2D mapování elektrické aktivity mozku pacientů s podezřením na epilepsii

Abstract

Elektroencefalografie je důležitá vyšetřovací metoda založená na sledování biologických signálů produkovaných činností mozku. Prostorové vizualizace vztažené k hodnotám parametrů nasnímaných elektroencefalogramů jsou vhodným nástrojem při funkčním hodnocení neuronové aktivity. Tato práce se zabývá tvorbou topografických map elektrické aktivity mozku. Vyšetřováni byli pacienti s podezřením na epilepsii, která je v současné době jednou z velmi častých neurologických poruch. Na základě analyzování způsobů brain mappingu byla vytvořena metodika s následnou implementací algoritmu dvou metod mapování amplitudy do programovacího prostředí MATLAB. Snahou je namapovat na stylizovaný dvourozměrný obrázek hlavy vybraný parametr schopný odlišit patologický stav od běžné fyziologické aktivity a vyhodnotit statisticky významnou rozdílnost obou vizualizací. Pro možnost hladkého spojitého zobrazení je potřeba vytvoření dostatečně jemné sítě a interpolací doplnit velikost sledovaného parametru i pro prostor mimo místa záznamových elektrod. V rámci bakalářské práce je otestována účinnost zvolených metod na simulovaných signálech a následně aplikována na reálná pacientská data. Ani u jedné z metod nebyla statistickými testy prokázána signifikantní rozdílnost pro stavy abnormální aktivity neuronů charakterizující epileptickou ataku. Vykreslením barevných prostorových vizualizací pro projev epilepsie zbavený aktivity pozadí a vyhodnocením procentuálních změn potenciálů vztažených k pozicím elektrod však bylo dokázáno, že se zvýšená neuronální aktivita v průběhu záchvatu na mapách projeví.

Electroencephalography is an important neuroimaging method. It is based on the monitoring of the biological signals produced by the electrical brain activity. Colorful spatial visualizations related to electroencephalogram parameter values are useful tool in the clinical evaluation of neuronal activity. The main theme of this thesis is creation of topographic maps of EEG records of patients with suspected epilepsy. Epilepsy is currently one of the most common neurological disorders. A methodology was developed with the subsequent implementation of two brain mapping amplitude methods by the MATLAB programming language. The aim is to vizualize specified parameter on 2D image, making the user capable of distinguishing patological status from normal physiological activity. After creating the maps a statistically significant difference between these two visualizations is evaluated. For the smooth continuous picture it is necessary to create sufficiently soft mesh and interpolate the values of parameter for the space between the recording electrodes. The efficiency of selected methods is verified on simulated signals and subsequently applied to actual epileptic patient data. Statistical tests were performed and none of the methods showed significant differences in the abnormal activity of neurons characterizing epileptic seizure compared to normal brain function. By creating color space imaging for epilepsy record without background activity and by evaluating the percentage changes related to electrode positions, it has been shown there is an increase in neuronal activity during a seizure occuring on the maps.