Summary
정상 상태 시각 유발 전위를 측정할 수 있는 휴대용 시스템이 개발되어 18주 동안 아마추어 럭비 선수 65명을 대상으로 SSVEP를 뇌진탕의 잠재적 전기생리학적 바이오마커로 조사하기 위해 시험되었습니다. 선수들의 기준선은 프리 시즌 동안 측정되었으며, 신뢰성, 뇌진탕 및 회복 평가에 대한 재테스트가 통제 된 기간 내에 각각 수행되었습니다.
Abstract
정상 상태 시각 유발 전위 (SSVEP)를 측정 할 수있는 휴대용 시스템은 외상 사건 후 뇌전도 (EEG) 검사의 객관적이고 정량화 가능한 방법을 제공하기 위해 개발되었습니다. 이 연구에서, 휴대용 시스템은 SSVEP가 뇌진탕에 대한 신뢰할 수있는 전기 생리학적 바이오마커인지 여부를 결정하기 위해 한 시즌 동안 65 명의 건강한 럭비 선수에게 사용되었습니다. 경쟁 시즌을 앞두고 모든 선수들은 기본 SSVEP 평가를 받았습니다. 시즌 동안 선수들은 경기 후 72시간 이내에 테스트 재검사 신뢰성 또는 부상 후 평가를 위해 재테스트를 받았습니다. 의학적으로 진단 된 뇌진탕의 경우, 선수는 의사에 의해 회복 된 것으로 간주되면 다시 재평가되었습니다. SSVEP 시스템은 15Hz 플리커 자극을 전달하는 VR 프레임에 탑재된 스마트폰으로 구성되었으며, 무선 EEG 헤드셋은 후두 활동을 기록했습니다. 플레이어는 앉아서 조용하게 유지하면서 화면의 고정 지점을 응시하도록 지시 받았다. 전극은 10-20 EEG 위치 명명법에 따라 배열되었으며, O1-O2는 기록 채널이고 P1-P2는 참조 및 바이어스입니다. 모든 EEG 데이터는 버터워스 대역통과 필터, 푸리에 변환 및 정규화를 사용하여 주파수 분석을 위해 데이터를 변환하여 처리하였다. 선수 SSVEP 응답은 신호 대 잡음비 (SNR)로 정량화되었으며, 15Hz는 원하는 신호이며 비교를 위해 각 연구 그룹으로 요약되었습니다. 뇌진탕을 앓고있는 선수들은 기준선에 비해 SNR이 현저히 낮은 것으로 나타났습니다. 그러나 복구 후 SNR은 기준선과 크게 다르지 않았습니다. 테스트 재테스트는 휴대용 시스템에 대한 높은 장치 신뢰성을 나타냈습니다. 향상된 휴대용 SSVEP 시스템은 또한 확립 된 EEG 증폭기에 대해 검증되어 조사 설계가 연구 품질의 EEG 측정을 얻을 수 있는지 확인했습니다. 이것은 뇌진탕 후 아마추어 운동 선수의 SSVEP 반응의 차이를 확인한 최초의 연구이며 뇌진탕 평가 및 관리에 도움이되는 SSVEP의 잠재력을 나타냅니다.
Introduction
요즘 사람들은 스포츠1에서 뇌 손상으로 인한 이환률을 크게 알고 있습니다. 스포츠 관련 뇌진탕 (SRC)은 축구, 럭비 및 권 투2,3,4와 같은 접촉 스포츠에서 빈번히보고되는 경미한 외상성 뇌 손상 (mTBI)의 한 형태입니다. 현장에 충격을 가한 후 뇌에 충동적인 힘을 생체 역학적으로 전달하면 신경 기능이 중단되어 운동 선수의 신체적,인지 적, 정서적 상태에 영향을 미치는 즉각적 및 일시적인 증상을 초래합니다 1,5. 대부분의 경우, 이러한 증상은 단기간 내에 가라 앉고, 운동 선수가 적절하게 치료되고 추가 충격에 노출되지 않도록 부여됩니다 6.
SRC가 선수의 신경 건강에 해롭기 때문에 스포츠 관리 기관은 안전하고 시기 적절한 뇌진탕 진단 을 사용하여 안전한 재생 프로토콜 5,7,8,9을 허용해야 하는 과제에 직면해 있습니다. 그러나 뇌진탕 감지는 뇌진탕 진단을 피하기 위해 증상을 최소화하거나 거부하는 운동 선수에 의해 배제 될 수 있으므로 경기 복귀를 가속화 할 수 있습니다. 이러한 행동은 잠재적으로 뇌진탕 회복 단계10 동안 두 번째 머리 부상 후 빠른 뇌 부종이 형성되는 상태 인 Second Impact Syndrome의 위험을 증가시킬 수 있습니다. 또한, 뇌진탕 진단에 관한 교육의 부족과 생리적 정의의 가변적 특성으로 인해, SRC가 보고되지 않거나 잘못 진단되는 것은 드문 일이 아니다11. 불행히도, 장기간의 반복적이고 부적절하게 관리되는 뇌진탕은 SRC12,13,14와 강하게 관련이있는 만성 외상성 뇌병증 (CTE)과 같은 다양한 만성 신경 학적 장애를 유발할 수 있습니다.
SRC와 관련된 문제를 해결하기 위해 스포츠 조직은 다양한 뇌진탕 평가 도구를 활용합니다. 가장 일반적으로 사용되고 접근 가능한 도구인 스포츠 뇌진탕 평가 도구(SCAT)는 스케일링된 증상 보고15,16과 함께 신체적 및 인지 평가를 통합하는 표준화된 종이 테스트입니다. 그러나 이전의 연구에서는 대조군17,18의 mTBI 그룹 및 이상값 내의 성별 차이를 확인함으로써 증상 보고가 주관적이고 신뢰할 수 없다는 것을 입증했습니다. CNT (Computerized Neurocognitive Test)로 작동하는 즉각적 뇌진탕 후 평가 도구 (ImPACT)와 같은 전문적인 수준에서 활용되는보다 진보 된 도구는 운동 선수의 적극적인 참여와 노력이 필요하기 때문에 조작의 희생자가됩니다. CNT에서 조작에 대한 내장 된 검사에도 불구하고 연구에 따르면 천장 효과에 취약하고 신뢰성이 떨어지는 것으로 나타났습니다19,20. SRC의 중요한 건강 영향에 대한보다 대중적인 이해와 결합 된 이러한 기존 평가 도구의 한계로 인해 뇌진탕을 정확하고 적시에 진단 할 수있는 객관적인 바이오 마커가 절실히 필요했습니다.
뇌진탕에 대한 객관적인 바이오마커를 확인하는 데 있어 약속을 보여준 한 분야는 전기생리학이다. 사건 관련 잠재성, 특히 시각적 유발 전위(VEP)가 뇌진탕21,22에 이어 손상된다는 새로운 증거가 있다. VEP의 하나의 서브세트; 정상 상태 시각 유발 전위 (SSVEP)는 뇌전도 (EEG) 기술23,24에 의해 측정 된 바와 같이 시각적 자극의 특정 세트에 반응하여 뇌에서 발생하는 전기 활동의 객관적이고 정량화 가능한 변동입니다. SSVEP는 잡음 아티팩트에 대한 향상된 저항과 기존 VEP 측정에 대한 가변 접점 임피던스를 제공합니다. 또한, 시각적 자극의 제어된 빈도로 인해, EEG 기록과 자극 사이의 동시성의 감소가 있고, 그 결과 보다 단순화된 전기 모델(25,26)이 생성된다. 이러한 접근법은 플리커형 자극(27)에 대한 살리언스의 최적 응답을 생성하는 12-15 Hz 범위 사이의 주파수들로 검증되었다. 전반적으로 이러한 장점은 SSVEP가 스포츠 경기장 및 의사 사무실과 같은 비 임상 환경에서 사용할 수있는보다 강력한 전기 생리학 측정을 제공한다는 것을 의미합니다. 이전 문헌에서 기술의 긍정적 인 결과와 결합 된이 부업 적용 가능성은 SRC에 대한 객관적인 바이오마커의 확인을위한 유망한 후보자가됩니다.
이 연구의 목표는 경험 많은 스포츠 의사가 건강, 뇌진탕 또는 최근 뇌진탕에서 회복 된 것으로 평가 한 운동 선수로부터 기록 된 SSVEP의 잠재적 인 차이를 조사하는 것이 었습니다. 이 연구의 방법론은 65 명의 남성 아마추어 럭비 유니온 선수가 18 주간의 경쟁 시즌 동안 휴대용 SSVEP 시스템으로 정기적으로 평가되는 것을 수반했습니다. 플레이어는 완전 접촉 훈련이 시작되기 전에 기준선에 대해 평가되어야하며 경쟁 게임 후 72 시간 이내에 재평가되어야합니다. 시즌 중 부상을 입은 선수들은 팀의 의사에 의해 뇌진탕에 대한 평가를 받았으며 부상 후 및 회복 판독을 위해 SSVEP 시스템으로 재평가되었습니다. 또한, 이 연구는 SRC의 부업 평가에 잠재적으로 도움이 될 수 있는 연구 품질의 EEG 판독값을 획득할 수 있는 휴대용 SSVEP 시스템의 능력을 검증하기 위해 프로토콜을 확장합니다.
