Przedwczesne EEG: multimodalny protokół neurofizjologiczny

Summary

Ten film wyjaśnia teorię tła aktywności EEG noworodków i reakcji sensorycznych, a następnie demonstruje na żywo ich zapis na oddziale intensywnej terapii noworodków.

Abstract

Od czasu jej wprowadzenia na początku lat pięćdziesiątych, elektroencefalografia (EEG) jest szeroko stosowana na oddziałach intensywnej terapii noworodków (NICU) do oceny i monitorowania funkcji mózgu u wcześniaków i urodzonych o czasie. Najczęstszymi wskazaniami są rozpoznanie napadów padaczkowych, ocena dojrzałości mózgu i powrót do zdrowia po zdarzeniach niedotlenieniowo-niedokrwiennych. Techniki zapisu EEG i zrozumienie sygnałów EEG noworodków znacznie się poprawiły, ale postępy te powoli przenikają do tradycji klinicznych. Celem prezentacji jest przybliżenie teorii i praktyki zaawansowanego zapisu EEG na oddziałach neonatologicznych.

W części teoretycznej przedstawimy animacje ilustrujące, w jaki sposób mózg wcześniaka powoduje spontaniczne i wywołane działania EEG, które są unikalne dla tej fazy rozwoju, jak również kluczowe dla prawidłowego dojrzewania mózgu. Niedawne badania na zwierzętach wykazały, że strukturalny rozwój mózgu jest wyraźnie odzwierciedlony we wczesnej aktywności EEG. Najważniejszymi strukturami w tym zakresie są rosnące połączenia dalekiego zasięgu i przejściowa struktura korowa, podpłytka. Bodźce sensoryczne u wcześniaków generują reakcje, które są widoczne na pojedynczym poziomie próby i mają podstawę w interakcji między płytką a korą mózgową. To sprawia, że EEG noworodków łatwo wchodzi do badania multimodalnego, w którym EEG nie tylko rejestruje funkcję kory mózgowej, ale także testuje funkcję podpłytkową za pomocą różnych modalności sensorycznych. Wreszcie, wprowadzenie klinicznie odpowiednich gęstych czapek EEG, a także wzmacniaczy zdolnych do rejestrowania niskich częstotliwości, ujawniło wiele czynności mózgu, które do tej pory były pomijane.

W praktycznej części tego filmu pokazujemy, jak na oddziale intensywnej terapii noworodków w inkubatorze przeprowadza się badanie EEG za pomocą multimodalnej gęstej matrycy. Film pokazuje przygotowanie dziecka i inkubatora, zastosowanie czepka EEG oraz wykonanie stymulacji sensorycznej.

Protocol

1. Przygotowanie dziecka i łóżeczka/inkubatora do badania EEG

1. Zaplanuj badanie EEG w taki sposób, aby nie kolidowało ono z innymi procedurami na OIOM-ie, takimi jak pobieranie krwi lub badanie ultrasonograficzne, ponieważ mogą one zakłócać działanie zarówno urządzeń EEG, jak i stanu czujności dziecka.
2. Rozpocznij nagrywanie natychmiast po karmieniu, dzięki czemu dziecko najprawdopodobniej zaśnie podczas zapisu EEG. Praktyczne może być zastosowanie wszystkich elektrod rejestrujących przed karmieniem i/lub innymi procedurami pielęgnacyjnymi, tak aby EEG mogło rozpocząć się natychmiast po nim.
3. Upewnij się, że do dziecka nie są podłączone żadne zbędne urządzenia elektryczne.
4. Umieść wszystkie przewody związane z zapisem EEG jak najdalej od pozostałych przewodów w łóżeczku. Wyłącz ogrzewanie łóżka, jeśli to możliwe, jeśli chodzi o leczenie.
5. W przypadku zakłóceń elektrycznych możesz spróbować zidentyfikować urządzenie zakłócające, wyłączając je (czasami pomocne może być nawet odłączanie od sieci pojedynczo).
6. Upewnij się, że główka dziecka nie dotyka wilgotnych lub mokrych tekstyliów, co może zwiększyć sprzężenie zakłóceń z zewnętrznych źródeł hałasu dla dziecka.

