동시 fMRI를하는 동안 고품질 EEG 데이터를 얻기위한 가장 좋은 현재의 관행

동시에 뇌파 (EEG)와 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)은 EEG의 우수한 시간 해상도는 fMRI를의 높은 공간 정밀도와 결합 할 수 있습니다. 이 두 양식의 데이터가 ¹ 결합 할 수있는 여러 가지 방법이 있지만, 모두 높은 품질의 EEG와 fMRI를 데이터 수집에 의존하고 있습니다. 현재까지 동시 EEG-fMRI를가 예를 들어 ^2,3 (종속 혈액 산소 수준 (BOLD) fMRI를 사용) 진동 리듬 (EEG 측정)와 혈액 산소 반응의 상관 관계를 연구하는 데 사용되었습니다. 또한 유발 신호의 특성은 ^4,5 시험 별 시험 기준에 BOLD 신호 변화를 설명 할 수 있는지 여부를 연구하는 데 사용되었습니다. 임상 연구에서 기술의 주요 사용은 비 침습적 지역화하는 수술 계획에 도움이 될 수 있습니다 간기 간질 방전의 병소를 조사하고 현재 어렵습니다6,7. 원하는 EEG와 fMRI를 데이터의 융합을 달성하기 위해, 그것은 두 양식의 고품질 데이터를 가지고 필수적입니다. 그러나 동시에 fMRI를하는 동안 획득 EEG 데이터는 그라데이션 가공품 (fMRI를 위해 필요한 변화 자기장 때문에), 펄스 가공품 (심장주기에 연결)와 움직임 아티팩트 (강한 변동으로 인한 포함한 여러 유물에 의해 영향을받는 스캐너뿐만 아니라, 근육 활동)의 자기장. 이러한 아티팩트 (후 처리를 통해) 둘 다 동시에 EEG-fMRI를 성공적으로 구현을 가능하게하기 위해 필요합니다. 관심 때문에 감소 (소스에서)와 유물의 보정 신경 활동보다 훨씬 큰

그라디언트 및 펄스 아티팩트를 수정하는 현재 후 처리 방법은 높은 품질의 EEG 데이터를 생성하기 위해 데이터를 수집하는 동안 만족해야하는 조건의 번호를 필요로합니다. 이전 10 년간 OPTimal 고품질의 데이터를 기록하기위한 셋업 실험은 ^8-10이 향상되었습니다 유물의 원인에 대한 우리의 이해로 발전하고 우리는 소스 ^11,12에서 아티팩트를 줄일 수 있도록 같은 실험 방법을 수정하는 방법을 학습하고을 개선하기 위해 후 처리 보정 알고리즘의 성능을 제공합니다. 이러한 발전은 스캐너 시계 ^13,14의 동기화를 통해 그라데이션 파형의 샘플링을 개선 포함 전통적인 ECG보다 청소기 심장 추적을 제공하는 vectocardiogram ^{15, 16} 중 하나를 사용하십시오. vectocardiogram 추적이 ^14-16를 고용 엄격한 로우 패스 필터를 가슴에 배치 개의 전극에서 파생됩니다. 결과적으로 추적 그라데이션 유물에 의해 상대적으로 영향을받지 않고 R-피크 검출은 쉽게 혈류 이슈에 민감하다. 그러나 vectocardiogram를 기록하는 기능은 모두 MRI 스캐너에서 사용할 수 없습니다 따라서는이 s에 간략하게 언급 될 것입니다Tudy에. 극도의주의가 걸쳐 촬영하지 않은 경우, 아티팩트 및 데이터의 엄격한 청소 최소화의 중요성이 EEG 데이터에 기록 된 모션 아티팩트가 가짜 결과를 생산하고, 그 작업에 관련 BOLD 활동과 연관 할 수있는 최근의 시위에 의해 강조되었다 실험 과정 ^17.

여기에 제시된 방법은 상업적으로 공급 된 EEG 장비와 함께 널리 사용할 수 있습니다 MR 하드웨어 및 펄스 시퀀스를 사용하여 동시에 고품질 EEG와 fMRI를 데이터를 얻기위한 현재의 최​​적 방법을 나타냅니다. 제안 된 취득 방법의 구현은 적절한 사후 처리 방법의 사용과 함께, 중요한 신경 과학 질문에 대답하는 데 사용할 수있는 EEG와 fMRI를 데이터를 얻을 것입니다.

