Summary
Schmerzen bei non-verbale Patienten zu messen, ist eine Herausforderung. In dieser Studie verbinden wir EEG-Aufzeichnung mit der Stimulation mit einer Flat-Tip-Sonde, um schädliche-evozierten Hirnaktivität in objektiver Weise zu erkennen.
Abstract
Schmerz ist eine unangenehme sensorische und emotionale Erfahrung. Bei non-verbale Patienten ist es sehr schwierig, Schmerzen, auch mit Schmerzen-Bewertungs-Tools zu messen. Diese Werkzeuge sind subjektiv oder sekundären physiologischen Indikatoren, die auch gewisse Einschränkungen haben, besonders, wenn die Wirksamkeit der Analgesie erkunden zu bestimmen. Da kortikalen Verarbeitung für Schmerzwahrnehmung unverzichtbar ist, können Gehirn Aktivität Maßnahmen eine sinnvolle Vorgehensweise zur Beurteilung von Schmerzen bei Säuglingen. Hier präsentieren wir eine Methode zur Bestimmung der Nozizeption mit elektrophysiologischen Gehirn Tätigkeit Aufnahmen optimiert für den Einsatz bei Neugeborenen. Um hoch standardisierte und reproduzierbare Schmerzreize erzeugen wir mechanische Stimulation mit einer Flat-Tip-Sonde, z.B.PinPrick, die ist nicht Haut-Abbau und verursacht keine Verhaltensstörungen not angewendet. Das schädliche evozierte Potential ermöglicht die objektive Messung der Nozizeption in non-verbale Patienten. Diese Methode kann bei Neugeborenen bereits 34 Wochen gestational Alter verwendet werden. Darüber hinaus kann es in verschiedenen Situationen wie die Messung der Wirksamkeit von analgetische oder betäubende Medikamente angewendet werden.
Introduction
Schmerz ist eine unangenehme sensorische und emotionale Erfahrung verbunden mit tatsächlicher oder potenzieller Gewebeschädigung oder in Bezug auf solche Schäden1beschrieben. Die Unfähigkeit, verbal zu kommunizieren, negiert nicht die Möglichkeit, dass ein Individuum Schmerzen erlebt aber es sehr schwierig macht zu beurteilen, schmerzlindernde Behandlung, zum Beispiel bei Neugeborenen2. Verschiedene Verhaltens- und physiologischen Indikatoren sind verwendet, um Schmerzen bei non-verbale Patienten beurteilen. Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Skalen entwickelt, die Wahl hängt von der Art des Reizes, gestational Alter und das Umfeld, in dem der Neugeborenen Embeded3,4,5. Diese Schmerzen Bewertungsinstrumente entweder auf die Rater Auslegung verlassen oder sie fordern sekundären physiologischen Indikatoren.
In diesem Video präsentieren wir Ihnen eine Methode zur Bestimmung der Nozizeption elektrophysiologische Aufnahmen optimiert für den Einsatz bei Neugeborenen. Nozizeption ist definiert als die neuronalen Prozess der Codierung Schmerzreize. So ist die Quantifizierung der Nozizeption eine elegante und objektive Methode zur Bestimmung des neuronalen Eingangs in eine non-verbale Person. Darüber hinaus ist kortikale Aktivität erkannt durch Elektroenzephalographie (EEG) korreliert mit der Intensität der schädlichen Ereignisse5,6.
Die hier vorgestellte Methode kombiniert mit Schmerzreize produziert durch eine mechanische Stimulation mit einer flachen Spitze Sonde, auch genannt eine Pinprick7, das ist nicht Haut-Abbau und verursacht keine Verhaltensstörungen not6EEG-Aufzeichnung. Es hat sich gezeigt, dass Nozizeption folgenden Stimulation interpunktieren ist vorwiegend vermittelt durch Aδ-Fasern, ist nicht notwendig eine Haut brechen Läsion8 und das Ausmaß der nozizeptiven-spezifischen potenziellen nicht abhängig von ist Zustand9schlafen. Die Sonde ist von Eltern auch gut angenommen, bei der Anwendung dieser Methode in einer Studie Umgebung mit Neugeborenen. Die Sonde ist elektronisch mit der EEG-Aufnahme-System ermöglicht die EEG-Aufzeichnung genau gekennzeichnet werden, wenn die Sonde Kontakt mit der Haut verbunden. Dies vereinfacht den Prozess der Zeit sperren und ist die Voraussetzung für alle nachfolgenden EEG-Analysen. Um die Vorbereitungszeit der Säugling EEG-Aufzeichnung zu minimieren haben wir einen veränderten internationalen 10/20 Platzierung Elektrodensystem wo haben wir die Anzahl der Elektroden auf die Mindestanforderung von drei Elektroden (Abbildung 1) reduziert. Die zentrale Stützpunkt Cz Elektrode, wo die schädliche-evozierten Hirnaktivität maximal9,10,11 ist, wurde zusammen mit einem Verweis und eine Masseelektrode eingesetzt.
