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
2023年6月23日
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。
概要
本記事では、臨床および研究環境の両方で適用可能な、脳波（EEG）と機能的磁気共鳴画像法（fMRI）の同時記録に関する詳細なプロトコルを提示します。発作間欠期におけるてんかんに焦点を当て、撮像アーチファクトを除去するためのEEG処理手順について詳しく解説します。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 臨床研究
- イメージング技術
背景
- 同時EEG-fMRIは、発作開始の理解を深めます。
- これは、てんかんイベントの局在化に役立ちます。
- この手法は、薬剤耐性てんかんの患者にとって極めて重要です。
- てんかん患者の最大3分の1が、このアプローチから利益を得る可能性があります。
研究目的
- 標準化されたEEG-fMRI記録プロトコルを確立すること。
- 正確な臨床レビューのために、アーチファクト除去を改善すること。
- てんかん治療のための脳神経外科的計画を容易にすること。
使用した手法
- 10-20法を用いて、頭皮上に電極配置をマーキングする。
- 導電性ペーストを塗布し、グルーで電極を固定する。
- 同期記録を行うため、EEG装置をMRIスキャナーに接続する。
- EEG解析において、アーチファクト除去手順を実装する。
主な結果
- EEG-fMRI記録プロトコルの正常なセットアップ。
- EEG信号からのMRアーチファクトの効果的な除去。
- てんかん活動のマッピングにおける精度の向上。
- 脳神経外科的介入へのガイダンスの強化。
結論
- EEG-fMRIプロトコルは、臨床および研究への応用に有効である。
- 信頼性の高いEEGデータを取得するには、アーチファクト補正が不可欠である。
- このアプローチは、てんかんの管理に大きく寄与する可能性がある。
よくある質問
産業界における重要性
アーチファクト除去を伴う同時EEG-fMRIにより、てんかん活動の精密な局在化が可能となり、神経学におけるトランスレーショナルリサーチおよび臨床的検討がサポートされます。本プロトコルは研究と臨床のワークフローを橋渡しし、発作起始領域のマッピングにおける予測精度の向上と、脳神経外科的介入に向けたリスク調整後の意思決定を支援します。このアプローチは、探索的設定および臨床的設定の両方において標準化され、再現性のあるデータ収集を可能にすることで、ポートフォリオの価値を高めます。
バイオファーマR&Dにおける戦略的応用
初期発見およびターゲットバリデーション
- メカニズム的なリスク低減のため、てんかんに関与する神経経路の解析を可能にします。
- 電気生理学的信号と血行動態信号を相関させることで、機能的なターゲットバリデーションをサポートします。
- トランスレーショナルリサーチにおける発作起始領域の特定において、予測の信頼性を高めます。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 後続の化合物スクリーニングやバイオマーカー研究に向けて、検証済みの神経生理学的なシステムを構築します。
- アーチファクト除去を標準化し、再現性と定量的なEEG出力を確保します。
- てんかんネットワークを標的とした介入の信頼性の高い評価を可能にします。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- 間欠期および潜在的な発作後脳活動を捉えることで、疾患に関連するシステムと整合させます。
- EMUおよびMRIの両ワークフローをサポートし、発見から前臨床検証までの連続性を提供します。
- アーチファクトがなく、臨床的にレビュー可能なデータを保証することで、トランスレーショナルな進展におけるリスクを低減します。
パイプラインおよびワークフローの統合
このプロトコルは、初期の発見からトランスレーショナルリサーチまでを統合し、てんかんにおける仮説検証と臨床レビューの両方をサポートします。
- 探索生物学： 焦点の局在化および神経ネットワークの関与に関する仮説検証を促進します。
- スクリーニング： 定量的解析に向けた、再現性がありアーチファクト補正済みのEEG-fMRIデータを提供します。
- 分析： 堅牢な統計的比較を可能にする、同期した電気生理学的データと画像データの読み出しを提供します。
- トランスレーショナルリサーチ： EMUとMRIのワークフローを橋渡しし、バイオマーカーの整合性と臨床的適用性をサポートします。
- 企業利用： 研究および臨床環境の両方に適応可能な、標準化されたプロトコルを提供します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：てんかん研究における予測の信頼性を高め、メカニズム上の曖昧さを軽減する。
- 運用的価値：ニューロイメージングのワークフローにおける標準化、再現性、および拡張性を促進する。
- 戦略的価値：神経調節的または薬理学的介入における実行/中止（go/no-go）の意思決定に情報を提供する。
- ポートフォリオへの影響：リスク調整に基づいたてんかん研究および臨床プログラムの優先順位付けを支援する。
実施上の考慮事項
- EEG-fMRIのセットアップおよびアーチファクト補正手順に関する専門知識が必要です。
- MRI適合（MR-conditional）電極セットおよび互換性のあるEEG-fMRI装置が必要です。
- データ収集と処理におけるチーム間の標準化が求められます。
- 柔軟な運用のため、EMU（てんかん監視装置）およびMRIの両環境に適応可能です。
- 臨床的検討およびトランスレーショナルな信頼性を確保するためには、アーチファクトの除去が不可欠です。