2. Zastosowanie czapki EEG z gęstą matrycą

1. Usuń przeszkadzający wosk i olej ze skóry głowy dziecka, przecierając je szmatką zwilżoną rozcieńczonym alkoholem lub szamponem dla dzieci. Oceń wizualnie rozmiar głowy dziecka, aby wybrać optymalny rozmiar czepka EEG, aby upewnić się, że czepek jest mocno osadzony w wierzchołku, a elektrody skroniowe znajdują się na odpowiednim poziomie nad płatkami uszu (dostępnych jest pięć różnych rozmiarów tych czepków, które pasują do bardzo młodych wcześniaków do donoszonych noworodków).
2. Jeśli to możliwe, dwie osoby powinny współpracować ze sobą, aby założyć czepek EEG, jedna dba o czepek, a druga trzyma głowę dziecka i ewentualną intubację lub rurki CPAP do nosa. Jeśli pacjent ma aparat CPAP, usuń go na 10-20 sekund potrzebnych do założenia czepka EEG. Paski mocujące nosowego CPAP są później owijane na czepku EEG.
3. (opcjonalnie) Jeśli dziecko ma rurkę dożylną w głowie, należy ją odłączyć i przepuścić przez przeprowadzony dla niej wylot w czepku (dostępny w czepkach używanych w niniejszym badaniu). W przeciwnym razie konieczne będzie użycie siatki na głowę i umieszczenia pojedynczej elektrody, co pokazano na stronie internetowej badania NEMO (patrz http://www.nemo-europe.com/en/educational-tools.php).
4. Trzymaj dziecko tak, aby jego twarz była skierowana w Twoją stronę. Weź nasadkę w obie dłonie i palcami wepchnij środek nasadki na lewą stronę, tak aby elektrody środkowe (Cz i Wz) najpierw dotknęły skóry głowy.
5. Delikatnie przewiń nasadkę przez głowę, tak aby nasadka prawie znalazła się w swojej ostatecznej pozycji. Na koniec wyreguluj nasadkę symetrycznie zarówno w lewo-prawo, jak i w kierunku przednio-tylnym. Sprawdź symetrię, upewniając się, że elektroda Cz znajduje się pośrodku (po lewej i prawej) na linii łączącej oba uszy. Podczas naciągania czepka na czoło praktyczne jest trzymanie główki dziecka na miejscu, naciskając kciuki na jego czoło nad oczami.
6. Przymocuj pasek podbródkowy w taki sposób, aby nasadka była dobrze osadzona, a jednocześnie umożliwiała nieograniczone oddychanie. Sprawdź również teraz, czy rozmiar czapki jest optymalny. Czapka pokazana na tym filmie może wyglądać na nieco luźną. Jednak rozciąga się dobrze na czole i obszarach potylicznych, a mimo to wystarczająco dobrze styka się ze skórą głowy w obszarach środkowociepłomieniowych. Dostępnych jest pięć różnych rozmiarów tych czapek, które pasują zarówno do bardzo młodych wcześniaków, jak i donoszonych noworodków, a czapka pokazana na tym filmie będzie pasować na to dziecko przez kilka tygodni.
7. Nanieść żel elektrodowy przez otwory elektrod za pomocą strzykawki podłączonej do grubej, igły żelowej ("końcówki"). Wygięta końcówka może być przydatna do dotarcia do kontaktów, do których trudno jest uzyskać bezpośredni dostęp. Napełnij miseczki elektrod tak, aby żel nie wyciekał, ponieważ może tworzyć mostki z sąsiednimi elektrodami, a nawet zmoczyć poduszkę, co może spowodować artefakt. Bardziej lepka formuła żelu może być praktyczna pod tym względem i pozwala nawet na żelowanie przed umieszczeniem nakrętki (patrz odnośnik 1).
8. Sprawdź impedancje i jakość sygnału EEG, a następnie przygotuj skórę głowy poprzez delikatne pocieranie mechaniczne lub za pomocą tzw. metody SurePrep, w zależności od potrzeb^2,3 (http://www.helsinki.fi/science/eeg/videos/sureprep/). Obserwuj jakość kontaktu ze skórą jednocześnie na podstawie wartości impedancji podawanych przez oprogramowanie EEG lub patrząc na jakość śladu EEG. Zacznij od punktu odniesienia i ziemi, a następnie przygotuj jedną półkulę na raz, aby zminimalizować ruchy dziecka.
9. Rozpocznij nagrywanie EEG, gdy poziomy impedancji są akceptowalne, zwykle poniżej 15 kΩ, lub gdy sygnał wygląda wystarczająco czysto bez filtrowania. Zwróć uwagę, że impedancje często poprawiają się z czasem, więc daj kilka minut czasu, aby impedancje się ustabilizowały.

