מאמר שיטה

הנוהג קיים הטוב ביותר לקבלת נתונים EEG באיכות גבוהה במהלך fMRI סימולטני

DOI:

10.3791/50283

⸱

3 ביוני 2013

 ,  , 
1Sir Peter Mansfield Magnetic Resonance Centre, School of Physics and Astronomy, University of Nottingham , 2Brain Products GmbH

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Electroencephalography סימולטני (EEG) ודימות בתהודה מגנטית תפקודית (fMRI) הוא כלי רב עוצמה הדמייה. עם זאת, בתוך סורק MRI יוצר סביבה קשה להקלטת נתוני ה-EEG ובטיחות יש לקחת בחשבון בכל פעם שהפעלת ציוד EEG בתוך סורק. כאן, אנו מציגים פרוטוקול רכישת נתונים EEG-fMRI מותאם.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

סימולטני EEG-fMRI מאפשר רזולוציה של זמן המצוין של EEG להיות בשילוב עם דיוק מרחבי הגבוה של fMRI. את הנתונים משתי שיטות אלה יכולים להיות משולבים במספר הדרכים, אך כל להסתמך על רכישת נתונים EEG ו fMRI באיכות גבוהה. נתוני ה-EEG שנרכשו במהלך fMRI בו זמנית מושפעים מכמה חפצים, כולל artefact השיפוע (עקב שיפועי שדה מגנטי משתנים הנדרשים לfMRI), artefact הדופק (צמוד למחזור הלב) וחפצי תנועה (כתוצאה מתנועות במגנטית חזק שדה של הסורק, ופעילות שרירים). שיטות עיבוד הודעה לתיקון השיפוע וחפצי דופק בהצלחה דורשות מספר הקריטריונים כדי להיות מרוצים במהלך רכישת נתונים. מזעור תנועת הראש במהלך EEG-fMRI הוא גם הכרחי להגבלת הדור של חפצים.

אינטראקציות בין תדר הרדיו (RF) פולסים הנדרשים לבדיקת MRI והדואר חומרת EEG עלולה להתרחש ועלולה לגרום לחימום. זה רק סיכון משמעותי אם הנחיות בטיחות לא מרוצים. עיצוב חומרה והגדרה, כמו גם בחירה זהירה של שרצפי MR מנוהלים עם חומרת EEG ההווה ולכן יש לקחת בחשבון.

הנושאים הנ"ל מדגישים את החשיבות של הבחירה של פרוטוקול הניסוי המועסק בעת ביצוע ניסוי EEG-fMRI בו זמנית. בהתבסס על מחקרים קודמים אנו מתארים ניסוי אופטימלי ההגדרה. זה מספק נתוני ה-EEG באיכות גבוהה במהלך fMRI בו זמנית בעת שימוש במערכות ה-EEG וfMRI מסחריים, עם סיכוני בטיחות לנושא ממוזער. אנו מדגימים הגדרה זו בניסוי EEG-fMRI באמצעות גירוי חזותי פשוט. עם זאת, ניתן להשתמש בו הרבה יותר גירויים מורכבים. כאן אנו מראים EEG-fMRI הגדרה באמצעות מוח מוצרי GmbH (Gilching, גרמניה) MRplus מערכת ה-EEG, 32 ערוץ בשיתוף עם Achieva פיליפס (הטוב ביותר, הולנד) 3T MR סורק, אם כירבים של הטכניקות ניתנים להעברה למערכות אחרות.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Electroencephalography סימולטני (EEG) ודימות בתהודה מגנטית תפקודית (fMRI) מאפשר רזולוציה של זמן המצוין של EEG להיות בשילוב עם דיוק מרחבי הגבוה של fMRI. ישנן מספר דרכים שבה ניתן לשלב את הנתונים משתי שיטות הללו 1, אבל כל להסתמך על רכישת נתונים EEG ו fMRI באיכות גבוהה. נכון להיום, בו זמנית EEG-fMRI נעשה שימוש כדי לחקור את הקשר בין מקצבי oscillatory (נמדד עם EEG) ותגובות חמצון דם (באמצעות דם רמת חמצון תלוי (BOLD) fMRI) למשל 2,3. כמו כן, נעשה שימוש כדי לחקור האם המאפיינים של האות עוררה יכולים להסביר את השונות באות BOLD על בסיס ניסוי על ידי ניסוי 4,5. במחקרים קליניים השימוש העיקרי של הטכניקה היה לחקור את מוקדים אפילפטיים פריקות interictal, אשר יכול לסייע בתכנון ניתוח וכרגע קשים למקם הלא פולשני6,7. כדי להשיג את השילוב של נתוני ה-EEG וה-fMRI שהוא רצויים, היא הכרחית כדי לקבל נתונים באיכות גבוהה משני אופנים. עם זאת, נתוני ה-EEG שנרכשו במהלך fMRI בו זמנית מושפעים מכמה חפצים, כולל artefact השיפוע (בשל השדות המגנטיים המשתנים הנדרשים לfMRI), artefact הדופק (צמוד למחזור הלב) וחפצי תנועה (כתוצאה מתנועות בחזקה שדה מגנטי של הסורק, כמו גם פעילות שרירים). ממצאים אלה הם גדולים יותר באופן משמעותי מהפעילות העצבית של עניין, ולכן הפחתה (במקור) ותיקון של החפצים (דרך שלאחר העיבוד) שניהם צורך כדי לאפשר יישום מוצלח של סימולטני EEG-fMRI.

השיטות שלאחר העיבוד הזמינות כרגע לתיקון השיפוע וחפצים דופק דורשות מספר הקריטריונים כדי להיות מרוצה במהלך רכישת נתונים על מנת לייצר נתונים EEG באיכות גבוהה. במהלך העשור הקודם optיש imal ניסיוני הגדרה להקלטת נתונים באיכות גבוהה התפתח כהבנה של הגורמים של חפצי 8-10 השתפר שלנו ושלמדנו איך לשנות את השיטות ניסיוניות על מנת להפחית את החפצים במקור 11,12 ועל מנת לשפר את ביצועים של אלגוריתמי תיקון לאחר העיבוד. התפתחויות אלה כוללים שיפור הדגימה של גל השיפוע דרך סנכרון של שעוני סורק 13,14 והשימוש בvectocardiogram 15,16 לספק עקבות לב נקיות יותר א.ק.ג. המסורתי. עקבות vectocardiogram נגזרת מארבע אלקטרודות המונחות על החזה עם מסנן נמוך לעבור מחמירה המועסק 14-16. כתוצאה מכך היא העקבות מושפעות יחסית על ידי חפצים הדרגתיים ואינה רגיש לחפץ זרימת הדם מה שהופך את איתור R-שיא קל יותר. עם זאת, את המתקן כדי להקליט vectocardiogram אינו זמין בכל סורקי MRI, ולכן יהיה רק ​​הזכיר בקצרה בסעיף זהTudy. החשיבות של צמצום של חפצים וניקוי קפדני של נתונים כבר מסומנת על ידי ההפגנה האחרונה שממצא התנועה שנרשם בנתוני ה-EEG יכול לתאם עם פעילות BOLD שאינה קשורה למשימה של עניין, בהפקת תוצאות מזויפות אם טיפול לא נלקח קיצוני לאורך תהליך ניסיון 17.

השיטה שהוצגה כאן מייצגת את הגישה האופטימלית הנוכחית לקבלת נתונים EEG ו fMRI באיכות גבוהה בו זמנית באמצעות חומרת MR ורצפי דופק אשר זמינות באופן נרחב, יחד עם ציוד EEG מסופק באופן מסחרי. יישום שיטת הרכישה הציעה, בשיתוף עם השימוש בשיטות שלאחר העיבוד מתאימים, יניבו נתונים EEG ו fMRI שניתן להשתמש בם כדי לענות על מספר השאלות חשובות במדעי המוח.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. הכנת ההתקנה הניסיונית

  1. טרם הגעתו של הנושא להגדיר את ציוד ה-EEG בחדר הבקרה שבו מפעיל הסורק יהיה לשבת. חבר את המחשב הנייד לחומרת ה-EEG כפי שמוצג באיור 1. הערה: כל מפעיל מהתקנים היקפיים וסורק MR חייב להיות משכי זמן של יותר מ -200 μsec להיות מזוהה על ידי מערכת ה-EEG.
  2. להגדיר את מחשב הגירוי; במחקר זה, אנו משתמשים בגירוי חזותי; סמנים לקרוא לתוך מקליט BrainVision בתחילת וסוף כל תקופת גירוי.
  3. להבטיח את סביבת העבודה להקלטת נתונים מוגדר לרזולוציה הטמפורלית הגבוהה ביותר הקיימת והגדרות סינון נכונות. עבור רוב מחקרי AC-צימוד עם מסנן של 0.016-250 הרץ הוא אופטימלי אם כי ייתכן שיהיה צורך במסנן (1 kHz) נמוך לעבור גבוה יותר DC-צימוד או אם אותות בתדר עצביים נמוכים או גבוהים במיוחד הם בעלי העניין, בהתאמה.
  4. בדקו מ 'arkers מהסורק ומצגת גירוי כדי לוודא שהם מוקלטים על ידי מערכת ה-EEG בצורה נכונה. הפעל את הסנכרון של הסורק ושעוני EEG באמצעות לוח בקרת מקליט BrainVision. לאחר מכן בדוק אם סנכרון הסתיים בהצלחה, ואם להגדיר את זה נכון והסמל הירוק "סנכרון ב" הנקודה תופיע.
  5. להגדיר את סורק MR בדרך המקובלת, כאן אנחנו משתמשים בגוף לשדר סליל RF וראש ערוץ 32 יקבל סליל RF. במידת האפשר, עדיף להשתמש בסליל לשדר את הראש בגודל כדי למזער את הסיכון של חימום RF של כובע EEG וכבלים כרוכים בכך. עם זאת ברוב הסורקים, סליל שידור הראש לא יכול לשמש בשילוב עם סליל מקלט רב אלמנט, מה שמוביל לתת אופטימלי להגדיר עבור רכישה של נתוני ה-fMRI (בפרט הדמיה האצה מקבילה אינו אפשרי). אנחנו משתמשים בזה ספציפי בראש יקבל סליל משום שהיא משלבת יציאת גישה המאפשרת את הכבלים מכובע EEG לרוץ לאורך עמ 'ישרath מחוץ לסורק.
  6. להבטיח את רצפי MR שיופעל מוגדרים. רצף fMRI חייב להשתמש TR הפרוסה שהוא כפול של תקופת שעון ה-EEG (200 μsec). אם אתם משתמשים במערכת MR פיליפס ניתן להשתמש במחשבון תזמון פיליפס כדי לקבוע את הפרוסה האפשרית ושילובי TR.
  7. בצע בדיקה סופית שכל ציוד הקלטה כצפוי.

