JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
español

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Bioengineering

Configuración del equipo y eliminación de artefactos para electroencefalograma simultáneo y resonancia magnética funcional para revisión clínica en epilepsia

Published: June 23, 2023
doi:
10.3791/64919
, , , , , , , , , ,
1Department of Electrical and Computer Engineering,University of Kentucky, 2Department of Neurology,University of Kentucky, 3Department of Neuroscience,University of Kentucky, 4Cleveland Clinic, 5Cyprus Institute of Neurology and Genetics, 6Department of Radiology,University of Kentucky, 7Department of Neurosurgery,University of Kentucky

Summary

Este artículo detalla los procedimientos simultáneos de electroencefalograma y resonancia magnética funcional (EEG-fMRI) que se pueden usar tanto en entornos clínicos como de investigación. También se incluyen procedimientos de procesamiento de EEG para eliminar artefactos de imágenes para revisión clínica. Este estudio se centra en el ejemplo de la epilepsia durante el período interictal.

Abstract

El electroencefalograma simultáneo y la resonancia magnética funcional (EEG-fMRI) es una técnica combinada única que proporciona sinergia en la comprensión y localización del inicio de las convulsiones en la epilepsia. Sin embargo, los protocolos experimentales reportados para las grabaciones de EEG-fMRI no abordan los detalles sobre la realización de tales procedimientos en pacientes con epilepsia. Además, estos protocolos se limitan únicamente a entornos de investigación. Para llenar el vacío entre el monitoreo del paciente en una unidad de monitoreo de epilepsia (EMU) y la realización de investigaciones con un paciente con epilepsia, presentamos un protocolo único de registro de EEG-fMRI de la epilepsia durante el período interictal. El uso de un conjunto de electrodos condicionales MR, que también se puede usar en la EMU para un EEG simultáneo del cuero cabelludo y una grabación de video, permite una fácil transición de las grabaciones de EEG de la EMU a la sala de escaneo para grabaciones concurrentes de EEG-fMRI. Se proporcionan detalles sobre los procedimientos de grabación que utilizan este conjunto específico de electrodos condicionales MR. Además, el estudio explica los procedimientos de procesamiento de EEG paso a paso para eliminar los artefactos de imagen, que luego se pueden usar para la revisión clínica. Este protocolo experimental promueve una enmienda al registro convencional de EEG-fMRI para mejorar la aplicabilidad tanto en entornos clínicos (es decir, EMU) como de investigación. Además, este protocolo ofrece el potencial de ampliar esta modalidad a los registros postictales de EEG-fMRI en el entorno clínico.

Introduction

La epilepsia afecta a casi 70 millones de personas en todo el mundo1. Hasta una de cada 150 personas con epilepsia mal controlada sucumbe a una muerte súbita inesperada en epilepsia (SUDEP) cada año. Además, aproximadamente el 30%-40% de los casos de epilepsia son refractarios al tratamiento médico2. El tratamiento neuroquirúrgico en forma de resección, desconexión o neuromodulación puede ser una medida que cambia y salva vidas para los pacientes con epilepsia refractaria.

El electroencefalograma simultáneo y la resonancia magnética funcional (EEG-fMRI) es una técnica combinada única que mide las actividades cerebrales de forma no invasiva y ha proporcionado beneficios para comprender y localizar el inicio de las convulsiones en la epilepsia 3,4,5,6. Los EEG del cuero cabelludo se pueden usar para lateralizar y localizar las zonas de inicio de las convulsiones, pero tienen una resolución espacial relativamente pobre debido a las capacidades limitadas con respecto a la evaluación de fuentes epileptogénicas profundas. Si bien la resonancia magnética funcional tiene una buena resolución espacial en todo el cerebro, incluidas las regiones profundas, la resonancia magnética funcional por sí sola no es específica para las convulsiones. Sin embargo, los EEG del cuero cabelludo pueden informar la interpretación de las áreas de activación o desactivación dependientes del nivel de oxígeno en sangre (BOLD) en fMRI, produciendo así una técnica de fMRI que es específica para la epilepsia. Por lo tanto, la implementación de EEG-fMRI simultáneo se puede utilizar para mapear procesos espaciotemporales relevantes para localizar tanto el “dónde” como el “cuándo” de los eventos epilépticos.

Las explicaciones de cómo realizar EEG-fMRI simultáneos se proporcionan en los estudios previos 7,8,9,10. Sin embargo, la EEG-fMRI ha sido infrautilizada en la epilepsia, especialmente en entornos clínicos. Existe un estudio que proporciona un procedimiento general para los registros de EEG-fMRI, antecedentes y ejemplos de posibles análisis de EEG7. Además, se realizó un estudio que enfatiza la inducción hipnótica junto con medidas de temperatura en registros simultáneos de EEG-fMRI8. Además, se ha propuesto un estudio ampliado de EEG-fMRI para introducir un método de imagen de fuente de EEG espaciotemporal y restringido por fMRI 9,10. Además, se ha considerado el uso de un bucle de alambre de carbono para eliminar eficazmente los artefactos del EEG-fMRI10. Sin embargo, todos estos estudios no abordan los desafíos en la realización de estudios de EEG-fMRI en un entorno de investigación clínica. En particular, el uso de la tapa de EEG restringe la viabilidad de estos protocolos en entornos clínicos, y también faltan detalles sobre el manejo del paciente. En este estudio, proporcionamos un protocolo de registro de EEG-fMRI que se puede utilizar tanto en entornos clínicos como de investigación para pacientes con epilepsia. Este protocolo único permite una fácil transición del paciente de una unidad de monitoreo de epilepsia (EMU) a la sala de exploración. Además, el protocolo ofrece la posibilidad de ampliar su aplicación a los registros del período postictal con pacientes con epilepsia. Para EEG-fMRI, el posprocesamiento es un paso crucial en la eliminación de artefactos causados por gradientes de MRI y artefactos fisiológicos, como los relacionados con los latidos del corazón. Por lo tanto, también proporcionamos procedimientos paso a paso para eliminar artefactos de EEG utilizando un método estándar de eliminación de plantillas11 para revisión clínica.

