Лучшая современная практика для получения высокого качества данных ЭЭГ во время Одновременное МРТ

Одновременное электроэнцефалографии (ЭЭГ) и функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ) позволяет отличной временной разрешающей ЭЭГ быть объединены с высокой пространственной точностью МРТ. Есть несколько способов, в которых данные из этих двух условий можно комбинировать ^один, но все полагаются на получение высококачественных ЭЭГ и МРТ данных. На сегодняшний день одновременная ЭЭГ-МРТ были использованы для изучения корреляции между колебательных ритмов (измеренные с ЭЭГ) и оксигенации крови ответов (с помощью оксигенации крови в зависимости от уровня (жирный) МРТ), например, ^2,3. Он также был использован для изучения ли характеристики вызвала сигнал может объяснить дисперсию в BOLD сигнала на экспериментальной за экспериментальной основе ^4,5. В клинических исследованиях основное использование техники в том, чтобы исследовать очаги интериктальных эпилептических разрядов, которые могут помочь в планировании хирургического и в настоящее время трудно локализовать неинвазивным6,7. Чтобы достичь слияния ЭЭГ и МРТ данных, которые требуется, важно иметь высококачественные данные из обоих методов. Тем не менее, ЭЭГ данных, полученных при одновременном МРТ зависит от нескольких артефактов, в том числе градиент артефакт (за счет изменения магнитного поля, необходимые для МРТ), пульс артефакт (связано с сердечного цикла) и артефактов движения (в результате движений в сильном магнитного поля сканера, а также мышечной активности). Эти артефакты значительно больше, чем активность нейронов интерес и, следовательно, снижение (у источника) и коррекции артефактов (через пост-обработка) оба необходимы для обеспечения успешной реализации одновременного ЭЭГ-МРТ.

Пост-обработки методы в настоящее время для коррекции градиента и артефакты импульсов потребуется ряд критериев, которые будут удовлетворены во время сбора данных для того, чтобы производить высококачественные данные ЭЭГ. За предыдущее десятилетие на ОПТIMAL экспериментальную установку для записи данных высокого качества превратилась в наше понимание причин артефакты ^8-10 улучшилась, и мы узнали, как изменить экспериментальные методы, чтобы уменьшить артефакты в источнике ^11,12 и улучшения выполнение пост-обработки алгоритмов коррекции. Эти разработки включают в себя улучшение выборки градиента нагрузок и синхронизации сканера часы ^13,14 и использование vectocardiogram ^15,16, чтобы обеспечить чистой сердечной след, чем традиционная ЭКГ. Vectocardiogram следа происходит от четырех электродов, расположенных на груди со строгой фильтра нижних частот используется ^14-16. В результате следа относительно не зависит от градиента артефакты и нечувствительна к артефакт кровотока делает R-пикового детектирования легче. Тем не менее, средства для записи vectocardiogram не доступна на всех МРТ сканеры и поэтому будет только кратко упоминается в этом студы. Важность минимизации артефактов и строгие очистки данных было подчеркнуто, что недавняя демонстрация артефактов движения записаны в данных ЭЭГ может коррелировать жирным деятельности, не связанной с этой задачей интереса, производя ложные результаты, если крайняя не соблюдать осторожность во всем экспериментальный процесс ^17.

Изложенный здесь метод представляет текущий оптимальный подход для получения высокого качества ЭЭГ и МРТ данных одновременно, используя MR аппаратных и импульсных последовательностей, которые широко доступны, наряду с коммерчески поставляется ЭЭГ оборудования. Реализация предлагаемого метода приобретения, в сочетании с использованием соответствующих пост-обработки методами, даст ЭЭГ и МРТ данных, которые могут использоваться, чтобы ответить на ряд важных вопросов неврологии.

