Międzynapadowe oscylacje o wysokiej częstotliwości wykryte za pomocą jednoczesnej magnetoencefalografii i elektroencefalografii jako biomarkera padaczki dziecięcej

Ogólnym celem niniejszego protokołu jest przedstawienie zstandaryzowanej metodologii niezawodnego, nieinwazyjnego wykrywania i lokalizacji interiktalnych oscylacji wysokiej częstotliwości u pacjentów pediatrycznych z epilepsją lekooporną, z wykorzystaniem jednoczesnego zapisu elektroencefalografii powierzchniowej i magnetoencefalografii. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania w obszarze epilepsji dziecięcej, takie jak określenie, który obszar mózgu jest epileptogenny i powinien zostać usunięty podczas operacji. Główną zaletą tej techniki jest możliwość nieinwazyjnej lokalizacji obszaru generującego oscylacje wysokiej częstotliwości w mózgu dzieci z epilepsją.

Różne badania wykazały, że oscylacje o wysokiej częstotliwości można wykryć nieinwazyjnie za pomocą skalpowego EEG i MEG, jednak tylko nieliczne prace lokalizują ich generatory na poziomie źródłowym. Przedstawiamy lokalizację generatorów leżących u podstaw oscylacji o wysokiej częstotliwości, uzyskaną poprzez rozwiązanie problemu odwrotnego, i porównujemy ją z lokalizacją określoną przez epileptologa. Rozpocznij od założenia pacjentowi czepek do elektroencefalografii (EEG) zgodnie z międzynarodowym systemem 10-20.

Oczyść skórę w miejscach rozmieszczenia poszczególnych elektrod, odsuń włosy, a następnie nałóż żel pod każdą elektrodę. Następnie umieść elektrodę uziemiającą i referencyjną na głowie pacjenta. Podłącz dodatkowe elektrody do pomiaru poziomej i pionowej elektrokocleografii, EOG, elektrokardiografii, ECG, elektromiografii, EMG, oraz dodatkowe elektrody EEG w miejscach obejmujących obszary skroniowe.

Następnie za pomocą urządzenia do pomiaru impedancji EEG zmierz impedancję każdej elektrody. Jeśli impedancja przekracza 10 kiloohms, ponownie oczyść skórę i upewnij się, że wartość ta spadnie poniżej 10 kiloohms. Umieść cztery cewki HPI na czepku EEG.

Użyj digityzera, aby wyznaczyć położenie punktów referencyjnych, w tym lewego i prawego punktu przedusznego oraz nasionu, a także lokalizację cewek HPI i elektrod EEG. Zdigitalizuj dodatkowe punkty głowy, aby uzyskać precyzyjny kształt głowy. Następnie przetransportuj pacjenta do pomieszczenia ekranowanego magnetycznie (MSR), w którym znajduje się system magnetoencefalografii (MEG).

Ułóż pacjenta na łóżku. Umieść jego głowę w kasku MEG i zastosuj odpowiednie podkładki pod głową pacjenta dla zapewnienia komfortu. Dostosuj pozycję głowy pacjenta w skanerze, upewniając się, że znajduje się ona jak najgłębiej w kasku.

Na koniec zamknij drzwi do MSR i komunikuj się z pacjentem za pomocą systemu interkomowego. Rozpocznij nagrywanie, klikając przycisk start w oprogramowaniu do akwizycji MEG. Sprawdź w trybie online wszystkie rejestrowane sygnały i usuń artefakty w uszkodzonych kanałach MEG, korzystając z tunera czujników.

Następnie zmierz pozycję głowy pacjenta, klikając przycisk pomiaru w oprogramowaniu do akwizycji MEG. Jeśli głowa pacjenta nie jest odpowiednio pokryta przez matrycę sensoryczną, poproś pacjenta o przesunięcie głowy głębiej do wnętrza hełmu. Następnie w oprogramowaniu do akwizycji MEG kliknij przycisk rejestracji, aby zarejestrować sygnały MEG, EEG oraz uzyskać zapisy obwodowe przez 60 minut.

Po zakończeniu rejestracji otwórz MSR i wyprowadź pacjenta z pomieszczenia MSR. Delikatnie usuń wszystkie taśmy, elektrody, cewki HPI oraz czepek EEG. Na koniec, po odprowadzeniu pacjenta z przestrzeni badawczej, zarejestruj sygnały magnetyczne pustego MSR przez dwie minuty bez obecności pacjenta.

Zacznij od otwarcia danych w oprogramowaniu do analizy. Wyświetl dane EEG i MEG w dwóch pionowo wyrównanych oknach, ustawiając 10 sekund na stronę. Przejdź do karty filtrów i ustaw filtr górnoprzepustowy na 1 Hz, filtr dolnoprzepustowy na 70 Hz oraz filtr notch na 50 lub 60 Hz.

