DE102013015427A1 - Method and device for measuring cerebral perfusion - Google Patents

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Teja Grömer
Hajo Hamer
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Universitaetsklinikum Erlangen
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Messung der zerebralen Perfusion eines Patienten (8) angegeben mit folgenden Schritten: Kontinuierliche Langzeitableitung und Abspeicherung eines EEG-Signals (E) des Patienten (8); Bereinigung des EEG-Signals (E) von Artefakten; Power-Spektralanalyse des artefaktbereinigten EEG-Signals in bestimmten Frequenzbändern; Bereinigung der durch die Power-Spektralanalyse erhaltenen Spuren um einen gemeinsamen Trend aller Spuren; Erfassung von Abweichungen (D) der trendbereinigten Power-Werte mindestens einer Spur von einer Baseline; und Anzeige von signifikanten Abweichungen (D) und/oder Auslösung eines Alarms (A), wenn eine signifikante Abweichung (D) ermittelt wird. Eine zugehörige Vorrichtung (1) umfasst ein EEG-Gerät (2) sowie eine damit datenkommunikationstechnisch verschaltete Steuereinheit (3), die zur automatischen Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist.A method is provided for measuring the cerebral perfusion of a patient (8) comprising the following steps: Continuous long-term derivation and storage of an EEG signal (E) of the patient (8); Clean up the EEG signal (E) of artifacts; Power spectral analysis of the artifact-adjusted EEG signal in certain frequency bands; Clean up the tracks obtained by the power spectral analysis by a common trend of all tracks; Detecting deviations (D) of the trended power values of at least one track from a baseline; and displaying significant deviations (D) and / or triggering an alarm (A) when a significant deviation (D) is detected. An associated device (1) comprises an EEG device (2) as well as a control unit (3) connected therewith in terms of data communication technology, which is set up for automatically carrying out the method.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der zerebralen Perfusion. Das Verfahren dient dabei insbesondere zur Erfassung von vasospasmenbedingten drohenden kortikalen Ischämien bei Patienten mit Subarachnoidalblutungen. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for measuring cerebral perfusion. The method is used in particular for the detection of vasospasm-related imminent cortical ischemia in patients with Subarachnoidalblutungen. The invention further relates to an apparatus for carrying out the method.

Subarachnoidalblutungen zählen zu den häufigsten akuten neurologischen Krankheitsbildern. Neben Nachblutungen und Liquorzirkulationsstörungen stellen Vasospasmen und daraus resultierende kortikale Ischämien die größte Gefährdung für die betroffenen Patienten dar.Subarachnoid haemorrhages are among the most common acute neurological conditions. In addition to rebleeding and cerebrospinal fluid disturbances, vasospasm and resulting cortical ischaemia represent the greatest risk to the affected patients.

Goldstandard zum Nachweis von Vasospasmen ist derzeit die transkranielle Doppler- und Duplexsonographie. Diese erlaubt jedoch nur eine punktuelle Untersuchung des Patienten, beispielsweise einmal pro Tag. Ereignisse zwischen den Untersuchungen werden nicht oder erst spät detektiert, und können folglich nicht effektiv therapiert werden.Gold standard for the detection of vasospasm is currently the transcranial Doppler and duplex sonography. However, this only allows a punctual examination of the patient, for example once a day. Events between the examinations are not detected late or can not be treated effectively.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein diesbezüglich verbessertes Verfahren zur Messung der zerebralen Perfusion anzugeben. Das Verfahren soll hierbei insbesondere eine frühzeitige Erfassung einer drohenden kortikalen Ischämie infolge von Vaspospasmen ermöglichen. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung anzugeben.The invention has for its object to provide a related improved method for measuring cerebral perfusion. In particular, the method is intended to enable the early detection of an imminent cortical ischemia as a result of vasospasm. A further object of the invention is to provide a device which is particularly suitable for carrying out the method.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.According to the invention this object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are set forth in the subclaims and the description below.

Zur effektiven Prävention vasospasmenbedingter Infarkte und somit zur Verbesserung des funktionellen Outcomes der Patienten erscheint eine kontinuierliche Überwachung der kortikalen Perfusion erstrebenswert. Diese kann erkanntermaßen durch eine kontinuierliche EEG-Aufzeichnung gewährleistet werden. Direkt gemessen wird hierbei die Kompromittierung von Hirnfunktion aufgrund von Störungen der kortikalen Perfusion. So führen erkanntermaßen reversible neuronale Veränderungen, die bei einem anomalen Absinken des zerebralen Blutflusses eintreten, zu messbaren EEG-Veränderungen. Eine drohende Ischämie (Delayed Cerebral Ischaemia, kurz: DCI) kann so vor einem irreversiblen Zelluntergang festgestellt und bestenfalls durch entsprechende Gegenmaßnahmen – z. B. durch die Gabe von Nimodipin, durch intraarterielle Spasmolyse oder durch Triple-H-Therapie – behoben werden.To effectively prevent vasospasm-related infarcts and thus to improve the functional outcome of patients, continuous monitoring of cortical perfusion seems desirable. This can be recognized by a continuous EEG recording guaranteed. Compromising brain function due to disturbances of cortical perfusion is measured directly here. It is recognized that reversible neuronal changes that occur in an abnormal decrease in cerebral blood flow lead to measurable EEG changes. An imminent ischemia (Delayed Cerebral Ischaemia, in short: DCI) can thus be detected before irreversible cell death and at best by appropriate countermeasures -. B. by the administration of nimodipine, by intra-arterial spasmolysis or by triple-H therapy - be corrected.

Eine kortikale Ischämie stellt sich im EEG erkanntermaßen als fokale Verminderung der Power im Frequenzspektrum des EEG-Signals dar. Dieser Effekt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren automatisch detektiert, das hierzu eine automatisierte Artefakteliminierung und Powerspektralanalyse, die Trendbereinigung der Rohdaten und die automatisierte Erkennung signifikanter Abweichungen von einer Baseline beinhaltet.Cortical ischemia is recognized in the EEG as a focal reduction of power in the frequency spectrum of the EEG signal. This effect is automatically detected by the inventive method, this for an automated artifact elimination and power spectral analysis, the trend correction of the raw data and the automated detection of significant deviations from includes a baseline.

Verfahrensgemäß werden mittels quantitativem EEG (qEEG) direkt die Kompromittierung von Hirnfunktion, und damit indirekt die zerebrale Perfusion gemessen. Das Verfahren umfasst dabei folgende Schritte:

  • 1) Kontinuierliche Langzeitableitung des EEG-Signals des Patienten und Abspeicherung dieses EEG-Signals, insbesondere auf einer Festplatte. Für die EEG-Aufzeichnung wird in zweckmäßiger Ausführung eine Elektrodenanordnung nach dem internationalen 10-20-System verwendet. Zur Vereinfachung der Verfahrensdurchführung oder sofern nicht anders möglich (wenn z. B. aufgrund vorhandener Bandagen nicht alle Elektroden des 10-20-Systems anbringbar sind), wird in alternativer Ausführung der Erfindung vorteilhaft nur eine Teilmenge der Elektroden (z. B. F7/F8, T3/T4, C3/C4, P3/P4, O2/O1, Fz, Cz und Pz) für die EEG-Aufzeichnung herangezogen. Die Abtastrate der Multi-Kanal-EEG-Ableitung beträgt vorzugsweise mindestens 200 Hz. Das Roh-EEG-Signal wird vorzugsweise in dem Frequenzbereich von mindestens 0,1 Hz–70 Hz (besonders bevorzugt etwa zwischen 0,05 Hz und 100 Hz) aufgezeichnet. Die Aufzeichnung des EEG-Signals erfolgt zweckmäßigerweise über mehrere Tage, insbesondere über mindestens 4 Tage. Bevorzugt wird das EEG-Signal über eine Dauer zwischen 5 und 12 Tagen aufgezeichnet. Für die Erkennung vasospasmenbedingter kortikaler Ischämien nach einer Subarachnoidalblutung (SAB) wird mit der Aufzeichnung vorteilhafterweise so bald wie möglich, insbesondere innerhalb der ersten drei Tage nach Feststellung der SAB begonnen.
  • 2) Automatisierte Artefaktbereinigung (d. h. Artefakterkennung und -eliminierung), durch welche Artefakte, die das EEG-Signal in der Regel überlagern, und die daher das Ergebnis einer quantitativen Analyse signifikant verfälschen würden, ausgefiltert werden. Als Artefakte werden allgemein alle Signalanteile des gemessenen EEG-Signals bezeichnet, die nicht auf die zu messende elektrische Hirnaktivität, sondern auf andere auslösende Ereignisse, z. B. EMG, Körper- und Augenbewegungen, etc. zurückzuführen sind. In einer vorteilhaften Ausführung dieses Artefaktbereinigungsprozesses wird zunächst im Rahmen einer sogenannten Fensterung jeder Kanal des EEG-Signals in (Zeit-)Intervalle (von z. B. jeweils 2 Sekunden) unterteilt. In diesen Intervallen wird dann jeweils ein Mittelwert (arithmetischer Mittelwert, Median, etc.) der Amplitude pro Kanal berechnet, wobei dieser Mittelwert von jedem Abtast-Signalwert subtrahiert wird. Aus diesem neuen Signal werden in einem nächsten Schritt der Maximalwert und der Minimalwert bestimmt und die Differenz aus diesen beiden Extremwerten ermittelt. Überschreitet der Betrag dieser Differenz einen bestimmten festgelegten Schwellwert (z. B. 200 μV), so wird dieses Intervall für diesen Kanal für die weitere Analyse nicht berücksichtigt.
  • 3) Spektralanalyse (Power) des artefaktbereinigten EEG-Signals in bestimmten Frequenzbändern. Die Power-Spektralanalyse wird dabei insbesondere in den Frequenzbändern Delta (0,5–3,5 Hz), Theta (4–7,5 Hz), Alpha (8–12 Hz) und Beta (12,5–22 Hz) vorgenommen. Im Rahmen der Erfindung können ferner auch höhere Frequenzbänder bei der Power-Spektralanalyse berücksichtigt werden. Vorzugsweise werden für die Spektralanalyse mindestens zwei Kanäle des aretfaktbereinigten EEG-Signals, die unterschiedlichen Hirnregionen oder Gefäßstromgebieten zugeordnet sind, getrennt betrachtet.
  • 4) Trendbereinigung der aus der Power-Spektralanlyse resultierenden Spuren. Um Power-Veränderungen in den betrachteten Frequenzbändern zu identifizieren, die nicht global, sondern fokal (nur in einer bestimmten Hirnregion bzw. einem bestimmten Gefäßstromgebiet) auftreten und somit mit hoher Wahrscheinlichkeit Korrelat einer DCI sind, wird der gemeinsame Trend aller betrachteten Spuren berechnet und jede Spur um diesen gemeinsamen Trend bereinigt. Als Spur werden die aus der Power-Spektralanalyse resultierenden Power-Werte bezeichnet, die einem Kanal oder einer Kanalgruppe des EEG-Signals und einem betrachteten Frequenzband zuzuordnen sind. Um eine entsprechende Korrektur zu erreichen, werden vorzugsweise die gemeinsamen Schwankungen aller Ableitungen berechnet und die einzelnen Ableitungen danach mit der gemeinsamen Schwankung verrechnet. Dies wird insbesondere erreicht, indem zunächst der Median des Power-Verlaufs in jeder Spur berechnet wird; jede Spur wird dann mit ihrem Median normiert. Im Anschluss wird die Medianspur aus den gemittelten Spuren gebildet. Durch die so errechnete Trendspur wird in der Folge jede der Originalspuren geteilt. Infolge der Trendbereinigung bilden sich die einzelnen Ableitungen mit stark verschmälerten Verteilungsbreiten ab, so dass regionale Ereignissen, wie etwa eine fokalen Power-Abnahme in einem bestimmten Frequenzbereich fehlersicher erkannt werden können.
  • 5) Erfassung von Abweichungen der trendbereinigten Power-Werte mindestens einer Spur von einer Baseline. Vorzugsweise werden dabei alle erfassten Spuren auf Abweichungen von der jeweiligen Baseline untersucht. Die Baseline wird in zweckmäßiger Ausgestaltung des Verfahrens für jede Spur aus einem zu Beginn der EEG-Aufzeichnung, insbesondere dem während der ersten 6 bis 24 Stunden nach dem Beginn der EEG-Aufzeichnung erfassten Teil des EEG-Signals berechnet. Für die Erkennung vasospasmenbedingter kortikaler Ischämien nach einer Subarachnoidalblutung (SAB) wird die Basline zweckmäßigerweise aus einem Teil des EEG-Signals berechnet, der innerhalb der – regelmäßig vasospasmenfreien – ersten 24 Stunden nach einer festgestellten Subarachnoidalblutung aufgenommen wurde.
  • 6) Anzeige der erfassten Abweichungen in Echtzeit und/oder Auslösung eines Alarms, wenn eine signifikante fokale Abweichung der Power von der Baseline in mindestens einem ausgewählten Frequenzband ermittelt wird. Als signifikant wird eine Abweichung dabei insbesondere dann erkannt, wenn sie eine vorgegebene Toleranz (insbesondere einen Schwellwert oder Schwellwertbereich) überschreitet. In ersterem Fall werden jedenfalls diejenigen Spuren angezeigt, in denen eine signifikante Abweichung von der Baseline festgestellt wird. Eine signifikante, insbesondere fokale Abweichung wird verfahrensgemäß als Hinweis auf eine DCI gewertet. Die Anzeige bzw. Auslösung eines Alarms ermöglicht hierbei dem behandelnden medizinischen Team eine fehlersichere Früherkennung der DCI, ohne dass hierfür besondere spezielle medizinische Kenntnisse seitens des Behandlers vonnöten wären.
According to the method, quantitative EEG (qEEG) directly measures the compromise of brain function, and thus indirectly cerebral perfusion. The method comprises the following steps:
  • 1) Continuous long-term derivation of the patient's EEG signal and storage of this EEG signal, especially on a hard disk. For the EEG recording, an electrode assembly according to the international 10-20 system is suitably used. In order to simplify the process or, if not otherwise possible (if, for example, not all electrodes of the 10-20 system can be attached due to existing bandages), in an alternative embodiment of the invention, advantageously only a subset of the electrodes (eg F7 / F8, T3 / T4, C3 / C4, P3 / P4, O2 / O1, Fz, Cz and Pz) for EEG recording. The sampling rate of the multi-channel EEG derivative is preferably at least 200 Hz. The raw EEG signal is preferably recorded in the frequency range of at least 0.1 Hz-70 Hz (more preferably, for example, between 0.05 Hz and 100 Hz) , The recording of the EEG signal is expediently carried out over several days, in particular for at least 4 days. Preferably, the EEG signal is recorded for a period of between 5 and 12 days. For the detection of vasospasm-related cortical ischemia following subarachnoid hemorrhage (SAB), recording is advantageously started as soon as possible, in particular within the first three days after detection of SAB.
  • 2) Automated artifact correction (ie, artifact detection and elimination) that filters out artifacts that typically overlay the EEG signal and that would therefore significantly distort the result of a quantitative analysis. As artifacts are generally all signal components of the measured EEG signal, not on the electrical brain activity to be measured, but on other triggering events, eg. As EMG, body and eye movements, etc. are due. In an advantageous embodiment of this artifact elimination process, each channel of the EEG signal is first subdivided into (time) intervals (of, for example, 2 seconds in each case) within the framework of a so-called windowing. Each of these intervals then calculates an average (arithmetic mean, median, etc.) of the amplitude per channel, this average value being subtracted from each sample signal value. From this new signal, the maximum value and the minimum value are determined in a next step and the difference between these two extreme values is determined. If the amount of this difference exceeds a certain defined threshold value (eg 200 μV), this interval is not taken into account for this channel for further analysis.
  • 3) Spectral analysis (power) of the artifact-corrected EEG signal in certain frequency bands. The power spectral analysis is carried out in particular in the frequency bands delta (0.5-3.5 Hz), theta (4-7.5 Hz), alpha (8-12 Hz) and beta (12.5-22 Hz) , In the context of the invention, higher frequency bands can also be taken into account in the power spectral analysis. Preferably, at least two channels of the arctf-corrected EEG signal, which are assigned to different brain regions or vessel flow regions, are considered separately for the spectral analysis.
  • 4) Trend correction of the traces resulting from the power spectral analysis. In order to identify power changes in the considered frequency bands, which occur not globally, but focal (only in a specific brain region or a specific vascular flow area) and thus are likely correlate of a DCI, the common trend of all considered tracks is calculated and each Track adjusted for this common trend. The track refers to the power values resulting from the power spectral analysis, which are assigned to a channel or channel group of the EEG signal and a frequency band under consideration. In order to achieve a corresponding correction, the common fluctuations of all derivatives are preferably calculated and the individual derivatives are then calculated with the common variation. This is achieved in particular by first calculating the median of the power history in each track; each track is then normalized with its median. Subsequently, the median track is formed from the averaged tracks. As a result, the trend track calculated in this way divides each of the original tracks. As a result of the trend adjustment, the individual derivatives are formed with greatly narrowed distribution widths, so that regional events such as a focal power decrease in a certain frequency range can be detected with fail-safety.
  • 5) Detecting deviations of the trended power values of at least one track from a baseline. Preferably, all recorded tracks are examined for deviations from the respective baseline. The baseline is calculated in an expedient embodiment of the method for each track from a part of the EEG signal acquired at the beginning of the EEG recording, in particular during the first 6 to 24 hours after the start of the EEG recording. For the detection of vasospasm-related cortical ischemia after a subarachnoid hemorrhage (SAB), the baseline is expediently calculated from a part of the EEG signal which was recorded within the - 24 hours after a detected subarachnoid haemorrhage - which was usually vasospasm-free.
  • 6) Display of the detected deviations in real time and / or triggering of an alarm, if a significant focal deviation of the power from the baseline in at least one selected frequency band is determined. In this case, a deviation is recognized to be significant in particular if it exceeds a predetermined tolerance (in particular a threshold value or threshold value range). In the former case, in any case, those tracks are displayed in which a significant deviation from the baseline is found. A significant, in particular focal deviation is evaluated according to the method as an indication of a DCI. The display or triggering of an alarm in this case allows the treating medical team a fail-safe early detection of DCI, without the need for special special medical knowledge on the part of the practitioner.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein EEG-Gerät zur Erfassung eines EEG-Signals eines Patienten sowie eine damit datenkommunikationstechnisch verschaltete Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dabei – schaltungs- und/oder programmtechnisch – zur automatischen Durchführung des vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Die Steuereinheit ist somit insbesondere dazu eingerichtet,

  • – das EEG-Gerät zur kontinuierlichen Langzeitableitung eines EEG-Signals des Patienten anzusteuern und dieses EEG-Signal abzuspeichern,
  • – das EEG-Signal um Artefakte zu bereinigen,
  • – das artefaktbereinigte EEG-Signal einer Power-Spektralanalyse in speziellen Frequenzbändern zu unterziehen und
  • – Abweichungen aller oder einzelner Spuren von einer Baseline in Echtzeit anzuzeigen zu erfassen und
  • – erfasste Abweichung (zumindest signifikante Abweichungen) anzuzeigen und/oder einen Alarm auszulösen, wenn eine signifikante fokale Abweichung der Power von der Baseline in mindestens einem ausgewählten Frequenzband ermittelt wird.
The device according to the invention comprises an EEG device for detecting an EEG signal of a patient as well as a control unit connected therewith in terms of data communication technology. The control unit is - switching and / or program technology - set up for the automatic implementation of the method according to the invention described above. The control unit is thus in particular designed to
  • To control the EEG device for continuous long-term derivation of an EEG signal of the patient and to store this EEG signal,
  • - to clean up the EEG signal for artifacts,
  • - To subject the artifact-corrected EEG signal of a power spectral analysis in special frequency bands and
  • - To detect deviations of all or individual tracks from a baseline in real time and to capture
  • - detect detected deviation (at least significant deviations) and / or trigger an alarm if a significant focal deviation of the power from the baseline is determined in at least one selected frequency band.

Die Steuereinheit ist insbesondere durch einen Steuerrechner (beispielsweise einen Personal Computer) gebildet, in dem ein Steuerprogramm (also eine Steuersoftware) installiert ist, so dass bei der Ausführung des Steuerprogramms das vorstehend beschriebene Verfahren automatisch durchgeführt wird.In particular, the control unit is constituted by a control computer (for example, a personal computer) in which a control program (that is, control software) is installed, so that the above-described method is automatically performed when the control program is executed.

Hinsichtlich der Ausgestaltungsdetails und Varianten der funktionellen Ausgestaltung der Vorrichtung wird sinngemäß auf die vorstehenden Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.With regard to the design details and variants of the functional design of the device, reference is made mutatis mutandis to the above statements relating to the method according to the invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:An embodiment of the invention will be described below with reference to a drawing. Show:

1 in einem schematischen Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Messung der zerebralen Perfusion (Hirndurchblutung), mit einem EEG-Gerät und einer damit datenkommunikationstechnisch verschalteten Steuereinheit, 1 in a schematic block diagram, a device for measuring cerebral perfusion (cerebral blood flow), with an EEG device and thus a data communication technically interconnected control unit,

2 in einem Ablaufschema ein von der Vorrichtung durchgeführtes Verfahren, und 2 in a flow chart, a method performed by the device, and

35 Ergebnisse einer unter Anwendung des Verfahrens durchgeführten Pilotstudie. 3 - 5 Results of a pilot study using the method.

1 zeigt in grober schematischer Vereinfachung eine Vorrichtung 1 zur Messung der Kompromittierung von Hirnfunktion, und somit indirekt zur Messung der zerebralen Perfusion. Das Verfahren dient dabei insbesondere zur Erkennung einer vasospasmenbedingten drohenden kortikalen Ischämie bei Patienten mit Subarachnoidalblutungen mittels quantitativem EEG. 1 shows a gross schematic simplification of a device 1 to measure the compromise of brain function, and thus indirectly to measure cerebral perfusion. The method is used in particular for the detection of a vasospasm-related imminent cortical ischemia in patients with Subarachnoidalblutungen means of quantitative EEG.

