視覚誘発電位を利用したスポーツ脳震盪の客観的評価

プロトコルの最初の部分の承認は、南東シドニー地方保健地区(ESLHD)の人間研究倫理委員会(HREC)から取得されました。すべてのプレイヤーに詳細な参加者情報シートが提供され、参加前に同意を得ました(SESLHD-HREC参照番号:17/039 HREC/17/POWH/91)。 改良されたポータブルシステム研究の使用に関する承認は、ベルベリー人間研究倫理委員会(HREC)から取得されました。すべての対照被験者に詳細な参加者情報シートを提供し、参加前に同意を得た(HREC参照番号:1802VEPEEG-CER)。 1. 参加者の選考と同意 競技シーズンの開始前に、単一のラグビーユニオンクラブから参加者を募集する。参加者は、アマチュアラグビーユニオンチームのメンバーである健康で英語を母国語とする男性成人(18歳以上)でなければなりません(図1)。 視覚刺激のちらつきの性質上、参加者が次の厳格な除外基準のいずれかを満たさないようにしてください:てんかんの診断または症状、既存および/または以前の脳損傷、または法的失明。 スポーツフィールドでの怪我後の症状を、関連する研究研究者に情報を転送する医療従事者に正直に報告するよう参加者に通知します。参加者は、研究への参加にはシーズン中に少なくとも2回のSSVEPテストセッションが必要であり、脳震盪性傷害の場合にさらなるテストが行われる可能性があることを理解しなければなりません。 2. 調査SSVEP機器のセットアップ 充電式液晶ディスプレイ(LCD)スマートフォンをバーチャルリアリティ(VR)フレームに取り付けます(図2A、 材料表を参照)。 15 Hz の周波数で交互に並ぶ一連の白黒スクリーンで構成される.mp4ビデオ ファイルを生成し、合計 30 秒間処理します。ビデオフレームの中央に乱数(視覚角度1.5°で画面の2%未満を占める)を配置して、参加者が刺激中に中央に焦点を合わせるようにします。持続的な注意を促すために、数字が5秒間隔で変更されていることを確認します(図2B)。 作成したビデオファイルをスマートフォンにアップロードし、SSVEPシステムの視覚刺激として機能する完全な明るさ(最小〜490ニット)で表示します。 プライマリEEG記録デバイスとして使用されるワイヤレス14チャンネルEEGヘッドセットを充電します(図3A)。 付属のユニバーサルUSBレシーバー(ドングル)を介してヘッドセットを近くのコンピューターにペアリングします。ドングルをコンピュータのUSBポートに挿入し、電源ボタンでヘッドセットの電源を入れ、コンピュータで14チャンネルEEGヘッドセットソフトウェアを開き、表示されたヘッドセットIDの横にあるアプリケーションの [接続 ]ボタンを選択します( 資料表を参照)。 付属のフェルトセンサーを生理食塩水で完全に飽和させます。 飽和センサーをヘッドセットの黒いプラスチック製のアームに取り付け、「カチッ」と音がしてセンサーが安全になるまで、各センサーを時計回りに慎重に回します。 3. 参加者のベースライン評価 審査の質問に合格したすべての参加者から、ラグビーシーズンが始まる前に研究に参加する同意を得る。 同意した参加者に、オフィスルームなどの自然光が差し込む静かな環境の中で椅子に座るように依頼する。参加者が着席している間に、ヘッドバンドを頭のてっぺんから下にスライドさせて、14チャンネルEEGヘッドセットを参加者の頭に合わせます。国際10-20システム(図3B)28,29に従って電極を配置します。ヘッドセットの 2 つのフロント センサーを、参加者の生え際に合わせて、または参加者の眉毛のおよそ 3 本の指の幅に合わせて配置します。注:参加者の髪の毛が厚い場合は、髪の毛の下にセンサーを操作し、生理食塩水を追加します。被験者が静止した着座位置から移動した場合、または評価中に環境設定が変化した場合、アーチファクト(図4)が発生する可能性があり、SSVEPデータを解析用に照合(破棄)しないでください。 