Installatie van apparatuur en verwijdering van artefacten voor gelijktijdige elektro-encefalogram en functionele magnetische resonantie beeldvorming voor klinische beoordeling bij epilepsie

Samenvatting

Dit artikel beschrijft gelijktijdige elektro-encefalogram en functionele magnetische resonantie beeldvorming (EEG-fMRI) opnameprocedures die kunnen worden gebruikt in zowel klinische als onderzoeksomgevingen. EEG-verwerkingsprocedures om beeldvormingsartefacten te verwijderen voor klinische beoordeling zijn ook inbegrepen. Deze studie richt zich op het voorbeeld van epilepsie tijdens de interictale periode.

Samenvatting

Gelijktijdige elektro-encefalogram en functionele magnetische resonantie beeldvorming (EEG-fMRI) is een unieke gecombineerde techniek die synergie biedt in het begrijpen en lokaliseren van het begin van aanvallen bij epilepsie. Gerapporteerde experimentele protocollen voor EEG-fMRI-opnames gaan echter niet in op details over het uitvoeren van dergelijke procedures bij epilepsiepatiënten. Bovendien zijn deze protocollen uitsluitend beperkt tot onderzoeksinstellingen. Om de kloof te dichten tussen patiëntmonitoring in een epilepsiebewakingseenheid (EMU) en het uitvoeren van onderzoek met een epilepsiepatiënt, introduceren we een uniek EEG-fMRI-opnameprotocol van epilepsie tijdens de interictale periode. Het gebruik van een MR voorwaardelijke elektrodeset, die ook in de EMU kan worden gebruikt voor een gelijktijdige hoofdhuid-EEG- en video-opname, maakt een eenvoudige overgang van EEG-opnames van de EMU naar de scanruimte voor gelijktijdige EEG-fMRI-opnames mogelijk. Details over de registratieprocedures met behulp van deze specifieke MR-voorwaardelijke elektrodeset worden verstrekt. Bovendien legt de studie stapsgewijze EEG-verwerkingsprocedures uit om de beeldvormingsartefacten te verwijderen, die vervolgens kunnen worden gebruikt voor klinische beoordeling. Dit experimentele protocol bevordert een wijziging van de conventionele EEG-fMRI-registratie voor verbeterde toepasbaarheid in zowel klinische (d.w.z. EMU) als onderzoeksomgevingen. Bovendien biedt dit protocol de mogelijkheid om deze modaliteit uit te breiden naar postictale EEG-fMRI-opnames in de klinische setting.

Inleiding

Epilepsie treft wereldwijd bijna 70 miljoen mensen¹. Maar liefst één op de 150 mensen met slecht gecontroleerde epilepsie bezwijkt elk jaar aan een plotselinge onverwachte dood bij epilepsie (SUDEP). Bovendien is ongeveer 30% -40% van de epilepsiegevallen ongevoelig voor medisch management². Neurochirurgische behandeling in de vorm van resectie, ontkoppeling of neuromodulatie kan een levensveranderende en levensreddende maatregel zijn voor patiënten met refractaire epilepsie.

Gelijktijdige elektro-encefalogram en functionele magnetische resonantie beeldvorming (EEG-fMRI) is een unieke gecombineerde techniek die hersenactiviteiten niet-invasief meet en voordelen heeft opgeleverd voor het begrijpen en lokaliseren van het begin van aanvallen bij epilepsie 3,4,5,6. Hoofdhuid-EEG's kunnen worden gebruikt om zones met het begin van aanvallen lateraal te maken en te lokaliseren, maar ze hebben een relatief slechte ruimtelijke resolutie vanwege beperkte mogelijkheden met betrekking tot het beoordelen van diepe epileptogene bronnen. Hoewel fMRI een goede ruimtelijke resolutie heeft in de hersenen, inclusief diepe gebieden, is fMRI alleen niet specifiek voor aanvallen. Hoofdhuid-EEG's kunnen echter de interpretatie van bloedzuurstofniveau-afhankelijke (BOLD) activerings- of deactiveringsgebieden in fMRI informeren, waardoor een fMRI-techniek wordt geproduceerd die specifiek is voor epilepsie. Zo kan de implementatie van gelijktijdige EEG-fMRI worden gebruikt om spatiotemporale processen in kaart te brengen die relevant zijn voor het lokaliseren van zowel het 'waar' als het 'wanneer' van epileptische gebeurtenissen.

Uitleg over het gelijktijdig uitvoeren van EEG-fMRI wordt gegeven in de eerdere studies 7,8,9,10. EEG-fMRI is echter onderbenut bij epilepsie, vooral in klinische omgevingen. Er bestaat een studie die een algemene procedure biedt voor EEG-fMRI-opnames, achtergrond en voorbeelden van mogelijke EEG-analyse⁷. Ook is een studie uitgevoerd die de nadruk legt op hypnotische inductie samen met temperatuurmetingen in gelijktijdige EEG-fMRI-opnames⁸. Verder is een uitgebreide EEG-fMRI-studie voorgesteld om een spatiotemporale en fMRI-beperkte EEG-bronbeeldvormingsmethode te introduceren ^9,10. Bovendien is het gebruik van een koolstofdraadlus om artefacten effectief uit EEG-fMRI te verwijderen overwogen¹⁰. Al deze studies slagen er echter niet in om uitdagingen aan te pakken bij het uitvoeren van EEG-fMRI-studies in een klinische onderzoeksomgeving. Met name het gebruik van de EEG-cap beperkt de haalbaarheid van deze protocollen in klinische omgevingen en details over patiëntbeheer ontbreken ook. In deze studie bieden we een EEG-fMRI-opnameprotocol dat kan worden gebruikt in zowel klinische als onderzoeksomgevingen voor patiënten met epilepsie. Dit unieke protocol maakt een eenvoudige overgang van de patiënt van een epilepsiebewakingseenheid (EMU) naar de scankamer mogelijk. Bovendien biedt het protocol de mogelijkheid om de toepassing ervan uit te breiden naar postictale menstruatieregistraties bij epilepsiepatiënten. Voor EEG-fMRI is nabewerking een cruciale stap in het verwijderen van artefacten veroorzaakt door MRI-gradiënten en fysiologische artefacten, zoals die met betrekking tot de hartslag. Daarom bieden we ook stapsgewijze procedures om EEG-artefacten te verwijderen met behulp van een standaard sjabloonverwijderingsmethode¹¹ voor klinische beoordeling.

