POTRZEBUJE: Baza danych EEG Neuromed Epilepsy. Duża baza danych EEG pacjentów z padaczką dla społeczności badawczej. (NEED)

Około 50 milionów ludzi na całym świecie cierpi na padaczkę, która jest jedną z najczęstszych chorób neurologicznych. Charakteryzuje się nieprzewidywalnymi i nagłymi napadami, które mogą prowadzić do utraty przytomności i niekontrolowanych reakcji ruchowych, poważnie wpływając na jakość życia chorych na padaczkę. Tylko dwie trzecie pacjentów z padaczką może kontrolować napady za pomocą leków przeciwpadaczkowych lub operacji padaczki. W przypadku pozostałych pacjentów należy rozważyć inne metody leczenia. Podejścia te obejmują opracowanie interwencyjnego urządzenia z zamkniętą pętlą, zdolnego do wykrywania napadów i wyzwalania operacji interwencyjnej, takiej jak podawanie leków przeciwpadaczkowych lub elektryczna stymulacja ogniska epileptogennego w celu przerwania napadu. Aby zapewnić skuteczne podejście terapeutyczne do tych pacjentów, w ostatnich dziesięcioleciach podjęto wiele wysiłków w celu opracowania automatycznych metod wyszukiwania wiarygodnych markerów w sygnale elektroencefalograficznym (EEG), który jest złotym standardem w diagnostyce padaczki, zdolnym do przewidywania lub wczesnego wykrywania drgawki w EEG. Metody te opierają się na matematycznych lub obliczeniowych podejściach do analizy sygnału EEG, których celem jest wydobycie z sygnału EEG złożonych pomiarów (tzw. diagnostyka padaczki, w celu wykorzystania takich cech jako prekursorów nadchodzących napadów (przewidywanie napadów) lub wskaźników trwającego napadu (wykrywanie napadów). W ostatnich latach zaproponowano wiele metod, wykorzystujących metody liniowe lub nieliniowe, do wyodrębniania cech z sygnału EEG. Ostatnio w niektórych badaniach wykorzystano również sygnał elektrokardiograficzny (EKG), który w monitorowaniu padaczki jest zwykle rejestrowany razem z EEG, w celu wydobycia z niego obiecujących cech. Chociaż badania te dały obiecujące wyniki, to jednak mają wiele ograniczeń. Wśród nich wykorzystanie ograniczonej liczby pacjentów i napadów oraz wykorzystanie wyłącznie nagrań należących do fazy poprzedzającej napad (tzw. okres przednapadowy). Takie ograniczenia nie pozwalają np. na określenie specyfiki takich algorytmów, ponieważ nie uwzględniają one również zapisów uzyskanych w odstępach czasowych odległych od napadów (dane międzynapadowe) i mogłyby prowadzić do przeuczenia predykcji napadu/ model wykrywania. Jedyną rzeczą, co do której wszyscy badacze padaczki są zgodni, jest istnienie fazy przednapadowej, czyli fazy poprzedzającej napad, fazy napadowej, w której napad jest „aktywny” i fazy międzynapadowej, która jest okresem chwilowo daleko od napadu. Zwykle automatyczne metody przewidywania/wykrywania napadów składają się z trzech różnych faz: wstępnego przetwarzania (usuwanie artefaktów, filtrowanie pasmowo-przepustowe, segmentacja danych…) sygnałów EEG, ekstrakcja cech oraz selekcja i klasyfikacja cech. Ten ostatni krok zwykle polega na wykorzystaniu uczenia maszynowego i metod statystycznych w celu podjęcia decyzji o przewidywaniu/wykryciu. Zasadniczo modele te powinny być w stanie sklasyfikować każdą instancję EEG w dwóch klasach, „napad” lub „brak napadu”, wykorzystując cechy wyodrębnione z sygnału EEG. Skuteczność tych modeli w dużej mierze zależy od tego, jak skutecznie są one szkolone i zwykle im więcej danych jest wykorzystywanych do ich szkolenia, tym bardziej są w stanie podjąć właściwą decyzję. Dlatego dostępność dużej bazy danych mogłaby pozwolić na opracowanie skutecznych modeli wykrywania/predykcji padaczki. Możliwość dostępu naukowców do dużej bazy danych ciągłych i długoterminowych danych EEG pacjentów z padaczką może być wielką szansą na opracowanie skutecznych i niezawodnych metod automatycznego przewidywania/wykrywania napadów. Z tych powodów w ostatnich latach niektóre grupy badawcze zaproponowały i udostępniły publiczną bazę danych EEG naukowcom, którzy chcą przetestować swoje zautomatyzowane modele wykrywania/predykcji napadów. W szczególności taka baza danych została zaproponowana przez Centrum Epilepsji Uniwersytetu w Bonn i Freiburgu, a także przez Szpital Dziecięcy w Bostonie i została udostępniona badaczom do bezpłatnego pobrania. Bazy te zawierają długoterminowe zapisy EEG pozyskane podczas przedoperacyjnego monitoringu pacjentów z padaczką. Liczba pacjentów zawartych w tych bazach danych jest dość niska (od minimum 5 do maksymalnie 23 pacjentów), a także ograniczona jest liczba napadów padaczkowych (od minimum 59 do maksymalnie 189). Ponadto czas trwania nagrań waha się od 40 minut do 142 godzin, a liczba metadanych (innych informacji o pacjentach i napadach) jest bardzo niska. Ostatnia baza danych została zaproponowana w 2008 r. w ramach finansowanego przez UE projektu (EPILEPSIAE), w który zaangażowanych było 6 różnych partnerów (szpitale, uniwersytety, firmy) z 4 różnych krajów (Niemcy, Włochy, Francja, Portugalia). Ta baza danych nie jest bezpłatna, ale jest udostępniana do pobrania po uiszczeniu opłaty w 2012 roku. Obecnie jest to największa dostępna na świecie baza danych EEG padaczki (http://epilepsy-database.eu/). Zawiera dane od 275 pacjentów, w tym zapisy EEG i EKG, metadane, adnotacje kliniczne i techniczne do danych oraz informacje kliniczne o pacjentach. W rzeczywistości tylko 60 z 275 zestawów danych jest dostępnych do pobrania. Celem pracy jest stworzenie długoterminowej bazy danych EEG pacjentów z padaczką podczas nieinwazyjnego monitorowania przedoperacyjnego w Oddziale Chirurgii Padaczki IRCCS Neuromed. Baza danych będzie zawierała oprócz zapisów EEG i EKG, adnotacje kliniczne i techniczne do danych sporządzonych przez ekspertów epileptologów, a także informacje kliniczne o pacjencie, w tym oceny neuropsychologiczne. Wszystkie dane zostaną najpierw zanonimizowane, zaszyfrowane, a następnie udostępnione do bezpłatnego pobrania. W bazie znajdą się dane 200 pacjentów z padaczką poddanych nieinwazyjnemu przedoperacyjnemu monitorowaniu padaczki w Oddziale Chirurgii Padaczki IRCCS Neuromed. Na zakończenie nieinwazyjnego monitorowania EEG dwóch ekspertów epileptologów dokona przeglądu danych EEG/EKG w celu zidentyfikowania napadów, w szczególności kanałów, w których napad się rozpoczyna oraz czasu, i wszystko może być interesujące dla projektu. Wszystkie nagrania zostaną wyeksportowane w formacie ASCII (American Standard Code for Information Interchange) przy użyciu oprogramowania DMS Data Management System (Nihon Kohden Europe Gmbh) w wersji 2.9.8 i przechowywane lokalnie. Jednocześnie dla każdego pacjenta będą pozyskiwane dane kliniczne i demograficzne (tylko płeć i wiek). W szczególności dla każdego pacjenta dostępne będą następujące dane:

• Dane demograficzne (płeć i wiek);
• Informacje kliniczne (rodzaj padaczki, częstość napadów,…);
• Dane neuropsychologiczne;
• Dane EEG uzyskane zgodnie z międzynarodowym systemem 10-20;
• dane EKG;
• Informacje o nagraniach i napadach (czas rozpoczęcia i zakończenia, czas rozpoczęcia i zakończenia każdego napadu, …)

Wszystkie dane wszystkich pacjentów zostaną umieszczone w jednej bazie danych, a każdy pacjent będzie przechowywany w jednym skompresowanym archiwum. Baza zostanie udostępniona po wypełnieniu zapytania, które każdy badacz może przekazać za pomocą dedykowanego adresu URL, w którym badacz wypełni formularz, gdy zostanie poproszony o podanie następujących danych:

• Informacje o wnioskodawcy (imię i nazwisko, adres, przynależność, …)
• Zgoda RODO Po otrzymaniu żądania skompresowane archiwum zawierające całą bazę danych zostanie zabezpieczone doraźnym hasłem alfanumerycznym. Takie hasło będzie składało się z dwóch części: pierwsza część zostanie przesłana e-mailem do wnioskodawcy, druga część zostanie przesłana pocztą tradycyjną (uwierzytelnianie dwukierunkowe).