後頭部電極(O1およびO2)を主記録電極として使用し、頭頂電極(P3およびP4)をグランドおよびコモンモード(参照)電極として使用します(図3B)。 テストに進む前に、接触品質のソフトウェアを利用して、ヘッドセットと参加者のヘッドの間に適切な接続があることを確認してください。緑色の電極は、メーカーの基準に従って良好な接触品質(<20kΩ)を示します。 目的のすべての電極チャネル(O1、O2)で良好な接触品質が達成されない場合は、センサーを生理食塩水で再飽和させ、位置決めを再確認して、センサーが頭皮に対してできるだけ平らであることを確認します。メモ:頭皮と電極間の電気的接続を確保し、潜在的なアーチファクトを最小限に抑えるには、良好な接触品質を得る必要があります(図4)。 参加者に、VRフレーム内のテストスマートフォンを目まで持ち、顔と鼻橋に当てて、両目が完全に覆われていることを確認するように依頼します。 焦点番号が画面の中央に表示されていること、およびフレームが環境光を遮断していることを確認する。 参加者の顔からVRフレームを取り外し、視覚刺激ビデオが開始されることを通知します。次に、VRフレームを返して、ステップ3.4.1と同じ位置に再適用します。 参加者に、焦点番号に集中し、SSVEPテストの間は静かで静かにしておくべきであることを思い出させる。 スマートフォン画面の 再生 ボタンを押して視覚刺激ビデオを開始し、参加者にVRフレームを顔の上に置きます(ステップ3.4を参照)。 参加者に、手順3.4に従ってVRフレームが正しい位置にあることを確認するように依頼する。参加者の確認後、同時に30秒間のカウントダウンストップウォッチを開始し、14チャンネルEEGヘッドセットソフトウェアの [録音開始 ]ボタンを選択してEEGヘッドセットで録音を開始します。 30秒の期間が終わったら、14チャンネルEEGヘッドセットソフトウェアの停止ボタン を選択して、脳 波記録を停止します。 参加者の目からVRフレームを取り外し、最初のSSVEP評価が完了したことを知らせます。 記録されたSSVEP応答をローカルアカウントに保存するには、14チャンネルEEGヘッドセットソフトウェアの [保存されたセッション ]ボタンをクリックします。保存したファイルを欧州データ形式 (EDF) ファイルとして、優先ストレージ ハードウェア デバイスにエクスポートします。メモ: EDFファイルには、参加者のイニシャル、日付、時刻、および実施されたテストの種類(ベースライン、怪我後、または回復)のラベルを付け、識別と保存を目的としてください。 SSVEP 評価プロトコル (ステップ 3.2 から 3.9) をステップ 3.9 に続いて素早く連続して繰り返します。注:これは、2つの評価からの2番目の読み取りとして行われ、一貫してより明確なEEG測定値が得られます。 SSVEP評価のペアが正常に完了したら、参加者にVRフレームを目から取り外し、参加者の頭からヘッドセットを慎重に取り外すように指示します。 ヘッドセットから電極センサーを取り外し、次回の使用まで適切な保護ケースに保管して、生理食塩水がヘッドセットの電極を腐食させないようにします。 ヘッドセットとスマートフォン+フレームの両方をイソプロピルアルコール(70%)で拭いてから、次の使用まで両方の機器をそれぞれのケースに保管してください。 参加者に、頭痛やめまいの存在を含む刺激に対する異常な反応を経験したかどうかを尋ねます。回答を試験ログに記録します。 参加者に、ベースラインテストを完了し、シーズンの次の競技試合から72時間以内に再度評価されることを通知します。 4. 傷害後の評価 脳震盪の疑いのあるフィールドへの影響が記録され、チームドクターまたはプレーヤーのいずれかによって研究研究者に報告されるようにします。 セクション3で詳述されているSSVEPプロトコルを使用して、インシデントから72時間以内にステップ4.1で報告されたプレイヤーの怪我後の評価を取得します。 すべての選手が怪我から回復し、フルコンタクトのトレーニングや試合に戻ることができる時期を判断するために、チームドクター(セクション5を参照)によって評価される怪我後のSSVEP評価を受けるようにします。