Eşzamanlı Elektroensefalografi ve Fonksiyonel MRI Sırasında Elektroensefalografi Verilerinin Güvenilir Bir Şekilde Eldeılması

Summary

Bu makalede, hazır tıbbi ürünler kullanılarak eşzamanlı EEG ve fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme sırasında kaliteli elektroensefalografi (EEG) verilerinin elde alınması için basit bir protokol sağlanmaktadır.

Abstract

Eşzamanlı elektroensefalografi (EEG) ve fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), EEG-fMRI, kan-oksijen seviyesine bağımlı (BOLD) değişiklikler olarak bilinen hemodinamik yanıtlar yoluyla, elekrografik bir olay sırasında nöronal aktiviteyi ölçmek için kafa derisi EEG (iyi zamansal çözünürlük) ve fMRI’nın (iyi mekansal çözünürlük) tamamlayıcı özelliklerini birleştirir. Nörobilim araştırmalarında kullanılan ve veri toplama sırasında uygun ekipman ve protokollerin uygulanması koşuluyla, özellikle nörolojik hastalıkların yönetimi için klinik topluluğa oldukça faydalı olan invaziv olmayan bir araştırma aracıdır. EEG-fMRI kaydı görünüşte basit olsa da, özellikle elektrotların yerleştirilmesi ve sabitlenebilmesinde doğru hazırlık sadece güvenlik için önemli olmakla kalmaz, aynı zamanda elde edilen EEG verilerinin güvenilirliğini ve analiz edilebilirliğini sağlamada da kritik öneme sahiptir. Bu aynı zamanda hazırlığın en deneyim isteyen kısmıdır. Bu sorunları gidermek için, veri kalitesini sağlayan basit bir protokol geliştirilmiştir. Bu makalede, EEG-fMRI sırasında güvenilir EEG verilerini elde etmek için, hazır tıbbi ürünleri kullanan bu protokolü kullanarak adım adım bir kılavuz sağlanmaktadır. Sunulan protokol, araştırma ve klinik ortamlarda EEG-fMRI’nın farklı uygulamalarına uyarlanabilir ve hem deneyimsiz hem de uzman operatörler için faydalı olabilir.

Introduction

Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), elekrografik bir olay sırasında kan-oksijen seviyesine bağlı (BOLD) değişiklikleri ölçerek hemodinamik yanıtlar yoluyla nöronal aktivitenin bir ölçüsünü sağlar. Eşzamanlı elektroensefalografi (EEG) ve fMRI (EEG-fMRI), kafa derisi EEG (iyi zamansal çözünürlük) ve fMRI’nın (iyi uzamsal çözünürlük) sinerjik özelliklerini birleştiren ve EEG’de tespit edilebilen elekrografik olayların üretilmesinden sorumlu sitenin daha iyi lokalizasyonunu sağlayan invaziv olmayan bir araştırma aracıdır. İlk olarak 1990’larda epilepsi alanında kullanılmak üzere geliştirilmiştir^1,2 ve daha sonra 2000’lerden beri nörobilim araştırmalarında kullanılmıştır^{3 ,4}. Güvenlik 5 ile ilgili bilgininartması ve EEG^3,6 ,⁷,^8,9,10üzerinde MRG kaynaklı eserlerin çıkarılması için tekniklerin sürekli geliştirilmesi ile, şu anda hem sinirbilim hem de klinik araştırmalarda yaygın olarak kullanılan bir araçtır¹¹.

EEG-fMRI, araştırma sorusuna bağlı olarak, istirahatte veya bir görev sırasında edinilir. Genel olarak, dinlenme durumu kazanımı, belirli bir EEG özelliğinin (örneğin dalga biçimi, ritim, frekanslar, güç) üretilmesinde rol oynayan yapıların tanımlanmasına izin verir ve değişken spontan beyin aktivitelerinin anlaşılmasına yardımcı olur¹¹. Bir dizi nörobilim çalışması ve çoğu klinik çalışma, özellikle epilepsi¹²olanlar , istirahatte EEG-fMRI edin¹¹. Görev tabanlı edinim, belirli bir göreve atanan veya ilgili serebral alanların ve beyin elektriksel faaliyetlerinin tanımlanmasına izin verir ve elektriksel faaliyetler ile görevle ilişkili serebral alanlar arasındaki bağlantıyı kurmaya yardımcı olur. Görev tabanlı edinim esas olarak nörobilim çalışmalarında¹¹ ve bazı klinik çalışmalarda^{kullanılmaktadır 13}. Görev tabanlı EEG-fMRI alımlarının çoğu olayla ilgili bir tasarım kullanır. EEG ve fMRI verilerinin entegre edilmesi için kullanılan modelleme türü, görev^14’üntasarımında verimlilik veya algılama gücünün en üst düzeye çıkarılıp çıkarılmayacağını belirler. Görev tasarımı hakkında ayrıntılı bilgi^için lütfen Menon ve^ark.14 ve Liu ve ark.

EEG-fMRI sırasında veri toplama basit görünse de, hazırlık deneyim talep edicidir. Veri toplama için uygun hazırlığı yönlendirme protokolü, hem güvenliği hem de verimi (yani analiz edilebilir ve güvenilir veriler) sağlamak için önemlidir. MRG kaynaklı EEG eserlerini çıkarmak için çeşitli tekniklerin varlığına rağmen, kaydedilen EEG’deki tutarsız eserler, özellikle tellerin ve deneklerin brüt hareketlerinin makine kaynaklı titreşimi ile ilgili olanlar, tamamen çıkarılması hala zordur; bu nedenle, bu yapıtların veri toplama sırasında en aza indirilmesi gerekir.

Bu makalede, hazır MRI uyumlu tıbbi ürünler kullanan basit bir protokol sunulmaktadır. Protokol, veri kalitesini, özellikle de bir EEG-fMRI çalışmasının başarısının anahtarı olan EEG verilerinin kalitesini sağlayan önemli adımlar sağlar. Bu protokol, Montreal Nöroloji Enstitüsü^12,17’deki EEG-fMRI araştırma ekibinin²⁰ yıllık deneyimine dayanarak geliştirilmiştir ve Osaka Üniversitesi’nde kullanılmak üzere daha da değiştirilmiştir, bu da hem deneyimsiz hem de uzman operatörlere fayda sağlar.

Protocol

Osaka Üniversitesi Hastanesi araştırma etik komitesi ve Bilgi ve Sinir Ağları Merkezi’nin (CiNET) güvenlik komitesi protokolü onayladı (Osaka Üniversitesi Hastane Onayı No. 18265 ve 19259; CiNET Onay No 2002210020 ve 2002120020). Tüm konular katılımları için yazılı bilgilendirilmiş onay verdi. 1. Deneysel kurulumun hazırlanması MRI uyumlu EEG ve bipolar amplifikatörleri pil paketlerine (tam şarj olduklarından emin olun) ve kayıt bilgisayarına bağlayın. Kayıt yazılımının çalışma alanının doğru ayarlı olduğundan emin olun. Amplifikatör doygunluğunu önlemek için genlik çözünürlüğünü 0,5 μV olarak ayarlayın; frekans filtrelerini ilgi sıklığı bandına göre ayarlayın. İlgi sıklığı bandından bağımsız olarak örnekleme oranını 5.000 Hz (bu protokolde kullanılan amplifikatörler için mümkün olan maksimum) olarak ayarlayın.NOT: 0,5 μV’de genlik çözünürlüğü maksimum 16,38 mV değere karşılık gelir, Gradyan yapı tepelerinin, spontan kafa derisi EEG’nin (yaklaşık 10-100 μV) genliklerine yüksek hızlarda (devam eden EEG’nin değişim hızından >1.000 kat daha hızlı) ulaşabileceği göz önüne alındığında, gradyan yapıtını kaydetmek için yeterlidir. Teorik olarak, örnekleme oranı, yüksek frekanslı degrade anahtarlama yapıtlarını doğru bir şekilde örneklemek ve sonraki kaldırma için her birimin gradyan aktivitesinin gerçek başlangıcını tespit etmek için degrade anahtarlama spektrumundaki en yüksek frekansın en az iki katı (Nyquist teoremi) olmalıdır12,18. Ancak, örnek hızını artırmak, veri depolama için önemli yatırım gerektiren ve sonraki işlem sonrası işlemleri de engelleyebilen büyük dosya boyutlarına neden olur. Eşitleme aygıtının kullanılması, EEG ve MR saatleri arasındaki eşitlemeyi iyileştirmek için örnek hızını yükseltmeyi gereksiz kılar (bkz. adım 1.4). 5.000 Hz örnekleme hızı normal EEG/ olayla ilgili potansiyel (ERP) kayıtlar için yeterlidir ve daha yüksek örnekleme oranları veri kalitesini artırmaz, çünkü verilerin 500 Hz’in altındaki bir frekansa örneklemeyi ve ek düşük geçişli filtrelemeyi içeren sonraki yapı düzeltme işlemi,18’debulunabilecek tüm yüksek frekanslı gradyan düzeltme artıklarını ortadan kaldırır. MRG’de EEG alımı için gereken kayıt yazılımının uygun ayarlarıyla ilgili ayrıntılar için kılavuza bakın, bu da MRI dışındakilerden farklıdır. Tarayıcıdan gelen işaretçilerin, yani saat senkronizasyonu (varsayılan olarak senkronizasyon) ve ses tetikleyicisi (varsayılan olarak R128) işaretçilerinin çevrimiçi EEG kaydında düzenli olarak görüntülenip görüntülenmediğini kontrol edin. Ekrandaki eşitleme, MRI tarayıcısının ve EEG saatlerinin eşitlendiğini ve R128 ses tetikleyicilerinin sonraki işlem sonrası için kaydedildiğini gösterir. MRI tarayıcısı ve EEG saatleri, tarayıcı saat çıkışını (genellikle 10 MHz ve üzeri) algılayan, altörnekleyen ve saat sinyalini (ve senkronizasyon işaretleyicilerini) USB2 arabirimine veren SyncBox cihazı kullanılarak senkronize edilir.NOT: USB2 arayüzü, tarayıcı saat sinyaline faz kilitli olan tüm amplifikatörlerden EEG verilerini kayıt bilgisayarınagönderir 18. İşaretçilerde periyodik senkronizasyon, EEG sinyal örneklemeyi tarayıcı yapı düzeltmesi için bir gerekli olan MR tarayıcı hızıyla senkronize etmek için tarayıcı elektrik darbesinden oluşturulan tetikleyicilerdir. Ses düzeyi tetikleyicileri, çevrimdışı EEG işleme19sırasında tarayıcı yapı düzeltmesi için MR birim tarama başlangıç zamanını tanımlamak için kullanılır. MRI tarayıcısını ihtiyatı ve kullanılabilirliği göre ayarlayın. RF ısıtma riskini en aza indirmek için bir iletim ve kafa radyo frekansı (RF) bobini kullanmak en iyisidir. Bununla birlikte, tüm bir vücut iletim RF bobini ve 20 kanallı bir kafa alma sadece RF bobini kullanıldı, çünkü kullanılan tarayıcı için bir iletim ve alma kafası bobini mevcut değildi (genellikle çoğu modern tarayıcı için durum). EEG kapağının uygulanması için aşındırıcı iletken jel ile 10 mL şırınna (veya gerektiğinde birkaç) yükleyin. Aşındırıcı jel, sıvı dağıtımı için 50 mL’lik büyük kapasiteli plastik şırınna önceden yüklenebilir ve 10 mL şırınnayı denek gelmeden önce jelle doldurabilir.NOT: 32 kanallı bir EEG kapağının uygulanması tipik olarak yaklaşık 20-25 mL jel tüketir. 