Protocol
프로토콜의 첫 번째 부분에 대한 승인은 남동부 시드니 지역 보건 지구 (ESLHD) 인간 연구 윤리위원회 (HREC)에서 획득했습니다. 모든 선수에게는 상세한 참가자 정보 시트가 제공되었으며 참가 전에 동의를 얻었습니다 (SESLHD-HREC 참조 번호 : 17/039 HREC / 17 / POWH / 91).
개선된 휴대용 시스템 연구의 사용에 대한 승인은 벨베리 인간 연구 윤리 위원회(HREC)로부터 획득되었다. 모든 대조군 피험자에게는 상세한 참가자 정보 시트가 제공되었고, 참여 전에 동의를 얻었다(HREC 참조 번호: 1802VEPEEG-CER).
1. 참가자 심사 및 동의
- 경쟁 시즌이 시작되기 전에 단일 럭비 유니온 클럽에서 참가자를 모집하십시오. 참가자는 아마추어 럭비 유니온 팀의 구성원인 건강하고 영어를 모국어로 사용하는 남성 성인(18세 이상)이어야 합니다(그림 1).
- 시각 자극의 깜박임 특성으로 인해 참가자가 간질의 진단 또는 증상, 기존 및 / 또는 이전의 뇌 손상 또는 법적 실명과 같은 엄격한 배제 기준을 충족시키지 못하도록하십시오.
- 참가자들에게 스포츠 경기장에서의 부상 후 증상을 관련 연구 조사관에게 정보를 전달하는 의료 종사자에게 진실하게보고하도록 알리십시오. 참가자들은 연구 참여가 시즌 동안 최소 두 번의 SSVEP 테스트 세션을 필요로하며, 뇌진탕 부상의 경우 추가 테스트가 가능하다는 것을 이해해야합니다.
2. 조사 SSVEP 장비 설정
- 충전된 액정 디스플레이(LCD) 스마트폰을 가상 현실(VR) 프레임에 맞춥니다(그림 2A, 자료표 참조).
- 총 30초 동안 15Hz의 주파수에서 번갈아 가며 일련의 흑백 화면으로 구성된 .mp4 비디오 파일을 생성합니다. 비디오 프레임의 중앙에 난수를 배치(시각적 각도가 1.5°인 화면의 2% 미만을 차지함)하여 참가자가 자극 중에 중앙에 집중할 수 있도록 합니다. 지속적인 주의를 끌기 위해 숫자가 5초 간격으로 변경되었는지 확인하십시오(그림 2B).
- 생성 된 비디오 파일을 스마트 폰에 업로드하고 SSVEP 시스템의 시각적 자극 역할을하는 최대 밝기 (최소 ~ 490 니트)로 표시하십시오.
- 기본 EEG 기록 장치로 사용될 무선 14채널 EEG 헤드셋을 충전합니다(그림 3A).
- 제공된 범용 USB 수신기(동글)를 통해 헤드셋을 주변 컴퓨터에 페어링합니다. 컴퓨터의 USB 포트에 동글을 삽입하고, 전원 단추를 통해 헤드셋을 켠 다음, 컴퓨터에서 14채널 EEG 헤드셋 소프트웨어를 연 다음 표시된 헤드셋 ID 옆에 있는 응용 프로그램의 연결 단추를 선택합니다( 자료 표 참조).
- 제공된 펠트 센서를 식염수로 완전히 포화시킵니다.
- 포화 센서를 헤드셋의 검은색 플라스틱 암에 설치하려면 "클릭"이 느껴지고 센서가 안전하다고 느낄 때까지 각 센서를 시계 방향으로 부드럽게 돌립니다.
3. 참가자 기준 평가
- 럭비 시즌이 시작되기 전에 심사 질문을 통과 한 모든 참가자의 동의를 얻어 연구에 참여하십시오.
- 동의한 참가자들에게 사무실과 같은 자연 주변 조명이 있는 조용한 밀폐된 환경에서 의자에 앉으라고 요청하십시오. 참가자가 앉는 동안 머리띠를 머리 꼭대기에서 아래로 밀어 참가자의 머리에 14 채널 EEG 헤드셋을 맞 춥니 다. 국제 10-20 시스템에 따라 전극을 배열하십시오 (그림 3B) 28,29. 헤드셋의 전면 센서 두 개를 참가자의 헤어라인에 맞춰 배치하거나 참가자의 눈썹 위에 대략 세 손가락 너비를 배치합니다.
참고 : 참가자가 두꺼운 머리카락을 가지고 있다면 머리카락 아래에서 센서를 작동시키고 식염수를 추가하십시오. 피험자가 고정된 위치에서 이동하거나 평가 중에 환경 설정이 변경되면 아티팩트(그림 4)가 발생할 수 있으며 분석을 위해 SSVEP 데이터를 대조(폐기)해서는 안 됩니다.- 후두 전극(O1 및 O2)을 주 기록 전극으로 사용하고 정수리 전극(P3 및 P4)을 접지 및 공통 모드(참조) 전극으로 사용합니다(그림 3B).
- 테스트를 진행하기 전에 접촉 품질 소프트웨어를 사용하여 헤드셋과 참가자의 머리 사이에 적절한 연결이 있는지 확인하십시오. 녹색 전극은 제조업체의 표준에 따라 양호한 접촉 품질 (<20kOhms)을 나타냅니다.
- 관심있는 모든 전극 채널 (O1, O2)에 대해 양호한 접촉 품질이 달성되지 않은 경우, 식염수로 센서를 다시 포화시키고 센서가 가능한 한 두피에 대해 플러시되도록 위치를 다시 확인하십시오.
참고: 두피와 전극 사이의 전기적 연결을 보장하고 잠재적인 아티팩트를 최소화하려면 양호한 접촉 품질을 얻어야 합니다(그림 4).
- 관심있는 모든 전극 채널 (O1, O2)에 대해 양호한 접촉 품질이 달성되지 않은 경우, 식염수로 센서를 다시 포화시키고 센서가 가능한 한 두피에 대해 플러시되도록 위치를 다시 확인하십시오.
- 참가자들에게 테스트 스마트 폰을 VR 프레임 내에서 눈까지 잡고 얼굴과 비강 다리에 플러시하여 두 눈을 완전히 덮도록 요청하십시오.
- 참가자들에게 초점 번호가 화면 중앙에 표시되고 프레임이 환경 조명을 차단하고 있는지 확인하게하십시오.
- 참가자의 얼굴에서 VR 프레임을 제거하고 시각적 자극 비디오가 시작될 것임을 알립니다. 그런 다음 VR 프레임을 다시 돌려 3.4.1단계와 동일한 위치에 다시 적용합니다.
- 참가자들에게 초점 번호에 집중하고 SSVEP 테스트 기간 동안 조용하고 조용해야한다는 것을 상기시킵니다.
- 스마트폰 화면에서 재생 버튼을 눌러 시각적 자극 비디오를 시작한 다음 참가자가 VR-프레임을 얼굴에 놓도록 합니다(3.4단계에 따라).
- 참가자들에게 3.4단계에 따라 VR 프레임이 올바른 위치에 있는지 확인하도록 요청하십시오. 참가자의 확인 후 동시에 30초 동안 카운트다운 스톱워치를 시작한 다음 14채널 EEG 헤드셋 소프트웨어에서 녹화 시작 버튼을 선택하여 EEG 헤드셋에서 녹화 를 시작합니다.
- 30초 기간이 끝나면 14채널 EEG 헤드셋 소프트웨어에서 중지 버튼을 선택하여 EEG 기록을 중지 합니다.
- 참가자의 눈에서 VR 프레임을 제거하고 첫 번째 SSVEP 평가가 완료되었음을 알립니다.
- 14채널 EEG 헤드셋 소프트웨어에서 저장된 세션 버튼을 클릭하여 기록된 SSVEP 응답을 로컬 계정에 저장합니다. 저장된 파일을 EDF(유럽 데이터 형식) 파일로 기본 저장소 하드웨어 장치로 내보냅니다.
참고: EDF 파일에는 참가자의 이니셜, 날짜, 시간 및 식별 및 저장 목적으로 수행된 테스트 유형(기준선, 부상 후 또는 회복)이 표시되어야 합니다. - 3.9단계에 따라 SSVEP 평가 프로토콜(3.2~3.9단계)을 빠르게 연속해서 반복합니다.
참고 : 이것은 두 평가에서 두 번째 판독으로 수행되며 일관되게 더 명확한 EEG 판독을 산출합니다. - 한 쌍의 SSVEP 평가가 성공적으로 완료되면 참가자가 눈에서 VR 프레임을 제거하고 참가자의 머리에서 헤드셋을 조심스럽게 제거하도록 합니다.
- 헤드셋에서 전극 센서를 분리하고 다음 사용 시까지 적절한 보호 케이스에 보관하여 식염수가 헤드셋의 전극을 부식시키지 않도록 합니다.
- 헤드셋과 스마트폰 + 프레임을 이소프로필 알코올(70%)로 닦은 후 다음 사용 시까지 두 장비를 각각의 케이스에 보관하기 전에 닦으십시오.
- 참가자에게 두통이나 현기증의 존재를 포함하여 자극에 대한 비정상적인 반응을 경험했는지 물어보십시오. 응답을 연구 로그에 기록합니다.
