Adquisición confiable de datos de electroencefalografía durante la electroencefalografía simultánea y la RMN funcional

El comité de ética en investigación del Hospital Universitario de Osaka y el comité de seguridad del Centro de Información y Redes Neuronales (CiNET) aprobaron el protocolo (Aprobación del Hospital Universitario de Osaka Nos. 18265 y 19259; Aprobación CiNET Nº 2002210020 y 2002120020). Todos los sujetos proporcionaron su consentimiento informado por escrito para su participación. 1. Preparación de la configuración experimental Conecte el EEG compatible con MRI y los amplificadores bipolares a los paquetes de baterías (asegúrese de que estén completamente cargados) y al ordenador de grabación. Asegúrese de que el espacio de trabajo del software de grabación esté configurado correctamente. Ajuste la resolución de amplitud a 0,5 μV para evitar la saturación del amplificador; establecer los filtros de frecuencia de acuerdo con la banda de frecuencias de interés. Establezca la velocidad de muestreo en 5.000 Hz (máximo posible para los amplificadores utilizados en este protocolo), independientemente de la banda de frecuencias de interés.NOTA: La resolución de amplitud a 0,5 μV corresponde a un valor máximo de 16,38 mV, que es suficiente para registrar el artefacto de gradiente, teniendo en cuenta que los picos de artefactos de gradiente pueden alcanzar amplitudes superiores a 100 veces más que las del EEG espontáneo del cuero cabelludo (aproximadamente 10-100 μV) a altas velocidades (>1.000 veces más rápido que la tasa de cambio del EEG en curso). Teóricamente, la velocidad de muestreo debe ser al menos dos veces más alta (teorema de Nyquist) que la frecuencia más alta en el espectro de conmutación de gradiente, con el fin de muestrear con precisión los artefactos de conmutación de gradiente de alta frecuencia y detectar el verdadero inicio de la actividad de gradiente de cada volumen para su posterior eliminación12,18. Sin embargo, el aumento de la frecuencia de muestreo da como resultado grandes tamaños de archivo, que requieren una inversión significativa para el almacenamiento de datos y también pueden impedir el posterior procesamiento. El uso del dispositivo de sincronización hace que no sea necesario aumentar la frecuencia de muestreo para mejorar la sincronización entre el EEG y los relojes de RMN (consulte el paso 1.4). Una velocidad de muestreo de 5.000 Hz es adecuada para las grabaciones habituales de EEG/potencial relacionado con eventos (ERP), y las frecuencias de muestreo más altas no mejoran la calidad de los datos porque el proceso posterior de corrección de artefactos, que implica el muestreo descendente de los datos a una frecuencia inferior a 500 Hz y el filtrado adicional de paso bajo, elimina todos los residuos de corrección de gradiente de alta frecuencia que pueden existir18. Consulte el manual para obtener detalles sobre la configuración adecuada del software de grabación necesario para la adquisición de EEG en la RMN, que difiere de la que se obtiene fuera de la RMN. Compruebe si los marcadores del escáner, es decir, los marcadores para la sincronización del reloj (sincronización activada de forma predeterminada) y el disparador de volumen (R128 de forma predeterminada), se muestran periódicamente en la grabación EEG en línea. La sincronización en la pantalla indica que el escáner de MRI y los relojes EEG están sincronizados, y R128 indica que los disparadores de volumen se registran para el posterior procesamiento. El escáner de RMN y los relojes EEG se sincronizan mediante el dispositivo SyncBox, que detecta la salida del reloj del escáner (normalmente de 10 MHz o más), reduce la muestra y envía la señal del reloj (y los marcadores de sincronización) a la interfaz USB2.NOTA: La interfaz USB2 envía los datos EEG de todos los amplificadores, que están bloqueados en fase a la señal del reloj del escáner, al ordenador de grabación18. La sincronización