2. EEG kapağı ve EKG elektrotlarının uygulanması İşe alımda, özneden MRI için potansiyel kontrendikasyonların bir kontrol listesini tamamlamasını isteyin. Varıştan önce deneğin MRI için kontrendikasyonları olmadığını onaylayın.NOT: Genel olarak, MRI’a hak kazanan herhangi bir konu bir EEG-fMRI çalışmasına katılabilir. Hariç tutma kriterleri şunlardır: işbirliğine bağlı olmayan veya uyumlu olmayan konular; altta yatan koşulları olanlar (örneğin, kronik sırt ağrısı), belirli bir süre boyunca sırtüstü yatmalarını önler (tipik olarak en az 1 saat); veya tarama sırasında MRI masasında hareketsiz yatabilecek denekler. Hareket sadece hem EEG hem de fMRI verilerinin kalitesini engellemekle kalmaz, aynı zamanda deneklerin kendileri için potansiyel bir tehlike oluşturur (örneğin, tellerde ve kablolarda stimülasyona neden olabilecek akıma neden olur). Görev tabanlı edinim durumunda, konunun dil anlama yeteneği de göz önünde bulundurulmalıdır (talimatları anlayamayan konulardan kaçının). Bu çalışmada 32 sağlıklı gönüllü (yaş ortalaması, 40 yaş; 17 kadın) ve 25 epilepsi hastası (yaş ortalaması, 31 yaş; 13 kadın) işe alındı. Deneklerden varıştan önce saçlarını saç kremi veya balmumu olmadan şampuanla yıkamalarını isteyin. Deneyin amacını ve konuya sonraki adımları açıklayın. Esnek, esneyemeyen bir ölçüm bandını supraorbital sırtların ve oksiputun üzerine sararak baş çevresini (yani oksipital ön çevreyi) ölçün ve uygun büyüklükte bir kapak seçin. Baş çevresinden 1 cm daha büyük bir kapak kullanın ve her zaman konuya kapağın yerleştirildikten sonra rahat olup olmadığını sorun (yani, çok sıkı değil). Kapağı öznenin başının üzerine yaklaşık konuma yerleştirdikten sonra, aynı ölçüm bandını kullanarak, oksiputtan burun köprüsüne uzanan başın orta çizgisi üzerindeki yay olarak tanımlanan inion-nasion arkının uzunluklarını ve inion-nasion arkının orta noktasını geçen kulaklar arasında uzanan yay olarak tanımlanan peri-asuriküler arkı ölçün, kapağın üzerinde. İyon-nasion arkı ile peri-auriküler arkın kesişimini işaretleyin (her iki arkın orta noktalarının birleştiği nokta, AKA Cz) ve elektrot Cz’nin konumunun bu kesişme noktasına ayarlanması için kapağı başın üzerine kaydırın. Fz, Pz, Oz, Reference ve Ground elektrotlarının giriş arkı üzerine yerleştirilip yer almadığını manuel olarak kontrol ederek kapağın yatay olarak döndürülmediğine emin olun. Pamuklu çubuk kullanarak saçı elektrodun yanına dağıtarak her elektrodun altındaki cildi açığa çıkarın. Elektrodun açılmasından geçen% 70 alkol çözeltisi içeren bir pamuklu çubuğu hızlı bir şekilde döndürerek her elektrodun altındaki cildi ovalayın. Açıklıkta az miktarda aşındırıcı iletken jel (~0,2 mL) uygulayın ve benzer bir şekilde pamuklu çubuğu hızlı bir şekilde döndürerek cildi aşındırın. Elektrot empedansını izleyin (kayıt yazılımı tarafından görüntülenir) ve empedans en az 20 kΩ 20’nin altına düşene kadar2.8adımda belirtildiği gibi aşınmayı tekrarlayın , tercihen mümkün olduğunca düşük (5 kΩ’nin altında)21. Empedans tatmin edici olduğunda, açıklığı aynı jelle (genellikle ~0,5 mL) doldurun. Elektrotlar arasında köprü kurmamak için açıklığa aşırı jel uygulamayın. Tekrarlanan aşınmaya rağmen empedans tatmin edici değilse bir sonraki elektroda geçin ve daha sonra geri gelin, çünkü bazen empedans jeli uyguladıktan sonra zamanla düşmeye devam eder. Tüm kafa derisi EEG elektrotları için 2.6-2.9 adımlarını tekrarlayın. EKG elektrotlarını arkaya yerleştirmeden önce, deneklerden boynu esnetmeden dik oturmasını isteyin. EKG elektrotunun arkaya yerleştirirken EKG elektrot telinin düz olduğundan emin olun, ancak konu MRI masasına uzandığında elektrodun yer değiştirmesini önlemek için EKG elektrot telini boynun eğrisi boyunca döşemek için biraz