Summary
Måle smerte i ikke-verbal pasienter er en utfordring. I denne studien kombineres EEG opptak med stimulering bruke en flat-tip sonde for å oppdage skadelige utløste hjerneaktivitet på en objektiv måte.
Abstract
Smerte er en ubehagelig sensor og følelse erfaring. I ikke-verbal pasienter er det svært vanskelig å måle smerte, selv med smerter vurdering verktøy. Disse verktøyene er subjektive eller bestemme sekundære fysiologiske indikatorer som også har visse begrensninger spesielt når utforske effektiviteten av analgesi. Kortikale behandling er avgjørende for smerte oppfatning, kan hjernen aktivitet tiltak gi en nyttig tilnærming for å vurdere smerter hos spedbarn. Her presenterer vi en metode for å vurdere nociception med elektrofysiologiske hjernen aktivitet opptak optimalisert for bruk i nyfødte. For å produsere svært standardisert og reproduserbar skadelige stimuli brukt vi mekanisk stimulering med en flat-tip sonde, f.eksPinPrick, som er ikke huden grensesprengende og forårsaker ikke atferdsmessige lidelse. Skadelige vakte potensialet kan objektiv måling av nociception i ikke-verbal pasienter. Denne metoden kan brukes i nyfødte så tidlig som 34 uker gestasjonsalder. Dessuten kan det brukes i forskjellige situasjoner som måler effekten av smertestillende eller anestesi narkotika.
Introduction
Smerte er en ubehagelig sensor og følelse erfaring forbundet med faktisk eller muligheter tissue skade eller omtalt slik skade1. Manglende evne til å kommunisere verbalt negate ikke muligheten for at en person opplever smerte, men gjør det svært utfordrende å vurdere smerte-lindrende behandling, for eksempel i nyfødte2. Flere atferdsmessige og fysiologiske indikatorer brukes til å vurdere smerter hos ikke-verbal pasienter. Valget avhenger av stimulans, gestasjonsalder og miljø der nyfødte er embeded3,4,5forskjellige skalaer er utviklet gjennom årene. Disse smerte vurderingsmetoder stole heller på den rater tolkning eller de krever andre fysiologiske indikatorer.
I denne videoen presenterer vi en metode for å vurdere nociception med elektrofysiologiske opptak optimalisert for bruk i nyfødte. Nociception er definert som neural prosessen med å kode skadelige stimuli. Dermed er quantitating nociception en elegant og objektive metoden for å bestemme nevrale inndata i en ikke-verbal person. Videre er kortikale aktivitet oppdaget av Elektroencefalogram (EEG) korrelert med intensiteten av skadelige hendelser5,6.
Metoden som presenteres her kombinerer EEG opptak med skadelige stimuli produsert av en mekanisk stimulering med en flat-tip sonde, også kalt en pinprick7, hvilke er ikke huden grensesprengende og ikke forårsaker atferdsmessige nød6. Det har vist, at nociception følgende poengterer stimulering er overveiende formidlet av Aδ-fiber, gjør ikke trenger en hud bryte lesjon8 og omfanget av den nociceptive-spesifikt potensielle ikke er avhengig sove begrunne9. Sonden er godt akseptert også av foreldre når du bruker denne metoden i studien omgivelser med nyfødte. Sonden er elektronisk knyttet til EEG innspillingssystem muliggjør EEG innspillingen skal merkes nøyaktig når proben kontakter huden. Dette sterkt forenkler prosessen med tid låsing og forutsetningen for alle etterfølgende EEG analyser. For å minimere Tilberedningstid av spedbarn EEG opptaket brukt vi en modifisert internasjonalt 10/20 elektrode plassering system der vi redusert antall elektroder til minimumskravet av tre elektroder (figur 1). Sentrale toppunktet Cz elektroden, der skadelige utløste hjerneaktiviteten er maksimal9,10,11, ble brukt sammen med en referanse og en bakken elektroden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Studien ble godkjent av de kompetente etikk komiteen i Nordvest Sveits (EKNZ 2015-079) og informert skriftlig samtykke fra foresatte for deltakeren ble innhentet før måling.