1. 실험 장치 준비

1. 피사체의 도착 이전에는 스캐너 운영자가 앉을 컨트롤 룸에서 EEG 장비를 설정합니다. 그림 1과 같이 EEG 하드웨어 노트북 컴퓨터를 연결합니다. 주 : 모든 주변 장치의 트리거 및 MR 스캐너 EEG 시스템에 의해 감지 할 200 개 이상의 마이크로 초의 기간이 있어야합니다.
2. 자극 컴퓨터를 설정하고,이 연구에서, 우리는 시각적 인 자극을 사용하고 마커는 각 자극 기간의 시작과 끝에 BrainVision 레코더로 읽습니다.
3. 데이터가 사용 가능한 가장 높은 시간적 해상도와 정확한 필터 설정으로 설정되어 녹음 작업 공간을 확인합니다. 매우 높거나 낮은 주파수 신경 신호에 관심이 있다면 DC-커플 링 또는 이상 (1 kHz에서) 로우 패스 필터는 각각 요구 될 수 있지만, 연구의 대부분 0.016-250 Hz의 필터 AC 커플 링이 최적입니다.
4. M를 확인스캐너가 올바르게 EEG 시스템에 의해 기록되고 있는지 확인하는 자극 프레 젠 테이션에서 arkers. BrainVision 레코더 컨트롤 패널을 사용하여 스캐너와 EEG 시계의 동기화를 켜십시오. 동기화가 성공하면 다음 확인, 세트까지 녹색 아이콘과 도트 나타납니다 "에서 조정"올바른 정보입니다.
5. 기존의 방법으로 MR 스캐너를 설정하고, 여기에 우리 몸이 RF 코​​일을 전송하고 32 채널 헤드 RF 코​​일을받을 사용하고 있습니다. 가능하면, 그것은 EEG 모자 및 연결된 케이블의 RF 난방의 위험을 최소화하기 위해 머리 크기의 전송 코일을 사용하는 것이 가장 좋은 방법입니다. 그러나 대부분의 스캐너에, 머리 송신 코일은 fMRI를 데이터 수집 (특히 병렬 영상 속도 업을 할 수 없습니다)로 설정 차선에 이르게 다중 요소 수신기 코일과 함께 사용할 수 없습니다. 그것은 EEG 모자의 케이블은 직선 P에 따라 실행할 수 있도록 액세스 포트를 통합하기 때문에 우리는이 특정 머리 코일을받을 수 사용스캐너에서 ath를.
6. 실행되는 MR 시퀀스가​​ 설정되어 있는지 확인합니다. fMRI를 순서 EEG 클럭주기 (200 마이크로 초)의 배수 인 슬라이스 TR을 사용해야합니다. 필립스 MR 시스템을 사용하는 경우 필립스 타이밍 계산기 가능한 조각과 TR의 조합을 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
7. 예상대로 모든 장비가 기록되는 하나의 최종 점검을한다.

2. 제목 도착

1. 깨끗한 머리와 편안한 착용, 비금속 옷에 도착하는 피사체를 부탁드립니다.
2. 제목 실험 무슨 일이 일어날의 목적에 대해 설명합니다.
3. MR 검사에 대한 금기가 없음을 수립하는 데 사용되는 양식을 채울 제목을 물어 실험에 참여하는 주체 동의.에게 계속 진행하기 전에 양식을 확인합니다. 본 연구에서는 지역 윤리위원회의 승인을 얻어 모든 과목 동의를 주었다되었습니다.
4. 머리 둘레 a를 측정ND는 적절한 크기의 캡 (즉, 머리 크기보다 큰 가장 작은 캡)을 선택합니다. 머리의 앞쪽에서 시작하여 뒤로 당겨 머리에 뚜껑을 놓습니다. 제대로 캡을 위치 등이의 Cz 전극 nasion 및 inion 사이에 절반 방법을 팅도 좌우 중앙에있다.
5. 에 의해 머리에 전극을 연결, 길에서 머리를 이동 알코올과 다음 Abralyte 젤을 적용. 캡 전극에 사용되는 것과 유사한 방법을 사용하여 뒤의 기초에 ECG 전극을 연결합니다. 이 전극은 심장 박동을 측정하는 데 사용됩니다. 뒤의 기초에서 위치는 ECG 추적에서뿐만 아니라 주제 편안함 R-피크 잡음 신호를 최대화하는 것이 좋습니다.
6. 10 이하 KΩ (각 전극 내부 저항의 저항 제외) 머리에 전극의 임피던스를 줄이기 위해만큼 상대에 작동합니다. 신호가 강한만큼 ECG와 EOG 저항이 높을 수어 좋은 연결을 달성하기 어려울 수 있지만, 50kΩ의 이하로 유지해야합니다.
7. EEG 데이터 품질을 시각적으로 모니터 화면에서 데이터를 검사하여 만족 확인합니다.

3. MR 스캐너의 외부에서의 녹음

(선택 사항 : 내부 및 MR 스캐너 외부 EEG 데이터 품질을 비교하려는 경우에만 필요)

1. 스캐너 (자기장이 낮은 위치에) 외부 프리젠 테이션 기기 및 EEG 장비를 설정합니다. 설치가 MR 스캐너 (특히 피사체가 앙와위해야하며 자극 프레 젠 테이션의 유사한 프로세스가 사용되어야한다) 내에서 사용되는 것과 최대한 비슷하다는 것을 확인하십시오.
2. 실험을 수행하고 스캐너 (제 4 장 참조) 내에서 사용되는 것과 유사한 방식으로 데이터를 기록합니다.

4. MR 스캐너 내부의 제목을 설정

1. 당신이 SE 동안 장착 할 피사체를 부탁드립니다t 최대 MR 스캐너 방에있는 EEG 장비를.
2. 차폐 된 방으로 앰프를 가지고 스캐너 뒷면에서 테이블에 놓습니다. 긴 광섬유 케이블로 앰프를 연결합니다. 도파관을 통해 광섬유 케이블을 전달하고 컨트롤 룸 BrainAmp USB 어댑터 (그림 1)에 연결합니다.
3. MR 스캐너 환자 데이터베이스에서 환자를 등록합니다.
4. 방으로 주제를 가지고 스캐너 침대에 누워하도록 요청합니다.
5. 제목 귀마개, 헤드폰 및 통화 버튼을 제공하고, 그들이 편안하게 있는지 확인합니다.
6. 피사체의 머리 위에 머리 코일을 넣어. EEG 케이블은 최단 경로를 따라 머리 코일을 남겨해야합니다. 지금 패드 피사체의 머리는 머리의 움직임을 최소화합니다.
7. 스캐너로 피사체를 이동 전극 FP1과 FP2는 Z-방향으로 MR 스캐너의 isocentre에 있음을 보장 구멍. U는이 일반적으로 빛이 두 전극을 정렬하여 달성됩니다그들은 구멍에 들어가기 전에 피사체의 위치를​​ 나오지.
8. 스캐너의 뒷면에 앰프에 EEG 캡을 부착합니다. (이러한 RF 가열로 이어질 또한 큰 EEG 유물이 유발 될 수 있습니다로) 더 와이어 EEG 리드에서 반복되지가 있다는 것을 확인하고있는 케이블은 최대한 MR 스캐너 진동 절연되어, 여기에 우리가 캔틸레버 빔을 사용 이 격리를 달성하기 위해.