periódica en los marcadores son disparadores generados a partir del pulso eléctrico del escáner para sincronizar el muestreo de la señal EEG por la velocidad del escáner MR, un requisito para la corrección de artefactos del escáner. Los disparadores de volumen se utilizan para identificar el tiempo de inicio del escaneo de volumen MR para la corrección de artefactos del escáner durante el procesamiento de EEG fuera de línea19. Configure el escáner de RMN de acuerdo con la necesidad y la disponibilidad. Lo mejor es utilizar una bobina de radiofrecuencia (RF) del cabezal de transmisión y recepción para minimizar el riesgo de calentamiento de RF. Sin embargo, aquí se utilizó una bobina de RF de transmisión de cuerpo entero y una bobina de RF de recepción de cabezal de 20 canales porque una bobina de cabeza de transmisión y recepción no estaba disponible para el escáner utilizado (típicamente el caso de la mayoría de los escáneres modernos). Cargue una jeringa de 10 ml (o varias según sea necesario) con el gel conductor abrasivo para la aplicación de la tapa de EEG. Uno podría precargar el gel abrasivo en una jeringa de plástico de gran capacidad de 50 ml para la dispensación de líquidos y llenar la jeringa de 10 ml con el gel antes de la llegada del sujeto.NOTA: La aplicación de una tapa de EEG de 32 canales normalmente consume alrededor de 20-25 mL de gel. 2. Aplicación de la tapa de EEG y el electrodo de ECG En el reclutamiento, pídale al sujeto que complete una lista de verificación de posibles contraindicaciones para la RMN. Confirme que el sujeto no tiene contraindicaciones para la RMN antes de la llegada.NOTA: En general, cualquier sujeto que califique para mri puede participar en un estudio de EEG-fMRI. Los criterios de exclusión son: sujetos no cooperativos o no conformes; aquellos con afecciones subyacentes (por ejemplo, dolor de espalda crónico), que les impiden estar en decúbito supino durante un cierto período de tiempo (por lo general, al menos 1 h); o sujetos que pueden ser incapaces de permanecer quietos en la mesa de resonancia magnética durante la exploración. El movimiento no solo obstaculiza la calidad de los datos de EEG y fMRI, sino que también impone un peligro potencial para los propios sujetos (por ejemplo, induce corriente en los cables y cables que pueden causar estimulación). En el caso de la adquisición basada en tareas, también se debe considerar la capacidad de comprensión lingüística del sujeto (evitar a los sujetos que no pueden entender las instrucciones). En este estudio, reclutaron a 32 voluntarios sanos (edad media, 40 años; 17 mujeres) y a 25 pacientes con la epilepsia (edad media, 31 años; 13 mujeres). Pida a los sujetos que se laven el cabello con champú sin acondicionador ni cera antes de su llegada. Explique el propósito del experimento y los próximos pasos al tema. Mida la circunferencia de la cabeza (es decir, la circunferencia frontal occipital) envolviendo una cinta métrica flexible no estirable alrededor de la cabeza sobre las crestas supraorbitales y el occipucio y seleccione una tapa de tamaño adecuado. Use una tapa que sea 1 cm más grande que la circunferencia de la cabeza, y siempre pregunte al sujeto si la tapa es cómoda una vez colocada (es decir, no demasiado apretada). Después de colocar la tapa en la posición aproximada sobre la cabeza del sujeto, utilizando la misma cinta métrica, mida las longitudes del arco inion-nasion, definido como el arco sobre la línea media de la cabeza que se extiende desde el occipucio hasta el puente de la nariz, y el arco peri-auricular, definido como el arco que se extiende entre las orejas que cruza el punto medio del arco inion-nasion, sobre la tapa. Marque la intersección del arco inion-nasion y el arco peri-auricular (el punto donde se encuentran los puntos medios de ambos arcos, también conocido como Cz), y deslice la tapa sobre la cabeza para que la posición del electrodo Cz se ajuste a esta