Acquisition fiable de données d’électroencéphalographie au cours de l’électroencéphalographie simultanée et de l’IRM fonctionnelle

Le comité d’éthique de la recherche de l’hôpital universitaire d’Osaka et le comité de sécurité du Centre d’information et de réseaux neuronaux (CiNET) ont approuvé le protocole (approbations de l’hôpital universitaire d’Osaka nos 18265 et 19259; Nos d’homologation ciNET 2002210020 et 2002120020). Tous les sujets ont donné leur consentement éclairé écrit pour leur participation. 1. Préparation de la configuration expérimentale Connectez l’EEG compatible IRM et les amplificateurs bipolaires aux batteries (assurez-vous qu’elles sont complètement chargées) et à l’ordinateur d’enregistrement. Assurez-vous que l’espace de travail du logiciel d’enregistrement est correctement configuré. Réglez la résolution d’amplitude sur 0,5 μV pour éviter la saturation de l’amplificateur; définissez les filtres de fréquence en fonction de la bande de fréquences d’intérêt. Réglez le taux d’échantillonnage à 5 000 Hz (maximum possible pour les amplificateurs utilisés dans ce protocole), quelle que soit la bande de fréquences d’intérêt.REMARQUE : La résolution d’amplitude à 0,5 μV correspond à une valeur maximale de 16,38 mV, ce qui est suffisant pour enregistrer l’artefact de gradient, étant donné que les pics d’artefact de gradient peuvent atteindre des amplitudes supérieures de 100 fois supérieures à celles de l’EEG spontané du cuir chevelu (environ 10-100 μV) à des vitesses élevées (>1 000 fois plus rapide que le taux de changement de l’EEG en cours). Théoriquement, le taux d’échantillonnage doit être au moins deux fois plus élevé (théorème de Nyquist) que la fréquence la plus élevée dans le spectre de commutation de gradient, afin d’échantillonner avec précision les artefacts de commutation de gradient à haute fréquence et de détecter le véritable début de l’activité de gradient de chaque volume pour l’élimination ultérieure12,18. Toutefois, l’augmentation du taux d’échantillonnage entraîne des fichiers de grande taille, ce qui nécessite des investissements importants pour le stockage des données et peut également entraver le post-traitement ultérieur. L’utilisation du périphérique de synchronisation rend inutile d’augmenter la fréquence d’échantillonnage pour améliorer la synchronisation entre les horloges EEG et MR (voir l’étape 1.4). Un taux d’échantillonnage de 5 000 Hz est adéquat pour les enregistrements EEG/potentiel lié aux événements (ERP) habituels, et des taux d’échantillonnage plus élevés n’améliorent pas la qualité des données, car le processus de correction d’artefacts ultérieur, qui implique un échantillonnage descendant des données à une fréquence inférieure à 500 Hz et un filtrage passe-bas supplémentaire, élimine tous les résidus de correction de gradient à haute fréquence qui peuvent exister18. Reportez-vous au manuel pour plus de détails concernant les réglages appropriés du logiciel d’enregistrement nécessaire à l’acquisition d’EEG dans l’IRM, qui diffère de celui en dehors de l’IRM. Vérifiez si les marqueurs du scanner, c’est-à-dire les marqueurs pour la synchronisation de l’horloge (synchronisation par défaut) et le déclencheur de volume (R128 par défaut), sont affichés périodiquement dans l’enregistrement EEG en ligne. La synchronisation affichée indique que le scanner IRM et les horloges EEG sont synchronisés, et R128 indique que les déclencheurs de volume sont enregistrés pour le post-traitement suivant. Le scanner IRM et les horloges EEG sont synchronisés à l’aide du périphérique SyncBox, qui détecte la sortie de l’horloge du scanner (généralement 10 MHz et plus), sous-échantillonne et génère le signal d’horloge (et les marqueurs de synchronisation) vers l’interface USB2.REMARQUE: L’interface USB2 envoie les données EEG de tous les amplificateurs, qui sont verrouillés de phase au signal d’horloge