Quantitative Analysis of EEG's in Epileptic Patients

Summary

The objective of computer assisted analysis of EEG's of epileptic patients lies not only in the interest of providing the EEGer with quantitative data but also in the need for data reduction. This is particularly felt whenever the aim is to evaluate EEG characteristics in long-term (24 hour) records. Computer analysis of the long-term EEG is essential whenever one wishes to determine the effectiveness of medication and the influence of behavioral parameters. In this communication we deal with the problems which arise in the analysis of long EEG records: data acquisition, selection of relevant epochs, detection of significant EEG features, analysis of spatial relationships, graphical and alpha-numeric displays of relevant data. Data acquisition and selection are faciliated by using a telemetric amplifier and multiplexing system to allow recording from freely mobile subjects. In our practice this recording system is coupled to a special purpose digital buffer system, the so called “ICTUS system”. The “ICTUS system” can digitize up to 16 channels at a maximum rate of 1024/sec. The detection of significant EEG features comprises the use of the “Automatic Spike Detection1” program combined with a recently written classification algorithm which performs a pattern recognition and classification of EEG nonstationarities. Analysis of spatial relationships includes a measure of coincidence between spikes and other paroxysmal events recorded from different derivations. In our system special attention is given to the graphical displays of relevant data which should be directly interpretable for the clinician. A few applications of this system for (a) the localization of an epileptogenic area and for (b) the analysis of the relationship between EEG paroxysmal events and blood levels of antiepileptic drugs (sodium valproate) are discussed.

^* The project group consists of the following partners: Institute of Medical Physics TNO, Utrecht (F.H. Lopes da Silva, A. Kamp, J.G. Lommen); Twente University of Technology (N.J.I. Mars, G. Bultstra), Epilepsy Center Meer & Bosch, Heemsteede (H. Meinardi, C. Binnie, J. Geursen); University Hospital, Dept. Clinical Neurophysiology, Utrecht (W. Storm van Leeuwen, K. van Hulten, G. Wieneke, P. Spoelstra); the project is supported by grant CLEO A 22 of the “Commissie Landelijk Epilepsie Onderzoek TNO”.

Zusammenfassung

Die computerunterstützte Analyse der EEG epileptischer Patienten dient nicht nur dem Zweck, dem EEG-Auswerter quantitative Daten zur Verfügung zu stellen, sondern auch dem Bedarf nach Datenreduktion. Das Letztere gewinnt insbesondere dann an Bedeutung, wenn es um die Aufdeckung von EEG-Charakteristiken in Langzeitableitungen geht. Eine Langzeit-Computeranalyse des EEG wird immer dann sinnvoll, wenn dadurch die Wirksamkeit einer Medikation und die Beeinflussung der Verhaltensmerkmale überprüft werden können. Der vorliegende Beitrag befaßt sich mit Problemen, welche im Zusammenhang mit der Analyse der EEG-Langzeitableitung stehen: der Datenakquisition, Auswahl relevanter Signalabschnitte, Auffindung signifikanter EEG-Parameter, Analyse spatialer Zusammenhänge sowie mit der graphischen und alphanumerischen Darstellung der relevanten Parameter. Die Verwendung einer Telemetrie-Einrichtung mit Multiplexer erleichtert bei freibeweglichen Patienten das Problem der Datenakquisition und der Datenauswahl. In unserer Meßanordnung sind diese Registriereinheiten mit einem speziell ausgelegten digitalen Datenpuffer gekoppelt, dem sogenannten “Ictus-System”. Dieses System kann bis zu sechzehn Kanäle mit einer maximalen Abtastrate von 1000 Hz digitalisieren. Die Auffindung signifikanter EEG-Parameter erfolgt mit Hilfe eines Programms zur automatischen “Spike”-Erkennung¹ in Verbindung mit einem neuerstellten Klassifizierungsalgorithmus, mit welchem eine Mustererkennung und Klassifizierung von Nicht-Stationaritäten im EEG durchgeführt wird. Zur Analyse spatialer Zusammenhänge wird die Koinzidenz zwischen “Spikes” und anderen paroxysmalen Ereignissen an verschiedenen Ableitepunkten gemessen. In unseren Analyseverfahren legten wir besonderen Wert auf die Entwicklung solcher graphischen Darstellungsformen der relevanten Parameter, die eine direkte Interpretation durch den Kliniker erlauben. Einige Anwendungsbeispiele dieser Methode a) zur Lokalisation eines epileptischen Fokus b) zur Analyse von Korrelationen zwischen paroxysmalen EEG-Abläufen und den Blutspiegeln gewisser Antiepileptika (Sodium Valproate) werden diskutiert.

¹ F.H. Lopes da Silva, K. van Hulten. J.G. Lommen, W. Storm van Leeuwen, C.W.M. van Veelen and W. Vliegenhart: Automatic detection and localization of epileptic foci. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 43 (1977) 1-13