Prematura EEG: en multimodal neurofysiologisk protokoll

Summary

Denna video förklarar bakgrunden teorin om neonatal EEG-aktivitet och sensoriska svar, följt av en demonstration av deras registrering i neonatal intensivvårdsavdelning.

Abstract

Sedan introduktionen i början av 1950-talet har elektroencefalografi (EEG) använts i stor omfattning i de neonatala intensivvårdsavdelningar (NICU) för bedömning och övervakning av hjärnans funktion hos prematura och sikt barn. Vanligaste indikationer är diagnosen av epileptiska anfall, bedömning av hjärnans mognad och återhämtning från hypoxisk-ischemiska händelser. EEG inspelningsteknik och förståelse för neonatala EEG-signaler har förbättrats dramatiskt, men dessa framsteg har varit långsamma med att tränga igenom de kliniska traditioner. Syftet med denna presentation är att teori och praktik av avancerade EEG-registrering för neonatalavdelningar.

I den teoretiska delen kommer vi att presentera animeringar för att illustrera hur en tidig hjärnan ger upphov till spontana och framkallade EEG aktiviteter, som båda är unika för denna utvecklingsfas, samt avgörande för en riktig hjärna mognad. Senaste djur arbete har visat att den strukturella hjärnan utveckpment återspeglas tydligt i början av EEG-aktivitet. De viktigaste strukturerna i detta avseende är de växande långväga anslutningar och övergående kortikal struktur, underplattans. Sensoriska stimuli i en tidig bebis kommer att generera svar som ses på en enda rättegång nivå, och de har underbyggnad i underplattans-cortex interaktion. Detta leder neonatal EEG lätt i ett multimodalt studie, där EEG är inte bara spelar kortikal funktion, men också testar underplattans funktionen via olika sensoriska modaliteter. Slutligen har införandet av kliniskt lämpliga täta array EEG lock samt förstärkare kan spela in låga frekvenser, avslöjas mängder av hjärnan aktiviteter som ännu har förbisetts.

I den praktiska delen av denna video, visar vi hur en multimodal, tät rad EEG studie utförs i neonatal intensivvårdsavdelning från en tidig bebis i inkubatorn. Videon visar förbereda barnet och inkubatorn, tillämpning avEEG cap, och genomförandet av sensoriska stimuli.

Protocol

1. Förbereda barnet och säng / inkubator för en EEG undersökning

1. Schemalägga EEG undersökningen så att det inte sam-incide med de andra NICU förfaranden, såsom blodprovstagning eller ultraljudsundersökning, eftersom de kan störa både EEG-enheter och barnets vaksamhet staten.
2. Börja spela direkt efter utfodring, så att barnet är mest sannolikt att falla i sömn under registreringen. Det kan vara praktiskt att tillämpa alla registreringselektroderna före utfodring och / eller andra förfaranden vård, så att EEG kan påbörjas omedelbart därefter.
3. Se till att det inte finns några onödiga elektriska enheter som är anslutna till barnet.
4. Placera alla kablar kopplade till EEG inspelningen så långt som möjligt från de andra trådarna i sängen. Stäng sängen värme, om möjligt behandlingen klokt.
5. I ett fall av elektriska störningar, kan du försöka identifiera den störande enheten genom att stänga av dem (ibland även koppla från nätet, en itiden kan vara till hjälp).
6. Se till att barnets huvud inte vidrör fuktiga eller våta textilier, vilket kan öka koppling av störningar från externa ljudkällor till barnet.

