Klinisk validering af zEEG, et trådløst EEG-registreringssystem til pædiatriske og voksne patienter med epilepsi

Forskningshypotese:

Hypotesen er, at signaler optaget af zEEG ikke adskiller sig væsentligt fra signaler optaget af et standard klinisk EEG-system (klinisk EEG). I denne undersøgelse vil vi bruge Xltek® (Natus, Inc.) klinisk-grad FDA-godkendt langtids videoovervågning EEG-system og Nicolet ® (Natus, Inc.) klinisk-grad FDA godkendt ambulatorisk EEG-system. zEEG vil blive sammenlignet med begge systemer. Der forventes en mindre forskel i signalet på grund af de ikke-overlappende positioner af de 6 elektroder. Positionsforskellen på 1-2 cm mellem elektroderne forventes at generere mærkbar forskel mellem de to signaler.

Baggrund:

Formålet med undersøgelsen er at validere zEEG® fra ZETO, Inc. (zEEG), et bærbart trådløst headset og dataopsamlingssystem (DAQ) på både pædiatriske og voksne patientpopulationer diagnosticeret med epilepsi. Undersøgelsen sammenligner (i) de tekniske parametre for de to systemer, (ii) sensitiviteten og specificiteten af ​​zEEG mod standard kliniske EEG DAQ-systemer, der bruges til at påvise abnorme epileptiforme udledninger, (iii) korrelationen med intrakranielle optagelser, (iv) og diskriminerbarheden af ​​de to systemer af uddannede neurologer i et dobbeltblindt paradigme. Da zEEG-enheden har modtaget en 510(k)-godkendelse fra FDA i 2018, vedrører undersøgelsen ikke enhedens sikkerhed. Enheden udgør ingen væsentlig risiko, som vurderet af FDA, og kvalificeres som klasse II kategori. Målet med undersøgelsen er at evaluere nytten af ​​et tørt, brugervenligt, trådløst system i klinisk elektrografi ved en kvantitativ vurdering af den overordnede kvalitet af signalet i forhold til et traditionelt klinisk EEG-system.

Design og metodik:

Spec. Mål 1: Kvantificere og sammenligne signalkvaliteten mellem zEEG og det kliniske EEG-system i samtidige optagelsessessioner udført til diagnostiske formål hos patienter under kliniske omgivelser, én session pr. patient. Specifikt vil vi teste signaloverlapning (amplitude, samplingsfrekvens, alfabølger, skarpe bølger, fokal langsommere, spids- og bølgemønstre og søvnspindler) og spektral korrelation mellem de to systemer. Vi vil bruge et multifaktorielt ANOVA-design, hvor de uafhængige variable er arrangeret i 4 faktorer: aldersgruppe (pædiatrisk, voksen), system (zEEG, cEEG), opgave (1-5) og registreringssteder (10-20) system). Den afhængige variabel er det spektrale signal til støjforhold (SNR) beregnet som det spektrale middelværdi (dividet med den spektrale standardafvigelse).