du scanner, à l’ordinateur d’enregistrement18. La synchronisation périodique sur les marqueurs sont des déclencheurs générés à partir de l’impulsion électrique du scanner pour synchroniser l’échantillonnage du signal EEG par le taux du scanner MR, une condition requise pour la correction des artefacts du scanner. Les déclencheurs de volume sont utilisés pour identifier le temps d’apparition de l’analyse du volume MR pour la correction de l’artefact du scanner pendant le traitement EEG hors ligne19. Configurez le scanner IRM en fonction des besoins et des disponibilités. Il est préférable d’utiliser une radiofréquence (RF) de tête d’émission et de réception pour minimiser le risque de chauffage RF. Cependant, une bobine RF de transmission de corps entier et une bobine RF de réception de tête à 20 canaux seulement ont été utilisées ici parce qu’une bobine de tête d’émission et de réception n’était pas disponible pour le scanner utilisé (typiquement le cas pour la plupart des scanners modernes). Chargez une seringue de 10 mL (ou plusieurs au besoin) avec le gel conducteur abrasif pour l’application du capuchon EEG. On pourrait précharger le gel abrasif dans une seringue en plastique de grande capacité de 50 mL pour la distribution de fluide et remplir la seringue de 10 mL avec le gel avant l’arrivée du sujet.REMARQUE: L’application d’un bouchon EEG à 32 canaux consomme généralement environ 20-25 ml de gel. 2. Application du capuchon EEG et de l’électrode ECG Lors du recrutement, demandez au sujet de remplir une liste de contrôle des contre-indications potentielles à l’IRM. Confirmer que le sujet n’a aucune contre-indication à l’IRM avant l’arrivée.REMARQUE : En général, tout sujet admissible à l’IRM peut participer à une étude d’IRMf-EEG. Les critères d’exclusion sont les suivants : sujets non coopératifs ou non conformes; ceux qui ont des conditions sous-jacentes (p. ex., maux de dos chroniques), qui les empêchent de s’endormir sur le dos pendant une certaine période de temps (généralement au moins 1 h); ou des sujets qui pourraient être incapables de rester immobiles sur la table d’IRM pendant la scintigraphie. Le mouvement nuit non seulement à la qualité des données de l’EEG et de l’IRMf, mais impose également un danger potentiel aux sujets eux-mêmes (p. ex., induit un courant dans les fils et les câbles qui peut causer une stimulation). Dans le cas d’une acquisition basée sur des tâches, la capacité de compréhension de la langue du sujet doit également être prise en compte (évitez les sujets qui sont incapables de comprendre les instructions). Dans cette étude, 32 volontaires en bonne santé (âge moyen, 40 ans ; 17 femmes) et 25 patients présentant l’épilepsie (âge moyen, 31 ans ; 13 femmes) ont été recrutés. Demandez aux sujets de se laver les cheveux avec un shampooing sans revitalisant ni cire avant l’arrivée. Expliquez le but de l’expérience et les prochaines étapes au sujet. Mesurer la circonférence de la tête (c.-à-d. circonférence frontale occipitale) en enroulant un ruban à mesurer souple et non extensible autour de la tête sur les crêtes supraorbitales et l’occiput et choisir un capuchon de taille appropriée. Utilisez un capuchon de 1 cm de plus que la circonférence de la tête et demandez toujours au sujet si le capuchon est confortable une fois placé (c.-à-d. pas trop serré). Après avoir placé le capuchon à la position approximative sur la tête du sujet, à l’aide du même ruban à mesurer, mesurer les longueurs de l’arc inion-nasion, défini comme l’arc sur la ligne médiane de la tête s’étendant de l’occiput au pont du nez, et l’arc péri-auriculaire, défini comme l’arc s’étendant entre les oreilles qui traverse le milieu de l’arc inion-nasion, au-dessus du bouchon. Marquez l’intersection de l’arc inion-nasion et de l’arc péri-auriculaire (le point où les points médians des deux arcs se rencontrent, AKA Cz), et faites glisser le capuchon sur la tête afin que la position de l’électrode Cz soit ajustée à cette intersection. Assurez-vous que le capuchon n’est pas tourné horizontalement en vérifiant manuellement si les électrodes Fz, Pz, Oz, Reference et Ground sont positionnées sur l’arc inion-nasion. Exposez la peau sous chaque électrode en déplaçant les cheveux sur le côté de l’électrode à l’aide du dos d’un coton-tige. Frottez la peau sous chaque électrode en faisant tourner rapidement un coton-tige contenant 70% de solution d’alcool placée à travers l’ouverture de l’électrode. Appliquez une petite quantité de gel conducteur abrasif (~ 0,2 mL) dans l’ouverture et abrasez la peau en faisant tourner rapidement un coton-tige de la même manière. Surveiller l’impédance de l’électrode (affichée par le logiciel d’enregistrement) et répéter l’abrasion comme indiqué à l’étape 2.8 jusqu’à ce que l’impédance tombe au moins en dessous de 20kΩ20,de préférence aussi bas que possible (en dessous de 5 kΩ)21. Remplissez l’ouverture avec le même gel (généralement ~ 0,5 mL) une fois que l’impédance est satisfaisante. Ne pas appliquer de gel excessif dans l’ouverture pour éviter de faire le pont entre les électrodes. Passez à l’électrode suivante si l’impédance n’est pas satisfaisante malgré l’abrasion répétée et revenez plus tard car parfois l’impédance continue de baisser avec le temps après l’application du gel. Répétez les étapes 2.6-2.9 pour toutes les électrodes EEG du cuir chevelu. Avant de placer l’électrode ECG à l’arrière, demandez au sujet de s’asseoir debout sans fléchir le cou. Assurez-vous que le fil de l’électrode ECG est droit lorsque vous placez l’électrode ECG à l’arrière, mais gardez une certaine tolérance pour la pose du fil de l’électrode ECG le long de la courbe du cou, afin d’éviter le déplacement de l’électrode lorsque le sujet se couche sur la table d’IRM. Placez l’électrode ECG à 2-3 cm à gauche du sillon médian, qui peut être identifié comme l’indentation verticale le long de la ligne médiane du dos. La position verticale varie en fonction de la hauteur du sujet; il est généralement positionné sur le bas du dos approximativement sur la ligne qui s’étend entre les extrémités de l’omoplate dans un sujet d’environ 160 cm. Frottez la peau sous l’électrode ECG avec un écouvillon d’alcool. Fixez l’électrode ECG à la peau à l’aide d’un anneau adhésif double face et répétez les étapes 2.8-2.9. L’anneau adhésif sert également de rembourrage pour éviter le contact direct de l’électrode avec la peau. Pliez le coton-tige d’alcool sec en quatre et placez-le sur l’électrode ECG. Collez-le sur la peau à l’aide d’un ruban chirurgical (ruban adhésif médical). Collez le fil d’électrode ECG sur la peau jusqu’à l’épaule. 3. Appliquez la boucle de fil de carbone (si un amplificateur bipolaire est disponible) Placer un ensemble de fils de carbone pré-tresse (diamètre 1 mm)9 constitué de six boucles (diamètre 10 cm) sur le capuchon dans une position telle que le faisceau des fils soit en parallèle avec le faisceau des électrodes sur le dessus de la tête. Utilisez du ruban chirurgical (1 x 2 cm) pour fixer les boucles autour des électrodes, de sorte que les boucles couvrent la tête, chaque boucle couvrant uniformément une zone presque égale (c’est-à-dire à la fois le fronto-temporel, le temporo-occipital, l’occipital et le sommet). Alternativement, on pourrait également coudre les boucles à l’EEG-cap, le cas échéant.REMARQUE: Les boucles de fil de carbone sur la tête servent à capturer le mouvement, y compris le ballistocardiogramme (BCG). Ces signaux sont utilisés pour le retrait des artefacts BCG de l’EEG pendant le traitement EEG hors ligne9. 4. Fixation du bouchon et des boucles de fil de carbone Assurez-vous que les électrodes EEG ne forment pas de boucles. Enveloppez la tête du sujet avec un bandage élastique sur le capuchon EEG et les boucles de carbone. Le bandage sert à appuyer fermement sur l’électrode EEG sur la peau, à réduire les vibrations induites par la machinerie IRM des électrodes et à empêcher le gel de se répandre sur l’oreiller lors du placement du sujet à l’intérieur du scanner MR (voir étape 5). Assurez-vous que le pansement couvre toutes les électrodes et n’est pas trop serré en demandant si le sujet ressent une pression inconfortable sur la tête lors de l’application du bandage. 5. Placer le sujet dans le scanner MR Dans le cas d’une acquisition d’état de repos, demandez au sujet d’appliquer des écouteurs compatibles IRM dans les oreilles. Dans le cas d’une acquisition basée sur des tâches, demandez au sujet d’appliquer le casque ou les écouteurs compatibles AVEC L’IRM conformément aux exigences de l’expérience. Assurez-vous que le sujet peut entendre à travers les deux côtés du casque ou des écouteurs. Placez un oreiller plat en mousse à mémoire de forme compatible AVEC L’IRM dans la moitié inférieure de la bobine de tête avant de demander au sujet de s’allonger et de placer la tête dans la bobine. Après avoir placé la tête de manière appropriée (le haut de la tête est placé aussi près que possible du haut de la bobine de tête), placez l’électrode et les faisceaux de fil de carbone directement à travers l’ouverture supérieure de la bobine de tête. Ajoutez des oreillers en mousse à mémoire de forme au sommet de la tête, du front et de la zone temporale. Les oreillers doivent remplir de manière appropriée tous les espaces laissés dans la bobine de tête tout en ne comprimant pas trop étroitement la tête du sujet. Assurez-vous que les oreillers ne serrent pas la tête tout en plaçant la moitié supérieure de la bobine de tête et en fermant la bobine. Ajustez les oreillers ou changez pour des oreillers de plus petite taille s’ils sont trop serrés. De cette façon, les oreillers servent à maintenir les fils d’électrode pour réduire les vibrations induites par la machinerie IRM sur les fils d’électrode et pour retenir les mouvements de la tête tout en maintenant le confort du sujet pendant le balayage. Placez un oreiller en mousse à mémoire de forme demi-cylindre à l’arrière du cou afin que le fil d’électrode ECG soit bien pris en sandwich entre l’oreiller et le cou. La partie du fil d’électrode ECG qui passe à l’arrière sous l’épaule est en effet prise en sandwich entre le dos du sujet et la table d’IRM et est donc immobilisée par le poids du sujet. Dans le cas d’une acquisition basée sur des tâches, après avoir placé tous les oreillers en mousse à mémoire de forme, assurez-vous que le casque ou les écouteurs ne sont pas déplacés en testant à nouveau si le sujet peut toujours entendre à travers les deux côtés du casque ou des écouteurs. Après avoir fermé la bobine de tête, placez le miroir et demandez au sujet d’ajuster le miroir (dans le cas de la tâche qui nécessite des stimuli visuels). Demandez au sujet d’ajuster le miroir si nécessaire, après avoir déplacé la table afin de placer la tête du sujet à l’isocentre de l’alésage IRM. Connectez les amplificateurs placés à l’arrière de l’alésage IRM à l’ordinateur d’enregistrement placé dans la salle de console à l’aide des fibres optiques fournies. Après avoir connecté les électrodes EEG/ECG et les boucles de fil de carbone à l’EEG et aux amplificateurs bipolaires à l’arrière de l’alésage IRM, allumez les amplificateurs. Encore une fois, vérifiez l’impédance de toutes les électrodes pour vous assurer qu’elles sont encore faibles (au moins en dessous de 20 kΩ). Retirez le sujet du scanner MR pour le réglage s’il y a une électrode à haute impédance. 