간질의 임상 검토를 위한 동시 뇌파도 및 기능적 자기 공명 영상을 위한 장비 설정 및 아티팩트 제거

요약

이 기사에서는 임상 및 연구 환경 모두에서 사용할 수 있는 동시 뇌파도 및 기능적 자기 공명 영상(EEG-fMRI) 기록 절차에 대해 자세히 설명합니다. 임상 검토를 위해 영상 아티팩트를 제거하기 위한 EEG 처리 절차도 포함됩니다. 이 연구는 간질 기간 동안 간질의 예에 초점을 맞춥니다.

초록

동시 뇌파도 및 기능적 자기 공명 영상(EEG-fMRI)은 간질에서 발병하는 발작의 이해와 국소화에 시너지 효과를 제공하는 고유한 결합 기술입니다. 그러나 EEG-fMRI 기록에 대해 보고된 실험 프로토콜은 간질 환자에 대한 이러한 절차 수행에 대한 세부 사항을 다루지 않습니다. 또한 이러한 프로토콜은 연구 환경에만 국한됩니다. 간질 모니터링 장치(EMU)에서 환자 모니터링과 간질 환자에 대한 연구 수행 사이의 격차를 메우기 위해 간질 기간 동안 간질에 대한 고유한 EEG-fMRI 기록 프로토콜을 도입합니다. 두피 EEG 및 비디오 동시 녹화를 위해 EMU에서도 사용할 수 있는 MR 조건부 전극 세트를 사용하면 동시 EEG-fMRI 녹화를 위해 EMU에서 스캐닝 룸으로 EEG 기록을 쉽게 전환할 수 있습니다. 이 특정 MR 조건부 전극 세트를 사용한 기록 절차에 대한 세부 정보가 제공됩니다. 또한 이 연구는 임상 검토에 사용할 수 있는 영상 아티팩트를 제거하기 위한 단계별 EEG 처리 절차를 설명합니다. 이 실험 프로토콜은 임상(즉, EMU) 및 연구 환경 모두에서 적용 가능성을 향상시키기 위해 기존 EEG-fMRI 기록에 대한 수정을 촉진합니다. 또한, 이 프로토콜은 임상 환경에서 이 양식을 postictal EEG-fMRI 기록으로 확장할 수 있는 가능성을 제공합니다.

서문

간질은 전 세계적으로 거의 7천만 명의 사람들을 괴롭힌다¹. 간질이 잘 조절되지 않는 150 명 중 1 명은 매년 간질로 인한 갑작스런 예기치 않은 사망 (SUDEP)에 굴복합니다. 또한, 간질 사례의 약 30%-40%는 의학적 관리에 불응한다². 절제, 단절 또는 신경 조절의 형태로 된 신경외과적 치료는 난치성 간질 환자의 삶을 변화시키고 생명을 구하는 조치가 될 수 있습니다.

동시 뇌파도 및 기능적 자기 공명 영상(EEG-fMRI)은 뇌 활동을 비침습적으로 측정하는 독특한 결합 기술이며, 간질에서 발작 발병을 이해하고 국소화하는 데 이점을 제공합니다 ^3,4,5,6. 두피 EEG는 발작 발병 영역을 측면화하고 국소화하는 데 사용할 수 있지만 심부 간질 유발 원인을 평가하는 것과 관련하여 제한된 기능으로 인해 공간 해상도가 상대적으로 낮습니다. fMRI는 깊은 영역을 포함하여 뇌 전체에 걸쳐 좋은 공간 해상도를 가지고 있지만 fMRI만으로는 발작에 특이적이지 않습니다. 그러나 두피 EEG는 fMRI에서 혈중 산소 수준 의존성(BOLD) 활성화 또는 비활성화 영역의 해석을 알려줄 수 있으므로 간질에 특정한 fMRI 기술을 생성할 수 있습니다. 따라서 동시 EEG-fMRI의 구현은 간질 사건의 '장소'와 '시기'를 모두 국소화하는 것과 관련된 시공간 과정을 매핑하는 데 사용할 수 있습니다.

동시 EEG-fMRI를 수행하는 방법에 대한 설명은 이전 연구 7,8,9,10에 제공되어 있습니다. 그러나 EEG-fMRI는 간질, 특히 임상 환경에서 충분히 활용되지 않았습니다. EEG-fMRI 기록에 대한 일반적인 절차, 배경 및 가능한 EEG 분석의 예를 제공하는 연구가^{있다 7}. 또한, 동시 EEG-fMRI 기록에서 온도 측정과 함께 최면 유도를 강조하는 연구가 수행되었다⁸. 또한, 시공간 및 fMRI 구속 EEG 소스 이미징 방법을 도입하기 위한 확장된 EEG-fMRI 연구가 제안되었습니다 ^9,10. 또한, EEG-fMRI에서 인공물을 효과적으로 제거하기 위해 탄소 와이어 루프를 사용하는 것이 고려되었다¹⁰. 그러나 이러한 모든 연구는 임상 연구 환경에서 EEG-fMRI 연구를 수행하는 데 있어 문제를 해결하지 못합니다. 특히, EEG 캡의 사용은 임상 환경에서 이러한 프로토콜의 타당성을 제한하고 환자 관리에 대한 세부 정보도 누락되었습니다. 이 연구에서는 간질 환자를 위한 임상 및 연구 환경 모두에서 사용할 수 있는 EEG-fMRI 기록 프로토콜을 제공합니다. 이 고유한 프로토콜을 사용하면 환자가 간질 모니터링 장치(EMU)에서 스캐닝실로 쉽게 전환할 수 있습니다. 또한 이 프로토콜은 간질 환자의 사후 기간 기록으로 적용을 확장할 수 있는 가능성을 제공합니다. EEG-fMRI의 경우 후처리는 MRI 구배 및 심장 박동과 관련된 생리학적 인공물로 인한 인공물을 제거하는 중요한 단계입니다. 따라서, 본 발명자들은 또한 임상 검토를 위한 표준 템플릿 제거 방법⁽¹¹)을 사용하여 EEG 아티팩트를 제거하는 단계별 절차를 제공한다.

프로토콜

이 연구는 University of Kentucky(영국)의 Institutional Review Board에서 승인한 프로토콜 #62050에 따라 수행되었습니다.

1. 과목 모집

1. 포함 기준
   참고: 다음 조건을 모두 충족해야 합니다.
   1. 난치성 국소 간질로 진단되고 간질 수술 평가에 적합한 피험자를 포함합니다.
   2. 18-60세 사이의 피험자를 포함합니다.
   3. 피임 방법을 사용하는 경우 가임 여성 피험자를 포함합니다. 가임 가능성이 없는 여성 피험자(최소 2년 동안 폐경 후, 양측 난소 절제술 또는 난관 결찰술, 완전 자궁 적출술)를 포함합니다.
      참고: 치료 표준에 따라 EMU에 입원한 가임 여성에 대해 임신 테스트를 수행합니다.
   4. 난치성 국소 간질 진단 또는 발작 특성화를 위해 EMU에 입원할 예정인 피험자를 포함합니다.
2. 제외 기준
   1. 심한 밀실 공포증이 있는 피험자는 제외합니다.
   2. 일반적으로 스캔 전에 MR 기술자가 정기적으로 확인하는 MRI를 받을 자격이 없는 이식된 의료 기기 또는 금속이 내장된 피험자를 제외합니다.
   3. 임신 중이거나 수유 중인 피험자는 제외합니다.
   4. 연구자의 의견에 따라 본 연구에 참여하는 피험자의 능력을 위태롭게 하거나 손상시킬 수 있거나 연구에 대한 신뢰할 수 있는 참여를 손상시킬 수 있는 알려진 의학적 또는 정신과적 상태를 가진 피험자를 제외합니다.

참고: 환자가 EMU에 입원하면 환자가 본 연구 참여 동의서에 동의한 후 다음 단계를 따릅니다.

