3D「ヒートマップ」は、てんかん患者の脳に発作がどのように広がるかを示しています




ラシェッタ・ヒギンズは、12歳の時から29年間、睡眠中、学校、職場で、てんかん発作に悩まされていました。彼女は10年間で4つの仕事を失った。彼女がコンクリートの階段を登っていたときに、1回の発作で彼女は倒れ、目の近くに血まみれの光景とひどい切り傷が残った。

女がバスの縁石で待っている間に、2005年に発作が起こりました。「バスが引き上げられているときに私はすぐに倒れました」と彼女は言います。「私の友人はちょうど間に合って私をつかみました。私はたくさん落ちました。私は脳震盪を起こしました。私は無意識になりました。それは私の体に多くの消耗をもたらしました。」

その後、2016年に、ラクリニカヴァレーホのヒギンズのプライマリケア医であるメアリークラークは、彼女をカリフォルニア大学サンフランシスコ校の神経内科に紹介し、健康への回帰の始まりと、それを容易にする新しいテクノロジーへの貢献を示しました。脳内のを特定します。薬は彼女の発作を遅らせたり重症度を軽減したりすることができなかったので、UCSF神経学てんかんチームは最初に悪い活動の場所を記録して特定し、次に発作を引き起こしたを取り除く手術を勧めました。

2019年4月、ヒギンズは、パルナサスハイツにあるUCSFヘレンディラーメディカルセンターにあるUCSFの10床てんかんモニタリングユニットに入院し、外科医は150個以上の電極を埋め込みました。EEGは、24時間体制で彼女の追跡し、29年間彼女の引き起こした組織の領域を特定しました。

わずか1週間で、ヒギンズは10回の発作を起こし、そのたびに、正常な脳活動を記録する穏やかに起伏のあるEEGトレースが、発作を示すはっきりとしたギザギザの山と谷に突然急に動きました。

患者の脳の発作の部位を見つけるために、専門家は現在、画面上の何百もの波線を確認し、山と谷の高低（振幅）とこれらのパターンの繰り返しまたは振動の速さを観察することによって脳波を調べています（頻度）。しかし、発作の間、脳の電気的活動は非常に速く急上昇するため、多くのEEGトレースを読み取るのは難しい場合があります。

「私たちは最大の変化を伴う電極を探しています」と、神経学の教授であり、UCSF発作障害外科プログラムの医療ディレクターであり、UCSFワイル神経科学研究所のメンバーであるロバート・ノウルトン医学博士は述べています。「周波数が高いほど重みが大きくなります。通常は振幅が最も小さいため、EEGで2つの極値の組み合わせを調べます。視覚的であり、完全に定量的ではありません。組み合わせるのは複雑です。」


このビデオは、UCSFてんかんセンターで開発されたOPSCEA（または「IctalCinema」）技術を示しています。これは、医師が見る脳波の通常の複雑な「トレースベース」の記録（右側）を、患者自身の3D再構築脳に投影された直感的なヒートマップに変換します（脳の右半球がメインビューに表示されます）。右側の各トレース（線）は、単一の頭蓋内電極（脳のビューの黒い点）からのものです。発作の強さは、トレースから（具体的には矢印の位置から）自動的に計算され、色の強さに変換され（「線の長さ」アルゴリズムを使用）、特定の発作の活動が空間と時間でどのように移動するかを明らかにします。このテクノロジーは「スライスビュー」も適用します （ビデオの途中で示されている例）脳の表面に加えて、脳の深部の電極からの活動を見ることができるようにします。クレジット：カリフォルニア大学サンフランシスコ校

神経学の助教授であり、UCSFワイル神経科学研究所の会員であるジョナサン・クリーン医学博士を入力してください。神経科学者とコンピューター科学者の両方として訓練を受けた彼は、文字通り、全体像を明らかにするソフトウェア戦略の可能性にすぐに気づきました。

「情報の視覚化の分野は、過去20年間で本当に成熟しました」とKleen氏は述べています。「これは、空間、時間、頻度、強度など、多くの詳細を含む膨大な量のデータを取得し、それらをカラフルな写真やビデオのような単一の直感的な視覚化に抽出するプロセスです。」

Kleenは、何百ものEEGトレースを、脳内の記録されたすべての場所での活動を示す3Dムービーに変換するプログラムを開発しました。その結果、気象学者のハリケーン天気図に非常によく似た多色の3Dヒートマップが作成されます。

患者自身の脳の3D再構成に投影されたヒートマップの発作の映画的表現は、発作がどこから始まり、どこで、どのくらいの速さで脳全体に広がるかを明確に追跡するのに役立ちます。

ヒートマップは従来の視覚分析と密接に一致していますが、理解が簡単で、患者自身の脳に合わせてパーソナライズされています。

「ヒートマップでそれを見ると、発作が始まる場所と、複数のトリガー部位があるかどうかを定義するのがはるかに簡単になります」とKnowlton氏は述べています。「そして、発作がどのように広がるかを見るのははるかに優れています。従来の方法では、発作がどこに広がっているのかわかりません。」

研究者は、UCSFの新技術を使用して、標準的な視覚的アプローチと比較して、脳の発作の引き金をどれだけ正確に特定できるかを測定しています。これまでのところ、ヒートマップは、115人以上の患者の最初の発作部位と脳を介した発作の広がりを特定するために使用されてきました。

Kleenの戦略は武装解除するほど単純です。発作を通常の脳活動と区別するために、彼は脳波の線の長さを合計しました。発作は、累積長を非常に長くする高い山と低い谷として現れますが、穏やかに波打つ脳波ははるかに短い線を作ります。Kleenのソフトウェアは、これらの長さをさまざまな色に変換し、視覚化が生まれました。

この技術は、ヒギンズの治療において極めて重要であることが証明されました。

「彼女の録音の前に、私たちはラシェッタが複数の発作を引き起こす領域を持っていることを恐れていました」とクリーンは言いました。「しかし、彼女のビデオは、単一の問題領域があり、悪い活動がその主要なホットスポットから急速に広がっていることを明白に明らかにしました。」

ジャーナルEpilepsiaは、KleenとKnowltonの3Dヒートマップテクノロジーを表紙に載せ、研究者たちはソフトウェアをオープンソースにしたので、他の人はそれを改善することができます。

「この技術を実現させるのは愛情のこもった仕事だった」とクリーン氏は語った。「この分野で進歩を遂げるためには、技術、特に患者を助けるものを共有する必要があると強く感じています。」

再出発

ヒギンズは彼女の脳の3Dヒートマップに魅了されました。

「それは素晴らしかった」と彼女は言った。「それは、「それが私の脳です。私は自分の機能を見ています。」

そして、手術は人生を変える成功を収めてきました。ヒギンズは2年以上ておらず、精神的に鋭く感じ、仕事を探しています。

「私が目を覚ますとき、私は毎朝それに正直です」と彼女は言いました。「私はこの日を長い間待ちました。」


動画はこちらのリンクから

元記事：https://medicalxpress.com/news/2021-08-3d-seizures-brains-patients-epilepsy.html?fbclid=IwAR0j-HgA4dC2IS1BABHL70oKK3QYDA9Aw_wEy2jb84nJdKnn3NXFQqa_mWo


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