5. 스캐너 내부 기록

1. 그들은 스캐너 연산자를 듣고 OK입니다 수 있는지 확인하기 위해 콘솔 방에서 피사체에게 문의하십시오.
2. 두 번째 실험에서는 추적에 잡음이 전극에 대한 검사뿐만 아니라, 화면의 하단에있는 점 그린 "에 동기화"를 위해, 뇌파 모니터링을 시작합니다.
3. 기록에 극저온 펌프의 명확한 효과는 (그림 2 참조) 볼 수 있습니다. 따라서, 제조 업체의 지침에 따라, 데이터 수집 동안 이러한 펌프를 끄십시오.
4. 일을 이동하는 피사체를 부탁드립니다적은 양으로 EIR 머리. 머리를 유지의 중요성은 여전히​​ 뇌파 기록에 큰 전압에서 볼 수있는 작은 머리의 움직임의 결과.
5. 눈을 열고 닫으려면 피사체를 요청하여 신경 활동의 기록을 테스트합니다. 후두 알파 활동을보십시오. 이것은 오히려 소음보다 생리 신호를 측정 여부를 테스트합니다. 알파 신호가 주제 (일부 과목에서 발생하는)에서 볼 수없는 경우는 MR 스캐너 실행하지 않고 실험 패러다임의 짧은 실행을 수행하여 신경 세포의 활동을 테스트하고 평균을 유발 전위를 찾을 수 있습니다.
6. 펄스 유물은 명확 사원에 특히 전극의 원시 데이터 (그림 2 참조)에서 볼 수 있습니다. RecView (또는 후 처리 소프트웨어 패키지)를 사용하여 실시간으로이 이슈를 해결하기 위해 ECG 트레이스를 사용합니다.
7. 즉시 각 MRI 스캔을 시작으로 그라데이션 EEG 데이터가 큰 유물의 원인이됩니다. </ EM>
8. 준비 상태의 자극 프레 젠 테이션 시스템 - - fMRI를 실험 시작 할 준비가되면 다음과 같이 단계를 수행하여 EEG 데이터를 저장하기 시작.
9. 이제 자극 프레 젠 테이션 및 MR 스캐너에서 마커 BrainVision 기록에서 볼 수있는 것을 확인하고, 실험을 시작합니다. 여기에 자극 100 % 대비의 전체​​ 필드 방사형 바둑판으로 구성되어 있습니다. 반전 속도가 유발 반응마다 500 밀리 초와 마커가 각 이미지 반전에 EEG 파일에 배치됩니다 발생하는 등 2 Hz입니다.
10. EEG 데이터 품질은 매우 가난한 것으로 나타납니다 있지만 RecView 또는 후 처리시에 라인 하나, 정리할 수 있습니다. 신경 신호의 기록을 손상시키지 않고 작업 그라데이션 가공품 수정하기 위해서는, 자극 프레 젠 테이션은 TR에 고정되지 않아야하고 자극 반복 주파수는 슬라이스 반복 주파수와 동일해서는 안됩니다.
11. 그라데이션 가공품 교정 mUST는 (그림 3, 4 참조) 펄스 가공품 수정하기 전에 수행 할. 데이터는 자극 프레 젠 테이션에 따라 다양한 기술을 분석 분할 할 수 있으며, 간단한 어느 (그림 6 참조) 유발 반응의 조사를 위해 평균한다.

6. 브리핑 제목

1. 스캔이 완료되면 스캐너에서 주제를 가지고 그들을 EEG 모자를 벗을하는 데 도움이됩니다.
2. 그들의 머리를 세척 할 수 있습니다.
3. 그들은 지금 떠날 무료입니다.

7. 실험의 끝에 정리

1. 실험실에서 요구하는 EEG 장비를 포장합니다. MR 제조업체가 요구하는 경우, 동기화 하드웨어가 각 세션의 끝에 분리 및 스캐너 전자 제품에 부착 된 남아 있지 않은지 확인합니다.
2. 마지막으로, EEG 캡을 청소해야합니다. 이 작업을 수행하려면 (일반적으로 APPR 물에 뚜껑을 흡수oximately 5 분) 또는 물과 살균제 혼합물 (소독제는 캡 제조업체의 관련 병원체 스펙트럼 살균제 권고에 따라 선택해야합니다. 노출 시간과 소독제의 농도는 소독제 제조업체의 지침을 따라야합니다.). 다음 잔류 젤을 닦아냅니다 칫솔을 사용합니다. 그 이후에 사용될 때 캡의 적절한 성능을 보장하기 위해 완전히 캡을 청소하는 것이 매우 중요합니다.

8. 분석

1. 여기에 실시간으로 EEG 분석이 입증되었습니다, 그러나 그것은 또한 가능한 사후 처리 EEG 데이터를 일반적으로 바람직하다. 이 같은 뇌 제​​품 분석기 2 EEGLAB 같은 분석 패키지의 번호를 수행 할 수 있습니다.
2. 평균 유물 빼기 ^18,19 (일반적으로 기온 보정에 사용되며 종종 펄스 이슈 수정에 사용), 독립적 인 구성 요소 항문 : 그라데이션 및 펄스 이슈 보정 등 다양한 방법을 사용하여 수행 할 수 있습니다ysis ^20,21 또는 최적의 기준은 ²² (펄스 이슈 보정)을 설정합니다.
3. 데이터는 유발 반응과 계속적인 진동 활동을 보는 시간이나 주파수 영역에서 분석 할 수 있습니다.
4. 여기, 우리는 펄스 이슈 수정에 필요한 정보를 얻기 위하여 두뇌 제품 시스템을 사용하여 ECG 트레이스를 기록했다. 표준 셋업에서 ECG 트레이스는 피사체의 뒷면에 배치 전용 전극에 의해 기록됩니다. 우리 실험실에서 우리는 또한 (이 솔루션은 필립스 생리적 모니터링 장비와 함께 사용할 수 있습니다) 심장 추적을 생성하는 vectrocardiogram을 고용 비 표준 용액을 사용합니다. 우리는 깨끗한 추적이 기존의 ECG를 셋업 사용하여 얻을 수없는 경우에 유용 할 수 있습니다 발견했습니다.

그림 3은 이슈 보정이 수행되지 않은 경우 예상 할 수있는 신호 품질을 보여줍니다. 그것은 어떤 신경 세포의 활동이 가려 분명하다. 그림 3C 쇼는 그라데이션 이슈 녹음의 전체 주파수 범위에 걸쳐 fMRI를 순서대로 슬라이스 인수 주파수의 고조파이다 별개의 주파수에서 발생합니다. 그림 4는 펄스 이슈를 보여줍니다 그라데이션 이슈가 분석 2 (버전 2.0.2)의 평균 유물 뺄셈의 사후 처리 방법을 사용하여 제거 된 후 어떤 현상이 발견된다. 그것은 상당한 공간이 유물의 변화 및 ​​O1,이 시각적 인 실험에 대한 관심의 채널 중 하나가, 특히 대규모 펄스 이슈를 표시하는이 분명하다. 이 유물은 그라데이션 이슈 (주로 10 Hz 이하 - 그림 4C)보다 낮은 주파수를 가지고 있으며, 심장 활동에 연결되어 그림 5는 보여줍니다. 그라디언트 및 펄스 이슈 수정 후 얻을 수있는 EEG 데이터 품질 여기 펄스 이슈는 분석기 2와 심장 파형의 R-봉우리 평균 유물 빼기를 사용하여 수정되었습니다는 ECG 트레이스에서 발견되었다. 그것은 나머지 신호의 진폭이 훨씬 작고 따라서 신경 세포의 신호로 그림 6과 7에서 얻은 유발 반응으로 표시, 더 이상 가려진없는 것이 분명하다. 그림 6은 모두 300 자극에 걸쳐 평균에 의해 생성 된 전형적인 유발 반응을 보여줍니다. 그러나 블록에서이 반응의 변화는 그림 7에서 볼 수와 동시 녹음이 수행되었을 때 BOLD와 EEG 반응 사이의 상관 관계를 심문하는 데 사용할 수 있습니다 신경 반응이 자연스럽고 예측할 수없는 변형 할 수 있습니다.

s/ftp_upload/50283/50283fig1highres.jpg "SRC ="/ files/ftp_upload/50283/50283fig1.jpg "/>
그림 1. EEG 장비와 같은 프로토콜에 설명 된 하드웨어 사이에 필요한 연결의 셋업의 도식 다이어그램. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 2. 푸리에에 (빨강) 및 대표 채널 (P7)에 대한 해제 (검정) 극저온 펌프 여전히 누워 주제에 수집 된 신호를 변환 할 수 있습니다.

원시 EEG 데이터를 10 개 초 16 개 채널 (A)에 동시 MRI 동안 기록;. 오즈 (B)의 데이터 오초에 초점;. 관련 푸리에 변환 (C)과는 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 4 16 개 채널 (A)에서 AAS를 사용하여 그라데이션 가공품 보정 후와 같이 동시 MRI 동안 16 개의 다른 채널에 기록 된 EEG 데이터 10 개 초;. 오즈 (B)의 데이터 오초에 초점을 맞추고, 관련 푸리에 변환 (Fourier transform)와 (C 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 5. 열 EEG 데이터의 초 그라데이션 및 AAS (A)를 사용하여 펄스 가공품 보정 후와 같이 동시 fMRI를하는 동안 on16 다른 채널을 녹화, 오즈 (B)의 데이터 오초에 초점을 맞추고, 관련 푸리에 변환 (C)로. 보려면 여기를 클릭하십시오 큰 그림 .

그림 7. 채널 O1 (응답이 30 초 블록 내에서 평균 된)에 대한 블록에 걸쳐 유발 반응의 변화.

이 문서의 생산은 뇌 제​​품 GmbH에 의해 후원되었다. 루이지 Castellone이 문서에서 사용되는 몇 가지 장비와 소프트웨어를 제조 브레인 제품 GmbH를,의 직원입니다.