Quantification of newborn seizure cyclicity from amplitude-integrated EEG with the phase-locking value
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-08-19
Department
Major/Subject
Human Neuroscience and Technology
Mcode
SCI3601
Degree programme
Master’s Programme in Life Science Technologies
Language
en
Pages
36
Series
Abstract
Perinatal hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE) is a brain disorder that is caused by the lack of oxygenated blood flow to the brain during or near the time of birth. Newborns with HIE can have subclinical seizures that can only be detected with electroencephalography (EEG). Amplitude-integrated EEG (aEEG) provides an easily interpretable time-compressed view of EEG. A seizure can be identified from the rising minimum value of the aEEG. The minimum values form the so-called lower margin. Neonatal EEG experts have visually observed that neonatal seizures can occur very rhythmically, producing a sine-wave-like shape in the lower margin. This provides evidence that newborn seizures can behave in a cyclical way in the scale of minutes, and possibly longer. No previous work has examined the regularity of the neonatal seizure occurrence, or its connection to the clinical outcome. The aim of this study was to produce a quantification of seizure rhythmicity or cyclicity, and examine if the measure was associated with the visually evaluated seizure cyclicity and ultimately with the clinical outcome. To study the cyclicity of the aEEG lower border, a measure called phase-locking value (PLV) was utilized. PLV is used to analyze the phase synchrony of two signals. It produces a number between 0 and 1 that describes how well the two signals are synchronized. Here, the appropriately low-pass filtered lower border was compared to 10 cycles of pure sine wave with different frequencies in a sliding time window. Two measures concerning the PLV were experimented with: the maximum PLV in time and frequency (MAX PLV), and high PLV consistency over time (HIGH PLV). The results indicate that the visually assessed categorical seizure cyclicity can be quantified computationally. The MAX PLV and HIGH PLV measures differed statistically between the positive and negative outcome groups. The negative outcome group had higher values in both measures. Future studies should investigate whether seizure cyclicity is independently correlated with the clinical outcome when other seizure parameters, such as seizure burden, are taken into account.Vastasyntyneelle voi kehittyä hypoksis-iskeeminen enkefalopatia (HIE) synnytykseen liittyvän hapenpuutteen vuoksi. Lapsi voi saada kohtauksia, joista suurin osa voidaan havaita ainoastaan aivosähkökäyrän (EEG) avulla. Amplitudi-integroitu EEG (aEEG) on helposti tulkittava aikatiivistetty näkymä EEG:stä. Kohtaus voidaan tunnistaa aEEG:n minimiarvon noususta. Nämä minimiarvot muodostavat aEEG:n alamarginaalin. Kliinisen neurofysiologian erikoislääkärit ovat empiirisesti huomanneet, että vastasyntyneiden kohtaukset voivat esiintyä hyvin tasaisella rytmillä, muodostaen sinikäyrämäisen muodon alamarginaaliin. Vastasyntyneiden kohtaukset voivat siis mahdollisesti käyttäytyä syklisesti ainakin minuuttien tasolla. Kohtausrytmin säännöllisyyttä tai sen yhteyttä potilaan myöhempään kehitykseen ei ole aikaisemmin tutkittu. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli löytää kvantifiointimenetelmä kohtaussyklisyyden arviointiin sekä tutkia, vastaako kvantifiointi visuaalisesti arvioitua syklisyyttä ja onko kvantifiointi linkittynyt potilaan ennusteeseen. Menetelmänä käytettiin vaihelukitusarvoa (engl. phase-locking value, PLV). PLV:n avulla voidaan tutkia kahden signaalin vaihesynkroniaa. Lopputuloksena saadaan arvo 0 ja 1 väliltä, joka kuvastaa kuinka hyvin signaalit olivat synkronoituneet. Tässä tutkimuksessa haluttiin tutkia, kuinka sinikäyrämäisesti aEEG:n alaraja käyttäytyi. PLV laskettiin alarajan ja 10 sinikäyrän syklin välillä liukuvan aikaikkunan avulla. Laskenta suoritettiin kaikkien määriteltyjen taajuuksien sekä kanavien yli ja maksimi-PLV raportoitiin. PLV:n ajalliselle käyttäytymiselle määriteltiin myös mittari. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että kategorinen visuaalinen syklisyysarvio voidaan ainakin jossain määrin kvantifioida algoritmisesti. Hyvän ja huonon ennusteen potilasryhmien PLV:t olivat tilastollisesti eroavat molempien mittarien suhteen. Tulos viittaa siihen, että kohtausten säännöllisyys liittyy huonompaan neurologiseen ennusteeseen HIE:n jälkeen. Lisätutkimusta tarvitaan osoittamaan, onko syklisyys itsenäinen ennusteellinen tekijä, kun muut kohtauksiin liittyvät parametrit huomioidaan.Description
Supervisor
Parkkonen, LauriThesis advisor
Nevalainen, PäiviKeywords
seizure cyclicity, newborns, aEEG, PLV