Interictale oscillazioni ad alta frequenza rilevata con simultanea Magnetoencefalografia e elettroencefalografia come biomarker di Pediatric Epilepsy

L'obiettivo generale di questo protocollo è fornire una metodologia standardizzata per la registrazione, il rilevamento e la localizzazione non invasivi e attendibili delle oscillazioni ad alta frequenza intercritiche da pazienti pediatrici affetti da epilessia farmacoresistente, utilizzando contemporaneamente elettroencefalografia da scalp e magnetoencefalografia. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nell’epilessia pediatrica, come ad esempio quale area cerebrale sia epilettogenica e debba essere resecata durante un intervento chirurgico. Il principale vantaggio di questa tecnica è che consente la localizzazione non invasiva dell’area che genera oscillazioni ad alta frequenza nel cervello dei bambini con epilessia.

Diversi studi hanno dimostrato che le oscillazioni ad alta frequenza possono essere rilevate in modo non invasivo mediante EEG da cupola e MEG, ma soltanto pochi studi ne localizzano i generatori a livello sorgente. Presentiamo la localizzazione dei generatori sottostanti delle oscillazioni ad alta frequenza ottenuta risolvendo il problema inverso e la confrontiamo con quella determinata dall'epilettologo. Iniziare posizionando il casco di elettroencefalografia o EEG sulla testa del paziente secondo il sistema internazionale 10-20.

Pulire la pelle nella zona in cui si posiziona ciascun elettrodo, spostare i capelli e applicare quindi il gel per ogni elettrodo. Successivamente, posizionare l'elettrodo di terra e quello di riferimento sulla testa del paziente. Collegare ulteriori elettrodi per la misurazione dell'elettrococleografia orizzontale e verticale, dell'EOG, dell'elettrocardiografia, ECG, dell'elettromiografia, EMG, e di ulteriori elettrodi EEG in posizioni che coprono le regioni temporali.

Quindi, utilizzare un EEG-o-meter per misurare l'impedenza di ciascun elettrodo. Se l'impedenza è superiore a 10 kiloohm, pulire nuovamente la pelle e assicurarsi che diminuisca al di sotto di 10 kiloohm. Posizionare quattro bobine HPI sul berretto EEG.

Utilizzare il digitalizzatore per ottenere le posizioni dei punti fiduciali anatomici, inclusi i punti pre-auricolari sinistro e destro e il nasione, nonché la posizione delle bobine HPI e degli elettrodi EEG. Digitalizzare ulteriori punti sulla testa per ottenere una forma cranica precisa. Successivamente, trasferire il paziente nella stanza schermata magneticamente, o MSR, dove si trova il sistema di magnetoencefalografia, MEG.

Adagiate il paziente sul letto. Posizionate la testa del paziente all'interno dell'elmo MEG e applicate appositi cuscinetti sotto la testa del paziente per garantire comfort. Regolate la posizione della testa del paziente all'interno dello scanner, assicurandovi che sia posizionata il più in profondità possibile all'interno dell'elmo.

Infine, chiudere la porta del MSR e comunicare con il paziente tramite un sistema di interfono. Avviare le registrazioni facendo clic sul pulsante "go" nel software di acquisizione MEG. Verificare in tempo reale tutti i segnali registrati e correggere i canali MEG difettosi utilizzando un sintonizzatore di sensori.

Successivamente, misurare la posizione della testa del paziente facendo clic sul pulsante di misurazione nel software di acquisizione MEG. Se la testa del paziente non è adeguatamente coperta dall'array sensoriale, chiedere al paziente di spostare la testa più in profondità all'interno dell'elmetto. Quindi, nel software di acquisizione MEG, fare clic sul pulsante di registrazione per acquisire MEG, EEG e ottenere registrazioni periferiche per 60 minuti.

Al termine della registrazione, aprire la MSR ed accompagnare il paziente fuori dalla stanza MSR. Rimuovere delicatamente tutti i nastri, gli elettrodi, le bobine HPI e il casco EEG. Infine, dopo aver accompagnato il paziente fuori dall'area di test, registrare i segnali magnetici dell'MSR vuota per due minuti in assenza del paziente.

Cominciare aprendo i dati nel software di analisi. Visualizzare i dati EEG e MEG con due finestre allineate verticalmente, ciascuna di 10 secondi per pagina. Andare alla scheda del filtro e impostare il filtro passa-alto a un hertz, il filtro passa-basso a 70 hertz e il filtro notch a 50 o 60 hertz.

Esaminare i dati e identificare le porzioni con scariche epilettiche intercritiche o IED. Contrassegnare il picco di ciascuna IED presente sia nei dati EEG che in quelli MEG. Eseguire l'algoritmo per la rilevazione automatica degli HFO sulle porzioni di dati EEG con IED e importare gli HFO rilevati nel software per la visualizzazione dei dati.

Per esaminare gli eventi HFO rilevati, visualizzare le registrazioni EEG, MEG e periferiche con finestre allineate verticalmente di due secondi per pagina. Andare alla scheda filtro e impostare il filtro passa-basso a 250 hertz e il filtro passa-alto a 80 hertz. Per assicurarsi che gli HFO rilevati non siano dovuti ad artefatti, verificare che non vi sia attività contemporanea nelle registrazioni periferiche.

Inoltre, prendere in considerazione soltanto gli eventi di HFO che si verificano sia nei segnali EEG che nei segnali MEG e ignorare gli HFO che non si sovrappongono agli IED marcati. Successivamente, segmentare la risonanza magnetica del paziente e ottenere la superficie corticale mediante software di analisi delle immagini cerebrali e stimare il modello diretto con il metodo degli elementi al contorno. Per ogni evento di HFO, eseguire la localizzazione della sorgente sia sui dati EEG che su quelli MEG utilizzando il metodo della massima entropia wavelet sulla media, o metodo WMEM.

Mediare i risultati di localizzazione lungo tutta la durata dell'evento per ottenere una mappa di localizzazione della sorgente. Infine, visualizzare la zona di HFO sulla superficie corticale, applicando una soglia del 60% dell'ampiezza massima di attivazione utilizzando sia i dati EEG che MEG. In questi esempi di pazienti, gli HFO sono stati identificati nella banda di frequenza del ripple tra 80 e 150 hertz, presenti sia nell'EEG che nel MEG e sovrapposti ai IED.

Il piano tempo-frequenza di due canali rappresentativi di EEG e MEG mostra il tipico picco isolato al momento dell'HFO. Qui vengono mostrati i risultati della localizzazione degli HFO sia da EEG scalpare che da MEG per una ragazza di 15 anni con encefalomalacia della regione dell'arteria cerebrale media destra. Entrambe le tecniche localizzano gli HFO in prossimità della lesione, in una zona vicina alla giunzione temporo-parietale destra, sebbene con lievi differenze.

Qui vengono mostrati i risultati relativi a un ragazzo di 11 anni con una encefalomalacia parietale superiore sinistra. La figura illustra la concordanza spaziale tra la zona di HFO localizzata in modo non invasivo mediante EEG del cuoio capelluto e MEG, gli IED localizzati tramite MEG e la zona di HFO localizzata in modo invasivo mediante iEEG. La posizione degli elettrodi intracranici con il numero maggiore di HFO, LA51, LA52 e LA53, era concorde con l'attività di HFO localizzata in modo non invasivo e entrambe si sovrapponevano alla zona di insorgenza delle crisi.

Questo è il primo studio che riporta la localizzazione delle oscillazioni ad alta frequenza intercritiche mediante registrazioni simultanee EEG e MEG, analizzando inoltre la concordanza dei risultati di localizzazione con quelli ottenuti tramite registrazioni intracraniche. La registrazione, il rilevamento e la localizzazione non invasivi delle oscillazioni ad alta frequenza sono complessi, poiché le HFO sono segnali molto deboli generati da piccole regioni cerebrali dell'ordine di millimetri cubi e risultano ostacolati dal rumore e dall'attività cerebrale di fondo. Finora, pochi studi sono riusciti a dimostrare che le oscillazioni ad alta frequenza possono essere rilevate in modo non invasivo mediante elettroencefalografia e magnetoencefalografia e che questa attività può essere localizzata risolvendo il problema inverso.

Padroneggiare, migliorare e validare il protocollo proposto fornirà ai medici un biomarcatore affidabile, registrabile in modo non invasivo, per l'identificazione della zona epilettogenica. Lo sviluppo di questo biomarcatore potrebbe ridurre la necessità di monitoraggi a lungo termine e di registrazioni intracraniche invasive, migliorando in modo significativo la procedura di valutazione prechirurgica nei pazienti pediatrici con epilessia.