Protocol

Este estudio se realizó de acuerdo con el Protocolo #62050, aprobado por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Kentucky (Reino Unido). 1. Reclutamiento de sujetos Criterios de inclusiónNOTA: Se deben cumplir todos los criterios siguientes.Incluir sujetos diagnosticados con epilepsia focal refractaria y elegibles para la evaluación de la cirugía de epilepsia. Incluya sujetos que tengan entre 18 y 60 años de edad. Incluya a las mujeres con potencial fértil si usan un método anticonceptivo. Incluir sujetos femeninos sin potencial fértil (posmenopáusica durante al menos 2 años, ooforectomía bilateral o ligadura de trompas, histerectomía completa).NOTA: Según el estándar de atención, se realiza una prueba de embarazo para mujeres en edad fértil una vez admitidas en la UME. Incluir sujetos programados para ingreso en la UME con un diagnóstico de epilepsia focal refractaria o para la caracterización de las convulsiones. Criterios de exclusiónExcluir a los sujetos que tienen claustrofobia severa. Excluya a los sujetos con dispositivos médicos implantados o metal incrustado que normalmente los descalificarían para someterse a una resonancia magnética, que es revisada rutinariamente por el tecnólogo de RM antes de cualquier exploración. Excluir a las mujeres embarazadas o lactantes. Excluir sujetos con cualquier condición médica o psiquiátrica conocida que, en opinión del investigador, podría poner en peligro o comprometería la capacidad del sujeto para participar en este estudio, o perjudicaría la participación confiable en el estudio. NOTA: Una vez que el paciente es admitido en la UME, después de que el paciente acuerde el formulario de consentimiento para participar en este estudio, se seguirán los siguientes pasos. 2. Colocación del electrodo Marque las posiciones de los electrodos en el cuero cabelludo del paciente, según el sistema 10-20.NOTA: Figura 1 muestra una selección de 32 electrodos.Mida y observe la línea central de la cabeza del cuero cabelludo del paciente colocando una cinta métrica desde la nasión hasta el inion pasando el centro superior de la cabeza (Medida A: plano sagital). Marque el 50% de la Medida A desde la nasión hasta la entrada. Esta marca indica la ubicación Cz del electrodo. Marca el 10% de la Medida A desde la nasion hasta la Cz indicada. Esta marca indica la ubicación Fpz del electrodo. Marque el 10% de la Medida A desde el inion hasta el Cz indicado. Esta marca indica la ubicación de Oz del electrodo. Marque el 20% de la Medida A de la Cz indicada a la Fpz. Esta marca indica la ubicación Fz del electrodo. Marque el 20% de la Medida A de la Cz indicada a Oz. Esta marca indica la ubicación Pz del electrodo. Mida y observe la cabeza del paciente desde el punto preauricular izquierdo hasta el punto preauricular derecho pasando el centro superior de la cabeza (Medida B: plano coronal). Marque el 50% de la Medida B y asegúrese de que esta ubicación se superponga con la ubicación Cz indicada. Marque el 10% de la Medida B desde el punto preauricular izquierdo hasta Cz. Esta marca indica la ubicación T3 del electrodo. Marque el 10% de la Medida B desde el punto preauricular derecho hasta Cz. Esta marca indica la ubicación T4 del electrodo. Marque el 20% de la Medida B de la Cz indicada a T3. Esta marca indica la ubicación C3 del electrodo. Marque el 20% de la Medida B de la Cz indicada a T4. Esta marca indica la ubicación C4 del electrodo. Mida y observe la circunferencia de la cabeza del paciente pasando por las marcas Fpz y Oz (Medida C: plano transversal). Marque el 10% de la Medida C a izquierda y derecha de Fpz. Estas marcas indican las ubicaciones Fp1 y Fp2 del electrodo, respectivamente. Marque el 10% de la Medida C a izquierda y derecha de Oz. Estas marcas indican las ubicaciones de O1 y O2 del electrodo, respectivamente. Marca el 20% de la Medida C a la izquierda de la FP1 y a la derecha de la FP2. Estas marcas indican las ubicaciones F7 y F8 del electrodo, respectivamente. Mida y anote la distancia de F7 y F8 en el plano coronal (Medida D: plano coronal). Marque el 50% de la Medida D y asegúrese de que el Fz indicado anteriormente se superponga. Marque el 25% de la medida D de F7 hacia Fz, y de F8 a Fz. Estas marcas indican las ubicaciones F3 y F4 del electrodo, respectivamente. Mida la distancia desde la nasion hasta el inion pasando por Fp1 y O1. Asegúrese de que el 50% de la medida se superponga con el C3 indicado anteriormente. Mida la distancia desde la nasion hasta el inion pasando por Fp2 y O2. Asegúrese de que el 50% de la medida se superponga con el C4 indicado anteriormente.NOTA: De la misma manera, se pueden marcar las posiciones de los electrodos en los lóbulos temporal y parietal, incluidos T5, P3, P4 y T6. Además, cualquier ubicación adicional de electrodos, como TP9, TP10, FT9 y FT10, se puede marcar en función de la distancia relativa desde las distribuciones de electrodos del sistema 10-20. El número de electrodos y sus distribuciones se pueden determinar en función del análisis prospectivo y el enfoque de la investigación. Limpie el cuero cabelludo del paciente con gel de preparación de la piel en una gasa. Coloque la pasta conductora en una taza de electrodo. Coloque el electrodo en el cuero cabelludo del paciente siguiendo el nombre del canal en el cable del electrodo.NOTA: Para el registro simultáneo de EEG-fMRI, se requiere usar electrodos condicionales de RM, y se sugieren electrodos aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) en la EMU. Repita la colocación del gel y los electrodos en el cuero cabelludo del paciente (paso 2.3) para todos los electrodos (Figura 2A).NOTA: Los cables conectados a los electrodos condicionales MR son relativamente cortos a la unión de conexión para minimizar los artefactos MR. Por lo tanto, al colocar los electrodos, considere las posiciones de los electrodos y colóquelos cuidadosamente para que los cables puedan estar bien organizados. Además, asegúrese de que no haya bucles en los cables, ya que potencialmente pueden producir calor y quemaduras dentro del escáner. Adhiera todos los electrodos al cuero cabelludo del paciente con pegamento en una gasa. Coloque todos los cables de los electrodos y coloque la unión del cable lejos del cuero cabelludo colocando almohadillas de gasa en el centro de la cabeza del sujeto (Figura 2B, flechas rojas).NOTA: Este es un paso crítico para evitar los artefactos de imágenes. Envuelva todas las uniones de cables con una envoltura de vendaje autoadhesivo (óvalos azules en la figura 2B).NOTA: Este paso se sugiere para asegurar las conexiones durante la grabación. Coloque una cubierta elástica para la cabeza para asegurar todos los electrodos. Conecte el arnés, que está conectado a los electrodos, al amplificador. Comience a monitorear su EEG sincrónicamente con grabaciones de video. 