2. הגעה נושא

  1. שאל את הנושא כדי להגיע עם שיער נקי ובגדים נוחים, לא מתכתיים לובשים.
  2. הסבר לנושא מטרת הניסוי ומה שיקרה.
  3. שאל כפוף למילוי טפסים המשמשים כדי לקבוע, כי אין אינדיקציות-קונטרה לMR סריקה וכי הסכמות הכפופות להשתתפות בניסוי. בדקו את הטפסים לפני שתמשיך. במחקר זה באישור ועדת האתיקה המקומית הושג וכל המקצועות נתנו הסכמה מדעת.
  4. מדוד את היקף הראשND בחר את הכובע בגודל המתאים (כלומר הכובע זמין הקטן ביותר שהוא גדול יותר מגודל הראש). מניחים את הכובע על ראשו מתחיל בחלק הקדמי של הראש ומושך אחורה. מקם את הכובע בצורה נכונה, אלקטרודה Cz כך שהוא מוצב במחצית הדרך בין nasion וInion ומרוכז גם של שמאל וימין.
  5. חברו את האלקטרודות לראשו על ידי: נע שיער מהדרך, החלת אלכוהול ולאחר מכן ג'ל Abralyte. צרף את האלקטרודה א.ק.ג. לבסיס של הגב בשיטה דומה לזו המשמשת לכובע את האלקטרודות. אלקטרודה זו משמשת למדידת הדופק. המיקום בבסיס של הגב מומלץ למקסם את האות לרעש של R-השיא בשמץ א.ק.ג. כמו גם לנוחות נושא.
  6. לעבוד על אנשי הקשר, כדי להפחית את העכבות של אלקטרודות על הראש כדי פחות מ -10 kΩ (לא כולל את ההתנגדות של הנגדים הפנימיים בכל אלקטרודה). א.ק.ג. והתנגדות EOG עשוי להיות גבוהים יותר כאותות חזקיםאה וקשרים טובים יכולים להיות קשים להשגה, אבל חייבים להישמר מתחת 50kΩ.
  7. בדקו את איכות נתוני ה-EEG היא משביעת רצון על ידי הבדיקה חזותית את הנתונים המופיעים על מסך הצג.

3. מחוץ להקלטה של ​​סורק MR

(אופציונלי: נדרש רק אם ברצונך להשוות איכות נתונים EEG מבפנים ומחוץ לסורק MR)

  1. הגדרת מנגנון המצגת וציוד EEG מחוץ לסורק (במיקום שבו השדה המגנטי הוא נמוך). ודא שההתקנה היא דומה ככל האפשר לזה המשמש בתוך הסורק MRI (בפרט הנושא צריך להיות שכיבה ויש להשתמש בתהליך דומה של הצגת גירוי).
  2. לבצע את הניסוי, ורשום את הנתונים באופן דומה לזה המשמש בתוך הסורק (ראה סעיף 4).

4. הגדרת נושא בתוך הסורק MRI

  1. שאל את הנושא לשבת בזמן שאתה seלא את ציוד ה-EEG בחדר סורק MRI.
  2. קח את המגבר לחדר מוגן ולמקם אותו על שולחן בחלק האחורי של הסורק. צרף את המגבר לכבל סיב אופטי ארוך. להעביר את כבל הסיב האופטי דרך מוליך גל ולצרף אותו למתאם ה-USB BrainAmp בחדר הבקרה (איור 1).
  3. הרשמה המטופל במטופל סורק MR נתוני הבסיס.
  4. קח את הנושא לחדר ושואל אותם לשכב על המיטה של ​​הסורק.
  5. תן את אטמי אוזניים בכפוף, ראש נייד ולחצן שיחה, ולהבטיח כי הם חשים בנוח.
  6. שים את סליל הראש מעל לראשו של נבדק. את כבלי EEG חייבים לעזוב את סליל הראש לאורך הנתיב הקצר ביותר האפשרי. עכשיו כרית ראשו של נבדק כדי למזער את תנועת ראש.
  7. להעביר את הנושא לסורק נשא, על מנת להבטיח שאלקטרודות FP1 FP2 ונמצאים בisocentre של הסורק MRI בZ-הכיוון. זה בדרך כלל מושגת על ידי יישור שתי אלקטרודות אלה עם האור שהוא used למצב את הנושא לפני שהם נכנסים לשעמם.
  8. צרף את כובע EEG למגבר בחלקו האחורי של הסורק. ודא שאין בלולאות חוט המוביל EEG (כמו אלה יכולים להוביל לחימום RF וגם לגרום לממצאי ה-EEG גדולים יותר כדי להיות מושרה) ושהכבלים מבודדים מתנודות סורק MR ככל האפשר, כאן אנו משתמשים בקרן בטון לסירוגין כדי להשיג את הבידוד הזה.

