Проект Helsinki VideoMEG: Підсилення магнітоенцефалографії за допомогою синхронізованих відеозаписів

Андрій Жданов

лабораторія BioMag, Центр медичної візуалізації HUS, лікарняний район Гельсінкі та Уусімаа, П.О. Box 340, FI-00029, Фінляндія

Джуссі Нурмінен

Ерік Ларсон

b Університет Вашингтона, Інститут навчання та мозкових наук, 1715 NE Columbia Road, Box 357988, Сіетл, Вашингтон 98195, США

Графічний реферат

Анотація

Основною метою Гельсінського проекту VideoMEG є надання можливості практикуючим магнітоенцефалографії (MEG) записувати та аналізувати відео суб'єкта під час експерименту MEG разом із даними MEG. Проект передбачає:

• Інструкції з монтажу апаратного забезпечення та програмне забезпечення для налаштування відео- та аудіозаписів учасника, синхронізованих до отримання даних MEG.
• Основні програмні засоби для аналізу відео та аудіо разом із даними MEG.

Отримане налаштування дозволяє надійно записувати відео та аудіо з об'єкта в різних реальних сценаріях використання. Проект Helsinki VideoMEG дозволив успішно встановити обладнання для відео-MEG у чотирьох різних лабораторіях MEG у Фінляндії, Швеції та США.

Деталі методу

Магнітоенцефалографія (МЕГ) - це неінвазивний функціональний метод візуалізації головного мозку, який контролює нейрональну активність шляхом вимірювання пов'язаних магнітних полів [1]. У клінічній практиці МЕГ в основному використовується для дохірургічної локалізації епілептогенних зон, де було показано, що він виявляє джерела патологічної активності, які неможливо виявити за допомогою інших неінвазивних методів [[2], [3]].

MEG багато в чому схожий на тісно пов'язану техніку електроенцефалографії (ЕЕГ): обидві методики поділяють основні джерела сигналу і покладаються на подібні відображення від активності цих джерел до сигналів, виміряних датчиками, даючи подібні часові та просторові роздільні здатності [1]. У клінічній практиці обстеження ЕЕГ хворих на епілепсію регулярно доповнюють синхронізованими відеозаписами [4] - процедурою, відомою як відео-ЕЕГ або VEEG. У відео-MEG - аналог MEG - процедури відео - ЕЕГ - пацієнтів з епілепсією, відео виявилося корисним для виявлення артефактів та документування судом [5]. Додано, що синхронізоване за часом відео до записів епілепсії MEG суттєво впливає на інтерпретацію даних [6]. На додаток до клінічних застосувань, відеозапис суб'єкта також може бути корисним у фундаментальних дослідженнях, наприклад, для перевірки відповідності суб'єкта та його ефективності.

Незважаючи на потенційні переваги, записи відео-MEG мало приваблюють практикуючих MEG. Однією з основних перешкод на шляху більш широкого впровадження відео-MEG є відсутність практичних рішень, які дозволять лабораторії MEG інтегрувати відеозаписи в робочий процес з розумними витратами та робочою силою. Хоча кілька виробників MEG рекламували інтегровані можливості відеозапису у своїх майбутніх продуктах, на даний момент на ринку немає комерційних рішень для відео-MEG. Більше того, ці рекламовані можливості доступні лише для нових установок пристроїв MEG, що робить їх неактуальними для існуючих сайтів MEG.

Цілі та філософія проекту

Гельсінський проект VideoMEG, описаний у цій роботі, має на меті виправити цю ситуацію, надавши практикуючим MEG інструменти для налаштування відео-MEG-записів. Проект керується трьома основними принципами:

Практичність. Мета проекту - дозволити типовому об'єкту МЕГ на практиці налагодити функцію відео-МЕГ з розумними грошовими витратами та робочою силою.

Відкритість. Всі матеріали (програмне забезпечення, документація, інструкції з встановлення тощо) є у вільному доступі на GitHub 1 за ліцензією з відкритим кодом. Користувачі можуть вільно вивчати, розповсюджувати та модифікувати їх відповідно до своїх потреб. Користувачам також пропонується внести модифіковані версії матеріалів до проекту.

Нейтральність до постачальників та пристроїв. Проект спрямований на надання рішення відео-MEG, сумісного з будь-яким пристроєм MEG.

Створення операції відео-MEG передбачає дві відносно окремі розробки: (1) створення інструментальної установки для запису відео та аудіо учасника під час експерименту MEG способом, який синхронізується з отриманням даних MEG, та (2) створення об'єкта для аналізу результуючих потоків відео, аудіо та MEG.

Перше завдання - встановлення налаштування запису відео-MEG - обов'язково передбачає придбання та встановлення обладнання для відеозапису. Щоб розмістити відео-MEG у межах досяжності типового об'єкта MEG, Проект Helsinki VideoMEG розробив апаратну установку, яка використовує лише широко доступні стандартизовані готові компоненти та не вимагає спеціальних навичок для складання. Проект містить усі матеріали (інструкції з монтажу та встановлення, програмне забезпечення тощо), необхідні для налаштування записів відео-MEG.

Запис відео-MEG

Для запису відео та аудіо учасника у проекті Helsinki VideoMEG використовується система відеозапису, яка, по суті, є окремим інструментом, який не залежить від пристрою MEG. Єдиним зв'язком між ними є лінія синхронізації, яка несе інформацію про синхронізацію, закодовану як послідовність тригерних імпульсів. Таким чином, будь-який пристрій MEG, здатний реєструвати зовнішні тригерні імпульси, може використовуватися з системою.

На рис. 1 наведено огляд налаштування відеозапису. Аудіо та відео пацієнта фіксуються за допомогою мікрофона та однієї або декількох відеокамер, розташованих всередині магнітно екранованої кімнати (MSR). Мікрофон і камери підключені до аудіовізуального (AV) комп'ютера. AV-комп’ютер відмічає аудіо та відео дані та зберігає їх як файли на локальному жорсткому диску комп’ютера. Крім того, AV-комп'ютер генерує послідовності синхронізації синхронізації, які записуються пристроєм MEG і використовуються для синхронізації слідів MEG з відео- та аудіопотоками.