Die Vorrichtung 1 umfasst ein EEG-Gerät 2 sowie einen Steuerrechner 3 (z. B. einen Personal Computer). Der Steuerrechner 3 ist über eine Datenübertragungsleitung 4 (z. B. in Form einer Ethernet-Verbindung eines an sich gewöhnlichen LAN) zur Datenübertragung mit dem EEG-Gerät 2 verbunden. In dem Steuerrechner 3 ist ein Steuerprogramm 5 lauffähig installiert, das – wie nachfolgend näher beschrieben – einerseits Funktionen zur Ansteuerung des EEG-Geräts 2 über Steuerbefehle C und andererseits Funktionen zur Auswertung des von dem EEG-Gerät 2 erfassten EEG-Signals E implementiert.The device 1 includes an EEG device 2 as well as a control computer 3 (eg a personal computer). The control computer 3 is via a data transmission line 4 (eg in the form of an Ethernet connection of a conventional LAN) for data transmission with the EEG device 2 connected. In the control computer 3 is a control program 5 installed on the one hand, as described in more detail below, on the one hand functions for controlling the EEG device 2 via control commands C and on the other hand functions for the evaluation of the EEG device 2 detected EEG signal E implemented.

Das EEG-Gerät 2 umfasst eine Anzahl von Elektroden 6 zur Messung der elektrischen Aktivität des Gehirns, die im Betrieb der Vorrichtung 1 an der Kopfhaut eines – in 1 beispielhaft auf einer Patientenliege 7 liegend dargestellten – Patienten 8 angebracht werden. Die Zahl und die Anordnung der Elektroden 6 am Kopf 9 des Patienten 8 ist hierbei vorzugsweise nach dem 10-20-System ausgewählt. Jedoch kann auch nur eine Untergruppe der nach dem 10-20-System vorgesehenen Elektroden im Betrieb der Vorrichtung 1 zum Einsatz kommen, insbesondere – gemäß der Nomenklatur des 10-20-Systems – die Elektroden C3/C4, P3/P4, O2/O1, T3/T4, F3/F4 (wobei die Elektroden F3/F4 alternativ durch die Elektroden F5/F6 ersetzt werden).The EEG device 2 includes a number of electrodes 6 to measure the electrical activity of the brain during operation of the device 1 on the scalp of a - in 1 for example on a patient bed 7 lying down - patients 8th be attached. The number and arrangement of the electrodes 6 at the head 9 of the patient 8th is hereby preferably selected according to the 10-20 system. However, only a subset of the 10-20 system electrodes may be used in the operation of the device 1 in particular, according to the nomenclature of the 10-20 system, the electrodes C3 / C4, P3 / P4, O2 / O1, T3 / T4, F3 / F4 (with the electrodes F3 / F4 alternatively being replaced by the electrodes F5 / F6 be replaced).

An den Steuerrechner 3 sind in üblicher Weise Mittel zur Dateneingabe und Datenausgabe angeschlossen, insbesondere ein Bildschirm 10.To the control computer 3 are connected in a conventional manner means for data input and data output, in particular a screen 10 ,

Das beim Ablauf des Steuerprogramms 5 mittels der Vorrichtung 1 automatisch durchgeführte Verfahren ist in 2 schematisch dargestellt.That at the expiration of the control program 5 by means of the device 1 automatically performed procedure is in 2 shown schematically.

Danach wird in einem ersten Schritt 20 – durch entsprechende Ansteuerung des EEG-Geräts 2 – automatisch das EEG-Signal E des Patienten 8 über einen Zeitraum von mindestens 4 Tagen (vorzugsweise zwischen 5 und 12 Tagen) unter Verwendung mit einer Abtastrate der Multi-Kanal-EEG-Ableitung von 256 Hz in einem Frequenz-Bereich von 0,08 Hz bis 86 Hz aufgezeichnet.After that, in a first step 20 - by appropriate control of the EEG device 2 - automatically the EEG signal E of the patient 8th over a period of at least 4 days (preferably between 5 and 12 days) using a 256 Hz multi-channel EEG derivative sampling rate in a frequency range of 0.08 Hz to 86 Hz.

Das aufgenommene EEG-Signal E wird in einem Schritt 21 durch das Steuerprogramm 5 auf einer Festplatte des Steuerrechners 3 abgespeichert.The recorded EEG signal E is in one step 21 through the control program 5 on a hard disk of the control computer 3 stored.

Zur automatisierten Artefaktbereinigung wird in einem Schritt 22 jeder Kanal des EEG-Signals E in (Zeit-)Intervalle von jeweils 2 Sekunden unterteilt. In diesen Intervallen wird dann jeweils ein (insbesondere arithmetischer) Mittelwert der Amplitude pro Kanal berechnet, wobei dieser Mittelwert von jedem Abtast-Signalwert subtrahiert wird. Aus diesem neuen Signal werden der Maximalwert und der Minimalwert bestimmt und die Differenz aus diesen beiden Extremwerten ermittelt. Überschreitet der Betrag dieser Differenz einen bestimmten festgelegten Schwellwert von 200 μV, so wird dieses Intervall für diesen Kanal für die weitere Analyse nicht berücksichtigt.For automated artifact cleaning will be done in one step 22 each channel of the EEG signal E is divided into (time) intervals of 2 seconds each. In these intervals, one (in particular arithmetic) average of the amplitude per channel, this average being subtracted from each sample signal value. From this new signal, the maximum value and the minimum value are determined and the difference between these two extreme values is determined. If the amount of this difference exceeds a certain threshold value of 200 μV, this interval will not be considered for this channel for further analysis.

An den auf diese Weise artefaktbereinigten Roh-EEG-Signalen wird in einem Schritt 23 eine Power-Spektralanalyse durchgeführt. Hierzu werden die artefaktbereinigten Roh-EEG-Signale einer Kurzzeit-Fourier-Transformation (STFT = Short Time Fourier Transform) unterworfen, um die entsprechenden spektralen Frequenzanteile in einem zeitlichen Fenster (vorzugsweise mit einer zeitlichen Ausdehnung von 2 Sekunden) zu ermitteln. Für die Fensterung wird ein Welch-Fenster (im Wesentlichen parabolische Charakteristik) verwendet, wobei eine 50%-Überlappung benachbarter Interwalle berücksichtigt wird. Aus der Frequenzverteilung (insbesondere mit einer spektralen Auflösung von 0,5 Hz) des Signals werden nun die entsprechenden Power-Werte in den verschiedenen Frequenzbändern (Delta-, Theta-, Alpha- und Betaband, sowie ggf. höhere Frequenzen, wie z. B. Gamma) ermittelt.The raw artifact-corrected EEG signals are processed in one step 23 performed a power spectral analysis. For this purpose, the artifact-adjusted raw EEG signals are subjected to a short-time Fourier transform (STFT) in order to determine the corresponding spectral frequency components in a temporal window (preferably with a temporal extension of 2 seconds). For the windowing, a Welch window (essentially parabolic characteristic) is used, taking into account a 50% overlap of adjacent intervals. From the frequency distribution (in particular with a spectral resolution of 0.5 Hz) of the signal, the corresponding power values in the various frequency bands (delta, theta, alpha and beta bands, as well as possibly higher frequencies, such as eg Gamma).

Aus den so gewonnenen Power-Werten in den einzelnen Kanälen oder mehreren nach Zugehörigkeit zu einer gemeinsamen Hirnregion zusammengefassten Kanalgruppen wird nun für jeweils 60 Sekunden-Intervalle der jeweilige Medianwert der Power in dem jeweiligen Frequenzband automatisch bestimmt, der die individuelle Gehirnaktivität des Patienten in diesem Zeitintervall repräsentieren soll.From the thus obtained power values in the individual channels or a plurality of channel groups combined according to belonging to a common brain region, the respective median value of the power in the respective frequency band is automatically determined for every 60 second intervals, the individual brain activity of the patient in this time interval should represent.

Die so gewonnenen Absolut-Werte der Power der jeweiligen Frequenzbändern in den einzelnen Kanälen bzw. regional zusammengefassten Kanalgruppen werden über einen Zeitraum von einer Minute gemittelt.The thus obtained absolute values of the power of the respective frequency bands in the individual channels or regionally grouped channel groups are averaged over a period of one minute.

Zur Differenzierung fokaler Veränderungen von globalen Veränderungen, welche eine Vielzahl von Ursachen haben können (Anstieg des intrakraniellen Drucks, iatrogene Veränderung der Sedierungstiefe, metabolische Prozesse, etc.) wird in einem Schritt 24 ein „Detrending” durchgeführt: In 60s EEG-Intervallen wird der Median der Power aller Kanäle pro Frequenzband berechnet. Der absolute Power-Wert der einzelnen Kanäle wird dann durch diesen Median geteilt. Dadurch werden generalisierte EEG-Veränderungen über die Zeit aus den einzelnen EEG-Kanälen entfernt. Die aus der Spektralanalyse resultierenden Spuren des EEG-Signals werden somit trendbereinigt.To differentiate focal changes from global changes, which may have a variety of causes (increase in intracranial pressure, iatrogenic change in sedation depth, metabolic processes, etc.) in one step 24 Detrending: In 60s EEG intervals, the median of the power of each channel per frequency band is calculated. The absolute power value of each channel is then divided by this median. This removes generalized EEG changes over time from the individual EEG channels. The resulting from the spectral analysis traces of the EEG signal are thus adjusted trend.

Zur Erkennung von Anzeichen für eine vasoplasmenbedingte kortikale Ischämie und eine hieraus resultierende Kompromittierung von Hirnfunktion wird in einem Schritt 25 zunächst ein für die Abwesenheit von Vasoplasmen charakteristischer Signalverlauf („Baseline”) des trendbereinigten EEG-Signals bestimmt.To detect signs of vasoplasmic cortical ischemia and the resulting compromise of brain function will be in one step 25 First, a characteristic of the absence of vasoplasmic signal waveform ("baseline") of the trend-corrected EEG signal determined.

Die Baseline wird hierbei aus dem während der ersten 6 bis 24 Stunden nach der Subarachnoidalblutung zu Beginn des EEG-Monitorings aufgezeichneten EEG-Signal bestimmt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in diesem Zeitraum regelmäßig noch keine zerebralen Vasospasmen vorliegen. Vielmehr ist das Auftreten von Vasospasmen nach klinischen Studien erst ab dem dritten Tag nach der Subarachnoidalblutung zu erwarten.The baseline is determined from the EEG signal recorded during the first 6 to 24 hours after subarachnoid hemorrhage at the beginning of EEG monitoring. This is based on the finding that no cerebral vasospasms are regularly present during this period. Rather, the occurrence of vasospasm after clinical studies is expected from the third day after the subarachnoid hemorrhage.

Signifikante Abweichungen D einzelner Spuren (z. B. Abnahme der Alpha-Power) von dieser Baseline werden in Echtzeit numerisch oder grafisch (Trendkurve, color bar, etc) visuell auf dem Bildschirm 10 dargestellt. Dem behandelnden Arzt werden auf diese Weise drohende Events eindeutig angezeigt. Der behandelnde Arzt kann hierdurch Anzeichen für eine DCI fehlersicher erkennen, ohne dass Expertenwissen hinsichtlich EEG-Diagnostik nötig ist.Significant deviations D of individual traces (eg decrease in alpha power) from this baseline are displayed in real time numerically or graphically (trend curve, color bar, etc) visually on the screen 10 shown. The attending physician will be shown in this way threatening events clearly. The treating physician can thereby recognize signs of a DCI fail-safe without the need for expert knowledge regarding EEG diagnostics.

