不同滤片在间断闪光刺激中引起儿童光阵发反应的功率谱分析

不同滤片在间断闪光刺激中引起儿童光阵发反应的功率谱分析李承;王晓璐;匡光涛;刘垚玲;江军
【摘要】目的探讨红色滤片及图形滤片在间断闪光刺激(intermittent photic stimulation,IPS)实验中对儿童光敏感的检测价值.方法选取32例光阵发反应(photo paroxysmal response,PPR)阳性的3～16岁儿童,分析其在常规白光、红色滤片、黑白点状图形滤片下的IPS脑电图(electroencephalogram,EEG)数据,提取光驱动反应(photic driving re-sponse,PDR)功率,计算PDR的频率分布,持续时间及最大功率.结果红色滤片PDR功率在9～21 Hz与常规白光基本相当或高于白光,黑白滤片PDR能量低于常规白光;出现PPR的频率集中在12～21 Hz;红色滤片PPR持续时间普遍低于其他2种;除9 Hz外,黑白点状滤片诱发的PPR能量较大.结论对于儿童患者,在视频EEG的检查中,红色滤片IPS能够改善患儿眼部不适感,同时提高光敏感的检出率,黑白点状滤片IPS存在较大的漏检可能.
【期刊名称】《华中科技大学学报（医学版）》
【年(卷),期】2018(047)006
【总页数】5页(P715-719)
【关键词】红色滤片;图形滤片;间断闪光刺激;光阵发反应;定量脑电图
【作者】李承;王晓璐;匡光涛;刘垚玲;江军
【作者单位】华中科技大学同济医学院附属武汉儿童医院(武汉市妇幼保健院)临床神经电生理室 ,武汉 430016;华中科技大学同济医学院附属武汉儿童医院(武汉市妇幼保健院)临床神经电生理室 ,武汉 430016;华中科技大学同济医学院附属武汉儿童医院(武汉市妇幼保健院)临床神经电生理室 ,武汉 430016;华中科技大学同济医学
院附属武汉儿童医院(武汉市妇幼保健院)临床神经电生理室 ,武汉 430016;华中科技大学同济医学院附属武汉儿童医院(武汉市妇幼保健院)临床神经电生理室 ,武汉430016
【正文语种】中文
【中图分类】R741.044
间断闪光刺激(intermittent photic stimulation，IPS)是视频脑电图(electroencephalogram，EEG)检查中的经典诱发实验，可以直接诱发光敏性癫痫。

儿童期是光敏感高发年龄段，有效地检出光敏感可以提高EEG检查阳性率，有助于临床对癫痫综合征的判断。

然而在视频EEG监测期间，由于患儿年龄较小，以常规白色散射光进行IPS实验易造成患儿眼部不适，患儿难以配合完成检查，或者因患儿家属认为强光刺激有伤害而终止实验。

在这种情况下，如何在儿童的视频EEG的检查中使用最准确、有效、易操作的方法检测光敏感成为困扰临床工作者的一大问题。

1 资料与方法
1.1 数据采集对象
对2014年4月至2017年4月在武汉市儿童医院神经电生理室行视频EEG检查的3～18岁可配合检查的患儿，进行红色滤片、常规白光、黑白点状滤片3种闪光检查。