1. Подготовка экспериментальной установки

1. До прибытия субъекта созданы ЭЭГ оборудования в диспетчерской, где оператор сканера будет сидеть. Подключите портативный компьютер к ЭЭГ оборудование, как показано на рисунке 1. Примечание: все триггеры от периферийных устройств и МР-томографа должна быть длительностью более 200 мкс быть обнаружены ЭЭГ системы.
2. Настройка компьютера стимул, в этом исследовании, мы используем визуальный стимул; маркеров считываются в Recorder BrainVision в начале и в конце каждого периода стимуляции.
3. Убедитесь, что рабочее пространство для записи данных установлен на самом высоком временном разрешении и правильной настройки фильтра. В большинстве исследований AC-соединение с фильтром 0.016-250 Гц оптимальна хотя DC-муфты или выше (1 кГц) низкочастотного фильтра может потребоваться, если ультра низкой или высокой частоты нейронных сигналов представляют интерес, соответственно.
4. Проверьте мarkers со сканера и предъявления стимула, чтобы подтвердить, что они были записаны на ЭЭГ система правильно. Включите синхронизацию сканер и часов с помощью ЭЭГ контроль BrainVision панели записывающего устройства. Затем проверьте, синхронизация выполнена успешно, если создана правильная зеленый значок и "Sync On" точка появится.
5. Настройка сканера MR обычным образом, здесь мы используем тело передает радиочастотную катушку и 32 Старший канал получит РФ катушку. Когда это возможно, лучше использовать головку размером передавать катушки, чтобы минимизировать риск высокочастотного нагрева ЭЭГ крышкой и связанные с ними кабелей. Однако на большинстве сканеров, катушка голову передачи не может быть использован в сочетании с многоэлементной приемной катушки, что приводит к неоптимальной создан на приобретение МРТ данных (в частности параллельной визуализации ускорения невозможен). Мы используем эту конкретные головы приемной катушки, потому что она включает в себя порт доступа, которая позволяет кабели от ЭЭГ крышкой для запуска по прямой Pате из сканера.
6. Убедитесь, что MR последовательности для запуска настроены. МРТ последовательность должна использовать кусочек TR, кратное ЭЭГ период времени (200 мкс). При использовании Philips MR системы калькулятор Philips времени может быть использована для определения возможных срез и TR комбинаций.
7. Сделайте одну окончательную проверку, что все оборудование находится в режиме записи, как ожидалось.

2. Тема прибытия

1. Попросите его, чтобы прибыть с чистыми волосами и ношение удобной, неметаллических одежды.
2. Объясните предмет цели эксперимента и что будет происходить.
3. Попросите его заполнения форм, которые используются для определения, что нет противопоказаний для сканирования и MR, что предметом согласие на участие в эксперименте. Проверьте формы, прежде чем продолжить. В этом исследовании утверждение местным комитетом по этике была получена, и все пациенты дали информированное согласие.
4. Измерьте окружность головый выбора соответствующего размера колпачок (т.е. наименьший доступный колпачок, который больше, чем размер головы). Поместите крышку на голове, начиная с передней части головы и потянув назад. Установите крышку правильно, так, что электрод Cz расположено на полпути между назион и ИНИОН, а также центром влево-вправо.
5. Подключите электроды к голове: перемещение волос из пути, применяя спирте и затем Abralyte геля. Установите электрод ЭКГ на базу обратно способом, аналогичным тому, который используется для крышки электродов. Этот электрод для измерения сердцебиения. Позиционирование в основании задней рекомендуется максимального сигнала к шуму Р-пик на кривой ЭКГ, а также предмет комфорта.
6. Работа на контакты с тем, чтобы уменьшить полное сопротивление электродов на голове до менее чем 10 кОм (исключая сопротивление внутренних сопротивлений в каждом электроде). ЭКГ и ЭОГ сопротивления может быть выше, так как сигналы достаточно сильныER и хорошее может быть трудно достичь, но должна быть ниже 50 кОм.
7. Проверьте качество данных ЭЭГ удовлетворительное путем визуального осмотра данных на экране монитора.

3. Работу за пределами МР-томограф

(Дополнительно: требуется только, если вы хотите сравнить качество данных ЭЭГ изнутри и снаружи МР-томограф)

1. Настройка аппарата представления и ЭЭГ оборудования вне сканера (в месте, где магнитное поле низкой). Убедитесь, что установка как можно более близкими тому, который используется внутри сканера MR (в частности, этот вопрос должен быть лежа и аналогичный процесс предъявления стимула должна быть использована).
2. Выполнение эксперимента и записи данных таким же образом, используемой внутри сканера (см. главу 4).

4. Установка Тема внутри сканера MR

1. Попросите его сесть, пока вы SEт до ЭЭГ принадлежности в номере МР-томографа.
2. Возьмите усилителя в экранированной комнате и разместить его на столе в задней части сканера. Прикрепить усилитель к длинному волоконно-оптического кабеля. Передайте волоконно-оптического кабеля через волновод и приложите его к адаптеру USB BrainAmp в диспетчерской (рис. 1).
3. Регистрация пациента в пациента МР-томографа базы данных.
4. Возьмите предмет в комнату и попросить их лечь на планшет сканера.
5. Предоставить субъекту затычки для ушей, наушники и кнопка вызова, и убедиться, что они удобны.
6. Положите голову катушки над головой испытуемого. ЭЭГ кабели должны покинуть голову катушки по кратчайшему пути возможно. Сейчас площадку головы объекта, чтобы минимизировать движения головой.
7. Перевести тему в сканер Диаметр цилиндра, обеспечение того, чтобы электроды Fp1 и Fp2 находятся на изоцентра из МР-томографа в Z-направлении. Обычно это достигается путем выравнивания этих двух электродов с свет, который уСЭД для размещения объекта до входа в отверстие.
8. Прикрепить ЭЭГ крышки к усилителю на задней панели сканера. Убедитесь, что нет никаких проводов не петель в ЭЭГ приводит (это может привести к нагреванию РФ, а также привести к большей ЭЭГ артефакты, чтобы быть вызван) и того, что кабельное изолирован от МР-томографа вибрации как можно больше, здесь мы используем луч консольные Для достижения этой изоляции.

