Name: interictal high frequency oscillations detected with simultaneous magnetoencephalography and electroencephalography as biomarker of pediatric epilepsy
Uploaded: 2016-12-06T15:00:00
Duration: 10 min 22 s
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This work is supported by the Research Grants Program of the Epilepsy Foundation &amp; American Epilepsy Society and the Faculty Career Development Fellowship of Harvard Medical School, Office for Faculty Development.

作者什么都没有透露。

从动物和人类研究会聚证据表明，氢氟烯烃是癫痫组织一个新的潜在生物标志物。尽管有这方面的证据，氢氟烯烃具有诊断或癫痫的监测，在临床实践中使用非常有限，主要是因为：（i）在对氢氟烯烃没有正式的和全球性的定义; （ⅱ）不同的研究小组使用用于记录和分析数据不同方法; （三）氟烯烃的无创检测与神经成​​像技术是具有挑战性的;及（iv）氟烯烃的审查过程是费时和不切实际的，尤其是对多通道EEG或MEG记录了大量的传感器。在努力提供全球标准化的方法，促进在临床实践中系统地使用氢氟烯烃，即随后在波士顿儿童医院的无创记录，检测的方法，并从小儿癫痫患者发作氢氟烯烃的定位提出。代表Source从两个孩子难治性癫痫与头皮同时EEG和MEG检测氢氟烯烃电子结果也呈现。 该协议中的关键步骤拟议的方法包括以下关键步骤：（i）高信号噪声比（SNR）从儿科病人发作间活动的EEG和MEG同步录音的性能与难治性癫痫（步骤2.1.1和2.1.2 ）; （ii）与发作放电数据（步骤3.1和3.2）的精心预处理和选择; （三）以高特异性识别的氢氟烯烃的事件的视觉审查（步骤4.3.1，4.3.2和4.3.3）;和（iv）用合适的定位方法（步骤5.2）的氢氟烯烃的可靠定位。 在这个协议中最关键的步骤是通过自动检测器确定的HFO事件的视觉审查。自动检测到的氢氟烯烃的严格审查为Crucial丢弃非脑起源氢氟烯烃。然而，疲劳或人评的分心多信道脑电图和MEG数据的视觉检查过程中可能导致错误，减少在检测过程中的特异性。 修改和故障排除我们避免为了使用该信号空间投影（SSP）和信号空间分离（SSS）的方法72,73，以确保没有从他们的应用的HFO活性失真。这些方法通常使用的大多数的特定的MEG供应商的用户的抑制外部干扰和来校正头部运动72。进一步的研究中，以确保这些方法的应用不会影响或扭曲的HFO活性或不产生可能类似于人类氢氟烯烃的寄生效应是必要的。信号包络（步骤4.1.1.3）的Z值的最低门槛的小的修改和交流的门槛可能需要释放等的值（步骤5.2.6），以提高在检测氢氟烯烃的算法的灵敏度和限制在一个更焦点区域中的氢氟烯烃区域的定位。 该技术的局限性所描述的方法提出了应在今后的研究中进一步解决的限制。首先，它不会只考虑在MEG和EEG信号中发生的氢氟烯烃，它不包括氢氟烯烃在MEG信号的自动检测，这意味着一些实际的低信噪比MEG氢氟烯烃可能逃脱目测74。此外，所提出的方法来检测氢氟烯烃和它的高精度本地化能力，他们的敏感性和特异性应与头皮脑电图，脑磁图和iEEG 75的同时进行的录像进行验证。我们的数据表明，单一的ECD表示延长刺激性区域相比，焦氢氟烯烃区。然而，当的ECD的平均值，那么偶极location为相当接近两个病人HFO区。我们的数据指示的2种方法示出了用于致痫（特别是对于患者2为谁HFO区是与SOZ重叠）相比，刺激性区HFO区的可能的更高的特异性的特异性的，虽然安全结论不能被绘制从病人这么小的队列。