td></tr><tr><td>Natus NeuroWorks EEG</td><td>Natus</td><td></td><td>Software für die EEG-Überwachung in der Epilepsie-Überwachungseinheit (EMU).</td></tr><tr><td>Nuprep Skin Prep Gel</td><td>Weaver und Co.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Passives Starter-Set, einschließlich Verbrauchsmaterialien (Gel, Spritzen, Dosiernadeln, Klebescheiben usw.) zur Erleichterung der Out-of-the-Box-Datenerfassung</td><td>Brain Products GmbH</td><td>S-C-5303</td><td></td></tr><tr><td>SyncBox kompl. Erweiterungsbox für Phasensynchronisationsaufzeichnungen</td><td>Brain Products GmbH</td><td>S-BP-02675</td><td>Syncbox</td></tr><tr><td>syngo MR XA30</td><td>Siemens Healthineers</td><td></td><td>Software für den MRT-Scanner.</td></tr><tr><td>Ten 20 konduktive neurodiagnostische Elektrodenpaste</td><td>Weaver und Co.</td><td></td><td>Leitfähiges Gel für EEG-Elektroden.</td></tr><tr><td>TriggerBox Kit für BrainAmp</td><td>Brain Products GmbH</td><td>S-BP-110-9010</td><td>Triggerbox; Dieses Kit ermöglicht es, die Triggerbreite des Scanners zu erweitern, so dass das Triggersignal auf dem BrainVision Recorder korrekt erkannt werden kann. Dieses Kit ist je nach den Eigenschaften des vom Scanner gelieferten Triggersignals möglicherweise nicht erforderlich.</td></tr><tr><td>Xltek EMU40EX</td><td>Verstärker Natus</td><td></td><td>Ein Verstärker, der in der Epilepsie-Überwachungseinheit (EMU) verwendet wird.</td></tr></tbody></table>

geräteaufbau und artefaktentfernung für das simultane elektroenzephalogramm und die funktionelle magnetresonanztomographie für die klinische Überprüfung bei epilepsie

Equipment Setup and Artifact Removal for Simultaneous Electroencephalogram and Functional Magnetic Resonance Imaging for Clinical Review in Epilepsy

Das simultane Elektroenzephalogramm und die funktionelle Magnetresonanztomographie (EEG-fMRT) sind eine einzigartige kombinierte Technik, die Synergien beim Verständnis und der Lokalisierung des Anfallsbeginns bei Epilepsie bietet. Die berichteten experimentellen Protokolle für EEG-fMRT-Aufzeichnungen gehen jedoch nicht auf Details zur Durchführung solcher Verfahren bei Epilepsiepatienten ein. Darüber hinaus sind diese Protokolle ausschließlich auf Forschungsumgebungen beschränkt. Um die Lücke zwischen der Patientenüberwachung in einer Epilepsie-Überwachungseinheit (EMU) und der Forschung mit einem Epilepsiepatienten zu schließen, führen wir ein einzigartiges EEG-fMRT-Aufzeichnungsprotokoll der Epilepsie während der interiktalen Periode ein. Die Verwendung eines bedingten MR-Elektrodensets, das auch in der EMU für eine gleichzeitige Kopfhaut-EEG- und Videoaufzeichnung verwendet werden kann, ermöglicht einen einfachen Übergang von EEG-Aufzeichnungen von der EMU in den Scanraum für gleichzeitige EEG-fMRT-Aufzeichnungen. Details zu den Aufzeichnungsverfahren mit diesem speziellen MR-bedingten Elektrodensatz werden bereitgestellt. Darüber hinaus erläutert die Studie Schritt-für-Schritt-EEG-Verarbeitungsverfahren, um die bildgebenden Artefakte zu entfernen, die dann für die klinische Überprüfung verwendet werden können. Dieses experimentelle Protokoll fördert eine Änderung der konventionellen EEG-fMRT-Aufzeichnung, um die Anwendbarkeit sowohl in klinischen (d. h. EMU) als auch in Forschungsumgebungen zu verbessern. Darüber hinaus bietet dieses Protokoll das Potenzial, diese Modalität auf postiktale EEG-fMRT-Aufzeichnungen im klinischen Umfeld auszuweiten.