intersección. Asegúrese de que la tapa no se gire horizontalmente comprobando manualmente si los electrodos Fz, Pz, Oz, Referencia y Tierra están colocados sobre el arco de inion-nasion. Exponga la piel debajo de cada electrodo desplazando el cabello hacia el lado del electrodo usando la parte posterior de un hisopo de algodón. Frote la piel debajo de cada electrodo girando rápidamente un hisopo de algodón que contiene una solución de alcohol al 70% colocada a través de la abertura del electrodo. Aplique una pequeña cantidad del gel conductor abrasivo (~ 0.2 mL) en la abertura y desgañe la piel girando rápidamente un hisopo de algodón de una manera similar. Controle la impedancia del electrodo (mostrada por el programa informático de grabación) y repita la abrasión como se indica en el paso 2.8 hasta que la impedancia caiga al menos por debajo de 20 kΩ20, preferiblemente lo más baja posible (por debajo de 5 kΩ)21. Llene la abertura con el mismo gel (generalmente ~ 0.5 mL) una vez que la impedancia sea satisfactoria. No aplique gel excesivo en la abertura para evitar el puente entre electrodos. Pasar al siguiente electrodo si la impedancia es insatisfactoria a pesar de la abrasión repetida y volver más tarde porque a veces la impedancia continúa disminuyendo con el tiempo después de aplicar el gel. Repita los pasos 2.6-2.9 para todos los electrodos de EEG del cuero cabelludo. Antes de colocar el electrodo de ECG en la parte posterior, pídale al sujeto que se siente en posición vertical sin flexionar el cuello. Asegúrese de que el cable del electrodo de ECG esté recto al colocar el electrodo de ECG en la parte posterior, pero mantenga cierta tolerancia para colocar el cable del electrodo de ECG a lo largo de la curva del cuello, para evitar el desplazamiento del electrodo cuando el sujeto se acuesta en la mesa de MRI. Coloque el electrodo de ECG a 2-3 cm a la izquierda del surco mediano, que se puede identificar como la muesca vertical a lo largo de la línea media de la espalda. La posición vertical varía dependiendo de la altura del sujeto; se coloca típicamente en la parte baja de la espalda aproximadamente en la línea que se extiende entre las puntas de la escápula en un sujeto de unos 160 cm. Frote la piel debajo del electrodo de ECG con un hisopo de alcohol. Coloque el electrodo de ECG a la piel con un anillo adhesivo de doble cara y repita los pasos 2.8-2.9. El anillo adhesivo también sirve como acolchado para evitar el contacto directo del electrodo con la piel. Doble el hisopo de algodón de alcohol seco en cuatro y colóquelo en el electrodo de ECG. Cójelo en la piel usando una cinta quirúrgica (cinta adhesiva médica). Pegue el cable del electrodo de ECG a la piel hasta el hombro. 3. Aplique el bucle de alambre de carbono (si hay un amplificador bipolar disponible) Coloque un conjunto de alambre de carbono pre-trenzado (diámetro 1 mm)9 que consta de seis bucles (diámetro 10 cm) sobre la tapa en una posición tal que el haz de los cables venga en paralelo con el haz de los electrodos en la parte superior de la cabeza. Use cinta quirúrgica (1 x 2 cm) para asegurar los bucles alrededor de los electrodos, de modo que los bucles cubran la cabeza con cada bucle cubriendo uniformemente casi un área igual (es decir, tanto el frontotemporal, tanto el temporo-occipital, el occipital y el vértice). Alternativamente, uno podría también coser los lazos al EEG-casquillo, si procede.NOTA: Los bucles de alambre de carbono en la cabeza sirven para capturar el movimiento, incluido el ballistocardiograma (BCG). Estas señales se utilizan para la eliminación de artefactos BCG del EEG durante el procesamiento de EEG fuera de línea9. 4. Asegurar la tapa y los bucles de alambre de carbono Asegúrese de que los electrodos EEG no están formando bucles. Envuelva la cabeza del sujeto con un vendaje elástico sobre la tapa de EEG y los bucles de carbono. El vendaje sirve para presionar el electrodo EEG firmemente sobre la piel, para reducir la vibración inducida por la maquinaria de RMN de los electrodos y evitar que el gel se derrame sobre la almohada al colocar al sujeto dentro del escáner de RMN (consulte el paso 5). Asegúrese de que el vendaje cubra todos los electrodos y no esté demasiado apretado preguntando si el sujeto siente una presión incómoda en la cabeza mientras aplica el vendaje. 5. Colocación del sujeto en el escáner MR En el caso de adquisición en estado de reposo, instruya al sujeto para que aplique auriculares compatibles con MRI en los oídos. En el caso de la adquisición basada en tareas, instruya al sujeto para que aplique los auriculares o auriculares compatibles con MRI según el requisito del experimento. Asegúrese de que el sujeto pueda oír a través de ambos lados de los auriculares o auriculares. Coloque una almohada de espuma de memoria plana compatible con MRI en la mitad inferior de la bobina de la cabeza antes de pedirle al sujeto que se acueste y coloque la cabeza en la bobina. Después de colocar la cabeza apropiadamente (la parte superior de la cabeza se coloca lo más cerca posible de la parte superior de la bobina de la cabeza), coloque el electrodo y los haces de alambre de carbono directamente a través de la abertura superior de la bobina de la cabeza. Agregue almohadas de espuma de memoria en la parte superior de la cabeza, la frente y el área temporal. Las almohadas deben llenar apropiadamente todos los espacios que quedan dentro de la bobina de la cabeza sin comprimir la cabeza del sujeto demasiado apretadamente. Asegúrese de que las almohadas no estén apretando la cabeza mientras coloca la mitad superior de la bobina de la cabeza y mientras cierra la bobina. Ajuste las almohadas o cambie a almohadas de tamaño más pequeño si está demasiado apretado. De esta manera, las almohadas sirven para sujetar los cables del electrodo para reducir la vibración inducida por la maquinaria de MRI en los cables del electrodo y para restringir los movimientos de la cabeza mientras se mantiene la comodidad del sujeto durante la exploración. Coloque una almohada de espuma de memoria en forma de medio cilindro en la parte posterior del cuello para que el cable del electrodo de ECG esté bien intercalado entre la almohada y el cuello. La porción de alambre del electrodo de ECG que pasa en la parte posterior debajo del hombro se empareda de hecho entre la parte posterior del tema y la tabla de MRI y es inmovilizada así por el propio peso del tema. En el caso de una adquisición basada en tareas, después de colocar todas las almohadas de espuma de memoria, asegúrese de que los auriculares o auriculares no se desplacen probando de nuevo si el sujeto todavía puede oír a través de ambos lados de los auriculares o auriculares. Después de cerrar la bobina de la cabeza, coloque el espejo e indique al sujeto que ajuste el espejo (en el caso de la tarea que requiere estímulos visuales). Indique al sujeto que ajuste el espejo si es necesario, después de mover la mesa para colocar la cabeza del sujeto en el isocentro del orificio de la RESONANCIA MAGNÉTICA. Conecte los amplificadores colocados en la parte posterior del orificio de resonancia magnética a la computadora de grabación colocada en la sala de consola utilizando las fibras ópticas proporcionadas. Después de conectar los electrodos EEG/ECG y los bucles de cable de carbono al EEG y a los amplificadores bipolares en la parte posterior del orificio de resonancia magnética, encienda los amplificadores. Una vez más, compruebe la impedancia de todos los electrodos para asegurarse de que todavía están bajos (al menos por debajo de 20 kΩ). Retire el sujeto del escáner MR para ajustarlo si hay algún electrodo con alta impedancia. 6. Configuración de los cables y amplificadores Coloque todos los cables entre la salida de la abertura superior de la bobina de la cabeza y los amplificadores (incluidos los electrodos y los haces de alambre de carbono, la caja del conector y los cables de cinta) para que se coloquen rectos y en el centro del orificio de la RESONANCIA MAGNÉTICA. Esto es importante para minimizar la corriente inducida por RMN. Coloque un bucle de alambre de carbono alrededor del cable de cinta que va desde la caja del conector de electrodos EEG/ECG al amplificador y conecte todos los bucles de alambre de carbono (consulte el paso 5.7) a la caja de entrada del amplificador bipolar (EXG MR). Este bucle sirve principalmente para capturar las vibraciones causadas por la bomba de helio9. Para minimizar la vibración inducida por la maquinaria de RMN, inmovilice los cables intercalando todos ellos con sacos de arena seguros para MR y no ferromagnéticos a lo largo del camino entre la salida de la abertura superior de la bobina de la cabeza y los amplificadores. Además, coloque sacos de arena en los amplificadores. Estos sacos de arena, miden 330 mm x 240 mm x 50 mm y pesan 4 kg, son suministrados por el fabricante de EEG. Coloque los amplificadores fuera del orificio del imán, lo que está permitido por la longitud de los cables suministrados por el fabricante. 7. Adquisición de datos EEG-fMRI Asegúrese de que el sujeto se sienta cómodo con el posicionamiento antes de salir de la sala del escáner, para evitar movimientos innecesarios del sujeto durante la adquisición. Indique al sujeto que presione el botón de alarma si es necesario (es decir, en caso de emergencia o si el sujeto siente una sensación incómoda). Comuníquese con el sujeto desde la sala de la consola para confirmar que el sujeto puede escuchar al operador. Indique al sujeto que se esperan ruidos fuertes durante la adquisición de datos. Instruya al sujeto según sea necesario para el experimento e instruya al sujeto a no moverse durante la adquisición de datos. Inicie la grabación de EEG antes de iniciar la adquisición de fMRI. Por lo general, las siguientes imágenes se adquieren secuencialmente: imágenes de exploración (bidimensionales) para posicionar el campo de visión fMRI, fMRI e imágenes estructurales para co-registrar las imágenes fMRI durante el postprocesamiento. Las secuencias de correcciones de compatibilidad se ejecutaron antes de adquirir cada tipo de imagen para la calibración de los parámetros apropiados.NOTA: Es importante utilizar secuencias de RMN que se demuestren seguras con amplificadores para mantener la seguridad y evitar cualquier daño a los amplificadores18. Los detalles sobre las secuencias consideradas seguras no se discutirán en detalle. Se anima a los lectores a consultar el manual del usuario o el equipo de soporte. En general, se recomiendan las secuencias de eco de gradiente y deben evitarse las secuencias de eco de espín o cualquier secuencia con parámetros de emisión de RF equivalentes, que pueden causar un calentamiento excesivo inducido por RF. El calentamiento se puede cuantificar indirectamente utilizando métricas que miden la cantidad de exposición a RF, como la tasa de absorción de energía específica (SAR) y el valor cuadrático medio de B1+ promediado sobre 10 s (B1+ rms). Recientemente, B1+rms, dependiente de los parámetros de imagen pero independiente de la masa corporal de los sujetos22,se está convirtiendo en el nuevo estándar para especificar el límite. Por ejemplo, los umbrales B1+rms para la adquisición a 3 T utilizando la tapa EEG de Brain Products son 1 μT para la tapa estándar actual y 1,5 μT para la nueva tapa EEG estándar con un cable incluido más corto (10 cm)23. El ángulo de volteo, el número de rebanadas y el tiempo de repetición (TR) son parámetros que deben tenerse en cuenta para mantener el SAR y B1+ rms bajos. Se recomienda un pequeño ángulo de volteo (<90°). El número de rebanadas y TR se puede ajustar siempre que la secuencia resultante esté por debajo del umbral de B1+ rms23. Al iniciar la adquisición, asegúrese de que los marcadores del escáner (véase 1.4) se muestren periódicamente en la grabación de EEG en línea.