3. Zastosowanie czujników poligraficznych

1. Rejestruj napięcie mięśniowe (elektromiografia; EMG) poprzez zamocowanie dwóch elektrod EMG pod brodą. Delikatnie przygotuj skórę przed aplikacją elektrody.
2. Rejestruj bicie serca, przykładając dwie elektrody EKG na klatkę piersiową lub na ramiona. Przyczepienie barkowe jest przydatne, jeśli istnieje potrzeba zidentyfikowania potencjalnych ruchów ciała padaczkowego. Delikatnie przygotuj skórę przed aplikacją elektrody.
3. Rejestruj ruchy gałek ocznych (elektrookulogram, EOG) za pomocą czołowych elektrod EEG (wtedy nie są potrzebne dodatkowe elektrody) lub za pomocą oddzielnych elektrod EOG przymocowanych w pobliżu bocznych kącików oczu. Jednak w najmłodszych pomieszczeniach czasami może być konieczne zastosowanie czujników piezoelektrycznych przymocowanych do powiek (nie pokazanych w tym filmie), ponieważ ich siatkówka może nie być wystarczająco spolaryzowana, aby wytworzyć wykrywalne pola elektryczne. Delikatnie przygotuj skórę przed aplikacją elektrody.
4. Monitoruj ruchy oddechowe za pomocą czułego na rozciąganie paska przetwornika, który jest owinięty wokół tułowia nad brzuchem lub klatką piersiową. Upewnij się, że przetwornik jest wystarczająco ciasny, aby pokazać ruchy oddechowe na nagraniu, a jednocześnie wystarczająco luźny, aby umożliwić nieograniczone oddychanie. U niemowląt z oddychaniem spontanicznym należy zachować szczególną ostrożność, aby nie krępować ruchów oddechowych (patrz również http://www.nemo-europe.com/en/educational-tools.php).
5. Jeśli jest to klinicznie konieczne, dodaj również czuły na ruch czujnik piezoelektryczny do każdej części ciała, która może wykazywać nietypowe ruchy.
6. Ustaw kamerę wideo zsynchronizowaną z EEG tak, aby całe dziecko było dobrze widoczne na zdjęciu. Podczas poszczególnych części badania EEG można skupić się na wybranych częściach ciała, takich jak dłonie czy stopy podczas ich stymulacji dotykowej.

4. Nagrywanie

1. Podczas całej sesji nagraniowej miej oko na jakość sygnału i wprowadzaj poprawki, jeśli którykolwiek z sygnałów ulegnie pogorszeniu. Podążaj również za dzieckiem i dodawaj adnotacje dotyczące wszelkich zdarzeń (np. objawów klinicznych, ruchu, podawania leków), które mogą być interesujące podczas późniejszej interpretacji EEG w trybie offline.
2. Jeśli podczas nagrywania pojawią się artefakty, rozwiąż je i natychmiast wprowadź poprawki do nagrania. Wiele artefaktów może trwale zagrozić późniejszemu wykorzystaniu sygnału EEG.
3. Długość zapisu należy dostosować indywidualnie tak, aby badanie EEG obejmowało co najmniej jedną epokę wszystkich stanów czujności: czuwanie, aktywny sen i spokojny sen. W większości przypadków zajmie to od 40 do 90 minut.
4. Wykonuj stymulację sensoryczną (patrz punkt 5 poniżej), gdy dziecko dobrze śpi. Lepiej jest poczekać do okresu spokojnego snu.
5. Pod koniec sesji rejestracji EEG zdejmij czepek i inne sensory, a następnie usuń nadmiar żelu ze skóry głowy dziecka, przecierając go wilgotną szmatką.
6. Wyczyść czepek EEG i inne akcesoria najpierw mechanicznie, a następnie wysterylizuj je zgodnie z instrukcjami szpitalnymi.