2. 전극 배치

1. 10-20 시스템을 기반으로 환자의 두피에 전극 위치를 표시합니다.
   메모: 그림 1 32개의 전극 중 하나를 선택합니다.
   1. 머리의 상단 중앙을 통과하여 나시온에서 음이온까지 측정 테이프를 배치하여 환자의 두피의 머리 중심선을 측정하고 기록합니다(측정 A: 시상면).
   2. 나시온에서 이니온까지 측정 A 의 50%를 표시하십시오. 이 표시는 전극의 Cz 위치를 나타냅니다.
   3. 나시온에서 표시된 Cz까지 측정값 A 의 10%를 표시합니다. 이 표시는 전극의 Fpz 위치를 나타냅니다.
   4. 이니언에서 표시된 Cz까지 측정값 A 의 10%를 표시합니다. 이 표시는 전극의 Oz 위치를 나타냅니다.
   5. 표시된 Cz에서 Fpz까지 측정값 A 의 20%를 표시합니다. 이 표시는 전극의 Fz 위치를 나타냅니다.
   6. 표시된 Cz에서 Oz까지 측정값 A 의 20%를 표시합니다. 이 표시는 전극의 Pz 위치를 나타냅니다.
   7. 머리의 상단 중앙을 통과하여 왼쪽 귀 전후 지점에서 오른쪽 귀 앞 지점까지 환자의 머리를 측정하고 기록합니다(측정 B: 관상면).
   8. 측정값 B의 50%를 표시하고 이 위치가 표시된 Cz 위치와 겹치는지 확인합니다.
   9. 측정값 B의 10%를 왼쪽 귀 지점에서 Cz까지 표시합니다. 이 표시는 전극의 T3 위치를 나타냅니다.
   10. 오른쪽 귀 지점에서 Cz까지 측정값 B 의 10%를 표시합니다. 이 표시는 전극의 T4 위치를 나타냅니다.
   11. 표시된 Cz에서 T20까지 측정 B 의 3%를 표시합니다. 이 표시는 전극의 C3 위치를 나타냅니다.
   12. 표시된 Cz에서 T20까지 측정값 B 의 4%를 표시합니다. 이 표시는 전극의 C4 위치를 나타냅니다.
   13. 표시된 Fpz 및 Oz(측정 C: 횡단면)를 통과하여 환자의 머리 둘레를 측정하고 기록합니다.
   14. Fpz에서 측정값 C 의 10%를 왼쪽과 오른쪽으로 표시합니다. 이 표시는 각각 전극의 Fp1 및 Fp2 위치를 나타냅니다.
   15. Oz에서 측정 C의 10%를 왼쪽과 오른쪽으로 표시하십시오. 이 표시는 각각 전극의 O1 및 O2 위치를 나타냅니다.
   16. 측정값 C의 20%를 Fp1에서 왼쪽으로, Fp2에서 오른쪽으로 표시합니다. 이 표시는 각각 전극의 F7 및 F8 위치를 나타냅니다.
   17. 관상면(측정 D: 관상면)에서 F7과 F8로부터의 거리를 측정하고 기록한다.
   18. 측정값 D의 50%를 표시하고 이전에 표시된 Fz가 겹치는지 확인합니다.
   19. 측정값 D의 25%를 F7에서 Fz로, F8에서 Fz로 표시합니다. 이 표시는 각각 전극의 F3 및 F4 위치를 나타냅니다.
   20. 나시온에서 Fp1과 O1을 통과하는 이니온까지의 거리를 측정합니다. 측정값의 50%가 이전에 표시된 C3과 겹치는지 확인합니다.
   21. nasion에서 Fp2 및 O2를 통과하는 inion까지의 거리를 측정합니다. 측정값의 50%가 이전에 표시된 C4와 겹치는지 확인합니다.
       알림: 같은 방식으로 T5, P3, P4 및 T6을 포함하여 측두엽 및 두정엽의 전극 위치를 표시할 수 있습니다. 또한 TP9, TP10, FT9 및 FT10과 같은 추가 전극 위치는 10-20 시스템의 전극 분포로부터의 상대적 거리를 기준으로 표시할 수 있습니다. 전극의 수와 분포는 전향적 분석 및 연구 초점에 따라 결정될 수 있습니다.
2. 거즈에 피부 준비 젤을 사용하여 환자의 두피를 청소하십시오.
3. 하나의 전극 컵에 전도성 페이스트를 놓습니다. 전극 케이블의 채널 이름을 따라 환자의 두피에 전극을 놓습니다.
   참고: 동시 EEG-fMRI 기록을 위해서는 MR 조건부 전극을 사용해야 하며 EMU에서는 FDA(Food and Drug Administration) 승인 전극을 권장합니다.
4. 모든 전극에 대해 환자의 두피에 젤과 전극을 놓는 것을 반복합니다(그림 2.3A).
   알림: MR 조건부 전극에 연결된 케이블은 MR 아티팩트를 최소화하기 위해 연결 접합부에 비해 상대적으로 짧습니다. 따라서 전극을 배치할 때 전극 위치를 고려하고 케이블이 잘 정리될 수 있도록 조심스럽게 배치하십시오. 또한 스캐너 내부에서 열과 화상을 일으킬 수 있으므로 전선에 루프가 없는지 확인하십시오.
5. 거즈에 접착제를 사용하여 모든 전극을 환자의 두피에 부착하십시오. 모든 전극 케이블을 배열하고 피사체의 머리 중앙에 거즈 패드를 놓아 케이블 접합부를 두피에서 멀리 배치합니다(그림 2B, 빨간색 화살표).
   참고: 이 단계는 이미징 아티팩트를 방지하기 위한 중요한 단계입니다.
6. 접착식 붕대 랩( 그림 2B의 파란색 타원)으로 모든 케이블 접합부를 감쌉니다.
   알림: 이 단계는 녹음 중에 연결을 보호하기 위해 제안됩니다.
7. 모든 전극을 고정하기 위해 탄성 헤드 커버를 놓습니다. 전극에 연결된 하네스를 앰프에 연결합니다. 비디오 녹화와 동시에 EEG 모니터링을 시작합니다.

3. EEG-fMRI 기록

알림: EEG-fMRI 기록의 경우 EMU 입학 초기에 배치된 MR 조건부 전극과 함께 MR 조건부 EEG 기록 시스템이 사용됩니다.

1. 모니터링실에서 USB 2 어댑터를 케이블( 그림 3A의 두꺼운 흰색 케이블)을 사용하여 Triggerbox 키트에 연결합니다.
   알림: USB 2 어댑터를 사용하면 다른 하드웨어와 컴퓨터를 인터페이스할 수 있으며 Triggerbox 키트를 사용하여 스캐너에서 생성된 트리거 신호를 조작하여 EEG 기록 소프트웨어에서 감지할 수 있습니다.
2. Syncbox를 케이블을 사용하여 USB 2 어댑터에 연결합니다( 그림 3B의 굵은 검은색 케이블).
   참고: Syncbox의 역할은 앰프와 스캐너의 그래디언트 스위칭 시스템의 클럭 신호를 동기화하는 것입니다.
3. 모니터링실에서 광섬유 케이블의 한쪽 끝을 Syncbox(그림 3C 왼쪽)에 연결하고 다른 쪽 끝을 스캐닝실에 연결된 터널을 통과시킵니다.
4. USB 2 어댑터의 USB 포트 케이블을 녹음 컴퓨터에 연결합니다(그림 3B의 별표). Syncbox의 USB 포트 케이블을 녹음 컴퓨터( 그림 3C의 별표)에 연결합니다. Triggerbox의 USB 포트 케이블을 녹음 컴퓨터( 그림 3D의 별표)에 연결합니다. 소프트웨어 라이센스 동글을 녹음 컴퓨터에 연결합니다.
   참고: 총 4개의 USB 포트가 사용됩니다. 다중 USB 포트가 있으면 모든 포트를 관리하는 데 도움이 될 수 있습니다.
5. EEG 기록 설정 amp스캐너 내부의 MR-sled 키트와 함께 liifier.
   주의 : 금속 또는 MR에 민감한 구성 요소는 실험자에게서 제거해야 합니다. 실험자는 MRI 스캔실에서 녹음을 수행하기 위해 적절한 교육을 완료해야 합니다.
   알림: 완전히 충전하는 것이 좋습니다 amp녹음을 수행하기 전에 liifier 배터리.
6. 스캐닝 룸의 광섬유 케이블 끝을 앰프 뒷면에 연결하고(그림 4D) 앰프를 켭니다.
   알림: 광섬유 케이블의 다른 쪽 끝은 모니터링실의 Syncbox에 연결됩니다.
7. 장비 설정이 완료되면 컴퓨터 화면에서 소프트웨어 아이콘을 클릭하여 EEG 기록 소프트웨어를 엽니다. 창 왼쪽 상단의 파일 탭 아래에 있는 새 작업 공간 메뉴를 클릭하여 녹음 소프트웨어에서 작업 공간을 만듭니다.
8. 찾아보기 버튼을 클릭하여 새 데이터가 저장될 폴더 경로를 설정합니다.
9. Prefix의 빈 상자에 데이터 이름을 삽입하고 Min. Counter Size [digits] 및 Current Number의 검은색 상자에 숫자를 삽입하여 번호 매기기 인덱스를 지정합니다.
10. 다음 결과 파일 이름 아래에 파일 이름이 올바르게 표시되는지 확인한 후 다음을 클릭합니다.
11. 스캔하다 amp생성된 창의 왼쪽 상단에 있는 Scan for Amplifier 버튼을 클릭하여 ampliifier. S를 포함한 적절한 매개변수 설정amp링 속도, 낮은 컷오프 및 높은 컷오프 주파수에 나열된 적절한 옵션을 선택하여 녹음을 위한 링 속도, 낮은 컷오프 및 높은 컷오프 주파수( 그림 5 참조).
    참고: 샘플링 속도는 스캐너에서 그래디언트 아티팩트를 충분히 샘플링하기 위해 5,000Hz로 설정됩니다. 직류(DC) 포화를 방지하기 위해 10초의 Low Cutoff 가 삽입되고(시간 단위는 레코더 소프트웨어에서 사용됨) 250Hz의 High Cutoff 는 아날로그-디지털 변환기에 들어가기 전에 그래디언트 아티팩트 진폭을 제한하도록 설정됩니다.
12. fMRI에 대한 스캐너 매개변수를 설정합니다.
    참고: 가능한 휴식 상태 fMRI BOLD 획득 설정은 에코 평면 시퀀스(TR/TE = 1360/29ms, 플립 각도 = 65, 전체 뇌를 덮는 54개 슬라이스, 시야 = 260mm x 260mm, 해상도 = 2.5mm 등방성 복셀). fMRI 설정의 세부 사항은 기록 목적에 따라 달라질 수 있습니다.
13. 스캐너 헬륨 펌프를 꺼서 EEG 신호에 아티팩트가 유입되는 것을 더욱 줄입니다.
    알림: 헬륨 펌프를 끄면 액체 헬륨이 손실되거나 차폐 온도가 상승할 수 있습니다. 따라서 헬륨 압축기를 끄는 것이 MRI 스캐닝 시스템에 지나치게 해롭지 않은지 스캐너 공급업체에 확인하는 것이 좋습니다.
14. 환자를 스캔 대기실로 옮깁니다. 환자에게 녹음 절차를 설명하십시오.
    알림: 환자가 도착하기 전에 모든 녹음 장비 설정을 완료하는 것이 좋습니다.
15. 심전도(ECG) 리드가 배치될 환자의 왼쪽 어깨 바로 아래에서 환자의 등을 청소합니다. ECG 리드에 연마 전해질 젤을 바르고 환자의 왼쪽 뒷면에 놓습니다.
    알림: 이 케이블의 길이는 짧으므로 ECG 리드를 배치할 때 강하게 당기거나 뒷면에 너무 낮게 두지 마십시오. 어깨 아래 약 5cm도 가능합니다. ECG 리드는 움직이는 아티팩트를 최소화하기 위해 뒷면에 배치됩니다.
16. ECG 리드와 케이블 주위에 접착 테이프를 붙여서 기록하는 동안 스캐닝 아티팩트를 최소화합니다. EEG 하니스를 분리하고 EEG 케이블 접합부를 인터페이스 박스에 연결합니다(그림 4B).
17. 환자를 검사실로 이송합니다. 헤드 코일의 열린 아래쪽 절반에 머리가 있는 상태에서 환자를 스캐닝 테이블에 눕힙니다.
    주의 : 금속 또는 MR에 민감한 부품은 피사체에서 제거해야 합니다.
    알림: 누울 때 환자의 등을 지지하십시오.
18. 스캐너의 소음을 줄이기 위해 귀마개를 착용하십시오. 머리의 움직임 아티팩트를 최소화하기 위해 환자의 머리 주위에 쿠션을 바르십시오.
19. 헤드 코일의 상단 절반을 연결하여 환자의 머리 주위에 있는 "새장" 코일을 닫습니다. 침대 높이를 조절하십시오. 인터페이스 박스를 앰프에 연결합니다(그림 4C).
    주: 스캔 아티팩트를 최소화하기 위해 인터페이스 박스의 케이블에도 접착 테이프를 붙입니다( 그림 4B의 흰색 랩).
20. 녹음 중 MR 아티팩트를 최소화하기 위해 케이블 주위에 MR 안전 샌드백을 배치합니다(그림 4C). 스캔실의 모든 설정이 완료되면 모니터링실로 이동합니다.
21. 모니터링실의 마이크를 통해 환자와 통신하여 소프트웨어 설정 지정을 위한 추가 단계가 수행되고 있음을 설명합니다.
    참고: 실험자는 스캐닝실에 내장된 스피커와 모니터링실에 있는 마이크를 통해 통신할 수 있습니다.
22. 컴퓨터에 열려 있는 기록 소프트웨어 창의 왼쪽 상단에 있는 임피던스 확인 버튼을 클릭하여 EEG 전극의 임피던스 를 확인합니다. 환자가 녹음할 준비가 되었는지 확인합니다.
    참고: 녹음하는 동안 실험자는 스캐닝실의 비디오 카메라를 통해 환자의 상태를 모니터링하고 모니터링실의 마이크를 통해 통신합니다.
23. 녹음 소프트웨어의 왼쪽 상단에 있는 재생 버튼을 클릭하여 EEG 기록을 시작합니다. fMRI 획득 스캔을 실행합니다.
    주의 : 환자가 소음을 포함한 녹음 환경으로 인한 불편함을 호소하는 경우 실험자는 녹음 절차를 중단해야 합니다.

4. EEG 아티팩트 제거

알림: 다음 설명은 동시 EEG-fMRI 기록에서 얻은 EEG 데이터에서 스캐너 아티팩트를 제거하는 방법에 대한 자세한 단계를 제공합니다. 그림 6 은 대표적인 예제와 함께 처리 파이프라인을 표시합니다.

1. EEG 분석 소프트웨어를 엽니다.
2. MR 아티팩트 수정을 적용합니다.
   1. Transformations > Special Signal Processing > MR Correction 탭을 클릭합니다. 작은 창이 생성되면 마커 사용을 선택하고 스캐너에서 트리거 신호를 선택한 후 다음을 클릭합니다.
      참고: 이 단계는 스캐너의 트리거 신호를 나타내며 이를 참조로 사용하여 MR 아티팩트를 제거합니다.
   2. 인터리브 및 시간 기준 옵션을 선택하고 트리거 신호의 시간 정보를 삽입한 후 다음을 클릭합니다.
      알림: 수집된 데이터에서 V1은 트리거 신호이며 V1 트리거 간격에 따라 다음 값을 삽입할 수 있습니다. 끝 [ms]: 1,358; 및 지속 시간[ms]: 1,360. 트리거 신호의 레이블과 세부 설정은 스캐너의 구성에 따라 달라질 수 있습니다.
   3. 다음 창에서 평균에 대한 기준 수정 사용을 선택하고 전체 아티팩트에 대한 기준 계산을 선택 취소합니다. 시작 [ ms] 및 끝 [ms] 값을 삽입합니다. 슬라이딩 평균 계산 사용을 선택합니다.
      참고: 이렇게 하면 슬라이딩 윈도우를 기반으로 기준선을 수정할 수 있습니다.
   4. 슬라이딩 평균에 대한 총 간격 수를 삽입하고 모든 채널의 공통 사용에서 잘못된 간격 및 수정을 확인하고 다음을 클릭합니다.
      참고: 슬라이딩 평균의 총 간격 수는 21이 될 수 있습니다.
   5. [수정을 위해 모든 채널 사용]을 선택하고 [다음]을 클릭합니다.
   6. Do Downsampling을 선택하고 New Frequency [Hz]에 대해 500을 선택합니다. 저역통과 필터 적용을 선택하고 FIR 필터 사용을 선택하고 차단 주파수[Hz]에 70을 입력한 후 다음을 클릭합니다.
   7. 모든 설정이 완료되면 하나의 수정 된 데이터 저장 옵션을 선택한 다음 마침을 클릭하십시오.
      참고: 히스토리 파일에 압축되지 않은 데이터 저장은 수정된 데이터 저장 옵션으로 선택할 수 있습니다. 목적에 따라 다른 옵션을 고려할 수 있습니다. 마침을 클릭하면 중간에 작은 Scanner Artifact Correction 창이 나타나 처리 상태를 보여줍니다. 이 MR 교정 프로세스는 EEG 데이터 크기에 따라 완료하는 데 다소 시간이 걸릴 수 있습니다.
3. 고역 통과 필터로 DC 제거를 적용합니다. 변환 > 데이터 필터링 > IIR 필터 탭을 클릭합니다. 새로 생성된 창에서 Low Cutoff(낮은 컷오프)에서 Enabled(활성화됨)를 선택합니다. 컷오프 주파수[Hz]를 0.5로 삽입하고 필터 순서를 2로 선택한 다음 확인을 클릭합니다.
4. 심장 탄도 인공물을 제거하십시오.
   1. Transformations > Special Signal Processing > CB Correction 탭을 클릭합니다. 이후에 열리는 창에서 피크 감지 사용을 선택하고 반자동 모드를 선택합니다.
   2. Search Pulse Template(펄스 템플릿 검색) 섹션에서 Start(시작)]를 60으로, Length[s](길이)를 20으로 삽입합니다. 발견 된 템플릿을 선택하고 적절한 ECG 채널이 선택되었는지 확인하십시오.
   3. Pulse Rate 및 Correlation and Amplitude에 대한 적절한 매개변수를 삽입하고 R-Peak Markers가 있는 Mark Pulses에 R을 삽입한 후 Next(다음)를 클릭합니다.
      알림: 맥박수[ms]의 권장 값은 1000 ± 400이고 맥박수[bpm]는 최소 43에서 최대 100입니다. 특정 맥박수 값은 피험자의 ECG 범위에 따라 다릅니다. 또한 상관 트리거 레벨은 0.6으로, 진폭 트리거 레벨은 최소 0.3에서 최대 1.4로 설정할 수 있습니다.
   4. Use Whole Data(전체 데이터를 사용하여 시간 지연 계산)를 선택합니다. 평균에 사용된 총 펄스 간격 수를 삽입합니다.
      알림: 평균에 사용되는 총 펄스 간격 수는 21로 설정할 수 있습니다.
   5. 올바른 다음 채널에서 ECG 채널을 제외한 모든 EEG 채널을 오른쪽 열로 이동한 후 다음을 클릭합니다.
   6. 다음 페이지에서 원하는 대로 수정된 데이터 저장 옵션을 하나 선택합니다. Finish( 마침)를 클릭합니다.
      알림: 마침을 클릭하면 소프트웨어 오른쪽에 CB 수정 대화형 모드 창이 나타납니다.
   7. 내비게이션 바의 아래쪽에 있는 시간 축 위로 밀고 기본 템플릿 ECG가 파란색 음영 상자로 강조 표시된 위치를 확인합니다. ECG의 기본 템플릿이 올바르게 표시되었는지 확인합니다.
      알림: ECG 채널 이름을 두 번 클릭하면 ECG 채널만 다시 표시됩니다.view. 필요에 따라 피크 또는 간격을 수동으로 조정하는 것이 좋습니다. 소프트웨어 오른쪽의 CB Correction-Interactive Mode 창에는 비정상적인 패턴이 있는 ECG가 표 형식으로 순차적으로 나열됩니다. 이들은 ECG 추적에 빨간색 수직선으로 표시됩니다.
   8. CB Correction-Interactive Mode 창에서 표의 해당 행을 두 번 클릭하여 표시된 각 ECG를 확인합니다. 필요에 따라 빨간색 수직선을 움직여 감지된 피크 위치를 조정합니다. 감지된 모든 ECG가 검토되면 마침을 클릭합니다.
      참고: 채널에는 처음에 빨간색과 녹색 마커만 포함되어 있습니다. 녹색 마커는 양호한 검출을 나타내고 빨간색 마커는 필요한 모든 조건을 충족하지 않는 잠재적 펄스 피크를 나타냅니다. 빨간색 마커는 수동으로 수정한 후 노란색으로 바뀝니다. 비정상적인 ECG를 교정할 때 각 피크 위치와 각 ECG의 시간 간격이 일치해야 한다는 점을 고려하는 것이 중요합니다.
5. 노치 필터로 전력선 및 교류(AC) 노이즈 제거를 적용합니다. 변환 > 데이터 필터링 > IIR 필터 탭을 클릭합니다. 열리는 창에서 Notch Enabled를 선택하고 Frequency [Hz]를 선택한 다음 OK를 클릭합니다.
   알림: 주파수 선택의 경우 녹음이 수행되는 국가에 따라 50Hz 또는 60Hz를 선택할 수 있습니다. 노치 필터는 ECG 검출에 도움이 되도록 마지막 단계에서 적용되며, 이 필터 적용은 임상 EEG 검토의 편리함을 제공합니다.

결과

환자가 EMU에 입원하면 두피 EEG와 비디오가 동시에 기록됩니다. 신경과 전문의가 EEG를 모니터링하는 한 가지 목적은 발작 발병의 국소화를 잠재적으로 알릴 수 있는 간질 분비물을 평가하는 것입니다. 특정 EEG 채널의 특별한 역학이 구별 될 때, 전극 위치는 발작 국소화와 관련 될 수 있습니다. 간질 기간 동안 스파이크와 날카로운 파동을 포함한 간질 간질 성 분비물 (IED)은 전통적으로 간질 발생 영역의 마커로 간주됩니다. 또한, interictal EEG-fMRI 데이터의 획득된 기록은 발작을 이해하고 국소화하는 데 유리할 수 있습니다. 이 EEG-fMRI 기록 및 EEG 처리 프로토콜을 검증하기 위해 후처리된 EEG를 EMU의 EEG와 비교하여 EEG의 품질을 평가하고 두 경우 모두 동일한 구별 가능한 EEG 특성이 관찰됨을 확인합니다.

국소 델타 느린 활동은 일반적으로 뇌졸중, 두부 손상, 뇌 감염 또는 치매 후에 종종 관찰되는 근본적인 뇌 구조적 병변 또는 뉴런이 예상대로 기능하지 않는 영역을 암시합니다. 그러나 국소 간질 환자가 간질 발생 영역 근처 또는 부위에서 국소 델타 활동을 나타내는 것은 드문 일이 아닙니다. 또한, 국소 델타 활성은 IED보다 덜 특이적이지만, 간질에서 발작 발병에 해당하는 국소 구조적 병리를 특정할 수 있다¹². 또한, 뇌파의 국소 간질 서파는 부분 간질 환자의 간질 발생 영역과 일치하는 fMRI의 국소 BOLD 활성화에 해당한다¹³.

측두엽 발병 간질에서는 측두엽 간헐적 리듬 델타(TIRDA)라고 불리는 일종의 델타 활동이 때때로 존재하며, 이는 IED에 상응하는 것으로 간주된다¹⁴. 반대로, 시간적 간헐적 다형성 델타(TIPDA)는 IED에 등가되는 것으로 간주되지 않는다¹⁵. 처리된 EEG 데이터에는 EMU에서 기록된 EEG에서 관찰되는 명확한 초점 좌측 측두엽 서파(TIPDA)가 존재합니다(그림 7). 이 델타 활성은 IED와 동등하지 않지만 좌측 측두엽 신경 기능 장애를 시사합니다.

