Klinisk validering av zEEG, et trådløst EEG-registreringssystem for pediatriske og voksne pasienter med epilepsi

Forskningshypotese:

Hypotesen er at signaler registrert av zEEG ikke skiller seg vesentlig fra signaler registrert av et standard klinisk EEG-system (klinisk EEG). I denne studien vil vi bruke Xltek® (Natus, Inc.) klinisk-grad FDA-godkjent langsiktig videoovervåking EEG-system og Nicolet ® (Natus, Inc.) klinisk-grad FDA-godkjent ambulerende EEG-system. zEEG vil bli sammenlignet med begge systemene. Det forventes en mindre forskjell i signalet på grunn av de ikke-overlappende posisjonene til de 6 elektrodene. Posisjonsforskjellen på 1-2 cm mellom elektrodene forventes å generere merkbar forskjell mellom de to signalene.

Bakgrunn:

Formålet med studien er å validere zEEG® fra ZETO, Inc. (zEEG), et bærbart trådløst hodesett og datainnsamling (DAQ) på både pediatriske og voksne pasientpopulasjoner diagnostisert med epilepsi. Studien sammenligner (i) de tekniske parametrene til de to systemene, (ii) sensitiviteten og spesifisiteten til zEEG mot standard kliniske EEG DAQ-systemer som brukes for å oppdage unormale epileptiforme utflod, (iii) korrelasjonen med intrakranielle registreringer, (iv) og diskriminerbarheten til de to systemene av trente nevrologer i et dobbeltblindt paradigme. Siden zEEG-enheten har mottatt en 510(k)-godkjenning fra FDA i 2018, gjelder ikke studien sikkerheten til enheten. Enheten utgjør ingen betydelig risiko, som evaluert av FDA, og kvalifiserer som klasse II-kategori. Målet med studien er å evaluere nytten av et tørt, brukervennlig, trådløst system i klinisk elektrografi ved en kvantitativ vurdering av den generelle kvaliteten på signalet i forhold til et tradisjonelt klinisk EEG-system.

Design og metodikk:

Spesifikasjon Mål 1: Kvantifisere og sammenligne signalkvaliteten mellom zEEG og det kliniske EEG-systemet i samtidige opptaksøkter utført for diagnostiske formål hos pasienter under kliniske omgivelser, én økt per pasient. Spesifikt skal vi teste signaloverlapping (amplitude, samplingsfrekvens, alfabølger, skarpe bølger, fokal bremsing, pigg- og bølgemønstre og søvnspindler) og spektral korrelasjon mellom de to systemene. Vi vil bruke et multifaktorielt ANOVA-design, hvor de uavhengige variablene er ordnet i 4 faktorer: aldersgruppe (pediatrisk, voksen), system (zEEG, cEEG), oppgave (1-5) og registreringssteder (10-20) system). Den avhengige variabelen er det spektrale signal-til-støyforholdet (SNR) beregnet som det spektrale gjennomsnittet (delt på det spektrale standardavviket.

Spesifikasjon Mål 2: Bestem sensitiviteten og spesifisiteten til de to systemene for epileptiform aktivitet i samtidige opptak. Selv om Spec Aim 1 vil gi oss et estimat av sensitiviteten til zEEG i forhold til det kliniske EEG-systemet, gir det ikke et estimat på spesifisiteten til parameterne for elektrografiske hendelser som er relevante for diagnose. For eksempel, hvis zEEG med sine tørre elektroder med høy impedans viser seg å være mye mer følsomme for elektriske potensialendringer enn den standard kliniske enheten, kan det også øke følsomheten for bevegelsesartefakter, noe som vil forurense nevronale signaler. Sensitivitet uten spesifisitet betyr ikke forbedring. Derfor vil vi teste om forskjellen i sensitivitet er assosiert med en forskjell i spesifisitet også. Et tørrelektrodebasert system vil overgå de vanlige kliniske systemene for våtelektroder hvis det gir minst samme sensitivitet og spesifisitet for representasjon av klinisk relevante EEG-hendelser. Derfor vil vi sammenligne separasjonen mellom myogene artefakter, knyting av tenner, hodebevegelser, øyebevegelser og EEG mellom de to systemene, zEEG og det kliniske EEG-systemet. I dette spesifikke målet vil vi kun sammenligne Xltek® (Natus, Inc.) et FDA-godkjent langtidsovervåkingssystem med zEEG, i motsetning til å bruke to forskjellige kliniske EEG-systemer (Nicolet® og Xltek) for å sikre homogenitet av prøvene (vedlegg, figur 2A). Viktigst av alt, vil vi sammenligne separasjonen mellom baseline og epileptiform aktivitet. Forekomster av epileptiform aktivitet vil bli identifisert av trente nevrologer blant våre viktigste medetterforskere. Vi vil sammenligne størrelsen på amplitude- og kraftspektre-endring fra baseline EEG til bevegelsesartefakter og epileptiform aktivitet mellom de to systemene. Spektraltetthetsstatistikk vil bli beregnet mellom 1 og 180 Hz.

Opptakene for Spec Aim 1 og Spec Aim 2 vil bli utført på forskjellige forsøkspersoner ved å bruke forskjellige kliniske forsterkere som komparatorsystemer: Nicolet® designet for ambulatorisk datainnsamling, og en Xltek® designet for langtidsovervåking. Hver pasient vil kun delta i studien én gang.

Spesifikasjon Mål 3: Teste samsvaret mellom kliniske evalueringer gjort av 16 ekspertnevrologer basert på EEG-registreringer innhentet av de to systemene. Vi vil sammenligne de kliniske konklusjonene som er gjort om relevante trekk ved epileptiform aktivitet fanget i samtidige zEEG- og kliniske EEG-prøver.

Hensikten med dette målet er å evaluere den kliniske validiteten til registreringene som er laget ved bruk av zEEG i forhold til registreringene som er laget ved bruk av standard kliniske EEG-systemer. Vi tester om informasjonen som formidles av prøver av de to forskjellige systemene er samsvarende når den evalueres av trente nevrologer. Dette målet sammenligner hvor klinisk informative de to systemene er, uavhengig av deres tekniske parametere. Til syvende og sist er det nye EEG-systemet bare informativt hvis de kliniske konklusjonene fra de to prøvetypene er samsvarende. Merk at dette målet ikke gjelder hvilket system som er best. I stedet tar den opp om zEEG er god nok til å erstatte det kliniske EEG-systemet, gitt dets fordel med brukervennlighet, oppsettstid, slitestyrke og komfort. Målet forutsetter heller ikke at de to systemene ikke kan skilles fra hverandre. Ekspertnevrologer vil ikke sammenligne de to systemene direkte med hverandre. I stedet vil de gi kliniske vurderinger basert på prøvene. Disse prøvene vil bli forhåndsvalgt av andre ekspertnevrologer (etterforskerne av denne studien). Det vil ikke være noen overlapping mellom CO-etterforskere og sakkyndige nevrologer. De kliniske vurderingene gitt av fagnevrologene vil bli blindt skåret av et dataprogram, og PI og forfatteren av studien vil evaluere samsvaret mellom disse skårene. Basert på konkordansen konkluderer etterforskerne om de to EEG-systemene formidler den samme kliniske informasjonen eller ikke. Denne prosedyren sikrer det dobbeltblindede paradigmet og minimerer skjevheter.

Dataanalyse:

Spesifikasjon Mål 1: For den statistiske evalueringen segmenterer vi dataene i like blokker på 256 poeng (512 ms) og utfører FFT (Fast Fourier Transform). Vi vil bruke skyvevinduet multi-taper spektral dekomponering for å unngå kanteffekter mellom blokkene. Vi vil utføre disse analysene i hver kanal separat. Ved å bruke flere blokker vil vi kunne beregne statistikk på 351 prøver fra 3 m opptak. Spektralforskjellen vil bli estimert med en konfidens på 0,05 ved forskjellige frekvensbånd og ved å bruke Bonferrioni-korreksjon for de multiple sammenligningene.