5. Запись внутри сканера

1. Поговорите с предметом из консоли номер, чтобы подтвердить, что они могут услышать сканера оператором и в порядке.
2. Второй экспериментатор начинает ЭЭГ мониторинг, проверка на шумных электродов в следах, а также для зеленого "Sync On" точку в нижней части экрана.
3. Четкого эффекта крио-насосов на записи можно увидеть (см. Рисунок 2). Таким образом, отключить эти насосы во время сбора данных, после руководства изготовителя.
4. Попросите его-го ходаEIR голову на небольшую величину. Важность сохранения головка все еще может быть видно из больших напряжений в ЭЭГ, которые являются результатом небольших движений головы.
5. , Чтобы прослушать запись нейронной активности, задавая тему, чтобы открыть и закрыть глаза. Посмотрите на затылочной альфа-активности. Это позволит проверить, является ли вы измеряете физиологические сигналы, а не шум. Если альфа-сигнал не может быть видно на предмет (что имеет место в некоторых субъектах) можно для проверки на активность нейронов, выполнив краткосрочной перспективе экспериментальной парадигмы без протекания МР-томографа и посмотреть для усредненных вызванных потенциалов.
6. Импульс артефакт можно ясно увидеть в исходных данных (см. Рисунок 2), особенно на электродах над храмами. Используйте ЭКГ, чтобы исправить этот артефакт в реальном времени, используя RecView (или в пост обработки в пакетах программного обеспечения).
7. Как только каждый МРТ начинается градиенты вызовет крупные артефакты на ЭЭГ данных. </ EM>
8. При МРТ эксперимента готова начать, - с системой предъявления стимула в состоянии готовности - тогда начать сохранение данных ЭЭГ, следуя инструкциям, появляющимся.
9. Теперь начать эксперимент, проверив, что маркеры с презентации стимула и МР-томографа можно увидеть в BrainVision записи. Здесь стимул состоит из полного поля радиальных шахматном при 100% контраста. Реверсирование Скорость 2 Гц так, что вызванный ответ будет происходить каждые 500 мс и маркер помещается в ЭЭГ файл на каждое изображение разворота.
10. ЭЭГ качества данных окажется очень бедная, но она может быть очищена, либо он-лайн в RecView или во время пост-обработки. Для того, чтобы поправочного градиента артефакт работать без ущерба для записи нейронных сигналов, стимул презентации не должен быть заблокирован в TR и частота стимул повтор не должна быть равной частоты повторения среза.
11. Градиент артефакт коррекции мУсть осуществляться до корректировки артефакт импульса (см. рисунки 3 и 4). Данные могут быть сегментирован в соответствии с предъявления стимула и проанализированы с помощью многочисленных методов; простой из которых составляет в среднем для исследования вызванных потенциалов (см. рисунок 6).

6. Тема Разбор полетов

1. После завершения сканирования, возьмите предмет из сканера и помочь им снять ЭЭГ крышкой.
2. Позвольте им мыть волосы.
3. Они сейчас могут свободно уйти.

7. Уборка в конце эксперимента

1. Соберите ЭЭГ оборудования в соответствии с требованиями Вашей лаборатории. Если производитель MR требует его, убедитесь, что синхронизация аппаратных отключен в конце каждой сессии, а не оставили подключенного к сканеру электроники.
2. Наконец, ЭЭГ крышки должны быть очищены. Для этого замочите в воде крышкой (как правило, примерноoximately 5 мин) или воды и дезинфицирующих смеси (дезинфицирующее должны быть выбраны в соответствии соответствующих патогенов рекомендации спектра и дезинфицирующее средство изготовителем насадок. Выдержка и дезинфицирующее концентрация должна следовать указаниям изготовителя дезинфицирующего средства.). Затем используйте зубную щетку, чтобы очистить от остаточных геля. Это очень важно, чтобы очистить крышку полностью обеспечить надлежащее исполнение крышку, когда последующей эксплуатации.