1. forberedelse
- Kontroller at babyen er utlignet. Det bør være rolig og utlignede, uten suge bevegelser under innspillingen på grunn av bevegelsen gjenstander. Barnet kan sover9.
- Måle neonate's hodeomkrets med et målebånd å definere størrelsen på EEG cap.
- Identifisere aktive elektrode posisjon: Cz / toppunktet posisjon ved å markere midten punkt mellom nasion og inion og midten punkt mellom venstre og høyre preaurical peker med en hud markør blyant. Posisjonering elektrodene se også figur 1.
- Identifisere plasseringen av bakken elektroden: høyre panne (Fp2) og referanse elektrode: venstre mastoid (A1).
- Rengjør webområdene elektrode (Cz, Fp2 og A1) med desinfeksjonsmiddel med en bomullspinne. I mange hår, skille håret for å visualisere hodebunnen.
- Forsiktig skrubbe webområdene elektrode med EEG fikse pasta, med en bomullspinne, redusere impedansen.
- Plassere EEG hetten med elektrodene festet på neonate's hode.
- Injisere ledende EEG gel i elektrodene bruker en sprøyte med en kort plast nål for å optimalisere kontakten mellom elektrodene og hodebunnen.
- Juster elektrodene til impedansen er under 50 kΩ som beskrevet i anbefalingene fra produsenten og publisert retningslinjer12.
- Plasser kamera å ta opp neonate's ansiktsuttrykk.
- Koble flat-tip sonden til kontakt utløser enheten, som er festet til EEG innspillingen enheten. Når flat-tip sonden når Partnernetwork på huden, genereres en utløser signal kontakt utløser enheten. Dette signalet sendes til datamaskinen, merking EEG med en utløser merke.
2. måling
- Velg et studie-navn for å lagre data.
-
Legg online band pass filter:
- Vise filtre:
Lav cutoff filter: frekvens: 1 Hz
Høy cutoff filter: frekvens: 70 Hz
Støyfilter: 50 Hz
Samplingsfrekvens: 2000 Hz
- Vise filtre:
- Start EEG og videoopptak.
- Hold neonate's høyre hånd i vannrett stilling. Stimulans kan også brukes på et annet område, se f.eks foten, som vil resultere i lengre ventetid enn fra hånd, vennligst detaljer 3.7.
- Første posten bakgrunn EEG aktivitet. Mens neonate's hånd holdes, kommentere EEG innspillingen manuelt for å registrere perioder der noen stimuli brukes og barnet hviler.
- Utføre den nødvendige mengden av flat-tip sonde stimuli ifølge studien design neonate's høyre. Våre eksperimentell design, angir du antall flat-tip sonde stimuli på 50. Pass på å bruke flat-tip sonden vinkelrett til neonate's hånd slik at tuppen ikke bøye og den riktige kraft. Utføre flat-tip sonde stimuli bruke minst en 2 til 3 s mellom stimulans intervall (ISI)6 for å unngå summering.
- Stopp alle opptakene.
- Dokumentere eksperimentelle innstillingsdetaljene.
3. dataanalyse
- Filtrere EEG rådata frakoblet ved hjelp en høypassfilteret ved 1 Hz og en lavpassfilter ved 30 Hz.
- Segmentere dataene i epoker av 1500 ms (500 ms før til 1000 ms etter stimulans utbruddet).
- Utføre en planlagt korreksjon pre stimulans intervallet.
- Manuelt avvise EEG epoker inneholder gjenstander, for eksempel bevegelse gjenstander og støy, etter visuell inspeksjon. Se også opplæringen omrisset: https://sccn.ucsd.edu/wiki/Chapter_01:_Rejecting_Artifacts
- Gjennomsnittlig EEG epoker (for bakgrunn og stimulans svar separat).
- Woody filteret dataene med et maksimumjitter på ± 50 ms i tidsvinduet 0 - 1000 ms innlegg stimulans utbruddet. Dette gir ventetid forskjellene mellom spedbarn. Gjør dette for bakgrunn og stimulans svar separat.
