JP2006516455A - Ｅｅｇ／ｍｅｇおよびｅｃｇ／ｍｃｇのためのオンラインのソース再構築 - Google Patents

Abstract

一実施形態では、本発明は、患者から電磁信号を集めるために用いられるセンサと、信号処理システムと、コンピュータ・システムとからなる、ＥＥＧシステムを含む。このコンピュータ・システムは、実行の多重のスレッドをサポートするように構成されている。一実施形態では、コンピュータ・システムは、データが濾波されかつある場合には平均化される、測定モジュールである実行の第１のスレッドを起動する。一般に、データは、ある特定の反応時間の間濾波される。一度データが濾波されて平均化されるとその結果は、試行のためにソース再構築の生成を進行させるソース再構築モジュールである、実行の第２のスレッドに与えられる。測定モジュールは、次に、最新の試行についてソース再構築が実行される一方で、新しい試行から新しい電磁データを取得して処理する。

Description

本発明は、一般的に、ソース画像化に関する。本発明は、特に、連続的に取得される電磁信号に対する、オンラインのソース再構築の実行に関する。

研究者および医者は、全ての疾病の診断や行動のパターンの決定のために、神経や心臓の細胞の電磁的活動のソースを位置決めしようとしばしば試みる。ソース再構築のプロセスは、一般的に、この電磁的活動の場所を決定するために用いられる。このプロセスは、電子脳造影法（ＥＥＧ）、磁気脳造影法（ＭＥＧ）、電子心臓造影法（ＥＣＧ）または磁気心臓造影法（ＭＣＧ）のような、種々の様相を通して患者の神経や心臓の細胞からの電磁信号を、収集することに関係する。このデータは、次に記憶され、ソース再構築の実行に用いられる、スタンド・アロンのコンピュータ・システムに送信される。

この既知のソース再構築を実行する方法の１つの欠点は、それが記憶される電磁信号の品質の表示を提供しないことである。ある数の変数は、電磁的活動のソースを決定することに関わっている。試験の設定でのエラーや低い信号対雑音比（ＳＮＲ）は、ソース再構築計算に重大な影響を与える。取得された電磁データの欠陥は、受け入れ可能なソース再構築を不可能にし、患者にその試験の繰り返しを要請させる。多くの試験は、手続の費用を増大させ、患者にそれをより負担の多いものにさせる。

結果として、相対的に信頼できるソース再構築を生じることができることを保証する、取得された電磁データの試験方法への必要が、業界では存在する。

（発明の概要）
本発明は、電磁信号が取得された後に、電磁信号が殆ど直ちにソース再構築を受ける、オンラインでソース再構築を実行する方法および装置である。

一実施形態では本発明は、患者から電磁信号を集めるために用いられるセンサと、信号処理システムと、コンピュータ・システムとからなる、ＥＥＧシステムを含む。このコンピュータ・システムは、実行の多重のスレッドをサポートするように構成されている。

一実施形態では、ＥＥＧ／ＭＥＧセンサは、患者から電磁信号を取得して、信号処理システムにその信号を送信する。既知の方法を用いて、信号は、濾波され、増幅され、コンピュータ・システムにより受信されるデータ・パケットのためにデジタル化される。

一実施形態ではコンピュータ・システムは、データが濾波されかつある場合には平均化される、測定モジュールである第１のスレッドを起動する。一般に、データは、ある特定の反応時間の間、濾波される。一度データが濾波されて平均化されると、その結果は、試行のためにソース再構築の生成を進行させるソース再構築モジュールである、第２のスレッドに与えられる。測定モジュールは、次に、最新の試行についてソース再構築が実行される一方で、新しい試行から新しい電磁データを取得して処理する。

一実施形態ではフィードバック・ループが、電磁データを取得している測定構成と交信する。フィードバック・ループは、取得プロセスのパラメータを制御し、またはある安定度の判定基準が得られた後に、測定を停止する。ソース再構築からの結果を用いて、試験構成は、取得した電磁信号の品質を向上するために、修正されることができる。

なお、保護されるべきであると考えられる主題の実施と理解のために、添付の図面に主題の実施形態が図示される。以下の記述と関連させて考察した場合、図面の観察から、保護されるべき主題と、その構成および動作、および多くのその利点が容易に理解されるであろう。

図１に示されるように、一実施形態では、本発明は、ＥＥＧシステム１０に統合されている。ＥＥＧシステム１０の使用は、主に説明を目的としたものである。本発明が、細胞の電磁信号のソースが決定される多数の異なる用途で、容易に適用可能であることが、当業者には、直ちに理解することができる。

ＥＥＧシステム１０は、患者から電磁信号を取得するために用いられるセンサ１２を含む。信号処理システム１４は、電磁信号を濾波し、増幅し、デジタル化する。コンピュータ・システム１６は、信号処理システム１４および信号を処理する１つまたはそれ以上のプロセッサから受信した信号を記録する、メモリ記憶装置を含む。コンピュータ・システム１６は、マルチ・スレッドの実行をサポートするように構成されている。マルチ・スレッドの実行は、タイム・スライスまたは多重処理のどちらかにより他のシーケンスと並行して実行される、命令の単一のシーケンスを表す。本質的に独立のプロセスを実行するマルチタスクに反して、マルチ・スレッドは、情報、メモリおよび他のリソースを各々のスレッドの間で共用可能である。

一実施形態では、電磁生理信号は、複数のセンサと信号処理システムとを含む試験構成を用いて取得される。ＥＥＧ／ＭＥＧセンサ１２は、患者から電磁信号を取得し、その信号を信号処理システム１４に送信する。既知の方法を用いて、その信号は、濾波され、増幅されかつ、コンピュータ・システム１６により受信される、データ・パケットにデジタル化される。

一実施形態では、測定されデジタル化されたデータは、２つの統合されたスレッドの間で共有される。第１のスレッドは、ソース再構築モジュール１８を含み、そこでデータは、ソース細胞の位置を決定するために用いられ、そこでソース細胞のグラフィック表示が生成される。互換性のあるソース再構築モジュールの一例は、ニューロスキャン社によるＳＯＵＲＣＥ（登録商標）ソフトウェア・パッケージである。第２のスレッドは、取得した信号を解析、濾波、マップおよびグラフ化できる、測定ソフトウェア・モジュール１６を含む。互換性のある測定ソフトウェア・モジュールの一例は、ニューロスキャン社によるＳＣＡＮ（登録商標）ソフトウェア・パッケージである。

一実施形態では、取得された電磁データは、最初に測定モジュール１６に行き、そこでデータは、濾波され、ある場合には平均化される。全体的にデータは、ある特定の反応時間の間濾波され、その反応時間は、実行される試験の型式に依存する。体性感覚誘発電位（ＳＥＰ）内のある期間または試行長さは、１秒のオーダーである。この場合のサンプリング・レートは、１ｋＨｚのオーダー（１ｍ秒のサンプリング時間）である。データが一度濾波されて平均化されると、その結果は、ソース再構築モジュール１８に与えられ、そこで次に試行のソース再構築を生成するために続行される。測定モジュール１６は、最も新しい試行についてソース再構築が実行される一方で、新しい試行から電磁データを取得して処理する。

ソース再構築を実行するために、業界では幾つかの異なる方法が知られている。ソース再構築は、一般に、単一等価電流ダイポール（ＥＣＤ）、移動ダイポール、静止ダイポール、固定ダイポール、または領域ダイポールおよび電磁的活動の電磁場分布を記述する、数学的公式の使用により活動のソースを決定するように試みる、モデルを創造するような、電磁的活動の型式を決定することに関連している。これらのモデルは、一般に、ソースの位置と方向、電磁信号をピックアップするセンサの位置と方向、および幾何学と細胞の体積伝導率（頭部または胸部）の伝導特性に依存する。業界では周知の幾つかのモデルがあり、これらは、同心球体、境界要素法（ＢＥＭ）および有限要素法（ＦＥＭ）の３つの体積伝導率モデルを含む。

測定されたデータは、背景の活動、環境および増幅器雑音に由来して、限られた信号対雑音比（ＳＮＲ）を示す。データの雑音分布は、ソース空間でのダイポールの位置を、最尤のソース位置の周囲で散乱させることになる。従って再構築されたダイポールは、最尤のソース位置を表すのみである。

ある反応時間（例えば指／手の刺激に対しては刺激後２０ｍｓ）のオンラインのソース再構築を用いた、ソース再構築／安定性に関するデータのデータ品質／ＳＮＲは、単一移動ダイポールソース再構築（ソース２版を使用）が現在のＰＣ（〜２ＧＨｚ）では約３ｍｓかかるので、リアルタイムにオンラインでチェックすることができる。統合測定／ソース局在化パッケージ（スキャン／ソース）は、データを平均化した後に各々の測定期間／試行後、１または数個の予め定められた反応時間で、ダイポールを再構築することができる。例えば、数百から数千までの平均値が、測定のＳＮＲを改善するために必要とされる。増強されたコンピュータの性能、最適化アルゴリズムおよびソフトウェアの構造（スレッド）のおかげで、電子脳造影法／電子心臓造影法（ＥＥＧ／ＥＣＧ）および／または磁気脳造影法／磁気心臓造影法（ＭＥＧ／ＭＣＧ）についてのオンラインのソース再構築が可能になっている。