更重要的是，由HFO源的定位不直接意味着本地化的EZ是负责癫痫发作。我们的调查结果应与癫痫手术，我们计划在今后的研究中做的结果进行验证。最后，以记录脑电图数据，使用一个70信道系统。然而，在大多数的中心的标准临床脑电图设置用于根据本10，从19电极记录数据置于 - 20系统。高得多的信道数目（多达256个）的更先进的儿科脑电图系统目前在市场上买到。使用这些系统可以进一步提高吨头皮脑电图检测到的氢氟烯烃区，他的定位精度。 相对于现有的/替代方法的技术意义据我们所知，这是报告发作的氢氟烯烃具有同时EEG和MEG的非侵入性的定位，同时也考察了国产化结果与颅内记录的一致性的第一项研究。无创记录，检测和氢氟烯烃的定位是具有挑战性的。这是因为，氢氟烯烃是由小的大脑区域立方毫米16,76和还通过噪声和脑后台活动受阻的顺序上产生非常弱的信号。最近的一项研究提出，氢氟烯烃记录的非侵入头皮脑电图代表多个空间分布的焦点和连贯来源60活动的总和。迄今为止，很少有研究28,29,37,38,60设法表明氢氟烯烃可以非侵入方式使用SCA来检测LP EEG和MEG;甚至更少通过求解逆问题37-38本地化这一活动。 这里，发作间氢氟烯烃的证据都被已同时头皮脑电图和MEG从两个小儿患者癫痫检测。氢氟烯烃通过使用先前描述框架38本地化。代表的数据表明，发作氢氟烯烃的非侵入性的定位是通过使用在任头皮脑电图或MEG录音进行源的成像技术，假定适当的定位技术使用是可行的。这与先前的研究所使用的假想结构类似于氢氟烯烃的发电机，这表明氢氟烯烃可以无创检测并与MEG 32准确局部线。 检测和发作氢氟烯烃的标签是传统上通过从人脑的专家数据的视觉检查进行。虽然这种方法是经常伦瑞格DED作为金标准，它提出了严格的限制，因为它有差，评论家间的可靠性77,78，并不适用于大MEG和脑电图数据集有大量的传感器。至关重要在临床实践中氢氟烯烃的应用是从头皮录音减少人工输入的需要自动检测氢氟烯烃算法的开发。头皮氢氟烯烃的视觉识别，其实是相当具有挑战性，因为：（一）关于头皮的氢氟烯烃低信噪比; （二）在头皮记录相比，氢氟烯烃颅内的人，这意味着更长的记录时间分析的低利率; （三）高通道数来分析，特别是在高密度EEG或MEG。对于氢氟烯烃的自动和半自动检测几种算法已在过去十年54被提出。依靠在时域的阈值，以便查明事件早些时候探测器可以从正在进行的背景活动4区分开来9,80。最近的进展建议也掺入从频域信息，假设一个HFO必须显示为与在一个不同的频率50,56,81的分离的光谱峰的短命事件。半自动化的方法似乎是氢氟烯烃的在临床实践中应用最合适的方法。由专家，它具有高特异性（ⅰ）一种具有高灵敏度的事件的初始自动检测，和（ii）的事件的视觉审查：这些方法包括两个阶段。这种方法提供了相对于全自动化的方法更高的特异性，并确保最终审查事件是脑来源的实际氢氟烯烃。 这里，提出了一种半自动化方法，可实现从发作头皮脑电图和MEG录音氢氟烯烃的检测。该方法扩展了在认定标准结合两个导入前面所述的检测从头皮脑电图60氢氟烯烃技术蚂蚁的功能：（i）所述的HFO事件的自动时间 - 频率数据;及（ii）在这两个MEG和脑电图记录事件的氢氟烯烃的时间同意。 掌握这一技术后，未来的应用或指示氢氟烯烃与非侵入性神经成像方法，如头皮脑电图和MEG的可靠的定位，是至关重要的。掌握，改进和验证该协议将会为医生提供了EZ鉴定的可靠，无创记录的生物标志物。这样的生物标志物的发展有可能减少用于长期监测和侵入颅内录音导致在儿科患者的术前评估过程中的显著改善的要求的潜力。它不仅将有助于确定手术的癫痫组织，也将允许癫痫的最终鉴别诊断患有急性症状发作，需要一个完全迪菲租的治疗方法，并从非癫痫性发作不遗余力在一些患者长期监测的需要。此外，这可能使治疗性干预的功效的评估，而无需等待发生另一发作。

小儿癫痫是一种常见的神经系统疾病与4的患病率-每6 1000名儿童1。它可能对儿童的发展2产生重大影响，并可能影响显著他们长大成人。在儿童期发病的癫痫长期随访研究表明，癫痫患者约30％，成为难治3-6，而且通常需要resective癫痫手术治疗。在许多这些患者中，癫痫手术导致发作频率显著降低和常常发作自由。要取得成功，癫痫手术要达到以最小的或无功能障碍发作，自由状态。这要求痫区（EZ）7，&#39;皮质区域，是对于癫痫发作的产生不可缺少&#39;8的仔细描述。在EZ不能直接测量;它的位置是基于测试塔的大量数据一致估计ŧ确定其他皮层区域。侵入颅内脑电图（iEEG）作为金标准为发作起始区（SOZ），其中癫痫发作产生和发出的发作记录区域的定位。然而iEEG是昂贵，依赖于儿童的合作，进行感染和出血9一定的风险，并且在植入10期间可能诱发额外的神经损伤。此外，该记录可能导致错误的结论，因为大脑的大区域被留下未开发。从而，一个强大的术前生物标记，有助于在EZ的识别是需要外科治疗癫痫的成功。 病理氢氟烯烃（80 - 500赫兹）11,12都出现在过去十年中，作为可以改善患者的术前诊断及手术结果癫痫13致痫组织的鉴定的生物标志物。采用微型报告电极与深度电极脑电图表现相结合的氢氟烯烃癫痫患者的存在。氢氟烯烃是在发作期和发作间期期间使用标准macroelectrodes也有发现。最近的研究已经表明，氢氟烯烃鉴定具有更高的灵敏度和特异性的SOZ相比刺激性区14,15，生成该智能电子设备的区域，即手术切除的HFO-产生组织的以比除去的更好的结果相关联SOZ或刺激性区15。氢氟烯烃通常归类为波纹（80 - 250 Hz）或快速波纹（250 - 500赫兹）。快速涟漪已经更加紧密地联系在一起病理活动并向SOZ 16的定位，但是人脑的录音调查表明，这两个涟漪和快速涟漪致痫区17增加。 尽管这些有希望的结果，氢氟烯烃尚未适合的诊断或监测癫痫在临床实践中。主要障碍依然存在：（一）缺乏对氢氟烯烃正式的和全球性的定义; （ii）该方法的结果异质性办法用于他们的学习;和（iii）的实际困难，以检测并从头皮录音无创本地化它们。后者来源于这样的事实即电极是远离信号源，该信号可能是由背景噪音和肌肉活动模糊，并且信号可以由头皮或在颅骨的囟门和缝线被扭曲，特别是在婴幼儿患者。此外，它是困难的正常和异常氢氟烯烃18,19之间进行区分，因为这两个波纹和快速波动是即使在正常人类脑组织20本。早期的研究报告，头皮脑电图氢氟烯烃在只有一小-癫痫患者21-23（0.2 3.4％）部分。然而，最近的研究表明，氢氟烯烃可以非侵入与头皮脑电图来检测。 Ictally，HFO小号已经报道了在韦斯特综合症的儿童发作（50 - 100赫兹24，40 - 120赫兹25），以及在伦诺克斯-Gastaut综合征强直性发作的发病（50 - 100赫兹）26。发作间期氢氟烯烃（70 - 200赫兹）上的头皮脑电图首先观察孩子睡眠引起的电气性癫痫持续状态27。然后，发作间氢氟烯烃（80 - 200赫兹）中的患者与SOZ 28内更高的速率局灶性癫痫头皮脑电图进行鉴定。有趣的是，氢氟烯烃的患者高数量发作癫痫样放电（IED）的的更频繁，而且它们被认为是比的IED为SOZ 29更具体地，突出氢氟烯烃与致痫的关系。 MEG似乎相比头皮脑电图为氢氟烯烃的非侵入性检测和定位呈现显著优点：（ⅰ）在MEG高频活性比脑电图更不易从肌肉污染活动30-31，（ⅱ）MEG信号不会通过头骨传导和由颅骨的未熔融区域，如囟或缝合比脑电图较少失真，和（iii）的MEG传感器阵列具有较高的密度相比脑电图总是面临歪曲盐的问题，电极之间的桥梁时，头小，有孩子。从该模拟氢氟烯烃发电机幻象结构证据表明，氢氟烯烃可以被检测且高定位精度的局部（2 - 3毫米），用MEG 32。最近的几项研究报道在纹波频率波段33-38患者记录癫痫MEG信号氢氟烯烃。时间-频率分析表明的MEG数据包含有关在EZ 33-36高频分量。然而，只有少数的研究已经确定发作氢氟烯烃为可见事件在时域中站在出背景信号，因为通常与iEEG 37-38进行。凡克林克等。 37检测使用基于从智能电子装置获得空间信息波束形成技术构建的虚拟通道中的波纹带氢氟烯烃。冯Ellenrieder 等 。 