Vroegtijdige EEG: een multimodale Neurofysiologische Protocol

Electroencephalografie of EEG is een techniek waarmee de elektrische activiteit in de hersenen wordt gemeten. Neonatale EEG wordt altijd non-invasief gemeten door middel van individuele elektroden die op de hoofdhuid worden bevestigd of door gebruik te maken van een EEG-kap. EEG wordt tegenwoordig op grote schaal gebruikt op neonatale afdelingen voor de beoordeling en bewaking van de hersenfunctie bij vroeggeborenen en termijnbaby's.

Het wordt hoofdzakelijk gebruikt bij de diagnose van epileptische aanvallen en bij de beoordeling van de hersenrijping en het herstel na hypoxisch-ischemische incidenten. In de afgelopen jaren zijn de praktijken rondom EEG-registratie en het begrip van EEG-signalen bij vroeggeboorenen drastisch verbeterd. Het doel van deze presentatie is om de theorie en praktijk van geavanceerde EEG-registratietechnieken te introduceren die beschikbaar zijn voor neonatale afdelingen.

Praktijkervaring in neonatale afdelingen wereldwijd heeft aangetoond dat het gebruik van EEG de neurologische zorg voor zieke, vroeggeboren en voldragen baby's aanzienlijk kan verbeteren. Aan het eind van de jaren 90 startte een in Helsinki gevestigd onderzoeksnetwerk een volledige herziening van de concepten en praktijk van neonataal EEG. Als resultaat van dit werk werden verschillende nieuwe ideeën geïntroduceerd om alle drie de domeinen van EEG samen te voegen.

Deze bieden een EEG-techniek die in staat is tot een grondige beoordeling van de hersenfuncties. Het frequentiedomein werd uitgebreid naar een volledig bandbreedte-EEG en het ruimtelijke domein werd vergroot door de introductie van neonatale multi-channel EEG-caps. Daarnaast werd een nieuw systeemdomein toegevoegd door preterm sensorische tests te introduceren tijdens de EEG-registratie.

Deze opzet voor registratie is compatibel met een nieuw analysekader dat vroeggeboorte-EEG-activiteit koppelt aan de ontwikkeling van hersenverbindingen. Het EEG registreert de elektrische activiteit van de hersenen met elektroden die op de hoofdhuid zijn aangebracht. Een EEG-signaal wordt voornamelijk gegenereerd door activiteit in de corticale parietale neuronen.

Ze reageren op binnenkomende zenuwsignalen en genereren fluctuaties in elektrische velden die na versterking in het EEG kunnen worden waargenomen. Het aantal en de locatie van de elektroden kunnen variëren van enkele tot meer dan honderd, afhankelijk van de behoefte. Klinische neonatale studies worden historisch gezien uitgevoerd met vier tot 10 elektroden.

Locaties worden altijd gedefinieerd volgens de internationale nomenclatuur die de hoofdhuidgebieden specificeert op basis van een combinatie van letters en cijfers. Bij neonaten worden doorgaans polygraafkanalen toegevoegd om de ademhaling, oogbewegingen en kinspierspanning, evenals de hartactiviteit te registreren. Het EEG-signaal wordt conventioneel sterk gefilterd om de langzaamste en snelste activiteiten uit te sluiten.

Hoewel dit succesvol is in het uitsluiten van vele technische artefacten en extra cerebrale biosignalen, kan het ook leiden tot ernige vervorming van hersensignalen. Een vergelijking van dezelfde preterm EEG-signalen met en zonder filtering laat zien dat filters het uiterlijk van de preterm EEG ernstig kunnen vervormen. De term full band EEG, of F-B-E-E-G, verwijst naar een techniek die in staat is alle frequenties zonder vervorming vast te leggen.

Dit is belangrijk voor het detecteren van de traagste gebeurtenissen, zoals de zogenaamde spontane activiteit, transienten of SAT's in het EEG van prematuren. De multimodale EEG-studie omvat gelijktijdige tests van het sensorische systeem. Dit kan zeer nuttig zijn bij klinische beoordeling, aangezien hersenlaesies bij premature baby's vaak beperkt zijn tot subcorticale structuren en daarom mogelijk alleen de sensorische pathways beïnvloeden.

De dense array EEG is een registratiesysteem waarbij het aantal elektroden veel hoger is dan de conventionele twee tot 10 kanalen. De toepassing van 20 tot 60 elektroden is haalbaar, zelfs op de intensive care. Door gebruik te maken van EEG-caps die speciaal voor neonaten zijn ontworpen, zal elke elektrode van de meer dan honderd elektroden belangrijke nieuwe informatie over het neonatale brein verschaft.

Corticale reacties op sensorische stimuli in het prematurenbrein verschillen sterk van die bij latere leeftijden. Bij vroeggeborenen kan de amplitude van een somatische sensorische respons op een tactiele stimulus bijvoorbeeld honderden keren groter zijn en de duur vele malen langer dan een respons bij oudere kinderen. Premature sensorische responsen zijn daarom zichtbaar op het niveau van een enkele respons, waardoor ze gemakkelijk meetbaar zijn tijdens een EEG-registratie.

Aangezien een prematuur cortex gemakkelijk overprikkeld raakt, kunnen er enkele seconden hersteltijd nodig zijn tussen reacties, terwijl het brein van oudere kinderen meer dan 10 keer per seconde kan reageren. Al deze verschillen zijn te wijten aan de fundamenteel unieke neurale netwerkmechanismen die ten grondslag liggen aan de voortdurende activiteit en sensorische responsen in het premature brein; het begrijpen van deze premature responsen maakt sensorisch testen klinisch nuttig. Tijdens een premature EEG-opname kan de SOMA-sensorische evoceerde respons of SE-arm worden getriggerd door een sensorische stimulus toe te passen op vrijwel elk deel van het lichaam. De stimulus kan tactiel, elektrisch of zelfs proprioceptief zijn, zoals die wordt opgewekt door flexie van de pols of enkel.

Een handige manier om een SER-stimulus toe te dienen tijdens een EEG-registratie is door de handpalm of de voet aan te raken, zodat een tactiele of proprioceptieve stimulus een signaal genereert dat via de perifere zenuw naar het ruggenmerg reist en overspringt naar een tweede zenuw die opstijgt naar de thalami aan de contralaterale zijde van het lichaam. Ten slotte reist het signaal via de thalamocorticale zenuw naar de hersenschors, waar het een elektrisch veld opwekt dat door het EEG over de centraal-pariëtale gebieden wordt geregistreerd. De visueel opgewekte respons of VE-arm kan eenvoudig worden getriggerd met een flitslicht dat het netvlies stimuleert; signalen vanuit het netvlies reizen via de oogzenuwen naar de thalami aan beide zijden.

Het signaal springt vervolgens verder naar de corticale zenuwen en wordt doorgegeven aan de visuele cortex. De resulterende elektrische velden worden geregistreerd door TAL EEG-elektroden gedurende de periode van vroeg preterm tot termijnleeftijd. Er vinden belangrijke structurele ontwikkelingen plaats die weerspiegeld worden in het verschijnen van EEG-signalen.

Het corticale oppervlak van een extreem kleine vroeggeborene is bijna vlak en heeft een dikke onderliggende subplaatlaag. De eerste thalamocorticale en cortico-corticale verbindingen groeien in een subplaat en beginnen de corticale plaat binnen te dringen. Tijdens de daaropvolgende weken krijgt de cortex een meer geplooid oppervlak en wordt de subplaat dunner.

De lamo-, corticale en cortico-corticale verbindingen naderen nu hun corticale doelen. Rond de termijngeboorte is de cortex van een baby sterk geplooid en is de subplaatzone praktisch verdwenen. De lamo-, corticale en cortico-corticale verbindingen hebben hun uiteindelijke doellagen bereikt en zijn klaar om sensorische gegevens uit zowel de buitenwereld als vanuit het lichaam te beginnen te verwerken.

De ontwikkelingsfase van de cortico-thalamische verbindingen bepaalt hoe de prematuur cortex en de subplate zullen reageren op sensorische stimuli. Deze animatie toont een vergelijking tussen de op de hoofdhuid geregistreerde respons en het bijbehorende diepteprofiel binnen de cortex. Bij de jongste vroeggeborenen resulteert een thalamische impuls hoofdzakelijk in een trage en grote respons in de subplate-laag, wat zichtbaar is als een respons met een hoge amplitude en lage frequentie in de oppervlakte-elektroden; enkele weken later zou hetzelfde thalamische signaal een ietwat kleinere subplate-respons triggeren.