Spec. Mål 2: Bestem sensitiviteten og specificiteten af ​​de to systemer for epileptiform aktivitet ved samtidige optagelser. Selvom Spec Aim 1 vil give os et estimat af sensitiviteten af ​​zEEG i forhold til det kliniske EEG-system, giver det ikke et estimat på specificiteten af ​​parametrene for elektrografiske hændelser, der er relevante for diagnosen. For eksempel, hvis zEEG med dens højimpedans tørre elektroder viser sig at være meget mere følsom over for elektriske potentialeændringer end den standard kliniske enhed, kan det også øge dens følsomhed for bevægelsesartefakter, hvilket ville forurene neuronale signaler. Sensitivitet uden specificitet betyder ikke forbedring. Derfor vil vi teste, om forskellen i sensitivitet også er forbundet med en forskel i specificitet. Et tørelektrodebaseret system vil overgå de kliniske standardsystemer for vådelektroder, hvis det giver mindst samme følsomhed og specificitet for repræsentationen af ​​klinisk relevante EEG-hændelser. Derfor vil vi sammenligne adskillelsen mellem myogene artefakter, sammenbidning af tænder, hovedbevægelser, øjenbevægelser og EEG mellem de to systemer, zEEG og det kliniske EEG-system. I dette specifikke mål vil vi kun sammenligne Xltek® (Natus, Inc.) et FDA-godkendt langtidsmonitorerings-EEG-system af klinisk kvalitet med zEEG, i modsætning til at bruge to forskellige kliniske EEG-systemer (Nicolet® og Xltek) for at sikre homogenitet af prøver (tillæg, figur 2A). Vigtigst af alt, vil vi sammenligne adskillelsen mellem baseline og epileptiform aktivitet. Tilfælde af epileptiform aktivitet vil blive identificeret af uddannede neurologer blandt vores nøglemedforskere. Vi vil sammenligne størrelsen af ​​amplitude- og effektspektreændringer fra baseline EEG til bevægelsesartefakter og epileptiform aktivitet mellem de to systemer. Spektraltæthedsstatistikker vil blive beregnet mellem 1 og 180 Hz.

Optagelserne for Spec Aim 1 og Spec Aim 2 vil blive udført på forskellige forsøgspersoner ved hjælp af forskellige kliniske forstærkere som komparatorsystemer: Nicolet® designet til ambulatorisk dataindsamling og en Xltek® designet til langtidsovervågning. Hver patient deltager kun én gang i undersøgelsen.

Spec. Mål 3: Afprøvning af overensstemmelsen mellem kliniske evalueringer foretaget af 16 ekspertneurologer baseret på EEG-registreringer opnået af de to systemer. Vi vil sammenligne de kliniske konklusioner om relevante træk ved epileptiform aktivitet fanget i samtidige zEEG- og kliniske EEG-prøver.

Formålet med dette mål er at evaluere den kliniske validitet af de registreringer, der er lavet ved brug af zEEG i forhold til de optegnelser, der er lavet ved at bruge standard kliniske EEG-systemer. Vi tester, om den information, der formidles af prøver af de to forskellige systemer, er overensstemmende, når de evalueres af uddannede neurologer. Dette mål sammenligner, hvor klinisk informative de to systemer er, uanset deres tekniske parametre. I sidste ende er det nye EEG-system kun informativt, hvis de kliniske konklusioner fra de to typer prøver er overensstemmende. Bemærk, at dette mål ikke vedrører hvilket system der er bedst. I stedet adresserer den, om zEEG'en er god nok til at erstatte det kliniske EEG-system, givet dets fordel ved brugervenlighed, opsætningstid, bærbarhed og komfort. Målet antager heller ikke, at de to systemer ikke kan skelnes. Erfarne neurologer vil ikke sammenligne de to systemer direkte med hinanden. I stedet vil de give kliniske vurderinger baseret på prøverne. Disse prøver vil blive udvalgt på forhånd af andre ekspert neurologer (efterforskerne af denne undersøgelse). Der vil ikke være nogen overlapning mellem CO-investigatorer og sagkyndige neurologer. De kliniske vurderinger leveret af de pågældende neurologer vil blive blindt scoret af et computerprogram, og PI og forfatteren af ​​undersøgelsen vil evaluere overensstemmelsen mellem disse scores. Baseret på konkordansen konkluderer efterforskerne, om de to EEG-systemer formidler den samme kliniske information eller ej. Denne procedure sikrer det dobbeltblindede paradigme og minimerer skævheder.

Dataanalyse:

Spec Mål 1: Til den statistiske evaluering segmenterer vi dataene i lige store blokke på 256 point (512 ms) og udfører FFT (Fast Fourier Transform). Vi vil bruge glidende vindues multi-taper spektral dekomponering for at undgå kanteffekter mellem blokkene. Vi vil udføre disse analyser i hver kanal separat. Ved at bruge flere blokke vil vi være i stand til at beregne statistik på 351 prøver fra 3 m optagelse. Den spektrale forskel vil blive estimeret med en konfidens på 0,05 ved forskellige frekvensbånd og ved hjælp af Bonferrioni-korrektion til de multiple sammenligninger.

Til sidst vil vi beregne korrelationskoefficienten mellem zEEG og kliniske EEG spektre under alle 5 betingelser

Specimål 2: Vores neurologer vil identificere og klippe forudindspillede simultane zEEG- og cEEG-prøver under normal hviletilstand, under bevægelser og under elektrografiske hændelser baseret på videogentagelse og EEG. Vi vil vælge 60 s intervaller under hver type hændelser, så mange som vi kan opnå i løbet af en 1 times EEG session/emne. Vi anvender samme filterindstilling og samplingsfrekvens (500 Hz) for begge systemer. Dernæst beregner vi prøvekorrelation mellem zEEG og cEEG inden for 1,25 s glidende vinduer. Vi sammenligner effektspektraltæthedsændringer inden for det samme system mellem hviletilstands-EEG, bevægelsesartefakter og elektrografiske hændelser (interiktale spidser, anfald, spidser, spidser og bølger, andre epileptiske udladninger). Vi kvantificerer den spektrale forskel mellem disse hændelser ved at beregne et diskriminationsindeks ved hjælp af ROC-analyse. ROC-analyse tester, hvordan en 'ideel observatør' ville være i stand til at skelne mellem disse prøver baseret på de spektrale forskelle i forhold til den store sandhed (baseret på klassificeringen af ​​vores ekspertneurologer) uden at vide, hvilken periode disse prøver blev ekstraheret fra.

Til statistisk analyse vil en fire-vejs ANOVA blive brugt, hvor de 4 faktorer er: aldersgruppe (pædiatrisk, voksen), system (zEEG, cEEG), opgaver (1-5) og registreringssteder (10-20 system) ). Den afhængige variabel er det spektrale signal til støjforhold (SNR) beregnet som det spektrale middelværdi (dividet med den spektrale standardafvigelse).

Spec. Mål 3: Den maksimalt opnåelige korrekte score pr. emne er 7 for den første test og 7 for den anden. Dernæst kombinerer vi scorerne fra sessionerne inden for samme system som følger. Hvis scorerne fra det første sæt er angivet som klinisk EEG [a1 a2 a3 a4 a5 a6] og zEEG [b1 b2 b3 b4 b5 b6] og i det andet sæt som klinisk EEG [a7 a8 a9 a10 a11 a12] og zEEG [b7 b8 b9 b10 b11 b12], så beregner vi forskelsscorerne som DclinicalEEG-zEEG (a1- b1, a2-b2, … ,a12-b12). Vores NULL er, at evalueringerne fra de to eksperter vil være i overensstemmelse mellem de to systemer, og D-scorerne vil ikke være forskellige fra nul. Alternativet er, at ekspertvurderingerne af de to systemer er uenige; derfor er fordelingen af ​​D-score signifikant forskellig fra nul. Vi vil beregne en elev-T-test med én prøve for at sammenligne fordelingens afvigelse fra nul.

Vi vil bede 16 eksperter om at give deres svar på testning af prøverne. Vi laver testen, der skal udføres online. EEG-prøverne vil blive afidentificeret. Forstærkning, filtrering og samplingshastighed vil være identisk for alle prøver og mellem begge systemer. Der kræves ikke mere end 1 min pr. Den samlede test med de 5 spørgsmål, omkring 10 prøver (klinisk EEG-sæt og zEEG-sæt) vil tage omkring 10 minutter at tage. Ifølge vores effekttest er en stikprøvestørrelse=16, STD=3 (i intervallet 1 til 7) prøvegennemsnit D=2, styrken af ​​statistisk test er 84,7 %, tilstrækkeligt til at drage statistiske konklusioner. Derfor er stikprøvestørrelsen = 16 tilstrækkelig til den ønskede statistiske styrke på >80 % (http://rpsychologist.com/d3/NHST/). Ved konvention er 80 % et acceptabelt magtniveau (Ellis, 2010).