Wenn ein Patient in die EMU aufgenommen wird, werden gleichzeitig ein Kopfhaut-EEG und ein Video aufgezeichnet. Ein Zweck der EEG-Überwachung durch einen Neurologen besteht darin, epileptiforme Entladungen zu untersuchen, die möglicherweise die Lokalisation des Anfallsbeginns beeinflussen können. Wenn eine außergewöhnliche Dynamik bestimmter EEG-Kanäle unterschieden wird, können die Elektrodenpositionen mit der Anfallslokalisation in Verbindung gebracht werden. Während der interiktalen Periode werden interiktale epileptiforme Entladungen (IEDs), einschließlich Spikes und scharfe Wellen, traditionell als Marker für Bereiche mit Epileptogenität angesehen. Des Weiteren können die gewonnenen Aufnahmen von interiktalen EEG-fMRT-Daten vorteilhaft sein, um die Anfälle zu verstehen und zu lokalisieren. Um dieses EEG-fMRT-Aufzeichnungs- und EEG-Verarbeitungsprotokoll zu validieren, bewerten wir die Qualität des EEGs, indem wir das nachbearbeitete EEG mit dem aus der EMU vergleichen, und wir bestätigen, dass in beiden Fällen die gleiche unterscheidbare EEG-Charakteristik beobachtet wird.
Eine fokale langsame Delta-Aktivität deutet typischerweise auf eine zugrunde liegende strukturelle Hirnläsion oder einen Bereich hin, in dem die Neuronen nicht wie erwartet funktionieren, was häufig nach Schlaganfällen, Kopfverletzungen, Hirninfektionen oder Demenz beobachtet wird. Es ist jedoch nicht ungewöhnlich, dass Patienten mit fokaler Epilepsie eine fokale Delta-Aktivität in der Nähe oder an der Stelle ihrer epileptogenen Zone zeigen. Darüber hinaus kann die fokale Delta-Aktivität, obwohl sie weniger spezifisch ist als IEDs, eine lokalisierte strukturelle Pathologie spezifizieren, die dem Anfallsbeginn bei Epilepsie entspricht12. Darüber hinaus entsprechen fokale interiktale langsame Wellen in EEGs einer fokalen BOLD-Aktivierung in der fMRT, die dem epileptogenen Bereich bei Patienten mit partieller Epilepsie entspricht13.
Es ist bemerkenswert, dass bei der Epilepsie des Temporallappens manchmal eine Art von Delta-Aktivität vorliegt, die als temporales intermittierendes rhythmisches Delta (TIRDA) bezeichnet wird und als IED-Äquivalent angesehen wird14. Im Gegensatz dazu wird das temporale intermittierende polymorphe Delta (TIPDA) nicht als IED-Äquivalent angesehen15. In den verarbeiteten EEG-Daten sind deutliche fokale linke temporale langsame Wellen (TIPDA) vorhanden, die aus dem an der EMU aufgezeichneten EEG beobachtet werden (Abbildung 7). Obwohl diese Delta-Aktivität kein IED-Äquivalent ist, deutet sie auf eine linkstemporale neuronale Dysfunktion hin.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64919/64919fig01.jpg"> Abbildung 1: Ein Beispiel für 32 Elektrodenauswahlen für die simultane EEG-fMRT-Aufzeichnung. In der Klinik werden üblicherweise 21 Kanäle für die EEG-Überwachung in Betracht gezogen. Um eine Mindestanzahl von Elektroden für die Durchführung von EEG-Source-Imaging (ESI) zu erreichen, sind 11 zusätzliche Kanäle enthalten, um den Kopf vollständig abzudecken. Alle Elektroden sind Goldbecher, um MR-Effekte zu vermeiden. In der Abbildung werden verschiedene Farben verwendet, um verschiedene Elektroden zu unterscheiden, und die Farben stimmen mit den physischen Kabelfarben überein. Jedes rechteckige Kästchen im unteren Bereich zeigt eine Verbindung an, die an einen Kabelbaum angeschlossen werden soll, der für die Aufnahme an einen Verstärker angeschlossen wird. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64919/64919fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64919/64919fig02.jpg"> Abbildung 2: Platzierung der Elektroden. (A) Platzierung der Elektroden auf der Kopfhaut des Patienten und (B) Anordnung der Kabelverbindungen. Die linken Bilder in (A) und (B) bieten eine Ansicht von oben nach vorne, und die rechten Bilder zeigen eine Ansicht des Patienten von der linken Seite. Die roten Pfeile in (B) zeigen die Platzierung der Mullbinden an. Dies hilft, Bildartefakte zu vermeiden. Die blau eingekreisten Bereiche in (B) zeigen, wie die Kabelabzweige angeordnet sind. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64919/64919fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64919/64919fig03.jpg"> Abbildung 3: Geräteanschluss im Überwachungsraum . (A) Eine Übersicht über den USB 2-Adapter, die Syncbox und den Triggerbox-Anschluss. Detailliertes Bild von (B) den USB-2-Adapter und den Syncbox-Kabelverbindungen, (C) die Syncbox und die Glasfaserkabelverbindung sowie (D) die Kabelverbindungen in der Triggerbox. Die Sternmarkierungen auf (B), (C) und (D) zeigen die Position der USB-Kabel an, die an den Aufnahme-PC angeschlossen werden sollen. Eine schematische Darstellung des EEG-Aufzeichnungssystems und der erforderlichen Verbindungen zwischen der Hardware ist in Abbildung 1 in Mullinger et al.7 dargestellt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64919/64919fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64919/64919fig04.jpg"> Abbildung 4: Geräteanschluss im Scanraum . (A) Eine Übersicht über den Anschluss des EEG-Verstärkers im Scanner. (B) Gewickelte Kabel von der Schnittstellenbox zum Anschließen der EEG-Elektroden (das rote Kabel ist für die EKG-Messung). (C) Anschluss der Schnittstellenbox an den EEG-Verstärker und MR-sichere Sandsäcke zur Reduzierung von MR-Artefakten. (D) Anschluss des Verstärkers (oben) und der Batterie (unten) und Anschluss des Glasfaserkabels von der Syncbox im Überwachungsraum an den Verstärker. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64919/64919fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64919/64919fig05.jpg"> Abbildung 5: Screenshot der Arbeitsplatzeinstellungen in der EEG-Aufzeichnungssoftware. Die Anzahl der Kanäle und die Abtastrate können in den Verstärkereinstellungen eingestellt werden. Darüber hinaus kann die Spezifikation jedes Kanals bei Bedarf durch Klicken auf die Tabelle unten geändert werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64919/64919fig05large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64919/64919fig06.jpg"> Abbildung 6: Pipeline zur Entfernung von EEG-Artefakten mit repräsentativen Beispielen. Die rohen EEG-Kurven werden unten links angezeigt. Das untere mittlere Diagramm zeigt EEG-Spuren nach Anwendung der MR-Artefaktkorrektur und eines Hochpassfilters von 0,5 Hz auf das Roh-EEG. Das Diagramm unten rechts zeigt EEG-Kurven nach Anwendung der CB-Artefaktkorrektur und eines Notch-Filters von 60 Hz auf das verarbeitete EEG. Die EEG-Kurven werden im Common Ground-Modus angezeigt, um effektiv zu visualisieren, wie sich jeder Prozess auf jeden aufgezeichneten Kanal auswirkt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64919/64919fig06large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64919/64919fig07.jpg"> Abbildung 7: Vergleich des verarbeiteten EEGs aus einer simultanen EEG-fMRT-Aufzeichnung (links) und einem EEG, das an der EMU aufgezeichnet wurde (rechts). Der rote Kreis zeigt fokale linke temporale langsame Wellen auf den gleichen Kanälen an. Die EEG-Kurven werden in einem Doppelbananenformat angezeigt, das traditionell in der Klinik betrachtet wird. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64919/64919fig07large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>

In diesem Artikel werden simultane Aufzeichnungsverfahren für Elektroenzephalogramm und funktionelle Magnetresonanztomographie (EEG-fMRT) beschrieben, die sowohl in klinischen als auch in Forschungsumgebungen eingesetzt werden können. EEG-Verarbeitungsverfahren zur Entfernung von Bildartefakten für die klinische Überprüfung sind ebenfalls enthalten. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf das Beispiel der Epilepsie in der interiktalen Periode.

Geräteaufbau und Artefaktentfernung für das simultane Elektroenzephalogramm und die funktionelle Magnetresonanztomographie für die klinische Überprüfung bei Epilepsie

Simultaneous electroencephalogram and functional magnetic resonance imaging (EEG-fMRI) is a unique combined technique that provides synergy in the ...

In diesem Video stellen wir ein einzigartiges EEG-fMRT-Aufzeichnungsprotokoll vor, das sowohl in der Klinik als auch in der Forschung eingesetzt werden kann. Die simultane EEG-fMRT ist eine Technik, die Synergien beim Verständnis und der Lokalisierung von Anfallsbeginn und Epilepsie bietet. Durch die Implementierung der simultanen EEG-fMRT können die räumlich-zeitlichen Prozesse epileptischer Ereignisse abgebildet werden, die die neurochirurgische Behandlung von Patienten mit medikamentenrefraktärer Epilepsie, die bis zu einem Drittel der Patienten mit Epilepsie ausmachen, leiten können.Markieren Sie zunächst die Elektrodenpositionen auf der Kopfhaut des Patienten anhand des 10-20-Systems. Reinigen Sie nach dem Markieren der Elektrodenplatzierungspositionen die Kopfhaut des Patienten mit einem Hautvorbereitungsgel auf Gaze. Tragen Sie leitfähige Paste auf eine Elektrodenschale auf und kleben Sie sie auf die Kopfhaut des Patienten, wobei Sie dem Kanalnamen auf dem Elektrodenkabel folgen.Nachdem Sie die letzte Elektrode platziert haben, befestigen Sie alle Elektroden mit Kleber auf Gaze an der Kopfhaut. Ordnen Sie dann alle Elektrodenkabel an und platzieren Sie die Kabelverbindung weit von der Kopfhaut entfernt, indem Sie Mullbinden in der Mitte des Kopfes des Patienten platzieren. Platzieren Sie eine elastische Kopfabdeckung, um alle Elektroden zu sichern.Schließen Sie den Kabelbaum an den Verstärker an, um das EEG des Patienten synchron mit den Videoaufzeichnungen zu überwachen. Verbinden Sie im Überwachungsraum den USB 2-Adapter mit einem Kabel mit dem Triggerbox-Kit. Verbinden Sie dann die Sync-Box mit einem Kabel mit dem USB-Adapter und verbinden Sie ein Ende des Glasfaserkabels mit der Sync-Box.Schließen Sie ein USB-Anschlusskabel vom USB 2-Adapter an den Aufnahmecomputer an, und schließen Sie ein USB-Anschlusskabel von der Sync-Box an den Aufnahmecomputer an. Schließen Sie außerdem ein USB-Anschlusskabel von der Triggerbox an den Aufnahmecomputer und den Softwarelizenz-Dongle an den Aufnahmecomputer an. Bestätigen Sie die Triggerverbindung vom Scanner aus.Stellen Sie im Scanraum den EEG-Aufzeichnungsverstärker und das MR-Schlitten-Kit im Scanner auf. Schließen Sie das Ende des Glasfaserkabels im Scanraum an die Rückseite des Verstärkers an und schalten Sie den Verstärker ein. Sobald die Einrichtung im Scanraum abgeschlossen ist, wechseln Sie in den Überwachungsraum, öffnen Sie dann die EEG-Aufzeichnungssoftware auf dem Aufzeichnungscomputer und erstellen Sie einen Arbeitsbereich, indem Sie auf der Registerkarte Datei auf das Menü "Neuer Arbeitsbereich" klicken.Scannen Sie den Verstärker, indem Sie auf die Schaltfläche Nach Verstärker suchen klicken, und stellen Sie die entsprechenden Parameter ein, einschließlich Abtastraten sowie niedrige und hohe Grenzfrequenzen für die Aufnahme. Stellen Sie die Scannerparameter für das fMRT ein. Schalten Sie die Heliumpumpe des Scanners im Scanraum aus, um das Einbringen von Artefakten in das EEG-Signal weiter zu reduzieren.Bringen Sie den Patienten in das Scanning-Wartezimmer und erklären Sie dem Patienten den Aufnahmevorgang. Reinigen Sie den Rücken des Patienten und direkt unter der linken Schulter für die Platzierung der EKG-Elektroden. Tragen Sie ein abrasives Elektrolyt-Gel auf die EKG-Elektrode auf und platzieren Sie es auf der linken Rückseite des Patienten.Bringen Sie Klebeband um die EKG-Leitung und das Kabel an, um Scanartefakte während der Aufzeichnung zu minimieren. Trennen Sie den EEG-Kabelbaum und verbinden Sie die Kabelabzweige mit der Schnittstellenbox. Legen Sie den Patienten im Scanraum auf den Scantisch, wobei sich der Kopf in der offenen unteren Hälfte der Kopfspule befindet.Setzen Sie Ohrstöpsel ein, um das Geräusch des Scanners zu reduzieren, und legen Sie ein Kissen um den Kopf des Patienten, um Artefakte der Kopfbewegungen zu minimieren. Schließen Sie die obere Hälfte der Kopfspule an, um die Spule des Vogelkäfigs um den Kopf eines Patienten zu schließen. Stellen Sie die Betthöhe ein.Schließen Sie die Interface-Box an den Verstärker an und legen Sie die MR-sicheren Sandsäcke um die Kabel. Klicken Sie als Nächstes im Überwachungsraum auf die Schaltfläche Impedanzprüfung, um die Impedanz der EEG-Elektroden zu überprüfen. Nachdem Sie bestätigt haben, dass der Patient für die Aufzeichnung bereit ist, starten Sie die EEG-Aufzeichnung durch Klicken auf die Wiedergabetaste.Führen Sie den fMRT-Aufnahmescan aus. Öffnen Sie die EEG-Analyse-Software. Klicken Sie für die Korrektur von MR-Artefakten auf die Registerkarte Transformationen und dann auf die Registerkarte Spezielle Signalverarbeitung und MR-Korrektur.Wählen Sie in einem neu erstellten Fenster die Option Marker verwenden aus. Wählen Sie ein Auslösesignal aus dem Scanner aus und klicken Sie auf Weiter. Wählen Sie die Optionen verschachtelt und Zeitbasiert, geben Sie die Zeitinformationen des Triggersignals ein und klicken Sie auf Weiter.Aktivieren Sie Baselinekorrektur für Durchschnitt aktivieren, und deaktivieren Sie Baseline über das gesamte Artefakt berechnen. Fügen Sie die Start- und Endwerte ein. Wählen Sie Gleitende Durchschnittsberechnung verwenden aus.Geben Sie die Gesamtzahl der Intervalle für den gleitenden Durchschnitt ein. Überprüfen Sie die gemeinsame Verwendung aller Kanäle auf fehlerhafte Intervalle und Korrektur und klicken Sie auf Weiter. Wählen Sie im folgenden Fenster die Option "Alle Kanäle für Korrektur verwenden" und klicken Sie auf "Weiter".Aktivieren Sie Downsampling durchführen und wählen Sie 500 Hertz für eine neue Frequenz. Aktivieren Sie Tiefpassfilter anwenden, wählen Sie FIR-Filter verwenden, geben Sie 70 Hertz für eine Grenzfrequenz ein und klicken Sie auf Weiter. Wählen Sie eine Option "Korrigierte Daten speichern" aus.Klicken Sie dann auf Fertig stellen. Um die Gleichstromentfernung durch einen Hochpassfilter anzuwenden, klicken Sie auf die Transformation. Dann Registerkarte Datenfilterung und IIR-Filter.Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Aktiviert Geben Sie unter Low Cutoff eine Grenzfrequenz von 0,5 Hertz ein. Wählen Sie die Filterreihenfolge als zwei aus und klicken Sie OK.To Cardioballistische Artefakte entfernen, klicken Sie auf die Transformationen und dann auf die Registerkarte Spezielle Signalverarbeitung und CB-Korrektur. Wählen Sie in dem Fenster, das sich anschließend öffnet, die Option Peak-Erkennung verwenden und aktivieren Sie den halbautomatischen Modus.Geben Sie im Abschnitt Search Pulse Template (Suchimpulsvorlage) Start in Sekunden als 60 und Länge in Sekunden als 20 ein. Aktivieren Sie dann die Option Vorlage als gefunden markieren, um zu bestätigen, dass der richtige EKG-Kanal ausgewählt ist. Fügen Sie Parameter für Pulsfrequenz und Korrelation und Amplitude ein.Fügen Sie R ein, um Impulse mit unseren Peak-Markern zu markieren, und klicken Sie auf Weiter. Aktivieren Sie Ganze Daten verwenden, um die Zeitverzögerung zu berechnen, und geben Sie die Gesamtzahl der Impulsintervalle ein, die für den Durchschnitt verwendet werden. Verschieben Sie unter "Richtige Folgekanäle" alle EEG-Kanäle mit Ausnahme des EKG-Kanals in die rechte Spalte, und klicken Sie auf "Weiter".Wählen Sie auf der nächsten Seite eine Option zum Speichern korrigierter Daten als bevorzugt aus und klicken Sie auf Fertig stellen. Schieben Sie über die Zeitachse am unteren Rand der Navigationsleiste und überprüfen Sie, wo die Basisvorlage EKG mit einem blau schattierten Kästchen hervorgehoben ist, um zu bestätigen, dass die Basisvorlage des EKGs korrekt markiert ist. Überprüfen Sie im interaktiven Modusfenster CB-Korrektur jedes markierte EKG, indem Sie auf die entsprechende Zeile in der Tabelle doppelklicken.Passen Sie die erkannten Spitzenpositionen nach Bedarf an, indem Sie die roten vertikalen Linien verschieben. Sobald alle EKGs überprüft wurden, klicken Sie auf Fertig stellen. Um die Rauschunterdrückung von Stromleitungen und Wechselstrom durch einen Notch-Filter anzuwenden, klicken Sie auf die Registerkarte Transformation und dann auf die Registerkarte Datenfilterung und IIR-Filter.Aktivieren Sie dann Notch Enabled, wählen Sie Frequenz und klicken Sie OK.In die verarbeiteten EEG-Daten sind klare fokale linke temporale Slow-Wellen vorhanden, die aus dem EEG beobachtet werden, das an der Epilepsie-Überwachungseinheit aufgezeichnet wurde. Unser einzigartiges Protokoll bietet Patienten mit Epilepsie einen reibungslosen Übergang von der Epilepsie-Überwachungseinheit in den Scan-Raum, der weiter in das postiktale Fenster verlängert werden kann.