Til slutt vil vi beregne korrelasjonskoeffisienten mellom zEEG og kliniske EEG-spektra under alle 5 forholdene

Spesifikasjonsmål 2: Nevrologene våre vil identifisere og klippe forhåndsinnspilte simultane zEEG- og cEEG-prøver under normal hviletilstand, under bevegelser og under elektrografiske hendelser basert på videoreplay og EEG. Vi vil velge 60 s intervaller under hver type hendelser, så mange som vi kan få i løpet av en 1 times EEG-økt/-emne. Vi bruker samme filterinnstilling og samplingshastighet (500 Hz) for begge systemene. Deretter beregner vi prøvekorrelasjon mellom zEEG og cEEG innen 1,25 s skyvevinduer. Vi sammenligner kraftspektraltetthetsendring innenfor det samme systemet mellom hviletilstands-EEG, bevegelsesartefakter og elektrografiske hendelser (interiktale pigger, anfall, pigger, pigg og bølge, andre epileptiske utladninger). Vi kvantifiserer den spektrale forskjellen mellom disse hendelsene ved å beregne en diskrimineringsindeks ved å bruke ROC-analyse. ROC-analyse tester hvordan en 'ideell observatør' ville være i stand til å skille mellom disse prøvene basert på de spektrale forskjellene i forhold til den store sannheten (basert på klassifiseringen av våre ekspertnevrologer) uten å vite hvilken periode disse prøvene ble hentet fra.

For statistisk analyse vil en fireveis ANOVA bli brukt, hvor de 4 faktorene er: aldersgruppe (pediatrisk, voksen), system (zEEG, cEEG), oppgaver (1-5) og registreringssteder (10-20 system) ). Den avhengige variabelen er det spektrale signal-til-støyforholdet (SNR) beregnet som det spektrale gjennomsnittet (delt på det spektrale standardavviket.

Spesifikasjon Mål 3: Maksimalt oppnåelig korrekt poengsum per fag er 7 for den første testen og 7 for den andre. Deretter kombinerer vi poengsummene fra øktene innenfor samme system som følger. Hvis poengsummene fra det første settet er angitt som klinisk EEG [a1 a2 a3 a4 a5 a6] og zEEG [b1 b2 b3 b4 b5 b6] og i det andre settet som klinisk EEG [a7 a8 a9 a10 a11 a12] og zEEG [b7 b8 b9 b10 b11 b12], så beregner vi forskjellsskårene som DclinicalEEG-zEEG (a1- b1, a2-b2, … ,a12-b12). Vår NULL er at evalueringene fra de to ekspertene vil være samsvarende mellom de to systemene og D-skårene vil ikke være forskjellig fra null. Alternativet er at ekspertvurderingene av de to systemene er uenige; derfor er fordelingen av D-poeng signifikant forskjellig fra null. Vi vil beregne en elev-T-test med ett utvalg for å sammenligne fordelingsavviket fra null.

Vi vil be 16 eksperter om å gi sine svar på testing av prøvene. Vi vil lage testen som skal utføres online. EEG-prøvene vil bli avidentifisert. Forsterkning, filtrering og samplingshastighet vil være identisk for alle prøver og mellom begge systemene. Det trengs ikke mer enn 1 min per vare. Den totale testen med de 5 spørsmålene, ca. 10 prøver (klinisk EEG-sett og zEEG-sett) vil ta ca. 10 minutter å ta. I følge krafttesten vår er en prøvestørrelse=16, STD=3 (i området 1 til 7) prøvegjennomsnitt D=2 kraften til statistisk test er 84,7 %, tilstrekkelig for å trekke statistiske konklusjoner. Derfor er prøvestørrelsen = 16 tilstrekkelig til den ønskede statistiske kraften på >80 % (http://rpsychologist.com/d3/NHST/). Etter konvensjon er 80 % et akseptabelt maktnivå (Ellis, 2010).