A Robust eLORETA Technique for Localization of Brain Sources in the Presence of Forward Model Uncertainties

要約

この論文では、さまざまな順方向モデルの不確実性の存在下で脳ソースの位置を特定する、よく知られている正確な低解像度電磁断層撮影 (eLORETA) 技術の堅牢なバージョンである ReLORETA を紹介します。
方法: まず、真のリードフィールド行列が不確実性によって歪められた既存のリードフィールド行列の変換であると仮定し、この変換を正確に推定するための反復アプローチを提案します。
次に、実際の頭部モデルとシミュレートされた頭部モデル間の形状、導電率、ソース空間解像度の違い、電極位置の位置ずれなど、フォワード モデルの不確実性の主な原因をシミュレーションして、提案された方法をテストします。
結果: ReLORETA と eLORETA は、脳のさまざまな領域のシミュレートされた焦点源と、さまざまなノイズ レベルの存在、および焦点性てんかん患者からの実際のデータに適用されます。
結果は、すべてのケースにおいて、ReLORETA が eLORETA よりもはるかに堅牢で正確であることを示しています。
結論: フォワードモデルの不確実性にうまく対処できたので、ReLORETA は実際の臨床応用に有望な方法であることが証明されました。
重要性: eLORETA は、医学的に難治性のてんかん患者のてんかん誘発ゾーンの決定などの医療用途で脳活動を研究するために使用できる位置特定技術の 1 つです。
ただし、eLORETA の主な制限は、フォワード モデルの不確実性に対する感度です。
この問題は、正確なリード磁場行列が不明な現実のアプリケーションではそのパフォーマンスを大幅に損なう可能性があるため、これらの不確実性に対処できるより堅牢な方法を開発することが非常に重要です。

要約(オリジナル)

In this paper, we present a robust version of the well-known exact low-resolution electromagnetic tomography (eLORETA) technique, named ReLORETA, to localize brain sources in the presence of different forward model uncertainties. Methods: We first assume that the true lead field matrix is a transformation of the existing lead field matrix distorted by uncertainties and propose an iterative approach to estimate this transformation accurately. Major sources of the forward model uncertainties, including differences in geometry, conductivity, and source space resolution between the real and simulated head models, and misaligned electrode positions, are then simulated to test the proposed method. Results: ReLORETA and eLORETA are applied to simulated focal sources in different regions of the brain and the presence of various noise levels as well as real data from a patient with focal epilepsy. The results show that ReLORETA is considerably more robust and accurate than eLORETA in all cases. Conclusion: Having successfully dealt with the forward model uncertainties, ReLORETA proved to be a promising method for real-world clinical applications. Significance: eLORETA is one of the localization techniques that could be used to study brain activity for medical applications such as determining the epileptogenic zone in patients with medically refractory epilepsy. However, the major limitation of eLORETA is sensitivity to the uncertainties in the forward model. Since this problem can substantially undermine its performance in real-world applications where the exact lead field matrix is unknown, developing a more robust method capable of dealing with these uncertainties is of significant interest.

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