Preterm EEG: Ein multimodales Neurophysiologische Protokoll

Die Elektroenzephalographie oder EEG ist eine Methode zur Messung der elektrischen Aktivität im Gehirn. Beim Neugeborenen wird das EEG stets nichtinvasiv mittels einzelner Elektroden, die am Kopf angebracht werden, oder mithilfe einer EEG-Kappe gemessen. Heutzutage wird das EEG in neonatologischen Abteilungen häufig zur Beurteilung und Überwachung der Gehirnfunktion bei Früh- und Reifgeborenen eingesetzt.

Sie wird am häufigsten bei der Diagnose epileptischer Anfälle sowie bei der Beurteilung der Gehirnreife und der Genesung nach hypoxisch-ischämischen Ereignissen eingesetzt. In den letzten Jahren haben sich die Methoden der EEG-Aufzeichnung und das Verständnis prämaturer EEG-Signale deutlich verbessert. Ziel dieser Darstellung ist es, die Theorie und Praxis fortschrittlicher EEG-Aufzeichnungstechniken vorzustellen, die für neonatale Stationen verfügbar sind.

Die praktische Erfahrung am Krankenbett in Neugeborenenstationen weltweit hat gezeigt, dass der Einsatz von EEG die neurologische Versorgung kranker Früh- und Reifgeborener erheblich verbessern kann. Ende der 1990er Jahre startete ein in Helsinki ansässiges Forschungsnetzwerk eine umfassende Überarbeitung der Konzepte und Praktiken des neonatalen EEG. Im Zuge dieser Arbeit wurden mehrere neue Ansätze entwickelt, um alle drei Bereiche des EEG miteinander zu verbinden.

Diese ermöglichen eine EEG-Technik, die eine gründliche Beurteilung der Gehirnfunktion erlaubt. Der Frequenzbereich wurde auf ein volles Frequenzband, EEG, erweitert, und der räumliche Bereich wurde durch die Einführung von neonatalen Mehrkanal-EEG-Kappen vergrößert. Zusätzlich wurde durch die Einführung sensorischer Tests bei Frühgeborenen während der EEG-Aufzeichnung ein neuartiger Systembereich hinzugefügt.

Diese Aufnahmekonfiguration ist kompatibel mit einem neuartigen Analyserahmen, der die EEG-Aktivität bei Frühgeborenen mit der Entwicklung von Gehirnverbindungen verknüpft. Das EEG zeichnet die elektrische Aktivität des Gehirns mittels an der Kopfhaut angebrachter Elektroden auf. Ein EEG-Signal entsteht hauptsächlich durch die Aktivität kortikaler parietaler Neuronen.

Sie reagieren auf ankommende Nervensignale und erzeugen Schwankungen elektrischer Felder, die nach Verstärkung im EEG sichtbar sind. Die Anzahl und Position der Elektroden kann je nach Bedarf von wenigen bis über hundert variieren. Klinische neonatale Studien werden historisch mit vier bis zehn Elektroden durchgeführt.

Die Lokalisationen werden immer gemäß der internationalen Nomenklatur definiert, die die Kopfhautareale anhand einer Kombination aus Buchstaben und Zahlen festlegt. Bei Neugeborenen werden typischerweise Polygraphiekanäle hinzugefügt, um die Atmung, Augenbewegungen, den Muskeltonus des Kinns sowie die Herzaktivität aufzuzeichnen. Das EEG-Signal wird üblicherweise stark gefiltert, um die langsamsten und schnellsten Aktivitäten auszuschließen.

Während dies erfolgreich viele technische Artefakte und zusätzliche zerebrale Biosignale ausschließen kann, kann es auch zu einer starken Verzerrung der Gehirnsignale führen. Ein Vergleich derselben präterm EEG-Signale mit und ohne Filterung zeigt, dass Filter das Erscheinungsbild des präterm EEG erheblich verzerren können. Der Begriff Vollband-EEG oder F-B-E-E-G bezeichnet eine Technik, die in der Lage ist, alle Frequenzen ohne Verzerrung aufzuzeichnen.

Dies ist wichtig, um die langsamsten Ereignisse wie die sogenannte spontane Aktivität, transiente Ereignisse oder SATs im präterminalen EEG zu erfassen. Die multimodale EEG-Untersuchung umfasst gleichzeitige Tests des sensorischen Systems. Dies kann in der klinischen Beurteilung sehr nützlich sein, da Hirnläsionen bei Frühgeborenen oft auf subkortikale Strukturen beschränkt sind und daher möglicherweise nur die sensorischen Bahnen betreffen.

Die dichte Array-EEG ist ein Aufnahmesystem, bei dem die Anzahl der Elektroden deutlich höher ist als bei den herkömmlichen zwei bis zehn Kanälen. Die Anwendung von 20 bis 60 Elektroden ist selbst auf der Intensivstation durchführbar. Durch die Verwendung für Neugeborene konzipierter EEG-Kappen liefert jede der über hundert Elektroden bedeutende neue Informationen vom neonatalen Gehirn.

Kortikale Reaktionen auf sensorische Reize im präterminalen Gehirn unterscheiden sich stark von denen, die in einem späteren Alter beobachtet werden. Beispielsweise kann die Amplitude einer somatischen Reaktion auf einen taktilen Reiz bei Frühgeborenen um Hunderte von Malen größer sein und die Dauer um Vielfaches länger als eine Reaktion bei älteren Kindern. Präterminale sensorische Reaktionen sind daher bereits auf Ebene einzelner Antworten sichtbar und somit leicht während einer EEG-Aufzeichnung messbar.

Da ein prätermes Kortex leicht ist, kann es mehrere Sekunden benötigen, um sich zwischen den Antworten zu erholen, während das Gehirn älterer Kinder mehr als zehnmal pro Sekunde reagieren kann. All diese Unterschiede beruhen auf den grundlegend einzigartigen neuronalen Netzwerkmechanismen, die der fortlaufenden Aktivität und den sensorischen Reaktionen im prätermen Gehirn zugrunde liegen. Das Verständnis prätermaler Reaktionen macht die sensorische Testung klinisch nützlich. Während einer prätermen EEG-Aufzeichnung kann die SOMA-Antwort auf sensorisch evozierte Reaktionen oder der SE-Arm ausgelöst werden, indem ein sensorischer Reiz praktisch an jedem Körperteil angelegt wird. Der Reiz kann taktil, elektrisch oder sogar propriozeptiv sein, wie beispielsweise durch Beugung von Handgelenk oder Knöchel hervorgerufen.

Eine praktische Methode zur Applikation eines SER-Reizes während der EEG-Aufzeichnung besteht darin, die Handfläche oder den Fuß zu berühren, sodass ein taktiler oder propriozeptiver Reiz ein Signal erzeugt, das entlang des peripheren Nervs zur Wirbelsäule wandert und dann auf einen zweiten Nerv übertritt, der zur Gegenseite des Körpers aufsteigt und die Thalamuskerne erreicht. Schließlich leitet das Signal entlang des thalamokortikalen Nervs zur Großhirnrinde weiter, wo es ein elektrisches Feld auslöst, das mittels EEG über den zentralen parietalen Bereichen registriert wird. Die visuell evozierte Antwort oder VE-Antwort kann leicht durch ein blinkendes Licht ausgelöst werden, das die Netzhaut stimuliert; die Signale der Netzhaut wandern dann entlang der Sehnerven zu den Thalamuskernen auf beiden Seiten.

Das Signal springt anschließend weiter zu thalamokortikalen Nerven und wird an die Sehrinde weitergeleitet. Die resultierenden elektrischen Felder werden während der Zeitspanne vom frühen präterminalen bis zum terminalem Alter von TAL-EEG-Elektroden aufgezeichnet. Wesentliche strukturelle Entwicklungen finden statt und spiegeln sich im Erscheinungsbild der EEG-Signale wider.

Die kortikale Oberfläche eines extrem kleinen Frühgeborenen ist nahezu glatt und weist eine dicke darunterliegende Subplattschicht auf. Die ersten thalamokortikalen und kortikokortikalen Verbindungen wachsen in die Subplatte ein und beginnen, die kortikale Platte zu infiltrieren. In den folgenden Wochen wird der Kortex eine stärker gefaltete Oberfläche annehmen und die Subplatte dünner werden.

Die lamo-, kortikalen und kortiko-kortikalen Verbindungen nähern sich nun ihren kortikalen Zielgebieten. In der Nähe des Vollzeit-Alters ist die Großhirnrinde eines Säuglings stark gefaltet, und die Subplattenzone ist praktisch verschwunden. Die lamo-, kortikalen und kortiko-kortikalen Verbindungen haben ihre endgültigen Ziel-Schichten erreicht und sind bereit, sensorische Daten sowohl aus der Außenwelt als auch aus dem Körperinneren zu verarbeiten.

Der Entwicklungsstadium kortiko-thalamischer Verbindungen bestimmt, wie der prätermale Kortex und das Subplate auf sensorische Reize reagieren. Diese Animation zeigt einen Vergleich der vom Scalp aufgezeichneten Antwort und des entsprechenden Tiefenprofils innerhalb des Kortex. Bei den jüngsten Frühchen führt ein thalamischer Impuls hauptsächlich zu einer langsamen und starken Reaktion in der Subplate-Schicht, die als langsame Antwort mit hoher Amplitude an den Oberflächenelektroden sichtbar ist. Einige Wochen später würde derselbe thalamische Reiz eine etwas geringere Reaktion im Subplate hervorrufen.

Zusätzlich gibt es eine zunehmend deutliche schnelle Komponente aus den tiefen kortikalen Schichten, die auch an den Schädelelektroden in der Nähe des Geburtsalters zu beobachten ist. Die Reaktionen des Subplattenbereichs sind nicht mehr sichtbar. Die Hauptempfindungsreaktion geht von der endgültigen thalamokortikalen Projektionszone aus.

Eine Schicht aus vier Neuronen, die eine Reaktion hervorruft, die bereits der im erwachsenen Kortex beobachteten ähnelt. Die Aufnahme der präterm EEG ist sowohl praktisch als auch technisch herausfordernd. Die EEG-Aufnahmen müssen verschiedenen pflegerischen Verfahren entsprechen.

Daher kann es erforderlich sein, die EEG-Aufzeichnung jederzeit zu unterbrechen oder ganz abzubrechen. Außerdem stellt die Intensivstation eine anspruchsvolle Umgebung für die empfindlichen EEG-Geräte dar. Die Säuglinge sind stets über Vorrichtungen, Kabel und Leitungen körperlich verbunden, die erhebliche elektrische Störungen bei den EEG-Aufzeichnungen verursachen können.

Das Erste, was am Krankenbett zu tun ist, besteht darin, mögliche Quellen technischer Artefakte zu minimieren. Man sollte lose Kabel der Überwachungsmonitore und Infusionsleitungen vom Kopf des Säuglings, den EEG-Kabeln und dem Verstärker wegbewegen. Stellen Sie außerdem sicher, dass der Kopf des Säuglings keine nassen Textilien berührt, da diese elektrische Störungen leicht vom Bett auf den Säugling übertragen können.

Bevor die EEG-Kappe angelegt wird, ist es ratsam, störende Wachsschichten und Öle von der Kopfhaut des Babys zu entfernen, indem man sie mit einem mit verdünntem Alkohol oder Baby-Shampoo angefeuchteten Tuch abwischt. Das Anlegen der EEG-Kappe gelingt leichter mit zwei Personen: Eine Person kümmert sich um die Kappe, die andere hält den Kopf sowie eventuelle Intubations- oder nasale CPAP-Schläuche. Falls der Patient A-C-P-A-P trägt, muss dieses Gerät für die 10 bis 20 Sekunden entfernt werden, die zum Anlegen der EEG-Kappe benötigt werden.

Die CPAP-Schläuche können bei Bedarf über die EEG-Kappe gelegt werden. Stellen Sie vor dem Befestigen des Kinnriemens sicher, dass Sie die Kappe symmetrisch über dem Kopf positioniert haben.

Elektroden-Gel wird durch die Elektrodenlöcher aufgetragen, um elektrische Kontakte zur Kopfhaut herzustellen. Eine gebogene Spitze kann nützlich sein, um Kontakte zu benetzen, die schwer direkt zugänglich sind. Es ist wichtig, ausreichend Gel zu verwenden, um die gesamte Gelkammer zu füllen, wenn zu viel Gel injiziert wird.

Jedoch kann es austreten und Brücken zu benachbarten Elektroden bilden oder sogar das Kissen benetzen, wodurch Artefakte entstehen. Eine festere Gelformulierung könnte praktikabler sein. In diesem Zusammenhang ist die Hautoberfläche nach der Gelapplikation häufig einer zusätzlichen mechanischen Vorbehandlung zu unterziehen; dieser Schritt entfernt äußere epitheliale Schichten, um die Menge an elektrischen und Bewegungsartefakten zu verringern.

Dies kann durch vorsichtiges mechanisches Reiben oder mithilfe der sogenannten Sure-prep-Methode erfolgen. Die Qualität des Hautkontakts kann in Echtzeit anhand der vom EEG-Software bereitgestellten Impedanzwerte beurteilt werden. Aus praktischen Gründen ist es oft am einfachsten, die Gelapplikation und die Hautvorbereitung für eine gesamte Hemisphäre gleichzeitig abzuschließen, sobald die Impedanzwerte akzeptabel sind.

Wie durch die grünen Punkte in dieser EEG-Software gezeigt, ist es nun Zeit, zur EEG-Aufzeichnung zu wechseln und die Qualität des EEG-Signals zu überprüfen. Der letzte Schritt besteht darin, Polygrafie-Kanäle anzulegen. Der Muskeltonus wird gewöhnlich mit zwei EMG-Elektroden gemessen, die unterhalb des Kinns angebracht sind.