ソース再構築に加えて、ソース再構築モジュールは、スパイク検出／件数計量２２、ＳＮＲ解析２４、および解剖学的データ２６への結果の重畳（図２に示される）を含む。一実施形態では、ソース再構築モジュールは、事象検出（例えばてんかん性のスパイクの検出）またはある数の平均値（例えば、関数マッピングに対する呼び起こされた潜在能力）および／またはＳＮＲ解析を最初に実行する。次にソース再構築機能が呼び出され、その結果がディスプレイに表示（例えば等価電流ダイポール、オプションとして解剖学的画像検出への重畳）される。オプションとしての結果の解析が、追加可能（例えばてんかん性のスパイク２８についてのクラスタ解析、または関数マッピングの結果についての信頼体積解析）である。

てんかん性のスパイクの再構築の手続は、測定データの平均化が起こらないので、異なる。一般的なサンプリング・レートは、２００Ｈｚのオーダー（５ｍｓ）である。進行するＥＥＧの自動スパイク検出／閾値化の後に、上記と同じ利点での予め定められた反応時間／範囲に対し、ダイポールがオンラインで再構築されることができ（ソース再構築が、データロスを避けるために、取得／再構築パッケージ上の、別個の、プライオリティが低いスレッドとして実装されている）、加速され改善されたてんかんに着目された局所化／診断が可能になる。

一実施形態では、フィードバック・ループ３０が、電磁データを取得している測定構成と交信する。フィードバック・ループは、取得プロセスのパラメータを制御し、またはある安定度の判定基準またはＳＮＲが得られた後に、測定を停止する。オンラインのソース再構築は、それが対象／患者の条件と同様に、測定設定に全部にわたる直後のフィードバックおよびデータの品質を提供するので、デジタルの（例えば神経生理学的）測定の可能性を向上し、価値を追加する。増加するＳＮＲに由来してソース位置の増加する、ダイポール位置の楕円体または散布図の可能性は、確信を持ってモニターされ、システム的な設定／構成のエラーは、試験手順中に直接見ることができる。

以上の記載に記述された事項および添付の図面は、限定としてではなく、例としてのみ提供されている。特定の実施形態が示され、記述されているにもかかわらず、当業者には変更と修正が出願人の寄与の限界の範囲を超えることなくなされることが、自明であろう。考えられる実際の保護の範囲は、従来技術に基づいて適宜の観点で見た場合の、添付の請求項により定義される。

デジタルＥＥＧ設定を伴う、オンラインのソース再構築の一例を示すフローチャートである。 ダイポール位置を示す、散布図の一例である。

Claims (20)

1. 第１の生理学的電磁信号を取得するステップと、
   前記信号をある反応時間の範囲で濾波するステップと、
   前記信号にソース再構築を実行するステップと、
   前記第１の生理学的電磁信号に前記ソース再構築が実行されている間に、第２の生理学的電磁信号を取得するステップと、
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記ソース再構築を実行するステップは、単一等価電流ダイポールの計算を含む、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記ソース再構築を実行するステップは、移動ダイポールの計算を含む、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記ソース再構築を実行するステップは、回転ダイポールの計算を含む、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記ソース再構築を実行するステップは、領域ダイポールの計算を含む、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記ソース再構築を実行するステップは、固定ダイポールの計算を含む、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記ソース再構築を実行するステップは、同心球体体積伝導率モデルを用いることを含む、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記ソース再構築を実行するステップは、境界要素法（ＢＥＭ）体積伝導率モデルを用いることを含む、方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、前記ソース再構築を実行するステップは、有限要素法（ＦＥＭ）モデルを用いることを含む、方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、
    濾波されたデータを平均化するステップを、
    さらに含む方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、
    解剖学的画像上にダイポールを適用するステップを、
    さらに含む方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、
    ダイポール位置の散布図の生成を、
    さらに含む方法。
13. 請求項１に記載の方法であって、
    必要とする神経生理学的データの信号対雑音比の解析を、
    さらに含む、方法。
14. 生理学的電磁信号を取得するセンサと、
    前記センサと交信する信号処理回路と、
    前記信号処理回路と交信するプロセッサであって、１つのスレッドが測定モジュールであり、第２のスレッドがソース再構築モジュールである多重の実行スレッドをサポートするように構成されたプロセッサと、
    を備える装置。
15. 請求項１４に記載の装置であって、
    解剖学的データ上に重畳したソース再構築結果を表示するディスプレイを、
    さらに備える装置。
16. 請求項１４に記載の装置であって、前記センサは、ＭＥＧデータを取得する、装置。
17. 請求項１４に記載の装置であって、前記センサは、ＥＥＧデータを取得する、装置。
18. 請求項１４に記載の装置であって、前記センサは、ＥＣＧデータを取得する、装置。
19. 請求項１４に記載の装置であって、前記センサは、ＭＣＧデータを取得する、装置。
20. 試験構成を通して、生理学的電磁信号を取得するステップと、
    前記信号の反応時間を決定するステップと、
    予め定められた反応時間の範囲で、前記データのソース再構築を実行するステップと、
    前記試験構成を修正するために、前記ソース再構築を用いるステップと、
    を含む試験の方法。

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