그림 1: 동시 EEG-fMRI 기록을 위한 32개의 전극 선택 예. 클리닉에서는 일반적으로 21개의 채널이 EEG 모니터링을 위해 고려됩니다. EEG 소스 영상(ESI)을 수행하기 위한 최소 수의 전극을 충족하기 위해 머리를 완전히 덮을 수 있는 11개의 추가 채널이 포함되어 있습니다. 모든 전극은 MR 효과를 피하기 위해 금컵입니다. 그림에서, 다른 전극을 구별하기 위해 다른 색상이 사용됩니다., 색상은 물리적 케이블 색상과 일치합니다. 하단의 각 직사각형 상자는 하네스에 연결될 하나의 접합부를 나타내며, 이 하네스는 녹음을 위해 앰프에 연결됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 전극 배치. (A) 환자의 두피에 전극 배치 및 (B) 케이블 접합부 배열. (A)와 (B)의 왼쪽 이미지는 정면을 나타내고 오른쪽 이미지는 환자의 왼쪽 보기를 제공합니다. (B)의 빨간색 화살표는 거즈 패드의 위치를 나타냅니다. 이렇게 하면 이미징 아티팩트를 방지하는 데 도움이 됩니다. (B)에서 파란색 원으로 표시된 영역은 케이블 접합부가 어떻게 배열되어 있는지 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 모니터링실의 장비 연결. (A) 위에view USB 2 어댑터, Syncbox 및 Triggerbox 연결. (B) USB 2 어댑터 및 Syncbox 케이블 연결, (C) Syncbox 및 광섬유 케이블 연결, (D) Triggerbox의 케이블 연결에 대한 자세한 그림. (B), (C), (D)의 별표는 녹화 PC에 연결할 USB 케이블의 위치를 나타냅니다. EEG 기록 시스템과 하드웨어 간에 필요한 연결의 개략도는 Mullinger et ^al.7의 그림 1에 나와 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 스캐닝실의 장비 연결. (A) 이상view EEG amp스캐너의 liifier 연결. (B) EEG 전극을 연결하기 위해 인터페이스 상자에서 케이블을 감쌉니다(빨간색 케이블은 ECG 측정용). (C) 인터페이스 박스와 EEG 증폭기 및 MR 안전 샌드백을 연결하여 MR 아티팩트를 줄입니다. (D) 앰프 연결(위)와 배터리(아래) 및 모니터링실의 싱크박스에서 앰프로 광섬유 케이블 연결. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: EEG 기록 소프트웨어의 작업 공간 설정 스크린샷. 채널 수와 samp링 속도는 ampliifier 설정에서 설정할 수 있습니다. 또한 필요한 경우 하단의 표를 클릭하여 각 채널의 사양을 수정할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 대표적인 예가 있는 EEG 아티팩트 제거 파이프라인. 원시 EEG 흔적이 왼쪽 하단에 표시됩니다. 하단 중간 플롯은 원시 EEG에 MR 아티팩트 보정과 0.5Hz의 고역 통과 필터를 적용한 후 EEG 흔적을 보여줍니다. 오른쪽 하단 플롯은 처리된 EEG에 CB 아티팩트 보정과 60Hz의 노치 필터를 적용한 후 EEG 트레이스를 표시합니다. EEG 트레이스는 공통 접지 모드에서 표시되어 각 프로세스가 기록된 각 채널에 어떻게 영향을 미치는지 효과적으로 시각화합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7: 동시 EEG-fMRI 기록(왼쪽)과 EMU에서 기록된 EEG(오른쪽)에서 처리된 EEG의 비교. 빨간색 원은 동일한 채널에서 초점 왼쪽 측두엽 저속파를 나타냅니다. EEG 흔적은 전통적으로 클리닉에서 고려되는 이중 바나나 형식으로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

토론

이 실험 프로토콜은 간질 환자를 EMU에서 스캐닝실로 원활하게 전환하여 임상 및 연구 환경에서 사용할 수 있도록 하는 독특한 프로토콜입니다. FDA 승인 MR 조건부 전극의 사용은 EMU에서 보낸 시간 동안의 임상 기록과 환자로부터 두피 전극을 제거하거나 교체할 필요 없이 MRI로 안전하게 옮기는 데 필수적인 구성 요소입니다. EMU에서 MR 조건부 전극은 동시 비디오 및 EEG 모니터링을 위해 증폭기에 연결됩니다. EEG-fMRI 기록의 경우 MR 조건부 EEG 증폭기와 MRI 스캐너를 전극 세트 및 연결 와이어의 크기를 수용하는 20채널 헤드 코일과 함께 사용할 수 있습니다. 간질 환자에서 동시 EEG-fMRI 기록을 수행하기 전에 모든 장비의 올바른 작동을 확인하고 필요한 각 단계에 익숙해지기 위해 건강한 피험자와 함께 테스트를 실행하는 것이 좋습니다.

또한 팀의 구체적인 조직과 환자의 신중한 선택도 이 프로토콜에서 중요한 역할을 합니다. 임상 및 연구 환경 모두에서 실행 가능하려면 간질 전문의, 간호 직원, EEG 기술자 및 엔지니어로 구성된 구조화된 팀이 있어야 합니다. 환자 선택을 위해서는 위에 나열된 포함 및 제외 기준을 확고히 고려해야 합니다.

또한, EEG 정보 fMRI 분석이 수행될 때 fMRI의 해당 BOLD 변화를 안내하기 위해 EEG의 주요 특징이 명확하게 존재해야 한다는 점을 해결하는 것이 중요합니다. 따라서 EEG-fMRI 기록을 수행할 때 이전에 표적 EEG 특징을 입증한 환자를 고려하는 것이 중요합니다. 간질 환자의 간질 기간 동안, 비정상적이고 간질 발생 가능성을 시사하는 IED는 BOLD 변화¹⁶를 참조하는 잘 알려진 EEG 특징이지만, 이 사례는 이 경우를 포함하지 않는다. interictal EEG-fMRI 기록에서 IED를 얻는 것을 목표로 할 때 실험자는 스캐닝 세션 동안 충분한 간질 분비물을 보장하기 위해 두피 EEG에서 관찰되는 빈번한 IED(최소 3회/시간)가 있는 환자를 고려해야 합니다. IED의 수는 EMU의 EEG 모니터링 또는 피험자의 이전 EEG 기록에서 볼 수 있는 IED 주파수(있는 경우)를 참조하여 결정할 수 있습니다. interictal EEG-fMRI 데이터의 획득된 기록은 발작 발병 영역¹⁷을 이해하고 잠재적으로 국소화하는 데 이점을 가져올 수 있습니다.

아티팩트 제거 단계를 처리한 후 깨끗한 EEG를 얻으면 추가 EEG 분석을 적용할 수 있습니다. 예를 들어, EEG 소스 이미징(ESI)은 표준화된 저해상도 뇌 전자기 단층 촬영(sLORETA)¹⁸ 을 적용하여 피질 표면에서 뇌의 해당 전기적 활동을 추정함으로써 얻을 수 있습니다. 추정된 소스는 경계 요소 방법¹⁹를 사용하여 환자의 MRI에서 생성된 머리, 외부 두개골, 내부 두개골 및 피질층을 기반으로 계산된 리드 필드 행렬을 반전하여 얻을 수 있습니다. EEG 소스 이미징을 얻기 위해 공개적으로 사용할 수 있는 수많은 툴박스가 있으며, 브레인스톰은 널리 사용되는 MATLAB 기반 툴박스²⁰입니다.

처리된 EEG를 사용하여 ESI를 고려할 때 전체 전극을 합리적으로 덮을 수 있도록 총 전극 수와 분포를 신중하게 고려해야 합니다. ESI를 구현하는 데 필요한 최소 전극 수는 32 채널^21,22이며^, 이는 임상 환경에서 사용되는 표준 전극 수보다 많습니다. 따라서 합리적인 간격으로 머리 전체를 덮을 수 있도록 추가 채널을 포함하는 것이 좋습니다. 이 연구의 채널 선택에는 일반적으로 클리닉에서 EEG 모니터링을 위해 사용되는 21개의 채널과 머리를 완전히 덮는 11개의 추가 채널이 포함됩니다(그림 1).

여기서는 fMRI 분석에 대한 세부 사항을 포함하지 않습니다., 이것은 우리 연구의 범위를 벗어났기 때문입니다. 그러나, 가능한 방향은 EEG 정보 fMRI 분석이다²³. 예를 들어, IED의 발생 시간은 fMRI와 상관시키기 위해 이벤트 트리거로 저장될 수 있으며, 이는 일상적인 이벤트 관련 fMRI 분석으로 이어질 수 있습니다. 이 경우 일반화 된 선형 모델 분석을 사용하여 IED 시점에 fMRI 신호의 변화를 나타내는 뇌 영역을 찾을 수 있습니다.

우리는 최근에 발표된 연구⁽¹⁰ )가 보다 강력한 인공물 제거 기술(¹⁶)이 필요할 때 탄소 와이어 루프 시스템을 사용하는 것이 가능하다는 것을 보여주었다고 지적한다. 그러나 우리는 실험 환경에서 MR 조건부 전극과 탄소 와이어 루프 시스템의 통합이 아직 조사되지 않았 음을 알리고 싶습니다.

이 연구는 특히 간질의 간질 기간에 초점을 맞추고 있지만, 동시 EEG-fMRI에 대해 도입된 프로토콜은 ictal 또는 postictal 기간으로 더 확장될 수 있습니다. 그러나 사용자 지정 설정을 고려할 때 특정 고려 사항을 따라야 합니다. postictal 단계에서 우리가 인식하는 중요한 관심사는 MRI로 이송하기 전에 환자에게 벤조디아제핀을 투여한다는 것입니다. EEG의 주파수 분석에 관해서는, 벤조디아제핀이 반드시 특정 주파수 대역 24,25를 변경하는 것은 아니며, 약간의 변화의 경우^, 이들은 체성 감각 운동 영역 (²⁶) 또는 전두엽 ⁽²⁷)에 국한된다. 또한, 동시 EEG-fMRI와 관련하여, 델타 EEG-BOLD 상관관계는 식염수 주사를 사용한 대조군과 비교하여 벤조디아제핀 주사 후 변화가 없는 것으로 나타났다²⁷. 굵은 글씨 신호는 헤셸 이랑 및 보조 운동 영역의 작은 영역에서만 감소했습니다.

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
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).