Daarnaast is er een steeds duidelijkere snelle component vanuit de diepe corticale lagen, die rond de termijnleeftijd ook in de hoofdhuidelektroden wordt waargenomen. De subplaat-responsen zijn niet langer zichtbaar. De belangrijkste sensorische reactie is afkomstig van de uiteindelijke thalamocorticale bestemming.

Een laag van vier neuronen die resulteert in een respons die al dicht bij ligt wat in de volwassen cortex wordt gezien. Het registreren van het preterm EEG is zowel praktisch als technisch uitdagend. EEG-registraties moeten voldoen aan diverse verpleegprocedures.

Daarom moet de EEG-registratie op elk gegeven moment kunnen worden gestaakt of stopgezet. Daarnaast is de intensive care een uitdagende omgeving voor de gevoelige EEG-apparatuur. Baby's zijn constant fysiek verbonden met apparaten, draden en lijnen die aanzienlijke elektrische interferentie kunnen veroorzaken in de EEG-registraties.

De eerste stap aan het bed is het minimaliseren van potentiële bronnen van technische artefacten. Losse draden van de vitale monitor en IV-lijnen moeten worden weggehaald bij het hoofd van de baby, de EEG-draden en de versterker. Zorg er daarnaast voor dat het hoofd van de baby geen natte textielen raakt, aangezien deze gemakkelijk elektrische interferentie van de wieg naar de baby kunnen overbrengen.

Voordat de EEG-kap wordt geplaatst, is het bij voorkeur raadzaam om storend was en olie van de hoofdhuid van de baby te verwijderen door deze af te vegen met een doek bevochtigd met verdunde alcohol of babyshampoo. Het plaatsen van de EEG-kap gaat gemakkelijker met twee personen: één die zich bezighoudt met de kap en een ander die het hoofd en eventuele intubatie- of nasale CPAP-slangen vasthoudt. Indien de patiënt CPAP ondergaat, moet dit gedurende de 10 tot 20 seconden die nodig zijn voor het plaatsen van de EEG-kap worden onderbroken.

De CPAP-banden kunnen indien nodig over de EEG-kap worden gewikkeld. Zorg er voordat u de kinband vastzet voor dat de kap symmetrisch over het hoofd is geplaatst.

Elektrodegel wordt via de elektrodeopeningen aangebracht om elektrische contacten met de hoofdhuid te maken. Een gebogen tip kan nuttig zijn voor het aanbrengen van gel bij contacten die moeilijk direct te bereiken zijn. Het is belangrijk dat er voldoende gel aanwezig is om de gehele gelcup te vullen als er te veel gel wordt geïnjecteerd.

Het zal echter weglekken en kan bruggen vormen met naburige elektroden of zelfs het kussen bevochtigen, wat artefacten veroorzaakt. Een stevigere gelformule kan praktischer zijn. In dat opzicht is na het aanbrengen van de gel vaak extra mechanische voorbereiding van het huidoppervlak nodig; deze stap verwijdert de buitenste epitheellagen om het aantal elektrische artefacten en bewegingsartefacten te verminderen.

Dit kan worden gedaan door middel van voorzichtig mechanisch wrijven of door gebruik te maken van de zogenaamde Sure prep-methode. De kwaliteit van het huidcontact kan in real-time worden beoordeeld aan de hand van de impedantiewaarden die door de EEG-software worden weergegeven. Om praktische redenen is het vaak het eenvoudigst om de gelapplicatie en huidvoorbereiding voor een volledig hemisfeer te voltooien op het moment dat de impedantieniveaus acceptabel zijn.

Zoals aangegeven door de groene stippen in deze EEG-software, is het tijd om over te schakelen naar de EEG-opname en de kwaliteit van het EEG-signaal te observeren. De laatste stap is het toepassen van de polygraafkanalen. Spiertonus wordt gewoonlijk gemeten met twee EMG-elektroden die onder de kin zijn bevestigd.

Het hart wordt geregistreerd met ECG-elektroden die op de borst of op de schouders zijn geplaatst. Oogbewegingen kunnen worden geregistreerd met frontale EEG-elektroden of met afzonderlijke oogelektroden of EOG's die nabij de buitenste ooghoeken zijn geplaatst. De ademhaling kan worden gemonitord met een rekgevoelige band die om de romp is gewikkeld.

Dit moet strak genoeg zitten om de ademhalingsbewegingen te volgen, maar toch los genoeg om ongehinderde ademhaling mogelijk te maken bij baby's met een spontane ademhaling. Er moet speciale zorg worden betracht om de ademhalingsbewegingen niet te beperken. Het is daarnaast mogelijk om een bewegingsgevoelige piëzosensor aan elk lichaamsdeel te bevestigen dat verdachte bewegingen vertoont.

De laatste stap is het positioneren van een met de EEG gesynchroniseerde videocamera, zodat de baby volledig goed zichtbaar is op het scherm. Zodra de baby volledig is klaargezet, kan de EEG-registratie tijdens de opname beginnen. Het is belangrijk om de kwaliteit van het EEG-signaal in de gaten te houden en correcties door te voeren als een van de elektroden onvoldoende signalen geeft.

Annotaties over alle gebeurtenissen die klinisch relevant kunnen worden beschouwd, moeten in het bestand worden genoteerd. De opnameduur wordt individueel aangepast zodat het EEG alle waaktoestanden omvat: wakker, actieve slaap en rustige slaap. Dit betekent doorgaans een opnameduur van 40 tot 90 minuten.

Het is kenmerkend voor alle tests naar sensorische reactiviteit bij vroeggeborenen dat een sensorische respons in de cortex van een vroeggeborene snel afneemt bij te frequente herhaling. Evenzo kan een aanhoudende EEG-activiteit nabij de sensorische cortex sensorische responsen blokkeren of dempen. Daarom moeten de in deze video getoonde sensorische stimuli worden toegediend op momenten waarop het EEG gedurende ten minste enkele seconden relatief stil is geweest.

Daarom is een rustige slaap een ideale periode voor het testen van visuele reacties. Visueel opgewekte reacties kunnen worden bestudeerd door middel van enkele flitsen. Omdat de ogen zeer gevoelig zijn, kan de flits zelfs op afstand worden gegeven door de transparante wand van de incubator, en zelfs wanneer de ogen gesloten zijn.

Somatosensorische evoceerde responsen kunnen worden bestudeerd door een tactiele stimulus toe te dienen aan de handpalm of de zool van de baby. Als alternatief kan men simpelweg de pols of enkel buigen om een proprioceptieve stimulus op te wekken. Het is nuttig om een apparaat te gebruiken dat een stimulus-gelockte markering of een trigger in het EEG-spoor genereert.

Anders is het noodzakelijk om handmatige annotaties toe te voegen die de timing van de stimuli weergeven. Auditieve reactiviteit is eenvoudig te testen met vrijwel elk geluid. Een goede corticale reactie kan bijvoorbeeld worden opgewekt door in de handen te klappen.

De traditionele toeter kan ook nuttig zijn, maar het geluid is vaak zo hard dat het zowel het auditieve systeem kan activeren als tot een arousalreactie kan leiden. Aan het einde van de EEG-registratiesessie worden de kap en andere sensoren verwijderd en wordt de hoofdhuid van de baby gereinigd. De EEG-kap en alle andere sensoren worden mechanisch gereinigd en gesteriliseerd volgens de instructies van het ziekenhuis.

Een grondige beoordeling van het EEG wordt offline uitgevoerd op een werkstation, waar EEG-bevindingen gedetailleerder kunnen worden verwerkt en beschreven. Een goed begrip van de relaties tussen de ontwikkeling van hersenfuncties en de hersenstructuur maakt het EEG-onderzoek bij prematuren tot een unieke ervaring, waarbij de mogelijkheid bestaat om de hersenrijping te beoordelen op een moment dat de baby nog niet met de buitenwereld kan communiceren. Bijgevolg zal een betere hersenzorg waarschijnlijk gedurende het hele leven van de premature baby voordelig zijn.