ROBUST PRE-CLINICAL SOFTWARE SYSTEM FOR REAL TIME NIRS AND EEG MONITORING

RESUME Ce memoire presente la conception et l’implementation d’un logiciel dedie au support d’un systeme bimodal NIRS et EEG d’imagerie cerebrale en temps reel. En effet, l’acces a l’information en temps reel concernant l’activite cerebrale est un facteur important permettant la detection de tout changement au niveau cortex du cerveau a un stade precoce. Or, les logiciels actuellement disponibles comparables a celui presente ici n’offrent qu’une possibilite d’ajustement limitee des parametres en temps reel ainsi que peu de fonctionnalite permettant l’analyse rapide et efficace des donnees. Le travail presente dans ce present memoire a ete realise au sein du groupe IMAGINC. Un groupe de recherche multidisciplinaire ayant comme objectif le developpement d’un systeme d’imagerie cerebrale portatif, non invasif et sans-fil permettant d’imager le cortex entier en temps reel. Le module d’acquisition de donnees de ce systeme enregistre l’information de 128 canaux NIRS et 32 canaux EEG ainsi que differents accelerometres et canaux analogiques le tout par l’entremise d’optodes et d’electrodes placees sur un casque d’enregistrement. Ces donnees sont ensuite envoyees par un lien de communication sans-fil au logiciel qui recueille et affiche l’etat hemodynamique du sujet par l’entremise de son interface graphique. Il est ensuite possible de choisir differentes vues des cartes 2D du cerveau sur lesquelles les changements hemodynamiques sont presentes. La surveillance a distance de l’etat du sujet est aussi possible puisque ces donnees peuvent etre retransmises vers un autre ordinateur par un lien sans-fil. De plus, de par son interface graphique conviviale et intuitive, l’usager peut facilement ajuster differents parametres de test tout au long de l’acquisition de donnees sans meme l’interrompre. Dans le but d’optimiser les parametres pour chaque sujet, une fonction de calibration automatique ajustant l’intensite d’illumination de chacun des emetteurs en quelques secondes a ete implementee. Pour faciliter le processus de test, il est possible de telecharger des fichiers (bipolaire et montage referentielle) contenant des parametres de configurations preetablies pour le NIRS et l’EEG. Enfin, il est possible de faire une analyse automatique et rapide de l’etat de tous les canaux NIRS durant les tests afin d’assurer une bonne connexion ainsi que la validite des donnees. Le systeme concu est en mesure d’enregistrer et de traiter des donnees en temps reel sur une periode de 24 heures. Les resultats obtenus ont ete valides en utilisant des logiciels d’analyse de donnees NIRS similaires durant des tâches de finger tapping induisant un changement hemodynamique chez les sujets. ----------ABSTRACT This master’s thesis presents the design and implementation of a real-time software system to support a bimodal NIRS and EEG brain imaging device. Real-time information on brain activity is an important factor in early detection and diagnosis at the top level of the cortex of various brain disorders. Current software systems provide limited real-time parameter adjustment and automated features for quick and easy analysis. The project presented in this master’s thesis is part of the multidisciplinary IMAGINC research group, with the objective of developing a wireless, non-invasive and portable brain imaging system that allows imaging of the whole cortex in real time. The hardware system is capable of recording data from 128 NIRS and 32 EEG channels, as well as additional accelerometer and analog channels through the optodes and electrodes mounted onto the helmet. The software system acquires the real-time data from the hardware module using a wireless connection and displays the hemodynamic variations on the user interface. The change in hemodynamic activity is displayed on a 2D map of the brain, with selection of different views. Remote monitoring is also possible since the data can be transferred wirelessly to another computer. Through the user-friendly and intuitive user interface, the user can control and adjust various test parameters throughout the acquisition without any interruption. In order to achieve maximum illumination setting for individual subjects there is an automatic calibration function that quickly adjusts the illumination intensity for each of the emitters in just a few seconds. Previously defined NIRS and EEG configuration files (bipolar and referential montage) can be uploaded for easy testing. An automated analysis feature quickly analyzes and reports the status of all NIRS channels during the test to ensure good connection and valid results. The designed system can successfully record and process data for a continuous period of up to 24 hours. The results have been validated using similar NIRS data analysis software during figure tapping tasks and the hemodynamic variations were as expected.