- 참가자에게 기준 테스트를 완료했으며 시즌의 다음 경쟁 경기에서 72 시간 이내에 다시 평가 될 것임을 알리십시오.
4. 부상 후 평가
- 뇌진탕으로 의심되는 분야에 대한 모든 영향이 기록되어 팀 의사 또는 선수에 의해 연구 조사관에게보고되도록하십시오.
- 섹션 3에 설명된 SSVEP 프로토콜을 사용하여 사건 발생 후 72시간 이내에 4.1단계에서 보고된 모든 선수에 대한 부상 후 평가를 받습니다.
- 모든 선수가 부상 후 SSVEP 평가를 받도록하십시오.이 평가는 팀 의사 (섹션 5 참조)가 평가하여 선수가 부상에서 회복 된 시점을 결정하고 완전 접촉 훈련 및 게임으로 돌아갈 수 있도록합니다. 팀 의사의 진단이 조사 목적으로 기록되었는지 확인하십시오.
- 팀 의사가 회수 한 것으로 간주되면 SSVEP 시스템으로 재평가 될 것이라고 플레이어에게 알리십시오.
5. 임상 뇌진탕 평가
- 모든 선수가 뇌진탕 발생 가능성이있는 영향으로부터 72 시간 이내에 팀 의사에 의해 평가되도록하십시오.
참고: 팀 의사는 스포츠 관련 부상을 평가하는 임상 경험이 있고 관련 스포츠 관리 기관의 승인을 받은 면허를 소지한 실무자여야 합니다.- 팀 의사가 선수의 의식 상태 및 뇌진탕15와 관련된 일반적인 징후 및 증상의 존재를 결정하기 위해 SCAT (Sport Concussion Assessment Tool)의 요소를 사용하는 것 외에도 신경 학적 검사를 수행하도록하십시오.
참고: 평가는 플레이어의 전형적인 태도와 행동을 참조로 사용하여 이루어집니다.
- 팀 의사가 선수의 의식 상태 및 뇌진탕15와 관련된 일반적인 징후 및 증상의 존재를 결정하기 위해 SCAT (Sport Concussion Assessment Tool)의 요소를 사용하는 것 외에도 신경 학적 검사를 수행하도록하십시오.
- 럭비 호주의 GRTP (Graduated Return to Play) 지침30에 따라, 뇌진탕 진단 후 48 시간 이내에 동일한 팀 의사에 의해 선수가 재평가되고30 경기로 돌아갈 때까지 연습 세션 당 한 번 다시 한 번 선수를 재평가하십시오.
- 선수들이 팀의 의사와 최종 평가를 통해 임상 적으로 회복되었는지 여부를 결정하고 전체 접촉 연습이나 게임으로 돌아갈 수 있도록하십시오. 의사는 SCAT 검사의 개선 및 관련 증상 및 이전에 언급되었던 임의의 비정형 행동의 감소에 기초하여 선수의 부상 상태를 결정하는 것이다.
참고: 이 최종 평가는 GRTP에 따라 부상 후 최소 12일 후에 실시되어야 합니다.- 조사 목적으로 플레이어의 부상 상태 (뇌진탕 또는 회복)에 대한 임상의의 결정을 기록하십시오.
6. 회복 평가
- 복구 SSVEP 응답을 얻기 위해 섹션 3에 설명된 SSVEP 프로토콜을 사용하여 단계 5.3에서 회수된 것으로 간주된 플레이어를 평가합니다.
7. 시험재시험 신뢰성 평가
- 부상을 입지 않은 모든 참가자가 시즌 각 경쟁 경기 후 72시간 이내에 섹션 3에 설명된 것과 동일한 설정의 휴대용 SSVEP 시스템으로 재테스트를 실시하여 시스템의 테스트 재테스트 신뢰성에 대한 데이터를 확보하십시오.
8. SSVEP 데이터 처리
- 섹션 3-7에서 기록된 모든 EDF 데이터 파일을 가져오고 처리할 수 있는 수치 컴퓨팅 스크립트를 생성합니다( 자료 표 참조).
- 5Hz 및 40Hz의 코너 주파수를 가진 Butterworth 대역 통과 필터를 14채널 EEG 헤드셋으로 얻은 원시 SSVEP 전압에 적용하여 저주파 잡음, DC 전압 오프셋 및 주전원31의 영향을 최소화합니다.
- 필터링된 SSVEP 값에 고속 푸리에 변환(FFT)을 적용하여 주파수 영역(32)에서 데이터를 분석한다.
- 전극 채널 O1 및 O2의 FFT 값을 정규화하여 그래픽 플로팅을 위한 단일 값 배열을 전력 스펙트럼 밀도로 생성합니다(그림 5).
- EEG 데이터가 처리되면 15Hz의 크기를 5-40Hz 사이의 평균 크기로 나누어 각 데이터 파일의 신호 대 잡음비(SNR)를 계산합니다. SNR 공식은 다음과 같습니다.
어디에:
진폭15Hz = 15Hz 주파수 대역(μV)의 전압
진폭 평균 = 5-40Hz(μV) 사이의 모든 주파수 대역의평균 전압 - 모든 데이터(원시 EDF, 처리된 EDF, SNR 값, 댓글 및 선수 부상 상태의 날짜)가 조사 목적으로 적절하게 레이블이 지정된 폴더에 저장되었는지 확인합니다.
9. 통계 분석
- 플레이어의 데이터 파일을 쉼표로 구분된 값(CSV) 시트에 범주별로 결합합니다(기준선, 뇌진탕 및 복구 읽기를 위한 별도의 열).
- 각 SSVEP 판독값의 SNR을 사용하여 서로 다른 그룹을 비교합니다. 요약된 모든 데이터를 25번째 ~ 75번째 사분위수 범위(IQR)의 중앙값으로 표현하고, 통계적 유의성 수준은 알파(α) = 0.05 집합으로, 모든 수준의 분산은 표준 편차(± S.D.)로 표시됩니다. 그룹 SNR 값의 분석을 위해 통계 분석 소프트웨어( 자료 표 참조)를 사용하십시오.
- Shapiro-Wilk 테스트를 사용하여 모든 플레이어의 SNR 값의 정상성을 평가합니다.
- 세 가지 유형의 평가를 모두 경험한 선수에 대해 쌍을 이룬 t-테스트(기준선-뇌진탕 판독값, 뇌진탕 회복 판독치, 기준선 회복 판독값 사이)를 사용하여 세 평가 그룹 간의 평균 SNR을 비교합니다. Bonferroni 보정을 활용하여 다중 비교 보정이 적용되는지 확인합니다.
- Cohen의 D32를 활용하여 t-검정 비교의 효과 크기를 계산합니다.
- 모델 3을 이용한 시험-재시험 신뢰성 추정, 유형 k 클래스 내 상관 계수(ICC); ICC(3,k)는 95% 신뢰 구간(CI)을 사용하여 시즌 내내 기준선과 반복 테스트 간의 합의를 검토합니다.
참고: 실험은 여기에서 일시 중지했다가 나중에 다시 시작할 수 있습니다.
10. 향상된 휴대용 SSVEP 시스템 설정
참고: 이 섹션에서 설명하는 시스템은 모두 하나의 세트로 구성되어 있으며, 이는 참가자가 더 빠르고 편안하게 보다 효율적으로 측정할 수 있도록 설계되었습니다. 섹션 2-6에 설명된 설정은 개념 증명 시스템을 생성하기 위해 병합된 수많은 장비로 구성된 단순한 프로토타입입니다. 이 시스템을 사용하는 프로토콜 회로도는 그림 6에 나와 있습니다.
- 섹션 2에 설명된 시스템과 동등한 시각적 자극 및 전극 구성을 포함하는 휴대용 SSVEP 시스템을 구 한다(도 7A 참조).
- iOS 앱 스토어에서 iOS를 작동하는 장치로 시스템의 SSVEP 애플리케이션을 다운로드 합니다(자료표 참조).
- 조사 팀이 휴대용 SSVEP 시스템 및 제공된 iOS 애플리케이션의 사용 지침(IFU)을 숙지하여 SSVEP 장치를 활성화하고 EEG 판독값을 로컬 저장할 수 있도록 합니다.
- 휴대용 SSVEP 시스템의 사용 지침(IFU)에 따라 iOS 응용 프로그램에서 주체 계정을 생성합니다. 앱을 열고 주제 탭을 선택한 다음 새 제목 추가 단추를 누릅니다.
11. 참조 EEG 시스템 설정
- 시각적 자극 성분을 포함하지 않는 모듈형 전극 구성을 갖춘 검증된 임상 등급 EEG 증폭기 장치를 구하십시오(그림 7C).
- 연구팀이 임상 EEG 시스템의 사용 지침(IFU)과 증폭기의 활성화 및 EEG 판독값의 국부적 저장을 가능하게 하는 제공된 임상 신경학 소프트웨어 애플리케이션( 자료 표 참조)을 숙지했는지 확인하십시오.
12. 개선된 휴대용 SSVEP 시스템의 EEG 검증
- 섹션 1에 설명된 것과 동일한 제외 기준을 사용하여 건강한 영어를 구사하는 성인 참가자를 모집합니다. SSVEP 시스템 검증 연구를 위해 이러한 참가자에 동의하십시오.