2. Tillämpning av den täta array EEG cap

1. Ta bort störande vax och olja från barnets skalp genom att dra den med en trasa fuktad med utspädd alkohol eller baby schampo. Bedöm visuellt huvudet storleken på barnet att välja den optimala storleken på EEG gemensamma jordbrukspolitiken för att se till att locket sitter ordentligt på vertex, och att de temporala elektroderna är placerade på en lämplig nivå över örsnibbar (fem olika storlekar av dessa caps finns tillgängliga för att passa från extremt unga tidigt för att fullgångna nyfödda).
2. Om möjligt bör två personer arbetar tillsammans för att placera EEG locket, en tar hand om den gemensamma jordbrukspolitiken och den andra höll barnets huvud och eventuella intubation eller nasala rör CPAP. Om patienten har en CPAP, ta bort den för de 10-20 sekunder som det tar att placera tHan EEG locket. De håller remmar i näsan CPAP är inslagen under EEG gemensamma jordbrukspolitiken senare.
3. (Tillval) Om barnet har en IV-ledning i huvudet, måste du koppla den och föra den genom utloppet gjorts för det i den gemensamma jordbrukspolitiken (finns i locken som används i denna studie). Annars kommer du att behöva använda huvudet nätet och enda elektrod placering, vilket framgår på webbplatsen för NEMO studien (se http://www.nemo-europe.com/en/educational-tools.php ).
4. Håll barnet så att hans / hennes ansikte riktas mot dig. Ta av korken i båda händerna, och genom att använda fingrarna, tryck på mitten av locket ut och in så att den centrala (CZ och Pz elektroder) först kommer att beröra hårbotten.
5. Rulla locket försiktigt över huvudet så att locket är nästan sitter i sitt slutliga läge. Slutligen, justera locket symmetriskt i både vänster-höger-och anterior-posterior riktning. Kontrollera symmetri genom att se that CZ elektroden i mitten (vänster-höger) vid den linje som förbinder båda öronen. När du drar locket över pannan, är det praktiskt att hålla barnets huvud på plats genom att trycka tummarna mot hans / hennes panna ovanför ögonen.
6. Fäst hakrem till en täthet som håller locket väl på plats, och ändå låter obegränsad andning. Kollar nu också att den gemensamma jordbrukspolitiken storleken är optimal. Locket som visas i denna video kan se lite löst. Det sträcker den sig långt över pannan och occipital områden, och ändå är det så bra i kontakt med hårbotten på centroparietal områden. Fem olika storlekar av dessa tak är tillgängliga för att passa från extremt unga tidigt till full sikt nyfödda, och locket som visas i denna videon passar det här barnet för ett par veckor från och med nu.
7. Applicera elektrodgelen genom elektrodelementen hålen med en spruta ansluten till en tjock gel trubbig nål ("spetsen"). En böjd spets kan vara användbara för att nå kontakt som är svåra att komma åt direkt. Fyll electrode koppar så att ingen gel kommer att läcka ut, eftersom det kan bilda bryggor med angränsande elektroder eller väta kudden eventuellt orsaka artefakt. En mer viskösa gelén formel kan vara praktiskt i detta avseende, och tillåter även gelande före locket placering (se ref 1).
8. Kontrollera impedanserna och EEG signalkvalitet, och förbereda hårbotten antingen genom försiktig mekanisk gnidning eller genom att använda den så kallade SurePrep metod som behövs ^2,3 ( http://www.helsinki.fi/science/eeg/videos/sureprep/ ) . Observera kvalitet hudkontakt samtidigt från impedansvärdena som ges av EEG programvaran eller genom att titta på EEG spår kvalitet. Utgå från referens och jord, sedan förbereda en hemisfär i taget för att minimera förflyttning av barnet.
9. Starta EEG registrering när impedansen nivåerna är acceptabla, vanligtvis under 15kohms eller när signalen ser ren nog utan filtrering. Observera att impedanser Visn oftaove över tiden, så ge några minuter tid för impedanserna att lösa ner.

3. Tillämpning av polygrafiska sensorerna

1. Record muskeltonus (elektromyografi, EMG) genom att fästa två EMG elektroder under hakan. Förbered huden försiktigt innan elektrod ansökan.
2. Spela hjärtslag genom att två EKG-elektroder på bröstet eller på axlarna. Shoulder bilaga är användbart om det finns ett behov av att identifiera potentiella epileptiska kroppsrörelser. Förbered huden försiktigt innan elektrod ansökan.
3. Spela ögonrörelser (Electro-oculogram, EOG) antingen med frontal EEG-elektroder (inget ytterligare elektroder behövs), eller med separata EOG elektroder fästa nära laterala hörnen av ögonen. I de yngsta premies, kan det dock ibland vara nödvändigt att använda piezo sensorer kopplade till ögonlocken (visas ej i denna video), eftersom deras näthinna kanske inte polariserade tillräckligt för att orsaka detekterbara elektriska fält. Förbered SKi försiktigt innan elektroden ansökan.
4. Övervaka andning rörelser med en stretch-känsligt givare bälte som lindas runt stammen över buken eller bröstet. Se till att givaren är tillräckligt stram för att visa respiratoriska rörelser i inspelningen, och ändå löst nog för att tillåta obegränsad andning. Hos barn med spontan andning har särskild omsorg behövs inte i onödan andningsrörelser (se även http://www.nemo-europe.com/en/educational-tools.php ).
5. Om kliniskt behov, också lägga en rörelse känsliga piezo sensor till någon del av kroppen som väntas visa ovanliga rörelser.
6. Placera EEG-synkroniserade video kameran så att hela barnet väl ses i bilden. Under vissa delar av EEG studien kan man välja att fokusera på utvalda kroppsdelar, såsom händer eller fötter under sin taktil stimulering.

4. Inspelning

1. Under hela inspelningen, hålla ett öga på signalkvaliteten och göra korrigeringar om någon signal försämras. Följ barnet också, och lägga till anteckningar av alla händelser (t.ex. kliniskt tecken, rörelse, Drug Administration) som kan vara av intresse under senare offline EEG tolkning.
2. Skulle artefakter inträffar under inspelningen, felsöka dem och göra korrigeringar av inspelningen omedelbart. Många artefakter kan permanent äventyra senare användning av EEG signalen.
3. Justera inspelningstid individuellt så att EEG studien ingår minst en epok av alla vaksamhet stater: vaken, aktiv sömn och lugn sömn. I de flesta fall kommer detta att 40 till 90 minuter.
4. Utför sensoriska stimuleringar (se avsnitt 5 nedan) när barnet är väl sover. Det är föredraget att vänta tills ro sömnperioden.
5. I slutet av EEG-inspelningen, ta bort locket och andra sensorer och rengör överskottet gelén från barnets hårbotten genom att torka med en våt trasa. </ Li>
6. Rengör EEG locket och andra tillbehör först mekaniskt, sedan sterilisera dem enligt sjukhusets anvisningar.

5. Sensoriska stimuli

1. Observera att alla sensoriska svar i de unga preemies har en lång (flera sekunder) refraktärperioden och svaren sjunker snabbt med korta interstimulus mellanrum eller i närvaro av andra pågående EEG-aktivitet i sensoriska cortex. Därför levererar sensoriska stimuli i ögonblick när EEG har varit relativt tyst åtminstone några sekunder, vilket är lättast att göra under lugn sömn uppvisar spår avbryta verksamheten ^4-6. Använd om möjligt stimulans enheter som automatiskt genererar ett märke (trigger) i EEG spår. Utför först de taktila stimuli, sedan de visuella stimuli, till sist och de auditiva stimuli som kan väcka barnet.
2. För att studera de visuella evoked, ge enskilda blixtar med en enhet integrerad i EEG-system. Ni may också visa alla övergående ljus, till exempel flytta en fackla stråle över ansiktet. Ett svar är lätt genereras även från distans, till exempel genom de transparenta inkubatorn väggarna. Observera svaret med åtminstone en andra varaktighet i flera skallbenet och elektroder parietala.
3. För att studera somatosensoriska evoked, gäller mjuka taktila stimuli till handflatan eller enda av barnet. Det är bra att använda en enhet som automatiskt genererar ett märke (trigger) i EEG spår. Observera svaret i kontralaterala Centro-temporala (C och T) elektroder efter sidan stimulering, och i mittlinjen (CZ) elektroderna efter foten stimulering. För att hjälpa senare analys, lägga manuell anteckning i EEG-registrering som helst när du ser en spontan lem rörelse, eftersom det ger svar liknande stimulerade dem.
4. För att studera auditiva svar, kan du använda nästan vilket ljud med relativt låg intensitet, såsom hand klappar nära barnets huvud. Undvik att använda traditionella hornetstimulering, eftersom dess höga ljudintensitet kommer att leda till både hörsel aktivering och sömn upphetsning, ofta med åtföljande rörelse artefakter.

6. Analys

1. Starta preliminär analys under registreringen redan. Lägga till kommentarer av kliniska händelser som inte är uppenbara från EEG-signalen (t.ex. vård förfaranden, onormala rörelser eller Drug Administration). Notera också alla EEG artefakter (t.ex. sugande, gunga eller peka), som är svåra att identifiera efteråt. Slutligen lägger din preliminära överväganden som de uppstår på nätet, eftersom de ofta kan innebära insikter som är svåra att uppfatta senare. Kontrollera att du har spelat in både aktiva och lugn sömn, och att antalet och kvaliteten på sensoriska stimuli är tillräckliga.
2. Den faktiska, grundlig genomgång av neonatal EEG görs offline i en arbetsstation där EEG-fynd kan bearbetas och beskrivs mer i detalj.

7. Representativa resultat </ P>

Figur 1 Jämförelse av inspelningen med konventionell EEG (vänster) och en ofiltrerad, Full-band EEG. (FbEEG, höger). Notera de framstående långsamma svängningarna i FbEEG signalen [se även refs 7-9], som saknas i den konventionella EEG. För detaljer, se diskussion.

Figur 2. Jämförelse av ökningen i informationen som erhålls genom tillsats av antalet elektroder. En hög täthet EEG (höger) gör det möjligt att analysera och / eller följa kortikala områden separat. Denna geografisk information är försumbar i den konventionella 8 kanaler (mitten) inspelning, och helt förlorad i den gemensamma en kanal EEG övervakning (till vänster).