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Research

Forschung

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Bioengineering

Biotechnik

Wir stellen eine Methode zum Sammeln electrocorticographic Signale für die Forschung von Menschen, die sich einer invasiven Monitoring-Epilepsie sind. Wir zeigen, wie das BCI2000 Software-Plattform für die Datenerfassung, Signalverarbeitung und Stimulus Präsentation zu nutzen. Insbesondere zeigen wir, Sigfried, ein BCI2000-basiertes Tool für die Echtzeit-funktionelles Brain Mapping.

Aufnahme Menschliche Electrocorticographic (ECoG) Signale für neurowissenschaftliche Forschung und Real-time Funktionelle kortikale Mapping

Quelle: Papadelis, C.. , et al., Interiktale hochfrequente Oszillationen, die mit gleichzeitiger Magnetoenzephalographie und Elektroenzephalographie als Biomarker für pädiatrische Epilepsie nachgewiesen wurden. J. Vis. exp.{TAG_ 27}} (2016).  Dieses Video zeigt die Methode zur Verwendung von Elektroenzephalographie (EEG) und Magnetoenzephalographie (MEG) zur Identifizierung interiktaler epileptiformer Entladungen (IEDs) und hochfrequenter Oszillationen (HFOs) zur Lokalisierung anfallsanfälliger...

 Gleichzeitige Elektroenzephalographie und Magnetoenzephalographie zur Identifizierung anfallsanfälliger Hirnregionen 

Gleichzeitige Elektroenzephalographie (EEG) und der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) ist ein leistungsfähiges Werkzeug Neuroimaging. Allerdings bildet das Innere eines MRI-Scanner in einem schwierigen Umfeld für EEG Datenaufzeichnung und Sicherheit berücksichtigt werden müssen, wenn Betrieb EEG Geräte innerhalb eines Scanners werden. Hier präsentieren wir ein optimiertes EEG-fMRI Datenerfassung Protokoll.