6. Configuration des fils et amplificateurs Disposez tous les fils entre la sortie de l’ouverture supérieure de la bobine de tête et les amplificateurs (y compris les électrodes et les faisceaux de fils de carbone, la boîte de connexion et les fils ruban) de sorte qu’ils soient placés directement et au centre de l’alésage IRM. Ceci est important pour réduire au minimum le courant induit par IRM. Placez une boucle de fil de carbone autour du câble ruban allant de la boîte de connecteur des électrodes EEG / ECG à l’amplificateur et connectez toutes les boucles de fil de carbone (voir étape 5.7) à la boîte d’entrée de l’amplificateur bipolaire (EXG MR). Cette boucle sert principalement à capter les vibrations provoquées par la pompe àhélium 9. Pour minimiser les vibrations induites par les machines d’IRM, immobilisez les fils en les prenant tous en sandwich avec des sacs de sable mr-safe et non ferromagnétique tout au long du chemin entre la sortie de l’ouverture supérieure de la bobine de tête et les amplificateurs. Placez également des sacs de sable sur les amplificateurs. Ces sacs de sable, mesurés 330 mm x 240 mm x 50 mm et pesant 4 kg, sont fournis par le fabricant EEG. Placez les amplificateurs à l’extérieur de l’alésage de l’aimant, ce qui est permis par la longueur des câbles fournie par le fabricant. 7. Acquisition de données d’IRMf-EEG Assurez-vous que le sujet est à l’aise avec le positionnement avant de quitter la salle du scanner, afin d’éviter tout mouvement inutile du sujet pendant l’acquisition. Demandez au sujet d’appuyer sur le bouton d’alarme si nécessaire (c.-à-d. en cas d’urgence ou si le sujet ressent une sensation inconfortable). Communiquez avec le sujet à partir de la salle de console pour confirmer que le sujet peut entendre l’opérateur. Dites au sujet que des bruits forts sont attendus lors de l’acquisition des données. Demandez au sujet selon les besoins de l’expérience et demandez au sujet de ne pas se déplacer pendant l’acquisition des données. Commencez l’enregistrement EEG avant de commencer l’acquisition de l’IRMf. En règle générale, les images suivantes sont acquises séquentiellement : les images de scout (bidimensionnelles) pour positionner le champ de vision de l’IRMf, l’IRMf et les images structurelles pour co-enregistrer les images d’IRMf pendant le post-traitement. Des séquences de shim ont été exécutées avant l’acquisition de chaque type d’image pour l’étalonnage des paramètres appropriés.REMARQUE: Il est important d’utiliser des séquences IRM qui se sont avérées sûres avec des amplificateurs pour maintenir la sécurité, et pour éviter tout dommage aux amplificateurs18. Les détails concernant les séquences considérées comme sûres ne seront pas discutés en détail. Les lecteurs sont invités à consulter le manuel d’utilisation ou l’équipe d’assistance. En général, les séquences d’écho de gradient sont recommandées et les séquences d’écho de spin ou toute séquence avec des paramètres d’émission RF équivalents, qui peuvent causer un chauffage excessif induit par RF, devraient être évitées. Le chauffage peut être quantifié indirectement à l’aide de mesures qui mesurent la quantité d’exposition aux RF, telles que le taux d’absorption d’énergie spécifique (DAS) et la valeur quadratique moyenne de B1+ moyenne sur 10 s (B1+ rms). Récemment,B1+rms, dépendant des paramètres d’imagerie mais indépendant de la masse corporelle des sujets22, devient la nouvelle norme pour spécifier la limite. Par exemple, les seuils B1+rms pour l’acquisition à 3 T en utilisant le capuchon EEG De Brain Products sont de 1 μT pour le capuchon standard actuel et de 1,5 μT pour le nouveau capuchon EEG standard avec un câble groupé plus court (10 cm)23. L’angle de retournement, le nombre de tranches et le temps de répétition (TR) sont des paramètres qui doivent être pris en compte pour maintenir SAR et B1+ rms bas. Un petit angle de retournement (<90°) est recommandé. Le nombre de tranches et tr peut être ajusté tant que la séquence résultante est inférieure au seuil de B1+rms23. Au début de l’acquisition, assurez-vous à nouveau que les marqueurs du scanner (voir 1.4) sont affichés périodiquement dans l’enregistrement EEG en ligne.