harçlık tutun. EKG elektrotunu, sırtın orta çizgisi boyunca dikey girinti olarak tanımlanabilen ortanca oluktan 2-3 cm sola yerleştirin. Dikey konum, konunun yüksekliğine bağlı olarak değişir; tipik olarak alt sırta yaklaşık 160 cm’lik bir konuda kürek kemiğinin uçları arasında uzanan çizgiye yerleştirilmiştir. EkG elektrod altındaki deriyi alkol çubuğu ile ovalayın. EKG elektrotlarını çift taraflı yapışkan halka kullanarak cilde takın ve 2.8-2.9 adımlarını tekrarlayın. Yapışkan halka, elektronun ciltle doğrudan temasını önlemek için bir dolgu görevi de görür. Kuru alkol pamuklu çubuğu dörde katlayın ve EKG elektrotuna yerleştirin. Cerrahi bir bant (tıbbi yapışkan bant) kullanarak cilde bantleyin. EKG elektrot telini cilde omuza kadar bantleyin. 3. Karbon tel halkasını uygulayın (bipolar amplifikatör varsa) Kapağın üzerine altı ilmek (çap 10 cm) içeren bir dizi ön örgülü karbon tel (çap 1 mm)9’u, tellerin demetinin başın üstündeki elektrot demetine paralel olarak gelecek şekilde yerleştirin. Elektrotların etrafındaki halkaları sabitlemek için cerrahi bant (1 x 2 cm) kullanın, böylece döngüler başı neredeyse eşit bir alanı eşit şekilde kaplayan her döngüyle kaplar (yani, her ikisi de fronto-temporal, hem temporo-oksipital, hem oksipital hem de tepe noktası). Alternatif olarak, varsa ilmekleri EEG kapağına da dikilebilir.NOT: Kafadaki karbon tel halkaları, ballistocardiogram (BCG) dahil olmak üzere hareketi yakalamaya yarar. Bu sinyaller, çevrimdışı EEG işleme sırasında BCG yapıtlarının EEG’den çıkarılması için kullanılır9. 4. Kapak ve karbon tel halkalarının sabitlenerek EEG elektrotlarının döngü oluşturmadığından emin olun. Deneğin kafasını EEG kapağının ve karbon halkalarının üzerine elastik bir bandajla sarın. Bandaj, EEG elektrotunun cilde sıkıca bastırılmasına, elektrotların MRI makine kaynaklı titreşimini azaltmaya ve konuyu MR tarayıcısının içine yerleştirirken jelin yastığa dökülmesini önlemeye yarar (bkz. adım 5). Bandajı uygularken konunun kafada rahatsız edici bir basınç hissedip hissetmediğini sorarak bandajın tüm elektrotları kapladığına ve çok sıkı olmadığından emin olun. 5. Konuyu MR tarayıcısına yerleştirme İstirahat durumu kazanımı durumunda, konuya kulaklara MRI uyumlu kulaklıklar uygulaması talimatını vermek. Görev tabanlı alım durumunda, deneğe deneyin gereksinimine göre MRI uyumlu kulaklığı veya kulaklıkları uygulaması talimatını söyleyin. Konunun kulaklığın veya kulaklıkların her iki tarafından duyabildiğinden emin olun. Özneden uzanmasını ve başı bobine yerleştirmesini istemeden önce baş bobinin alt yarısına MRI uyumlu düz bellek köpük yastık yerleştirin. Başı uygun şekilde konumlandırduktan sonra (başın üst kısmı baş bobinin tepesine mümkün olduğunca yakın yerleştirilir), elektrot ve karbon tel demetlerini doğrudan baş bobinin üst açıklığının içinden yerleştirin. Başın, alnın ve zamansal alanın üstüne hafızalı köpük yastıklar ekleyin. Yastıklar, deneğin kafasını çok sıkı sıkıştırmazken baş bobini içinde kalan tüm boşlukları uygun şekilde doldurmalıdır. Baş bobinin üst yarısını yerleştirirken ve bobini kapatırken yastıkların başı sıkmadığınızdan emin olun. Yastıkları ayarlayın veya çok sıkıysa daha küçük boyutlu yastıklara değiştirin. Bu sayede yastıklar, elektrot telleri üzerinde MRI makineleri kaynaklı titreşimi azaltmak ve tarama sırasında konunun konforunu korurken kafa hareketlerini kısıtlamak için elektrot tellerinin tutulmasına hizmet eder. Boynun arkasına yarım silindir şeklinde bellek köpük yastık yerleştirin, böylece EKG elektrot teli yastık ve boyun arasına iyice sandviçlenir. EKG elektrot telinin arka kısmından omuz altından geçen kısmı gerçekten de konunun arkası ile MRI tablosu arasına sıkışmıştır ve bu nedenle öznenin kendi ağırlığı ile hareketsiz hale getirilir. Görev tabanlı bir alım durumunda, tüm bellek köpük yastıklarını yerleştirdikten sonra, konu hala kulaklığın veya kulaklıkların her iki tarafından duyabiliyorsa, kulaklığın veya kulaklıkların tekrar test ederek yer değiştirmediğinden emin olun. Baş bobini kapattıktan sonra, aynayı yerleştirin ve konuya aynayı ayarlamasını söyleyin (görsel uyaran gerektiren görev durumunda). Konunun kafasını MRI deliğinin izomerkantörüne yerleştirmek için tabloyu hareket ettirdikten sonra, gerekirse aynayı ayarlamasını söyleyin. MRI deliğinin arkasına yerleştirilen amplifikatörleri, sağlanan optik lifleri kullanarak konsol odasına yerleştirilen kayıt bilgisayarına bağlayın. EEG/EKG elektrotlarını ve karbon tel halkalarını EEG’ye ve MRI deliğinin arkadaki bipolar amplifikatörlere bağladıktan sonra amplifikatörleri kapatın. Yine, hala düşük olduklarından emin olmak için tüm elektrotların empedansını kontrol edin (en az 20 kΩ’nin altında). Empedanslı herhangi bir elektrot varsa, ayarlama için konuyu MR tarayıcısından çıkarın. 6. Tellerin ve amplifikatörlerin konfigürasyonu Tüm kabloları baş bobinin üst açıklığının çıkışı ile amplifikatörler (elektrotlar ve karbon tel demetleri, konektör kutusu ve şerit telleri dahil) arasında düz ve MRI deliğinin ortasına yer olacak şekilde düzenleyin. Bu, MR’a bağlı akımı en aza indirmek için önemlidir. EEG/EKG elektrotları konektör kutusundan amplifikatöre giden şerit kablosunun etrafına bir karbon tel halkası yerleştirin ve tüm karbon tel döngülerini (bkz. adım 5.7) bipolar amplifikatörün giriş kutusuna (EXG MR) bağlayın. Bu döngü esas olarak Helyum pompasının neden olduğu titreşimleri yakalamak için hizmet eder9. MRI makinelerinin neden olduğu titreşimi en aza indirmek için, baş bobinin üst açıklığının çıkışı ile amplifikatörler arasında hepsi MR-güvenli ve ferromanyetik olmayan kum torbaları ile sandviç yaparak telleri hareketsiz hale getirin. Ayrıca, amplifikatörlerin üzerine kum torbaları yerleştirin. 330 mm x 240 mm x 50 mm ölçülen ve 4 kg ağırlığındaki bu kum torbaları EEG üreticisi tarafından tedarik edilmektedir. Amplifikatörleri, üretici tarafından sağlanan kabloların uzunluğuna izin verilen mıknatısın deliğinin dışına yerleştirin. 7. EEG-fMRI veri toplama Satın alma sırasında gereksiz konu hareketini önlemek için, tarayıcı odasından ayrılmadan önce konunun konumlandırma konusunda rahat olduğundan emin olun. Konuya gerekirse alarm düğmesine basmasını söyleyin (yani, acil durumlarda veya konu rahatsız edici bir his hissederse). Konunun operatörü duyabileceğini onaylamak için konsol odasından konuyla iletişim kurun. Konuya veri toplama sırasında yüksek sesler beklendiğini söyleyin. Deney için gerektiği gibi konuya talimat ver ve özneye veri toplama sırasında hareket etmeme talimatı ver. fMRI alımına başlamadan önce EEG kaydını başlatın. Genellikle, aşağıdaki görüntüler ardışık olarak elde edilir: fMRI görüş alanını konumlandırmak için scout görüntüleri (iki boyutlu), fMRI ve fMRI görüntülerini postişiş sırasında birlikte kaydetmek için yapısal görüntüler. Dolgu dizileri, uygun parametrelerin kalibrasyonu için her görüntü türünü almadan önce çalıştırıldı.NOT: Güvenliği sağlamak ve amplifikatörlerin zarar görmesini önlemek için amplifikatörlerle güvenli olduğu kanıtlanmış MRI dizilerinin kullanılması önemlidir18. Güvenli kabul edilen dizilerle ilgili ayrıntılar ayrıntılı olarak tartışılmayacaktır. Okuyucuların kullanım kılavuzuna veya destek ekibine danışmaları teşvik edilir. Genel olarak, degrade eko dizileri önerilir ve spin eko dizileri veya aşırı RF kaynaklı ısıtmaya neden olabilecek eşdeğer RF emisyon parametrelerine sahip herhangi bir diziden kaçınılmalıdır. Isıtma, belirli enerji emilim hızı (SAR) ve ortalama10sn (B 1 +rms) üzerinde ortalama B 1 + kökortalama kare değeri gibi RF maruziyet miktarını ölçen metrikler kullanılarak dolaylı olarak ölçülebilir. Son zamanlarda, görüntüleme parametrelerine bağlı olan ancak deneklerin vücut kütlesi22’denbağımsız olan B1+rms, sınırı belirtmek için yeni standart haline geliyor. Örneğin, Beyin Ürünleri EEG kapağını kullanarak 3 T’de elde etmek için B1+rms eşikleri, mevcut standart kapak için 1 μT ve daha kısa (10 cm) paketlenmiş kablo 23 ile yeni standart EEG kapağı için1,5 μT’dir. Çevir açısı, dilim sayısı ve tekrarlama süresi (TR), SAR ve B1+rms’yi düşük tutmak için dikkate alınması gereken parametrelerdir. Küçük bir çevir açısı (<90°) önerilir. Elde edilen sıra B1+rms23eşiğinin altında olduğu sürece dilim sayısı ve TR ayarlanabilir. Satın almaya başladıktan sonra, tarayıcıdaki işaretleyicilerin çevrimiçi EEG kaydında düzenli aralıklarla görüntülendiğinden emin olun (bkz. 1.4).

Representative Results

Bu protokolü kullanarak EEG kapağını yerleştirdikten sonra, her elektrodun empedansı genellikle 20 kΩ’nin altına düşer (Şekil 1). Nöroklatif bir çalışmaya katılan bir denekten (20 yaşındaki erkek) ve aynı MR tarayıcısında bu protokolü kullanarak bir epilepsi çalışmasına katılan farklı bir konudan (19 yaşındaki kadın) elde edilen temsili EEG sinyalleri sırasıyla Şekil 2 ve Şekil 3’tegösterilmiştir. Nörokrenişsel testlerden geçen deneğe gözleri açık tutması ancak söylendiği gibi görsel bir görevi yerine getirirken hareketsiz kalması talimatı verildi. Epilepsi çalışmasının konusuna, epileptik aktiviteler genellikle uyku sırasında daha sık olduğu için gözleri kapatması ve uyuması talimatı verildi. Her iki çalışmadan elde edilen EEG sinyalleri işlemeden önce benzerdi (Şekil 2); MRI gradyan objesi gerçek EEG sinyallerini gizledi. Her iki çalışmadan gelen EEG sinyalleri çevrimdışı olarak şu şekilde işlendi: MRI yapıtları çıkarma yöntemi kullanılarak kaldırıldı24; ve BCG, hareketler ve Helyum pompası eserleri,7,9karbon tel döngülerinden kaydedilen sinyallerin gerilemesi kullanılarak çıkarıldı. Her iki çalışmadan elde edilen EEG sinyalleri (Şekil 3B) BCG eserlerinin görünür kirlenmesi olmadan analiz edilebilir kalitedeydi (Şekil 3A). Epilepsi çalışması sırasında EEG’de epileptik aktiviteler açıkça görülmüştür (Şekil 3B). Nörokinetif çalışma sırasında elde edilen EEG’de, özellikle çalışmanın doğası gereği obje çıkarıldıktan sonra ön uçlarda (Fp1 ve Fp2) yanıp sönme, göz hareketi ve kas eserleri görülmüştür (Şekil 3B) ve ihtiyaca bağlı olarak diğer yöntemler kullanılarak daha da çıkarılabilir. Her iki çalışma sırasında elde edilen işlenmiş EEG sinyallerinde makine titreşimlerinden kaynaklanan hiçbir eser görülmedi(Şekil 3B, Şekil 3C’de gösterildiği gibi MRG dışında elde edilen EEG sinyalleriyle karşılaştırılabilir). Aynı anda elde edilen MR görüntülerinde EEG elektrotlarından kaynaklanan hiçbir eser görülmemiştir (Şekil 4). Şekil 1: Nörokinetif bir çalışmaya katılan bir konuda 32 kanallı EEG kapağı uygulanması üzerine 5 kΩ’nin altına düşen temsili EEG elektrot empedansı. Her yuvarlak renkli daire, daire içinde elektrot adı yazılı bir EEG elektrot temsil eder; her dairenin konumu, her elektrotunun EEG kapağındaki konumunu temsil eder. Renk çubuğu ve sağdaki sayılar ölçülen empedans aralığını temsil eder (bu durumda 0-5 kΩ); yeşil renk empedans değerinin İyi düzeyi değerinden düşük olduğunu ve kırmızı rengin Kötü düzeyi gösterdiğini gösterir. Bu örnekte, CP1, O1, Oz, O2 ve EKG elektrotları açık yeşil renkte belirtilir, bu da bu elektrotların empedanslarının 2 kΩ olduğu anlamına gelir; elektrotların geri kalanı koyu yeşil renkte belirtilir, bu da bu elektrotların empedanslarının 0 kΩ olduğu anlamına gelir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 2: İşlemeden önce EEG sinyali. MRI gradyan yapıtının gerçek EEG sinyallerini gizlediğini unutmayın. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 3: Nöroknatif ve epilepsi çalışmalarına katılan deneklerden temsili EEG sinyalleri. Üst sıradaki EEG sinyalleri nöroklagnitif bir çalışmadan, alt sıradakiler ise epilepsi çalışmasındandı. EEG sinyalleri çevrimdışı olarak işlendi. (A) EEG, MRI gradyan yapı kaldırma işleminden sonra sinyaller. Açık mavi kutular BCG yapıtlarını gösterir. (B) Karbon tel halkalarından kaydedilen sinyallerin gerilemesi kullanılarak yapıt çıkarıldıktan sonra EEG sinyalleri. (C) Aynı EEG ekipmanı kullanılarak MRI dışında kaydedilen EEG sinyalleri. EEG sinyalleri referans montajda gösterilmiştir (FCz’de referans); Bipolar montajdaki EEG (her kanal bir çift bitişik elektrot arasındaki voltaj farkını temsil eder) aynı segment, epileptik aktivitelerin görselleştirilmesini kolaylaştırmak için bir epilepsi çalışması sırasında edinilen EEG için de gösterilmiştir. Mavi ok uçları (B ve C, üst satır) yanıp sönme (Fp1 ve Fp2’de yüksek genlikli yavaş aşağı sapmalar / diphasik potansiyeller), siyah ok ucu (B, üst sıra) bir saccade veya spontan bir bakış değişiminden kaynaklanan göz hareketini (Fp1 ve Fp2’de küçük, hızlı sapmalar) gösterir ve yeşil dikdörtgenler (B, üst sıra) nörokesnitif bir çalışma sırasında elde edilen EEG’de görülen alfa ritmini gösterir. Ağırlıklı olarak Fp1 ve Fp2’deki düşük genlikli ve yüksek frekanslı aktiviteler kas yapıtlarıdır (EEG izlemenin kalınlaşması, üst sıra). Kırmızı ok uçları (B ve C, alt sıra), bir epilepsi çalışması sırasında elde edilen EEG’de epileptik aktivitelerin tanımlandığı zaman noktalarını gösterir (bazen yavaş bir dalga tarafından takip edilen keskin aşağı veya yukarı sapmalar). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 4: Bu protokol kullanılarak bir konudan alınan temsili MRI verileri. EEG elektrotlarının aynı anda elde edilen MR görüntülerinde görünür eserlere neden olmadığını unutmayın. (A) degrade yankı görüntüsü ile hızlı kazanım hazırlayan manyetizasyon; (B) eko düzlemsel görüntüleme. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

Bu protokol, aynı anda EEG-fMRI’nın iyi kalitede veri elde ederek güvenli bir şekilde elde için önemli noktaları vurguladı.

EEG’de kaldırılması zor yapıtların yanı sıra sorun giderme teknikleriyle sonuçlanan bazı yaygın hatalar aşağıdaki gibidir. İlk olarak, uyumlu ve işbirlikçi konuların seçilmesi ve veri toplama sırasında konforlarının sağlanması, konu hareketleri nedeniyle erken sonlandırmayı önleyebilir (adım 2.1 ve 5.4). İkincisi, kafa derisinin tekrar tekrar aşınması (adım 2.9) sonra empedans 20 kΩ’nin altına düşmemesi büyük olasılıkla kullanımdan sonra yetersiz fırçalamadan kaynaklanmaktadır. Kapağı yıkarken EEG elektrotlarının her açıklığı iyice fırçalama bu sorunu önler. Üçüncü olarak, donanım ve yazılımın uygunsuz ayarları, çevrimdışı EEG işleme sırasında yapı kaldırmayı engelleyen EEG sinyallerinin doygunluğuna neden olabilir. Son olarak, doymuş EEG sinyallerinin kaydedilmesine engel olmak için, konuyu veri toplamadan önce MR tarayıcısına yerleştirdikten sonra her elektronun empedansını 20 kΩ’ın altında tutmak; EEG kapağını (aynı zamanda deneğin kafası anlamına gelir), kabloları ve kabloları hareketsiz hale getiren mekanik titreşimleri yeterince azaltır; ham EEG sinyalini kayıt yazılımıyla çevrimiçi izleyin ve örnekleme hızı ve genlik çözünürlüğünün doğru ayarlandığından emin olun.

EEG ve fMRI’nın eşzamanlı olarak satın alınması, hızla değişen manyetik alanda konuya bağlı elektrik tellerinin varlığı nedeniyle RF kaynaklı ısıtma ve gradyan kaynaklı akımların değiştirilmesi ile ilgili önemli güvenlik sorunlarını gündeme getirmektedir^5. Bu güvenlik sorunları, bu yönün bilgisini artıran ve MRI uyumlu EEG ekipmanının teknolojisinde büyük gelişmelere yol açan araştırma bulgularının ardından yıllar içinde büyük ölçüde en aza indirilmiştir. Bununla birlikte, yeterli bilgi olmadan dikkatsizce hazırlanmak veya güvenlik önlemleri almamak denekleri tehlikeye atmaktadır. Örneğin, devrenin herhangi bir yerinde oluşan döngüler akım ve olası ısı yaralanmasına neden olur. Elektrotların yüksek empedansta edinimi sadece EEG veri kalitesini engellemekle kalmaz, aynı zamanda konu için potansiyel bir tehlike oluşturur (yüksek akım yoğunluğu nedeniyle termal yaralanma). Aynı tehlike kırık elektrotlar için de geçerlidir. MR delik duvarına yakın, başka bir deyişle merkezden uzakta yerleştirilen kablolar da konu için potansiyel bir ısıtma tehlikesi oluşturur (anten etkisi nedeniyle ısıtma)²⁵. Bu protokol aşağıdaki güvenlik yönlerini vurgulamaktadır: konu ile amplifikatör arasında devre içinde döngü oluşmaz, MRI taraması sırasında tüm elektrotlar düşük empedansa sahiptir ve tüm kablolar deliğin ortasına yerleştirilir. Yeni başlayan operatörlerin, herhangi bir güvenlik endişesini önlemek için eğitimden geçmeleri ve kullanım kılavuzunda ve tanıtım videoları^20’de bulunan üretici yönergelerine uymaları önerilir.

EEG-fMRI’da bulunan eserlerin başlıca nedenleri MRI, BCG veya öznenin brüt veya ince hareketlerinin (yüz hareketleri, sıkma, yutma vb.) gradyanını değiştirmektir. Bazı MRI kurulumlarında, helyum pompası ve ventilatörlerin neden olduğu eserler de EEG sinyallerini önemli ölçüde tehlikeye atmaktadır. MR gradyan yapıtları dalga formlarında oldukça tutarlıdır ve yeterli dinamik aralık²⁴olan amplifikatörler kullanılarak bozulma olmadan tamamen kaydedilirse şablon tabanlı bir çıkarma tekniği kullanılarak yeterince düzeltilebilir. BCG yapıtları genellikle çıkarma tekniği²⁶, bağımsız bileşen analizi⁶, optimal temel kümesi⁸veya bu tekniklerin bir kombinasyonu kullanılarak düzeltilir¹⁰. Son zamanlarda, karbon tel döngüleri ile aynı anda elde edilen sinyallere dayalı basit regresyon kullanılarak yapı kaldırma geliştirilmiştir^7,9. Burada sunulan protokol, bu yöntemi kullanmak isteyenler için bir tanıtım kılavuzu sağlamak amacıyla teknik yönü göstermektedir. Bu yöntem BCG, ince konu hareketlerini ve helyum pompası yapıtlarını kaldırır ve elde edilen EEG sinyallerinin diğer yöntemler kullanılarak düzeltilenlerden daha üstün olduğu bildirilmektedir^7,9. Bununla birlikte, özellikle sallama hareketleri içeren daha büyük hareket eserleri, bu yöntem^{kullanılarak}bile çıkarılamaz 7 . Bu yapıt kaldırma metodolojilerinin yıllar içinde iyileştirilmesine rağmen, MRI makinelerinin neden olduğu titreşimin neden olduğu eserler de dahil olmak üzere tutarsız eserlerin çıkarılması hala zordur. Ayrıca, yapı kaldırma prosedürü ne kadar kapsamlı olursa, bazı gerçek EEG sinyallerini kaybetme riski o kadar yüksektir. Bu nedenle, tutarsız yapıtları en aza indirebilecek iyi hazırlık, EEG-fMRI alımında en önemli olmaya devam etmektedir. Bu protokolde, bu eserler kullanılarak en aza indirilmiş olur: (1) baş bobinindeki başı hareketsiz hale getirmek için baş ve hafıza köpük yastıklarını sarmak için elastik bir bandaj, konunun konforunu korurken tellerin olası titreşimini azaltmak; (2) konunun kendi ağırlığı tarafından tamamen hareketsiz hale getirilemeyen EKG elektrot telinin titreşimini azaltmak için pamuk ve tıbbi yapışkan bant (özellikle ince bir konuda konu ile masa arasında kısmen yüzen); ve (3) MRI deliğine yerleştirilen kabloları hareketsiz hale getirmek için kum torbaları. Bunlar, daha önce yayınlanan EEG-fMRI protokolü^20’deaçıklanmamış, çıkarılması zor MRI makineleri kaynaklı titreşim yapıtlarını en aza indirmek için önemli tekniklerdir. Bu protokolde, denekler EEG kapağının üzerine ek sargı ve kafa etrafına dolgu yapılmadan tarayıcıya yerleştirildi ve kablolar kum torbaları kullanılarak hareketsiz hale gelmeden sadece birkaç noktaya bantlandı. Montreal Nöroloji Enstitüsü’ndeki 20 yıllık deneyime dayanarak, bu önlemlerin elektrot tellerinin ve kablolarının MRI makineleri kaynaklı titreşime duyarlılığına katkıda bulunabileceğini fark ettik, ancak çoğu EEG-fMRI çalışmasında nadiren vurgulanıyorlar⁶. MRI makine kaynaklı titreşimin en aza indirilmesi, daha sonra EEG’nin daha iyi kalite ve okunabilirliğine yol açar, bu da özellikle EEG^6’dakiince değişiklikleri veya olayları tanımlamak için yararlıdır Epilepsi çalışmalarında küçük epileptik akıntılar ve nörobilişsel çalışmalarda tek deneme ERP’ler gibi.

EEG sinyallerinde ERP’lerin tespiti bilişsel sinirbilim çalışmaları için bir ön koşuldur. Denemeler arasında klasik büyük ortalama yanıtın aksine, belirli bir uyarana yanıt olarak beyin dinamikleri hakkında içgörüler sağlayan ERP tek denemeli algılama, modern bilişsel sinirbilim çalışmalarında ve invaziv olmayan beyin-bilgisayar arayüzü araştırmalarında yeni bir hedef haline geliyor²⁷. Mevcut protokolün uygulanması bu araştırma alanlarında verimliliğin artmasına katkıda bulunabilir.

Protokol, bu çalışmada kullanılan MRI uyumlu EEG sistemi için en uygun protokoldür. Bununla birlikte, önemli noktaların diğer MRI uyumlu EEG sistemleri için de geçerli olabileceğini inanıyoruz.

Materials

BrainAmp EXG MR	Brain Products, GmBH, Germany		MRI-compatible bipolar amplifier
BrainAmp MR Plus	Brain Products, GmBH, Germany		MRI-compatible EEG amplifier
BrainCap MR	Brain Products, GmBH, Germany		MRI-compatible EEG cap
ESPA elastic bandage	Toyobo co., Ltd.		elastic bandage for for wrapping the subject's head
One Shot Plus P EL-II alcohol swab	Shiro Jyuji, Inc.		Alcohol swab for preparing the skin
Power Pack	Brain Products, GmBH, Germany		MRI-compatible battery pack for electric supply of the amplifiers
SyncBox	Brain Products, GmBH, Germany		Phase synchronization between the EEG equipment and the MRI scanner
USB 2 Adapter (BUA)	Brain Products, GmBH, Germany		USB Adaptor to connect the amplifiers to the recording computer
V19 abrasive conductive gel	Brain Products, GmBH, Germany		Abrasive gel for the application of the EEG-cap
Yu-ki Ban GS Medical adhesive tape	Nitoms, Inc.		medical adhesive tape to secure the ECG electrode and carbon wire loops