Przeanalizuj dane i zidentyfikuj fragmenty z interiktalnymi wyładowaniami epileptycznymi (IED). Zaznacz szczyt każdego wyładowania IED występującego zarówno w danych EEG, jak i MEG. Uruchom algorytm do automatycznej detekcji HFO w fragmentach danych EEG zawierających IED, a następnie zaimportuj wykryte HFO do oprogramowania do wizualizacji danych.

Aby przejrzeć wykryte zdarzenia HFO, należy wyświetlić zapisy EEG, MEG oraz zapisy peryferyjne w oknach wyrównanych pionowo, o długości dwóch sekund na stronę. Przejdź do karty filtrów i ustaw filtr dolnoprzepustowy na 250 hertz oraz filtr górnoprzepustowy na 80 hertz. Aby upewnić się, że wykryte HFO nie wynikają z artefaktów, należy zweryfikować, czy w zapisach peryferyjnych nie występuje jednoczesna aktywność.

Ponadto należy uwzględnić tylko te zdarzenia HFO, które występują jednocześnie w sygnałach EEG i MEG, i pominąć HFO, które nie nakładają się na zaznaczone IED. Następnie należy przeprowadzić segmentację obrazu MRI pacjenta, uzyskać powierzchnię kory za pomocą oprogramowania do analizy obrazowania mózgu i oszacować model przekazu metodą elementów brzegowych. Dla każdego zdarzenia HFO należy przeprowadzić lokalizację źródła w danych EEG i MEG, stosując metodę falkowej maksymalnej entropii średniej (WMEM).

Oblicz średnią z wyników lokalizacji w czasie trwania zdarzenia, aby uzyskać mapę lokalizacji źródła. Na koniec zwizualizuj strefę HFO na powierzchni kory, stosując próg 60% maksymalnej amplitudy aktywacji w oparciu o dane EEG i MEG. W tych przykładach pacjentów HFO zidentyfikowano w pasmie częstotliwości ripples od 80 do 150 hertz, występujące zarówno w EEG, jak i MEG, nakładające się na IED.

Płaszczyzna czasowo-częstotliwościowa dwóch reprezentatywnych kanałów EEG i MEG wykazuje typowy odizolowany szczyt w momencie wystąpienia HFO. Przedstawiono tutaj wyniki lokalizacji HFO uzyskane zarówno z EEG skóry głowy, jak i z MEG u 15-letniej dziewczynki z encefalomalacją w obrębie obszaru prawej tętnicy środkowej mózgu. Obie techniki lokalizują HFO w sąsiedztwie zmiany, w miejscu bliskim prawego połączenia skroniowo-ciemieniowego, choć wyniki te nie były identyczne.

Tutaj przedstawiono wyniki 11-letniego chłopca z encefalomalacją lewego ciemieniowego górnego płata skroniowego. Rysunek pokazuje zgodność przestrzenną między strefą HFO zlokalizowaną nieinwazyjnie za pomocą skalpowego EEG i MEG, IEDs zlokalizowanymi za pomocą MEG oraz strefą HFO zlokalizowaną inwazyjnie za pomocą iEEG. Lokalizacja elektrod wewnątrzczaszkowych z największą liczbą HFO, LA51, LA52 i LA53, była zgodna z aktywnością HFO zlokalizowaną nieinwazyjnie, a obie te strefy pokrywały się ze strefą inicjacji napadów.

Jest to pierwsze badanie raportujące lokalizację międynapadowych oscylacji wysokoczęstotliwościowych przy jednoczesnych pomiarach EEG i MEG, które bada również zgodność wyników lokalizacji z wynikami uzyskanymi z rejestracji wewnątrzczaszkowej. Nieinwazyjna rejestracja, detekcja i lokalizacja oscylacji wysokoczęstotliwościowych jest trudna, ponieważ HFO są bardzo słabymi sygnałami generowanymi przez niewielkie obszary mózgu rzędu milimetrów sześciennych i są utrudnione przez szumy oraz tło aktywności mózgowej. Do tej pory niewiele badań zdołało wykazać, że oscylacje wysokoczęstotliwościowe można wykryć nieinwazyjnie za pomocą elektroencefalografii i magnetoencefalografii oraz zlokalizować tę aktywność poprzez rozwiązanie problemu odwrotnego.

Opanowanie, udoskonalenie i ocena proponowanego protokołu zapewnią lekarzom niezawodny, rejestrowalny nieinwazyjnie biomarker do identyfikacji strefy epileptogennej. Opracowanie tego biomarkera ma potencjał do ograniczenia zapotrzebowania na długoterminowy monitoring oraz inwazyjne rejestracje wewnątrzczaszkowe i znacznej poprawy procedury oceny przedoperacyjnej u pacjentów pediatrycznych z epilepsją.