- 참가자에게 01에서 20 사이의 숫자를 무작위로 할당합니다. 홀수를 가진 참가자를 휴대용 SSVEP 시스템에 먼저 할당한 다음 임상 EEG 시스템으로 평가합니다(단계 12.3-12.16). 짝수로 할당된 참가자의 경우(단계 12.10-12.14, 12.3-12.9, 12.15-12.16단계)의 경우도 마찬가지입니다(그림 6).
- 사용 지침(IFU)에 따라 SSVEP 헤드셋 설정: 헤드셋을 완전히 충전하고 블루투스로 SSVEPiOS 애플리케이션에 페어링합니다. 제공된 폴리우레탄 센서 실린더를 전극 채널에 삽입하고 일반 식염수를 사용하여 포화시킵니다.
- SSVEP 헤드셋을 시스템의 IFU에 따라 참가자의 머리에 놓고, 후면 하우징 유닛의 열등한 부분이 참가자의 이니언 바로 위에 위치하고, 전면 바이저 하우징을 눈과 비강 브리지 위에 안전하게 배치하고, 헤드셋을 탄성 조정 스트랩 및 고정 버클을 통해 조여줍니다.
- 테스트 전에 SSVEP iOS 애플리케이션의 임피던스 표시기를 확인하여 헤드셋과 참가자의 머리 사이에 적절한 연결이 되었는지 확인하십시오. 관련 응용 분야의 녹색 시각적 표시기 (임피던스 <15kOhms)는 제조업체의 표준에 따라 양호한 접촉 품질을 나타냅니다.
- 관심 있는 모든 전극 채널에 대해 양호한 접촉 품질이 달성되지 않으면 일반 식염수로 센서를 다시 포화시키고 위치를 다시 확인하여 센서가 두피에 대해 가능한 한 플러시되도록 합니다.
참고: 두피와 전극 사이의 전기적 연결을 보장하고 잠재적인 아티팩트를 최소화하려면 양호한 접촉 품질을 얻어야 합니다(그림 4). - 참가자가 편안한지 확인하십시오. 그들에게 앉아서 불빛 속을 바라보는 동안 조용하고, 차분하고, 조용하게 지내고, 필요할 때만 깜박이도록 지시한다. 피험자가 고정된 위치에서 이동하거나 평가 중에 환경 설정이 변경되면 아티팩트(그림 4)가 발생할 수 있으며 분석을 위해 SSVEP 데이터를 대조(폐기)해서는 안 됩니다.
- 관심 있는 모든 전극 채널에 대해 양호한 접촉 품질이 달성되지 않으면 일반 식염수로 센서를 다시 포화시키고 위치를 다시 확인하여 센서가 두피에 대해 가능한 한 플러시되도록 합니다.
- iOS 응용 프로그램에서 테스트 시작 단추를 눌러 시각적 자극을 시작합니다. 메시지가 표시되면 계속 단추를 눌러 테스트의 다음 단계로 이동합니다. 시각적 자극은 시스템의 IFU에 따라 두 배나 실행되어 예비 및 일차 SSVEP 판독값을 얻습니다.
- SSVEP 평가가 완료되면 참가자의 머리에서 SSVEP 헤드셋을 제거합니다. 피험자가 최소 30 초 동안 휴식을 취하도록하십시오.
- 테스트-재시험 신뢰성 값을 얻기 위해, 나머지 기간의 종료 후에 SSVEP 시스템(단계 12.3 내지 12.7)과 함께 SSVEP 평가 프로토콜을 반복한다.
- 다음 EEG 시스템을 진행하기 전에 참가자가 5 분 동안 휴식을 취하도록하십시오.
- IFU에 따라 임상 EEG 증폭기를 설정하십시오 : 제공된 USB 동글 및 전원 케이블을 통해 컴퓨터에 연결하여 증폭기에 전원을 공급하고 다섯 개의 전극 리드를 01, O2, OZ, P1 및 P2의 각 10-20 EEG 위치에 연결하고 컴퓨터에서 임상 신경학 EEG 소프트웨어를 열고 새로운 연구를 만듭니다 ( 기록 탭을 통해).
- 두피 준비 젤을 참가자 머리의 후두 부위에 바르고 손가락으로 시계 방향으로 젤을 문질러 얇은 층으로 퍼뜨립니다.
- 임상 EEG 시스템의 IFU에 따라 참가자의 머리 위에 전극 캡을 맞춥니다. 전도성 젤을 다섯 개의 전극 패치에 조심스럽게 깨끗한 손으로 바르십시오.
- 다섯 개의 전극 패치를 10-20 EEG 위치 명명법에 따라 각각의 O1, O2, O3, P1 및 P2 위치에서 참가자의 두피 상에 놓는다.
- 임상 EEG 증폭기 소프트웨어 응용 제품의 임피던스 표시기를 확인하여 테스트 전에 헤드셋과 참가자의 머리 사이에 적절한 연결이 있는지 확인하십시오. <15kOhms의 임피던스 값은 EEG 적용에 허용되는 것으로 간주됩니다.
- 관심 있는 모든 전극 채널에 대해 양호한 접촉 품질이 달성되지 않는 경우, 준비 젤을 다시 적용하고 포지셔닝을 다시 확인하여 센서가 두피에 대해 가능한 한 플러시되도록 합니다.
- 참가자에게 12.4 단계에 따라 SSVEP 장치의 전면 바이저를 눈 위에 올려 놓으라고 지시하고, 조사 보조원은 후면 하우징 장치를 두피에서 멀리 떨어 뜨립니다.
- 섹션 12.5.2에 설명된 지침을 반복합니다.
- 임상 신경학 소프트웨어의 왼쪽 상단 모서리에 있는 빨간색 레코드 기호를 눌러 EEG 증폭기의 기록을 시작합니다. 녹음 시작 직후 iOS 응용 프로그램에서 테스트 시작 버튼을 눌러 시각적 자극을 시작합니다.
- 빨간색 레코드 기호를 눌러 SSVEP 시스템이 첫 번째 자극 라운드를 중지하고 명령이 계속되기를 기다리고 있다는 메시지가 표시되면 EEG 증폭기 기록을 중지합니다.
- 임상 신경학 소프트웨어에서 빨간색 레코드 기호를 눌러 EEG 증폭기 기록을 다시 시작한 다음 SSVEP iOS 앱에서 계속 단추를 선택하여 시각적 자극을 계속 합니다.
- 빨간색 레코드 기호를 눌러 SSVEP 시스템이 시각적 자극을 중지했다는 메시지가 표시되면 EEG 증폭기 기록을 중지합니다.
- 피험자가 최소 30 초 동안 휴식을 취하도록하십시오. 시험-재시험 신뢰성 값을 얻기 위하여, 나머지 기간의 종료 후(2개의 총 시험: 시험 1/시험 2)에 이어 임상 EEG 시스템(단계 12.10 내지 12.13)으로 SSVEP 평가 프로토콜을 반복한다.
- 한 쌍의 SSVEP 평가가 성공적으로 완료되면 참가자가 눈에서 앞 바이저를 제거하고 두피에서 전극 패치를 조심스럽게 분리하도록하십시오.
- SSVEP 헤드셋과 전극 리드를 이소프로필 알코올(70%)로 닦은 후 다음 사용 시까지 두 장비를 각각의 케이스에 보관하기 전에 닦으십시오.
- 참가자에게 두통이나 현기증의 존재를 포함하여 자극에 대한 비정상적인 반응을 경험했는지 물어보십시오. 연구 참여를 완료했음을 알리기 전에 연구 기록에 응답을 기록하십시오.
13. 휴대용 SSVEP 시스템의 테스트 - 재 테스트 신뢰성 계산
- 모바일 관리 유틸리티 소프트웨어를 사용하여 iOS 장치에서 두 SSVEP 기본 테스트 세트의 원시 SSVEP 값을 다운로드합니다. 결과는 쉼표로 구분된 값(CSV) 파일로 출력됩니다. 식별 및 저장 목적을 위해 참가자의 전체 이름, 수행 된 테스트 유형 및 날짜를 사용하여 파일을 저장하십시오.
- 섹션 8에서 생성된 수치 계산 스크립트를 수정하여Oz 기록 채널의 SSVEP 값의 추가 배열로 CSV 파일을 처리합니다.
- 처리된 데이터 파일을 CSV 시트 배열에 대조하고 테스트 1 또는 테스트 2의 각 범주에 따라 요약된 값을 사용합니다.
- 각 SSVEP 판독값의 SNR을 사용하여 서로 다른 테스트의 결과를 비교합니다. 95% 신뢰 구간(CI)을 갖는 모델 2, 유형 1 클래스 간 상관 계수 ICC(2,1) 및 α 유의 수준을 0.05로 설정하여 테스트-재시험 신뢰성을 추정합니다.
14. 임상 EEG 시스템의 시험 - 재시험 계산
- 임상 신경학 소프트웨어에서 두 EEG 증폭기 일차 테스트 세트의 원시 SSVEP 값을 다운로드하십시오. 결과는 CSV 파일로 출력됩니다. 식별 및 저장 목적을 위해, 주체 이름과 수행된 테스트의 유형을 사용하여 파일을 저장합니다.