5. הקלטה בתוך הסורק

  1. שיחה לנושא מחדר הקונסולה כדי לאשר שהם יכולים לשמוע את מפעיל הסורק והם בסדר.
  2. הנסיין שני מתחיל ניטור EEG, בדיקת אלקטרודות רועשת בעקבות, כמו גם עבור "סנכרון ב" נקודה הירוקה בתחתית המסך.
  3. ההשפעה ברורה של cryo-משאבות בהקלטה ניתן לראות (ראה איור 2). לכן, כבה את המשאבות הללו במהלך רכישת נתונים, בעקבות הנחיות יצרן.
  4. שאל את הנושא כדי להעביר הראש eir על ידי כמות קטנה. החשיבות של שמירה על הראש עדיין ניתן לראות את המתח גדול בהקלטת EEG שתוצאה מתנועות ראש קטנה.
  5. בדוק את ההקלטה של ​​פעילות עצבית על ידי לשאול את הנושא כדי לפתוח ולסגור את עיניהם. חפש פעילות אלפא העורפית. זה יהיה מבחן אם אתה מודד אותות פיסיולוגיים ולא רעש. אם לא ניתן לראות אות אלפא על נושא (אשר מתרחש בחלק מהמקצועות) זה אפשרי לבדיקת פעילות עצבית על ידי ביצוע ריצה של פרדיגמה הניסויית קצרה ללא הפעלת סורק MRI ולחפש את הפוטנציאל עורר בממוצע.
  6. חפץ הדופק באופן ברור ניתן לראות בנתוני הגולמיים (ראה איור 2) ובמיוחד על אלקטרודות מעל המקדשים. השתמש עקבות א.ק.ג. לתקן חפץ זה בזמן אמת באמצעות RecView (או בחבילות תוכנת עיבוד פוסט).
  7. ברגע שכל סריקת MRI מתחילה ההדרגתיים יגרום לחפצים גדולים בנתוני ה-EEG. </ Em>
  8. כאשר ניסוי fMRI הוא מוכן להתחיל, - עם מערכת הצגת הגירוי במצב מוכן - ואז תתחיל לשמור את נתוני ה-EEG על ידי ביצוע השלבים המוצגים.
  9. עכשיו להתחיל בניסוי, שבודק את הסמנים מהצגת הגירוי והסורק MRI שניתן לראות בBrainVision מקליט. כאן הגירוי מורכב משחמט רדיאלי שדה מלא ב 100% בניגוד. שיעור ההיפוך הוא 2 הרץ כך שעוררה תגובה תתרחש בכל 500 אלפיות שנייה וסמן ממוקם בקובץ ה-EEG בכל היפוך תמונה.
  10. איכות נתוני EEG תופיע להיות עניים מאוד, אבל זה יכול להיות ניקה, או באופן מקוון בRecView או במהלך עיבוד הודעה. על מנת שתיקון artefact השיפוע לעבודה מבלי להתפשר על ההקלטה של ​​אותות עצביים, הצגת הגירוי לא חייב להיות נעולה לTR והתדירות של חזרת גירוי לא חייבת להיות שווה לתדירות חזרת פרוסה.
  11. שיפוע artefact תיקון מ 'UST להתבצע לפני תיקון artefact דופק (ראה איורים 3 ו -4). הנתונים עשויים להיות לאחר מכן מפולחים לפי מצגת גירוי וניתח עם טכניקות רבות; הפשוט ביותר שהוא בממוצע לחקירה של תגובות עורר (ראה איור 6).

6. תחקיר הנושא

  1. לאחר שהסריקה הושלמה, לקחת את הנושא מחוץ לסורק ולעזור להם להמריא כובע EEG.
  2. לאפשר להם לחפוף את השיער שלהם.
  3. עכשיו הם חופשיים לעזוב.

7. לנקות בסוף הניסוי

  1. לארוז את ציוד ה-EEG כנדרש במעבדה שלך. אם יצרן MR דורש זאת, לוודא כי חומרת הסנכרון אינה מחובר לחשמל בסוף כל פגישה ולא השאירה תצורף לאלקטרוניקת הסורק.
  2. לבסוף, יש לנקות כובע EEG. כדי לעשות זאת, יש להשרות את הפקק במים (בדרך כלל לapproximately 5 דקות) או בתערובת מים וחומר חיטוי (חומר החיטוי יש לבחור על פי ספקטרום וחיטוי המלצת הפתוגן הרלוונטי של יצרן הכובע. זמן חשיפה וריכוז חומר חיטוי חייב לפעול על פי הנחיות של יצרן חומר החיטוי.). לאחר מכן להשתמש במברשת שיניים כדי לנקות משם ג'ל שיורית. חשוב מאוד לנקות את המכסה באופן מלא כדי להבטיח את הביצועים הנכון של הכובע בעת שימוש בהמשך.

