年龄和颅骨表面电导率的影响和皮下的双相脑电图线索

文摘

生物源测量测量位置以及影响导电性能的组织。容积导体效果不佳等进行骨骼或适度进行皮肤已知影响表面的测量精度和准确性脑电图(EEG)测量。探讨年龄的影响通过颅骨电导率在表面和皮下的双相脑电图测量灵敏度进行可见人类的两个真实头模型项目。皮下的电极(又名皮下电极)植入皮肤下的头骨,脂肪和肌肉。我们研究了年龄的影响在这两个电极类型根据scalp-to-skull电导率比5,8日15日和30:1。对测量灵敏度的影响,研究了通过half-sensitivity体积(HSV)和感兴趣的区域敏感性比率(ROISR)。结果表明,皮下植入特别是提高脑电图测量的精密度和准确度的八倍相比,头皮表面的测量。总之,证据表明,表面和皮下的脑电图测量效益更好的录音在年轻患者的精密度和准确度。

1。介绍

临床脑电图(EEG)和诱发电位(EP)录音等视觉诱发电位(VEPs)需求高信噪比(信噪比),皮肤最小化工件,和精度高,一些重要的标准。皮下的电极针(又名皮下电极针)通常用于临床肌电图(EMG)、插入到感兴趣的肌肉。一般是不知道这些皮下的电极针也创纪录的连续脑电图和EPs在重症监护病房(ICU) [1- - - - - -4]。测量设置是通过插入针几乎无关地皮肤,这样就稳定和录音提示触动头骨。此外,这些录音提供高信噪比与低标准测量工件的倾向与传统表面测量相比,更适合长期脑电图监测ICU。更高的信噪比需要更少的平均,从而产生更快和更准确的诊断测量。我们相信临床脑电图和EPs VEP等可以采用皮下的测量设置,因此将导致头骨绕过artifact-prone皮肤上。

以前,我们将颅骨电导率与年龄(图1)[6]。前的研究中,我们分析了报道导率的头骨碎片暂时切除癫痫手术期间患者的年龄(5]。我们报告一个下降的趋势,在成年早期稳定。根据医学文本,生理学家解释说,颅顶的骨骨化过程完成18至20岁之间的(7];因此,青春期后颅骨电导率应该近方法稳定状态。从研究Hoekema et al。5],我们推断,scalp-to-skull电导率比5代表儿童和一个小比例的青少年,8代表青少年和成年人的比率,15的比例代表大多数成年人,最后30的比例代表尸体遭受postcellular死亡。年龄重叠scalp-to-skull电导率比适应国米,intrasubject可变性(1,8]。采取标准皮肤电导率值(9,10)除以成人颅骨电导率值收益比率为8.5,然后缩放的生活后期因素(6,11,12)收益率大约20到26岁。这些比率相应适合与13],它比15的验尸报告头骨以外的细胞死亡。

在目前的研究中我们应用half-sensitivity体积的概念(HSV) [14利息敏感性比率)和地区(ROISR) [15]。我们使用这些指标来分析EEG的影响电极植入大脑内的测量灵敏度分布。具体地说,我们的目标是比较两极皮下的脑电图测量的灵敏度分布与表面电极记录根据病人的年龄(6,14,16- - - - - -19]。

2。方法

2.1。灵敏度分布

测量的灵敏度分布在一个非齐次容积导体可以说明铅当前定义的字段(20.- - - - - -22]。铅向量定义之间的关系被测信号在铅和容积导体,电流源 在哪里是电压,例如,脑电图测量电压,在容积导体吗。互惠的电流场是领导,是外加电流密度矢量在容积导体,然后呢电导率(S / m) (17]。

可以建立灵敏度分布容积导体通过应用亥姆霍兹互易定理的泊松方程(2)应用于描述准静态生物源场问题(23,24]。源分布,只包含互惠源电流,测量电极电位分布提出了一个梯度,,测量灵敏度,根据线性泊松方程 设置在头皮诺伊曼边界条件等于零 在哪里是电导率张量,电势,是电流源密度,是一个向量正常的表面,头的体积,头的表面(25]。

2.2。Half-Sensitivity卷

在Malmivuo et al。14),half-sensitivity体积的概念(HSV)应用于定义的体积测量的敏感性导致集中。HSV体积的大小在容积导体的源区,在灵敏度的大小至少一半的最大值。HSV的大小反映出集中的地区领导措施生物电活动,也就是说,小卷测量分辨率和更高,相反,大量的电能测量分辨率较低。half-sensitivity体积因此应用评估的能力导致集中测量灵敏度。

2.3。感兴趣的区域敏感性比率

Vaisanen et al。15]介绍了该地区的概念感兴趣的敏感性比率(ROISR),它提供了一个参数来分析测量系统的特异性。方程(4)定义了ROISR之间的比率的平均灵敏度预定义的体积(ROI)(5)和其他地区的平均灵敏度源体积,以下称为nonROI卷。这个比例是这样制定 在哪里是ROI源卷(),是nonROI源卷()。

在脑电图中,nonROI卷包含整个大脑体积源体积排除ROI。ROISR从而定义了如何测量灵敏度集中在选定的ROI,即具体测量是ROI内产生的信号。我们定义ROI卷 在哪里包含灰色和白色是大脑源体积问题,然后呢是一个球体的半径为20毫米皮层电极位于枕叶皮层表面(10/20的位置,,图2)。因此,我们的ROI既包含灰色和白色很重要。我们选择这个位置由于其相关性在视觉诱发Sornmo和拉古纳的研究26]。

2.4。模型和计算

我们计算灵敏度分布的实际形状的男性和女性的头模型基于美国国家医学图书馆的可见人类项目数字男性和女性解剖数据集(27- - - - - -29日),介绍。灵敏度分布的计算是基于互惠的原则和数值有限差分法(FDM)解决方案的脑电图电极灵敏度。FDM模型,分段头部磁共振影像(MRI)的数据数据集分为立方元素形成一个电阻网络(30.]。元素的导率,对应组织导率和元素的尺寸对应数据集的决议。FDM基于泊松方程可以用来描述生物源准静态场问题(24]。内的电位分布模型为一个特定的源配置是解决线性方程和迭代的方法(31日,32]。

脑电图源定位和头部模型模拟显著依赖于模型中使用的导率。在文学许多研究应用brain-to-skull电导率比15至8033];然而,这两个参数的电导率值相差很大。大脑组织电导率值范围从0.12 S / m 0.48 S / m (1,8,34- - - - - -40),而颅骨电导率值范围从0.0042 S / m 0.3 S / m (5,8,11,13,34- - - - - -36,41]。头皮(皮肤)电导率值变化少在文学从0.33 S / m 0.45 S / m (8,9,34,35,42]。因此,在目前的研究中我们应用scalp-to-skull电导率的比率5,8,15,(1,6,13,38- - - - - -40,43]。组织及其对应的电导率值在表列出用于这项研究1(10]。

我们大脑的灵敏度分布计算每一对双极电极位于头皮和颅骨。表面电极(又名头皮电极)和皮下的电极测量1毫米1毫米1毫米,它反映了一个像素的大小。这些维度代表一种皮下的记录电极的绝缘的小费。我们的双极领导反映了视觉诱发测量枕叶皮质区(10/20的位置)引用一个顶电极(10/20的位置)。模型的矢状视图(图2)显示两个双极脑电图位置:表面电极头皮和颅骨上的皮下的电极。

3所示。结果

数据3和4现在的灵敏度分布头皮和皮下的领导解决不同的电导率比值。显然,电导率比灵敏度分布有很大的影响,当我们只考虑一种类型的电极。然而,比较两种类型的电极减少电导率的影响与年龄相关,因此指示电极针的提高测量分辨率不考虑病人的年龄。

优化电极放置皮下的几乎超越表面电极在每一个时代。头皮的拖尾效应消失的皮下的领导,因为记录位置更接近目标区域,因此绕过皮肤(数字3和4)。表2和3表明皮下的领导的HSV下降近七分之一,one-nineth,八分之一,四分之一头皮领导的HSV的大小。同样地,我们发现提高了35%到37%的表面在皮下的领导的ROISR铅ROISR。数据3和4说明测量皮下的分布明显集中测量灵敏度更有效地向目标区域的皮质年轻病人的头骨(即。、较低的电导率值)。此外,头骨的拖尾效应是减少皮下的领导,和几乎整个头皮和颅骨涂抹时消除病人最年轻的(即。,头骨进行值的峰值)。相反,年长的病人,即scalp-to-skull电导率比越高,越颅骨电导率涂片领先领域的形成。准确地说,皮下的引导措施neuroelectric活动或旋转的皮质表面附近而不是沟的或深源。

4所示。讨论

本研究比较两个变量影响脑电图源定位研究:年龄和电极位置。这项研究表明,头皮之间的比例和皮下的测量对于HSV头骨传导率最低的是最小的。HSV比率之间的相关性表明,测量会更加本地化,即增加敏感性,特异性较高(ROISR)。皮下的测量分布明显集中测量灵敏度更有效地向目标区域在大脑皮层颅骨电导率增加。头皮的拖尾效应是减少皮下的领导,和几乎整个头皮和颅骨污点消除当头骨进行价值最高(8]。准确地说,皮下的引导措施neuroelectric活动或旋转的皮质表面附近而不是沟的或深源。

导率组织如皮肤,大脑皮质骨,导率随着年龄的变化(41,44- - - - - -50]。他们的研究结果表明电导率下降在40.7%和75.4%之间从新生儿到成熟阶段。此外,他们的研究结果表明,老化过程放缓在青春期前儿童在身体的快速增长阶段已经完成。这是由于含水量的减少组织作为年龄的函数(47,50]。我们认为,皮肤的导电性变化又在成年期后期,也就是说,老年人,尤其是电导率降低。因此,从青春期开始皮肤导电性应该最低限度影响这项研究。

我们选择scalp-to-skull电导率比跨越从童年到成年。头骨价值观反映了人类头骨电导率值减少83.9%与75.4%相比变化老鼠,而我们一直在一个固定的电导率对大脑和皮肤。当我们比较相似的组测量如表面测量得到的改善测量,决议在10.4%和51.1%之间的HSV和改善ROISR测量精度在25.5%和38.2%之间。当我们包括皮下的针测量,产量提高75%和89%之间的测量分辨率的表面电极。如果我们考虑增长从青年到青少年期到成年,然后HSV的变化和ROISR增加变化的结果。额外的变量会煞有介事地提高了测量精度在孩子由于含水量较高的组织(47]。

5。结论

脑电图电极的植入头骨特别是提高了测量灵敏度和精度比传统的表面电极。这些测量称为皮下的或皮下测量绕过工件容易皮肤获得相对artifact-free,高分辨率脑电图记录。测量灵敏度的电极针集中皮下的脑电图测量。因此,皮下的电极可以减少需要极其入侵皮层脑电图(ECoG)和最小年龄对脑电图的影响源定位。我们发现scalp-to-skull电导率比皮下的脑电图测量的影响小于表面脑电图测量。从我们的相关研究我们可以明确声称孩子,特别是青春期前的孩子,将最受益于增加解决皮下的电极。

时代扮演着一个重要的角色在电极表面的测量,但皮下的电极辩驳的测量位置的变化提高了测量灵敏度分布。简洁,皮下的电极比表面电极,因为他们减少由于主体间变异性的影响scalp-to-skull导率与年龄的变化有关。

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