チームドクターの診断が治験目的で記録されていることを確認します。 チームドクターが回復したと判断したら、SSVEPシステムで再評価されることをプレイヤーに通知します。 5. 臨床脳震盪評価 脳震盪を引き起こす可能性のある影響から72時間以内に、すべてのプレイヤーがチームドクターによって評価されるようにします。注:チームドクターは、スポーツ関連の怪我を評価する臨床経験を持ち、関連するスポーツの運営組織によって承認された認可された開業医でなければなりません。 スポーツ脳震盪評価ツール(SCAT)の要素を使用して選手の意識状態、および脳震盪に関連する一般的な徴候および症状のいずれかの存在を判断することに加えて、チームドクターに神経学的検査を行わせる15。注:評価は、プレイヤーの典型的な態度と行動を参考にして行われます。 オーストラリアラグビー協会の卒業復帰(GRTP)ガイドライン30によると、脳震盪の診断から48時間以内に同じチームドクターによって選手が再評価され、プレー30に戻ることが許可されるまで練習セッションごとに1回再評価されることを確認してください。 選手がフルコンタクトの練習や試合に戻る前に、チームの医師と最終評価を受けて臨床的に回復したかどうかを判断してください。医師は、SCAT検査の改善および関連する症状および任意の非定型行動の減少に基づいてプレイヤーの傷害状態を決定する。注:この最終評価は、GRTPに従って、傷害後最低12日後に行われる予定です。 治験目的で、プレイヤーの傷害状態(脳震盪または回復)に関する臨床医の判断を記録します。 6. 回復評価 ステップ 5.3 で回復したと見なされたプレイヤーを、セクション 3 で詳述されている SSVEP プロトコルを使用して評価し、回復 SSVEP 応答を取得します。 7. 信頼性評価のテスト-再テスト 怪我をしていないすべての参加者が、セクション3で詳述されているのと同じ設定のポータブルSSVEPシステムを使用して、シーズンの各競技試合後72時間以内に再テストされ、システムのテスト/再テストの信頼性に関するデータを取得するようにします。 8. SSVEP データ処理 セクション 3 ~ 7 から記録されたすべての EDF データ ファイルをインポートして処理できる数値計算スクリプトを生成します ( 材料表を参照)。 14チャンネルEEGヘッドセットで得られた生のSSVEP電圧に5Hzと40Hzのコーナー周波数を持つバターワースバンドパスフィルタを適用して、低周波ノイズ、DC電圧オフセット、および主電源31の影響を最小限に抑えます。 フィルタリングされたSSVEP値に高速フーリエ変換(FFT)を適用して、周波数領域32内のデータを解析する。 電極チャンネルO1とO2からのFFT値を正規化して、パワースペクトル密度としてグラフィカルにプロットするための値の単一の配列を生成します(図5)。 EEGデータが処理されたら、15Hzでの大きさを5〜40Hzの平均振幅で割ることによって、各データファイルの信号対雑音比(SNR)を計算します。SNR の式は次のとおりです。ここで、振幅15Hz = 15Hz 周波数帯域の電圧(μV)振幅平均 = 5 ~ 40 Hz (μV) のすべての周波数帯域の平均電圧 すべてのデータ(生のEDF、処理されたEDF、SNR値、コメント、およびプレーヤーの怪我の状態の日付)が、調査目的で適切にラベル付けされたフォルダに保存されていることを確認します。 9. 統計解析 プレーヤーのデータファイルをカンマ区切り値(CSV)シートにカテゴリ別に結合します(ベースライン、脳震盪、および回復の読み取り用に別々の列)。 各 SSVEP 読み取り値の SNR を使用して、異なるグループを比較します。すべての要約データを、25番目 から 75番目の 四分位間範囲 (IQR) の中央値、統計的有意水準アルファ (α) = 0.05 セット、およびすべての分散水準を標準偏差 (± S.D.) で表します。統計分析ソフトウェア( 材料表を参照)を使用して、グループのSNR値を分析します。 Shapiro-Wilk検定を使用して、すべてのプレイヤーのSNR値の正規性を評価します。 3つのタイプの評価をすべて経験したプレイヤーについて、ペアの t検定(ベースライン脳震盪測定値、脳震盪回復測定値、ベースライン 回復 測定値間)を使用して、3つの評価グループすべての平均SNRを比較します。ボンフェローニ補正を利用して多重比較補正が適用されていることを確認します。 コーエンのD32を利用して、t検定比較の効果サイズを計算します。 モデル3、タイプkクラス内相関係数(ICC)を使用してテスト-再テストの信頼性を推定する。ICC(3,k)は、ベースラインとシーズンを通して繰り返されるテストとの間の一致を調べるために、95%信頼区間(CI)を有する。注: 実験はここで一時停止し、後で再開できます。 10. ポータブルSSVEPシステムセットアップの改善 メモ:このセクションで説明するシステムは、参加者の快適性を向上させながら、より効率的な測定プロセスを可能にするように設計されたオールインワンセットアップです。セクション2-6で説明したセットアップは、概念実証システムを生成するためにマージされた多数の機器で構成される単純なプロトタイプであることに注意してください。このシステムを使用したプロトコル回路図を 図6に示します。 セクション2で説明したシステムと同等の視覚刺激と電極構成を含むポータブルSSVEPシステムを入手します( 図7Aを参照)。 システムの SSVEP アプリケーションを iOS アプリストアから iOS で動作するデバイスにダウンロードします ( 資料表を参照)。 調査チームが、ポータブルSSVEPシステムおよび付属のiOSアプリケーションの使用説明書(IFU)に精通していることを確認し、SSVEPデバイスのアクティブ化とEEG測定値のローカルストレージを可能にします。 ポータブルSSVEPシステムの使用説明書(IFU)に従って、iOSアプリケーションでサブジェクトアカウントを生成します。アプリを開き、[ 件名] タブを選択してから、[ 新しい件名の追加] ボタンを押します。 11. リファレンスEEGシステムのセットアップ 視覚刺激成分を含まないモジュラー電極構成の検証済みの臨床グレードのEEGアンプユニットを入手してください(図7C)。 治験チームが、臨床脳波システムの使用説明書(IFU)および付属の臨床神経学ソフトウェアアプリケーション( 材料表を参照)に精通していることを確認し、アンプの活性化と脳波測定値のローカル保存を可能にします。 12. 改良されたポータブルSSVEPシステムの脳波検証 健康で英語を話す成人参加者を、セクション1で詳述したのと同じ除外基準を使用して募集する。SSVEPシステム検証研究のためにこれらの参加者に同意する。 参加者に 01 ~ 20 の番号をランダムに割り当てます。最初にポータブルSSVEPシステムで奇数番号が割り当てられた参加者を評価し、次に臨床脳波システムで参加者を評価します(ステップ12.3-12.16)。偶数番号が割り当てられた参加者の場合も同様です(ステップ12.10-12.14、次に12.3-12.9、12.15-12.16)。 使用説明書 (IFU) に従って SSVEP ヘッドセットをセットアップします。ヘッドセットを完全に充電し、SSVEPiOS アプリケーションとペアリングするBluetoothがあります。付属のポリウレタンセンサーシリンダーを電極チャンネルに挿入し、通常の生理食塩水を使用して飽和させます。 SSVEPヘッドセットをシステムのIFUに従って参加者の頭の上に置き、リアハウジングユニットの下部を参加者のイニオンの真上に置き、フロントバイザーハウジングを目と鼻ブリッジの上にしっかりと配置し、ヘッドセットを弾性調整ストラップで締め付けてバックルを固定します。 テストする前に、SSVEP iOS アプリケーションのインピーダンスインジケータをチェックして、ヘッドセットと参加者のヘッドの間に適切な接続があることを確認します。関連するアプリケーションの緑色の視覚インジケータ(インピーダンス<15kΩ)は、メーカーの基準に従って良好な接触品質を示します。 目的のすべての電極チャネルで良好な接触品質が達成されない場合は、通常の生理食塩水でセンサーを再飽和させ、位置決めを再確認して、センサーが頭皮に対してできるだけ平らであることを確認します。メモ:頭皮と電極間の電気的接続を確保し、潜在的なアーチファクトを最小限に抑えるには、良好な接触品質を得る必要があります(図4)。 参加者が快適であることを確認します。座って明かりを見つめている間,じっとしていて,落ち着いて,静かにしていて,必要なときだけまばたきをするように指示します。被験者が静止した着座位置から移動した場合、または評価中に環境設定が変化した場合、アーチファクト(図4)が発生する可能性があり、SSVEPデータを解析用に照合(破棄)しないでください。 iOSアプリケーションの[ テストの開始] ボタンを押して、視覚刺激を開始します。プロンプトが表示されたら、[ 続行] ボタンを押して、テストの次の段階に進みます。視覚刺激は、システムのIFUに従って2回実行され、予備的および一次的なSSVEP測定値を得る。 SSVEP 評価が完了したら、SSVEP ヘッドセットを参加者の頭部から取り外します。被験者に最低30秒間リラックスさせます。 テスト/再テストの信頼性値を取得するには、休止期間の終了後に SSVEP システムで SSVEP 評価プロトコルを繰り返します (ステップ 12.3 ~ 12.7)。 次の脳波システムに進む前に、参加者に5分間休ませます。 IFUに従って臨床脳波アンプをセットアップします:付属のUSBドングルと電源ケーブルを介してコンピュータに接続してアンプの電源を入れ、5つの電極リード線を01、O2、OZ、P1、およびP2のそれぞれ10〜20のEEG位置に接続し、コンピュータ上で臨床神経学EEGソフトウェアを開き、新しい研究を作成します( [記録] タブを介して)。 頭皮調製ゲルを参加者の頭部の後頭部領域に塗布し、指で時計回りの動きでゲルをこすって薄い層に広げる。 臨床脳波システムのIFUに従って、電極キャップを参加者の頭の上に嵌め込む。導電性ゲルを5つの電極パッチに慎重に清潔な手で塗布します。 10-20 EEG位置決め命名法に従って、5つの電極パッチを参加者の頭皮にそれぞれのO1、O2、O3、P1、およびP2の位置に配置します。 テスト前に、臨床EEGアンプソフトウェアアプリケーションのインピーダンスインジケータをチェックして、ヘッドセットと参加者の頭部が適切に接続されていることを確認してください。<15kΩのインピーダンス値は、EEGアプリケーションで許容できるものと見なされます。 目的のすべての電極チャネルで良好な接触品質が達成されない場合は、調製ゲルを再塗布し、位置決めを再確認して、センサーが頭皮に対して可能な限り平らであることを確認します。 ステップ12.4に従ってSSVEP装置のフロントバイザーを目の上にかざすよう参加者に指示し、調査助手が後部ハウジングユニットを頭皮から遠ざけるように指示する。 セクション 12.5.2 で概説されている手順を繰り返します。 臨床神経学ソフトウェアの左上隅にある赤い Record シンボルを押して、脳波アンプの記録を開始します。録音の開始直後に、iOS アプリケーションの [ テストの開始] ボタンを押して視覚刺激を開始します。 赤い Record シンボルを押して、SSVEP システムが最初の刺激ラウンドを停止し、コマンドの続行を待っていることを示すプロンプトが表示されたら、EEG アンプの記録を停止します。 臨床神経学ソフトウェアの赤い記録記号を押して脳波増幅器 の記録 を再開し、SSVEP iOSアプリの [続行] ボタンを選択して視覚刺激を続行します。 赤いRecordシンボルを押して、SSVEPシステムが視覚刺激を停止したことを促したら、EEGアンプの記録を停止します。 被験者に最低30秒間リラックスさせます。