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Quantitative EEG-Auswertung mittels Kohärenz- und Power-Analyse bei fokalen Epilepsien
Quantitative EEG-Auswertung mittels Kohärenz- und Power-Analyse bei fokalen Epilepsien
In der vorliegenden Studie wurde untersucht, in wie weit quantitative EEG-Analysen des interiktalen EEGs im Rahmen der epilepsiechirurgischen Diagnostik zur Lateralisierung der Epileptogenen Zone (=EZ) und klinischer Anfallssemiologie beitragen können. Hierfür wurde interiktales Oberflächen-EEG von 19 Patienten mit fokaler Epilepsie und von 6 Kontrollpersonen, welches im Rahmen von Langzeit-Video-EEG-Monitoring aufgezeichnet wurde, quantitativ, unter zu Hilfenahme von Matlab und Fieldtrip Software, analysiert. Die jeweils minutenlangen EEG-Datensätze der einzelnen Elektrodenkanäle wurden dazu in vordefinierte, sich an der Anatomie orientierenden Regionen zusammengeschlossen und in 5 Frequenzbänder (delta, theta, alpha, beta und gamma) unterteilt. Unter der Verwendung der Fast-Fourier-Transformation wurden die Zeit-kodierten EEG-Signale in Frequenz-kodierte Signale umgewandelt und anschließend mittels Power- und Kohärenzanalyse untersucht. Diejenigen Patienten, die eine erhöhte Kohärenz zwischen der EZ und der Mittellinie aufwiesen, zeigten klinische Zeichen einer schnellen Anfallspropagation wie einen bilateralen Anfallsmusterbeginn im EEG oder eine schnelle sekundäre Generalisation der Anfälle (p= 0,03). Der Grad der Asymmetrie der Kohärenz korrelierte dabei mit der Häufigkeit der sekundären Generalisation. Bei diesen Patienten stellte sich auch eine erhöhte interiktale Power über der Hemisphäre, in der die EZ lag (p< 0,01) dar. Im Gegensatz dazu wiesen 91% der Patienten mit erniedrigter oder nicht signifikant veränderter Kohärenz der EZ hin zur Mittellinie einen streng lateralisierten Anfallsmusterbeginn und fokale Anfälle ohne Tendenz zur sekundären Generalisation auf. Auch auf das postoperative Outcome hatte die Kohärenz zwischen Epileptogener Zone und Mittellinie Einfluss: 6 der 10 bislang operierten Patienten zeigten eine erniedrigte/symmetrische Kohärenz. 100% davon war nach der Operation anfallsfrei (Engel- Klassifikation IA). Von 4 Patienten mit erhöhter Kohärenz hin zur Mittellinie wurde nur ein Patient postoperativ anfallsfrei (p=0,03). Die EZ mittels Power- oder Kohärenzanalyse zu identifizieren, zu lateralisieren und von der Umgebung abzugrenzen gelang jedoch nicht. Signifikante Veränderungen der Power im Bereich der EZ konnten nur für die Patienten mit Temporallappenepilepsie nachgewiesen werden. Die Spezifität ist auf Grund der geringen Anzahl an Patienten jedoch noch unklar. Dennoch liefert die von uns entwickelte Methode allein auf der Basis des interiktalen EEGs, das heißt unabhängig von eventuell aufgezeichneten epileptischen Anfällen, wichtige Hinweise auf die klinische Evolution potentieller Anfälle und zur Prognose einer epilepsiechirurgischen Therapie. Diese Information ist hilfreich für die Selektion geeigneter Kandidaten für epilepsiechirurgische Eingriffe., The present study investigated the extent to which quantitative EEG analyses of interictal EEG can contribute to the lateralization of the Epileptogenic Zone (=EZ) and to clinical seizure semiology in epilepsy surgery. For this purpose, interictal surface EEG of 19 patients with focal epilepsy and of 6 control subjects recorded during long-term video EEG monitoring were analysed quantitatively using Matlab and Fieldtrip software. The minute-long EEG data sets of the individual electrode channels were combined into predefined anatomy-oriented regions and divided into 5 frequency bands (delta, theta, alpha, beta and gamma). Using the Fast Fourier Transform, the time-encoded EEG signals were converted into frequency-encoded signals and then analysed by power and coherence analysis. Those patients with increased coherence between EZ and midline showed clinical signs of fast seizure propagation, such as a non-lateralised seizure pattern in the EEG or rapid secondary generalization of seizures (p= 0.03). The degree of asymmetry of coherence correlated with the frequency of secondary generalization. In these patients there was also an increased interictal power above the hemisphere in which the EZ was located (p< 0.01). In contrast, 91% of patients with decreased or non-significant changes in EZ coherence towards the midline had a strictly lateralized onset of seizure pattern and focal seizures with no tendency to secondary generalization. The postoperative outcome was influenced by the coherence between the EZ and the midline as well: 6 of the 10 patients operated so far showed a decreased/symmetrical coherence. 100% of them were free of seizures after surgery (Engel classification IA). From the other 4 patients with an increased coherence towards the midline, only one patient was seizure-free postoperatively (p=0.03). However, it was not possible to identify, lateralize and differentiate the EZ by power or coherence analysis. Significant changes in power in the EZ could only be detected in patients with temporal lobe epilepsy. However, the specificity remains unclear due to the small number of patients. Nevertheless, our method is solely based on interictal EEG and is therefore independent of any recorded epileptic seizures and still provides important information on the clinical evolution of potential seizures and on the prognosis of epilepsy surgical therapy. This information is helpful for the selection of suitable candidates for epilepsy surgery.
Not available
Ernst, Katharina
2020
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Ernst, Katharina (2020): Quantitative EEG-Auswertung mittels Kohärenz- und Power-Analyse bei fokalen Epilepsien. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

In der vorliegenden Studie wurde untersucht, in wie weit quantitative EEG-Analysen des interiktalen EEGs im Rahmen der epilepsiechirurgischen Diagnostik zur Lateralisierung der Epileptogenen Zone (=EZ) und klinischer Anfallssemiologie beitragen können. Hierfür wurde interiktales Oberflächen-EEG von 19 Patienten mit fokaler Epilepsie und von 6 Kontrollpersonen, welches im Rahmen von Langzeit-Video-EEG-Monitoring aufgezeichnet wurde, quantitativ, unter zu Hilfenahme von Matlab und Fieldtrip Software, analysiert. Die jeweils minutenlangen EEG-Datensätze der einzelnen Elektrodenkanäle wurden dazu in vordefinierte, sich an der Anatomie orientierenden Regionen zusammengeschlossen und in 5 Frequenzbänder (delta, theta, alpha, beta und gamma) unterteilt. Unter der Verwendung der Fast-Fourier-Transformation wurden die Zeit-kodierten EEG-Signale in Frequenz-kodierte Signale umgewandelt und anschließend mittels Power- und Kohärenzanalyse untersucht. Diejenigen Patienten, die eine erhöhte Kohärenz zwischen der EZ und der Mittellinie aufwiesen, zeigten klinische Zeichen einer schnellen Anfallspropagation wie einen bilateralen Anfallsmusterbeginn im EEG oder eine schnelle sekundäre Generalisation der Anfälle (p= 0,03). Der Grad der Asymmetrie der Kohärenz korrelierte dabei mit der Häufigkeit der sekundären Generalisation. Bei diesen Patienten stellte sich auch eine erhöhte interiktale Power über der Hemisphäre, in der die EZ lag (p< 0,01) dar. Im Gegensatz dazu wiesen 91% der Patienten mit erniedrigter oder nicht signifikant veränderter Kohärenz der EZ hin zur Mittellinie einen streng lateralisierten Anfallsmusterbeginn und fokale Anfälle ohne Tendenz zur sekundären Generalisation auf. Auch auf das postoperative Outcome hatte die Kohärenz zwischen Epileptogener Zone und Mittellinie Einfluss: 6 der 10 bislang operierten Patienten zeigten eine erniedrigte/symmetrische Kohärenz. 100% davon war nach der Operation anfallsfrei (Engel- Klassifikation IA). Von 4 Patienten mit erhöhter Kohärenz hin zur Mittellinie wurde nur ein Patient postoperativ anfallsfrei (p=0,03). Die EZ mittels Power- oder Kohärenzanalyse zu identifizieren, zu lateralisieren und von der Umgebung abzugrenzen gelang jedoch nicht. Signifikante Veränderungen der Power im Bereich der EZ konnten nur für die Patienten mit Temporallappenepilepsie nachgewiesen werden. Die Spezifität ist auf Grund der geringen Anzahl an Patienten jedoch noch unklar. Dennoch liefert die von uns entwickelte Methode allein auf der Basis des interiktalen EEGs, das heißt unabhängig von eventuell aufgezeichneten epileptischen Anfällen, wichtige Hinweise auf die klinische Evolution potentieller Anfälle und zur Prognose einer epilepsiechirurgischen Therapie. Diese Information ist hilfreich für die Selektion geeigneter Kandidaten für epilepsiechirurgische Eingriffe.

Abstract

The present study investigated the extent to which quantitative EEG analyses of interictal EEG can contribute to the lateralization of the Epileptogenic Zone (=EZ) and to clinical seizure semiology in epilepsy surgery. For this purpose, interictal surface EEG of 19 patients with focal epilepsy and of 6 control subjects recorded during long-term video EEG monitoring were analysed quantitatively using Matlab and Fieldtrip software. The minute-long EEG data sets of the individual electrode channels were combined into predefined anatomy-oriented regions and divided into 5 frequency bands (delta, theta, alpha, beta and gamma). Using the Fast Fourier Transform, the time-encoded EEG signals were converted into frequency-encoded signals and then analysed by power and coherence analysis. Those patients with increased coherence between EZ and midline showed clinical signs of fast seizure propagation, such as a non-lateralised seizure pattern in the EEG or rapid secondary generalization of seizures (p= 0.03). The degree of asymmetry of coherence correlated with the frequency of secondary generalization. In these patients there was also an increased interictal power above the hemisphere in which the EZ was located (p< 0.01). In contrast, 91% of patients with decreased or non-significant changes in EZ coherence towards the midline had a strictly lateralized onset of seizure pattern and focal seizures with no tendency to secondary generalization. The postoperative outcome was influenced by the coherence between the EZ and the midline as well: 6 of the 10 patients operated so far showed a decreased/symmetrical coherence. 100% of them were free of seizures after surgery (Engel classification IA). From the other 4 patients with an increased coherence towards the midline, only one patient was seizure-free postoperatively (p=0.03). However, it was not possible to identify, lateralize and differentiate the EZ by power or coherence analysis. Significant changes in power in the EZ could only be detected in patients with temporal lobe epilepsy. However, the specificity remains unclear due to the small number of patients. Nevertheless, our method is solely based on interictal EEG and is therefore independent of any recorded epileptic seizures and still provides important information on the clinical evolution of potential seizures and on the prognosis of epilepsy surgical therapy. This information is helpful for the selection of suitable candidates for epilepsy surgery.