3. Registro de EEG-fMRI NOTA: Para el registro de EEG-fMRI, se utiliza el sistema de registro de EEG condicional de MR junto con los electrodos condicionales de MR colocados al comienzo de la admisión a EMU. En la sala de monitoreo, conecte el adaptador USB 2 al kit Triggerbox con un cable (cable blanco grueso en la Figura 3A).NOTA: El adaptador USB 2 permite conectar otro hardware con una computadora, y el kit Triggerbox se emplea para manipular la señal de activación generada por el escáner para ser detectada en el software de grabación de EEG. Conecte el Syncbox al adaptador USB 2 con un cable (cable negro grueso en la figura 3B).NOTA: La función del Syncbox es sincronizar las señales de reloj del amplificador y del sistema de conmutación de gradiente del escáner. En la sala de monitoreo, conecte un extremo del cable de fibra óptica al Syncbox (Figura 3C izquierda) y pase otro extremo a través de un túnel conectado a la sala de escaneo. Conecte un cable de puerto USB del adaptador USB 2 al ordenador de grabación (marca de estrella en la figura 3B). Conecte un cable de puerto USB desde el Syncbox al ordenador de grabación (marca de estrella en la figura 3C). Conecte un cable de puerto USB desde el Triggerbox al ordenador de grabación (marca de estrella en la figura 3D). Conecte el dongle de licencia de software a la computadora de grabación.NOTA: Hay en total cuatro puertos USB que se utilizarán. Tener un puerto multi-USB puede ser útil para administrarlos todos. Configure el amplificador de grabación de EEG junto con el kit de trineo MR dentro del escáner.PRECAUCIÓN: Cualquier metal o componente sensible a MR debe ser retirado de los experimentadores. Se requiere que los experimentadores completen la capacitación adecuada para realizar grabaciones en la sala de exploración de resonancia magnética.NOTA: Se recomienda cargar completamente la batería del amplificador antes de realizar la grabación. Conecte el extremo del cable de fibra óptica de la sala de escaneo a la parte posterior del amplificador (Figura 4D) y encienda el amplificador.NOTA: El otro extremo del cable de fibra óptica está conectado al Syncbox en la sala de monitoreo. Cuando se complete la configuración del equipo, abra el software de grabación de EEG haciendo clic en el icono del software en la pantalla de la computadora. Cree un espacio de trabajo en el software de grabación haciendo clic en el menú Nuevo espacio de trabajo en la pestaña Archivo en la parte superior izquierda de la ventana. Establezca una ruta de carpeta donde se almacenarán los nuevos datos haciendo clic en el botón Examinar . Inserte el nombre de los datos en un cuadro en blanco para Prefijo y especifique el índice de numeración insertando un número en los cuadros negros para Tamaño mínimo del contador [dígitos] y Número actual. Después de confirmar que el nombre de archivo se muestra correctamente en Siguiente nombre de archivo resultante, haga clic en Siguiente. Escanee el amplificador haciendo clic en el botón Buscar amplificador en la parte superior izquierda de la ventana creada. Configure los parámetros adecuados, incluidas las frecuencias de muestreo y las frecuencias de corte bajas y altas para la grabación, seleccionando las opciones adecuadas enumeradas para Frecuencia de muestreo, Corte bajo y Corte alto (consulte la figura 5).NOTA: La frecuencia de muestreo se establece en 5.000 Hz para muestrear suficientemente los artefactos de degradado del escáner. Se inserta un corte bajo de 10 s para evitar la saturación de corriente continua (CC) (la unidad de tiempo se utiliza en el software de la grabadora) y se establece un corte alto de 250 Hz para limitar la amplitud del artefacto de gradiente antes de ingresar al convertidor analógico a digital. Establezca los parámetros del escáner para la fMRI.NOTA: Un posible ajuste de adquisición de fMRI BOLD en estado de reposo es una secuencia ecoplanar (TR/TE = 1360/29 ms, ángulo de giro = 65, 54 cortes que cubren todo el cerebro, campo de visión = 260 mm x 260 mm, resolución = vóxeles isótropos de 2,5 mm). Los detalles de la configuración de fMRI se pueden variar según el objetivo de la grabación. Apague la bomba de helio del escáner para reducir aún más la introducción de artefactos en la señal de EEG.NOTA: Apagar la bomba de helio puede provocar la pérdida de helio líquido o el aumento de la temperatura del blindaje. Por lo tanto, se recomienda encarecidamente consultar con el proveedor del escáner para verificar si apagar el compresor de helio no es demasiado perjudicial para su sistema de escaneo de resonancia magnética. Transfiera al paciente a la sala de espera de escaneo. Explique el procedimiento de grabación al paciente.NOTA: Se recomienda que toda la configuración del equipo de grabación se complete antes de la llegada del paciente. Limpie la espalda del paciente, justo debajo del hombro izquierdo del paciente, donde se colocará el electrocardiograma (ECG). Aplique un gel electrolítico abrasivo en el cable del ECG y colóquelo en la parte posterior izquierda del paciente.NOTA: La longitud de este cable es corta, por lo que al colocar el cable de ECG, no tire con fuerza ni lo coloque demasiado bajo en la parte posterior; Aproximadamente 5 cm por debajo del hombro es aceptable. El cable de ECG se coloca en la parte posterior para minimizar los artefactos en movimiento. Aplique cinta adhesiva alrededor del cable y el cable del ECG para minimizar los artefactos de escaneo durante la grabación. Desconecte el mazo de cables EEG y conecte las uniones del cable EEG a la caja de interfaz (Figura 4B). Transporte al paciente a la sala de exploración. Acueste al paciente sobre la mesa de exploración con la cabeza en la mitad inferior abierta de la bobina de la cabeza.PRECAUCIÓN: Cualquier metal o componente sensible a MR debe ser retirado del sujeto.NOTA: Apoye la espalda del paciente cuando esté acostado. Aplique tapones para los oídos para ayudar a reducir el ruido del escáner. Aplique un cojín alrededor de la cabeza del paciente para minimizar los artefactos de movimiento de la cabeza. Conecte la mitad superior de la bobina de la cabeza para cerrar la bobina de la “jaula del pájaro” alrededor de la cabeza del paciente. Ajuste la altura de la cama. Conecte la caja de interfaz al amplificador (Figura 4C).NOTA: También se aplica cinta adhesiva a los cables de la caja de interfaz para minimizar los artefactos de escaneo (envoltura blanca en la Figura 4B). Coloque los sacos de arena seguros para MR alrededor de los cables para minimizar los artefactos de MR durante la grabación (Figura 4C). Una vez que se hayan completado todos los ajustes en la sala de escaneo, muévase a la sala de monitoreo. Comuníquese con el paciente a través de un micrófono en la sala de monitoreo, explicando que se están llevando a cabo pasos adicionales para configurar la configuración del software.NOTA: Los experimentadores pueden comunicarse a través de altavoces incorporados en la sala de escaneo y un micrófono en la sala de monitoreo. Compruebe la impedancia de los electrodos EEG haciendo clic en el botón Impedancia Check (Comprobación de impedancia ) en la parte superior izquierda de la ventana del software de grabación abierta en el ordenador. Confirme con el paciente que está listo para la grabación.NOTA: Durante la grabación, los experimentadores monitorean la condición del paciente a través de una cámara de video en la sala de escaneo y se comunican a través del micrófono en la sala de monitoreo. Inicie la grabación de EEG haciendo clic en el botón Reproducir en la parte superior izquierda del software de grabación. Ejecute el escaneo de adquisición de fMRI.PRECAUCIÓN: En cualquier caso, cuando el paciente informa molestias debido al entorno de grabación, incluido el ruido, el experimentador debe detener el procedimiento de grabación. 