Evoked potentials
HS 1 Algemene aspecten evoked potentials
Evoke: oproepen, opwekken.
evoked potential: potentiaalverandering in perifeer/centraal ZS of spier na stimulatie zintuig/deel
zenuwstelsel
Typen EP’s
- Sensorisch:
- SEP: somatosensibel (stimulatie huidzenuw/gemengde zenuw, EP centraal/perifeer)
- VEP: visueel (visuele stimulatie retina, EP hersenschors)
- BAEP: brainstem auditory (stimulatie gehoororgaan, EP hersenstam)
- AEP: corticaal auditory (stimulatie gehoororgaan, EP hersenschors)
- Motor: EP in spier bij stimulatie motorische hersenschors/wortels
- ERP (event related potentials): voorbereiding op motorische respons of verwerking
sensorische prikkel
Sensorische/ERP amplitudes: klein in vergelijking met stoorsignalen -> averaging nodig.
Doel EP
- detectie & localisatie laesie. vb: visueel systeem (VEP), centrale motorische neuron (Motor
EP)
- gedetailleerd testen zintuig (gehoor BAEP)
- hogere cognitieve functies bestuderen (attentie, stimulusdiscriminantie, motorische
preparatie) dmv ERPs
Herhalingsfrequentie stimulus:
- sneller: onderzoek eerder afgelopen
- te snel: habituatie (gewenning, lagere amplitude), gestimuleerde structuur moet kunnen
herstellen
- vroege componenten (BAEP) korte hersteltijd (10 stimuli/seconde)
- late componenten (AEP) lange hersteltijd (1 stimulus/ 2 seconden)
- random stimulusinterval: willekeurig -> minder snel habituatie (mn late EP componenten)
- geen 50hz frequentie gebruiken -> storing wordt niet weggemiddeld
Volumegeleiding
- meting op afstand: ionenstromen waaieren uit in weerstandnetwerk (verschillende
structuren van het lichaam)
- verschillende weerstanden in verschillende weefsels (bot & vetweefsel: hoge weerstand,
spier iets lager, bloed nauwelijks weerstand)
- lichaamsonderdelen zijn elektrische weerstandsnetwerken (volumegeleiders), belangrijk bij
interpretatie potentiaalveranderingen & plaatsing elektroden.
- Hoe verder meetelektrode van stimulus af hoe kleiner en meer uitgesmeerd de potentiaal is,
nog kleiner bij hoge weerstand.
- uitzondering: far field potentialen-> bij dipool en langgerekte volumegeleider (arm/been) ->
potentiaal wordt niet kleiner bij lange afstand (vroege SEP componenten)
- voortgeleidende activiteit is geen dipool -> geen far-field -> bewegende bron -> afnemende
potentiaal bij toenemende afstand.
- abrupte overgang voortgeleiding (blokkade) of verandering volumegeleider (overgang arm-
romp): korte tijd niet bewegende dipoolbron -> far field potentialen
,Registratietechnieken
- gemiddelde signaalcomponenten
- posities 10-20 systeem met kleine verplaatsingen
- componenten kleiner dan bij EEG -> lage en gelijke elektrodeweerstanden belangrijk
Filteren
- zo hoog mogelijk signaalniveau zonder achtergrond EEG, versterkerruis,
bewegingsartefacten -> signaalmiddeling
- filteren signaal: alleen frequenties met relevante fysiologische informatie -> bandbreede
aanpassen -> banddoorlaatfilter (band pass) hoogdoorlaatfrequentie Fl,
laagdoorlaatfrequentie Fh
- afsnijfrequentie niet abrupt maar met bepaalde steilheid van de overgang.
- filteren zorgt voor tijdvertraging die verschilt per frequentie -> vervorming signaal.
standaardisatie noodzakelijk
- toename hoog/laagdoorlaatfrequentie -> verkorting latentietijd
- filter door computer = digitale filtering, hierbij geen tijdvertraging
- smoothen: extra digitaal laagdoorlaatfiltering -> signaal meer glad -> informatie verloren
Analoog-digitaal AD conversie
- bemonsteringsfrequentie: frequenties tot Fhz minimaal 2x Fhz nodig -> nyquisttheorema:
voorkomen signaalvervormingen (aliasing)
- Meestal hogere bemonsteringsfrequentie: 5x/10x Fhz
- amplitudenauwkeurigheid: N bits: 2^n amplitudeniveaus, signaal-ruisniveau bepaald de
nauwkeurigheid. Gebruikelijk: 12bits 2^12= 4096 niveaus
Middeling/averaging
- noodzakelijk bij neurofysiologische metingen
- precies dezelfde responsie in: golfvorm, amplitude, latentie = deterministisch
- bij langere latentie EP componenten is dit lastig -> sessie niet te lang en zo goed mogelijk
constant.
- uiteindelijke uitslag = gemiddelde van alle responsies
- achtergrondsignaal heeft constante eigenschappen EP responsie wordt hierbij opgeteld:
signaal + (stochastisch) ruis concept.
Artefacten
stimulusartefact
- Vele malen groter dan EP signaal.
- Belangrijk te bepalen waar het artefact stopt:
- moet voor de eerste EP responsie zijn
- zo niet: stimulusartefact van signaal aftrekken of goede elektrodeplaatsing
veroorzaakt door:
- potentiaalvelden bij elektrische stimuli
- elektromagnetische velden bij koptelefoon AEP
artefactrejectie
- stukken EEG waarin grote artefacten zoals oogknippers/oogbewegingen worden
overgeslagen.
- Detectie door amplitudeoverscheiding.
- Duur neemt toe: stukken met artefacten moeten overnieuw.
,Reproduceerbaarheid/betrouwbaarheid
- 2 middelingen onder identieke omstandigheden over elkaar projecteren
- nadeel: ongewenste veranderingen
- andere manier: stimuli (even/oneven) in verschillende geheugens (buffers)
middelen.
- dummy average: registratie met losgekoppelde stimulatieelektroden -> vlakke curve ->
technische stimulusgebonden artefacten opsporen
- plus-minus average: responsies afgewisseld op en aftrekken van het gemiddelde -> indruk
ruis die niet aan stimulus gebonden is
- prestimulus interval: interval voorafgaand aan stimulus meemiddelen -> ruisniveau
voorafgaand aan stimulus inschatten. interval: 20% van de gehele curve
Analyse EP-componenten
component: positieve of negatieve potentiaalverandering
voorwaarden EP component:
- reproduceerbaar
- boven ruisniveau uit
- geen artefact
Latentie
- tijdsverschil stimulatie en top component (begin component vaak lastig af te grenzen)
- hangt af van fysiologisch factoren zenuwstelsel (leeftijd, lengte, geslacht) en
pathofysiologische factoren (demyelinisatie)
- normaal: kleine spreiding en normaal verdeeld
Amplitude
- bepaald ten opzichte van:
- top vorige component (meest gebruikt)
- top volgende component
- de basislijn (technische 0 niveau AD versterker of gemiddelde niveau
prestimulusinterval)
- amplitude overschat bij: EP component superponatie op langzame potentiaalverandering
(stimulusartefact)
- hangt af van:
- fysiologische en pathofysiologische factoren (ook axonale schade)
- huid en schedeldikte, diepte zenuw onder de huid (volumegeleiding)
- normaal: grote spreiding niet normaal verdeeld
Benoeming EP componenten (nomenclatuur)
- Naar polariteit en gemiddelde latentie in normale populatie
- afhankelijk van lichaamslengte, eerste negatieve corticaal gegenereerde SEP
component: in NL: N20, in scandinavie N21, in japan N17
- Naar polariteit en volgorde van latentie: P1, N1, P2 etc
- BAEP: volgorde van latentie: piek I t/m V
, Analysetechnieken
topografisch
ingewikkelde verdeling polariteit en amplitude over het hoofd die veranderd in de tijd. Wel 32, 64 of
128 registraties nodig -> door vele curven moeilijk te interpreteren -> topografische analyse,
spatiotemporele mapping, brainmapping.
Spatiële sampling
- zelfde wet als nyquistcriterium: hoogste frequentie max de helft frequentie waarmee wordt
bemonsterd
- spatiele (ruimtelijke) frequentieverdeling: EEG veranderd per plaats en ook het afgeleide EP
signaal
- hoe sneller het signaal veranderd (van 1 positie naar ander) -> hogere spatiële frequenties
- niet voldoen aan nyquist -> vervormingen brainmap: spookfrequenties, spatiele aliasing,
terugvouwing.
- lastig in praktijk te brengen: niet mogelijk aantal elektroden te verdubbelen
- 32 elektroden = minimum gehele hoofd, of dichter bij elkaar in 1 gebied
Brainmap maken
- posities elektroden EP signaal geprojecteerd op een vlak (boven/zijaanzicht van het hoofd)
- vlak verdeeld in kleine vierkantjes, klein deel = elektrodeposties andere deel =
geïnterpoleerd, ligt er tussenin
- amplitude EP signaal dat overeenkomt met een elektrodepostie wordt op 1 moment in de
tijd weergegeven in het bijbehorende vierkantje.
- De amplitude van de geinterpoleerde vierkantjes wordt geschat dmv interpolatietechnieken
-> dus niet daadwerkelijk gemeten, alleen hulpmiddel, extra elektroden is beter!
Interpolatietechnieken:
- nearest neighbour methode (meest gebruikt)
- geschat obv dichtstbijzijnde elektroden.
- neemt liniair of met een macht af met afstand tot elektrode.
- Maxima en minima op elektroden gelegen
- nadeel: onnatuurlijk scherpe potentiaalbergen -> hoge spatiele frequenties
- Spline interpolation
- lijn of oppervlak word zo soepel mogelijk door gemeten amplituden gebogen
Brainmapping
instantane map (op 1 tijdstip) van ampliutudeverdeling door:
- isopotentiaallijnen: vierkanten met gelijke amplitude door lijn verbonden
- kleuren: kleurcodering vierkantjes. regenboog (blauw,groen,geel,rood,wit)
- symmetrisch: amplitude negatief= rood en wit, 0= geel, positief blauw en groen
- individueel/genormeerd: blauw en wit sterkste positieve en negatieve amplituden,
hoeven niet een zelfde waarde te hebben -> niet symmetrisch: geel kan zowel pos
als neg zijn.
Sequentiele mapping:
- regelmatige tijdstippen instantane map maken -> veranderingen spatiele en temporele
domein EP
- symmetrische en gelijke kleurenschaal iedere ma. Alleen uitersten: individuele schaal
HS 1 Algemene aspecten evoked potentials
Evoke: oproepen, opwekken.
evoked potential: potentiaalverandering in perifeer/centraal ZS of spier na stimulatie zintuig/deel
zenuwstelsel
Typen EP’s
- Sensorisch:
- SEP: somatosensibel (stimulatie huidzenuw/gemengde zenuw, EP centraal/perifeer)
- VEP: visueel (visuele stimulatie retina, EP hersenschors)
- BAEP: brainstem auditory (stimulatie gehoororgaan, EP hersenstam)
- AEP: corticaal auditory (stimulatie gehoororgaan, EP hersenschors)
- Motor: EP in spier bij stimulatie motorische hersenschors/wortels
- ERP (event related potentials): voorbereiding op motorische respons of verwerking
sensorische prikkel
Sensorische/ERP amplitudes: klein in vergelijking met stoorsignalen -> averaging nodig.
Doel EP
- detectie & localisatie laesie. vb: visueel systeem (VEP), centrale motorische neuron (Motor
EP)
- gedetailleerd testen zintuig (gehoor BAEP)
- hogere cognitieve functies bestuderen (attentie, stimulusdiscriminantie, motorische
preparatie) dmv ERPs
Herhalingsfrequentie stimulus:
- sneller: onderzoek eerder afgelopen
- te snel: habituatie (gewenning, lagere amplitude), gestimuleerde structuur moet kunnen
herstellen
- vroege componenten (BAEP) korte hersteltijd (10 stimuli/seconde)
- late componenten (AEP) lange hersteltijd (1 stimulus/ 2 seconden)
- random stimulusinterval: willekeurig -> minder snel habituatie (mn late EP componenten)
- geen 50hz frequentie gebruiken -> storing wordt niet weggemiddeld
Volumegeleiding
- meting op afstand: ionenstromen waaieren uit in weerstandnetwerk (verschillende
structuren van het lichaam)
- verschillende weerstanden in verschillende weefsels (bot & vetweefsel: hoge weerstand,
spier iets lager, bloed nauwelijks weerstand)
- lichaamsonderdelen zijn elektrische weerstandsnetwerken (volumegeleiders), belangrijk bij
interpretatie potentiaalveranderingen & plaatsing elektroden.
- Hoe verder meetelektrode van stimulus af hoe kleiner en meer uitgesmeerd de potentiaal is,
nog kleiner bij hoge weerstand.
- uitzondering: far field potentialen-> bij dipool en langgerekte volumegeleider (arm/been) ->
potentiaal wordt niet kleiner bij lange afstand (vroege SEP componenten)
- voortgeleidende activiteit is geen dipool -> geen far-field -> bewegende bron -> afnemende
potentiaal bij toenemende afstand.
- abrupte overgang voortgeleiding (blokkade) of verandering volumegeleider (overgang arm-
romp): korte tijd niet bewegende dipoolbron -> far field potentialen
,Registratietechnieken
- gemiddelde signaalcomponenten
- posities 10-20 systeem met kleine verplaatsingen
- componenten kleiner dan bij EEG -> lage en gelijke elektrodeweerstanden belangrijk
Filteren
- zo hoog mogelijk signaalniveau zonder achtergrond EEG, versterkerruis,
bewegingsartefacten -> signaalmiddeling
- filteren signaal: alleen frequenties met relevante fysiologische informatie -> bandbreede
aanpassen -> banddoorlaatfilter (band pass) hoogdoorlaatfrequentie Fl,
laagdoorlaatfrequentie Fh
- afsnijfrequentie niet abrupt maar met bepaalde steilheid van de overgang.
- filteren zorgt voor tijdvertraging die verschilt per frequentie -> vervorming signaal.
standaardisatie noodzakelijk
- toename hoog/laagdoorlaatfrequentie -> verkorting latentietijd
- filter door computer = digitale filtering, hierbij geen tijdvertraging
- smoothen: extra digitaal laagdoorlaatfiltering -> signaal meer glad -> informatie verloren
Analoog-digitaal AD conversie
- bemonsteringsfrequentie: frequenties tot Fhz minimaal 2x Fhz nodig -> nyquisttheorema:
voorkomen signaalvervormingen (aliasing)
- Meestal hogere bemonsteringsfrequentie: 5x/10x Fhz
- amplitudenauwkeurigheid: N bits: 2^n amplitudeniveaus, signaal-ruisniveau bepaald de
nauwkeurigheid. Gebruikelijk: 12bits 2^12= 4096 niveaus
Middeling/averaging
- noodzakelijk bij neurofysiologische metingen
- precies dezelfde responsie in: golfvorm, amplitude, latentie = deterministisch
- bij langere latentie EP componenten is dit lastig -> sessie niet te lang en zo goed mogelijk
constant.
- uiteindelijke uitslag = gemiddelde van alle responsies
- achtergrondsignaal heeft constante eigenschappen EP responsie wordt hierbij opgeteld:
signaal + (stochastisch) ruis concept.
Artefacten
stimulusartefact
- Vele malen groter dan EP signaal.
- Belangrijk te bepalen waar het artefact stopt:
- moet voor de eerste EP responsie zijn
- zo niet: stimulusartefact van signaal aftrekken of goede elektrodeplaatsing
veroorzaakt door:
- potentiaalvelden bij elektrische stimuli
- elektromagnetische velden bij koptelefoon AEP
artefactrejectie
- stukken EEG waarin grote artefacten zoals oogknippers/oogbewegingen worden
overgeslagen.
- Detectie door amplitudeoverscheiding.
- Duur neemt toe: stukken met artefacten moeten overnieuw.
,Reproduceerbaarheid/betrouwbaarheid
- 2 middelingen onder identieke omstandigheden over elkaar projecteren
- nadeel: ongewenste veranderingen
- andere manier: stimuli (even/oneven) in verschillende geheugens (buffers)
middelen.
- dummy average: registratie met losgekoppelde stimulatieelektroden -> vlakke curve ->
technische stimulusgebonden artefacten opsporen
- plus-minus average: responsies afgewisseld op en aftrekken van het gemiddelde -> indruk
ruis die niet aan stimulus gebonden is
- prestimulus interval: interval voorafgaand aan stimulus meemiddelen -> ruisniveau
voorafgaand aan stimulus inschatten. interval: 20% van de gehele curve
Analyse EP-componenten
component: positieve of negatieve potentiaalverandering
voorwaarden EP component:
- reproduceerbaar
- boven ruisniveau uit
- geen artefact
Latentie
- tijdsverschil stimulatie en top component (begin component vaak lastig af te grenzen)
- hangt af van fysiologisch factoren zenuwstelsel (leeftijd, lengte, geslacht) en
pathofysiologische factoren (demyelinisatie)
- normaal: kleine spreiding en normaal verdeeld
Amplitude
- bepaald ten opzichte van:
- top vorige component (meest gebruikt)
- top volgende component
- de basislijn (technische 0 niveau AD versterker of gemiddelde niveau
prestimulusinterval)
- amplitude overschat bij: EP component superponatie op langzame potentiaalverandering
(stimulusartefact)
- hangt af van:
- fysiologische en pathofysiologische factoren (ook axonale schade)
- huid en schedeldikte, diepte zenuw onder de huid (volumegeleiding)
- normaal: grote spreiding niet normaal verdeeld
Benoeming EP componenten (nomenclatuur)
- Naar polariteit en gemiddelde latentie in normale populatie
- afhankelijk van lichaamslengte, eerste negatieve corticaal gegenereerde SEP
component: in NL: N20, in scandinavie N21, in japan N17
- Naar polariteit en volgorde van latentie: P1, N1, P2 etc
- BAEP: volgorde van latentie: piek I t/m V
, Analysetechnieken
topografisch
ingewikkelde verdeling polariteit en amplitude over het hoofd die veranderd in de tijd. Wel 32, 64 of
128 registraties nodig -> door vele curven moeilijk te interpreteren -> topografische analyse,
spatiotemporele mapping, brainmapping.
Spatiële sampling
- zelfde wet als nyquistcriterium: hoogste frequentie max de helft frequentie waarmee wordt
bemonsterd
- spatiele (ruimtelijke) frequentieverdeling: EEG veranderd per plaats en ook het afgeleide EP
signaal
- hoe sneller het signaal veranderd (van 1 positie naar ander) -> hogere spatiële frequenties
- niet voldoen aan nyquist -> vervormingen brainmap: spookfrequenties, spatiele aliasing,
terugvouwing.
- lastig in praktijk te brengen: niet mogelijk aantal elektroden te verdubbelen
- 32 elektroden = minimum gehele hoofd, of dichter bij elkaar in 1 gebied
Brainmap maken
- posities elektroden EP signaal geprojecteerd op een vlak (boven/zijaanzicht van het hoofd)
- vlak verdeeld in kleine vierkantjes, klein deel = elektrodeposties andere deel =
geïnterpoleerd, ligt er tussenin
- amplitude EP signaal dat overeenkomt met een elektrodepostie wordt op 1 moment in de
tijd weergegeven in het bijbehorende vierkantje.
- De amplitude van de geinterpoleerde vierkantjes wordt geschat dmv interpolatietechnieken
-> dus niet daadwerkelijk gemeten, alleen hulpmiddel, extra elektroden is beter!
Interpolatietechnieken:
- nearest neighbour methode (meest gebruikt)
- geschat obv dichtstbijzijnde elektroden.
- neemt liniair of met een macht af met afstand tot elektrode.
- Maxima en minima op elektroden gelegen
- nadeel: onnatuurlijk scherpe potentiaalbergen -> hoge spatiele frequenties
- Spline interpolation
- lijn of oppervlak word zo soepel mogelijk door gemeten amplituden gebogen
Brainmapping
instantane map (op 1 tijdstip) van ampliutudeverdeling door:
- isopotentiaallijnen: vierkanten met gelijke amplitude door lijn verbonden
- kleuren: kleurcodering vierkantjes. regenboog (blauw,groen,geel,rood,wit)
- symmetrisch: amplitude negatief= rood en wit, 0= geel, positief blauw en groen
- individueel/genormeerd: blauw en wit sterkste positieve en negatieve amplituden,
hoeven niet een zelfde waarde te hebben -> niet symmetrisch: geel kan zowel pos
als neg zijn.
Sequentiele mapping:
- regelmatige tijdstippen instantane map maken -> veranderingen spatiele en temporele
domein EP
- symmetrische en gelijke kleurenschaal iedere ma. Alleen uitersten: individuele schaal
