Bärbart MEG-system utvärderar epilepsi hos barn

Optiskt pumpade magnetometrar (OPM) är en lovande framväxande teknologi som kan göra magnetoencefalografi (MEG) mer exakt och tolererbar för patienter som har svårt att förbli orörliga medan undersökningen utförs – till exempel små barn.

MEG, ett etablerat kliniskt verktyg som används för att icke-invasivt mäta hjärnaktivitet, registrerar det magnetiska fältet som genereras av den elektriska aktiviteten hos kortikala neuroner. En viktig tillämpning av MEG är att upptäcka den region i hjärnan från vilken epileptiska anfall härrör. Att lokalisera denna epileptogena zon är avgörande för utvärdering av patienter med fokal läkemedelsresistent epilepsi före hjärnkirurgi för att lindra eller minimera anfall.

MEG utförs för närvarande med hjälp av en skrymmande neuromagnetometer som innehåller hundratals sensorer för supraledande kvantinterferensanordningar (SQUID) som behöver kryogen kylning. OPM, å andra sidan, är lätta, bärbara och använder magnetiska sensorer som inte kräver kryogenik. I motsats till SQUID-baserade MEG-system som använder en styv, en-storlek-passar-alla-hjälm, kan en bärbar OPM-MEG-enhet optimeras för en individs huvudform och storlek, vilket gör användningen av den med pediatriska patienter mer genomförbar.

Ett team gick upp kl Université Libre de Bruxelles har nu genomfört en prospektiv pilotstudie som jämför förmågan hos OPM-baserade och kryogena MEG-data att detektera och lokalisera fokala interiktala epileptiforma urladdningar (IEDs), de stora intermittenta elektrofysiologiska händelser som observeras mellan epileptiska anfall. Forskarna fann att en OPM-baserad MEG-enhet, utvecklad av teamet i samarbete med forskare vid University of Nottingham, var bättre på att identifiera IED neurala källor än en konventionell SQUID-baserad MEG.

Studiens resultat, rapporterade i Radiologi, banar väg för vidare utveckling av en bärbar, rörelsetolerant OPM-MEG-enhet för att spela in signaler från hela hjärnan hos barn med fokal epilepsi. Denna typ av anordning kan potentiellt också användas för att registrera motoriska, sensoriska, språkliga, visuella och auditiva framkallade fält, för att lokalisera de områden i hjärnan som kontrollerar dessa funktioner i en pre-kirurgisk miljö.

Studien inkluderade fem barn (i åldern mellan fem och 11 år) som fick behandling hos antingen CUB Hôpital Erasme eller Hôpital Universitaire des Enfants Reine Fabiola. Varje barn bar en konventionell flexibel EEG-mössa anpassad till deras individuella huvudomkrets, på vilken 3D-printade plastsensorfästen för att fästa 32 sensorer syddes. Monteringsdesignen möjliggjorde digitalisering av OPM-positionen på barnets hårbotten med hjälp av en elektromagnetisk tracker. Sensorerna täckte endast delvis hårbotten och placerades på och runt den förmodade platsen för den epileptogena zonen som bestämts av ett tidigare hårbotten-EEG.

För OPM-MEG-proven satt barnen i en bekväm stol i mitten av ett kompakt magnetiskt avskärmat rum, utan begränsningar för huvudets position eller rörelse, och tittade på en kort film när data samlades in. OPM-lokaliseringsproceduren tog cirka 10 minuter för varje barn. Teamet utförde därefter SQUID-MEG-undersökningar samma dag, med en 306-kanals neuromagnetometer med hela hårbotten med 102 magnetometrar.

Förste författare Odile Feys och kollegor rapporterar att båda MEG-enheterna identifierade IED: er med jämförbara spike-wave index (förhållandet mellan antalet sekunder med IED och tiden för den totala inspelningen) hos alla fem barn. Eftersom OPM-MEG-kåpan möjliggjorde ett 3 cm mindre avstånd mellan hjärna och sensor än SQUID-MEG, var IED-toppamplituderna 2.3–4.6 gånger högre med OPM-MEG än med den konventionella enheten.

Även om OPM-signalerna i allmänhet var bullrigare än SQUID-signaler, var signal-till-brusförhållandet 27–60 % högre med OPM-MEG hos alla deltagare utom en (vars huvudrörelser skapade uttalade artefakter), tack vare ökningen av signalamplituden. Forskarna föreslår att rörelserelaterade artefakter kan reduceras med OPM-denoising-algoritmer och extra hårdvarulösningar, såsom fältnullspolar.

"Framtida studier baserade på ett större antal patienter med epilepsi och ett större antal OPM för att möjliggöra täckning av hela huvudet (inklusive utvecklingen av triaxiala OPM-sensorer) behövs för att positionera OPM-MEG som en referensmetod för diagnostisk utvärdering av fokal epilepsi och att ersätta kryogen MEG”, skriver teamet.

Feys rekommenderar att nästa steg i OPM-MEG-forskningen som utförs i Bryssel kommer att undersöka ett automatiserat och snabbt (1–2 min) sätt att lokalisera OPM-positionerna i förhållande till hårbotten. Teamet planerar också att studera bärbar OPM-MEG för anfallsdetektering och lokalisering av anfallsdebutzonen, och undersöka det kliniska intresset för OPM-MEG för pre-kirurgisk bedömning av refraktär fokal epilepsi jämfört med kryogen MEG.

I en tillhörande kommentar i Radiologi, pediatrisk neuroradiolog Elysa Widjaja från Sjukhus för sjuka barn i Toronto diskuterar fördelarna som denna vidareutvecklade teknik kan ge, som att tillåta datainsamling av signaler från hela hjärnan under rörelse.

"En sådan teknik skulle vara banbrytande för att genomföra MEG hos små barn och de med utvecklingsproblem som har svårt att förbli stilla", skriver Widjaja. "Hel huvudtäckning kan förbättra upptäckten av mer omfattande eller sekundär epileptogen zon som kan ha missats med begränsad OPM-täckning och möjliggöra mer sofistikerad funktionell anslutningsanalys."

Posten Bärbart MEG-system utvärderar epilepsi hos barn visades först på Fysikvärlden.

• Myntsmart. Europas bästa bitcoin- och kryptobörs.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. FRI TILLGÅNG.
• CryptoHawk. Altcoin radar. Gratis provperiod.
• Källa: https://physicsworld.com/a/wearable-meg-system-evaluates-epilepsy-in-children/