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Protocol
Die Studie wurde von der zuständigen Ethik Komitee der Nordwestschweiz (EKNZ 2015-079) genehmigt und fundierte schriftliche Einwilligung der Eltern für die Teilnehmer wurde vor der Messung erreicht.
1. Vorbereitung
- Stellen Sie sicher, dass das Kind ausgeglichen wird. Es sollte ruhig und ließ sich, ohne saugen Bewegungen während der Aufnahme wegen Bewegungsartefakte. Das Baby kann schlafen9sein.
- Messen Sie das Neugeborene Kopfumfang mit einem Maßband um die Größe des EEG Kappe zu definieren.
- Identifizieren Sie die aktive Elektrodenposition: Cz / Vertexposition durch markieren den Mittelpunkt zwischen Nasion und Inion und dem mittleren Punkt zwischen der linken und rechten Preaurical Punkt mit einem Haut-Marker-Bleistift. Für die Positionierung der Elektroden siehe auch Abbildung 1.
- Identifizieren Sie die Positionen der Masseelektrode: rechten Stirn (Fp2) und die Referenzelektrode: linke Warzenfortsatzes (A1).
- Reinigen Sie die Elektrode Websites (Cz, Fp2 und A1) mit Desinfektionsmittel mit einem Wattestäbchen. Trennen Sie bei viele Haare die Haare um die Kopfhaut zu visualisieren.
- Schrubben Sie vorsichtig die Elektrode Websites mit EEG Mattierungspaste, mit einem Wattestäbchen auf um die Impedanz zu senken.
- Setzen Sie die EEG-Kappe mit auf das Neugeborene Kopf angebrachten Elektroden.
- Injizieren Sie leitendes EEG-Gel in die Elektroden mit einer Spritze mit einer kurzen Nadel aus Kunststoff, um den Kontakt zwischen den Elektroden und der Kopfhaut zu optimieren.
- Passen Sie die Elektroden, bis die Impedanz unter 50 kΩ ist, wie in den Empfehlungen des Herstellers und veröffentlichten Leitlinien12beschrieben.
- Stellen Sie eine Kamera um das Neugeborene Mimik zu erfassen.
- Verbinden Sie die Flat-Tip-Sonde mit Kontakt Trigger-Gerät, die EEG-Aufnahme-Gerät befestigt ist. Wenn die Wohnung-Tip Sonde Nennkraft auf der Haut erreicht, erzeugt ein Triggersignal Kontakt Trigger-Gerät. Dieses Signal wird an den Computer, das EEG-Aufzeichnung mit einem Trigger-Mark-tagging.
2. Messung
- Wählen Sie einen Studiennamen zum Speichern der Daten.
-
Online-Band Pass Filter hinzufügen:
- Display-Filter:
Niedrige cutoff-Filter: Frequenz: 1 Hz
Hohen cutoff-Filter: Frequenz: 70 Hz
Notch-Filter: 50 Hz
Abtastrate: 2000 Hz
- Display-Filter:
- Starten Sie das EEG und video-Aufzeichnung.
- Halten Sie das Neugeborene Rechte Hand in einer horizontalen Position. Der Reiz auch auf einer anderen Website angewendet werden kann, z.B. den Fuß, was zu längeren Latenz als von Hand führt, Einzelheiten finden Sie 3,7.
- Erste Platte Hintergrund EEG-Aktivität. Während das Neugeborene Hand gehalten wird, kommentieren Sie die EEG-Aufzeichnung manuell, um Zeiträume zu erfassen, wo keine Reize gelten und das Kind ruht.
- Führen Sie die erforderliche Menge an Flat-Tip Sonde Reize nach das Studiendesign auf das Neugeborene Rechte Hand. Inmitten unserer experimentellen Design, das die Anzahl der Flat-Tip Sonde Reize um 50. Achten Sie darauf, die Flat-Tip Sonde senkrecht auf das Neugeborene Hand verwenden, so dass die Spitze nicht beugen und die richtige Kraft aufgebracht. Führen Sie die Flat-Tip Sonde Reize mit einem Minimum an einem 2 bis 3 s inter-Stimulus-Intervall (ISI)6 , um Summierung zu vermeiden.
- Die Aufnahmen zu stoppen.
- Die experimentelle Einstellungsdetails zu dokumentieren.
(3) Datenanalyse
- Filtern Sie die Rohdaten EEG offline mit einem Hochpass-Filter bei 1 Hz und einem Tiefpass-Filter bei 30 Hz.
- Segmentieren Sie die Daten in Epochen der 1.500 ms (500 ms vor 1.000 MS nach dem Stimulus Onset).
- Führen Sie eine Basislinienkorrektur, das Pre-Stimulus-Intervall.
- Manuell ablehnen der EEG-Epochen mit Artefakten wie Bewegungsartefakte und Lärm, nach Sichtprüfung. Siehe hierzu auch den Tutorial Umriss: Https://sccn.ucsd.edu/wiki/Chapter_01:_Rejecting_Artifacts
- Durchschnitt der EEG-Epochen (für den Hintergrund und Stimulus Reaktion separat).
- Holzig-Filter die Daten mit einer maximalen Jitter von ± 50 ms im Zeitfenster 0 - 1000 ms post Reiz auftreten. Dies ermöglicht eine Latenz Unterschiede zwischen den Kindern. Dies gilt für den Hintergrund und Reiz Antworten separat.
- Projekt-Vorlage schädliche-evozierten Hirnaktivität, die in einem unabhängigen Dataset definiert wurde und wurde in beschrieben ausführlich an anderer Stelle11 auf die Daten, die das Ausmaß der schädlichen-evozierten Reaktion innerhalb jeder einzelnen Prüfung zu ermitteln. Die Vorlage beschreibt eine charakteristische Wellenform der schädlichen-evozierten Reaktion und das Ausmaß spiegelt die Menge dieser schädlichen-evozierten Reaktion innerhalb der einzelnen Studie.
Hinweis: Das Zeitfenster, um die Vorlage zu projizieren ist abhängig vom Alter des Säuglings und die Impulse Position. Wenn Reize auf die Hand angewendet werden, dann ist das Zeitfenster von Interesse Posten 200-500 ms Impuls11. Wenn die Reize auf den Fuß angewendet werden, dann ist das Zeitfenster von Interesse post 400-700 ms Impuls11. Beachten Sie, dass diese Vorlage nur derzeit für Kleinkinder zwischen 34-43 Wochen Schwangerschaft bestätigt wurde. Für detaillierte Methoden verbunden mit der Verwendung dieser Vorlage und eine Diskussion über die Grenzen bitte siehe Hartley Et Al. 201711. - Überprüfen Sie, dass das Ausmaß der Aktivität des Gehirns schädliche-evozierten, dass mithilfe der Vorlage deutlich den Reiz berechnet, im Vergleich mit im Hintergrund EEG verfolgt.
- Analysieren des Verhalten Gesichtsausdruck danach (Kamera ist verknüpft mit dem EEG Aufzeichnung) mit der neonatalen Gesichts Coding System2,13.
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Representative Results
Abbildung 1 zeigt die schematische Darstellung der Positionierung mithilfe der veränderten internationalen 10/20 Platzierung Elektrodensystem Elektrode. Abbildung 2 zeigt die EEG-Aktivität aufgezeichnet kurz vor und nach Anwendung einer einzigen schädliche Stimulus mit einer Flat-Tip Sonde mit 32 mN Kraft Stimulation aufgetreten wie beschrieben in das Protokoll, das Neugeborene Rechte Hand (Abbildung 2A). Die schädliche-evozierten Reaktion ist bei ca. 300 ms Post Reiz Beginn (Zeitpunkt 0) sichtbar. Abbildung 2 b zeigt die durchschnittliche Antwort 50 Reize mit einer Kraft von 32 Mio. für den gleichen Patienten angewendet. Beachten Sie, dass das schädliche evozierte Potential klarer ist, wenn mehr Reize angewendet werden. Holzig-Filterung, wie in Abbildung 2dargestellt lässt sich für geringe Variabilität in der Antwort einstellen. Die vordefinierte Vorlage11, in rot dargestellt wird auf das EEG, das Ausmaß der schädlichen-evozierten Reaktion berechnen projiziert.