- Prosjektet en mal skadelige utløste hjernen aktivitet, som er definert i et uavhengig datasett og har blitt beskrevet i detalj andre steder11 til dataene for å fastslå omfanget av skadelige utløste svaret i hver individuell trial. Malen beskriver en karakteristisk bølgeform av skadelige utløste respons og omfanget gjenspeiler hvor mye dette skadelige utløste svaret i individuelle rettssaken.
Merk: Tidsvinduet som prosjektet malen er avhengig av spedbarn og stimulans plasseringen. Hvis stimuli brukes på hånden er tidsvinduet rundt etter 200-500 ms stimulans11. Hvis stimuli brukes til fots er tidsvinduet rundt etter 400-700 ms stimulans11. Merk at denne malen er bare for øyeblikket validert for spedbarn mellom 34-43 svangerskapsuke. For detaljert metoder knyttet til denne malen, og en diskusjon av begrensningene, se Hartley et al. 201711. - Kontroller at omfanget av skadelige utløste hjerneaktiviteten beregnes ved hjelp av malen er betydelig høyere følgende stimulus, sammenlignet med i bakgrunnen EEG.
- Analysere etterpå atferdsmessige ansiktsuttrykk (kameraet er koblet til EEG opptak) bruker Neonatal ansikts koding2,13.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 1 er diagrammatisk representasjon av elektroden posisjonering ved hjelp av det endrede internasjonale 10/20 elektrode plassering systemet. Figur 2 viser EEG aktiviteten kort tid før og etter en enkelt skadelige stimulans med en flat-tip sonde med 32 mN kraft, stimulering oppstod som beskrevet i protokollen for å neonate's høyre hånd (figur 2A). Skadelige utløste svaret vises på ca 300 ms innlegget stimulans utbruddet (tid 0). Figur 2B viser til gjennomsnittlig svartid 50 stimuli brukes med en styrke på 32 mN samme pasient. Merk at skadelige vakte potensialet er mer tydelig hvis flere stimuli brukes. Woody filtrering, kan som vist i figur 2C, brukes til å justere for liten variasjon i svaret ventetid. Den forhåndsdefinerte malen11, vises i rødt, er projisert på EEG å beregne omfanget av skadelige utløste respons.
Figur 1: Diagrammatisk representasjon av elektroden posisjonering bruker endret internasjonale 10/20 elektrode plassering system.
Figur 2: EEG aktivitet registrert svar på eksperimentell skadelige stimulering. En flat-tip sonde stimulans (32 mN) ble brukt til høyre hånd en pasient, tidsvinduet rundt 200-500 ms etter stimulans er skyggelagt. Panelet A: EEG aktivitet etter en enkelt stimulans, den viktigste peak på 250 ms er merket med en pil. Panelet B: gjennomsnitt etter 50 stimuli. Panelet C: Woody filtrerte data med anslått mal (rød). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Tilnærmingen presenteres her viser hvordan skadelige utløste hjernen aktivitet i nyfødte kan måles på en objektiv måte bruker EEG opptak og flat-tip sonde stimulators gjelder eksperimentelle skadelige stimuli. Denne teknikken kan brukes i forskjellige kliniske innstillinger for å oppdage nociception, f.eks i ikke-verbal personer som nyfødte. Den fullstendige studien kan gjøres innen 15 min, inkludert å plassere barnet, identifisere, forbereder og montering elektrodene, og til slutt bruke og opptak 50 skadelige stimuli. Stimuli forårsaker ikke den nyfødte atferdsmessige lidelse, og denne tilnærmingen gir en mål metoden med å vurdere nociception hos spedbarn.
I denne studien brukte vi en flat-tip sonde stimulans med en mild kraft av 32 mN. Høyere styrker 64 mN eller 128 mN kan også brukes i nyfødte, men kan føre til økt bevegelser gjenstander på grunn av lem tilbaketrekning. Vi merket at i vår undersøkelse nyfødte akseptert en styrke på 32 mN godt og ikke trekke sine lemmer, mens en stimulans med 128 mN kraft fører til bilaterale refleks uttak6. Det har vist at skadelige vakte potensialet er større avhengig av styrken av flat-tip sonde stimulans (32 og 64 mN)6,14. Verriotis et al. viste at barn i en alder av 1 år har høyere amplituden i deres hendelsen-i slekt Toppunktet potensielle og høyere score enn nyfødte15. Derfor kan kraft av flat-tip sonde stimulans tilpasses avhengig av pasienten16år.
Tidligere studier registrert nociception fra nyfødte blir ammet supine eller utsatt eller på deres side. For å holde eksperimentelle innstillinger konstant, anbefaler vi å holde en posisjon særlig når utføre en studie med flere deltakere. Vi fant at utføre måling i supine posisjon fungerte bra. Vi utførte flat-tip sonde stimuli på neonate's side. Posisjonering og håndtering av neonate kan være lettere hvis bruker stimuli hånd sammenlignet med foten. Foten faktisk er ofte brukt i studier, men vi fant at stimulere baksiden av hånden kan være enklere tilgang til foten. Reflex uttak er et nyttig tillegg mål på nociceptive aktivitet, som kan inkluderes i en flerdimensjonal vurdering av smerter i dette utfordrende ikke-verbal befolkningen17.
Til tross for unngå noen ubehag og bevegelse gjenstander er det alltid spontan neuronal aktivitet. Dermed filtrering og snitt er viktig for å attenuere bakgrunnsstøyen og visualisere hendelsen knyttet potensial. Repetisjon av flat-tip sonde stimuli, f.eks 50, forbedrer også, sterkt signal-til-støy-forhold. Analysere dataene, er tid-låsing av alle målinger avgjørende.
En ytterligere teknisk utfordring i nyfødte kort tid etter fødselen er tilstedeværelsen av vernix caseosa coating huden av nyfødte inkludert hodet, som er hvorfor huden må rengjøres forsiktig med en ekstra fikse lim selv når aktiv elektroder brukt. Etter vår mening, er aktive elektrodene bedre egnet for denne metoden enn passive elektroder fordi de er mindre følsomme til eksterne bevegelse på ledninger. De er også enklere å bruke siden de godta høyere impedances på grunn av innebygd pre forsterkeren. Passiv elektrodene kan imidlertid brukes også.
For dataanalyse brukte vi metoden beskrevet av Hartley et al. 6 , 11. en annen metode er tid-frekvens analyse demonstrert av Hu et al. 18.
Samlet krever tekniske metoder, oppsett og tolkning av resultatene en utdannet team med fortrinnsvis to personer gjør måling, en bruke stimuli mens den andre sjekker EEG. Hvis neonate er urolig, EEG vil være forurenset med bevegelse gjenstander og det er ikke mulig å utføre målinger. Også, på grunn av gyldighet, det er obligatorisk å ha et visst antall stimuli, som kan være utfordrende.
Nociception modnes i tidlige liv og så tidlig som 34 svangerskapsuke nyfødte hjernen kan skille mellom touch og nociception17. Under en alder av 34 svangerskapsuke er spedbarn mer sannsynlig å generere uspesifikke neuronal serieopptak19 mens i sent premature spedbarn starter på 34 svangerskapsuke her beskrevet metoden kan være brukt11. Denne metoden åpner døren for en rekke forskning undersøkelser. Det kan for eksempel brukes til å teste effekten av fødselen stressnivået på nociception20 eller for å teste den konkrete effekten av ulike smertestillende midler i nyfødte og spedbarn6,21. For eksempel er protokollen presenteres her brukt nylig i en studie viser effekten av aktuell lokal bedøvelse i redusere skadelige vakte potensialet når en skadelige stimulans ble brukt til en behandlet fot i forhold til bakgrunn aktivitet eller til den ubehandlet fot11.
Avslutningsvis gjør skadelige utløste hjernen potensialer i EEG innspillinger det mulig å objektivt undersøke surrogat tiltak av smerte oppfatning i ikke-verbal pasienter. Denne metoden gjelder for bruk i klinisk setting i forskning undersøkelser. Tid-låsing flat-tip sonde stimuli til EEG er innspilling det mulig å vurdere pålitelig elektrofysiologiske nociceptive svaret.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker å erkjenne Caroline Hartley og Rebeccah Slater (avdeling av pediatri, University of Oxford, UK) for kritisk gjennomgang våre papir og Walter Magerl (avdeling av nevrofysiologi, Center for biomedisin og medisinsk teknologi Mannheim (CBTM), Universitetet i Heidelberg, Tyskland) for å støtte oss med teknisk utstyr og kunnskap.
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
- Bonica, J. J.
- Duhn, L. J., Medves, J. M. A systematic integrative review of infant pain assessment tools. Adv Neonatal Care. 4 (3), 126-140 (2004).
- Witt, N., Coynor, S., Edwards, C., Bradshaw, H. A Guide to Pain Assessment and Management in the Neonate. Curr Emerg Hosp Med Rep. 4, 1-10 (2016).
- Hummel, P., van Dijk, M. Pain assessment: current status and challenges. Semin Fetal Neonatal Med. 11 (4), 237-245 (2006).
- Slater, R., Fitzgerald, M., Meek, J. Can cortical responses following noxious stimulation inform us about pain processing in neonates? Semin Perinatol. 31 (5), 298-302 (2007).
- Hartley, C., et al. The relationship between nociceptive brain activity, spinal reflex withdrawal and behaviour in newborn infants. Sci Rep. , 31 (2015).
- Iannetti, G. D., Baumgärtner, U., Tracey, I., Treede, R. D., Magerl, W. Pinprick-evoked brain potentials: a novel tool to assess central sensitization of nociceptive pathways in humans. J Neurophysiol. 110 (5), 1107-1116 (2013).
- Ziegler, E. A., Magerl, W., Meyer, R. A., Treede, R. D. Secondary hyperalgesia to punctate mechanical stimuli. Central sensitization to A-fibre nociceptor input. Brain. 122 (Pt 12), 2245-2257 (1999).
- Slater, R., et al. Evoked potentials generated by noxious stimulation in the human infant brain. Eur J Pain. 14 (3), 321-326 (2010).
- Fabrizi, L., et al. A shift in sensory processing that enables the developing human brain to discriminate touch from pain. Curr Biol. 21 (18), 1552-1558 (2011).
- Hartley, C., et al. Nociceptive brain activity as a measure of analgesic efficacy in infants. Sci Transl Med. 9 (388), (2017).
- Keil, A., et al. Committee report: publication guidelines and recommendations for studies using electroencephalography and magnetoencephalography. Psychophysiology. 51 (1), 1-21 (2014).
- Grunau, R. V., Johnston, C. C., Craig, K. D. Neonatal facial and cry responses to invasive and non-invasive procedures. Pain. 42 (3), 295-305 (1990).
- van den Broeke, E. N., et al. Characterizing pinprick-evoked brain potentials before and after experimentally induced secondary hyperalgesia. J Neurophysiol. 114 (5), 2672-2681 (2015).
- Verriotis, M., et al. Cortical activity evoked by inoculation needle prick in infants up to one-year old. Pain. 156 (2), 222-230 (2015).
- Rolke, R., et al. Quantitative sensory testing in the German Research Network on Neuropathic Pain (DFNS): standardized protocol and reference values. Pain. 123 (3), 231-243 (2006).
- Moultrie, F., Slater, R., Hartley, C.
- Hu, L., Zhang, Z. G., Mouraux, A., Iannetti, G. D. Multiple linear regression to estimate time-frequency electrophysiological responses in single trials. Neuroimage. 111, 442-453 (2015).
- Hartley, C., et al. Changing Balance of Spinal Cord Excitability and Nociceptive Brain Activity in Early Human Development. Curr Biol. 26 (15), 1998-2002 (1998).
- Evers, K. S., Wellmann, S.
- Slater, R., et al. Oral sucrose as an analgesic drug for procedural pain in newborn infants: a randomised controlled trial. Lancet. 376 (9748), 1225-1232 (2010).