4. Eliminación de artefactos EEG NOTA: Las siguientes descripciones proporcionan pasos detallados sobre cómo eliminar los artefactos del escáner en los datos de EEG obtenidos de las grabaciones simultáneas de EEG-fMRI. La figura 6 muestra la canalización de procesamiento con ejemplos representativos. Abra el software de análisis de EEG. Aplique la corrección de artefactos MR.Haga clic en la pestaña Transformaciones > Procesamiento de señal especial > Corrección de RM . Cuando se genere una ventana pequeña, seleccione Usar marcadores, elija una señal de activación del escáner y haga clic en Siguiente.NOTA: Este paso indica una señal de activación del escáner y la utiliza como referencia para eliminar los artefactos de RM. Seleccione las opciones Intercalado y Basado en tiempo, inserte la información de tiempo de la señal de activación y haga clic en Siguiente.NOTA: En los datos adquiridos, V1 es la señal de activación, y se pueden insertar los siguientes valores en función de los intervalos de activación V1: inicio [ms]: -2; fin [ms]: 1.358; y duración [ms]: 1.360. La etiqueta de la señal de activación y su configuración detallada se pueden variar según la configuración del escáner. En la siguiente ventana, marque Habilitar corrección de línea base para promedio y desactive Calcular línea base sobre todo el artefacto. Inserte los valores Start [ms] y End [ms]. Seleccione Usar cálculo de media móvil.NOTA: Esto permite corregir la línea base basada en una ventana deslizante. Inserte el número total de intervalos para el promedio móvil, marque Uso común de todos los canales para intervalos incorrectos y corrección, y haga clic en Siguiente.NOTA: El número total de intervalos para la media móvil puede ser 21. Seleccione Usar todos los canales para la corrección y haga clic en Siguiente. Marque Do Downsampling (Hacer downsampling y elija 500 para Nueva frecuencia [Hz]). Marque Aplicar filtro de paso bajo y seleccione Usar filtro FIR, inserte 70 para Frecuencia de corte [Hz] y luego haga clic en Siguiente. Una vez que se hayan completado todas las configuraciones, seleccione una opción Almacenar datos corregidos y luego haga clic en Finalizar.NOTA: Almacenar datos sin comprimir en el archivo de historial se puede seleccionar como una opción Almacenar datos corregidos . Se pueden considerar diferentes opciones, dependiendo del propósito. Después de hacer clic en Finalizar, aparecerá una pequeña ventana de corrección de artefactos del escáner en el medio, que muestra el estado de procesamiento. Este proceso de corrección de RM puede tardar algún tiempo en completarse, dependiendo del tamaño de los datos del EEG. Aplique la eliminación de CC mediante un filtro de paso alto. Haga clic en la pestaña Transformación > filtrado de datos > filtros IIR. En una ventana recién generada, marque Habilitado en Corte bajo. Inserte una frecuencia de corte [Hz] de 0,5, elija el filtro Orden como 2 y, a continuación, haga clic en Aceptar. Retire los artefactos cardiobalísticos.Haga clic en la pestaña Transformaciones > Procesamiento de señal especial > Corrección CB . En la ventana que se abre posteriormente, seleccione Usar detección de picos y marque Modo semiautomático. En la sección Search Pulse Template (Plantilla de pulso de búsqueda), inserte Start[s] como 60 y Length[s] como 20. Marque Marcar plantilla encontrada y asegúrese de que se elija el canal de ECG adecuado. Inserte los parámetros adecuados para Frecuencia de pulso y Correlación y amplitud, inserte R para Marcar pulsos con marcadores R-Peak y luego haga clic en Siguiente.NOTA: El valor sugerido para la frecuencia del pulso [ms] es 1000 ± 400 y la frecuencia del pulso [lpm] es un mínimo de 43 y un máximo de 100. Los valores específicos de frecuencia del pulso dependen de los rangos de ECG del sujeto. Además, el nivel de activación de correlación se puede establecer como 0,6 y el nivel de activación de amplitud como un mínimo de 0,3 y un máximo de 1,4. Marque Usar datos completos para calcular el retraso de tiempo. Inserte el número total de intervalos de pulso utilizados para el promedio.NOTA: El número total de intervalos de pulso utilizados para el promedio se puede establecer como 21. En Corregir canales siguientes, mueva todos los canales de EEG a la columna derecha excepto el canal de ECG y, a continuación, haga clic en Siguiente. En la página siguiente, seleccione una opción Almacenar datos corregidos como prefiera. Haga clic en Finalizar.NOTA: Una vez que se hace clic en Finalizar , aparecerá una ventana de Corrección CB-Modo interactivo en el lado derecho del software. Deslice el dedo sobre el eje de tiempo en la parte inferior de la barra de navegación y compruebe dónde está resaltada la plantilla base ECG con un cuadro sombreado azul. Confirme que la plantilla base del ECG está marcada correctamente.NOTA: Al hacer doble clic en el nombre del canal de ECG, solo se mostrará el canal de ECG para su revisión. Considere un ajuste manual del pico o el intervalo según sea necesario. En la ventana CB Correction-Interactive Mode en el lado derecho del software, los ECG con patrones anormales se enumeran en orden secuencial en un formato de tabla. Estos se indican en la traza del ECG como líneas verticales rojas. En la ventana CB Correction-Interactive Mode (Modo interactivo de corrección CB ), marque cada ECG marcado haciendo doble clic en la fila correspondiente de la tabla. Ajuste las ubicaciones de los picos detectados, según sea necesario, moviendo las líneas verticales rojas. Una vez que se revisen todos los ECG detectados, haga clic en Finalizar.NOTA: El canal inicialmente contiene sólo marcadores rojos y verdes. Los marcadores verdes indican buenas detecciones, mientras que los marcadores rojos indican picos de pulso potenciales que no cumplen con todas las condiciones requeridas. Los marcadores rojos cambian a amarillo después de modificarlos manualmente. Al corregir los ECG anormales, es importante considerar que cada ubicación del pico y el intervalo de tiempo de cada ECG deben ser consistentes. Aplique la eliminación de ruido de línea eléctrica y corriente alterna (CA) mediante un filtro de muesca. Haga clic en la pestaña Transformación > filtrado de datos > filtros IIR . En la ventana que se abre, marque Muesca habilitada, seleccione Frecuencia [Hz] y luego haga clic en Aceptar.NOTA: Para la selección de frecuencia, se pueden seleccionar 50 o 60 Hz dependiendo del país donde se realice la grabación. El filtro de muesca se aplica en el último paso para ser beneficioso para las detecciones de ECG, y esta aplicación de filtro proporciona la conveniencia de la revisión clínica de EEG.