Protocol

Deze studie werd uitgevoerd in overeenstemming met Protocol # 62050, goedgekeurd door de Institutional Review Board aan de Universiteit van Kentucky (VK).

1. Rekrutering van proefpersonen

1. Inclusiecriteria
   OPMERKING: Aan alle volgende criteria moet worden voldaan.
   1. Inclusief proefpersonen gediagnosticeerd met refractaire focale epilepsie en in aanmerking komen voor evaluatie van epilepsiechirurgie.
   2. Neem onderwerpen op die tussen de 18-60 jaar oud zijn.
   3. Neem vrouwelijke proefpersonen op die zwanger kunnen worden als ze een anticonceptiemethode gebruiken. Inclusief vrouwelijke proefpersonen zonder vruchtbare mogelijkheid (postmenopauzale gedurende ten minste 2 jaar, bilaterale oöforectomie of tubale ligatie, volledige hysterectomie).
      OPMERKING: Volgens de zorgstandaard wordt een zwangerschapstest uitgevoerd voor vrouwen die zwanger kunnen worden zodra ze tot de EMU zijn toegelaten.
   4. Neem onderwerpen op die zijn gepland voor opname in de EMU met een diagnose van refractaire focale epilepsie of voor karakterisering van aanvallen.
2. Uitsluitingscriteria
   1. Sluit proefpersonen uit die ernstige claustrofobie hebben.
   2. Sluit proefpersonen uit met geïmplanteerde medische hulpmiddelen of ingebed metaal dat hen normaal gesproken zou diskwalificeren van een MRI, die routinematig wordt gecontroleerd door de MR-technoloog voorafgaand aan een scan.
   3. Sluit proefpersonen uit die zwanger zijn of borstvoeding geven.
   4. Sluit proefpersonen uit met een bekende medische of psychiatrische aandoening die, naar de mening van de onderzoeker, het vermogen van de proefpersoon om deel te nemen aan dit onderzoek in gevaar zou kunnen brengen of in gevaar zou kunnen brengen, of een betrouwbare deelname aan het onderzoek zou kunnen schaden.

OPMERKING: Zodra de patiënt is opgenomen in de EMU, nadat de patiënt heeft ingestemd met het toestemmingsformulier om deel te nemen aan dit onderzoek, worden de volgende stappen gevolgd.

2. Plaatsing van de elektrode

1. Markeer elektrodeposities op de hoofdhuid van de patiënt, gebaseerd op het 10-20-systeem.
   NOTITIE: Figuur 1 toont een selectie van 32 elektroden.
   1. Meet en noteer de hoofdmiddellijn van de hoofdhuid van de patiënt door een meetlint van de nasion naar de inion te plaatsen door het bovenste midden van het hoofd te passeren (maat A: sagittaal vlak).
   2. Markeer 50% van maatregel A van de nasion tot de inion. Deze markering geeft de Cz-locatie van de elektrode aan.
   3. Markeer 10% van maatregel A van de nasion tot de aangegeven Cz. Deze markering geeft de Fpz-locatie van de elektrode aan.
   4. Markeer 10% van maatregel A van de inion tot de aangegeven Cz. Dit merkteken geeft de Oz-locatie van de elektrode aan.
   5. Markeer 20% van maatregel A van de aangegeven Cz tot Fpz. Deze markering geeft de Fz-locatie van de elektrode aan.
   6. Markeer 20% van maatregel A van de aangegeven Cz tot oz. Deze markering geeft de Pz-locatie van de elektrode aan.
   7. Meet en noteer het hoofd van de patiënt van het linker preauriculaire punt naar het rechter preauriculaire punt door het bovenste midden van het hoofd te passeren (maatregel B: coronaal vlak).
   8. Markeer 50% van maatregel B en zorg ervoor dat deze locatie overlapt met de aangegeven Cz-locatie .
   9. Markeer 10% van maat B vanaf het linker preauriculaire punt naar Cz. Deze markering geeft de T3-locatie van de elektrode aan.
   10. Markeer 10% van maatregel B vanaf het rechter preauriculaire punt naar Cz. Deze markering geeft de T4-locatie van de elektrode aan.
   11. Markeer 20% van maatregel B van de aangegeven Cz tot en met T3. Deze markering geeft de C3-locatie van de elektrode aan.
   12. Markeer 20% van maatregel B van de aangegeven Cz tot en met T4. Dit merkteken geeft de C4-locatie van de elektrode aan.
   13. Meet en noteer de omtrek van het hoofd van de patiënt door door de gemarkeerde Fpz en Oz (Maatregel C: dwarsvlak) te gaan.
   14. Markeer 10% van maatregel C links en rechts van Fpz. Deze markeringen geven respectievelijk de Fp1 - en Fp2-locaties van de elektrode aan.
   15. Markeer 10% van Maatregel C links en rechts van Oz. Deze markeringen geven respectievelijk de O1 - en O2-locaties van de elektrode aan.
   16. Markeer 20% van maatregel C links van Fp1 en rechts van Fp2. Deze markeringen geven respectievelijk de F7 - en F8-locaties van de elektrode aan.
   17. Meet en noteer de afstand van F7 en F8 in het coronale vlak (Maatregel D: coronaal vlak).
   18. Markeer 50% van maatregel D en zorg ervoor dat de eerder aangegeven Fz overlapt.
   19. Markeer 25% van maatregel D van F7 naar Fz en van F8 naar Fz. Deze markeringen geven respectievelijk de F3 - en F4-locaties van de elektrode aan.
   20. Meet de afstand van de nasion tot de inion die door Fp1 en O1 gaat. Zorg ervoor dat 50% van de maatregel overlapt met de eerder aangegeven C3.
   21. Meet de afstand van de nasion tot de inion die door Fp2 en O2 gaat. Zorg ervoor dat 50% van de maatregel overlapt met de eerder aangegeven C4.
       OPMERKING: Op dezelfde manier kunnen elektrodeposities op de temporale en pariëtale kwabben worden gemarkeerd, waaronder T5, P3, P4 en T6. Bovendien kunnen eventuele extra elektrodelocaties, zoals TP9, TP10, FT9 en FT10, worden gemarkeerd op basis van de relatieve afstand tot de elektrodeverdelingen van het 10-20-systeem. Het aantal elektroden en hun verdelingen kan worden bepaald op basis van de prospectieve analyse en onderzoeksfocus.
2. Reinig de hoofdhuid van de patiënt met behulp van skin prep gel op gaas.
3. Plaats geleidende pasta op één elektrodebeker. Plaats de elektrode op de hoofdhuid van de patiënt volgens de kanaalnaam op de kabel van de elektrode.
   OPMERKING: Voor gelijktijdige EEG-fMRI-opname is het vereist om MR-voorwaardelijke elektroden te gebruiken en door de Food and Drug Administration (FDA) goedgekeurde elektroden worden voorgesteld bij de EMU.
4. Herhaal het plaatsen van de gel en elektroden op de hoofdhuid van de patiënt (stap 2.3) voor alle elektroden (figuur 2A).
   OPMERKING: De kabels die zijn aangesloten op de MR-voorwaardelijke elektroden zijn relatief kort tot de verbindingsverbinding om de MR-artefacten te minimaliseren. Houd daarom bij het plaatsen van de elektroden rekening met de elektrodeposities en plaats ze zorgvuldig, zodat de kabels goed kunnen worden georganiseerd. Zorg er bovendien voor dat er geen lussen op de draden zitten, omdat deze mogelijk warmte en brandwonden in de scanner kunnen produceren.
5. Plak alle elektroden op de hoofdhuid van de patiënt met lijm op gaas. Schik alle elektrodekabels en plaats de kabelverbinding ver van de hoofdhuid door gaaskussens op het midden van het hoofd van het onderwerp te plaatsen (figuur 2B, rode pijlen).
   OPMERKING: Dit is een cruciale stap om beeldvormingsartefacten te voorkomen.
6. Wikkel alle kabelverbindingen met zelfklevende verbandwikkeling (blauwe ovalen in figuur 2B).
   OPMERKING: Deze stap wordt voorgesteld om de verbindingen tijdens de opname te beveiligen.
7. Plaats een elastische hoofdbedekking om alle elektroden vast te zetten. Sluit de kabelboom, die is aangesloten op de elektroden, aan op de versterker. Begin hun EEG synchroon te bewaken met video-opnames.