5. Stymulacje sensoryczne

1. Należy zauważyć, że wszystkie reakcje czuciowe u młodych wcześniaków mają długi (kilka sekund) okres refrakcji, a reakcje szybko spadają wraz z krótkimi przerwami między bodźcami lub w obecności innej trwającej aktywności EEG w korze czuciowej. W związku z tym dostarczaj bodźce sensoryczne w momentach, gdy EEG było stosunkowo ciche przez co najmniej kilka sekund, co najłatwiej jest zrobić podczas spokojnego snu wykazującego śladowe przerwanie aktywności^4-6. Jeśli to możliwe, należy stosować urządzenia stymulacyjne, które automatycznie generują znacznik (wyzwalacz) w śladzie EEG. Wykonuj najpierw stymulacje dotykowe, następnie bodźce wzrokowe, a na końcu bodźce słuchowe, które mogą obudzić dziecko.
2. Aby zbadać wizualne reakcje wywołane, wykonuj pojedyncze błyski za pomocą urządzenia zintegrowanego z systemem EEG. Możesz również pokazać dowolne światło przejściowe, takie jak przesuwanie wiązki latarki po twarzy. Odpowiedź jest łatwo generowana nawet z dużej odległości, na przykład przez przezroczyste ściany inkubatora. Obserwuj odpowiedź przez co najmniej jedną sekundę w kilku elektrodach potylicznych i ciemieniowych.
3. Aby zbadać reakcje wywołane somatosensorycznie, zastosuj delikatne bodźce dotykowe na dłoni lub podeszwie dziecka. Pomocne jest użycie urządzenia, które automatycznie generuje znacznik (wyzwalacz) do śladu EEG. Obserwuj reakcję w przeciwległych elektrodach środkowo-skroniowych (C i T) po stymulacji ręki oraz w elektrodach linii środkowej (Cz) po stymulacji stóp. Aby pomóc w późniejszej analizie, dodaj ręczną adnotację do zapisu EEG za każdym razem, gdy zauważysz spontaniczny ruch kończyny, ponieważ wywołuje on reakcje podobne do stymulowanych.
4. Do badania reakcji słuchowych można użyć prawie każdego dźwięku o stosunkowo niskiej intensywności, takiego jak klaskanie w dłonie w pobliżu głowy dziecka. Unikaj stosowania tradycyjnej stymulacji tubowej, ponieważ jej wysokie natężenie dźwięku doprowadzi zarówno do aktywacji słuchowej, jak i pobudzenia podczas snu, z często wynikającymi artefaktami ruchowymi.

6. Analiza

1. Rozpocznij wstępną analizę już podczas zapisu EEG. Dodaj adnotacje o zdarzeniach klinicznych, które nie są oczywiste na podstawie sygnału EEG (np. zabiegi pielęgnacyjne, nietypowe ruchy lub podawanie leków). Zwróć również uwagę na wszystkie artefakty EEG (np. ssanie, kołysanie lub stukanie), które są trudne do zidentyfikowania później. Na koniec dodaj swoje wstępne rozważania, gdy pojawiają się w Internecie, ponieważ często mogą one obejmować spostrzeżenia, które są trudne do dostrzeżenia później. Upewnij się, że zarejestrowałeś zarówno aktywny, jak i spokojny sen, a liczba i jakość bodźców sensorycznych są wystarczające.
2. Rzeczywisty, dokładny przegląd EEG noworodków odbywa się w trybie offline na stacji roboczej, na której wyniki EEG mogą być przetwarzane i opisywane bardziej szczegółowo.

7. Reprezentatywne wyniki

Rysunek 1. Porównanie zapisu z konwencjonalnym EEG (po lewej) i niefiltrowanym, pełnopasmowym EEG (FbEEG; po prawej). Zwróć uwagę na wyraźne powolne wahania sygnału FbEEG [patrz również odnośniki 7-9], których nie ma w konwencjonalnym EEG. Aby uzyskać szczegółowe informacje, zobacz Dyskusja.

Rysunek 2. Porównanie przyrostu informacji uzyskanych przez dodanie liczby elektrod. EEG o dużej gęstości (po prawej) umożliwia oddzielną analizę i/lub śledzenie obszarów kory mózgowej. Ta informacja przestrzenna jest pomijalna w konwencjonalnym 8-kanałowym (środkowym) nagraniu i całkowicie zagubiona w powszechnym jednokanałowym monitorowaniu EEG (po lewej). Proszę kliknij tutaj aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3. Po lewej: Pokazano przykład z pojedynczych odpowiedzi próbnych na dotykowe stymulacje sensoryczne rąk, jak widać na surowym śladzie EEG. Po prawej: Porównanie przedwczesnych i pełnoletnich odpowiedzi somatosensorycznych (obie wyprowadzenia C4-Fz) pokazuje wielkość przedwczesnych reakcji korowych. Odpowiedź przedwczesna jest pokazywana na podstawie pojedynczego śladu badania, podczas gdy odpowiedź długoterminowa jest generowana przez uśrednianie, ponieważ nie można jej rozróżnić na poziomie pojedynczego badania. W śladzie pełnoterminowym strzałka przedstawia odpowiedź N1, która jest konwencjonalnie używana jako miara reprezentatywna do diagnozy klinicznej. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz referencje 4,6,10,11. Proszę kliknij tutaj aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Discussion