Das Herz wird mit EKG-Elektroden, die über dem Brustkorb oder auf den Schultern angebracht sind, aufgezeichnet. Augenbewegungen können entweder mit frontalen EEG-Elektroden oder mit separaten Augenelektroden bzw. EOGs, die in der Nähe der seitlichen Augenwinkel angebracht sind, erfasst werden. Die Atmung kann mit einem dehnungsempfindlichen Gurt, der um den Rumpf gewickelt ist, überwacht werden.

Es muss eng genug sein, um die Atembewegungen zu verfolgen, und gleichzeitig locker genug, um eine uneingeschränkte Atmung bei spontan atmenden Säuglingen zu ermöglichen. Besondere Vorsicht ist erforderlich, um Atembewegungen nicht einzuschränken. Es ist außerdem möglich, einen bewegungsempfindlichen Piazzo-Sensor an einer beliebigen Körperstelle anzubringen, bei der verdächtige Bewegungen auftreten könnten.

Der letzte Schritt besteht darin, eine mit der EEG-Aufzeichnung synchronisierte Videokamera so zu positionieren, dass das gesamte Baby gut auf dem Bildschirm sichtbar ist. Sobald das Baby vollständig vorbereitet ist, kann die EEG-Aufzeichnung während der Aufnahme beginnen. Es ist wichtig, die Qualität des EEG-Signals ständig zu überwachen und gegebenenfalls Korrekturen vorzunehmen, falls eines der Elektroden schlechte Signale liefert.

Alle Ereignisse, die als klinisch bedeutsam angesehen werden können, sollten annotiert und in einer Datei gespeichert werden. Die Aufzeichnungsdauer wird individuell angepasst, sodass im EEG alle Wachzustände – wach, aktiver Schlaf und ruhiger Schlaf – enthalten sind. Dies bedeutet typischerweise eine Aufzeichnungszeit von 40 bis 90 Minuten.

Allen Tests zur Untersuchung der sensorischen Reaktivität bei Frühgeborenen ist gemeinsam, dass eine sensorische Reaktion im kortikalen Gewebe von Frühgeborenen schnell abnimmt, wenn sie zu häufig wiederholt wird. Ebenso kann eine andauernde EEG-Aktivität in der Nähe des sensorischen Kortex die sensorischen Reaktionen blockieren oder dämpfen. Daher sollten die in diesem Video gezeigten sensorischen Reize zu Zeitpunkten gegeben werden, zu denen das EEG mindestens einige Sekunden lang relativ still war.

Daher ist der ruhige Schlaf eine ideale Phase, um visuelle Reaktionen zu testen. Visuell evozierte Reaktionen können durch einzelne Lichtblitze untersucht werden. Da die Augen sehr empfindlich sind, kann der Lichtblitz sogar aus der Ferne durch die transparente Inkubatorwand hindurch gegeben werden, und zwar auch dann, wenn die Augen geschlossen sind.

Somatosensorische evozierte Antworten können untersucht werden, indem ein taktiler Reiz auf die Handfläche oder Sohle des Säuglings gegeben wird. Alternativ kann man einfach das Hand- oder Fußgelenk beugen, um einen propriozeptiven Reiz hervorzurufen. Hilfreich ist die Verwendung einer Vorrichtung, die einen mit einer Markierung oder einem Trigger synchronisierten Reiz erzeugt, der in der EEG-Ableitung verzeichnet wird.

Andernfalls ist es notwendig, manuelle Annotationen hinzuzufügen, die den Zeitpunkt der Reize darstellen. Die akustische Reaktivität ist leicht mit nahezu jedem Geräusch zu testen. Eine deutliche kortikale Reaktion kann beispielsweise durch Händeklatschen ausgelöst werden.

Das traditionelle Horn kann ebenfalls nützlich sein, jedoch ist der Schall oft so laut, dass er sowohl das auditorische System aktiviert als auch eine Erregungsreaktion auslösen kann. Am Ende der EEG-Aufnahmesitzung werden die Kappe und alle anderen Sensoren entfernt, und die Kopfhaut des Säuglings wird gereinigt. Die EEG-Kappe und alle weiteren Sensoren werden gemäß den Krankenhausanweisungen maschinell gereinigt und sterilisiert.

Eine gründliche Überprüfung des EEG erfolgt offline an einer Arbeitsstation, wo die EEG-Befunde detaillierter bearbeitet und beschrieben werden können. Ein gutes Verständnis der Beziehungen zwischen der sich entwickelnden Gehirnfunktion und -struktur macht die EEG-Untersuchung bei Frühgeborenen zu einem einzigartigen Erlebnis, das die Beurteilung der Gehirnreifung zu einem Zeitpunkt ermöglicht, zu dem das Baby noch nicht mit der Außenwelt kommunizieren kann. Folglich wird eine verbesserte Gehirnversorgung dem Frühgeborenen voraussichtlich sein ganzes Leben lang zugutekommen.