3. EEG-fMRI-opname

OPMERKING: Voor de EEG-fMRI-opname wordt het MR-voorwaardelijke EEG-registratiesysteem gebruikt samen met de MR-voorwaardelijke elektroden die aan het begin van de EMU-opname worden geplaatst.

1. Sluit in de controlekamer de USB 2-adapter aan op de Triggerbox-kit met een kabel (dikke witte kabel in figuur 3A).
   OPMERKING: De USB 2-adapter maakt het mogelijk om andere hardware met een computer te verbinden en de Triggerbox-kit wordt gebruikt om het triggersignaal te manipuleren dat door de scanner wordt gegenereerd om te worden gedetecteerd in de EEG-opnamesoftware.
2. Sluit de Syncbox aan op de USB 2-adapter met een kabel (dikke zwarte kabel in figuur 3B).
   OPMERKING: De rol van de Syncbox is het synchroniseren van de kloksignalen van de versterker en het gradiëntschakelsysteem van de scanner.
3. Sluit in de controlekamer het ene uiteinde van de glasvezelkabel aan op de Syncbox (figuur 3C links) en passeer een ander uiteinde door een tunnel die is verbonden met de scanruimte.
4. Sluit een USB-poortkabel van de USB 2-adapter aan op de opnamecomputer (stermarkering in figuur 3B). Sluit een USB-poortkabel van de Syncbox aan op de opnamecomputer (stermarkering in figuur 3C). Sluit een USB-poortkabel van de Triggerbox aan op de opnamecomputer (stermarkering in figuur 3D). Sluit de dongle voor softwarelicenties aan op de opnamecomputer.
   OPMERKING: Er zijn in totaal vier USB-poorten die worden gebruikt. Het hebben van een multi-USB-poort kan nuttig zijn bij het beheren van ze allemaal.
5. Plaats de EEG-opnameversterker samen met de MR-sleekit in de scanner.
   LET OP: Alle metalen of MR-gevoelige componenten moeten uit de experimentatoren worden verwijderd. Het is vereist dat de experimentatoren de juiste training voltooien om opnames uit te voeren in de MRI-scanruimte.
   OPMERKING: Het wordt aanbevolen om de batterij van de versterker volledig op te laden voordat u de opname uitvoert.
6. Sluit het uiteinde van de glasvezelkabel in de scanruimte aan op de achterkant van de versterker (figuur 4D) en schakel de versterker in.
   OPMERKING: Het andere uiteinde van de glasvezelkabel is aangesloten op de Syncbox in de meldkamer.
7. Wanneer de installatie van de apparatuur is voltooid, opent u de EEG-opnamesoftware door op het softwarepictogram op het computerscherm te klikken. Maak een werkruimte in de opnamesoftware door op het menu Nieuwe werkruimte te klikken onder het tabblad Bestand in de linkerbovenhoek van het venster.
8. Stel een mappad in waar de nieuwe gegevens worden opgeslagen door op de knop Bladeren te klikken.
9. Voeg de gegevensnaam in een leeg vak voor Voorvoegsel in en geef de nummeringsindex op door een cijfer in te voegen in de zwarte vakken voor Min. Tellergrootte [cijfers] en Huidig nummer.
10. Nadat u hebt gecontroleerd of de bestandsnaam correct wordt weergegeven onder Volgende resulterende bestandsnaam, klikt u op Volgende.
11. Scan de versterker door op de knop Scannen naar versterker in de linkerbovenhoek van het gemaakte venster te klikken. Stel de juiste parameters in, waaronder bemonsteringsfrequenties en lage en hoge afkapfrequenties voor opname door de juiste opties te selecteren die worden vermeld voor Bemonsteringsfrequentie, Lage afsnijding en Hoge afsnijding (zie figuur 5).
    OPMERKING: De bemonsteringsfrequentie is ingesteld op 5.000 Hz om de gradiëntartefacten van de scanner voldoende te bemonsteren. Een Low Cutoff van 10 s wordt geplaatst om gelijkstroom (DC) verzadiging te voorkomen (de tijdseenheid wordt gebruikt in de recordersoftware), en een High Cutoff van 250 Hz is ingesteld om de gradiëntartefactamplitude te beperken voordat de analoog naar digitaal converter wordt ingevoerd.
12. Stel de scannerparameters voor de fMRI in.
    OPMERKING: Een mogelijke rusttoestand fMRI BOLD-acquisitie-instelling is een echo-planaire sequentie (TR/TE = 1360/29 ms, fliphoek = 65, 54 plakjes die de hele hersenen bedekken, gezichtsveld = 260 mm x 260 mm, resolutie = 2,5 mm isotrope voxels). De details van de fMRI-instellingen kunnen worden gevarieerd, afhankelijk van het doel van de opname.
13. Schakel de heliumpomp van de scanner uit om de introductie van artefacten in het EEG-signaal verder te verminderen.
    OPMERKING: Het uitschakelen van de heliumpomp kan leiden tot verlies van vloeibaar helium of verhogingen van de schildtemperatuur. Het wordt dus sterk aanbevolen om contact op te nemen met de leverancier van de scanner om te controleren of het uitschakelen van de heliumcompressor niet al te schadelijk is voor hun MRI-scansysteem.
14. Breng de patiënt over naar de scanwachtkamer. Leg de opnameprocedure uit aan de patiënt.
    OPMERKING: Het wordt aanbevolen dat alle instellingen van het opnameapparaat zijn voltooid voordat de patiënt arriveert.
15. Reinig de rug van de patiënt, direct onder de linkerschouder van de patiënt, waar het elektrocardiogram (ECG) -lood zal worden geplaatst. Breng een schurende elektrolytgel aan op het ECG-lood en plaats het op de linkerachterkant van de patiënt.
    OPMERKING: De lengte van deze kabel is kort, dus trek bij het plaatsen van de ECG-kabel niet sterk of plaats deze te laag op de achterkant; Ongeveer 5 cm onder de schouder is acceptabel. Het ECG-snoer wordt aan de achterkant geplaatst om bewegende artefacten te minimaliseren.
16. Breng plakband aan rond de ECG-kabel en -kabel om scanartefacten tijdens de opname te minimaliseren. Koppel de EEG-harnas los en sluit de EEG-kabelverbindingen aan op de interfacebox (figuur 4B).
17. Vervoer de patiënt naar de scankamer. Leg de patiënt op de scantafel met de kop in de open onderste helft van de kopspoel.
    LET OP: Alle metalen of MR-gevoelige componenten moeten uit het onderwerp worden verwijderd.
    OPMERKING: Ondersteun de rug van de patiënt bij het liggen.
18. Breng oordoppen aan om het geluid van de scanner te verminderen. Breng een kussen aan rond het hoofd van de patiënt om artefacten van hoofdbewegingen te minimaliseren.
19. Sluit de bovenste helft van de kopspoel aan om de "vogelkooi" -spoel rond het hoofd van de patiënt te sluiten. Pas de bedhoogte aan. Sluit de interfacebox aan op de versterker (figuur 4C).
    OPMERKING: Plakband wordt ook aangebracht op de kabels van de interfacebox om scanartefacten te minimaliseren (witte wikkel in figuur 4B).
20. Plaats de MR-veilige zandzakken rond de kabels om de MR-artefacten tijdens de opname te minimaliseren (figuur 4C). Zodra alle instellingen in de scanruimte zijn voltooid, gaat u naar de controlekamer.
21. Communiceer met de patiënt via een microfoon in de controlekamer en leg uit dat er extra stappen worden uitgevoerd voor het instellen van de software-instellingen.
    OPMERKING: De experimentatoren kunnen communiceren via ingebouwde luidsprekers in de scanruimte en een microfoon in de controlekamer.
22. Controleer de impedantie van de EEG-elektroden door op de knop Impedantiecontrole in de linkerbovenhoek van het opnamesoftwarevenster op de computer te klikken. Bevestig met de patiënt dat ze klaar zijn voor de opname.
    OPMERKING: Tijdens de opname houden experimentatoren de toestand van de patiënt in de gaten via een videocamera in de scankamer en communiceren ze via de microfoon in de controlekamer.
23. Start de EEG-opname door op de knop Afspelen linksboven in de opnamesoftware te klikken. Voer de fMRI-acquisitiescan uit.
    LET OP: In elk geval wanneer de patiënt ongemak meldt als gevolg van de opnameomgeving, inclusief ruis, moet de experimentator de opnameprocedure stoppen.

4. EEG artefact verwijdering

OPMERKING: De volgende beschrijvingen bevatten gedetailleerde stappen voor het verwijderen van de scannerartefacten op de EEG-gegevens die zijn verkregen uit de gelijktijdige EEG-fMRI-opnamen. Figuur 6 toont de verwerkingspijplijn met representatieve voorbeelden.

1. Open de EEG-analysesoftware.
2. Pas MR-artefactcorrectie toe.
   1. Klik op het tabblad Transformaties > Speciale signaalverwerking > MR-correctie . Wanneer een klein venster wordt gegenereerd, selecteert u Markeringen gebruiken, kiest u een triggersignaal van de scanner en klikt u op Volgende.
      OPMERKING: Deze stap geeft een triggersignaal van de scanner aan en gebruikt dit als referentie om de MR-artefacten te verwijderen.
   2. Selecteer de opties Interleaved en Based on Time , voer de tijdinformatie van het triggersignaal in en klik op Volgende.
      OPMERKING: In de verkregen gegevens is V1 het triggersignaal en kunnen de volgende waarden worden ingevoegd op basis van de V1-triggerintervallen: start [ms]: -2; Einde [MS]: 1.358; en duur [ms]: 1.360. Het label van het triggersignaal en de gedetailleerde instelling ervan kunnen worden gevarieerd, afhankelijk van de configuratie van de scanner.
   3. Schakel in het volgende venster het selectievakje Basislijncorrectie inschakelen voor Gemiddelde in en schakel Berekenbasislijn over het hele artefact uit. Voeg de waarden Begin [ms] en Einde [ms] in. Selecteer Glijdende gemiddelde berekening gebruiken.
      OPMERKING: Hiermee kan men de basislijn corrigeren op basis van een schuifvenster.
   4. Voeg het totale aantal intervallen in voor het glijdende gemiddelde, controleer gemeenschappelijk gebruik van alle kanalen voor slechte intervallen en correctie en klik op Volgende.
      OPMERKING: Het totale aantal intervallen voor glijdend gemiddelde kan 21 zijn.
   5. Selecteer Alle kanalen gebruiken voor correctie en klik op Volgende.
   6. Vink Downsampling doen aan en kies 500 voor Nieuwe frequentie [Hz]. Schakel Lowpass-filter toepassen in en selecteer FIR-filter gebruiken, voeg 70 in voor Cut-off Frequency [Hz] en klik vervolgens op Volgende.
   7. Zodra alle instellingen zijn voltooid, selecteert u een optie Gecorrigeerde gegevens opslaan en klikt u vervolgens op Voltooien.
      OPMERKING: Gegevens opslaan die niet zijn gecomprimeerd in geschiedenisbestand kan worden geselecteerd als een optie Gecorrigeerde gegevens opslaan . Verschillende opties kunnen worden overwogen, afhankelijk van het doel. Nadat u op Voltooien hebt geklikt, verschijnt er in het midden een klein venster Correctie van scannerartefact met de verwerkingsstatus. Dit MR-correctieproces kan enige tijd in beslag nemen, afhankelijk van de grootte van de EEG-gegevens.
3. Pas DC-verwijdering toe door een hoogdoorlaatfilter. Klik op het tabblad Transformatie > gegevensfiltering > IIR-filters . Schakel in een nieuw gegenereerd venster het selectievakje Ingeschakeld in onder Lage afsnijding. Voer een afsnijfrequentie [Hz] van 0,5 in, kies de filtervolgorde als 2 en klik vervolgens op OK.
4. Verwijder cardioballistische artefacten.
   1. Klik op het tabblad Transformaties > Speciale signaalverwerking > CB-correctie . Selecteer in het venster dat vervolgens wordt geopend de optie Piekdetectie gebruiken en schakel de semi-automatische modus in.
   2. Voeg in de sectie Search Pulse Template begin[s] in als 60 en Length[s] als 20. Vink Mark Found Template aan en zorg ervoor dat het juiste ECG-kanaal is gekozen.
   3. Voer de juiste parameters in voor pulsfrequentie en correlatie en amplitude, voeg R in voor markeringspulsen met R-piekmarkeringen en klik vervolgens op Volgende.
      OPMERKING: De voorgestelde waarde voor pulsfrequentie [ms] is 1000 ± 400 en polsfrequentie [bpm] is minimaal 43 en maximaal 100. De specifieke pulsfrequentiewaarden zijn afhankelijk van het ECG-bereik van de proefpersoon. Daarnaast kan Correlation Trigger Level worden ingesteld als 0,6 en Amplitude Trigger Level als minimaal 0,3 en maximaal 1,4.
   4. Schakel Hele gegevens gebruiken in om de tijdvertraging te berekenen. Voer het totale aantal pulsintervallen in dat voor het gemiddelde wordt gebruikt.
      OPMERKING: Het totale aantal pulsintervallen dat voor het gemiddelde wordt gebruikt , kan worden ingesteld op 21.
   5. Verplaats onder Volgende kanalen corrigeren alle EEG-kanalen naar de rechterkolom behalve het ECG-kanaal en klik op Volgende.
   6. Selecteer op de volgende pagina de gewenste optie Gecorrigeerde gegevens opslaan . Klik op Voltooien.
      OPMERKING: Zodra op Voltooien is geklikt, verschijnt er een venster CB-correctie-interactieve modus aan de rechterkant van de software.
   7. Schuif over de tijdas onder aan de navigatiebalk en controleer waar het ECG van de basissjabloon is gemarkeerd met een blauw gearceerd vak. Controleer of de basissjabloon van het ECG correct is gemarkeerd.
      OPMERKING: Door te dubbelklikken op de naam van het ECG-kanaal, wordt alleen het ECG-kanaal weergegeven voor beoordeling. Overweeg indien nodig een handmatige aanpassing van de piek of het interval. In het venster CB Correction-Interactive Mode aan de rechterkant van de software worden ECG's met abnormale patronen in opeenvolgende volgorde weergegeven in een tabelindeling. Deze worden in het ECG-spoor aangegeven als rode verticale lijnen.
   8. Controleer in het venster CB-correctie-interactieve modus elk gemarkeerd ECG door te dubbelklikken op de overeenkomstige rij in de tabel. Pas de gedetecteerde pieklocaties indien nodig aan door de rode verticale lijnen te verplaatsen. Zodra alle gedetecteerde ECG's zijn beoordeeld, klikt u op Voltooien.
      OPMERKING: Het kanaal bevat in eerste instantie alleen rode en groene markeringen. De groene markeringen geven goede detecties aan, terwijl de rode markeringen potentiële pulspieken aangeven die niet aan alle vereiste voorwaarden voldoen. De rode markeringen veranderen in geel nadat ze handmatig zijn gewijzigd. Bij het corrigeren van de abnormale ECG's is het belangrijk om te overwegen dat elke pieklocatie en het tijdsinterval van elk ECG consistent moeten zijn.
5. Pas powerline en wisselstroom (AC) ruisverwijdering toe door een inkepingsfilter. Klik op het tabblad Transformatie > gegevensfiltering > IIR-filters . Vink in het venster dat wordt geopend Notch Enabled aan, selecteer Frequency [Hz] en klik vervolgens op OK.
   OPMERKING: Voor de frequentieselectie kan 50 of 60 Hz worden geselecteerd, afhankelijk van het land waar de opname wordt uitgevoerd. Het inkepingsfilter wordt bij de laatste stap toegepast om gunstig te zijn voor de ECG-detecties, en deze filtertoepassing biedt het gemak van klinische EEG-beoordeling.

Resultaten

Wanneer een patiënt wordt opgenomen in de EMU, worden een gelijktijdige hoofdhuid-EEG en video opgenomen. Een doel van de EEG-monitoring door een neuroloog is om te evalueren op epileptiforme ontladingen, die mogelijk de lokalisatie van het begin van de aanval kunnen informeren. Wanneer buitengewone dynamiek van specifieke EEG-kanalen wordt onderscheiden, kunnen de elektrodelocaties worden geassocieerd met lokalisatie van aanvallen. Tijdens de interictale periode worden interictale epileptiforme ontladingen (IED's), inclusief pieken en scherpe golven, traditioneel beschouwd als markers van gebieden van epileptogeniciteit. Bovendien kunnen de verkregen registraties van interictale EEG-fMRI-gegevens voordelig zijn om de aanvallen te begrijpen en te lokaliseren. Om dit EEG-fMRI-registratie- en EEG-verwerkingsprotocol te valideren, evalueren we de kwaliteit van het EEG door het nabewerkte EEG te vergelijken met dat van de EMU, en we bevestigen dat in beide gevallen hetzelfde onderscheidende EEG-kenmerk wordt waargenomen.

Focale delta langzame activiteit is meestal suggestief voor een onderliggende structurele hersenlaesie of een gebied waar de neuronen niet functioneren zoals verwacht, wat vaak wordt waargenomen na beroertes, hoofdletsel, herseninfecties of dementie. Het is echter niet ongebruikelijk dat patiënten met focale epilepsie focale delta-activiteit vertonen in de buurt van of op de plaats van hun epileptogene zone. Bovendien, hoewel focale delta-activiteit minder specifiek is dan IED's, kan het gelokaliseerde structurele pathologie specificeren die overeenkomt met het begin van aanvallen bij epilepsie¹². Bovendien komen focale interictale langzame golven in EEG's overeen met focale BOLD-activering op fMRI die overeenkomt met het epileptogene gebied bij patiënten met partiële epilepsie¹³.

Het is opmerkelijk dat bij epilepsie met temporale kwab soms een type delta-activiteit aanwezig is dat temporale intermitterende ritmische delta (TIRDA) wordt genoemd en dat het wordt beschouwd als een IED-equivalent¹⁴. Integendeel, temporale intermitterende polymorfe delta (TIPDA) wordt niet beschouwd als een IED-equivalent¹⁵. In de verwerkte EEG-gegevens zijn duidelijke focale linker temporale langzame golven (TIPDA) aanwezig, die worden waargenomen aan de hand van het EEG dat bij de EMU is geregistreerd (figuur 7). Hoewel deze delta-activiteit niet IED-equivalent is, suggereert het linker temporale neuronale disfunctie.

Figuur 1: Een voorbeeld van 32 elektrodeselecties voor gelijktijdige EEG-fMRI-opname. In de kliniek worden 21 kanalen vaak overwogen voor EEG-monitoring. Om te voldoen aan een minimum aantal elektroden om EEG-bronbeeldvorming (ESI) uit te voeren, zijn 11 extra kanalen opgenomen om het hoofd volledig te bedekken. Alle elektroden zijn gouden bekers om MR-effecten te voorkomen. In de figuur worden verschillende kleuren gebruikt om verschillende elektroden te onderscheiden en de kleuren komen overeen met de fysieke kabelkleuren. Elke rechthoekige doos aan de onderkant geeft één aansluiting aan die moet worden aangesloten op een harnas, dat wordt aangesloten op een versterker voor opname. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Plaatsing van elektroden. (A) Plaatsing van de elektroden op de hoofdhuid van de patiënt en (B) plaatsing van de kabelverbindingen. De linker beelden in (A) en (B) geven een bovenaanzicht en de rechterbeelden geven een linker zicht op de patiënt. De rode pijlen in (B) geven de plaatsing van gaasjes aan. Dit helpt om beeldvormingsartefacten te voorkomen. De blauw omcirkelde gebieden in (B) laten zien hoe de kabelverbindingen zijn gerangschikt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Apparatuuraansluiting in de meldkamer . (A) Een overzicht van de USB 2-adapter, Syncbox en Triggerbox-verbinding. Gedetailleerde afbeelding van (B) de USB 2-adapter en Syncbox-kabelverbindingen, (C) de Syncbox en de glasvezelkabelverbinding en (D) de kabelverbindingen in de Triggerbox. De stermarkeringen op (B), (C) en (D) geven de locatie aan van de USB-kabels die op de opname-pc moeten worden aangesloten. Een schematisch diagram van het EEG-registratiesysteem en de benodigde verbindingen tussen de hardware is te vinden in figuur 1 in Mullinger et ^al.7. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Apparatuuraansluiting in de scanruimte. (A) Een overzicht van de EEG-versterkeraansluiting in de scanner. (B) Gewikkelde kabels uit de interfacebox om de EEG-elektroden aan te sluiten (de rode kabel is voor de ECG-maatregel). (C) Aansluiting van de interfacebox en de EEG-versterker en MR-veilige zandzakken geplaatst om MR-artefacten te verminderen. (D) Aansluiting van de versterker (boven) en de batterij (onder) en aansluiting van de glasvezelkabel van de Syncbox in de meldkamer op de versterker. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Screenshot van werkruimte-instellingen op de EEG-opnamesoftware. Het aantal kanalen en de bemonsteringsfrequentie kunnen worden ingesteld onder de versterkerinstellingen. Bovendien kan de specificatie van elk kanaal indien nodig worden gewijzigd door op de tabel onderaan te klikken. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: EEG-artefactverwijderingspijplijn met representatieve voorbeelden. De ruwe EEG-sporen worden linksonder weergegeven. De onderste middelste plot toont EEG-sporen na het toepassen van MR-artefactcorrectie en een hoogdoorlaatfilter van 0,5 Hz op het ruwe EEG. De grafiek rechtsonder toont EEG-sporen na het toepassen van CB-artefactcorrectie en een inkepingsfilter van 60 Hz op het verwerkte EEG. De EEG-sporen worden weergegeven in de common ground-modus om effectief te visualiseren hoe elk proces elk opgenomen kanaal beïnvloedt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7: Vergelijking van het verwerkte EEG van een gelijktijdige EEG-fMRI-opname (links) en een EEG geregistreerd bij de EMU (rechts). De rode cirkel geeft de focale linker temporele langzame golven aan op dezelfde kanalen. De EEG-sporen worden weergegeven in een dubbel bananenformaat, dat traditioneel in de kliniek wordt beschouwd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Dit experimentele protocol is uniek in het bieden van een soepele overgang van patiënten met epilepsie van de EMU naar de scankamer, waardoor het kan worden gebruikt in klinische en onderzoeksomgevingen. Het gebruik van door de FDA goedgekeurde MR-voorwaardelijke elektroden is een essentieel onderdeel voor zowel klinische opnames tijdens de tijd die in de EMU wordt doorgebracht als voor veilige overdracht naar MRI zonder de hoofdhuidelektroden van de patiënt te hoeven verwijderen of vervangen. In de EMU worden de MR-voorwaardelijke elektroden aangesloten op een versterker voor gelijktijdige video- en EEG-monitoring. Voor EEG-fMRI-opnames kunnen een MR voorwaardelijke EEG-versterker en een MRI-scanner worden gebruikt met een 20-kanaals kopspoel, die geschikt is voor de grootte van de elektrodeset en verbindingsdraden. Opgemerkt moet worden dat voordat de gelijktijdige EEG-fMRI-opnames bij patiënten met epilepsie worden uitgevoerd, een testrun met een gezond onderwerp ten zeerste wordt aanbevolen om de juiste werking van alle apparatuur te bevestigen en vertrouwd te raken met elke vereiste stap.

Daarnaast spelen ook de concrete organisatie van het team en een zorgvuldige selectie van patiënten een belangrijke rol in dit protocol. Om levensvatbaar te zijn voor zowel klinische als onderzoeksomgevingen, is het vereist om een gestructureerd team van epilepletologen, verplegend personeel, EEG-technologen en ingenieurs te hebben. Voor de selectie van patiënten moeten de hierboven genoemde inclusie- en exclusiecriteria zorgvuldig worden overwogen.

Verder is het belangrijk om aan te pakken dat wanneer EEG-geïnformeerde fMRI-analyse wordt uitgevoerd, er een duidelijke aanwezigheid van de belangrijkste kenmerken van EEG's moet bestaan om de overeenkomstige BOLD-veranderingen in fMRI te begeleiden. Daarom is het bij het uitvoeren van de EEG-fMRI-opname belangrijk om rekening te houden met patiënten die eerder doel-EEG-kenmerken hebben aangetoond. Tijdens de interictale periode bij patiënten met epilepsie zijn IED's, die abnormaal zijn en epileptogene potentiaal suggereren, een bekend EEG-kenmerk om te verwijzen naar de BOLD-veranderingen¹⁶, hoewel het voorbeeld hier dit geval niet omvat. Bij het richten op het verkrijgen van IED's in de interictale EEG-fMRI-opnames, moeten experimentatoren rekening houden met patiënten met frequente IED's (ten minste drie IED's / uur) waargenomen door een hoofdhuid-EEG, om voldoende epileptiforme ontladingen tijdens een scansessie te garanderen. Het aantal IED's kan worden bepaald aan de hand van de EEG-monitoring in de EMU, of aan de hand van de IED-frequentie die wordt gezien in de eerdere EEG-opnames van de proefpersonen, indien aanwezig. De verkregen registraties van interictale EEG-fMRI-gegevens kunnen voordelen opleveren voor het begrijpen en mogelijk lokaliseren van de aanvalszone¹⁷.

Zodra een schoon EEG is verkregen na het verwerken van de artefactverwijderingsstappen, kan verdere EEG-analyse worden toegepast. EEG-bronbeeldvorming (ESI) kan bijvoorbeeld worden verkregen door gestandaardiseerde hersenelektromagnetische tomografie met lage resolutie (sLORETA)¹⁸ toe te passen om de overeenkomstige elektrische activiteit van de hersenen op het corticale oppervlak te schatten. De geschatte bronnen kunnen worden verkregen door de berekende loodveldmatrix om te keren op basis van de kop-, buitenste schedel-, binnenste schedel- en cortexlagen die zijn gemaakt van de MRI van de patiënt met behulp van de grenselementmethode¹⁹. Er zijn tal van openbaar beschikbare toolboxen om EEG-bronbeeldvorming te verkrijgen, en Brainstorm is een veelgebruikte MATLAB-gebaseerde toolbox²⁰.

