使用EEG-fNIRS监测婴儿痉挛时皮质活动、血容量和神经血管耦合的无创多模态分析

1.研究背景

小儿癫痫痉挛构成最常见的癫痫性脑病，癫痫通常于出生后第一年发生，发生率约在千分之0.25至千分之0.42间。临床上，痉挛表现为颈部、躯干和四肢屈肌和/或伸肌的收缩，持续1 - 2秒，通常在醒来或睡前成群发生。在脑电图(EEG)上，痉挛通常与广泛的高电压慢波和持续一两秒的背景活动衰减有关。

2.研究方法

2.1 被试

从Amiens University医疗中心的小儿神经系统科的儿童中筛选而出。年龄3个月至3年的，表现出小儿痉挛并符合国际抗癫痫联盟分类的病人。

2.2 实验流程

记录每位受试者的个人信息、家族史、疾病进展、脑电图和脑成像结果。痉挛的临床特征(运动类型、对称性、是否成簇)也要记录。在床边同时进行脑电图和近红外成像记录。

2.3 数据采集和处理

视频EEG：采用Deltamed-Coherence 3NT记录视频EEG，9导联，512Hz。

光学成像：采用ISS-Imagent进行近红外成像，激光通过光纤传输到头皮表面的光电二极管。激光的两种发射波长分别对应Hb与HbO的红外吸收光谱（690nm和830nm）。由四对光纤与一个探测器组成的贴片位于前额正中，四个通道在发射器至探测器的距离不同，分别为15，20，25和30mm.

视频EEG记录由两位经验丰富的神经生理学家进行分析，EEG数据在0.5-70Hz做滤波，采用了陷波滤波器和双极导联。

利用修正的比尔-朗伯定律，将690和830 nm的信号强度转化为[HbO]和[Hb]浓度的相对变化。光学数据由一个零相滤波器进行带通滤波[0.03-0.5Hz],以消除生理噪声。线性去趋势和基线校正后，在参考时间T0前后对每个患者的节段进行平均。血液动力学响应函数(HRF)是通过简单地平均所选时间序列来确定的。

3.实验结果

所有被试儿童的HbO与Hb近红外成像显示都在图1中，第一个血流动力学相位包括[HbO]和[Hb]的平行变化，在三角肌活动开始后5秒内出现峰值，这表明痉挛与大脑血容量的初始变化有关。

图1

4.结论

虽然婴儿痉挛可由多种疾病引起，但临床和脑电图表型是固定的，因此提示涉及特定的皮质下过程和结构。

结果支持了血液动力学变化的起源是皮层微血管动态变化的观点。一系列痉挛中的每个痉挛都涉及皮层下-皮层回路中一些特定的、复杂的过程。

5.文献名称及DOI号

Non-invasive, multimodal analysis of cortical activity, blood volume and neurovascular coupling in infantile spasms using EEG-fNIRS monitoring

DOI: