脑电图(EEG)–电阻抗(EIT)同步采集系统:在癫痫发作检测中的开发与初步应用

临床痛点:信号“串扰”,阻碍多模态协同诊断

准确定位癫痫灶是难治性癫痫外科手术成功的关键。脑电图(EEG)和电阻抗断层成像(EIT)是两种极具潜力的无创监测技术:EEG拥有毫秒级的时间分辨率,能精准捕捉癫痫放电的瞬间;而EIT则能提供无辐射、可床旁连续监测的阻抗变化图像。

然而,将两者结合以实现“1+1>2”的协同诊断,一直面临一个核心技术瓶颈:信号“串扰”

  • EIT干扰EEG:EIT系统为成像会注入一个数十千赫兹的激励电流,这个高频信号会完全淹没微弱的脑电信号,导致无法识别癫痫波。

  • EEG影响EIT:EEG设备的前端电路会分流EIT的激励电流,导致阻抗测量失真,图像质量严重下降。

这一难题使得两种技术难以在同一套电极上实现高质量的同步采集,限制了多模态融合在癫痫精准诊疗中的应用。


自主创新:永川科技提供核心硬件支撑

本次实验由永川科技提供核心硬件EH-300EIT设备,为实验成功提供关键支撑:

16 通道专用电极,自动采集阻抗数据,24小时实时输出脑组织阻抗图像、水肿变异指标,无需转运患者,规避 CT 辐射与搬动风险,完美解决传统监测间断滞后问题。该系统采用串行架构,并以50 kHz的频率使用0.5 mA的测量电流。



实验验证:信号高度保真,定位误差仅0.13mm

研究团队选取了10只健康的成年雄性大鼠,通过手术在其颅骨上植入一套16通道的电极。随后,通过向大鼠腹腔注射海人酸(KA)来诱导其产生癫痫发作,系统性地采集和对比不同条件下的信号,以验证系统的抗干扰能力,研究取得了显著成果:

  • EIT信号保真度
    • 在正常状态下,同步采集与独立采集的阻抗差异仅为 0.15%

    • 在癫痫发作期间,阻抗差异也仅为 0.71%,重建图像的SSIM系数高达 0.97,Dice系数达到 0.80,证明了系统在动态病理状态下的高保真成像能力。

  • EEG信号保真度
    • 经过滤波后,同步采集的EEG信号与独立采集的信号高度相似。无论在正常还是癫痫状态下,其频域余弦相似度和相关系数均 超过0.80,完整保留了癫痫波的关键特征。

  • 癫痫灶定位精度
    • 通过对比EIT图像识别的阻抗变化区域中心与EEG地形图定位的癫痫灶中心,发现两者的平均偏差距离仅为 0.13 mm,平均相对误差为 6.37%

    • 组织学染色结果进一步证实,EIT定位的低阻抗区域与海马体神经元损伤区域高度吻合,从病理学层面验证了其定位的准确性。


临床意义:开启多模态融合诊疗新时代

这项研究成功将理论上的滤波方案转化为一个功能完备的集成化仪器,其意义深远:

未来基于EEG-EIT多模态信号融合的癫痫诊断研究提供了一个可靠、高精度的技术平台。该系统设计紧凑、算法高效,为开发一体化的便携式神经监测设备奠定了坚实的技术基础。通过实现真正时空同步的多模态数据采集,有望显著提升癫痫灶定位的精度和可靠性,为难治性癫痫患者带来更有效的治疗方案。


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