8. אנליזה

  1. כאן, ניתוח EEG זמן אמת הודגם, אולם זה גם אפשרי ובדרך כלל רצוי לפרסם-לעבד את נתוני ה-EEG. ניתן לעשות זאת במספר חבילות כגון ניתוח מוח מוצרי מנתח 2 או EEGLAB.
  2. שיפוע ותיקון חפץ דופק יכולים להתבצע תוך שימוש במגוון שיטות כגון: חפץ ממוצע חיסור 18,19 (משמש בדרך כלל עבור תיקון צבע, ולעתים קרובות משמש לתיקון חפץ דופק), אנאלי רכיב עצמאייסיס 20,21 או בסיס אופטימלי קובע 22 (לתיקון חפץ דופק).
  3. נתונים לאחר מכן ניתן לנתח בזמן או תחום התדר להסתכל על תגובות שעוררו ופעילות תנודתית מתמשכת.
  4. הנה, הקלטנו עקבות א.ק.ג. באמצעות מערכת מוצרי המוח כדי להשיג מידע נחוץ לתיקון חפץ דופק. בהתקנה הסטנדרטית עקבות א.ק.ג. נרשמת באמצעות אלקטרודה ייעודית הניחה על גביו של הנושא. במעבדה שלנו אנו משתמשים גם פתרון שאינו סטנדרטי, המעסיק vectrocardiogram על מנת ליצור את עקבות לב (פתרון זה זמין רק עם ציוד הניטור הפיזיולוגי פיליפס). אנחנו מצאנו את זה יכול להיות שימושי אם לא ניתן להשיג עקבות נקיות באמצעות א.ק.ג. הקונבנציונלי ההגדרה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

איור 3 מציג את איכות האות צפויה כאשר אין חפץ תיקון שבוצע. ברור כי כל פעילות עצבית מוסווה. מופעי 3C דמות שחפץ השיפוע מתרחש בתדרים שונים שהם הרמוניות של התדירות של רכישת נתח ברצף fMRI, המשתרע כל תחום התדרים של ההקלטה. איור 4 מראה את חפץ הדופק המתגלה ברגע חפץ השיפוע הוסר בשיטה שלאחר העיבוד של חפץ חיסור ממוצע במנתח 2 (גרסת 2.0.2). ברור כי קיימות שונות מרחבית ניכרת של חפץ זה, וכי O1, אחד מהערוצים של עניין לניסוי חזותי זו, מציג חפץ דופק גדול במיוחד. יש ממצא זה בתדירות נמוכה יותר מחפץ השיפוע (בעיקר מתחת ל -10 הרץ - 4C איור), והוא קשור לפעילות לב איור 5 מופעים. איכות נתוני ה-EEG שיכול להיות מושגת לאחר שיפוע ותיקון חפץ דופק; כאן חפץ הדופק תוקן באמצעות חפץ חיסור ממוצע במנתח 2 ו R-הפסגות של גל הלב התגלו מעקבות אק"ג. ברור שהמשרעת של האותות שנותרו הן הרבה יותר קטנה ולכן אותות עצביים כבר לא מוסתרים, כפי שמוצגים על ידי את התגובות שעוררו מתקבלות באיורים 6 ו -7. איור 6 מציג עוררה תגובה טיפוסית המיוצרת על ידי ממוצע על פני כל 300 הגירויים. עם זאת, ההשתנות של התגובה הזאת על פני בלוקים ניתן לראות באיור 7 וזה וריאציה טבעית ובלתי צפויה זה בתגובות עצביות אשר עשוי לשמש כדי לחקור את הקשר בין התשובות הנועזות וEEG כאשר הקלטות בו זמנית כבר בוצעו.

s/ftp_upload/50283/50283fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50283/50283fig1.jpg "/>
איור 1. תרשים סכמטי של ההגדרה של ציוד EEG ואת החיבורים הנדרשים בין החומרה, כפי שתוארה בפרוטוקול. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.

figure-results-1
איור 2. התמרה פורה של האות שנאסף על נושא עדיין שוכב עם cryo-משאבות ב( אדום) ואת (שחור) עבור ערוץ נציג (P7).

figure-results-2
נתוני ה-EEG גלם שנרשמו במהלך בדיקת MRI במקביל על 16 ערוצים שונים (א);. התמקדות על 5 שניות של נתונים מעוז (ב);. עם המשויכת ההתמרה (C) לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה .

figure-results-3
איור 4 עשר שניות של נתוני ה-EEG נרשמו על 16 ערוצים שונים במהלך בדיקת MRI במקביל מוצגים לאחר תיקון artefact שיפוע באמצעות AAS על 16 ערוצים שונים (א);. מתמקדים ב5 שניות של נתונים מעוז (ב); עם המשויכת ההתמרה (C ng>). לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.

figure-results-4
איור 5. עשר שניות של נתוני ה-EEG נרשמו on16 ערוצים שונים במקביל fMRI, המוצגים לאחר שיפוע ותיקון artefact דופק באמצעות AAS (); התמקדות על 5 שניות של נתונים מעוז (ב); עם המשויכת ההתמרה (C). לחץ כאן לצפייה דמות גדולה.