- 다운로드한 EEG 증폭기 CSV 파일을 사용하여 섹션 13.2-13.4를 반복하여 임상 EEG 시스템의 테스트-재검사 신뢰성을 추정합니다.
15. 휴대용 SSVEP 및 임상 EEG 시스템의 계약 계산
- SSVEP가 EEG 시스템에 의해 검출되었는지 여부를 결정하기 위한 기준을 간략하게 설명합니다(권장 기준: 5-35Hz 사이의 주 신호 피크가 15± 0.1Hz인 경우, 주 피크의 Z 스코어가 5 이상인 경우).
- 섹션 12 및 13에서 생성된 수치 계산 스크립트를 수정하여 처리되는 SSVEP 파일의 피크 주파수 및 Z 점수를 추가로 판별하십시오. Z 점수에 대한 공식입니다.
어디:
진폭 피크 =피크 주파수(μV)에서의 전압
진폭 평균 = 5-35Hz(μV) 사이의 모든 주파수 대역의평균 전압 - 요약된 기준을 사용하여 SSVEP를 성공적으로 탐지하는 EEG 시스템의 능력에 대한 이항 분석을 수행하며, 이항 확률(%)을 두 시스템 간의 합의로 간주합니다. 각 시스템에 대한 예비 및 기본 기록은 각각 두 데이터 집합에 대한 계약 수준을 계산하는 데 사용됩니다.
- 각 SSVEP 판독값의 Z-점수를 사용하여 서로 다른 EEG 시스템을 비교합니다. 요약된 모든 데이터를 25번째에서 75번째 사분위수 범위 (IQR)의 중앙값으로 표현합니다. 시스템 처리 값의 통계 분석을 위해 통계 분석 소프트웨어를 사용하십시오.
- 섹션 12 및 13에서 생성된 수치 컴퓨팅 스크립트를 수정하여 SSVEP 및 임상 EEG 시스템에 의해 생성된 ALL(예비 및 일차) SSVEP 파일의 0-25Hz 범위의 데이터 포인트를 초래한 각 주파수에 대한 평균 SNR을 추가로 결정한다.
- 0-25Hz 사이에서 정규화된 평균 SNR 결과의 두 시스템의 전력 스펙트럼 밀도(PSD)를 생성합니다( 대표적인 결과 참조).
주: 각 EEG 시스템에 대해 별도의 데이터 계열을 만들고 동일한 PSD에 오버레이합니다.
- 0-25Hz 사이에서 정규화된 평균 SNR 결과의 두 시스템의 전력 스펙트럼 밀도(PSD)를 생성합니다( 대표적인 결과 참조).
Representative Results
총 65명의 남성 럭비 선수(20.9세± 2.3세)가 이 연구의 첫 번째 섹션에 성공적으로 등록되었으며, 모든 선수는 기준 SSVEP 평가를 받았습니다(그림 1). 럭비 시즌 동안 12 명의 참가자가 경기장에서 잠재적 인 뇌진탕 부상을 입었고 부상 후 평가를 위해 SSVEP 시스템으로 재평가되었습니다. 팀 의사는 임상 뇌진탕 평가 프로토콜을 사용하여이 선수들을 평가하고 12 참가자를 뇌진탕으로 진단했습니다. 열두 명 모두 12일 GRTP 기간(30) 내에 의사에 의해 회복된 것으로 간주되었다. 선수가 회복되었다는 의사의 결정에 따라 8 명의 플레이어가 추가 SSVEP에 사용할 수있었습니다. 복구 평가로 분류됩니다. 뇌진탕을 앓지 않은 스물두 명의 선수는 시즌 동안 연구 신뢰성 목적으로 재검사를 받았다. 재검사를받지 않은 나머지 참가자는 후속 조치로 손실되었습니다. SSVEP 자극 후 어떠한 유해 사례도 연구 기간 동안 보고되지 않았다. 럭비 선수에게 사용된 SSVEP 시스템의 신뢰성은 95% 신뢰 구간을 갖는 높은 클래스 내 상관 계수(ICC)에 의해 확인되었으며, 재시험된 비부상 선수(n=22)의 경우 0.91(0.79-0.96)과 재테스트된 회복된 선수(33)의 경우 0.96(0.74-0.99)과 동일하다. 좋은 접촉 품질이 달성된 데이터 세트는 이 계산을 위해 고려되었습니다. 이것은 참가자의 머리카락이나 피부 잠재력이 EEG 시스템의 깨끗한 SSVEP 획득 능력에 영향을 미친 몇 가지 경우의 결과입니다 (그림 4).
이 조사 시스템을 통해 생산된 SSVEP가 뇌진탕에 대한 바이오마커로서 활용될 수 있는지 여부를 결정하기 위해, 처리된 결과의 SNR 값을 비교를 위해 기준선(대조군), 뇌진탕 및 회복 평가로 그룹화하였다(도 1). 전반적으로, 모든 제어 플레이어에 대한 중앙값 SNR (n = 65)은 4.80 [IQR : 4.07-5.68]이었고, 대조군의 평균 처리 EEG는 각 주파수 스펙트럼(33)에서 명확한 15 Hz 피크 신호를 나타낸다. 동일한 시각적 자극에 의해 생성된 별개의 대조군(n=20; 건강한 일반 집단)의 평균 SSVEP 값이 상이한 EEG 시스템으로 기록되었지만, 파워 스펙트럼 밀도로서 그래프화되었을 때 유사한 반응이 나타났다(도 5). 이 중앙값 분포 및 전력 스펙트럼 밀도는 조사 설정에 대한 부상 당하지 않은(뇌진탕이없는) 플레이어의 SSVEP 응답에 대해 명확한 제어를 설정할 수 있게 했습니다(그림 2, 그림 3). 모든 뇌진탕 선수 (n = 12)와 사용 가능한 SSVEP 평가 (n = 8)가있는 회복 된 선수의 중간 SNR은 각각 2.00 [IQR : 1.40-2.32] 및 4.82 [IQR : 4.13-5.18]였습니다33. 파일럿 연구는 대조군 (기준선)과 뇌진탕 선수 사이의 중간 SNR 값 (+4.03; p < 0.0001)에서 유의미한 차이를 관찰했다. 뇌진탕은 SSVEP 신호에 큰 영향을 미쳤다 (Cohens, d = 4.03). 흥미롭게도, 회수된 플레이어 그룹은 단지 유의성(α < 0.05)에서 미세한 SNR 분산(+0.02; p = 0.0495)을 갖는 것으로 나타났으며, 대조군(Cohens, d = 0.17)33에 비해 사소한 효과가 있었다. 이는 GRTP 가이드라인30에 따라 완전한 회복 후 SSVEP 값이 뇌진탕 및 부상을 입지 않은 플레이어에 대해 동일하다는 것을 나타냅니다. 또한, 중앙값 SNR은 뇌진탕 상태와 회복된 플레이어 그룹 간에 유의하게 상이한 것으로 나타났으며(+2.80; p = 0.0002), 회복 기간이 뇌진탕 플레이어의 SSVEP 신호(Cohens, d = 3.60)33에 큰 영향을 미쳤다는 것을 입증하였다.
중간 SNR 분산에서 비슷한 반응은 세 가지 형태의 테스트 (n = 8; 기준선, 뇌진탕 및 회복)를 모두 수행 한 플레이어 만 비교할 때 나타났습니다. 기준선 대 뇌진탕 (-2.34; p = 0.0001)과 뇌진탕 대 회복 (-2.72; p = 0.0002) 사이의 유의한 변화가 관찰 된 반면, 기준선 대 회복 (+ 0.28; p = 0.0495) 사이에는 사소한 차이가 관찰되었으며,이 그룹 간의 사소한 효과 (Cohens d = 0.17)가 관찰되었습니다. 이러한 결과는 세 가지 형태의 테스트를 모두 거친 선수의 평균 SNR 값을 취할 때 강화되었습니다. 이 선수들의 기준선, 뇌진탕 및 회복 판독값의 평균 SNR은 각각 4.45, 2.20 및 4.33이었다. 기준선 대 뇌진탕 (p = 0.0001)과 뇌진탕 대 회복 그룹 (p = 0.0002) 사이에 유의한 차이가 보였다. 회복군과 기준선 그룹 사이의 평균 SNR 값의 변동은 작았지만 단지 유의성(p = 0.0495)이었다. 전반적으로, 자극에 대한 반응은 그들의 기준 평가와 비교했을 때 뇌진탕을 앓고있는 선수에서 더 낮았다. 모니터링된 회복 기간 후에, 이들 플레이어는 결국 그들의 초기(기준선) 평가(33)와 동등한 응답을 생성할 수 있었다. 이것은 스포츠 관련 뇌진탕이 최소 12 일 동안 SSVEP를 생성하는 개인의 능력에 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 개인의 SSVEP 반응이 이 프로토콜과 유사한 방식으로 일상적으로 측정되는 경우(그림 1): 기준선, 부상 후, 회복, 의료 종사자는 잠재적으로 SSVEP를 뇌진탕의 바이오마커로 활용할 수 있습니다.
올인원 휴대용 SSVEP 시스템(도 7A)은, 럭비의 스포츠에 특정되지 않은, 일반 인구로부터의 건강한 대조군 피험자(n=20)에 사용되었다. 이것은 상이한 전극 시스템을 갖는 조사 장치이기 때문에(도 7B) 초기 SSVEP 설정으로부터 약간 변화된 자극, 중앙값 및 평균 SNR 값은 비교에 유효하지 않았다(표 1). 마찬가지로, 참가자들은 뇌진탕의 높은 발생과 스포츠에 참여하지 않았기 때문에, SSVEP 시스템은 뇌진탕에 대한 SSVEP 마커로 평가되지 않았다. 대신, 향후 대규모 시험에서 사용할 수 있도록 시스템을 검증하기 위해 테스트-재테스트 신뢰성 연구가 수행되었습니다(그림 6). SSVEP 시스템은 0.81(CI: 0.59-0.92)의 높은 상관관계를 반환했는데, 이는 장치가 SSVEP를 획득할 때 신뢰할 수 있음을 나타냅니다(표 2). 또한, 시스템의 EEG 기술의 정확성은 0.83(CI: 0.63-0.93)의 유사한 ICC 값을 반환한 전통적인 임상 등급 EEG 시스템(그림 7C)에 대한 합의 연구를 통해 검증되었습니다(표 2). 테스트의 첫 번째 반복 (예비)으로 인해 18/20 참가자가 두 시스템에서 95 %의 이항 확률에 대한 동의를 표시했습니다. 한 참가자의 경우, SSVEP 시스템이 원하는 15Hz 신호 응답보다 더 두드러진 알파 리듬을 감지하기 때문에 장치가 동의하지 않았습니다(그림 8). 다른 참가자의 경우, 임상 EEG 시스템으로 SSVEP가 확인되지 않았습니다 (그림 9). 그러나 두 번째 반복 (기본)에서 20 참가자 모두 두 시스템에서 100 %의 이항 확률에 대해 합의했습니다. SSVEP를 생성하기 위한 두 시스템의 전체 정확도는 도 10에 예시되어 있으며, 이는 자극된 주파수에서만 두드러진 SNR을 갖는 두 시스템(15Hz)을 묘사한다. 이를 통해 휴대용 시스템은 EEG 신호를 기록하는 데 사용되는 임상 등급 장치와 기능적으로 동등한 것으로 검증됩니다. SSVEP 시스템의 휴대성 및 사용 편의성과 함께 복용하면 대규모 SRC 사례 연구와 같은 임상 환경 이외의 연구 품질 SSVEP를 캡처하기위한 다양한 응용 프로그램이 열립니다.
그림 1 : SRC-SSVEP 연구에 운동 선수 참여의 순서도 방법론. 순서도는 아마추어 럭비 유니온 선수의 SRC-SSVEP 연구 기간 동안 참가자 자격 및 그룹 할당에 대한 심사를 자세히 설명합니다. SRC; 스포츠 관련 뇌진탕. SSVEP; 꾸준한 상태 시각은 잠재력을 불러 일으켰다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 휴대용 SSVEP 시스템의 시각적 자극 구성 요소 . (A) 비디오가 로드되고 표시된 LCD 스마트폰, 골판지 VR 프레임 내에 장착됨. 참가자는 VR 프레임을 얼굴과 비강 다리에 대고 플러시를 유지하여 두 눈이 프레임에 완전히 둘러싸여 있는지 확인해야합니다. (b) 시각적 자극의 예시; 15Hz의 주파수에서 흰색 (맨 위 행)과 검은 색 화면 (맨 아래 행)을 번갈아 가며 만든 비디오 루프. 각 화면에는 VR 프레임의 왼쪽 및 오른쪽 눈 시야와 정렬된 수직 분할선으로 구분된 두 개의 프레임이 포함되어 있습니다. 각 프레임은 중심에 숫자 형태의 초점이 포함되어 있으며 5 초 간격으로 1-9 범위 내에서 번갈아 가며 사용되었습니다. SSVEP; 꾸준한 상태 시각은 잠재력을 불러 일으켰다. LCD; 액정 디스플레이. VR; 가상 현실. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 휴대용 SSVEP 시스템의 무선 EEG 구성 요소 . (A) 컴퓨터에 연결된 근처의 수신기로 무선으로 데이터를 전송할 수 있는 14채널 EEG 헤드셋. (b) 인간 EEG 연구에서 전극 배치를 위한 국제 10-20 EEG 시스템에 관한 14개의 전극 위치의 시각적 지도. 2개의 후두 전극(O1 및 O2)이 기록 전극으로 활용되었고, SRC-SSVEP 연구에서 두 개의 정수리 전극이 공통 모드 뺄셈 및 접지(각각 P3 및 P4)로 활용되었다. 뇌파; 뇌파 조영술. SSVEP; 꾸준한 상태 시각은 잠재력을 불러 일으켰다. SRC; 스포츠 관련 뇌진탕. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: SSVEP 측정에서 접점 품질의 중요성에 대한 그림 단일 대조군(건강한 일반 인구) 피험자의 SSVEP 반응은 15Hz의 설정된 자극 주파수와 250Hz의 샘플링 속도로 SSVEP 시스템으로 측정되며, (A) 비정형 식염수 용액이 전극에 사용되고, (B) 전극이 두피에 접촉하기 위해 피험자 모발을 통해 적절하게 가공되지 않고, (C) 전극은 식염수로 포화되어 모발을 통해 작동된다. 식염수는 환자의 머리와 전극 사이의 전기 연결을 보장하는 데 필수적입니다. 그것 없이는 큰 진폭의 피부 전위 유물이 고조파 방식으로 관찰됩니다. 모발은 저항기 역할을 하여 환자의 두피와 전극 사이의 전기적 연결을 최소화하므로 소음이 증가합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 5: EEG 검증 연구에서 20명의 대조군 피험자의 평균 SSVEP 반응. 대조군(건강한 일반 인구) 피험자(n=20)의 SSVEP 반응은 15Hz의 설정된 자극 주파수와 250Hz의 샘플링 속도로 SSVEP 시스템으로 측정되었다. 개별 SSVEP 값은 빠른 푸리에 변환 및 정규화되기 전에 5-40Hz 사이에서 필터링되었다. 모집단의 평균 SSVEP는 전력 스펙트럼 밀도로 도시되며, y축은 마이크로볼트(uV)의 신호 진폭을 나타낸다. SSVEP; 꾸준한 상태 시각은 잠재력을 불러 일으켰다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6 : 두 시스템 간의 EEG 검증 연구의 흐름도 방법론. 흐름도는 확립된 EEG 기준 시스템(각각 SSVEP 및 임상 EEG 시스템)에 대해 휴대용 EEG 시스템을 검증하는 방법론을 자세히 설명합니다. 통제 (건강한 일반 인구) 참가자는 선별되고 무작위로 테스트 순서와 테스트 - 재 테스트 방식으로 각 시스템에서 수행되는 두 가지 테스트를 할당받습니다. 뇌파; 뇌파 조영술. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: 두 시스템 간의 EEG 검증 연구를 위한 전극 개요 . (A) 개선된 휴대용 SSVEP 시스템. (B) 국제 표준 10-20 EEG 수정 조합 명명법 시스템. (C) 확립된 임상 EEG 기준 시스템. SSVEP 시스템은 세 개의 후두 전극 채널(O1, O2 및 Oz)을 통해 EEG 신호를 측정하면서 두 개의 부분 전극 채널(P1 및 P2)을 각각 기준 및 바이어스로 활용합니다. 임상 EEG 시스템은 비교를 위해 SSVEP 시스템과 동일한 O1, O2, Oz, P1, P2 배열에 수동으로 배치 할 수있는 40 채널 증폭기를 통해 EEG 신호를 측정 할 수 있습니다. 뇌파; 뇌파 조영술. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 8: 두 EEG 시스템에 의해 측정된 단일 제어 참가자(참가자 09) SSVEP 응답의 전력 스펙트럼 밀도. (A) SSVEP 시스템. (B) 임상 EEG 시스템. 두 측정 모두 동일한 시각적 자극 (SSVEP 시스템에서)을 사용하여 얻어졌습니다 : 밀폐 된 케이스에서 흰색 LED의 15Hz 플릭 자극. 두 시스템 모두에서 두드러진 15Hz 응답에도 불구하고 SSVEP 시스템의 절대 최고 피크는 자극된 15Hz가 아닌 10.5Hz에서 나타났다는 점에 유의하십시오. 시스템이 자극된 주파수를 피크(primary) 진폭으로 검출해야 하는 계약 연구의 기준에 따라, 이는 실패로 구성된다. SSVEP; 꾸준한 상태 시각은 잠재력을 불러 일으켰다. LED; 발광 다이오드. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 9: 두 개의 EEG 시스템에 의해 측정된 단일 대조군(건강한 일반 인구) 참가자(참가자 19)의 SSVEP 응답의 전력 스펙트럼 밀도. (A) SSVEP 시스템. (B) 임상 EEG 시스템. 