以下3种情况排除在外：①闪光刺激引起光惊厥反应的患儿；②合并脑结构异常，缺乏正常生理脑波的患儿；③合并其他严重疾病。

共收集到32例IPS 引发光阵发反应的患儿，年龄3～16岁，平均(106.06±37.25)个月，其中男性12名，女性20名。

背景节律为(9.36±1.36)Hz，基本位于α频段。

1.2 脑电数据采集
数据采集环境为安静、遮光、具有电磁屏蔽的神经电生理实验室。

脑电数据采集仪器为日本光电9200K，闪光刺激器为日本光电LS-706A。

采集过程中患儿保持坐位，分别随机使用红色滤片、黑白点状滤片和常规白光行IPS。

刺激器放置于患儿面前距鼻根30 cm处，刺激频率序列为3、6、9、12、15、18、21 Hz，每次刺激持续时间10 s，间歇10 s。

一般IPS为刺激前5 s睁眼，后5 s闭眼，本实验IPS同步脑电数据采集均为睁眼状态，这是因为技师在要求患者睁闭眼时会有误差，患者在配合睁闭眼时也有误差，睁闭眼时间不好确定，定量研究对数据质量要求较严苛，分析结果也较为精确，在定量分析中我们希望基准尽量统一，仅使用仪器自带的同步标记就不会引入其他不可控因素。

据报道患者通常在15～20 Hz区间较
为敏感[1]，故依此设定闪光频率。

1.3 数据处理
采用matlabR2014b软件结合eeglabv13.4.4b处理脑电数据，eeglab为处理EEG数据常用的matlab工具箱[2]。

2 结果
在32例数据采集对象中，28例(87.5%)在红色滤片IPS下诱发光阵发反应(photo paroxysmal response，PPR)，常规白光下为20例(62.5%)，黑白点状滤片下为21例(65.6%)。

随访32例患者，23例确诊癫痫，2例有热性惊厥病史。

在癫痫患者中，20例(87.0%)在红色滤片IPS下诱发PPR，常规白光下为14例(60.9%)，
黑白点状滤片下为13例(56.5%)。

三者阳性率均有下降，黑白点状滤片尤甚，常
规白光次之，红色滤片基本持平。

2.1 光驱动反应
光驱动反应(photic driving response,PDR)又称节律同化，即枕区节律与刺激频
率同步，双侧可有轻微不对称，是一种正常的生理反应，在刺激频率与被试者枕区
背景节律接近时更容易引起节律同化。

5 Hz以下的低频刺激可在枕区引出孤立的
闪光视觉诱发电位波形。

由于在刺激的一开始可能出现正相的λ波，在长时间刺
激后易出现PPR，故选取刺激开始后的0.5～1.5 s EEG数据进行分析。

由于PDR 以双侧枕区为著，故仅计算双侧枕区脑电。

图1为在IPS刺激开始的0.5～1.5 s内的双侧枕区在刺激同频率的脑电平均能量。

从图中可以看出常规白光和红色滤片诱发的PDR能量普遍大于黑白点状滤片(6～18 Hz)，红色滤片在低频段(3～6 Hz)引出的PDR能量低于常规白光刺激，在
β(15～21 Hz)高于常规白光刺激，在α(9～12 Hz)两者基本相当。

由于光阵发反
应具有个体差异，在做统计学分析中需引用个体数据，故使用常规白光诱发的PDR作为参考，使用t检验，在α=0.1下，与常规白光相比，红色滤片在3、6、21 Hz处有统计学差异，黑白点状滤片在6、18 Hz处有统计学差异。

图1 光驱动反应的枕区脑电功率Fig.1 Occipital EEG power spectrum of PDR 2.2 光阵发反应
光阵发反应(PPR)又称光敏性反应，为IPS诱发出局部或广泛性癫痫样放电。

PPR
多数在枕区为著，IPS诱发的广泛性放电实际上也是由枕区开始并即刻扩散至全头部，故在平均功率的计算上仅考虑双侧枕区脑电。

一般睁眼和合眼状态下的IPS阳性率高于闭眼状态，PPR频率分布更宽。

图2为在不同频率下引起PPR的百分比。

从图中可以看出，在3～6 Hz红色滤片IPS几乎不引起PPR，在12 Hz以后红色滤片IPS引起PPR的概率逐渐大于常规
白光，红色滤片在15～18 Hz、常规白光在12～18 Hz达到顶峰，两者均在18 Hz以后出现下降，黑白点状滤片，随IPS频率增加，引起PPR概率增加。