Representative Results

Cuando un paciente es admitido en la UME, se graba un EEG y un video simultáneos en el cuero cabelludo. Uno de los propósitos del monitoreo del EEG por parte de un neurólogo es evaluar las descargas epileptiformes, que potencialmente pueden informar la localización del inicio de la convulsión. Cuando se distingue una dinámica extraordinaria de canales específicos de EEG, las ubicaciones de los electrodos pueden asociarse con la localización de las convulsiones. Durante el período interictal, las descargas epileptiformes interictales (IED), incluidos los picos y las ondas agudas, se consideran tradicionalmente como marcadores de áreas de epileptogenicidad. Además, los registros obtenidos de los datos interictales de EEG-fMRI pueden ser ventajosos para comprender y localizar las convulsiones. Para validar este registro de EEG-fMRI y el protocolo de procesamiento de EEG, evaluamos la calidad del EEG comparando el EEG postprocesado con el de la EMU, y confirmamos que se observa la misma característica distinguible de EEG en ambos casos. La actividad lenta delta focal generalmente sugiere una lesión estructural cerebral subyacente o un área donde las neuronas no funcionan como se esperaba, lo que a menudo se observa después de accidentes cerebrovasculares, lesiones en la cabeza, infecciones cerebrales o demencia. Sin embargo, no es raro que los pacientes con epilepsia focal demuestren actividad delta focal cerca o en el sitio de su zona epileptogénica. Además, aunque la actividad delta focal es menos específica que los IED, puede especificar patología estructural localizada correspondiente al inicio de las convulsiones en la epilepsia12. Además, las ondas lentas interictales focales en los EEG corresponden a la activación focal BOLD en fMRI que coincide con el área epileptogénica en pacientes con epilepsia parcial13. Es notable que, en la epilepsia de inicio del lóbulo temporal, a veces está presente un tipo de actividad delta llamada delta rítmica intermitente temporal (TIRDA), y se considera un IED equivalente14. Por el contrario, el delta polimórfico intermitente temporal (TIPDA) no se considera un IED equivalente15. En los datos de EEG procesados, están presentes ondas lentas temporales izquierdas focales claras (TIPDA), que se observan en el EEG registrado en la UME (Figura 7). Aunque esta actividad delta no es equivalente a IED, sugiere disfunción neuronal temporal izquierda. Figura 1: Un ejemplo de 32 selecciones de electrodos para el registro simultáneo de EEG-fMRI. En la clínica, 21 canales son comúnmente considerados para el monitoreo de EEG. Para cumplir con un número mínimo de electrodos para realizar imágenes de fuente de EEG (ESI), se incluyen 11 canales adicionales para cubrir la cabeza por completo. Todos los electrodos son copas de oro para evitar los efectos de RM. En la figura, se utilizan diferentes colores para distinguir diferentes electrodos, y los colores coinciden con los colores físicos del cable. Cada caja rectangular en la parte inferior indica una unión que se conectará a un arnés, que se conectará a un amplificador para la grabación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 2: Colocación de electrodos. (A) Colocación de los electrodos en el cuero cabelludo del paciente y (B) disposición de las uniones de cables. Las imágenes de la izquierda en (A) y (B) proporcionan una vista frontal superior, y las imágenes de la derecha proporcionan una vista del lado izquierdo del paciente. Las flechas rojas en (B) indican la colocación de almohadillas de gasa. Esto ayuda a evitar artefactos de imágenes. Las áreas rodeadas en azul en (B) muestran cómo están dispuestas las uniones de cables. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 3: Conexión del equipo en la sala de monitoreo . (A) Una descripción general de la conexión del adaptador USB 2, Syncbox y Triggerbox. Imagen detallada de (B) el adaptador USB 2 y las conexiones del cable Syncbox, (C) el Syncbox y la conexión del cable de fibra óptica, y (D) las conexiones del cable en el Triggerbox. Las marcas de estrella en (B), (C) y (D) muestran la ubicación de los cables USB que se conectarán al PC de grabación. Un diagrama esquemático del sistema de registro de EEG y las conexiones requeridas entre el hardware se proporciona en la Figura 1 en Mullinger et al.7. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 4: Conexión del equipo en la sala de escaneo . (A) Una descripción general de la conexión del amplificador EEG en el escáner. (B) Cables envueltos desde la caja de interfaz para conectar los electrodos EEG (el cable rojo es para la medida de ECG). (C) Conexión de la caja de interfaz y el amplificador EEG y los sacos de arena seguros MR colocados para reducir los artefactos de MR. (D) Conexión del amplificador (arriba) y la batería (abajo) y conexión del cable de fibra óptica desde el Syncbox en la sala de monitoreo al amplificador. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 5: Captura de pantalla de la configuración del espacio de trabajo en el software de grabación de EEG. El número de canales y la frecuencia de muestreo se pueden ajustar en la configuración del amplificador. Además, la especificación de cada canal se puede modificar, si es necesario, haciendo clic en la tabla en la parte inferior. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 6: Canalización de eliminación de artefactos EEG con ejemplos representativos. Las trazas de EEG sin procesar se muestran en la parte inferior izquierda. La gráfica central inferior muestra trazas de EEG después de aplicar la corrección de artefactos de RM y un filtro de paso alto de 0.5 Hz en el EEG sin procesar. El gráfico inferior derecho muestra las trazas de EEG después de aplicar la corrección de artefactos CB y un filtro de muesca de 60 Hz en el EEG procesado. Las trazas de EEG se muestran en modo de tierra común para visualizar de manera efectiva cómo cada proceso influye en cada canal grabado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 7: Comparación del EEG procesado de un registro simultáneo de EEG-fMRI (izquierda) y un EEG registrado en la EMU (derecha). El círculo rojo indica ondas lentas temporales izquierdas focales en los mismos canales. Las trazas de EEG se muestran en un formato de doble plátano, que tradicionalmente se considera en la clínica. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

Este protocolo experimental es único en proporcionar una transición sin problemas de pacientes con epilepsia de la EMU a la sala de exploración, lo que permite su uso en entornos clínicos y de investigación. El uso de electrodos condicionales de RM aprobados por la FDA es un componente esencial tanto para los registros clínicos durante el tiempo pasado en la UME como para la transferencia segura a la RM sin tener que quitar o intercambiar los electrodos del cuero cabelludo del paciente. En la EMU, los electrodos condicionales MR están conectados a un amplificador para el monitoreo simultáneo de video y EEG. Para las grabaciones de EEG-fMRI, se puede usar un amplificador de EEG condicional MR y un escáner de MRI con una bobina de cabeza de 20 canales, que se adapta al tamaño del conjunto de electrodos y los cables de conexión. Cabe señalar que antes de realizar las grabaciones simultáneas de EEG-fMRI en pacientes con epilepsia, se recomienda encarecidamente realizar una prueba con un sujeto sano para confirmar el funcionamiento adecuado de todo el equipo y familiarizarse con cada paso requerido.

Además, la organización concreta del equipo y la cuidadosa selección de pacientes también juegan un papel importante en este protocolo. Para ser viable tanto para entornos clínicos como de investigación, se requiere contar con un equipo estructurado de epileptólogos, personal de enfermería, tecnólogos de EEG e ingenieros. Para la selección de pacientes, los criterios de inclusión y exclusión mencionados anteriormente deben considerarse firmemente.

Además, es importante tener en cuenta que cuando se realiza un análisis de fMRI informado por EEG, debe existir una presencia clara de las características clave de los EEG para guiar los cambios BOLD correspondientes en fMRI. Por lo tanto, al realizar el registro de EEG-fMRI, es importante considerar a los pacientes que han demostrado previamente las características del EEG objetivo. Durante el período interictal en pacientes con epilepsia, los IED, que son anormales y sugieren potencial epileptogénico, son una característica bien conocida del EEG para referirse a los cambios BOLD16, aunque el ejemplo aquí no incluye este caso. Cuando se dirigen a obtener IED en los registros interictales de EEG-fMRI, los experimentadores deben considerar a los pacientes con IED frecuentes (al menos tres IED / hora) observados por un EEG del cuero cabelludo, para garantizar suficientes descargas epileptiformes durante una sesión de exploración. El número de IED se puede determinar a partir del monitoreo de EEG en la EMU, o de la referencia a la frecuencia de IED observada en las grabaciones de EEG anteriores de los sujetos, si existen. Los registros obtenidos de los datos de EEG-fMRI interictal pueden aportar beneficios para comprender y potencialmente localizar la zona17 de inicio de las convulsiones.

Una vez que se obtiene un EEG limpio después de procesar los pasos de eliminación de artefactos, se puede aplicar un análisis de EEG adicional. Por ejemplo, las imágenes de fuente de EEG (ESI) se pueden obtener mediante la aplicación de tomografía electromagnética cerebral estandarizada de baja resolución (sLORETA)18 para estimar la actividad eléctrica correspondiente del cerebro en la superficie cortical. Las fuentes estimadas se pueden obtener invirtiendo la matriz de campo de plomo calculada basada en las capas de cabeza, cráneo externo, cráneo interno y corteza creadas a partir de la resonancia magnética del paciente utilizando el método del elemento límite19. Existen numerosas cajas de herramientas disponibles públicamente para obtener imágenes de origen EEG, y Brainstorm es una caja de herramientas basada en MATLAB20 de uso popular.