הין מספר עמודים = "תמיד"> figure-results-5
איור 6. תגובה עוררה EEG ממוצע (300 ממוצעים) לערוצים 01 ו 02 (משמאל) ומפה טופוגרפית הקשורים לP120 (מימין).

figure-results-6
איור 7. וריאציה של תגובה עוררה על פני בלוקים לערוץ O1 (תשובות כבר בממוצע תוך 30 שניות בלוקים).

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עצה כללית מאז הפריסה הפיסית של כל חדרי הסורק שונה שאנו מכירים בכך שייתכן שלא נוכל למקם את מגברי EEG שלך מחוץ לשעמם של המגנט. במקרה זה פשרה טובה היא למקם את המגברים על כרית גומי עבה, כדי לנתק אותם מתנודות הסורק כמו הרבה אפשרי. אם אתה מוצא כי תיקון חפץ השיפוע לא עובד טוב, ואז לבדוק את הזמנים בין נפח או סמנים פרוס, כפי שסביר להניח שבמקרה זה TR כי כבר קלט לקונסולת MR הוא לא בדיוק TR כי הוא נוצר . במקרה זה יהיה עליך לפנות ליצרן סורק MR הרלוונטי לקבלת סיוע נוסף.

הצעדים החשובים ביותר בתהליך של רכישת נתונים EEG במהלך fMRI בו זמנית הם לאלה שננקטו כדי להבטיח שכל מקורות הרעש החיצוניים שמוזערו (למשל משאבות cyrocooler ורטט של ציוד ה-EEG). להלתיקון חפץ שיפוע אופטימלי W חשוב על מנת להבטיח כי את שעוני סורק EEG וMR מסונכרנים, TR פרוסה הוא כפול של תקופת שעון הסורק ושהנושא ממוקם בצורה אופטימלית. על מנת להבטיח טכניקות תיקון ממצא דופק אופטימליות רבות דורשות עקבות לב נקיות שממנו ניתן לאתר R-פסגות, אנו מציעים שזה יכול להיות הטוב ביותר להשיג באמצעות VCG, למרות שזה גם אפשרי עם יתרון א.ק.ג. בעמדה טובה. אם אתם משתמשים בא.ק.ג. אז מומלץ למקם את זה בבסיס של חזרה למקסם את יחס האות לרעש של R-השיא עם יתרון נוסף של אתר זה להיות קל יותר מאשר לגשת לעמדה קרובה ללב 23. מיצוב א.ק.ג. היתרון על תוצאות החזה בממצא תנועה עקב נשימה להתווסף לעקבות מיתרון זה, כמו גם גורם לחפץ השיפוע משתנה לאורך זמן. זה יכול לגרום ללהרוות ו / או תיקון חפץ שיפוע עקבות לא עובד עקב השתנות תבניתולכן אינו מומלץ.

דיון כללי EEG-fMRI הוא כלי רב עוצמה ללימוד תפקוד מוח, כפי שהרזולוציה הגבוהה הזמנית של EEG יכול להיות משולב עם הרזולוציה מרחבית הגבוהה של fMRI. נכון להיום, מספר המחקרים השתמש בגישה רבת מודלים זה כדי להשיג הבנה טובה יותר של תפקוד המוח. EEG-fMRI הוחל על מתנדבים בריאים על מנת לחקור את הקשר בין מקצבי oscillatory (נמדד עם EEG) ותגובות חמצון דם (באמצעות fMRI BOLD) לדוגמה: 2,3. כמו כן, נעשה שימוש כדי ללמוד אם מאפיינים של האות עוררה יכולים להסביר את השונות באות BOLD על בסיס ניסוי על ידי ניסוי 4,5. במחקרים קליניים השימוש העיקרי של הטכניקה היה לחקור את מוקדים אפילפטיים פריקות interictal אשר קשה מטבעו למקם הלא פולשני 6,7. דוגמאות אלו מראות את כוחו של מתאר לעצמי רב מודלים זהכלי ing. עם זאת, כדי לאפשר המחקר של תופעות כאלה, זה חשוב לנו גישה לאיכות הטובה ביותר האפשרית של נתונים EEG ו-MRI. כדי להשיג זאת בתוך הסורק MRI חשוב לי ההגדרה ניסיונית הטובה ביותר וגם לבחור את שיטות הניתוח המתאימות ביותר. את שיטות הניתוח האופטימליות תהיה במידה מסוימת תלויות בשאלת המחקר של עניין, כפי ששיטות התיקון המשמשות להסרת של חפצים. לדוגמה בגודל ובמספר התנועות שהתרחשו במהלך ההקלטה יקבעו את השילוב היעיל ביותר של אלגוריתמים להסרת לכלוך השיפוע. עם זאת, ניסיוני ההגדרה של חומרת EEG ו fMRI האופטימלי הוא עצמאי יחסית של שאלות מחקר מסוימות. להנחיות המפורטות כאן ולכן הם בעלי ערך כללי ויכולה להיות מיושמות בניסויים תוך שימוש בחומרת EEG וסורק MR שונה מאשר בעבר.