두 측정 모두 동일한 시각적 자극을 사용하여 수득되었다 (SSVEP 시스템으로부터); 밀폐 된 케이스에서 흰색 LED의 15Hz 깜박임 자극. 임상 EEG 시스템에 대한 두드러진 15Hz 반응의 부족은 유사한 크기의 잡음으로 둘러싸여 있기 때문입니다. 시스템이 Z 점수가 5보다 큰 응답을 생성해야하는 계약 연구의 기준에 따라 이는 실패로 간주됩니다. SSVEP; 꾸준한 상태 시각은 잠재력을 불러 일으켰다. LED; 발광 다이오드. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 10: 제어 참가자의 SSVEP를 측정하는 두 EEG 시스템 간의 합의에 대한 시각적 그림. (n=20) 대조군(건강한 일반 집단) 피험자의 평균 SSVEP 반응을 관심 주파수 범위에 대한 SNR로서 플롯팅하였고; SSVEP (녹색) 및 임상 EEG (빨간색) 시스템으로 측정하기위한 5-25Hz. 각 대조군은 EEG 검증 연구에서 각 시스템에 대해 두 개의 데이터 세트를 생성하여 각 시스템에 대해 총 40개의 SSVEP 데이터 세트를 생성했습니다. 두 시스템의 예시된 응답은 동일한 시각적 자극에 의해 자극될 때 SSVEP 측정에서 얼마나 밀접하게 동의하는지 시각화하기 위해 겹쳐졌다: 백색 LED가 15Hz에서 30초 동안 깜박임. 주파수 범위는 일차 자극 반응에만 초점을 맞추기 위해 예측된 30Hz 고조파 이하로 필터링된다. 뇌파; 뇌파 조영술. SSVEP; 꾸준한 상태 시각은 잠재력을 불러 일으켰다. SNR; 신호 대 잡음비. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| EEG 시스템 | 최소 | IQR 25 | 중앙값 | IQR 75 | 최대 | 의미하다 | Std. Dev. |
| 노스캐롤라이나 1 | 4.402 | 8.187 | 9.829 | 13.667 | 20.703 | 11.148 | 4.577 |
| 노스캐롤라이나 2 | 4.509 | 9.123 | 11.055 | 12.586 | 23.225 | 11.615 | 4.213 |
| 그레이엘 1 | 4.335 | 7.99 | 10.171 | 13.238 | 21.758 | 11.36 | 4.897 |
| 그레이엘 2 | 4.979 | 9.002 | 10.619 | 12.667 | 20.177 | 11.22 | 3.865 |
표 1: 두 EEG 시스템에 의해 측정된 대조군 참여자의 SSVEP 통계적 요약. 두 개의 SSVEP 측정은 휴대용 EEG 시스템 및 확립된 임상 EEG 시스템을 사용하는 (n=20) 대조군 (건강한 일반 집단) 피험자에 대해 수행되었다; SNR 값은 SSVEP로부터 계산되었다(15Hz가 주 신호로 사용됨). 통계는 최소, 최대, 25 번째 및 75번째 사분위수 범위 (IQR), 중앙값, 평균 및 표준 편차 (std dev)를 포함한 각 측정 데이터 세트에 대해 계산되었습니다. 뇌파; 뇌파 조영술. SSVEP; 꾸준한 상태 시각은 잠재력을 불러 일으켰다.
| EEG 시스템 | 그룹 | N | ICC (95% CI) | 테스트 사이의 평균 시간(분) |
| 누로첵 | 제어 | 20 | 0.81 (0.59-0.92) | 0.5 |
| 그레이엘 | 제어 | 20 | 0.83 (0.63-0.93) | 0.5 |
표 2: 휴대용 SSVEP 시스템 및 임상 EEG 시스템의 테스트-재시험 신뢰성. 통합된 SSVEP 및 임상 EEG 시스템의 신뢰성은, 동일한 대조군 세트(건강한 일반 집단)를 사용하여 30초 간격으로 실시된 두 시험으로부터 95% 신뢰 구간(CI)을 갖는 클래스 간 상관 계수(ICC)에 기초하여 계산되었고, 개인(n=20); ICC (2,1). SSVEP 테스트의 SNR 값(15Hz가 기본 신호로 사용됨)이 ICC 계산의 관심 파라미터로 사용되었습니다. 뇌파; 뇌파 조영술. SSVEP; 꾸준한 상태 시각은 잠재력을 불러 일으켰다.
Discussion
이것은 뇌진탕의 세 단계에서 건강한 남성 아마추어 루비 유니온 선수의 SSVEP 반응의 차이를 식별하는 프로토콜을 개발하는 첫 번째 연구입니다. 부상 전(기준선), 뇌진탕 및 회복(그림 1). 이 방법에는 경쟁 시즌 동안 조사 SSVEP 설정으로 정기적으로 평가 된 65 명의 참가자를 모집하고 심사하는 것이 포함되었습니다. SSVEP 설정이 비교적 간단하고 휴대가 용이했기 때문에 모든 평가가 비임상 환경에서 수행되어 치료 시점 뇌진탕 평가로서의 잠재적 인 사용을 입증했습니다. 이 연구는 SSVEP를 생성하는 개인의 능력이 진단 된 뇌진탕 후 약화된다는 것을 성공적으로 보여주었습니다. 뇌진탕의 우울한 영향은 SSVEP 값이 각 개인에 대해 뇌진탕 전 수준으로 돌아 왔을 때 볼 수 있듯이 정의 된 회복 기간 후에 감소하는 것으로 나타났습니다. 참가자 그룹 간의 통계적 분석은 SSVEP 감쇠 효과에서 유의성을 나타냈다. 비뇌진탕 참가자의 높은 시험-재시험 신뢰성은 간단하고 보다 정제된 휴대용 SSVEP 시스템에서 전기생리학적 바이오마커의 안정성을 강조했다(표 2). 또한 SSVEP 시스템과 기존 EEG 증폭기 간의 절대적인 일치는 연구 품질의 EEG 신호를 얻을 수 있는 의료 보조 장치로 사용할 수 있는 기술을 검증합니다(그림 10).
이 연구는 럭비 시즌 동안 반복적 인 평가뿐만 아니라 부상 후 자원 봉사 참가자들에게 의존했기 때문에이 방법을 일부 물류 수정해야했습니다. 기준선과 재시험 사이의 예상 기간은 참가자의 일정을 수용할 수 있도록 유연해야 했습니다. 이러한 조치에도 불구하고 일부 선수들은 관련이없는 부상이나 관심 부족을 포함하여 다양한 이유로 후속 조치를 취하지 못했습니다. 그 결과 몇 주 동안 장치의 신뢰성을 위해 보다 포괄적인 통계 계산인 ICC를 사용하게 되었습니다. SSVEP 셋업에 대한 유해 사례는 관찰되지 않았다. 프로토콜의 사소한 수정이 필요한 일부 물류 문제가 발생했습니다 : 특히 길거나 두꺼운 머리카락은 헤드셋과 참가자의 두피 사이의 좋은 접촉을 얻는 데 번거로운 것으로 판명되었습니다. 접촉이 불량하면 EEG 판독값의 품질이 저하되기 때문에(그림 4), 머리카락이 길거나 두꺼운 참가자는 센서를 배치하는 동안 머리카락을 머리 옆으로 닦고 잡아야 했습니다. 이 문제로 인해 추가적인 배제 기준이 생성되었으며, 복잡한 헤어 스타일 (예 : 드레드락)을 가진 개인이이 연구에서 제외되었습니다.
이 논문에서 이전에 설명한 바와 같이, 현재의 뇌진탕 평가 도구는 매우 주관적이며 궁극적으로 임상의가 결정적으로 중요한 진단을 내리는 능력을 방해 할 수있는 운동 선수에 의한 조작의 위험에 처해 있습니다34. 일부 운동 선수 추적 연구는 자기 공명 영상 (MRI) 및 컴퓨터 단층 촬영 (CT)과 같은 방사선 학적 양식의 사용을 통해 뇌진탕에 대한보다 객관적인 바이오 마커를 조사하려고 시도했습니다. 그러나, 이들 방법은 기능적 뇌 손상으로서의 뇌진탕의 정의와 상이한 출혈과 같은 거시적 구조적 손상에 대한 정보만을 제공한다6,35. 본 연구의 결과는 VEP가 기능적 바이오마커36인 것으로 입증된 이전 연구에 의해 뒷받침되며, 이는 뇌진탕 21,37,38의 존재 하에서 약독화 또는 지연된다. 우리의 물리적 설정 및 가설과 관련하여 이러한 이전 VEP 연구 방법에는 유사점이 있지만, 우리의 연구는 VEP를 통한 SSVEP의 사용을 통해 문헌을 확장합니다. 또한, 프로토콜은 전통적인 제어 대 뇌진탕 사례 연구와 비교하여 뇌진탕의 세 단계에서 선수에 대한 실시간 평가를 조사함으로써 다릅니다. 또한이 방법은 혁신적인 EEG 시스템과 전통적인 EEG 시스템을 비교하여 객관적인 전기 생리학 측정을 얻는 데있어 정확성을 제한 할 수있는 잠재적 인 차이점을 구별함으로써 조사 능력을 확장합니다. 따라서, 본 연구에 사용된 프로토콜은 객관적인 뇌진탕 바이오마커에 대한 기존 문헌에 독특하고 가치있는 부가물을 제공한다.