Cuando se considera la ESI utilizando el EEG procesado, el número total de electrodos y sus distribuciones deben tenerse en cuenta cuidadosamente para que puedan cubrir razonablemente toda la cabeza. El número mínimo de electrodos necesarios para implementar ESI es de 32 canales21,22, que es más que el número estándar de electrodos utilizados en entornos clínicos. Por lo tanto, se recomienda incluir canales adicionales para cubrir toda la cabeza con un espacio razonable. La selección de canales en este estudio incluye 21 canales, que se utilizan convencionalmente en la clínica para la monitorización de EEG, y 11 canales adicionales para cubrir la cabeza por completo (Figura 1).

Aquí, no incluimos detalles del análisis de fMRI, ya que esto está fuera del alcance de nuestro estudio. Sin embargo, una posible dirección es el análisis de fMRI informado por EEG23. Por ejemplo, el tiempo de ocurrencia de los IED se puede guardar como desencadenantes de eventos para correlacionarse con la fMRI, lo que puede conducir a un análisis de fMRI de rutina relacionado con eventos. En este caso, se puede utilizar un análisis de modelo lineal generalizado para encontrar las regiones cerebrales que muestran cambios en la señal de fMRI en el momento de los IED.

Señalamos que un estudio publicado recientemente10 ha demostrado que es posible utilizar un sistema de bucle de alambre de carbono cuando se requiere una técnica de eliminación de artefactos más robusta16. Sin embargo, queremos informar que la integración del sistema de bucle de alambre de carbono en nuestro entorno experimental con el electrodo condicional MR aún no se ha investigado.

Aunque este estudio se centra específicamente en el período interictal de la epilepsia, el protocolo introducido para el EEG-fMRI simultáneo puede extenderse aún más al período ictal o postictal. Sin embargo, se deben seguir consideraciones específicas cuando se consideran configuraciones personalizadas. Para la fase postictal, una preocupación importante de la que somos conscientes es que el paciente recibe una benzodiazepina antes del transporte a la resonancia magnética. En cuanto al análisis de frecuencia de los EEG, se ha relatado que las benzodiazepinas no necesariamente alteran las bandas de frecuencia específicas 24,25, y en el caso de cambios modestos, estos se limitan a la región somatosensorio-motora26 o a los lóbulos frontales27. Además, con respecto al EEG-fMRI simultáneo, las correlaciones delta EEG-BOLD no mostraron cambios después de la inyección de benzodiazepinas en comparación con un control con inyección de solución salina27. La señal BOLD disminuyó solo en las áreas pequeñas del giro de Heschel y el área motora suplementaria.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue parcialmente apoyado por la Facultad de Medicina, el Vicepresidente de Investigación, UK HealthCare y el Área de Prioridad de Investigación de la Universidad de Kentucky como parte de la Iniciativa de la Alianza de la Facultad de Medicina y los fondos de puesta en marcha del Dr. Jihye Bae proporcionados por el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Kentucky. Los autores agradecen a los participantes voluntarios por la grabación y a los miembros del equipo de la Alianza de Investigación de Epilepsia-Neuroimagen, especialmente al Dr. Brian Gold por liderar el equipo de la alianza, al Dr. Sridhar Sunderam por la tutoría de investigación, y a Susan V. Hollar y Emily Ashcraft por la atención y el manejo del paciente.