Optional wird in einem Schritt 26 zusätzlich automatisiert ein Alarm A ausgelöst, wenn ein oder mehrere Spuren über eine bestimmte Zeit (z. B. mehr als 4 Stunden) um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert (z. B. 40% der Baseline) von der Baseline abweichen. Der Alarm A kann gemäß 1 als – insbesondere auffälliger – visueller Hinweis über den Bildschirm 10 ausgegeben werden. Zusätzliche oder alternativ kann der Alarm A auch auf andere Weise erzeugt werden, z. B. durch Anschalten einer Warnleuchte, Erzeugung eines akustischen Signals, automatischen Versand einer E-Mail, SMS, etc.Optionally, in one step 26 Additionally, an alarm A is automatically triggered when one or more lanes deviate from the baseline by more than a predetermined tolerance (eg, 40% of baseline) for a certain amount of time (eg, more than 4 hours). The alarm A can according to 1 as - in particular conspicuous - visual indication of the screen 10 be issued. Additionally or alternatively, the alarm A can be generated in other ways, for. B. by turning on a warning light, generation of an acoustic signal, automatic sending of an e-mail, SMS, etc.

Sofern die Erzeugung des Alarms A gemäß Schritt 26 vorgesehen ist, kann die ständige Anzeige des trendbereinigten EEG-Signals und dessen Abweichung A von der Baseline auch entfallen. So ist in einer Variante des Verfahrens vorgesehen, dass das trendbereinigte EEG-Signal und dessen Abweichung A von der Baseline nur auf Nutzerinteraktion, insbesondere auf Anforderung durch den behandelnden Arzt auf dem Bildschirm 10 angezeigt wird.If the generation of the alarm A according to step 26 is provided, the constant display of the trend-adjusted EEG signal and its deviation A from the baseline can also be omitted. Thus, in a variant of the method, it is provided that the trend-corrected EEG signal and its deviation A from the baseline only on user interaction, in particular on request by the attending physician on the screen 10 is shown.

Das Schritte 20 bis 26 werden parallel zueinander durch geführt. Das aufgezeichnete EEG-Signal E wird also schon während der Dauer der Aufzeichnung (Schritte 20, 21) ausgewertet (Schritte 22 bis 26). The steps 20 to 26 are performed parallel to each other. The recorded EEG signal E is thus already during the duration of the recording (steps 20 . 21 ) (steps 22 to 26 ).

Durch das vorstehend beschriebene Verfahren können Spasmen um mehrere Stunden bzw. Tage früher detektiert werden als mittels bisheriger Methoden (insbesondere Transkranielle Dopplersonografie, CCT). Somit besteht die Möglichkeit, das therapeutische Fenster dieser schweren Komplikation von SAB entscheidend nach vorne zu ziehen.By the method described above, spasms can be detected earlier by several hours or days than by previous methods (in particular transcranial Doppler sonography, CCT). Thus, it is possible to dramatically advance the therapeutic window of this serious complication of SAB.

Beschreibung einer mittels des Verfahrens durchgeführten Pilotstudie:Description of a pilot study carried out by the method:

Aneurysmatische Subarachnoidalblutungen (SAB) werden immer noch mit einer hohen Morbidität und Mortalität assoziiert. (1) Verzögerte zerebrale Ischämien (DCI) haben einen entscheidenden Einfluss auf die Mortalität und das funktionale Outcome. (3) Vasospasmen, definiert als eine arterielle Verengung messbar durch Angiographie oder Trascranialer Dopplersonographie (TCD) wurden stark mit DCI assoziiert. (4–5) Es gibt jedoch Daten, die belegen, dass DCI auch die Folge anderer Mechanismen wie einer „Cortical Spreading Depression” oder einer mikrozirkulatorischen Dysfunktion sein können, welche durch TCD nicht erfasst werden können. (5–6) Ungefähr 20% der DCI nach SAB werden nicht klinisch erfasst oder zu spät identifiziert, meist aufgrund der eingeschränkten klinischen Beurteilbarkeit bei schwer betroffenen, komatösen SAB-Patienten. (7) Die frühe Erfassung drohender Ischämien, welche die Voraussetzung zur Verhinderung von Infarkten ist, bleibt daher eine Herausforderung.Aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAB) is still associated with high morbidity and mortality. (1) Delayed cerebral ischaemia (DCI) has a significant impact on mortality and functional outcome. (3) Vasospasm, defined as an arterial narrowing measurable by angiography or Trascranial Doppler sonography (TCD), was strongly associated with DCI. (4-5) However, there is evidence to suggest that DCI may also be the result of other mechanisms, such as cortical spreading depression or microcirculatory dysfunction, which can not be detected by TCD. (5-6) Approximately 20% of DCAB after SAB are not clinically detected or identified too late, mostly due to limited clinical assessment in severely affected comatose SAB patients. (7) The early detection of impending ischemia, which is the prerequisite for the prevention of infarcts, therefore remains a challenge.

Das EEG spiegelt sensitiv eine metabolische Verschlechterung wieder, die Folge eines verminderten zerebralen Blutflusses ist. (8–9) Es wurde gezeigt, dass EEG-Veränderungen wie eine Abflachung und ein Verlust höherer Frequenzen rasch auftreten, wenn der zerebrale Blutfluss unter 0.16–0.17 ml·g1·min1 abfällt. (10–11) Es konnte gezeigt werden, dass ein kontinuierliches EEG-Monitoring ein vielversprechender Ansatz ist, um drohende DCI bei SAB-Patienten früh nachzuweisen. (12–19) Die Powerspektralanalyse der Roh-EEG-Daten stellt eine schnelle und robuste Screeningmethode für Langzeit-EEG-Aufzeichnungen dar. (20) Während frühere Studien (15), (12) ihre Informationen aus artefaktfreien, visuell vorselektierten EEG-Clips bezogen oder nur ein 2-Kanal-EEG verwendeten, (13), war es unser Ziel, eine semiautomatische Methode zu entwickeln, um Trends im unselektierten Multikanal-EEG über mehrere Tage aufzuzeigen und zu analysieren. Hiermit wollten wir eine Echtzeitanalysemethode bieten, die auch Nicht-EEG-Experten im Alltag in die Lage versetzt, DCI-bedingte drohende Verschlechterungen verlässlich und zum frühestmöglichen Zeitpunkt zu erfassen und zu lokalisieren.The EEG sensitively reflects metabolic deterioration resulting from decreased cerebral blood flow. (8-9) It has been shown that EEG changes such as flattening and loss of higher frequencies occur rapidly when cerebral blood flow drops below 0.16-0.17 ml · g 1 · min 1 . (10-11) Continuous EEG monitoring has been shown to be a promising approach for the early detection of impending DCI in SAB patients. (12-19) Powerspectral analysis of crude EEG data provides a fast and robust screening method for long-term EEG recordings. (20) Earlier studies (15), (12) reported their information from artifact-free, visually pre-selected EEG clips (13), our goal was to develop a semiautomatic method to show and analyze trends in the unselected multichannel EEG over several days. Hereby, we wanted to provide a real-time analysis method that also enables non-EEG experts in everyday life to reliably detect and locate DCI-related threats at their earliest possible date.

Die Teilnahme an der Studie wurde allen Patienten angeboten, die zwischen November 2011 und Februar 2013 auf die neurologische Intensivstation (Neurological Intensive CaseUnit-NICO) des Universitätsklinikums Erlangen aufgenommen wurden und unter einer nicht-traumatischen SAB jeden klinischen Schweregrades litten. Die Diagnose musste durch einen CT-Scan oder, falls negativ, durch Xanthochromie des Liquors (SF) bestätigt sein. Die folgenden Einschlusskriterien mussten erfüllt sein: Alter > 18 Jahre, Symptombeginn 24 Stunden vor Aufnahme. Patienten wurden von der Studie ausgeschlossen bei angiographisch oder sonographisch nachgewiesenen Vasospasmen vor Beginn des EEG Monitorings. Die Studie wurde von der lokalen Ethikkommission befürwortet. Alle Patienten oder deren Angehörige unterzeichneten eine schriftliche Aufklärung vor Studienantritt.Participation in the study was offered to all patients enrolled in the Neurological Intensive Case Unit (NICO) at the Erlangen University Hospital between November 2011 and February 2013 and who suffered from any non-traumatic SAB of any clinical severity. The diagnosis had to be confirmed by a CT scan or, if negative, by xanthochromia of the CSF (SF). The following inclusion criteria had to be met: age> 18 years, symptom onset 24 hours before admission. Patients were excluded from the study for angiographically or sonographically proven vasospasm prior to EEG monitoring. The study was endorsed by the local ethics committee. All patients or their relatives signed a written statement before enrollment.

Alle Patienten erhielten eine diagnostische Angiographie am Tag der Aufnahme. Bei allen Patienten wurde die SAB durch eine Aneurysmablutung verursacht. Alle Aneurysmen wurden durch endovaskuläres Coiling behandelt. Bei drohender oder vorhandener Liquorzirkulationsstörung wurde eine extraventrikuläre Drainage eingebracht. Alle Patienten wurden mit Nimodipin behandelt. (22) Unsere gegenwärtige SOP schloss ein Monitoring des intrakraniellen Drucks, des systolischen, diastolischen und mittleren arteriellen Blutdruckes, der Herzfrequenz, Temperatur und Sauerstoffsättigung ein. Der neurologische Status wurde mindestens dreimal täglich von Mitarbeitern der Intensivstation erhoben. Alle Patienten erhielten transkranielle Doppler(TCD)- oder Duplexuntersuchungen (TCCS) mindestens jeden zweiten Tag. CT-Untersuchungen wurden bei klinischer Verschlechterung oder Zunahme der Dopplerfrequenzen durchgeführt.All patients received diagnostic angiography on the day of admission. In all patients, SAB was caused by aneurysmal bleeding. All aneurysms were treated by endovascular coiling. An extraventricular drainage was introduced in case of an imminent or existing CSF disturbance. All patients were treated with nimodipine. (22) Our current SOP included monitoring of intracranial pressure, systolic, diastolic and mean arterial blood pressure, heart rate, temperature and oxygen saturation. Neurological status was assessed at least three times daily by ICU staff. All patients received transcranial Doppler (TCD) or duplex (TCCS) scans at least every other day. CT examinations were performed with clinical deterioration or increase in Doppler frequencies.

Relevante Vasospasmen wurden diagnostiziert mittels TCD (definiert als systolische Spitzenfrequenzen über 4 kHz) oder TCCS (definiert als Flussgeschwindigkeiten > 200 cm/s oder einer Zunahme von > 50 cm/s in 24 Stunden in Übereinstimmung mit den Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Neurologie) oder mittels Angiographie. Die klinischen Kriterien von DCI waren ein neues fokal-neurologisches Defizit, welches nicht durch andere Umstände wie eine Zunahme des intrakraniellen Druckes oder eine Nachblutung verursacht waren.Relevant vasospasm was diagnosed by TCD (defined as systolic peak frequencies above 4 kHz) or TCCS (defined as flow rates> 200 cm / s or an increase of> 50 cm / s in 24 hours in accordance with the guidelines of the German Neurological Society) or by angiography. The clinical criteria of DCI were a new focal neurological deficit that was not caused by other conditions such as an increase in intracranial pressure or rebleeding.

Im Falle relevanter Vasospasmen oder DCI, wurde eine Triple H Therapie (Hypervolämie, Hypertension, Hämodilution) begonnen. (23) Bei Persistenz der neurologischen Defizite, erhielten die Patienten eine interventionelle Angiographie und wurden mittel chemischer Vasospasmolyse oder Ballonangioplastie behandelt. (24–25) In the case of relevant vasospasms or DCI, a triple H therapy (hypervolemia, hypertension, hemodilution) was started. (23) In persistence of neurological deficits, patients received interventional angiography and were treated by chemical vasospasmolysis or balloon angioplasty. (24-25)

Das EEG Monitoring wurde innerhalb der ersten 48 Stunden nach Aufnahme begonnen und für maximal 12 Tage aufrecht erhalten, jedoch früher unterbrochen, falls der Patient von der Intensivstation entlassen wurde oder auf Wunsch der Patienten oder der Angehörigen. Wir verwendeten Oberflächen-Napfelektroden, fixiert mit Kollodium. Wir beschränkten das EEG auf eine limitierte Anzahl von 10 Elektroden, angebracht nach dem internationalen 10-20-System: C3/C4, P3/P4, O2/O1, T3/T4, F3/F4 (alternativ, wenn unvermeidbar wegen Kopfverbänden F5/6 anstelle von F3/F4). Vereinfachte EEG-Montagen sind weit verbreitet und werden erfolgreich eingesetzt für EEG-Monitorings unter Intensivstationsbedingungen, obgleich generelle Empfehlungen bezüglich der optimalen Montage und Elektrodenanzahl noch fehlen. (26), (13), (12) Unser Ziel war ein Kompromiss zwischen stabilem Aufrechterhalten der Aufzeichnung und Abdeckung aller vaskulären Territorien. Die EEG-Daten wurden digitalisiert mit einer Abtastrate von 256 Hz und mit einem Hochpassfilter von 0,08 Hz und einem Tiefpassfilter von 86 Hz. Wir verwendeten eine bipolare Montage (F4-C4, T4-P4, P4-O2; F3-C3, T3-P3, P3-O1), unter der Hypothese, dass F4-C4 (F3-C3) und T4-P4 (T4-P3) das Anterior- und Mediastromgebiet repräsentieren während P4-O2 (P3-O1) Veränderungen in der hinteren Zirkulation einfangen.EEG monitoring was started within the first 48 hours of admission and maintained for a maximum of 12 days, but interrupted earlier if the patient was discharged from the intensive care unit or at the request of the patient or relative. We used surface cup electrodes, fixed with collodion. We restricted the EEG to a limited number of 10 electrodes, attached to the international 10-20 system: C3 / C4, P3 / P4, O2 / O1, T3 / T4, F3 / F4 (alternatively, if unavoidable because of head dressings F5 / 6 instead of F3 / F4). Simplified EEG montages are widely used and successfully used for EEG monitoring under intensive care conditions, although general recommendations regarding optimal assembly and number of electrodes are still lacking. (26), (13), (12) Our goal was a compromise between stably maintaining record and coverage of all vascular territories. The EEG data was digitized with a sampling rate of 256 Hz and a 0.08 Hz high pass filter and a low pass filter of 86 Hz. We used a bipolar mount (F4-C4, T4-P4, P4-O2, F3-C3, T3-P3, P3-O1), hypothesized that F4-C4 (F3-C3) and T4-P4 (T4-P3) represent the anterior and medial canal area during P4-O2 (P3-O1) changes in the posterior Capture circulation.

Für die Durchführung einer verlässlichen semiautomatischen qEEG-Analyse ist eine automatisierte Artefaktbereinigung essentiell. Um dies zu erreichen verwendeten wir eine standardisierte und effiziente Technik, die in früheren Arbeiten detailliert beschrieben und evaluiert ist. (20, 27)To perform a reliable semi-automatic qEEG analysis, automated artifact cleansing is essential. To achieve this, we used a standardized and efficient technique that has been described and evaluated in detail in previous work. (20, 27)

Das verbleibende Roh-EEG-Signal durchlief eine Kurzzeit-Fourier Transformation von je zwei Sekunden Dauer mit einer 50%igen Überlappung benachbarter Epochen. Die Frequenzverteilung in jeder Epoche wurde indentifiziert, was es ermöglichte, die Powerwerte in folgenden Frequenzbändern zu bestimmen: Delta 0.5–3.5 Hz, Theta 4–7.5 Hz, Alpha 8–12 Hz, Beta 12.5–22 Hz. Der Median jeder Minute an Powerwerten in diesen Frequenzbändern sowie das Alpha-Delta-Verhältnis wurden getrennt berechnet um so eine lineare Zeitreihe für die weitere Analyse zu produzieren.The remaining raw EEG signal went through a two second short-term Fourier transform with a 50% overlap of adjacent epochs. The frequency distribution in each epoch was identified, which allowed the power values in the following frequency bands to be determined: delta 0.5-3.5 Hz, theta 4-7.5 Hz, alpha 8-12 Hz, beta 12.5-22 Hz. The median of each minute of power values in these frequency bands and the alpha-delta ratio were calculated separately to produce a linear time series for further analysis.

Alle EEG-Kanäle unterliegen gemeinsamen Schwankungen aufgrund globaler Effekte wie Änderungen des intrakraniellen Drucks, Tiefe von Sedierung und Analgesie oder circadianem Rhythmus. Um fokale Veränderungen zu demaskieren, welche wir postulieren, Korrelate von drohender DCI zu sein, waren verschiedene Prozeduren nötig.All EEG channels are subject to common variations due to global effects such as changes in intracranial pressure, depth of sedation and analgesia or circadian rhythm. In order to unmask focal changes that we posit to be correlates of impending DCI, several procedures were needed.

Weil alle Kanäle in ihrer Power über die Zeit in hohem Maße mit einander korrelieren (R > 0.92, p < 0.001 für jede Kombination an Kanälen) – wenngleich sie verschiedene Powerniveaus haben – etablierten wir eine Trendbereinigungsprozedur, die gemeinsame Schwankungen eliminierte und regionale Powerabfälle aufdeckte.Because all channels in their power are highly correlated with each other over time (R> 0.92, p <0.001 for each combination of channels) - even though they have different power levels - we established a trend cleanup procedure that eliminated common variations and uncovered regional power drops.

Zunächst wurde jeder mediane Ein-Minuten-Powerwert durch den Median aller 1-Minuten-Powerwerte desselben Kanals über 24 Stunden EEG-Aufzeichnung geteilt für die Normalisierung. Als zweites folgte die Trendbereinigung. Hierfür wurde der Median aller normalisierten Powerwerte der 6 Kanäle zu je einem Zeitpunkt berechnet, um so den normalisierten gemeinsamen Trend aller Kanäle zu generieren. Jeder einzelne Kanal wurde dann durch den gemeinsamen Trend geteilt um gemeinsame Schwankungen zu eliminieren und fokale Veränderungen zu betonen.First, each median one-minute power value was divided by the median of all 1-minute power values of the same channel over 24-hour EEG recording for normalization. Second, the trend adjustment followed. For this purpose, the median of all normalized power values of the 6 channels was calculated at one point in time in order to generate the normalized common trend of all channels. Each channel was then shared by the common trend to eliminate common variations and emphasize focal changes.

Um fokale EEG-Veränderungen im Zeitverlauf ab Tag Zwei des Monitorings zu detektieren, wurde der Median von je 60 normalisierten und trendbereinigten einminütigen Powerwerten pro Stunde und in jedem Kanal verglichen mit dem Median der normalisierten und trendbereinigten Powerwerte desselben Kanals der Baselineperiode. Die Baseline wurde definiert als minimal 6 und maximal 12 Stunden ununterbrochener EEG-Aufzeichnung innerhalb der ersten 24 Stunden des EEG-Monitoring, in der Annahme, dass in dieser Zeit noch keine Vasospasmen oder DCI vorliegen.In order to detect focal EEG changes over time from day two of the monitoring, the median was 60 normalized and trimmed one minute powers per hour and in each channel compared to the median of the normalized and trend adjusted power values of the same channel of the baseline period. The baseline was defined as a minimum of 6 and a maximum of 12 hours of uninterrupted EEG recording within the first 24 hours of EEG monitoring, assuming that there are no vasospasms or DCI present at this time.

Wir korrelierten qEEG-Veränderungen jedes Patienten individuell mit Vasospasmen oder DCI, welche durch TDC/TCCS oder CT/MRT nachgewiesen wurden. Um die Stärke der Assoziation zwischen qEEG-Veränderungen und DCI zu berechnen, wendeten wir receiver Operator characteristics (ROC) an, wobei wir jede Hemisphäre getrennt betrachteten. Um die Aussagekraft der Höhe und Dauer der EEG-Power-Abnahme zu erforschen, erhoben wir die Sensitivität und Spezifität für verschiedene Powerabnahme-Szenarien, von 10 bis 100% und andauernd minimal 1 bis maximal 8 Stunden. Um die optimale Schwelle auf der ROC-Kurve zu definieren, berechneten wir den Youden Index (J), eine Funktion der Sensitivität und Spezifität (28). Der Youden Index bietet den optimalen Cut-Off für die Differenzierungsstärke eines Markers, wenn Sensitivität und Spezifität gleich gewichtet werden. Er bewegt sich zwischen 0 und 1, wobei Werte nahe 1 die Effektivität des Marker illustrieren.We correlated each patient's qEEG changes individually with vasospasm or DCI detected by TDC / TCCS or CT / MRI. To calculate the strength of the association between qEEG changes and DCI, we used receiver operator characteristics (ROC), looking at each hemisphere separately. In order to explore the validity of the level and duration of EEG power depletion, we assessed the sensitivity and specificity for various power-draw scenarios, from 10 to 100%, and consistently a minimum of 1 to a maximum of 8 hours. To the optimum threshold on the ROC curve We calculated the Youden Index (J), a function of sensitivity and specificity (28). The Youden index provides the optimal cut-off for the differentiation strength of a marker, if sensitivity and specificity are weighted equally. It moves between 0 and 1, with values near 1 illustrating the effectiveness of the marker.

Von 22 aufeinander folgenden SAB-Patienten, die während der Studienphase aufgenommen wurden, erfüllten 12 die Einschlusskriterien und wurden eingeschlossen. 5 Patienten waren sediert und maschinell beatmet während des gesamten EEG-Monitorings, 7 Patienten waren wach und spontan atmend.Of 22 consecutive SAB patients enrolled during the study phase, 12 met the inclusion criteria and were included. 5 patients were sedated and mechanically ventilated during the entire EEG monitoring, 7 patients were awake and spontaneously breathing.

Fünfzig Prozent (N = 6) der Patienten entwickelten Vasospasmen (Tabelle 2). Das Media (MCA)- und Anteriorstromgebiet (ACA) waren am häufigsten betroffen. Isolierte Vasospasmen der Arteria cerebri posterior (PCA) und Arteria basilaris (BA) traten nicht auf. Bei zwei Patienten führten Vasospasmen zu Infarkten, sichtbar mittels CT/MRT. Einer dieser Patienten verstarb als Folge eines kompletten Media- und Anteriorinfarktes.Fifty percent (N = 6) of the patients developed vasospasms (Table 2). The media (MCA) and anterior stromal areas (ACA) were most commonly affected. Isolated vasospasm of the posterior cerebral artery (PCA) and basilar artery (BA) did not occur. In two patients, vasospasm led to infarcts, visible by CT / MRI. One of these patients died as a result of a complete media and anterior infarction.

Abnahmen der totalen Alpha- und Thetapower zeigten die stärkste Assoziation mit Vasospasmen/DCI (Youden Index J = 0.79 Stichpunkt; Tabelle 3). In beiden Frequenzbändern markierte eine Powerabnahme von 40% die optimale Schwelle. Die Dauer der Powerabnahme welche die höchste Signifikanz aufwies, differierte leicht; für Alpha lag sie bei fünf Stunden, für Theta bei 6 Stunden.Decreases in total alpha and theta capacity showed the strongest association with vasospasms / DCI (Youden Index J = 0.79 point, Table 3). In both frequency bands a power decrease of 40% marked the optimal threshold. The duration of the power decrease, which had the highest significance, differed slightly; it was five hours for alpha and six hours for theta.

Der optimale kombinierte Cut-Off für Powerabfall und Dauer erwies sich als hochsensitiv (100%) bei einer Spezifität von 78% für beide Frequenzbänder (Tabelle 3). Veränderungen im Betaband zeigten eine niedrigere Korrelation mit Vasospasmen (DCI, vermutlich aufgrund der Kontamination mit Muskelartefakten. Die schwächste Korrelation existierte zwischen DCI und Schwankungen der Delta-Power.The optimal combined cut-off for power loss and duration proved to be highly sensitive (100%) with a specificity of 78% for both frequency bands (Table 3). Changes in the beta band showed a lower correlation with vasospasms (DCI, presumably due to contamination with muscle artifacts.) The weakest correlation existed between DCI and delta power variations.

Folglich wies das Alpha-Delta-Verhältnis nur eine mäßige Korrelation mit Vasospasmen/DCI auf (Sensitivität 62.5%, Spezifität 85.7%). In 5 von 6 Fällen, gingen die EEG Veränderungen dem Vasospamen-/DCI-Nachweis mittels TCD oder CCT/MRT voraus. Bei Patient 2, ging der TCD-Vasospasmennachweis dem EEG-Powerabfall um 4 Tage voraus. Im Mittel traten EEG-Powerabnahmen 2, 3 Tage früher auf (SD 3,3, Bereich 2.5) als der Nachweis von Vasospasmen/DCI im TCD/TCCS oder CCT/MRT.Consequently, the alpha-delta ratio showed only a moderate correlation with vasospasms / DCI (sensitivity 62.5%, specificity 85.7%). In 5 out of 6 cases, EEG changes preceded vasospamen / DCI detection by TCD or CCT / MRI. In Patient 2, TCD vasospasm detection was 4 days ahead of EEG power loss. On average, EEG power decreases occurred 2-3 days earlier (SD 3.3, area 2.5) than detection of vasospasm / DCI in TCD / TCCS or CCT / MRI.

Bei Patient 10 fiel die Alpha-Power signifikant in der linken PCA-Region über 31 Stunden ohne Nachweis von Vasospasmen/DCI im TCD/TCCS oder CCT/MRT. Visuelle Inspektion des Original-EEG zu der Zeit zeigte eine fokale Verlangsamung und eine Amplitudenabflachung ohne Artefakte, die das EEG verschleiert hätten. Patient 12 wies ubiquitär beschleunigte Flussgeschwindigkeiten im TCD/TCCS am Tag 4 auf (Tabelle 2), welche das EEG nicht wiederspiegelte. Der Patient, indes, entwickelte keine DCI und erholte sich ohne neurologische Defizite. Zudem litt der Patient unter einer Anämie mit Hämoglobinwerten, die ab Tag 4 nach Symptombeginn unter 100 g/l fielen und sich erst an Tag 13 erholten, parallel zu den TCCS-Veränderungen. Wir betrachteten daher die Anämie als ursächlich für die TCCS-Flussbeschleunigung, während wir die Annahme ubiquitärer kritischer Vasospasmen, welche nicht zu Infarkten oder neurologischen Defiziten führten, uns weniger plausibel erschien.In patient 10, the Alpha-Power dropped significantly in the left PCA region for 31 hours without evidence of vasospasm / DCI in TCD / TCCS or CCT / MRI. Visual inspection of the original EEG at that time revealed focal slowing and amplitude flattening without artifacts obscuring the EEG. Patient 12 exhibited ubiquitously accelerated flow rates in TCD / TCCS on day 4 (Table 2), which did not reflect the EEG. The patient, however, did not develop DCI and recovered without neurological deficits. In addition, the patient had hemolytic anemia with hemoglobin levels that dropped below 100 g / l from day 4 after symptom onset and did not recover until day 13, in parallel with TCCS changes. We therefore considered anemia to be the cause of TCCS flux acceleration, while we found the assumption of ubiquitous critical vasospasms, which did not lead to infarcts or neurological deficits, to be less plausible.

Patient 9 wies eine ausgeprägte Alphapowerabnahme bilateral auf, die an Tag 3 begann. TCD detektierte Vasospasmen in der rechten MCA an Tag 7. Während des ganzen Monitorings wurden keine Vasospasmen auf der linken Seite gesehen. Während sich die Alphapower der rechten Hemisphäre in den folgenden Tagen erholte, fiel sie in allen Kanälen der linken Seite weiter ab. CCT und MRT an Tag 10 zeigten einen kompletten Infarkt im linken Anterior- und Mediastromgebiet, was zum Tod des Patienten führte.Patient 9 had a pronounced alpha decrease bilaterally, starting on day 3. TCD detected vasospasm in the right MCA on day 7. During the entire monitoring, no vasospasm was seen on the left side. While the Alphapower of the right hemisphere recovered in the following days, it continued to fall in all channels on the left side. CCT and MRI on day 10 showed complete infarction in the left anterior and medial canal area, resulting in death of the patient.

Das Ziel der Studie war, eine automatische, beobachterunabhängige, EEG-basierte Methode zu entwickeln zur Identifizierung drohender Infarkte bei SAB-Patienten. Um klinische Anwendbarkeit zu gewährleisten, wandten wir einen neuen EEG-Algorithmus an, der auf kontinuierlichem EEG-Monitoring basiert ohne visuelle Vorselektion spezifischer EEG-Abschnitte. In diesem Setting zeigte eine 40%ige Abnahme der Alpha- und Theta-Power die länger als 5 bzw. 6 Stunden anhielt eine starke Assoziation mit Vasospasmen/DCI und konnte diese Komplikation 2, 3 Tage vor dem Nachweis durch andere Methoden wie TCD in der Mehrzahl der Fälle voraussagen.The aim of the study was to develop an automated, observer-independent, EEG-based method to identify impending infarcts in SAB patients. To ensure clinical applicability, we applied a new EEG algorithm based on continuous EEG monitoring without visual preselection of specific EEG sections. In this setting, a 40% decrease in alpha and theta power lasting longer than 5 and 6 hours, respectively, showed a strong association with vasospasms / DCI and was able to complete this complication 2, 3 days before detection by other methods such as TCD in the Predict most cases.

Der Ansatz stellte jedoch auf verschiedene Arten eine Herausforderung dar. Erstens ist das Aufrechterhalten eines hochqualitativen EEG-Monitorings über mehrere Tage und den Bedingungen einer Intensivstation schwierig und arbeitsaufwendig. (29) Zweitens ist es unvermeidbar, dass EEG-Ableitungen auf der Intensivstation von verschiedenen Artefakten kontaminiert werden, und drittens reagiert das EEG sensitiv aber unspezifisch auf unterschiedliche systemische Veränderungen, die es dem EEG schwermachen, DCI von anderen Faktoren, wie metabolischen Veränderungen, Veränderungen des intrakraniellen Druckes oder Sedierungseffekten zu unterscheiden (30–31). Wir versuchten diesen Schwierigkeiten zu begegnen, indem wir eine reduzierte und dennoch multikanal-Montage verwendeten, die über mehrere Tage mit vertretbarem Aufwand aufrecht erhalten werden konnte und dennoch in der Lage war, fokale Veränderungen verlässlich zu erfassen. Zudem implementierten wir eine effiziente automatische Artefakteliminierung, die bereits ausführlich in vorigen Studien evaluiert wurde (20, 27).However, the approach has been challenging in several ways. First, maintaining high quality EEG monitoring over several days and intensive care conditions is difficult and laborious. (29) Secondly, it is inevitable that EEG leads in the ICU are contaminated by various artifacts, and third, the EEG sensitively but nonspecifically responds to various systemic changes that make the EEG difficult to DCI other factors, such as metabolic changes, changes in intracranial pressure, or sedation effects (30-31). We tried to overcome these difficulties by using a reduced yet multichannel assembly that could be sustained over several days at a reasonable cost and yet able to reliably detect focal changes. In addition, we implemented an efficient automatic artifact elimination that has been extensively evaluated in previous studies (20, 27).

Dies ermöglichte die unverzerrte Analyse von Veränderungen im Alpha-, Theta-, und Deltaband. Es war jedoch unmöglich, automatisch zwischen Betaaktivität und Muskelartefakten zu differenzieren, was zu geringer Brauchbarkeit der Betaschwankungen führte. Der Schlüssel zur Unterscheidung von DCI und anderweitig verursachten EEG-Veränderungen war die Betrachtung von Vasospasmen als vornehmlich fokale Ereignisse, (32–33) während die meisten anderen Ereignisse die sich im EEG von Intensivpatienten niederschlagen, globale Veränderungen verursachen. Durch die Trendbereinigung werden generalisierte Schwankungen von der weiteren Analyse ausgeschlossen, wodurch fokale Veränderungen im EEG sichtbar gemacht werden. Ein theoretischer Nachteil dieses Ansatzes könnte der fehlende Nachweis von globalen Veränderungen sein, von denen nicht mit Sicherheit ausgesagt werden kann, dass sie nicht ebenfalls durch die SAB verursacht werden. DCI waren in 5 von 6 Patienten unserer Kohorte jedenfalls klar beschränkt auf ein oder zwei angrenzende arterielle Stromgebiete, und konnten so gut vom Algorithmus erfasst werden. Ein Patient wies ubiquitär erhöhte Flussgeschwindigkeiten im TCD/TCCS auf, die mit höherer Wahrscheinlichkeit auf eine Anämie zurückzuführen waren (34–36) als auf generalisierte Vasospasmen. Zudem entwickelte der Patient keine Infarkte oder neurologische Defizite. Das EEG war nicht anfällig gegenüber dieser speziellen Fehlerquelle und war somit dem TCCS hier überlegen.This allowed the undistorted analysis of changes in the alpha, theta, and delta bands. However, it was impossible to automatically differentiate between beta activity and muscle artifacts, resulting in low usability of beta fluctuations. The key to distinguishing DCI and other induced EEG changes has been the observation of vasospasms as primarily focal events, (32-33) while most other events that are reflected in the intensive care patient EEG cause global changes. Due to the trend adjustment, generalized fluctuations are excluded from the further analysis, whereby focal changes in the EEG are made visible. A theoretical disadvantage of this approach could be the lack of evidence of global changes that can not be predicted with certainty that they are not also caused by the SAB. In any case, in 5 of 6 patients in our cohort, DCI was clearly confined to one or two adjacent arterial flow areas, and could be so well captured by the algorithm. One patient had ubiquitously increased flow rates in TCD / TCCS, which were more likely to be due to anemia (34-36) than to generalized vasospasm. In addition, the patient developed no infarction or neurological deficits. The EEG was not susceptible to this particular source of error and was therefore superior to the TCCS here.