Besten gegenwärtigen Praxis zur Gewinnung von High Quality EEG Daten während Gleichzeitige fMRI

Die MRT mit funktioneller Konnektivität im Ruhezustand hat Anomalien bei Patienten mit einer Vielzahl von neuropsychiatrischen Störungen identifiziert, einschließlich Epilepsie aufgrund von Fehlbildungen der kortikalen Entwicklung. Die transkranielle Magnetstimulation in Kombination mit dem EEG kann zeigen, dass Patienten mit Epilepsie in Regionen mit abnormaler Konnektivität eine kortikale Übererregbarkeit aufweisen.

Ein Multimodal Imaging- und Stimulations-basierte Verfahren zur Bewertung der Connectivity-bezogenen Erregbarkeit des Gehirns bei Patienten mit Epilepsie

Hochfrequenzoszillationen (HFO) wurden als präoperative Biomarker für die Identifizierung der epileptogenen Zone bei pädiatrischen Patienten mit medizinisch refraktärer Epilepsie entwickelt. Eine Methode für die nicht-invasive Erfassung, Erkennung und Lokalisierung von HFO bei gleichzeitiger Kopfhaut Elektroenzephalographie (EEG) und Magnetoenzephalographie (MEG) wird vorgestellt.

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

Eine EEG-fMRT multimodale bildgebende Methode, bekannt als die raumzeitlichen fMRI eingeschränkt EEG Quelle bildgebendes Verfahren, wird hier beschrieben. Die vorgestellte Methode beschäftigt bedingt aktiv fMRI Sub-Maps oder Prioren, EEG Quelle Lokalisierung in einer Art und Weise zu führen, das verbessert die räumliche Spezifität und fehlerhafte Ergebnisse begrenzt.

Gleichzeitige EEG und funktionelle MRT-Aufnahme und Integration Analyse für dynamische kortikale Aktivität Imaging

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

Die Magnetenzephalographie (MEG) und die High-Density-Elektroenzephalographie (HD-EEG) werden selten gleichzeitig aufgezeichnet, obwohl sie bestätigende und komplementäre Informationen liefern. In diesem Artikel veranschaulichen wir den experimentellen Aufbau zur gleichzeitigen Aufzeichnung von MEG und HD-EEG und die Methodik zur Analyse dieser Daten mit dem Ziel, epileptogene und eloquente Hirnareale bei Kindern mit medikamentenresistenter Epilepsie zu lokalisieren.

Bildgebung mit elektromagnetischen Quellen bei der präoperativen Beurteilung von Kindern mit arzneimittelresistenter Epilepsie

Strom, der an einer endovaskulären Mikrokatheter mit Mikrospule Spitze durch Laserschweißen Drehmaschine Lithographie hergestellt werden steuerbaren Verformungen unter Magnetresonanz (MR)-Führung, die Geschwindigkeit und Wirksamkeit der Navigation des Gefäßsystem während verschiedener endovaskulären Verfahren kann verbessert erreichen.

Magnetisch-Assisted Remote Controlled Microcatheter Tip Durchbiegung unter Magnetic Resonance Imaging

Wir bieten hierin eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Protokolls für die Bildgebung mit einem neu entwickelten tragbaren optoakustischen (photoakustischen) System für dreidimensionale funktionelle und molekulare Bildgebung in Echtzeit. Die demonstrierte Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit kann neue Anwendungsbereiche der optoakustischen Technologie in der präklinischen Forschung und klinischen Praxis definieren.

Universal-Hand Dreidimensionale Optoakustische Bildgebung Sonde für Deep Tissue Menschen Angiographie und Funktions präklinischen Studien in Echtzeit

Erfahren Sie das simultane EEG-fMRI-Verfahren zur Lokalisierung epileptischer Aktivität bei Patienten mit therapieresistenter Epilepsie. Diese Methode ermöglicht präzise neurochirurgische Planung durch effektive Artefaktkorrektur.

Geräteaufbau und Artefaktentfernung für das simultane Elektroenzephalogramm und die funktionelle Magnetresonanztomographie für die klinische Überprüfung bei Epilepsie (Video) | JoVE Journal

Geräteaufbau und Artefaktentfernung für das simultane Elektroenzephalogramm und die funktionelle Magnetresonanztomographie für die klinische Überprüfung bei Epilepsie

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