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

간질의 임상 검토를 위한 동시 뇌파도 및 기능적 자기 공명 영상을 위한 장비 설정 및 아티팩트 제거

JoVE Journal
Bioengineering

This content is Free Access.

JoVE Journal Bioengineering

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

간질의 임상 검토를 위한 동시 뇌파도 및 기능적 자기 공명 영상을 위한 장비 설정 및 아티팩트 제거

Full Text

2,858 Views

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.

이 기사에서는 임상 및 연구 환경 모두에서 사용할 수 있는 동시 뇌파도 및 기능적 자기 공명 영상(EEG-fMRI) 기록 절차에 대해 자세히 설명합니다. 임상 검토를 위해 영상 아티팩트를 제거하기 위한 EEG 처리 절차도 포함됩니다. 이 연구는 간질 기간 동안 간질의 예에 초점을 맞춥니다.

이 비디오에서는 클리닉 및 연구 환경 모두에서 사용할 수 있는 고유한 EEG-fMRI 기록 프로토콜을 소개합니다. 동시 EEG-fMRI는 발작 발병 및 간질의 이해와 국소화에 시너지 효과를 제공하는 기술입니다. 동시 EEG-fMRI의 구현은 간질 사건의 공간적 시간적 과정을 매핑하는 데 사용할 수 있으며, 이는 간질 환자의 최대 1/3에 해당하는 약물 불응성 간질 환자의 신경외과적 치료를 안내할 수 있습니다.

시작하려면 10-20 시스템을 기반으로 환자의 두피에 전극 위치를 표시하십시오. 전극 배치 위치를 표시한 후 거즈에 피부 준비 젤을 사용하여 환자의 두피를 청소합니다. 하나의 전극 컵에 전도성 페이스트를 놓고 전극 케이블의 채널 이름에 따라 환자의 두피에 부착합니다.

마지막 전극을 놓은 후 거즈에 접착제로 모든 전극을 두피에 고정하십시오. 그런 다음 모든 전극 케이블을 배열하고 환자의 머리 중앙에 거즈 패드를 놓아 케이블 접합부를 두피에서 멀리 배치합니다. 모든 전극을 고정하기 위해 탄성 헤드 커버를 놓습니다.

하네스를 앰프에 연결하여 비디오 녹화와 동시에 환자의 EEG를 모니터링합니다. 모니터링실에서 USB 2 어댑터를 케이블로 트리거 박스 키트에 연결합니다. 그런 다음 싱크 박스를 케이블로 USB 어댑터에 연결하고 광섬유 케이블의 한쪽 끝을 싱크 박스에 연결합니다.

USB 2 어댑터의 USB 포트 케이블을 녹음 컴퓨터에 연결하고 싱크 박스의 USB 포트 케이블을 녹음 컴퓨터에 연결합니다. 또한 트리거 박스의 USB 포트 케이블을 녹음 컴퓨터에 연결하고 소프트웨어 라이센스 동글을 녹음 컴퓨터에 연결합니다. 스캐너에서 트리거 연결을 확인합니다.

스캐닝 룸에서 EEG 기록 증폭기와 MR-sled 키트를 스캐너 내부에 설치합니다. 스캐닝실에 있는 광섬유 케이블의 끝을 앰프 뒷면에 연결하고 앰프를 켭니다. 스캔실에서 설정이 완료되면 모니터링실로 이동한 다음 기록 컴퓨터에서 EEG 기록 소프트웨어를 열고 파일 탭에서 새 작업 공간 메뉴를 클릭하여 작업 공간을 만듭니다.

스캔 amp스캔을 클릭하여 ampliifier ampliifier 버튼을 누르고 s를 포함한 적절한 매개변수를 설정하십시오.amp녹음을 위한 링 속도 및 낮고 높은 차단 주파수. fMRI에 대한 스캐너 매개변수를 설정합니다. 스캐닝 룸에서 스캐너 헬륨 펌프를 꺼서 EEG 신호에 아티팩트가 유입되는 것을 더욱 줄입니다.

환자를 스캐닝 대기실로 옮기고 환자에게 녹음 절차를 설명합니다. ECG 리드 배치를 위해 환자의 등과 왼쪽 어깨 바로 아래를 청소하십시오. ECG 리드에 연마 전해질 젤을 바르고 환자의 왼쪽 뒷면에 놓습니다.

ECG 리드와 케이블 주위에 접착 테이프를 붙여서 기록하는 동안 스캐닝 아티팩트를 최소화합니다. EEG 하니스를 분리하고 케이블 접합부를 인터페이스 박스에 연결합니다. 다음으로 스캐닝 룸에서 헤드 코일의 열린 아래쪽 절반에 머리가 있는 상태에서 환자를 스캐닝 테이블에 눕힙니다.

귀마개를 착용하여 스캐너의 소음을 줄이고 환자의 머리 주위에 쿠션을 두어 머리 움직임 아티팩트를 최소화합니다. 헤드 코일의 위쪽 절반을 연결하여 환자의 머리 주위에 새장 코일을 닫습니다. 침대 높이를 조절하십시오.

인터페이스 박스를 앰프에 연결하고 케이블 주위에 MR 안전 샌드백을 놓습니다. 다음으로 모니터링실에서 임피던스 확인 버튼을 클릭하여 EEG 전극의 임피던스를 확인합니다. 환자가 녹음할 준비가 되었는지 확인한 후 재생 버튼을 클릭하여 EEG 기록을 시작합니다.

fMRI 획득 스캔을 실행합니다. EEG 분석 소프트웨어를 엽니다. MR 아티팩트 수정의 경우 Transformations(변환)를 클릭한 다음 Special Signal Processing 및 MR Correction(MR 수정) 탭을 클릭합니다.

새로 만든 창에서 마커 사용을 선택합니다. 스캐너에서 트리거 신호를 선택하고 다음을 클릭합니다. 인터리브 및 시간 기준 옵션을 선택하고 트리거 신호의 시간 정보를 삽입한 후 다음을 클릭합니다.

평균에 대한 기준 수정 사용을 선택하고 전체 아티팩트에 대한 계산 기준을 선택 취소합니다. 시작 값과 끝 값을 삽입합니다. 슬라이딩 평균 계산 사용을 선택합니다.

슬라이딩 평균에 대한 총 구간 수를 삽입합니다. 모든 채널의 공통 사용에서 잘못된 간격 및 수정을 확인하고 다음을 클릭합니다. 다음 창에서 수정을 위해 모든 채널 사용을 선택하고 다음을 클릭합니다.

다운샘플링 수행을 선택하고 새 주파수에 대해 500Hz를 선택합니다. 저역통과 필터 적용을 선택하고 FIR 필터 사용을 선택한 후 차단 주파수에 70Hz를 삽입하고 다음을 클릭합니다. 하나의 Store Corrected Data 옵션을 선택합니다.

그런 다음 마침을 클릭합니다. 고역 통과 필터로 직류 제거를 적용하려면 변환을 클릭합니다. 그런 다음 데이터 필터링 및 IIR 필터 탭.

Low Cutoff(낮은 컷오프)에서 Enabled(활성화됨)를 선택하고 0.5Hz의 컷오프 주파수를 삽입합니다. 필터 차수를 2개로 선택하고 OK.To 클릭하여 심장 탄도 아티팩트를 제거하고 Transformations(변환)를 클릭한 다음 Special Signal Processing and CB Correction(특수 신호 처리 및 CB 보정) 탭을 클릭합니다. 이후에 열리는 창에서 피크 감지 사용을 선택하고 반자동 모드를 선택합니다.

Search Pulse Template(펄스 템플릿 검색) 섹션에서 Start in seconds(초에 시작)를 60으로, Length in seconds(초에 길이)를 20으로 삽입합니다. 그런 다음 Mark Found Template(템플릿 발견 표시)을 확인하여 적절한 ECG 채널이 선택되었는지 확인합니다. Pulse Rate(맥박수)와 Correlation(상관관계) 및 Amplitude(진폭)에 대한 파라미터를 삽입합니다.

피크 마커로 펄스를 표시하기 위해 R을 삽입하고 다음을 클릭합니다. Use Whole Data(전체 데이터를 사용하여 시간 지연 계산)를 선택하고 평균에 사용된 총 펄스 간격 수를 삽입합니다. 올바른 다음 채널에서 ECG 채널을 제외한 모든 EEG 채널을 오른쪽 열로 이동하고 다음을 클릭합니다.

다음 페이지에서 원하는 대로 Store Corrected Data Option(수정된 데이터 저장) 옵션을 선택하고 Finish(마침)를 클릭합니다. 탐색 모음 하단의 시간 축 위로 밀고 기본 템플릿 ECG가 파란색 음영 상자로 강조 표시된 위치를 확인하여 ECG의 기본 템플릿이 올바르게 표시되었는지 확인합니다. CB 교정 대화형 모드 창에서 표의 해당 행을 두 번 클릭하여 표시된 각 ECG를 확인합니다.

빨간색 수직선을 이동하여 필요에 따라 감지된 피크 위치를 조정합니다. 모든 ECG가 검토되면 마침을 클릭합니다. 노치 필터로 전력선 및 교류 노이즈 제거를 적용하려면 변환을 클릭한 다음 데이터 필터링 및 IIR 필터 탭을 클릭합니다.

그런 다음 Notch Enabled를 확인하고 Frequency를 선택한 다음 처리된 EEG 데이터 OK.In 클릭하면 간질 모니터링 장치에서 기록된 EEG에서 관찰되는 명확한 초점 왼쪽 측두엽 서속파가 존재합니다. 당사의 고유한 프로토콜은 간질 환자에게 간질 모니터링 장치에서 스캐닝 룸으로 원활한 전환을 제공하며, 이는 postictal 창으로 더 확장될 수 있습니다.