Um ein verlässlicher Marker für DCI zu sein, musste die Alpha- und Theta-Powerabnahme über eine bestimmte Zeit anhalten. Die optimale Cut-off-Dauer war für Alpha etwas kürzer als für Theta. Dementsprechend scheint Alpha der zu bevorzugende Parameter sowohl bei wachen als auch bei komatösen Patienten zu sein. In unserer Kohorte waren physiologische Schwankungen wie Schlaf-Wach-Muster (inklusive Alphagrundrhythmus) symmetrisch in ihrem Auftreten, sie fielen zumindest teilweise unter die Trendbereinigung und blieben so unterhalb der Powerschwelle, die mit Vasospasmen/DCI assoziiert war. Die Methode scheint daher für weniger schwer betroffene, wache Patienten ebenso anwendbar wie schwer betroffene SAB-Patienten.To be a reliable marker for DCI, alpha and theta power had to be held for a certain amount of time. The optimal cut-off duration was slightly shorter for alpha than for theta. Accordingly, alpha appears to be the preferred parameter in both conscious and comatose patients. In our cohort, physiological variations such as sleep-wake patterns (including alpha rhythm) were symmetrical in their appearance, at least partially below trend trimming, below the power threshold associated with vasospasms / DCI. The method therefore seems to be as applicable for less severely affected awake patients as severely affected SAB patients.

Ein Patient in unserer Kohorte ohne Vasospasmen-/DCI-Nachweis im TCD und Bildgebung wies eine signifikante links okzipitale Alphaabnahme auf, die dem Studienprotokoll zufolge als falsch positiv interpretiert werden musste. Da die Thetapower bei diesem Patienten ebenfalls abfiel, wäre eine alternative Erklärung, dass das sensitive EEG eine verminderte kortikale Perfusion als Zeichen einer drohenden DCI in diesem Areal korrekt identifizierte, therapeutische Maßnahmen oder der natürliche Verlauf der Erkrankung jedoch verhinderten, dass sich das Perfusionsdefizit sich zu einer bleibenden und schwereren DCI entwickelte, welche sich auch in anderen diagnostischen Verfahren niedergeschlagen hätte.One patient in our cohort without vasospasm / DCI detection in TCD and imaging had a significant left occipital alpha decrease, which according to the study protocol had to be interpreted as false positive. Since thetapower also decreased in this patient, an alternative explanation would be that the sensitive EEG correctly identified diminished cortical perfusion as a sign of impending DCI in this area, but therapeutic measures or the natural course of the disease prevented the perfusion deficit from increasing developed a permanent and more severe DCI, which would have been reflected in other diagnostic procedures.

Unerwarteter Weise, zeigten Deltapowerveränderungen und das Alpha-Delta-Power-Verhältnis nur eine schwache bis mäßige Korrelation mit Vasospasmen in unserer Kohorte. Dies erscheint auf den ersten Blick widersprüchlich zu anderen Studien. Claassen und seine Mitarbeiter sahen eine hohe Wahrscheinlichkeit für Patienten mit einem Alpha-Delta-Power-Verhältnis, welches um mehr als 10% in 6 auf einander folgenden Messungen oder um mehr als 50% in einer einzelnen Aufnahme abfiel, DCI zu entwickeln. (15) Stuart et al. beschrieben ebenfalls das Alpha-Delta-Power-Verhältnis als prädiktivsten Marker für DCI im intracorticalen EEG. (14) Eine mögliche Erklärung für die divergenten Befunde könnte eine Hypothese sein, die von Machado et al. (37) vertreten wird, der qEEG bei Patienten mit Mediainfarkten anwendete und herausfand, dass Deltapoweranstiege im ischämischen Zentrum auftraten, während gefährdetes Gewebe, die Penumbra und das Umgebungsödem durch Alpha- und Thetaveränderungen charakterisiert waren. Entsprechend markiert der Alphaabfall in unserer Studie einen frühen Zeitpunkt, wenn die Perfusion unter ein kritisches Niveau abfällt und gefährdetes Gewebe erzeigt, jedoch noch keine bleibende Ischämie. Diese These wird durch Patient 3 gestützt, der im Verlauf der Erkrankung einen Infarkt entwickelte.Unexpectedly, delta power changes and the alpha-delta-power ratio showed only a weak to moderate correlation with vasospasms in our cohort. At first glance, this seems contradictory to other studies. Claassen and his colleagues saw a high probability of developing patients with an alpha-delta-power ratio that declined by more than 10% in 6 consecutive measurements or by more than 50% in a single shot to develop DCI. (15) Stuart et al. also described the alpha-delta-power ratio as the most predictive marker of DCI in the intracortical EEG. (14) One possible explanation for the divergent findings could be a hypothesis raised by Machado et al. (37), who used qEEG in patients with median infarctions and found that delta power increases occurred in the ischemic center, while endangered tissue, penumbra, and environmental edema were characterized by alpha and theta changes. Similarly, alpha in our study marks an early point in time when perfusion drops below a critical level and produces endangered tissue but no permanent ischemia. This thesis is supported by patient 3, who developed an infarct during the course of the disease.

Die Deltapower stieg zwei Tage nach dem Alphaabfall an, wahrscheinlich als Ausdruck der nun irreversiblen Ischämie (4). In diesem Zusammenhang könnte das Alpha-Delta-Power-Verhältnis einen wertvollen Parameter zur Prognoseabschätzung und Vorhersage des funktionellen Outcomes des Patienten darstellen, während die Alphapower der überlegen Parameter sein könnte um Infarkte durch Gegenmaßnahmen noch zu verhindern.The delta power increased two days after the alpha decrease, probably as an expression of now irreversible ischemia ( 4 ). In this context, the alpha-delta-power ratio could be a valuable parameter for predicting and predicting the patient's functional outcome, while alpha power could be the superior parameter to prevent infarction by countermeasures.

Claassen und seine Mitarbeiter beschrieben eine starke Korrelation zwischen einem Abfall des Alpha-Delta-Power-Verhältnisses und DCI (Sensitivität 100%, Spezifität 76%), wobei sie visuell vorselektierte, artefaktfreie Clips durch EEG-Experten auswerten ließen (15). Claassen and his co-workers described a strong correlation between a drop in the alpha-delta-power ratio and DCI (100% sensitivity, 76% specificity), with EEG experts evaluating visually pre-selected, artifact-free clips (15).

Unser Ansatz führt eine automatisierte Technik ein, die nicht die Anwesenheit eines EEG-Experten voraussetzt um das EEG zu selektieren und analysieren und die daher geeignet ist für die tägliche Anwendung durch das Personal der Intensivstation. Vespa et al. wählten eine ähnliche Herangehensweise und identifizierten die relative Alphavariabilität (RA) als am sensitivsten um drohende Ischämien anzuzeigen. (12) Wenngleich hochsensitiv, reagierte die RA nicht exklusiv auf Vasospasmen/DCI sondern fiel signifikant als Folge verschiedenster anderer Vorkommnisse, z. B. Anstieg des intrakraniellen Druckes oder Hemiation, was eine niedrige Spezifität (50%) nach sich zog. Labar et al. verwendeten ein 2-Kanal-EEG und verglichen totale Powerveränderungen, indem sie stabile EEG-Trends von Tag zu Tag und links versus rechts gegeneinander auftrugen. (13) Um als stabil angesehen zu werden, musste ein Trend in dieser Studie 24 Stunden anhalten. Der Algorithmus unserer Studie erwies schon eine fokale Alphapowerabnahme über fünf Stunden als hochsensitiv und -spezifisch für Vasospasmen/DCI.Our approach introduces an automated technique that does not require the presence of an EEG expert to select and analyze the EEG and is therefore suitable for daily use by ICU staff. Vespa et al. chose a similar approach and identified relative alpha variability (RA) as the most sensitive indicator of impending ischemia. (12) Although highly sensitive, RA did not respond exclusively to vasospasms / DCI but fell significantly as a result of various other events, e.g. Increase in intracranial pressure or hemiation, resulting in low specificity (50%). Labar et al. used a 2-channel EEG and compared total power changes by applying stable EEG trends from day to day and left versus right against each other. (13) To be considered stable, a trend in this study had to last for 24 hours. The algorithm of our study has already shown a focal alpha decrease over five hours as highly sensitive and specific for vasospasm / DCI.

Unsere Studie hat verschiedene Limitationen. Erstens limitiert die geringe Anzahl an Patienten die statistische Power der Ergebnisse. Die Ergebnisse müssen daher in größeren Kohorten bestätigt werden. Eine weitere Restriktion des Algorithmus ist die Notwendigkeit einer vasospasmenfreien Baseline EEG. Die Methode wurde daher nicht bei Patienten angewendet, die später im Verlauf ihrer Erkrankung in unsere Klinik aufgenommen wurden, bei bereits bestehenden Vasospasmen.Our study has several limitations. First, the small number of patients limits the statistical power of the results. The results must therefore be confirmed in larger cohorts. Another restriction of the algorithm is the need for a vasospasm-free baseline EEG. The method was therefore not used in patients who were admitted to our clinic later in the course of their illness, with existing vasospasm.

Zusammenfassend führt unsere Studie einen automatisierten, leicht anwendbaren, untersucherunabhängigen, verlässlichen und robusten Algorithmus zur Detektion drohender Ischämien bei SAB-Patienten ein, welche früh genug erfolgen kann, um Gegenmaßnahmen zu ergreifen, die Infarkte möglicherweise noch verhindern können. Der Echt-Zeit-Charakter der Methode schafft im Kontrast zu etablierten Verfahren wie TCD oder Bildgebung die Basis für ein EEG-basiertes Alarmsystem, das ein hohes Potential aufweist, das funktionelle Outcome von SAB-Patienten zu verbessern.In summary, our study introduces an automated, easy-to-use, investigator-independent, reliable, and robust ischemia-detecting algorithm for SAB patients, which can be done early enough to take countermeasures that may still prevent infarction. In contrast to established methods such as TCD or imaging, the real-time nature of the method provides the basis for an EEG-based alarm system with a high potential for improving the functional outcome of SAB patients.

