نشریه‌ی علمی مهندسی پزشکی زیستی

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اخبار و اعلانات

مکان‌یابی کانون‌های صرع از طریق پردازش EEG-fMRI هم‌زمان و شناسایی خودکار اینترایکتال از EEG داخل اسکنر

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی، قطب علمی کنترل و پردازش هوشمند، دانشکده‌ی مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تهران، تهران، ایران / پژوهش‌گر پیش‌دکتری، مرکز تحقیقات ام‌آر سیمن، دانشگاه کلگری، آلبرتا، کانادا

2 استاد، قطب علمی کنترل و پردازش هوشمند، دانشکده‌ی مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تهران، تهران، ایران / پژوهش‌گر ارشد، موسسه‌ی پزشکی هنری فورد، دیترویت، میشیگان، آمریکا

3 استاد، قطب علمی کنترل و پردازش هوشمند، دانشکده‌ی مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 استاد، مرکز جامع صرع، بیمارستان پارس، تهران، ایران

5 استاد، گروه داخلی اعصاب، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران / مرکز تحقیقات علوم اعصاب اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

با توجه به رزولوشن زمانی خوب EEG و رزولوشن مکانی مناسب fMRI، ترکیب اطلاعات هم‌زمان آن‌ها می‌تواند باعث بهبود عمل‌کرد مکان‌یابی شود. در این مقاله سعی شده است تا با استفاده از اطلاعات این دو مدالیته در یک ثبت هم‌زمان، به مکان‌یابی کانون‌های صرعی پرداخته شود. از این رو، نخست از طریق شناسایی وقایع اینترایکتال و میانگین‌گیری، یک الگوی اسپایکر مستخرج از EEG خارج اسکنر ساخته شده و سپس از طریق اعمال همبستگی متقابل بین این الگو و سیگنال EEG درون اسکنر، یک سیستم خودکار به منظور استخراج اطلاعات زمانی لحظه‌ی وقوع حادثه طراحی شده است. پس از آن رگرسور به دست آمده بعد از کانوالو شدن با تابع پاسخ سیستم همودینامیک (HRF) از طریق مدل GLM به مکان‌یابی کانون‌های صرعی پرداخته است. این مطالعه روی 6 بیمار صرعی موضعی مقاوم به دارو که در آزمایشگاه ملی نقشه‌برداری مغز از آن‌ها ثبت داده صورت گرفته، انجام شده است. نتایج روش پیشنهادی با اطلاعات ارائه شده در EEG برای هر 6 بیمار هماهنگی داشته و از این میان برای 4 بیمار که کاندید جراحی مغز بودند، اطلاعاتی اضافه ارائه کرده است. نتایج به دست آمده حاکی از بهبود صحت و دقت مکان‌یابی نسبت به روش‌های پیشین می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Localizing Epileptic Focus through Simultaneous EEG-fMRI Recording and Automated Detection of IED from Inside-Scanner EEG

نویسندگان [English]

  • Elias Ebrahimzadeh 1
  • Hamid Soltanian-Zadeh 2
  • Babak Nadjar Araabi 3
  • Seyed Sohrab Hashemi Fesharaki 4
  • Jafar Mehvari Habibabadi 5

1 Ph.D. Student, CIPCE, School of Electrical and Computer Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran / Visiting Ph.D. Student, Seaman Family MR Research Centre, University of Calgary, Calgary, Alberta, Canada

2 Professor, CIPCE, School of Electrical and Computer Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran / Senior Scientist, Image Analysis Laboratory, Department of Radiology, Henry Ford Hospital, Detroit, MI, USA