总体来看，12～21 Hz诱发PPR的概率较大。

图3为在IPS下，患者首次出现PPR到最后一次PPR结束的总时间，若在闪光刺激的10 s内仅出现1次PPR，则为单次PPR的持续时间。

由于9 Hz以下出现
PPR的概率较小，样本量较小，不予计算，仅计算9 Hz及以上。

黑白闪光刺激除9和18 Hz外，通常的持续时间大于白色闪光刺激和红色闪光刺激。

总体上，随
着闪光刺激频率增加，PPR的持续时间有所增加，但红色滤片和常规白光在18
Hz后持续时间出现下降，而黑白点状滤片18 Hz出现低谷，但在21 Hz PPR的
持续时间仍较长，且没有下降趋势。

图2 光阵发反应频率分布Fig.2 Frequency distribution of PPR
图3 光阵发反应的持续时间Fig.3 Duration time of PPR
图4为IPS诱发PPR在双侧枕区的脑电1秒最大能量平均值。

由于9 Hz以下出
现PPR的概率较小，样本量较小，计算结果偏差较大，故仅考虑9 Hz及以上。

从图中可以看出，除9 Hz外，黑白点状滤片引起的PPR最大功率均大于其他2
种闪光，在18 Hz处有降低，红色滤片在18 Hz处的最大功率也有下降，总体来看，随着频率上升，PPR的最大功率增大。

3 讨论
光敏性癫痫在人口中出现的概率为1/4000，每年每10万人口中就有1.1个人患病，7～19岁人群患病率高于其他人群5倍，发病时间通常在青春期左右，具有
年龄相关性，约25%的患者在20岁以后不再具有光敏感[3]。

在1种以上癫痫发
作类型的新患者中，2%有光阵发反应，在7～19岁的患者中这一概率为10%[4]。

在1～16岁的正常儿童中，PPR阳性的概率为7.6%，且以女性多见[5]。

图4 光阵发反应的最大平均功率Fig.4 Maximum average power of PPR
光敏感通常是年龄相关的，女性多于男性，且与一些癫痫综合征密切相关。

据报道，在常规IPS下，61%的青少年肌阵挛(juvenile myoclonic epilepsy，JME)患者有光敏感，如果延长闪光刺激至5 min，则有90%的患者有光敏感[6]。

已有报道使
用EEG-fMRI技术研究IPS刺激下的JME患者，分析其发病机制[7]。

进行性肌阵挛癫痫患者常有光敏感(最高90%)，并伴随其他表征如精神运动延迟或病理性表现
[8]。

在Dravet综合征中，约40%患者会出现光阵发反应，在2岁以内即可出现，且与疾病严重程度相关[9]。

光敏感是眼睑肌阵挛的突出特征，几乎所有患者均存在。

特发性全身性癫痫的患者在儿童期和青少年期常有光敏感，对该类患者在14 Hz IPS下的EEG数据进行谱分析及相关性分析，发现α频段组成的脑网络对PPR 的产生起到遏制作用[10]。

癫痫患者光敏感性分为IPS敏感(光强度及频率)及图像敏感(如光波长、对比度、空间分辨率等等)两类[11]。

1981年有日本学者报道，在5 Hz及15 Hz闪光刺激频率下，与常规高强度白色散射光比较，加盖某些图形或特殊颜色(主要为红色)于闪光灯前进行频闪刺激时更容易诱发癫痫性放电[12]。

在对单次癫痫发作后72 h内
的137份EEG分析中发现，约9.5%的患者出现光敏感，儿童高于成人，光敏感
集中出现于15～20 Hz[13]。

另有报道指出，红色滤片诱发的光敏感并不仅是因为红光闪烁的频率，而是由于红色刺激了仅对红色敏感的视锥细胞。

相对于其他颜色，红色光波长较长，由于其他颜色的视色素吸收光谱重叠，很难刺激如仅对绿色或蓝色敏感的视锥细胞[14]。

国内已有文献报道将红色滤片用于常规检查，降低患者眼部不适，可提高对光敏性癫痫及癫痫伴光敏感的检出率[15]。

且红色较为鲜艳，低龄儿童比较偏爱，容易集中注意力。

自2016年中国航天员在“天宫二号”上开启了人类史上首次脑机交互技术空间适应性测试，越来越多的临床医生认识到了定量脑电图(quantitative electroencephalography，Q-EEG)的意义。

Q-EEG在临床中不仅可以用于睡眠
分期，癫痫发作[16]检测，评估脑病患者神经系统的损害[17]，评价新生儿的神经功能和脑成熟度[18]，也可应用于机制分析，如对患有孤独谱系障碍儿童的EEG
脑网络研究中发现临床表现与脑网络特征的联系[19]。

在热性惊厥患儿静息态和IPS期间的EEG脑网络研究中，发现网络的超链接可能是神经发育障碍和癫痫的
危险因素[20]。

在脑血管患者的EEG光驱动反应的定量分析中，能够客观评估患
者对光的感知能力，辅助进一步的治疗[21]。

在运动康复领域，基于脑电(EEG)的
脑机接口(BCI)康复系统也日益受到的重视[22]。

IPS是视频EEG监测中不可缺少的一部分，是发现光敏性癫痫和癫痫伴光敏感的
最直接途径，也是一部分癫痫综合征的间接证据。

本文通过定量分析比较了红色滤片，常规白光和黑白点状滤片3种光刺激下的PDR功率、诱发PPR的闪光频率分布、PPR持续时间及最大功率。

白光IPS是常规刺激方式，但在本研究中对于32例3～16岁的儿童，其诱发PPR的概率略小于红色滤片闪光刺激，但高于黑白点状滤片。

红色滤片IPS在3～6 Hz处诱发了较低的PDR，但在15～21 Hz处甚至能诱发出比常规白光能量更大的PDR，而不论哪种光刺激，PPR出现的频率均集中在12～21 Hz。

所以，虽然光照强度降低，但红色滤片在PPR集中的频段没有降低其PDR能量，黑白点状滤片则整体PDR能量较低。

红色滤片诱发光敏感由两部分组成，一部分是“闪烁的频率”，另一部分是红色“刺激了仅对红色敏感的视锥细胞”。

红色滤片虽然降低了光照强度，但PDR的能量没有明显下降，尤其在容易
诱发PPR的频段，红色滤片诱发的PDR略有上升，由此得出，红色滤片并不减少甚至是加强了“闪烁的频率”造成的PPR，在这基础上还“刺激了红色敏感的视
锥细胞”。

这也就不难理解在32例数据采集对象中，红色滤片能够诱发出最多(28例)的PPR。

对于黑白滤片IPS，若不考虑18 Hz，在12～21 Hz处诱发PPR的持续时间和最
大能量均高于其他2种闪光，但诱发PPR的概率小，PDR的能量小，针对图形敏感患者，黑白滤片是一种很好的检测方法，但若仅使用黑白滤片会造成较高的漏检率。

然而从PPR频率分布的趋势来看，若刺激频率增加，黑白滤片的诱发概率有
可能继续上升，本研究对黑白滤片的闪光频率设计存在不合理性。

结合图3、图4，在18 Hz处黑白点状滤片下PPR的持续时间出现低谷，而常规白光和红色滤片则
是达到了各自的高峰；在18 Hz处黑白点状滤片和红色滤片的PPR最大功率出现了低谷，而32例数据采集对象的平均背景节律在9 Hz左右，其2倍谐波在18 Hz左右，推测上述现象可能与背景节律的谐波相关。

已有研究认为α频段组成的脑网络对PPR的产生起遏制作用，α频段的谐波是否有类似作用有待进一步研究。

综上所述，对于儿童患者，在视频EEG的检查中，红色滤片IPS能够改善患儿眼
部不适感，同时提高光敏感的检出率，这是因为红色滤片从“闪烁的频率”和“刺激红色敏感的视锥细胞”两个方面增强诱发。

黑白点状滤片IPS对光敏感存在较大的漏检可能。

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