. Figur 3 Vänster: Ett exempel visas från enstaka prövningar svar på taktila sensoriska stimuli av händer som ses i den råa EEG spår. Höger: Jämförelse av de prematura och fullgånget somatosensoriska responser (både C4-Fz härledning) visar storleken av prematura kortikala reaktioner. Den prematura svaret visas från en enda rättegång spår, medan fullgånget svaret genereras av utjämning, eftersom det inte skulle skilja på enda rättegång nivå. I fullgånget spår, visar pilen N1 respons som konventionellt används som representativt mått på klinisk diagnos. För ytterligare information, se refs 4,6,10,11.

Discussion

Registrering av neonatal EEG på det sätt som visas här är säkert, och därmed genomförbart från alla barn och alla tillstånd som tillåter hantering i samband med rutinmässig vård förfaranden ^1. Den intensivvårdsavdelning är ett utmanande miljö för de känsliga EEG-enheter. En nyckel till ett tekniskt god kvalitet inspelning är en korrekt användning av väl fungerande tät rad EEG mössa, såsom den som visas i den här videon. NICU miljön är unik i det att försökspersoner är kritiskt sjuka, utsatta barn, som genomgår krävande vård och diagnostik. För att garantera inte bara säkerheten för patienten, men också framtiden för EEG studier i din NICU, är det nödvändigt att ha ett nära samarbete med din nyckel NICU kontakt, samt en hög nivå av förtroende med alla NICU personal som vården .

Senaste arbete i båda människobarn ^5-7,10 och djurmodeller med råttungar ^13-15 har betonat dominans infraslow frekvensernatalet i EEG. Medan de är lätt ses med FbEEG teknik (se fig 1 och referenser 8,9), ignoreras de eller förvrängas på konventionellt EEG (med användning av en AC-kopplad förstärkare) som är permanent klyver dem vid tidpunkten för signalen insamling, eftersom AC-kopplad förstärkare fungerar som högpassfilter (Low cut filter). En trofast inspelning av dessa infraslow verksamhet kräver en DC stabil inspelning inställning som består av en DC kopplad förstärkare (se Erkännanden), Ag / AgCl elektroder, klorid-innehållande gel ^16, samt en adekvat eliminering av epitelial potential (för detaljer, se refs 2,3,8 samt http://www.nemo-europe.com/en/educational-tools.php~~HEAD=NNS -> Konfigurera EEG maskin -> Skin prepping). Det är anmärkningsvärt i kliniska sammanhang, att de lock som används i vår presentation är helt kompatibel med FbEEG inspelning, medan många andra kliniska EEG lock är olämpliga på grund av deras olämpliga elektrod materials (t.ex. tenn) ¹⁶ och / eller dålig mekanisk stabilitet på grund av skurna och elektrodhållaren design (för detaljer, se även refs 1,8).

Adekvat bedömning eller övervakning av den tidiga prematura hjärnan måste bygga på en grundlig förståelse av naturen och särskilda egenskaper omogna hjärnans aktivitet i sig (se ovan). Ett sådant tillvägagångssätt till stor del saknas i nuvarande klinisk praxis och litteratur. För att möta detta behov har protokollet för en multimodal neurofysiologisk utvärdering av för tidigt födda barn utvecklas i vårt laboratorium. Föreliggande dokument överbryggar varandra den senaste kunskapen om utvecklings-neurobiologi, relevanta framsteg inom neurofysiologiska tekniker, liksom det trängande behovet för nya klinisk forskning. Vårt arbete hences öppnar fönstret för translationella studier som skall utföras i en dubbelriktad sätt (från bänk till sängen och tillbaka). Dessutom syftar tydlig demonstration av protokollet att öppna en mötesplats för större SCale samling av kliniskt relevanta datamängder, inklusive studier för att definiera svårfångade kriterier normalitet.

Vår kliniska erfarenhet Helsingfors universitetssjukhuset har visat att i) multimodala studier av detta slag snabbt har blivit en integrerad del av klinisk rutin, ii) att de väsentligt har ökat intresset för neonatala EEG studier och iii) att utvecklingen under inspelning tekniker som visas här har gjort genomförandet av sådana inspelningar som lätt uppnås som någon begränsad, konventionell EEG. Viktigast att förstå sambanden mellan utveckling hjärnans funktion och struktur gör det möjligt att bedöma hjärnan mognad vid en tidpunkt då barnet ännu inte kan kommunicera med omvärlden ^17. Bättre hjärnan vård på ett tidigt stadium av utveckling kommer sannolikt att leda till en permanent ökning av hälsa och livskvalitet i den prematura barnet.