8. Анализ

1. Здесь в реальном времени анализ ЭЭГ была продемонстрирована, однако это также возможно и обычно желательно для пост-обработки данных ЭЭГ. Это может быть сделано в ряде анализ пакетов, таких как мозг продукты Анализатор 2 или EEGLAB.
2. Градиент и коррекции импульса артефакт может быть выполнена с использованием различных методов, таких как: средний артефакт вычитание ^18,19 (обычно используется для коррекции градиент и часто используется для коррекции артефактов импульса), независимые анальный компонентлиза ^20,21 или оптимальных базисных наборов ²² (для коррекции артефактов импульс).
3. Данные могут быть проанализированы в временной или частотной области, чтобы посмотреть на вызванных ответов и текущих колебательной активности.
4. Здесь записаны кривой ЭКГ с помощью системы мозга продукты так, чтобы получить информацию, необходимую для импульса коррекции артефакта. В стандартной конфигурации кривой ЭКГ записывается при помощи специального электрода, расположенного на задней части предмета. В нашей лаборатории мы используем также нестандартное решение, в котором работают vectrocardiogram для создания сердечной следа (Это можно сделать только с Philips физиологического мониторинга оборудования). Мы обнаружили, что это может быть полезно, если чистый след не может быть получена с использованием обычной ЭКГ настройки.

Рисунок 3 показывает качество сигнала и следовало ожидать при отсутствии коррекции артефактов не было выполнено. Понятно, что любой нейронной активности скрыта. Фиг.3С показано, что градиент артефакт имеет место на различных частотах, гармоники частоты среза приобретения в МРТ последовательности, охватывающие весь частотный диапазон записи. 4 показаны импульса артефакт которая открывается только градиент артефакт был удален помощью пост-обработки методом средней артефакт вычитание в анализатор 2 (версия 2.0.2). Очевидно, что существует значительное пространственное изменение этого артефакта и что O1, один из каналов, представляющих интерес для этого визуального эксперимента показывает особенно большой импульс артефакта. Этот артефакт имеет более низкую частоту, чем градиент артефакт (в основном ниже 10 Гц - фиг.4С) и связана с сердечной деятельности показано на рисунке 5. ЭЭГ качества данных, которые могут быть достигнуты после градиент и коррекции импульса артефакт, здесь импульса артефакт был скорректирован с использованием средних артефакт вычитание в анализатор 2 и R-пиков сердечного сигнала было обнаружено от кривой ЭКГ. Очевидно, что амплитуда остальные сигналы намного меньше, и, следовательно, нейронных сигналов больше не скрыт, как показано на вызывали ответы, полученные на фиг.6 и 7. 6 показан типичный вызванного ответа производится путем усреднения по всем 300 раздражители. Однако вариабельность этого ответа через блоки можно увидеть на рисунке 7, и именно это естественный и непредсказуемые изменения в нейронных ответов, которые могут быть использованы, чтобы допросить корреляции между смелыми и ЭЭГ ответа при одновременной записи были выполнены.

s/ftp_upload/50283/50283fig1highres.jpg "SRC =" / files/ftp_upload/50283/50283fig1.jpg "/>
Рисунок 1. Принципиальная схема установки ЭЭГ оборудования и необходимые подключения между оборудованием, как описано в протоколе. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 2. Преобразование Фурье сигнала собранных на тему лежит неподвижно с крио-насосов (красный) и OFF (черный) для представителя канала (Р7).

сырья ЭЭГ данных, записанных во время параллельного МРТ на 16 различных каналов (A);. упором на 5 секунд данных из страны Оз (B);. связанных с преобразованием Фурье (C) Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 4 десять секунд ЭЭГ данных, записанных на 16 различных каналов во время параллельного МРТ показано после градиент артефакт коррекции с использованием ААС на 16 различных каналов (A);. Сосредоточив внимание на 5 секунд данных из Оз (B), с соответствующим преобразованием Фурье (C Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 5. Десять секунд ЭЭГ данных, записанных on16 различных каналов во время параллельного МРТ, показали после импульса градиента и артефакт коррекции с использованием ААС (A), с акцентом на 5 секунд данных из страны Оз (B), с соответствующим преобразованием Фурье (C). Щелкните здесь для просмотра увеличить рисунок .

Рисунок 7. Изменение вызвала отклик по всей блоков для канала O1 (ответы были усреднены в течение 30 блоков сек).

Производство этой статье был организован мозг Products GmbH. Пьерлуиджи Castellone является сотрудником мозга Products GmbH, которая производит некоторые инструменты и программное обеспечение, используемое в этой статье.