Figurenbeschreibung:Brief Description:

3 – Korrelation der Alpha-Power, TCD und Bildgebung: Patient 9, SAH III°, Aneurysmus der Arteria communicans anterior; A. TCD-Darstellung eines kritischen Vasospasmus der rechten MCA anTag 7–10; keine Frequenzzunahme im linken MCA; B. EEG Alpha-Power: deutliche Abnahme der Aplha-Power in allen Kanälen an Tag 3 und 4 (schwarzer Pfeil); Erholung der Alpha-Power in den Kanälen T4P4 und F8C4 an Tag 6/7 (grauer Peil); keine Erholung in T3P3/F7C3; C. CCT und D. Perfusion-gewichtete MRT an Tag 10 zeigt einen vollständigen Infarkt des linken ACA- und MCA-Gebiets (CCT und MRT mit freundlicher Genehmigung von A. Doerfler, MD, Neuroradiologische Abteilung, Universitätsklinikum Erlangen) 3 - Correlation of Alpha Power, TCD and Imaging: Patient 9, SAH III °, aneurysm of the anterior communicating artery; A. TCD plot of critical vasospasm of right MCA on day 7-10; no frequency increase in the left MCA; B. EEG Alpha Power: significant decrease in aplha power in all channels on days 3 and 4 (black arrow); Recovery of alpha power in channels T4P4 and F8C4 on day 6/7 (gray bearing); no recovery in T3P3 / F7C3; C. CCT and D. Perfusion-weighted MRI on day 10 shows complete infarction of the left ACA and MCA area (CCT and MRI courtesy of A. Doerfler, MD, Department of Neuroradiology, University Hospital Erlangen)

4 – Alpha- und Delta-Power während verschiedener Ischämie-Zustände: Patient 3, SAH III°, Aneurysmus der Arteria communicans anterior. A. Kritischer Vasospasmus in der linken und rechten ACA an Tag 9, erfasst mittels TCD, B. Abnahme der Alpha-Power an Tag 4 und 5 in F8C4 und F7C3 (schwarzer Pfeil), keine relevanten EEG-Änderungen in T4P4 und T3P3; C. Zunahme der Delta-Power in F8C4 und F7C3 an Tag 7/8 (grauer Pfeil), D. moderate Abnahme des Alpha/Delta-Verhältnisses ab Tag 6 (schwarzer Pfeil). 4 Alpha and delta power during various ischemic conditions: patient 3, SAH III, aneurysm of the anterior communicating artery. A. Critical vasospasm in the left and right ACA on day 9, detected by TCD, B. Decrease in alpha power on days 4 and 5 in F8C4 and F7C3 (black arrow), no relevant EEG changes in T4P4 and T3P3; C. Increase in delta power in F8C4 and F7C3 on day 7/8 (gray arrow), D. moderate decrease in alpha / delta ratio from day 6 (black arrow).

5 – Statistische Analyse (ergänzendes Material): Youden Index (J) für verschiedene Frequenzbänder. Prozentanteil der Power-Abnahme (y-Achse) angetragen gegen die Dazer der Power-Zunahmein Stunden (x-Achse). Youden Index wiedergegeben durch Grauwerte, entsprechend dem rechts dargestellten Balken. Hohe J-Werte, dargestellt durch helle Grauwerte implizieren eine starke Korrelation. Beste Ergebnisse wurden im Alpha-Band (J = 0.79; optimale Schwelle 40%-Abfall, 5 Stunden Dauer) und im Theta-Band (J = 0.79; optimale Schwelle 40%-Abfall, 6 Stunden Dauer). Änderungen in Beta, Delta und dem Alpha-Delta-Verhältnis waren weniger sensitiv und spezifisch für DCI (Beta: J = 0.59; Delta: J = 0.34, Alpha-Delta Verhältnis: J = 0.48). ROC-Kurve für variierende Power-Abnahmewerte und feste Dauer (5 Stunden); für AUC-Werte siehe Tabelle 3. 5 - Statistical analysis (supplementary material): Youden index (J) for different frequency bands. Percentage of power decrease (y-axis) plotted against the Dazer's power increase in hours (x-axis). Youden index rendered by gray scale, according to the bar shown on the right. High J values, represented by bright gray values, imply a strong correlation. Best results were in the alpha band (J = 0.79, optimal threshold 40% drop, 5 hours duration) and in the theta band (J = 0.79, optimal threshold 40% drop, 6 hours duration). Changes in beta, delta, and alpha-delta ratios were less sensitive and specific for DCI (beta: J = 0.59, delta: J = 0.34, alpha-delta ratio: J = 0.48). ROC curve for varying power acceptance values and fixed duration (5 hours); for AUC values see Table 3.

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Tabellen 1 bis 3: Table 1: Patienten Merkmale

Figure DE102013015427A1_0002
Tables 1 to 3: Table 1: Patient characteristics
Figure DE102013015427A1_0002

Tabelle 2: Identifikation und Lokalisierung von Vasospasmen/DCI durch verschiedene Modalitäten (qEEG, TCD, CCT/MRT)

Figure DE102013015427A1_0003
Table 2: Identification and localization of vasospasm / DCI by different modalities (qEEG, TCD, CCT / MRI)
Figure DE102013015427A1_0003

Table 3: Zusammenhang zwischen der Abnahme der qEEG-Power und Vasospasmen/DCI

Figure DE102013015427A1_0004
Table 3: Relationship between the decrease in qEEG power and vasospasms / DCI
Figure DE102013015427A1_0004

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
EEG-GerätEEG machine
33
Steuerrechnertax calculator
44
DatenübertragungsleitungData transmission line
55
Steuerprogrammcontrol program
66
Elektrodenelectrodes
77
Patientenliegepatient support
88th
Patientpatient
99
Kopfhead
10 10
Bildschirmscreen
2020
Schrittstep
2121
Schrittstep
2222
Schrittstep
2323
Schrittstep
2424
Schrittstep
2525
Schrittstep
2626
Schrittstep
CC
Steuerbefehlcommand
Ee
EEG-SignalEEG signal
DD
Abweichungdeviation
AA
Alarmalarm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Claims (10)

Verfahren zur Messung der zerebralen Perfusion eines Patienten (8) mit folgenden Schritten: – Kontinuierliche Langzeitableitung und Abspeicherung eines EEG-Signals (E) des Patienten (8); – Bereinigung des EEG-Signals (E) von Artefakten; – Power-Spektralanalyse des artefaktbereinigten EEG-Signals in bestimmten Frequenzbändern; – Bereinigung der durch die Power-Spektralanalyse erhaltenen Spuren um einen gemeinsamen Trend aller Spuren; – Erfassung von Abweichungen (D) der trendbereinigten Power-Werte mindestens einer Spur von einer Baseline; und – Anzeige von signifikanten Abweichungen (D) und/oder Auslösung eines Alarms (A), wenn eine signifikante Abweichung (D) ermittelt wird.Method for measuring the cerebral perfusion of a patient ( 8th ) comprising the following steps: - Continuous long-term derivation and storage of an EEG signal (E) of the patient ( 8th ); - clean up the EEG signal (E) of artifacts; Power spectral analysis of the artifact-adjusted EEG signal in certain frequency bands; - cleaning the tracks obtained by the power spectral analysis by a common trend of all tracks; - detecting deviations (D) of the trend-adjusted power values of at least one track from a baseline; and - indicating significant deviations (D) and / or triggering an alarm (A) when a significant deviation (D) is detected. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das EEG-Signal (E) über mindestens 4 Tage aufgezeichnet wird.The method of claim 1, wherein the EEG signal (E) is recorded for at least 4 days. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die Erfassung des EEG-Signals (E) eine Elektrodenanordnung nach dem 10-20-System oder eine Untergruppe der nach diesem System vorgesehenen Elektroden verwendet wird.Method according to claim 1 or 2, wherein an electrode arrangement according to the 10-20 system or a subgroup of the electrodes provided according to this system is used for the detection of the EEG signal (E). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zur Bereinigung des EEG-Signals (E) von Artefakten jeder Kanal des EEG-Signals (E) in zeitliche Intervalle unterteilt wird, wobei in jedem Intervall jeweils ein Mittelwert der Amplitude pro Kanal des EEG-Signals (E) berechnet wird, wobei dieser Mittelwert von jedem Abtast-Signalwert des EEG-Signals (E) subtrahiert wird, wobei aus diesem neuen Signal in jedem Intervall der Maximalwert und der Minimalwert sowie die Differenz aus diesen beiden Extremwerten ermittelt werden, und wobei jedes Intervall eines Kanals, in dem der Betrag dieser Differenz einen bestimmten festgelegten Schwellwert überschreitet, für die weitere Analyse nicht berücksichtigt wird.Method according to one of claims 1 to 3, wherein for the correction of the EEG signal (E) of artifacts, each channel of the EEG signal (E) is subdivided into temporal intervals, wherein in each interval an average value of the amplitude per channel of the EEG signal Signal (E) is calculated, this average is subtracted from each sample signal value of the EEG signal (E), from this new signal in each interval, the maximum value and the minimum value and the difference of these two extreme values are determined, and wherein any interval of a channel in which the amount of this difference exceeds a certain specified threshold is disregarded for further analysis. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das artefaktbereinigten EEG-Signal der Power-Spektralanalyse zumindest in den Frequenzbänder Delta (0,5–3,5 Hz), Theta (4–7,5 Hz), Alpha (8–12 Hz) und Beta (12,5–22 Hz) unterzogen wird.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the artifact-adjusted EEG signal of the power spectral analysis at least in the frequency bands delta (0.5-3.5 Hz), theta (4-7.5 Hz), alpha (8-12 Hz) and beta (12.5-22 Hz). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei für die Power-Spektralanalyse mindestens zwei Kanäle des artefaktbereinigten EEG-Signals, die unterschiedlichen Hirnregionen oder Gefäßstromgebieten zugeordnet sind, getrennt betrachtet werden.Method according to one of claims 1 to 5, wherein at least two channels of the artifact-adjusted EEG signal, which are assigned to different brain regions or vessel flow areas, are considered separately for the power spectral analysis. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei für die Trendbereinigung die gemeinsamen Schwankungen aller Ableitungen berechnet und die einzelnen Ableitungen danach mit der gemeinsamen Schwankung verrechnet werden.Method according to one of claims 1 to 5, wherein calculated for the trend adjustment, the common variations of all derivatives and the individual derivatives are then calculated with the common fluctuation. Verfahren nach Anspruch 7, wobei für die Trendbereinigung zunächst der Median des Power-Verlaufs in jeder Spur berechnet wird, wobei jede Spur mit ihrem Median normiert wird, wobei die Medianspur aus den gemittelten Spuren gebildet, und wobei jede der Originalspuren durch die so errechnete Trendspur geteilt wird.The method of claim 7, wherein for trending, the median of the power history in each track is first calculated, each track being normalized with its median, the median track being formed from the averaged tracks, and each of the original tracks being represented by the thus calculated trend track is shared. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Baseline aus einem zu Beginn der EEG-Aufzeichnung, insbesondere während der ersten 6 bis 24 Stunden nach dem Beginn der EEG-Aufzeichnung erfassten Teil des EEG-Signals (E) berechnet wird.Method according to one of Claims 1 to 9, wherein the baseline is calculated from a part of the EEG signal (E) recorded at the beginning of the EEG recording, in particular during the first 6 to 24 hours after the start of the EEG recording. Vorrichtung (1) zur Messung der zerebralen Perfusion eines Patienten (8), mit einem EEG-Gerät (2) zur Erfassung eines EEG-Signals (E) des Patienten (8) sowie mit einer mit dem EEG-Gerät (2) datenkommunikationstechnisch verschalteten Steuereinheit (3), wobei die Steuereinheit (3) zur automatischen Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.Contraption ( 1 ) for measuring the cerebral perfusion of a patient ( 8th ), with an EEG device ( 2 ) for detecting an EEG signal (E) of the patient ( 8th ) and one with the EEG device ( 2 ) Data communication technically interconnected control unit ( 3 ), the control unit ( 3 ) is arranged for automatically carrying out the method according to one of claims 1 to 9.
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