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

Jihye Bae; Jordan L. Clay; Bhoj Raj Thapa; David Powell; Heidi Turpin; Saghi Tasori Partovi; Rachel Ward-Mitchell; Balu Krishnan; Andreas Koupparis; Meriem Bensalem Owen; Flavius D. Raslau

doi:10.3791/64919

てんかんの臨床レビューのための脳波と機能的磁気共鳴画像の同時診断のための機器のセットアップとアー...

JoVE Journal
Bioengineering

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

てんかんの臨床レビューのための脳波と機能的磁気共鳴画像の同時診断のための機器のセットアップとアーチファクト除去

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10:23 min

June 23, 2023

DOI: 10.3791/64919-v

Jihye Bae¹, Jordan L. Clay², Bhoj Raj Thapa¹, David Powell³, Heidi Turpin³, Saghi Tasori Partovi³, Rachel Ward-Mitchell³, Balu Krishnan⁴, Andreas Koupparis⁵, Meriem Bensalem Owen², Flavius D. Raslau^2,6,7

¹Department of Electrical and Computer Engineering,University of Kentucky, ²Department of Neurology,University of Kentucky, ³Department of Neuroscience,University of Kentucky, ⁴Cleveland Clinic, ⁵Cyprus Institute of Neurology and Genetics, ⁶Department of Radiology,University of Kentucky, ⁷Department of Neurosurgery,University of Kentucky

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This article presents a detailed protocol for simultaneous electroencephalogram and functional magnetic resonance imaging (EEG-fMRI) recordings, applicable in both clinical and research environments. The focus is on epilepsy during the interictal period, highlighting EEG processing procedures to eliminate imaging artifacts.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Clinical Research
Imaging Techniques

Background

Simultaneous EEG-fMRI enhances understanding of seizure onset.
It aids in localizing epileptic events.
This technique is crucial for patients with medication-refractory epilepsy.
Up to one-third of epilepsy patients may benefit from this approach.

Purpose of Study

To establish a standardized EEG-fMRI recording protocol.
To improve artifact removal for accurate clinical review.
To facilitate neurosurgical planning for epilepsy treatment.

Methods Used

Marking electrode positions on the scalp using the 10-20 system.
Applying conductive paste and securing electrodes with glue.
Connecting EEG equipment to the MRI scanner for synchronized recording.
Implementing artifact correction procedures during EEG analysis.

Main Results

Successful setup of EEG-fMRI recording protocol.
Effective removal of MR artifacts from EEG signals.
Improved accuracy in mapping epileptic activity.
Enhanced guidance for neurosurgical interventions.

Conclusions

The EEG-fMRI protocol is viable for clinical and research applications.
Artifact correction is essential for reliable EEG data.
This approach can significantly benefit epilepsy management.

Frequently Asked Questions

What is EEG-fMRI?

EEG-fMRI is a technique that combines electroencephalography and functional magnetic resonance imaging to study brain activity.

How does this protocol help epilepsy patients?

It helps in localizing seizure onset and guiding neurosurgical treatment for patients who do not respond to medication.

What are the key steps in setting up EEG-fMRI?

Key steps include marking electrode positions, applying conductive paste, and connecting EEG equipment to the MRI scanner.

Why is artifact removal important?

Artifact removal is crucial for ensuring the accuracy and reliability of EEG data during analysis.

Can this protocol be used in research?

Yes, the protocol is designed for both clinical and research settings.

What is the significance of the 10-20 system?

The 10-20 system is a standardized method for placing EEG electrodes on the scalp to ensure consistency in recordings.

この記事では、臨床と研究の両方の設定で使用できる脳波と機能的磁気共鳴画像(EEG-fMRI)の同時記録手順について詳しく説明します。臨床レビューのために画像アーチファクトを除去するためのEEG処理手順も含まれています。本研究は,間期におけるてんかんの例に着目した。

このビデオでは、クリニックと研究の両方の設定で使用できる独自のEEG-fMRI記録プロトコルを紹介します。同時脳波-fMRIは、発作発症とてんかんの理解と局在化に相乗効果をもたらす技術です。同時EEG-fMRIの実装は、てんかんイベントの空間的時間的プロセスをマッピングするために使用でき、てんかん患者の最大3分の1である投薬難治性てんかん患者の脳神経外科治療を導くことができます。

まず、10-20システムに基づいて患者の頭皮の電極位置に印を付けます。電極の配置位置をマークした後、ガーゼ上の皮膚準備ジェルを使用して患者の頭皮を洗浄します。1つの電極カップに導電性ペーストを置き、電極ケーブルのチャネル名に従って患者の頭皮に接着します。

最後の電極を配置した後、ガーゼの接着剤ですべての電極を頭皮に固定します。次に、すべての電極ケーブルを配置し、患者の頭の中心にガーゼのパッドを置いて、ケーブル接合部を頭皮から遠くに配置します。弾性ヘッドカバーを配置して、すべての電極を固定します。

ハーネスをアンプに接続して、患者の脳波をビデオ録画と同期して監視します。監視室で、USB 2アダプターをトリガーボックスキットにケーブルで接続します。次に、同期ボックスをケーブルでUSBアダプターに接続し、光ファイバーケーブルの一方の端を同期ボックスに接続します。

USB 2 アダプターからレコーディングコンピューターに USB ポートケーブルを接続し、同期ボックスからレコーディングコンピューターに USB ポートケーブルを接続します。さらに、トリガーボックスからレコーディングコンピュータにUSBポートケーブルを接続し、ソフトウェアライセンスドングルをレコーディングコンピュータに接続します。スキャナーからトリガー接続を確認します。

スキャンルームでは、スキャナー内に脳波記録アンプとMRスレッドキットを設置します。スキャンルームの光ファイバーケーブルの端をアンプの背面に接続し、アンプの電源を入れます。スキャンルームでのセットアップが完了したら、モニタリングルームに移動し、レコーディングコンピューターでEEGレコーディングソフトウェアを開き、[ファイル]タブの新しいワークスペースメニューをクリックしてワークスペースを作成します。

スキャン ampリファイアボタンをクリックしてアンプをスキャンし、サンプリングレートや録音用の低カットオフ周波数と高カットオフ周波数などの適切なパラメーターを設定します。fMRIのスキャナーパラメータを設定します。スキャンルームのスキャナーヘリウムポンプのスイッチを切り、EEG信号へのアーチファクトの導入をさらに減らします。

患者をスキャン待合室に移し、記録手順を患者に説明します。ECGリードを配置するために、患者の背中と左肩のすぐ下を清掃します。ECGリードに研磨電解質ゲルを塗布し、患者の左背面に置きます。

ECGリードとケーブルの周りに粘着テープを貼って、記録中のスキャンアーティファクトを最小限に抑えます。EEGハーネスを外し、ケーブルジャンクションをインターフェースボックスに接続します。次にスキャンルームで、ヘッドコイルの下半分を開いた状態で患者をスキャンテーブルに置きます。

耳栓をしてスキャナーのノイズを減らし、患者の頭の周りにクッションを置いて頭の動きのアーチファクトを最小限に抑えます。ヘッドコイルの上半分を接続して、患者の頭の周りの鳥かごコイルを閉じます。ベッドの高さを調整します。

インターフェースボックスをアンプに接続し、MR安全土嚢をケーブルの周りに配置します。次にモニタリング室で、インピーダンスチェックボタンをクリックしてEEG電極のインピーダンスを確認します。患者が記録の準備ができていることを確認したら、再生ボタンをクリックしてEEG記録を開始します。

fMRI取得スキャンを実行します。脳波解析ソフトウェアを開きます。MRアーティファクト補正の場合は、「変換」、「特殊信号処理およびMR補正」タブの順にクリックします。

新しく作成したウィンドウで、[マーカーを使用] を選択します。スキャナーからトリガー信号を選択し、[次へ]をクリックします。インターリーブと時間に基づくオプションを選択し、トリガー信号の時間情報を挿入して、[次へ]をクリックします。

[平均のベースライン補正を有効にする] をオンにし、[成果物全体のベースラインの計算] をオフにします。開始値と終了値を挿入します。[スライド平均計算を使用] を選択します。

スライディング平均の間隔の合計数を挿入します。すべてのチャネルの共通使用で不適切な間隔と修正を確認し、[次へ]をクリックします。次のウィンドウで、「すべてのチャンネルを補正に使用」を選択し、「次へ」をクリックします。

[ダウンサンプリングを行う] をオンにして、新しい周波数として 500 ヘルツを選択します。[ローパスフィルタの適用] をオンにし、[FIR フィルタを使用] を選択し、カットオフ周波数として 70 ヘルツを挿入して、[次へ] をクリックします。[修正されたデータの保存] オプションを 1 つ選択します。

次に、[完了] をクリックします。ハイパスフィルターによる直流除去を適用するには、変換をクリックします。次に、[データフィルタリング]タブと[IIRフィルター]タブ。

[低カットオフ] の [有効] にチェックを入れ、0.5 ヘルツのカットオフ周波数を挿入します。フィルターの順序を2つとして選択し、OK.To カーディオ弾道アーティファクトを削除し、[変換]、[特殊信号処理およびCB補正]タブの順にクリックします。その後に開いたウィンドウで、[ピーク検出を使用]を選択し、[半自動モード]をオンにします。

[パルステンプレートの検索]セクションで、[秒単位の開始]を60、[秒単位の長さ]を20と入力します。次に、[見つかったテンプレートをマーク]をチェックして、適切なECGチャネルが選択されていることを確認します。脈拍数と相関および振幅のパラメータを挿入します。

ピークマーカーでマークパルスのRを挿入し、[次へ]をクリックします。[データ全体を使用] をオンにして時間遅延を計算し、平均に使用するパルス間隔の合計数を挿入します。[フォローするチャネルを修正する]で、ECGチャネルを除くすべてのEEGチャネルを右側の列に移動し、[次へ]をクリックします。

次のページで、必要に応じて[修正されたデータの保存]オプションを1つ選択し、[完了]をクリックします。ナビゲーションバーの下部にある時間軸をスライドし、基本テンプレートECGが青い影付きのボックスで強調表示されている場所を確認して、ECGの基本テンプレートが正しくマークされていることを確認します。CB補正インタラクティブモードウィンドウで、テーブル内の対応する行をダブルクリックして、マークされた各ECGを確認します。

必要に応じて、赤い縦線を移動して、検出されたピーク位置を調整します。すべてのECGを確認したら、[完了]をクリックします。ノッチフィルタによる電力線と交流ノイズ除去を適用するには、[変換]、[データフィルタリング]、および[IIRフィルタ]タブをクリックします。

次に、[ノッチ有効]をオンにし、[周波数]を選択してクリックします処理されたEEGデータ OK.In、てんかんモニタリングユニットで記録されたEEGから観察される明確な焦点左側頭徐波が存在します。当社独自のプロトコルは、てんかんモニタリングユニットからスキャンルームへのてんかん患者のスムーズな移行を提供し、スキャンルームはさらに後尻骨ウィンドウに拡張することができます。