Materials

3T Magnetom Prisma fit MRI scanner Siemens Healthineers
Abralyt HiCl, 10 g. EASYCAP GmbH Conductive gel for ECG electrode.
BrainAmp MR plus 32-channel Brain Products GmbH S-BP-01300
BrainVision Analyzer Version 2.2.0.7383 Brain Products GmbH EEG analysis software.
BrainVision Interface Box 32 inputs Ives EEG Solutions, LLC BVI-32
BrainVision Recorder License with dongle Brain Products GmbH S-BP-170-3000
BrainVision Recorder Version 1.23.0003 Brain Products GmbH EEG recording software.
Collodion (non-flexible) Mavidon Glue to secure EEG electrodes.
Fiber Optic cable (30m one line) Brain Products GmbH S-BP-345-3020
Gold Cup Electrode set, 32 channel Ives EEG Solutions, LLC GCE-32 2+ items are recommended when managing multiple subjects with overlapped/close period of Epilepsy Monitoring Unit (EMU) stay.
Gold Cup Electrodes Ives EEG Solutions, LLC GCE-EKG
Harness, 32 lead, reusable Ives EEG Solutions, LLC HAR-32 2+ items are recommended when managing multiple subjects with overlapped/close period of  Epilepsy Monitoring Unit (EMU) stay.
MR-sled kit including 100% and 75% length base plates, low profile (3 cm) block legs for each base plate, ramp, and strap systems as hand configured Brain Products GmbH BV-79123-PRISMA SKYRA
Natus NeuroWorks EEG Natus Software used for EEG monitoring at the Epilepsy Monitoring Unit (EMU).
Nuprep Skin Prep Gel Weaver and Co.
Passive starter set, including consumables (gel, syringes, dispensing tips, adhesive washers, etc.) to facilitate out of the box data acquisition Brain Products GmbH S-C-5303
SyncBox compl. Extension box for phase sync recordings Brain Products GmbH S-BP-02675 Syncbox
syngo MR XA30 Siemens Healthineers Software used for the MRI scanner.
Ten 20 Conductive Neurodiagnostic Electrode Paste Weaver and Co. Conductive gel for EEG electrodes.
TriggerBox Kit for BrainAmp Brain Products GmbH S-BP-110-9010 Triggerbox; This Kit allows to expand the trigger width from the scanner so that the trigger signal can be detected on the BrainVision Recorder properly. This kit may not be required depending on the characteristics of the trigger signal provided by the scanner.
Xltek EMU40EX amplifier Natus An amplifier used at the Epilepsy Monitoring Unit (EMU).
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ngugi, A. K., Bottomley, C., Kleinschmidt, I., Sander, J. W., Newton, C. R. Estimation of the burden of active and life-time epilepsy: a meta-analytic approach. Epilepsia. 51 (5), 883-890 (2010).
  2. Kwan, P., Brodie, M. J. Early Identification of refractory epilepsy. The New England Journal of Medicine. 342 (5), 314-319 (2000).
  3. Menon, V., Crottaz-Herbette, S. Combined EEG and fMRI studies of human brain function. International Review of Neurobiology. 66, 291-321 (2005).
  4. Gotman, J., Pittau, F. Combining EEG and fMRI in the study of epileptic discharges. Epilepsia. 52, 38-42 (2011).
  5. Pittau, F., Dubeau, F., Gotman, J. Contribution of EEG/fMRI to the definition of the epileptic focus. Neurology. 78 (19), 1479-1487 (2012).
  6. Ikemoto, S., von Ellenrieder, N., Gotman, J. Electroencephalography-functional magnetic resonance imaging of epileptiform discharges: Noninvasive investigation of the whole brain. Epilepsia. 63 (11), 2725-2744 (2022).
  7. Mullinger, K. J., Castellone, P., Bowtell, R. Best current practice for obtaining high quality EEG data during simultaneous fMRI. Journal of Visualized Experiments. (76), e50283 (2013).
  8. Douglas, P. K., et al. Method for simultaneous fMRI/EEG data collection during a focused attention suggestion for differential thermal sensation. Journal of Visualized Experiments. (83), e3298 (2014).
  9. Nguyen, T., Potter, T., Karmonik, C., Grossman, R., Zhang, Y. Concurrent EEG and functional MRI recording and integration analysis for dynamic cortical activity imaging. Journal of Visualized Experiments. (136), e56417 (2018).
  10. Khoo, H. M., et al. Reliable acquisition of electroencephalography data during simultaneous electroencephalography and functional MRI. Journal of Visualized Experiments. (169), e62247 (2021).
  11. Allen, P. J., Josephs, O., Turner, R. A method for removing imaging artifact from continuous EEG recorded during functional MRI. Neuroimage. 12 (2), 230-239 (2000).
  12. Smith, S. J. M. EEG in the diagnosis, classification, and management of patients with epilepsy. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 76, 2-7 (2005).
  13. Manganotti, P., et al. Continuous EEG-fMRI in patients with partial epilepsy and focal interictal slow-wave discharges on EEG. Magnetic Resonance Imaging. 26 (8), 1089-1100 (2008).
  14. Reiher, J., Beaudry, M., Leduc, C. P. Temporal intermittent rhythmic delta activity (TIRDA) in the diagnosis of complex partial epilepsy: sensitivity, specificity and predictive value. The Canadian Journal of Neurological Sciences. 16 (4), 398-401 (1989).
  15. Geyer, J. D., Bilir, E., Faught, R. E., Kuzniecky, R., Gilliam, F. Significance of interictal temporal lobe delta activity for localization of the primary epileptogenic region. Neurology. 52 (1), 202-205 (1999).
  16. Koupparis, A., et al. Association of EEG-fMRI responses and outcome after epilepsy surgery. Neurology. 97 (15), e1523-1536 (2021).
  17. Gotman, J. Has recording of seizures become obsolete. Revue Neurologique. , 00865 (2023).
  18. Pascual-Marqui, R. D. Standardized low-resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA): technical details. Methods and Findings in Experimental and Clinical Pharmacology. 24, 5-12 (2002).
  19. Hallez, H., et al. Review on solving the forward problem in EEG source analysis. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 4, 46 (2007).
  20. Tadel, F., Baillet, S., Mosher, J. C., Pantazis, D., Leahy, R. M. Brainstorm: a user-friendly application for MEG/EEG analysis. Computational Intelligence and Neuroscience. 2011, 879716 (2011).
  21. Srinivasan, R., Tucker, D. M., Murias, M. Estimating the spatial Nyquist of the human EEG. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 30, 8-19 (1998).
  22. Michel, C. M., et al. EEG source imaging. Clinical Neurophysiology. 115 (10), 2195-2222 (2004).
  23. Abreu, R., Leal, A., Figueiredo, P. EEG-informed fMRI: A review of data analysis methods. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 29 (2018).
  24. Saletu, B., Anderer, P., Saletu-Zyhlarz, G. M. EEG topography and tomography (LORETA) in the classification and evaluation of the pharmacodynamics of psychotropic drugs. Clinical EEG Neuroscience. 37 (2), 66-80 (2006).
  25. Windmann, V., et al. Influence of midazolam premedication on intraoperative EEG signatures in elderly patients. Clinical Neurophysiology. 130 (9), 1673-1681 (2019).
  26. Nishida, M., Zestos, M. M., Asano, E. Spatial-temporal patterns of electrocorticographic spectral changes during midazolam sedation. Clinical Neurophysiology. 127 (2), 1223-1232 (2016).
  27. Forsyth, A., et al. Comparison of local spectral modulation, and temporal correlation, of simultaneously recorded EEG/fMRI signals during ketamine and midazolam sedation. Psychopharmacology. 235 (12), 3479-3493 (2018).

Tags

EEG-fMRISimultaneous RecordingEpilepsySeizure OnsetNeurosurgical Treatment10-20 SystemElectrode PlacementConductive PasteElectrode CablesAmplifierTrigger BoxFiber Optic CableMR-sled KitEEG Recording Software

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Bae, J., Clay, J. L., Thapa, B. R., Powell, D., Turpin, H., Tasori Partovi, S., Ward-Mitchell, R., Krishnan, B., Koupparis, A., Bensalem Owen, M., Raslau, F. D. Equipment Setup and Artifact Removal for Simultaneous Electroencephalogram and Functional Magnetic Resonance Imaging for Clinical Review in Epilepsy. J. Vis. Exp. (196), e64919, doi:10.3791/64919 (2023).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image