テスト再テストの信頼性値を得るために、休息期間の終了後に臨床脳波システムでSSVEP評価プロトコルを繰り返します(ステップ12.10〜12.13)(2つの合計テスト:テスト1/テスト2)。 SSVEP評価のペアが正常に完了したら、参加者にフロントバイザーを目から取り外し、電極パッチを頭皮から慎重に取り外すように指示します。 SSVEPヘッドセットと電極リード線の両方をイソプロピルアルコール(70%)ワイプで拭いてから、次回の使用まで両方の機器をそれぞれのケースに保管してください。 参加者に、頭痛やめまいの存在を含む刺激に対する異常な反応を経験したかどうかを尋ねます。試験への参加を完了したことを通知する前に、回答を試験ログに記録します。 13. ポータブルSSVEPシステムの信頼性計算のテスト/再テスト モバイル管理ユーティリティソフトウェアを使用して、両方のSSVEPプライマリテストセットの生のSSVEP値をiOSデバイスからダウンロードします。結果はカンマ区切り値 (CSV) ファイルとして出力されます。識別と保存の目的で、参加者のフルネーム、実施されたテストの種類、および日付を使用してファイルを保存します。 セクション 8 で生成された数値計算スクリプトを変更して、Oz 記録チャネルからの SSVEP 値の追加配列を含む CSV ファイルを処理します。 処理されたデータファイルをCSVシートの配列にまとめ、 テスト1 または テスト2のそれぞれのカテゴリに従って値を要約します。 各SSVEP読み取り値のSNRを使用して、異なるテストの結果を比較します。モデル2、タイプ1のクラス間相関係数ICC(2,1)と95%信頼区間(CI)、有意水準を0.05に設定したα使用して、検定/再検定の信頼性を推定します。 14. 臨床脳波システムのテスト-再テスト計算 両方の脳波増幅器一次テストセットの生のSSVEP値を臨床神経学ソフトウェアからダウンロードします。結果はCSVファイルとして出力されます。識別と保存の目的で、サブジェクト名と実施したテストの種類を使用してファイルを保存します。 ダウンロードした脳波増幅器のCSVファイルを使用してセクション13.2-13.4を繰り返し、臨床脳波システムのテスト-再テストの信頼性を推定します。 15. ポータブルSSVEPおよび臨床脳波システムの契約計算 SSVEPが脳波システムによって検出されたかどうかを判断するための基準を概説する(推奨基準:5〜35Hzの間の主信号ピークが15〜0.1Hzであ±、およびメインピークのZスコアが5を超える場合)。 セクション 12 および 13 で生成された数値計算スクリプトを変更して、処理される SSVEP ファイルのピーク周波数と Z スコアをさらに決定します。Zスコアの式は、である。どこ：振幅ピーク =ピーク 周波数(μV)の電圧振幅平均 = 5~35Hz(μV)のすべての周波数帯域の平均電圧 概説された基準を使用してSSVEPを正常に検出する脳波システムの能力の二項分析を行い、二項確率(%)を2つのシステム間の一致と見なします。各システムの予備記録と一次記録は、それぞれ 2 つのデータセットにわたる一致レベルを計算するために使用されます。 各SSVEP読み取り値のZスコアを使用して、異なるEEGシステムを比較します。すべての要約データを、25 番目から 75番目の 四分位範囲 ( IQR) の中央値として表します。統計分析ソフトウェアを使用して、システムが処理した値を統計的に分析します。 セクション12および13で生成された数値計算スクリプトを変更して、SSVEPおよび臨床脳波システムによって生成されたすべての(予備的および一次的な)SSVEPファイルの0〜25Hzの範囲のデータポイントをもたらした各周波数の平均SNRをさらに決定します。 両システムのパワースペクトル密度(PSD)を作成し、0~25Hzの間で平均SNR結果を正規化します( 代表的な結果を参照)。メモ: EEG システムごとに個別のデータ系列を作成し、同じ PSD にオーバーレイします。