כאן יש לנו הפגנו את שיטות הרכישה ששאולד להיות אחריו כדי להשיג נתונים EEG ו fMRI באיכות גבוהה. אנו משמשים גירוי חזותי המבוסס על הפרדיגמה גירוי העסיק בעבר 24. עם זאת, ניתן להחיל את אותן טכניקות לאיסוף נתונים ללא תלות בפרדיגמה המשמשת כדי לעורר את פעילות המוח של עניין. בעת בחירת הפרדיגמה שלך יש לציין שאיכות נתוני ה-EEG שניתן להשיג בעת הקלטה בתוך סביבת MR עם טכניקות זמינות כרגע למשתמשים (ותאר כאן) עדיין מקום כמה מגבלות על פעילות המוח אשר עשוי להיחקר: יש קשיים מסוימים בהקלטת פעילות EEG בנמוך (<5 הרץ) ותדירות גבוהה (> 80 הרץ) להקות שבו דופק שייר וחפצי שיפוע עשויים להימצא. בנוסף, יש להקפיד בעת בחירה בפרדיגמה כך שהאפשרות של תנועת נושא הקשור למשימה ממוזערת. זו בעיה, כי ממצא תנועה בתוך נתוני ה-EEG הם לעתים קרובות קשה לחפצים נכונים ויכול להיות קטניםקשה לזהות באופן ברור, למרות שהם עדיין יכולים לשלוט אותות עצביים. ממצא תנועה אלה עלול לגרום למתאמים מזויפים אך מתקבלים על הדעת עם נתוני ה-fMRI 17.

שיטות עיבוד להודעה בו זמנית EEG-fMRI הן רבות וכפי שהדיון כזה שלהם היא מעבר להיקף של עבודה זו. כפי שהוזכר קודם לכן השיפוע וניתן להסיר חפץ דופק באמצעות מספר הטכניקות הכוללות ממוצע חפץ 18,19 חיסור, ניתוח מרכיבים עצמאי 20,21, בסיס אופטימלי קובע 22 וbeamformers 25. לעתים קרובות שילוב של שיטות אלה יכול להיות מועסק 23 וביצועים מהשיטות תלויים בגורמים כגון עוצמת השדה המגנטית ואת הפרדיגמה בשימוש. השיטות שלאחר העיבוד האופטימליות למחקר ספציפי יהיו תלויות גם באותות כדי לחלץ מן הנתונים, בין אם מדוברים במקצבי oscillatory או פוטנציאלים מעוררים עשויים להיות השפעה על פושיטות עיבוד st מועסקות.

בעוד שיש רב על מחקר מתמשך מיקוד רכישה ושיטות ניתוח נתונים משופרות עבור סימולטני EEG-fMRI, זה כבר אפשרי, תוך שימוש בטכניקות שתוארו כאן, כדי לענות על שאלות חשובות במדעי המוח הדורשים שילוב של הרזולוציה מרחבית הגבוהה של fMRI ו רזולוציה של זמן מצוין של ה-EEG.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ההפקה של מאמר זה מומנה על ידי מוח המוצרים GmbH. פיירלואיג'י Castellone הנו עובד של מוח המוצרים GmbH, המייצר כמה מכשירים ותוכנות המשמשים במאמר זה.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ברצוננו להודות למוח מוצרי GmbH לספק את הציוד שלהם, מומחיות ולעזור בהפקת את העבודה הזאת. כמו כן, אנו רוצים להודות לגלין ספנסר, אוניברסיטת נוטינגהם, בסיוע עם הייצור של וידאו. אנו מודים גם להנדסה ולמדעים פיסיקלית מועצה למחקר (EPSRC), EP/J006823/1 ואוניברסיטת נוטינגהם למימון מחקר זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
סורקכאן אנו משתמשים ב-Philips Achieva, אך כל סורק MR אמור לעבוד.
BrainVision מקליטמוצרי מוח GmbHBP-00010פריט רישיון ראשון
BrainVision RecViewמוצרי מוח GmbHBP-00051מודול בסיס
BrainAmp MR פלוסמוצרי מוח GmbHBP-01840מגבר יחיד
BrainAmp USB מתאםמוצרי מוח GmbHBP-02041BUA64
SyncBoxמוצרי מוח GmbHBP-02675SyncBox
כבלי סיבים אופטיים מלאים ומחברי USBBrain Products GmbHBP-02300 (FOC5) BP-02310 (FOC20) BP-02042 כבל USB2)אלה מגיעים עם הציוד המפורט לעיל.
BrainCap MREASYCAP GmbHBP-03000-MRכובע EEG 32 ערוצים לשימוש ב-MR
Abralyte 2000 ג'ל מוליךBrain Products GmbHFMS-060219ג'ל מוליך ושוחק לחיבור אלקטרודות לקרקפת
איזופרופיל אלכוהול BPBrain Products GmbHFMS-060224למריחה לפני Abralyte Gel. איזופרופיל אלכוהול 70% (60 מ"ל) - להסרת שומנים בעור
ספוגית כותנהBrain Products GmbHFMS-060234למריחת אלכוהול אברליט ואיזופרופיל. צמר גפן לא סטרילי, 100 יחידות
MR 3T:

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kilner, J. M., Mattout, J., Henson, R., Friston, K. J. Hemodynamic correlates of EEG: A heuristic. Neuroimage. 28, 280-286 (2005).
  2. Goldman, R. I., Stern, J. M., Engel, J., Cohen, M. S. Simultaneous EEG and fMRI of the alpha rhythm. Neuroreport. 13, 2487-2492 (2002).
  3. Laufs, H. Endogenous Brain Oscillations and Related Networks Detected by Surface EEG-Combined fMRI. Human Brain Mapping. 29, 762-769 (2008).
  4. Debener, S., Ullsperger, M., Siegel, M., Engel, A. K. Single-trial EEG-fMRI reveals the dynamics of cognitive function. Trends in Cog. Sci. 10, 558-563 (2006).
  5. Eichele, T., et al. Assessing the spatiotemporal evolution of neuronal activation with single-trial event-related potential and functional MRI. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 17789-17803 (2005).
  6. Lemieux, L. Electroencephalography-correlated functional MR imaging studies of epileptic activity. Neuroimaging Clinics of North America. 14, 487(2004).
  7. Grouiller, F., et al. With or without spikes: localization of focal epileptic activity by simultaneous electroencephalography and functional magnetic resonance imaging. Brain. 134, 2867-2886 (2011).
  8. Debener, S., Mullinger, K. J., Niazy, R. K., Bowtell, R. W. Properties of the ballistocardiogram artefact as revealed by EEG recordings at 1.5, 3 and 7 Tesla static magnetic field strength. Int. J. of Psychophys. 67, 189-199 (2008).
  9. Yan, W. X., Mullinger, K. J., Brookes, M. J., Bowtell, R. W. Understanding Gradient Artefacts in Simultaneous EEG/fMRI. Neuroimage. 46, 459-471 (2008).
  10. Yan, W. X., Mullinger, K. J., Geirsdottir, G. B., Bowtell, R. W. Physical modelling of pulse artefact sources in simultaneous EEG/fMRI. Human Brain Mapping. 31, 604-620 (2010).
  11. Mullinger, K. J., Brookes, M. J., Stevenson, C. M., Morgan, P. S., Bowtell, R. W. Exploring the feasibility of simultaneous EEG/fMRI at 7 T. Magnetic Resonance Imaging. 26, 607-616 (2008).
  12. Mullinger, K. J., Yan, W. X., Bowtell, R. W. Reducing the Gradient Artefact in Simultaneous EEG-fMRI by Adjusting the Subject's Axial Position. NeuroImage. 54, 1942-1950 (2011).
  13. Mandelkow, H., Halder, P., Boesiger, P., Brandeis, D. Synchronization facilitates removal of MRI artefacts from concurrent EEG recordings and increases usable bandwidth. Neuroimage. 32, 1120-1126 (2006).
  14. Mullinger, K. J., Morgan, P. S., Bowtell, R. W. Improved Artefact Correction for Combined Electroencephalography/Functional MRI by means of Synchronization and use of VCG Recordings. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 27, 607-616 (2008).
  15. Chia, J. M., Fischer, S. E., Wickline, S. A., Lorenz, C. H. Performance of QRS detection for cardiac magnetic resonance imaging with a novel vectorcardiographic triggering method. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 12, 678-688 (2000).
  16. Fischer, S. E., Wickline, S. A., Lorenz, C. H. Novel Real-Time R-Wave Detection Algorithm Based on the Vectorcardiogram for Accurate Gated Magnetic Resonance Acquisitions. Magnetic Resonance In Medicine. 42, 361-370 (1999).
  17. Jansen, M., et al. Motion-related artefacts in EEG predict neuronally plausible patterns of activation in fMRI data. Neuroimage. 59, 261-270 (2012).
  18. Allen, P. J., Josephs, O., Turner, R. A Method for removing Imaging Artifact from Continuous EEG Recorded during Functional MRI. Neuroimage. 12, 230-239 (2000).
  19. Allen, P. J., Poizzi, G., Krakow, K., Fish, D. R., Lemieux, L. Identification of EEG Events in the MR Scanner: The Problem of Pulse Artifact and a Method for Its Subtraction. Neuroimage. 8, 229-239 (1998).
  20. Briselli, E., et al. An independent component ballistocardiogram analysis-based approach on artifact removing. Magnetic Resoance Imaging. 24, 393-400 (2006).
  21. Mantini, D., et al. Complete artifact removal for EEG recorded during continuous fMRI using independent component analysis. Neuroimage. 34, 598-607 (2007).
  22. Naizy, R. K., Bechmann, C. F., Iannetti, G. D., Brady, J. M., Smith, S. M. Removal of fMRI environment artifacts from EEG data using optimal basis sets. Neuroimage. 28, 720-737 (2005).
  23. Eichele, T., Moosmann, M., Wu, L., Gutberlet, I., Debener, S. Simultaneous EEG and fMRI: recording, analysis and application. Ullsperger, M., Debener, S. 1, Oxford University Press. (2010).
  24. Sandmann, P., et al. Visual activation of auditory cortex reflects maladaptive plasticity in cochlear implant users. Brain. 135, 555-568 (2012).
  25. Brookes, M. J., Mullinger, K. J., Stevenson, C. M., Morris, P. G., Bowtell, R. W. Simultaneous EEG source localisation and artifact rejection during concurrent fMRI by means of spatial filtering. NeuroImage. 40, 1090-1104 (2008).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

EEG fMRIRFEEGMR

מאמרים קשורים