38检测MEG信号氢氟烯烃从物理传感器独立的简易爆炸装置和使用的最大熵的平均值（MEM）方法来定位其来源，并探讨其与EZ关系。 Rampp 等 。 （2010）也发现癫痫高伽玛振荡与MEG，这是独立的穗穗锁定或和本地化本次活动最小范源分析39。他们发现，这些快速振荡的特性（ 例如 ，全频段平均振荡的最大振幅的明确，发病时间）是高度与SOZ有关。氢氟烯烃还用MEG在儿科患者发作活动癫痫痉挛40中检测到。然而，MEG提出了一些明显的局限性相比，头皮脑电图检查：（i）其是樱雪nsitive到具有相对于所述头部的中心的径向方向源，（ⅱ）它不允许长时间的录制能够提高检测和记录发作事件的可能性，以及（iii）其传感器不能符合头部形状每一个人，因为在头盔内的头盔和传感器阵列都是固定的形状。因此，最大化的可能性，以检测和定位的致癫痫活性提供了理想的设置是由来自头皮脑电图和MEG组合信息。 在这项研究中，我们的目标是通过头皮EEG和MEG的同时录音儿科治疗难治性癫痫来说明我们遵循发作氢氟烯烃的无创性检测的方法。我们目前的记录的设置和数据分析的使用，我们已经用于检测同步的MEG和脑电图数据HFO事件开发的半自动化方法的管道。最后，我们还存在的本地化底层头皮氢氟烯烃，通过求解逆问题得到的发电机，并且因为这是由癫痫病定义它与SOZ比较。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1028">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">VectorView MEG system</td>
			<td style="width:287px;">Elekta-Neuromag, Finland</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:407px;">MEG System</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Magentically Shielded Room</td>
			<td style="width:287px;">Imedco, Hagendorf, Switzerland</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:407px;">Three-layer MSR</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">EEG system</td>
			<td style="width:287px;">Elekta-Neuromag, Finland</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>70 Channel EEG system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">3D digitizer</td>
			<td style="width:287px;">Polhemus, Colchester, VT</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

interictal high frequency oscillations detected with simultaneous magnetoencephalography and electroencephalography as biomarker of pediatric epilepsy