3 Professor, CIPCE, School of Electrical and Computer Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

4 Professor, Pars Advanced Medical Research Center, Pars Hospital, Tehran, Iran

5 Professor, Isfahan Neurosciences Research Center, Department of Neurology, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Since electroencephalography (EEG) signal contains temporal information and fMRI carries spatial information, we can reasonably expect that a combination of the two contributes greatly to precise localization of   epileptic focuses.  With that in mind, we have first extracted spike patterns from outside of scanner EEG, through detecting and averaging the interictal epileptiform discharges (IED). Then, having implemented the correlation between the identified pattern and inside-scanner EEG, an automated system was developed to extract the temporal information when an epileptic seizure is triggered. We proceeded to convolve the obtained regressor with the hemodynamic response function (HRF) using the general linear model (GLM) for the purpose of localizing the epileptic focus.  This study was conducted on 6 medication-resistant patients with epilepsy whose data was recorded in the National Brain Mapping Lab (NBML). The results of the proposed method are in line with the information provided in EEG for each of the 6 patients, and for the 4 patients who were candidates for brain surgery, they provided further information. The results suggest a significant improvement in localization accuracy and precision compared to existing methods in the literature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Localization
  • Epileptic Focus
  • Simultaneous EEG-fMRI Recording
  • BOLD Signal
  • GLM Model
مراجع
[1]   K. Sayehmiri, H. Tavan, F. Sayehmiri, I. Mohammadi, and K. V. Caroson, “Prevalence of epilepsy in Iran: a meta-analysis and systematic review,” Iranian journal of child neurology,” Vol. 8, No. 4, p. 9, 2014.
[2]   M. Barry, G. Bamagous, J. Norrie, and P. Kwan, “Patterns of treatment response in newly diagnosed epilepsy,” Neurology, Vol. 78, No. 20, pp. 1548-1554, 2012.
[3]   C. M. Michel, M. M. Murray, G. Lantz, S. Gonzalez, L. Spinelli, and R. G. de Peralta, “EEG source imaging, ” Clinical neurophysiology, Vol. 115,No. 10, pp. 2195-2222, 2004.
[4]   Y. Hao, H. M. Khoo, N. von Ellenrieder, N. Zazubovits, and J. Gotman, “DeepIED: An epileptic discharge detector for EEG-fMRI based on deep learning,” NeuroImage: Clinical, Vol. 17, pp. 962-975, 2018.
[5]   F. Bießmann, S. Plis, F. C. Meinecke, T. Eichele, and K.-R. Muller, “Analysis of multimodal neuroimaging data,” IEEE Reviews in Biomedical Engineering, Vol. 4, pp. 26-58, 2011.
[6]   P. J. Allen, O. Josephs, and R. Turner, “A method for removing imaging artifact from continuous EEG recorded during functional MRI,” Neuroimage, Vol. 12, No. 2, pp. 230-239, 2000.
[7]   J. Gotman, E. Kobayashi, A. P. Bagshaw, C. G. Bénar, and F. Dubeau, “Combining EEG and fMRI: a multimodal tool for epilepsy research,” Journal of Magnetic Resonance Imaging, Vol. 23, No. 6, pp. 906-920, 2006.
[8]   L. Landini, V. Positano, and M. Santarelli, “Advanced image processing in magnetic resonance imaging,” CRC press, 2005.
[9]   M. Luessi, S.D. Babacan, R. Molina, J.R. Booth, A.K. Katsaggelos. “Bayesian symmetrical EEG/fMRI fusion with spatially adaptive priors,” Neuroimage, Vol. 55, No. 1, pp. 113-32, 2011
[10]T. Gholipour, F. Moeller, F. Pittau, F. Dubeau, and J.Gotman.”Reproducibility of interictal EEG-fMRI results in patients with epilepsy,” Epilepsia, Vol.  52, No. 3, pp. 433–442, 2011.
[11]F. Moeller, U. Stephani and M. Siniatchkin. “Simultaneous EEG and fMRI recordings (EEG-fMRI) in children with epilepsy,” Epilepsia, Vol. 54: pp. 971–982, 2013.
[12]S. Vulliemoz et al., “Simultaneous intracranial EEG and fMRI of interictal epileptic discharges in humans,” Neuroimage, vol. 54, no. 1, pp. 182-190, 2011.
[13]E. Ebrahimzadeh, H. Soltanian-Zadeh, BN. Araabi. “Localization of Epileptic Focus Using Simultaneously Acquired EEG-FMRI Data,” Computational Intelligence in Electrical Engineering (ISEE), vol. 9, no. 2, pp. 15-28, 2018.
[14]E. Ebrahimzadeh, H. Soltanian-Zadeh, BN. Araabi, S. H. Fesharaki, J. Mehvari, Localizing Epileptic Focus using Simultaneous EEG-fMRI Recordings and Automated Detection of Interictal Epileptiform Discharges (IED) from EEG in Inside MR. 25thNational & 3rd International Iranian Conference on Biomedical Engineering 28 –30 November 2018, Qom, Iran.
[15]E. Ebrahimzadeh, S.M. Alavi, A. Bijar, A. Pakkhesal, A novel approach for detection of deception using Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution (SPWVD), J. Biomed. Sci. Eng., vol. 6, pp. 8-18, 2013.
[16]E.Ebrahimzadeh, B. N. Araabi, A Novel Approach to Predict Sudden Cardiac Death Using Local Feature Selection and Mixture of Expert, Computational Intelligence in Electrical Engineering, vol. 7, pp. 15-32, 2016.
[17]E. Ebrahimzadeh, S.M. Alavi, F. Samsami khodadad, Implementation and de- signing of lie-detection system based on Electroencephalography (EEG), Ann. Mil. Health Sci. Res, vol. 11, pp. 20–26, 2013.
[18]E. Ebrahimzadeh, A. Foroutan, M. Shams, R. Baradaran, L. Rajabion, M. Joulani, F. Fayaz, An optimal strategy for prediction of sudden cardiac death through a pioneering feature-selection approach from HRV signal, Computer methods and programs in biomedicine, vol. 169, pp. 19-36, 2019.
[19]S. Amoozegar, M. Pooyan, E. Ebrahimzadeh, Classification of brain signals in normal subjects and patients with epilepsy using mixture of experts, Comput. Intell. Electric. Eng, vol. 4, pp. 1–8, 2013.
[20]E. Ebrahimzadeh, H. Soltanian-Zadeh, B.  N. Araabi, S. S. H. Fesharaki, J. Mehvari Habibabadi, “Component-related BOLD response to localize epileptic focus using simultaneous EEG-fMRI recordings at 3T,” Journal of Neuroscience Methods, vol. 322, no. 7, pp. 34-49, 2019.
[21]E. Ebrahimzadeh, M. Shams, F. Fayaz, L. Rajabion, M. Mirbagheri, B. N. Araabi, H. Soltanian-Zadeh, “Quantitative Determination of Concordance Level in Localizing Epileptic Focus by Component-based EEG-fMRI,” Computer Methods and Programs in Biomedicine, vol. 177, pp. 231-241, 2019.
[22]H.M. Khoo, Y. Hao, N. von Ellenrieder, N. Zazubovits, J. Hall, A. Olivier, F. Dubeau, J. Gotman, “The hemodynamic response to interictal epileptic discharges localizes the seizure onset zone,” Epilepsia, Vol. 58 pp. 811-823, 2017.
[23]A. Sierra‐Marcos, I. Maestro, C. Falcón, A. Donaire, J. Setoain, J. Aparicio, et al., “Ictal EEG-fMRI in localization of epileptogenic area in patients with refractory neocortical focal epilepsy,” Epilepsia, vol. 54, no. 9, pp. 1688-1698, 2013.
[24]A.Salek-haddadi, B. Diehl, K.Hamandi, M. Merschhemke, A. Liston, K. Friston, J.S. Duncan, D.R. Fish, L. Lemieux. “Hemodynamic correlates of epileptiform discharges: An EEG-fMRI study of 63 patients with focal epilepsy,” Brain Research, vol. 1088, no. 1, pp. 148-66, 2006.
[25]F. Pittau, F.Dubeau, J. Gotman, “Contribution of EEG/fMRI to the definition of the epileptic focus,” Neurology, vol. 78, no. 19, pp. 1479–1487, 2012.
نشریه‌ی علمی مهندسی پزشکی زیستی
دوره 13، شماره 2
شهریور 1398
صفحه 135-145
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 18 بهمن 1397
  • تاریخ بازنگری: 03 تیر 1398
  • تاریخ پذیرش: 05 تیر 1398
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار