携手健康网携手健康网

3D热图显示癫痫发作如何在癫痫患者的大脑中传播

29 年来,从 12 岁开始,拉什塔·希金斯 (Rashetta Higgins) 在睡眠中、在学校和工作中一直被癫痫发作困扰——每周多达 10 次。她在 10 年间失去了四份工作。在她爬混凝土楼梯时,一次癫痫发作使她倒下,在她的眼睛附近留下了血腥的场景和严重的伤口。

2005 年,她在路边等公交车时癫痫发作。她说:“公交车刚停的时候,我就摔倒了。” “我的朋友及时抓住了我。我摔倒了很多。我有过脑震荡。我失去了知觉。这对我的身体造成了很大的磨损。”

然后,在 2016 年,希金斯在 La Clinica Vallejo 的初级保健医生 Mary Clark 将她转介到加州大学旧金山分校的神经病学系,这标志着她恢复健康的旅程的开始以及她对新技术的贡献,这将使她更容易定位大脑中的癫痫活动。药物不能减缓她的癫痫发作或减轻其严重程度,因此加州大学旧金山分校神经病学癫痫小组建议手术首先记录并确定不良活动的位置,然后取出脑组织引发癫痫发作。

2019 年 4 月,希金斯住进了加州大学旧金山分校位于帕纳索斯高地的海伦迪勒医疗中心的 10 个床位癫痫监测室,外科医生在那里植入了 150 多个电极。脑电图追踪她的脑电波活动全天候,以确定引发她 29 年头脑风暴的组织区域。

在短短一周内,希金斯癫痫发作了 10 次,每次,记录正常大脑活动的轻微波动的 EEG 描记图都会突然猛烈地变成锯齿状的峰谷,表明癫痫发作了。

为了找到患者大脑中癫痫发作的部位,专家们目前通过查看屏幕上数百条波浪线来观察脑电波,观察峰值和谷值的高低(幅度)以及这些模式重复或振荡的速度(频率)。但是在癫痫发作期间,大脑中的电活动会急剧上升,以至于许多 EEG 痕迹都难以读取。

“我们寻找变化最大的电极,”神经学教授、加州大学旧金山分校癫痫病外科项目的医学主任、加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所的成员罗伯特·诺尔顿 (Robert Knowlton) 说。“更高的频率权重更大。它们通常具有最低的振幅,所以我们在脑电图中寻找两个极端的组合。它是视觉的——不是完全定量的。把它们放在一起很复杂。”

该视频展示了加州大学旧金山分校癫痫中心开发的 OPSCEA(或“Ictal Cinema”)技术。它将医生看到的通常复杂的“基于追踪”的脑电波记录(右侧)转换为直观的热图,投影到患者自己的 3D 重建大脑(主视图中显示大脑的右半球)。右侧的每条轨迹(线)来自单个颅内电极(大脑视图中的黑点)。癫痫发作强度是从轨迹(特别是从箭头的位置)自动计算的,并转换为颜色强度(使用“线长”算法),揭示给定癫痫发作的活动如何在空间和时间上移动。该技术还应用了“切片视图” (视频中途显示的示例)以便除了大脑表面之外还可以看到来自大脑深处电极的活动。图片来源:加州大学旧金山分校

测量线

乔纳森·克莱恩 (Jonathan Kleen),医学博士,神经病学助理教授,加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所的成员。作为一名神经科学家和计算机科学家,他很快就看到了软件策略的潜力,从字面上看。

“信息可视化领域在过去的 20 年里已经真正成熟了,”Kleen 说。“这是一个获取大量数据的过程,其中包含许多细节——空间、时间、频率、强度和其他东西——并将它们提炼成一个单一的直观可视化,如彩色图片或视频。”

Kleen 开发了一个程序,可以将数百个 EEG 轨迹转换成 3D 电影,显示大脑中所有记录位置的活动。结果是一个多色的 3D 热图,看起来非常像气象学家的飓风天气图。

热图对癫痫发作的电影表现,投影到患者自己大脑的 3D 重建,帮助人们清楚地看到癫痫发作的开始位置,并跟踪它在大脑中传播的位置和速度。

热图与传统的视觉分析紧密结合,但更易于理解,并且针对患者自己的大脑进行了个性化。

“在热图上看到它可以更容易地定义癫痫发作的开始位置,以及是否有多个触发部位,”诺尔顿说。“而且在观察癫痫如何传播方面要好得多。使用传统方法,我们不知道它在哪里传播。”

加州大学旧金山分校的研究人员正在使用这项新技术来衡量与标准视觉方法相比,它对大脑癫痫发作触发的精确定位。到目前为止,热图已被用于帮助识别超过 115 名患者的初始癫痫发作部位和癫痫发作通过大脑的传播。

克莱恩的策略非常简单。为了将癫痫发作与正常的大脑活动区分开来,他将脑电图上线条的长度相加。癫痫发作表现为高峰和低谷,使它们的累积长度相当长,而轻微波动的脑电波则产生更短的线条。Kleen 的软件将这些长度转换成不同的颜色,于是可视化诞生了。

事实证明,这项技术对希金斯的治疗至关重要。

“在她录音之前,我们担心拉什塔有多个癫痫发作区域,”克莱恩说。“但她的视频清楚地表明,只有一个问题区域,而且不良活动正在从那个主要热点迅速蔓延。”

该杂志癫痫放在封面Kleen的年代和伟达的3D热图技术,研究人员使他们的软件开源,以便其他人可以在其提高。

“让这项技术取得成果是一种爱的劳动,”克莱恩说。“我非常强烈地感到,要在该领域取得进展,我们需要分享技术,尤其是那些有助于患者的技术。”

一个新的开始

Higgins 被她大脑的 3D 热图迷住了。

“这太棒了,”她说。“就像,”那是我的大脑。我正在观察我的大脑功能。'”

手术取得了改变人生的成功。希金斯已经两年多没有癫痫发作了,感觉精神很敏锐,正在找工作。

“当我醒来时,我每天早上都在做,”她说。“这一天,我等了很久很久。”

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。