Wanneer ESI wordt overwogen om het verwerkte EEG te gebruiken, moet zorgvuldig rekening worden gehouden met het totale aantal elektroden en hun verdelingen, zodat ze redelijkerwijs het hele hoofd kunnen bedekken. Het minimum aantal elektroden dat nodig is om ESI te implementeren is 32 kanalen^21,22, wat meer is dan het standaard aantal elektroden dat in klinische omgevingen wordt gebruikt. Het wordt dus aanbevolen om extra kanalen op te nemen om het hele hoofd met redelijke afstand te bedekken. De kanaalselectie in deze studie omvat 21 kanalen, die conventioneel worden gebruikt in de kliniek voor EEG-monitoring, en 11 extra kanalen om het hoofd volledig te bedekken (figuur 1).

Hier nemen we geen details van fMRI-analyse op, omdat dit buiten het bereik van onze studie valt. Een mogelijke richting is echter EEG-geïnformeerde fMRI-analyse²³. De vóórtijding van IED's kan bijvoorbeeld worden opgeslagen als gebeurtenistriggers om te correleren met de fMRI, wat kan leiden tot een routinematige gebeurtenisgerelateerde fMRI-analyse. In dit geval kan een gegeneraliseerde lineaire modelanalyse worden gebruikt om de hersengebieden te vinden die veranderingen in het fMRI-signaal vertonen op het moment van IED's.

We wijzen erop dat een onlangs gepubliceerde studie¹⁰ heeft aangetoond dat het mogelijk is om een koolstofdraadlussysteem te gebruiken wanneer een robuustere artefactverwijderingstechniek vereist is¹⁶. We willen echter vaststellen dat de integratie van het koolstofdraadlussysteem in onze experimentele setting met de MR-voorwaardelijke elektrode nog niet is onderzocht.

Hoewel deze studie zich specifiek richt op de interictale periode van epilepsie, kan het geïntroduceerde protocol voor gelijktijdige EEG-fMRI verder worden uitgebreid naar de ictale of postictale periode. Er moeten echter specifieke overwegingen worden gevolgd wanneer aangepaste instellingen worden overwogen. Voor de postictale fase is een belangrijke zorg waarvan we op de hoogte zijn, dat de patiënt een benzodiazepine krijgt voorafgaand aan het transport naar de MRI. Wat de frequentieanalyse van EEG's betreft, is gemeld dat benzodiazepinen niet noodzakelijkerwijs de specifieke frequentiebanden ^24,25 veranderen, en in het geval van bescheiden veranderingen zijn deze beperkt tot het somatosensorisch-motorische gebied²⁶ of frontale kwabben²⁷. Bovendien vertoonden delta EEG-BOLD-correlaties met betrekking tot gelijktijdige EEG-fMRI geen veranderingen na benzodiazepine-injectie in vergelijking met een controle met zoutoplossinginjectie²⁷. Het BOLD-signaal was alleen in de kleine gebieden van de gyrus van Heschel en het aanvullende motorische gebied afgenomen.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
3T Magnetom Prisma fit MRI scanner	Siemens Healthineers
Abralyt HiCl, 10 g.	EASYCAP GmbH		Geleidend gel voor ECG-elektrode.
BrainAmp MR plus 32-kanaals	Brain Products GmbH	S-BP-01300
BrainVision Analyzer Version 2.2.0.7383	Brain Products GmbH		EEG-analysesoftware.
BrainVision Interface Box 32 ingangen	Ives EEG Solutions, LLC	BVI-32
BrainVision Recorder Licentie met dongle	Brain Products GmbH	S-BP-170-3000
BrainVision Recorder Version 1.23.0003	Brain Products GmbH		EEG-opnamesoftware.
Collodion (niet-flexibel)	Mavidon		Lijm om EEG-elektroden vast te zetten.
Glasvezelkabel (30m één lijn)	Brain Products GmbH	S-BP-345-3020
Gold Cup Electrode set, 32 kanaal	Ives EEG Solutions, LLC	GCE-32	2+ artikelen worden aanbevolen bij het beheren van meerdere onderwerpen met overlapte/dichte periode van Epilepsy Monitoring Unit (EMU) verblijf.
Gold Cup Elektroden	Ives EEG Solutions, LLC	GCE-EKG
Harness, 32 draad, herbruikbaar	Ives EEG Solutions, LLC	HAR-32	2+ artikelen worden aanbevolen bij het beheren van meerdere onderwerpen met overlapte/dichte periode van  Epilepsy Monitoring Unit (EMU) verblijf.
MR-sled kit inclusief 100% en 75% lengte basisplaten, lage profiel (3 cm) blokbenen voor elke basisplaat, ramp en riempjes als handmatig geconfigureerd	Brain Products GmbH	BV-79123-PRISMA SKYRA
Natus NeuroWorks EEG	Natus		Software gebruikt voor EEG-monitoring bij de Epilepsy Monitoring Unit (EMU).
Nuprep Skin Prep Gel	Weaver and Co.
Passive starter set, inclusief verbruiksartikelen (gel, spuiten, doseertips, kleefwasmiddelen, enz.) om gegevensverzameling uit de doos te vergemakkelijken	Brain Products GmbH	S-C-5303
SyncBox compl. Uitbreidingsbox voor fase-sync-opnames	Brain Products GmbH	S-BP-02675	Syncbox
syngo MR XA30	Siemens Healthineers		Software gebruikt voor de MRI-scanner.
Ten 20 Conductive Neurodiagnostic Electrode Paste	Weaver and Co.		Geleidend gel voor EEG-elektroden.
TriggerBox Kit voor BrainAmp	Brain Products GmbH	S-BP-110-9010	Triggerbox; Deze kit maakt het mogelijk om de triggerbreedte van de scanner uit te breiden, zodat het trigger-signaal op de BrainVision Recorder correct kan worden gedetecteerd. Deze kit is mogelijk niet vereist, afhankelijk van de kenmerken van het trigger-signaal dat door de scanner wordt geleverd.
Xltek EMU40EX versterker	Natus		Een versterker die wordt gebruikt bij de Epilepsy Monitoring Unit (EMU).