이 프로토콜의 전반적인 성공에도 불구하고 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 예를 들어, 즉각적인 연속으로 수행된 평가를 위한 배경 EEG 잡음에서 참가자 내 변동성의 작은 정도가 주목되었다. 두 가지 프로토콜 설계 한계는 이 첫 번째 변동성에 대해 잘못됨으로 입증될 수 있습니다: 첫 번째는 14채널 EEG 시스템의 고충실도 임피던스 피드백 부족과 피로 및 환경적 영향이 피사체의 주의력에 미치는 영향에 대한 느슨한 제약입니다. 이 참가자 내 변동성은이 프로토콜에 사용 된 다른 EEG 시스템에서는 볼 수 없었지만 이러한 효과를 더 자세히 탐구하여 원인이 헤드셋 설계의 결과이며 확인되지 않은 자연 발생이 아닌지 확인하는 것이 좋습니다. 둘째, 대부분의 참가자는 첫 번째 평가 대 두 번째 평가 후 더 큰 SSVEP 신호를 가졌습니다 (표 1). 이것은 참가자들이 평가 과정에 더 익숙해지고 결과적으로 반복 자극 프리젠 테이션 중에 깜박임과 불안감을 줄이는 것을 포함하여 장비 설정에 대한 행동 적응의 결과 일 수 있습니다. SSVEP 프로토콜에 실제로 익숙화 효과가 있는지 여부를 결정하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하며, 그렇다면 향후 연구에서 발생을 줄이기 위해 어떤 잠재적 인 수정이 필요한지 여부를 결정하기 위해 필요합니다. 마지막으로, 상대적으로 적은 개인 집단 (반복적으로 검사 할 의지가있는 뇌진탕 발생 위험이 높은 사람들)의 자원 봉사자에 대한 광범위한 의존으로 인해이 연구는 65 명의 참가자로 구성된 작은 표본 크기로 제한되었으며, 그 중 12 명이 뇌진탕을 앓았다는 점에 유의해야합니다. 더 큰 코호트 크기의 연구는 뇌진탕에 대한이 프로토콜의 평가의 견고성, 특히 민감도와 특이성을 평가하기 위해 필요할 것입니다. 또한이 프로토콜이 뇌 발달 상태가 여전히 발달하고있는 사람들 (청소년)에서 잠재적인인지 기능 저하 (노인)에 이르기까지 다양한 연령대에서 복제되고 응답성이 크게 다른지 여부를 설명하는 것도 흥미로울 것입니다. 향상된 SSVEP 시스템과 관련하여, 비교 연구는 전통적인 EEG 시스템과 비교하여 장치의 내장 한계를 강조했습니다. 전통적인 EEG 시스템은 일반적으로 21개의 전극 사이트를 구성하는 몽타주의 전체 10-20 시스템을 채택합니다(그림 7B). 반면 SSVEP 시스템은 시각 피질에 해당하는 세 개의 전극 채널(O1, O2 및 Oz)만 사용합니다(그림 7A). 이러한 능력의 감소는 시스템이 EEG 적용 범위가 더 좁다는 것을 의미하며 이 프로토콜 내에서 획득한 전기생리학적 데이터에 대해 수행될 수 있는 잠재적 분석을 제한한다.
앞서 언급했듯이이 프로토콜의 한계를 극복하고 결과를 일반화 할 수 있는지 여부를 평가하기 위해 더 큰 코호트에서 강도를 테스트하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다. 더 중요한 것은 SSVEP 감쇠에서 우리의 발견의 기초가되는 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해서는 추가 연구가 필요하다는 것입니다. 예를 들어, 우리의 뇌진탕 참가자에서 발견되는 SSVEP 반응의 변화는 신경 기능 장애의 표현 일 가능성이 가장 높지만, 이것이 일차 (예 : 손상된 백질) 또는 이차 (예 : 신경 염증성) 현상인지 여부는 아직 밝혀지지 않았습니다. 이 방법의 한 가지 잠재적 인 미래 적용은 피험자에게 개별화 된 신경 우울증 및 뇌진탕과 관련된 회복 기간에 대한 조사입니다. 이 회복 기간에 대한 더 깊은 통찰력은 부상당한 운동 선수를보다 잘 보호하는 스포츠 복귀 (RTP) 규칙 및 규정에 대한 개정을 볼 수 있습니다. 이 방법은 또한 스포츠 경기장의 측면에서 편리하게 제공되는 뇌진탕 평가와 같은 비 임상 환경에 적용되는 휴대용 SSVEP 시스템의 실용성을 소개합니다. 이것은 의료 전문가뿐만 아니라 코치, 운동 선수 및 그 가족에게 뇌진탕 및 두 번째 충격 증후군10,11의 부정적인 생리적 영향을 다루기 위해 상당한 이익을 제공 할 수있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이 연구에서 활용 된 휴대용 SSVEP 시스템과 같은 향상된 SSVEP 시스템의 생성은 향후 연구의 성공에 도움이되는 것으로 입증 될 신경 생리학 및 SRC 분야에서보다 진보 된 장비 및 기술 응용 프로그램이 발생하는 것을 볼 수 있습니다.
요약하면,이 프로토콜은 SSVEP를 접촉 스포츠 운동 선수의 뇌진탕에 대한 객관적인 바이오마커로 식별하려는 목적에서 성공적이었습니다. 이 연구는 전체적으로 SSVEP가 뇌진탕이있는 상태에서 상당히 감쇠되고 단순화 된 휴대용 EEG 시스템을 통해 연구 품질 수준에서 안정적으로 생산 될 수 있다는 증거를 제공합니다. 따라서 우리는 SSVEP가 뇌진탕 부상의 평가, 특히 SRC의 부업 평가를위한 보충 보조제로 사용될 수 있다고 제안합니다. 보다 세련된 프로토콜, 고급 기술 및 개선 된 장비를 사용한 추가 연구는이 연구를 기반으로 뇌진탕이 운동 선수의 삶에 미치는 해로운 영향에 대처할 수있는 중요한 정보를 제공 할 수 있습니다.
Disclosures
저자는 잠재적 인 이해 상충을 선언하고 아래에 진술합니다.
Adrian Cohen은 HeadsafeIP Pty Ltd의 이사이며이 분야의 기술과 관련된 특허 출원에 주목하고 있습니다.
Dylan Mahony는 HeadsafeIP의 직원입니다. HeadsafeIP는 뇌진탕 관련 기술의 연구, 개발 및 상용화를 수행합니다. HeadsafeIP Pty. Ltd.는이 연구와 관련된 제품이 성공적으로 판매되면 재정적으로 이익을 얻을 수 있습니다.
Daryl Fong은 Cryptych Pty Ltd. Cryptych Pty Ltd의 직원으로, 규제 요구 사항과 관련하여 장치의 준수 제조에 대해 HeadsafeIP에 컨설팅 서비스를 제공합니다.
David Putrino, Joseph Herrera 및 Rebecca Baron은 Mount Sinai의 Icahn School of Medicine의 직원이며 개선 된 SSVEP 장치의 사용 사례를 조사하는 후원 연구에 참여합니다.
Acknowledgments
초기 실험 (조사 SSVEP)에 사용 된 장비는 시드니 대학의 항공 우주, 기계 및 메카트로닉 공학 학교에서 제공했습니다. 연구의 후반부에 활용 된 장비 인 통합 SSVEP 및 EEG 시스템은 HeadsafeIP에 의해 제공되었습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ag-AgCl Electrodes | Compumedics | 97000153 | Disposable EEG electrode Wires |
| Cardboard VR | 87002823-01 | VR Frame | |
| CaviWipes | Metrex | 13-1100 | Disinfectant Wipes |
| Emotiv Xavier | Emotiv | EMO-BCI-ONET-MAC-01 | EEG Headset Software / Contact Quality |
| EPOC Felt Sensors | Emotiv | EMO-EPO-FELT-00 | EEG soft electrode contacts |
| USB Reciever Universal Model | Emotiv | EMO-EPO-USB-04 | Signal Reciever for 14 channel EEG Headset |
| EPOC+ | Emotiv | EPOC+ V1.1A | 14 Channel EEG headset |
| Excel 2016 | Microsoft | KB4484437 | Spreadsheet Software |
| Grael 4K EEG Amplifier | Compumedics | 928-0002-02 | Clinical EEG / 40 Channel EEG Amplifier Unit |
| iPad 5th Generation | Apple | A1822 | iOS Device |
| iPhone 6s | Apple | A1633 | iOS Device |
| iTunes | Apple | V12.5.5.5 | Mobile Device Management Utility |
| MATLAB | MathWorks | R2015b | Numerical Computing Software |
| Nurochek iOS App | HeadsafeIP | HS02 | SSVEP iOS App Software |
| Nurochek System | HeadsafeIP | HS01 | Portable SSVEP System |
| Polyurethane Sensor Cylinders | Headsafe | HSIP01-213 | EEG soft electrode contacts |
| Profusion EEG 5 | Compumedics | AH744-00 | Clinical Neurology Software for EEG Amplifier |
| Quik-Gel Electrolyte | Compumedics | 92000016 | EEG Conductive Gel |
| Renu Fresh Solution | Bausch+Lomb | 435720 | Saline Solution |
| SPSS 24 | IBM | CRZ0WML | Statistical Analytics Software |
| Ten20 Paste | Weaver | 92100031 | EEG Skin Prep Gel/Paste |
| Vaio Pro 11 | Sony | SVP1132A1CL | Computer / Laptop |
| Xperia Z1 | Sony | C6906 | LCD Smartphone |
References
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