关键癫痫手术的成功是标识致痫灶（EZ）强大的生物标志物的可用性。高频振动（氢氟烯烃）已经成为了除了间痫样放电（IED）的发作期和活动标识EZ的潜在生物标志物术前。尽管它们是有希望的本地化的EZ，它们尚未适合在临床实践中诊断或癫痫的监视。主要的障碍仍然存在：缺乏对氢氟烯烃正式的和全球性的定义;的用于他们的学习方式方法随之而来的异质性;和实际困难来检测和从头皮录音无创本地化它们。在这里，我们提出了一个方法，用于记录，检测和儿科难治性癫痫患者发作氢氟烯烃的定位。我们报告氢氟烯烃的代表性数据从头皮发作间期脑电图和MEG从两个孩子无创检测接受手术。 氢氟烯烃的底层发电机通过求解逆问题的局部及其定位进行比较的发作起始区（SOZ），因为这是由癫痫病限定。对于这两个病人，发作间期痫放电（简易爆炸装置），并进行了氢氟烯烃与和谐的位置的来源成像本地化。对于一个病人，颅内脑电图（iEEG）的数据也可用。对于这个病人，我们发现，氢氟烯烃定位是无创性和侵入性的方法之间的和谐。 iEEG与头皮记录结果的比较有助于验证这些结果。据我们所知，这是从呈现脑电图同步和MEG记录比较有创记录的结果头皮氢氟烯烃的源定位的首次研究。这些结果表明，氢氟烯烃可以可靠地检测与头皮脑电图和MEG无创本地化。我们的结论是interic的无创本土化TAL氢氟烯烃可以显著改善小儿癫痫患者的术前评估。

小儿难治性癫痫患者是从波士顿儿童医院的癫痫诊所（美国波士顿）招募。在这里，从2例具有代表性的数据呈现：一个15岁的女孩，右侧大脑中动脉（MCA）区（患者1）的脑软化，和一个11岁的男孩，左顶叶/颞脑软化（病人2）。数据收集作为其术前手术后处理的一部分。同时MEG和脑电图记录均在Athinoula A.马蒂诺中心的生物医学成像执行。 （ - 150赫兹80）在这两个EEG和MEG和上覆简易爆炸装置发生对于两名患者，氢氟烯烃在纹波频率波段进行鉴定。 图4表示来自患者1 10秒的发作活动同时头皮脑电图和MEG数据（ 上图 ）的相同图中还报道了n扩展时间的信号，其示出在时域中（ 中间板 ）所检测的氢氟烯烃的比例部分（2秒），并在时间-频率平面（ 下图 ）。该患者表现出8.8氢氟烯烃/分钟的速率。因为观察到高于150赫兹的频率没有显着的活性150赫兹 - 为清晰起见，时间 - 频率平面的显示被从80限制。在患者1，自动检测识别记录的8.65分钟内248氢氟烯烃的事件。检测到的事件的视觉经过审查，76事件被留了被认为是真正的氢氟烯烃，获得8.8氢氟烯烃/ min的速率。 <img alt="图4" src="/files/ftp_upload/54883/54883fig4.jpg" /> 图4：覆盖在头皮脑电图和MEG检测IED的氢氟烯烃。 上图 ：来自患者1的IED从头皮脑电图（左）和MEG（右）进行检测。数据的10秒1过滤 - 70赫兹。 中间面板 ：脑电图和MEG数据的扩展时间标度显示（2秒）强调了与在上部面板灰色背景。 150赫兹 - 数据从80过滤。 下面板 ：2代表脑电图和MEG频道时频平面。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54883/54883fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> 图5给出了从头皮脑电图和MEG病人都在1本地化氢氟烯烃结果。这两种技术的局部的氟烯烃在靠近右颞顶骨结的位置病变的附近。的MEG和脑电图呈现略微不同的定位结果：MEG活性位于更前方相比EEG和靠近病变的后部边界。的两个最大值的MEG和脑电图wMEM活性之间的距离为15.0毫米。氢氟烯烃localizati上也是相邻的刺激区域，因为这是由MEG定义。平均的ECD和最大wMEM活动之间的欧氏距离为18.7毫米的MEG 28.0毫米头皮脑电图。对于患者2，我们确定与IED并且我们用于HFO分析最小工件慢波非REM睡眠中的数据的8分钟。 头皮氢氟烯烃的数量比在患者1表示0.4氢氟烯烃/分的速度显著低。 图6给出头皮氢氟烯烃为MEG和头皮脑电图，使用的ECD由MEG本地化的IED的源定位的结果，并且通过iEEG检测氢氟烯烃的位置。 2最大值为MEG和脑电图wMEM活性之间的距离为16.4毫米。平均的ECD和最大wMEM活性之间的距离为10.9毫米的MEG及24.1毫米的脑电图。