Zapis EEG noworodka w pokazany tutaj sposób jest bezpieczny, a zatem możliwy do wykonania od każdego dziecka i w każdym stanie, który pozwala na obsługę związaną z rutynowymi procedurami pielęgnacyjnymi¹. Oddział intensywnej terapii jest wymagającym środowiskiem dla wrażliwych urządzeń EEG. Kluczem do dobrej jakości technicznie nagrania jest właściwe użycie dobrze działającej gęstej nasadki EEG, takiej jak ta pokazana na tym filmie. Wyjątkowość środowiska na OIOM-ie dla noworodków polega na tym, że badani są w stanie krytycznym, wrażliwymi dziećmi, które są poddawane wymagającym procedurom pielęgnacyjnym i pielęgnacyjnym. Aby zapewnić nie tylko bezpieczeństwo pacjenta, ale także przyszłość badań EEG na OIOM-ie, konieczna jest ścisła współpraca z kluczowym kontaktem z OIOM-em, a także wysoki poziom zaufania ze wszystkimi pracownikami OIOM-u zaangażowanymi w opiekę nad pacjentem.

Niedawne prace zarówno na ludzkich dzieciach w^{wieku 5-7,10} lat, jak i na modelach zwierzęcych ze szczurzymi młodymi^{w wieku 13-15} lat podkreśliły dominację częstotliwości infrawolnych w EEG. Chociaż są one łatwo widoczne w technice FbEEG (patrz rys. 1 i odnośniki 8,9), są ignorowane lub zniekształcane w konwencjonalnym EEG (przy użyciu wzmacniacza sprzężonego z prądem przemiennym), który trwale je odcina w momencie zbierania sygnału, ponieważ wzmacniacze sprzężone z prądem przemiennym działają jak filtry górnoprzepustowe (dolnoprzepustowe). Wierne zarejestrowanie tych działań w podwolnej odległości wymaga stabilnego ustawienia zapisu prądu stałego, które składa się ze wzmacniacza sprzężonego z prądem stałym (patrz Podziękowania), elektrod Ag/AgCl, żelu zawierającego chlorki¹⁶, a także odpowiedniej eliminacji potencjału nabłonkowego (szczegółowe informacje znajdują się w odnośnikach 2,3,8, a także http://www.nemo-europe.com/en/educational-tools.php -> Konfiguracja sprzętu EEG -> Przygotowanie skóry). W kontekście klinicznym warto zauważyć, że czepki użyte w naszej prezentacji są w pełni zgodne z zapisem FbEEG, podczas gdy wiele innych klinicznych czepków EEG jest nieodpowiednich ze względu na nieodpowiednie materiały elektrod (np. cynę) ¹⁶ i/lub słabą stabilność mechaniczną ze względu na krój i konstrukcję uchwytu elektrody (szczegóły patrz również odnośniki 1,8).

Właściwa ocena lub monitorowanie wczesnego wcześniaka musi opierać się na dokładnym zrozumieniu natury i specyficznych cech samej aktywności niedojrzałego mózgu (patrz wyżej). Takiego podejścia w dużej mierze brakuje we współczesnej praktyce klinicznej i literaturze. Wychodząc naprzeciw tej potrzebie, w naszym laboratorium opracowano protokół multimodalnej oceny neurofizjologicznej wcześniaków. Niniejszy artykuł łączy najnowszą wiedzę z zakresu neurobiologii rozwojowej, istotne postępy w technikach neurofizjologicznych, a także pilną potrzebę nowatorskich badań klinicznych. Nasza praca otwiera zatem okno do badań translacyjnych, które mogą być wykonywane w sposób dwukierunkowy (od ławki do łóżka pacjenta i z powrotem). Ponadto wyraźna demonstracja protokołu ma na celu stworzenie miejsca do gromadzenia na większą skalę klinicznie istotnych zbiorów danych, w tym badań mających na celu zdefiniowanie nieuchwytnych kryteriów normalności.

Nasze doświadczenie kliniczne w Szpitalu Uniwersyteckim w Helsinkach pokazało, że i) tego rodzaju badania multimodalne szybko stały się integralną częścią klinicznej, (ii) znacznie zwiększyło się zainteresowanie badaniami EEG u noworodków, oraz (iii) że postępy w rejestrowaniu Przedstawione tu techniki sprawiły, że wykonanie takich nagrań jest tak łatwo osiągalne, jak każde ograniczone, konwencjonalne EEG. Co najważniejsze, zrozumienie zależności między rozwijającymi się funkcjami i strukturą mózgu umożliwia ocenę dojrzewania mózgu w czasie, gdy dziecko nie jest jeszcze w stanie komunikować się ze światem zewnętrznym ¹⁷. Lepsza opieka nad mózgiem na wczesnym etapie rozwoju prawdopodobnie doprowadzi do trwałej poprawy stanu zdrowia i ogólnej jakości życia wcześniaka.