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Elektrode Positionierung mit dem veränderten internationalen 10/20 Elektrode-Platzierung-System.
Abbildung 2: EEG-Aktivität aufgezeichnet als Reaktion auf die experimentelle Schmerzreize. Ein Flat-Tip Sonde Stimulus (32 mN) war in der rechten Hand eines Patienten, das Zeitfenster von Interesse 200-500 ms angewendet, nachdem der Reiz schattiert ist. Gruppe A: EEG-Aktivität nach einem einzigen Reiz, der wichtigsten Peak bei 250 ms ist mit einem Pfeil markiert. Gruppe B: gemittelt Reaktion nach 50 Reize. Panel C: Woody gefilterten Daten mit projizierten Vorlage (rot). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Discussion
Der hier vorgestellte Ansatz zeigt wie schädliche hervorgerufen Gehirn Aktivität beim Neugeborenen in objektiver Weise mit EEG-Aufzeichnung und Flat-Tip Sonde Stimulatoren experimentelle Schmerzreize anwenden gemessen werden. Diese Technik kann in verschiedenen klinischen Situationen verwendet werden, Nozizeption, z. B. in non-verbale Personen wie Neugeborene zu erkennen. Die vollständige Studie kann innerhalb von 15 Minuten, einschließlich platzieren das Baby, Festlegung, Ausarbeitung und Befestigung der Elektroden und schließlich Anwendung und Aufnahme der 50 Schmerzreize erfolgen. Die Reize verursachen keine Säuglinge Verhaltens Not, und dieser Ansatz bietet eine objektive Methode für die Beurteilung der Nozizeption bei Säuglingen.
In dieser Studie haben wir einen Wohnung-Tip Sonde Reiz mit einer milden Kraft von 32 mN verwendet. Höhere Kräfte von 64 mN oder 128 mN können auch angewendet werden, beim Neugeborenen aber zu verstärkten Bewegungen Artefakte durch Gliedmaßen Rückzug führen können. Wir festgestellt, dass in unserer Studie Neugeborene haben eine Kraft von 32 mN sehr gut angenommen und nicht ihre Glieder, wohingegen ein Stimulus mit 128 mN Kraft zu bilateralen reflex Rückzug6führt. Es hat sich gezeigt, dass das schädliche evozierte Potential größer ist abhängig von der Kraft der Flat-Tip Sonde Reiz (32 vs. 64 mN)6,14. Verriotis Et Al. zeigten, dass Kinder im Alter von 1 Jahr höhere Amplitude in ihre veranstaltungsbezogenen Scheitelpunkt Potenzial und höhere Schmerzwerte als Neugeborene15haben. Daher kann die Kraft des Flat-Tip Sonde Stimulus abhängig vom Alter des Patienten16angepasst werden.
Frühere Studien erfasst Nozizeption von Neugeborenen wird gepflegt, Rückenlage oder anfällig oder sogar auf ihrer Seite. Um experimentelle Einstellungen konstant zu halten, empfiehlt es sich, eine Position zu halten, vor allem bei der Durchführung einer Studie mit mehreren Teilnehmern. Wir fanden, dass die Durchführung der Mess in Rückenlage gut funktioniert. Wir haben die Wohnung-Tip Sonde Reize auf das Neugeborene Hand durchgeführt. Positionierung und Handhabung von der Neugeborene möglicherweise einfacher, wenn die Reize auf die Hand im Vergleich zu den Fuß anwenden. Der Fuß ist in der Tat häufiger in Studien eingesetzt, jedoch fanden wir, dass Stimulierung der Handrücken ist einfacher als der Zugriff auf den Fuß. Reflex Rückzug ist eine nützliche zusätzliche Maßnahme nozizeptiven Tätigkeit, die in einer multidimensionalen Bewertung der Schmerzen in diesem herausfordernden non-verbale Bevölkerung17integriert werden können.
Obwohl Beschwerden und Bewegung Artefakte zu vermeiden ist immer spontaner neuronaler Aktivität. So filtern und im Durchschnitt ist wichtig um die Hintergrundgeräusche dämpfen und visualisieren die Veranstaltung im Zusammenhang mit Potenzial. Wiederholung der Flat-Tip Sonde Reize, z. B. 50, verbessert auch, stark das Signal-Rausch-Verhältnis. Um die Daten zu analysieren, ist es wichtig, Zeit-Verriegelung aller Messungen.
Eine weitere technische Herausforderung beim Neugeborenen kurz nach der Geburt ist das Vorhandensein von Vernix Caseosa Beschichtung der Haut des Neugeborenen einschließlich den Kopf, was ist warum ihre Haut braucht mit einer extra prepping Paste sorgfältig gereinigt werden, auch wenn aktive Elektroden sind verwendet. Unserer Meinung nach aktive Elektroden für diese Methode als passive Elektroden eignen sich besser denn sie sind weniger anfällig für externe Bewegung auf den Drähten. Außerdem sind sie einfacher zu bedienen, da sie höhere Impedanzen aufgrund der eingebauten Vorverstärker akzeptieren. Jedoch können auch passive Elektroden verwendet werden.
Für die Datenanalyse verwendeten wir die Methode von Hartley Et Al. beschrieben 6 , 11. eine andere Methode ist die Zeit-Frequenz-Analyse von Hu Et Al. demonstriert 18.
Zusammengenommen, erfordern technischen Methoden, Aufbau und Interpretation der Ergebnisse ein geschultes Team mit vorzugsweise zwei Leute, die Messung, eine Anwendung die Reize, während die andere das EEG überprüft. Wenn das Neugeborene unruhig ist, wird das EEG mit Bewegungsartefakten kontaminiert sein und es ist nicht möglich, die Messungen durchzuführen. Auch wegen der Gültigkeit ist es zwingend erforderlich, um eine bestimmte Anzahl von Reizen, zu haben, die schwierig sein kann.
Nozizeption reift in den ersten Lebensjahren und so früh wie 34 Schwangerschaftswoche die Neugeborenen Gehirn zwischen Touch und Nozizeption17unterscheiden kann. Jünger als 34 Schwangerschaftswoche sind Säuglinge eher unspezifische neuronalen platzt19 zu generieren, in späten Frühgeborenen Säuglingen ab 34 Schwangerschaftswoche die hier beschriebene Methode verwendeten11werden kann. Diese Methode öffnet die Tür für eine Vielzahl von Forschung Untersuchungen. Zum Beispiel könnte es die Auswirkungen der Geburt Stress bei der Nozizeption20 testen oder testen Sie die konkrete Auswirkungen der verschiedenen Analgetika bei Neugeborenen und Säuglingen6,21verwendet werden. Beispielsweise hat das Protokoll hier präsentierten vor kurzem verwendet worden in einer Studie die Wirksamkeit der topischen Lokalanästhetika deutlich reduzieren das schädliche evozierte Potential als ein schädlicher Reiz zu einem behandelten Fuß im Vergleich zu angewendet wurde Hintergrund-Aktivität oder in den unbehandelten Fuß11.
Zusammenfassend, ermöglichen Gehirn schädliche-evozierten Potentiale im EEG-Ableitungen, Surrogat Maßnahmen der Schmerzwahrnehmung bei non-verbale Patienten Objektiv zu untersuchen. Diese Methode ist für den Einsatz in der klinischen Forschung Untersuchungen. Durch Zeit-Verriegelung der Flat-Tip Sonde Reize auf das EEG ist die Aufnahme möglich, zuverlässig die elektrophysiologische nozizeptiven Antwort bewerten.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Acknowledgments
Die Autoren möchten Caroline Hartley und Rebeccah Slater (Kinderklinik, University of Oxford, UK) bedanken für die kritische Überprüfung unserer Papier- und Walter Magerl (Abteilung für Neurophysiologie, Zentrum für Biomedizin und Medizintechnik Mannheim (CBTM), Universität Heidelberg, Deutschland) für die Unterstützung mit Technik und wissen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Easycap | EASYCAP GmbH | AC-32-C | EEG caps for infants sizes 34 and 36 |
| actiCAP | Brain Products GmbH | BP-04243-SIG | active electrodes |
| ImpBox | Brain Products GmbH | impedance measurement | |
| V-Amp | Brain Products GmbH | EEG recording device | |
| Contact trigger for pinprick stimulation | MRC Systems GmbH | ||
| PinPrick stimulator set | MRC Systems GmbH | ||
| EEG prepping paste | USB Pharmacy | contains sodium chloride, pumice stone, propylene glycol | |
| SuperVisc | EASYCAP GmbH | Electrolyte-Gel for active electrodes | |
| Brain Vision Recorder | Brain Products GmbH | ||
| Brain Vision Analyzer | Brain Products GmbH | ||
| MATLAB using EEGLAB | Swartz Center for Computational Neuroscience, University of California San Diego | For EEG processing, including averaging of all EEG epochs |
References
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