头皮脑电图和MEG非侵入性确定的HFO区是在同一位置的氢氟烯烃是IDE与iEEG侵入ntified。与氢氟烯烃的最高编号的电极为LA51，LA52和LA53， 如图6中 ，其定位为一致与非侵入性地本地化的HFO活性。 <img alt="图5" src="/files/ftp_upload/54883/54883fig5.jpg" /> 图5：氢氟烯烃和简易爆炸装置的定位。氢氟烯烃区通过使用MEG和脑电图的wMEM从病人1覆盖在患者的MRI（ 左 ）本地化。的氢氟烯烃地图表示在最大活性的60％阈值化的归一化的激活值的平均值。由简易爆炸装置用的ECD MEG（ 右 ）本地化。所述的ECD的位置和方向在青色表示。紫色三角形表示平均的ECD（46的ECD）的位置，红色矩形从平均的IED（简易爆炸装置28）幼儿发展的位置。对于简易爆炸装置的平均，我们确定具有类似形态的尖峰。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54883/54883fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> <img alt="图6" src="/files/ftp_upload/54883/54883fig6.jpg" /> 图6：HFO区本地化与非侵入性脑电图头皮和MEG的刺激性区和HFO区局部侵入性iEEG之间的空间一致性。 上图 ：在患者的MRI从患者2头皮脑电图（左）和MEG（中），并与MEG简易爆炸装置的国产化氢氟烯烃的本地化（右）覆盖。的氢氟烯烃地图表示在最大活性的60％阈值化的归一化的激活值的平均值。青色圆圈和条表示的ECD的位置和方向。紫色三角形表示平均的ECD的位置（30的ECD），红色矩形Ť从平均的IED（简易爆炸装置21）的ECD他的位置。 较低的面板 ：从最高HFO速率信道的iEEG（左）和2秒的录音氢氟烯烃的定位。植入电极显示在患者的MRI检查。电极位置由共同注册后植入计算机断层扫描（CT）和磁共振成像得到的。与氢氟烯烃的最高速率的电极突出植入在患者的皮质网格的地图上。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54883/54883fig6large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> 这里提出的代表性结果表明，儿童患者的术前评估与医学难治性癫痫在临床中的无创性鉴定和氢氟烯烃的本地化的潜在用途所描述的技术。对于这两个病人，氢氟烯烃均升ocalized一致为头皮脑电图和MEG（ 见图5）。的几个毫米本地化的差异可能归因于比起头皮脑电图70的高密度的MEG的优异定位能力，或者可以代表不同的底层发电机71。本地化也是一致的刺激区域，因为这是由MEG（参见图5 -右图 ）定义。在患者2，从iEEG数据也可用。头皮脑电图和MEG局部无创的氢氟烯烃区是一致的与iEEG侵入定义的氢氟烯烃区域（ 见图6）。该方法的成果能指导癫痫手术的EZ潜在识别期间电网的位置。

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Interictal High Frequency Oscillations Detected with Simultaneous Magnetoencephalography and Electroencephalography as Biomarker of Pediatric Epilepsy

高频振动（氢氟烯烃）已经成为了鉴别致痫灶的小儿患者的医学难治性癫痫术前的生物标志物。一种无创记录，检测，并同时头皮脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）氟烯烃的定位方法介绍。

同时用脑磁图和脑电图为小儿癫痫的生物标志物检测发作间期高频振动

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