JP2011514229A - 鎮静状態の患者の自律神経系をモニタリングする方法及び装置 - Google Patents

Abstract

鎮静状態の患者の自律神経系をモニタリングする方法及び装置。その方法は、測定インターバルに通じて患者の皮膚の領域で測定される皮膚コンダクタンスを提供するステップと、前記皮膚コンダクタンス信号の特性を計算するステップと、前記皮膚コンダクタンス信号の前記特性を基準とした患者の痛み又は不快感の状態を示す第一の出力信号及び患者の覚醒状態を示す第二の信号を確立するステップとを含む。この信号の特性の計算は、測定インターバルを通じての、皮膚コンダクタンス信号の値の統計的分散を代表する値（例：標準偏差）を計算することを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般的に医療技術に関し、特に鎮静状態の患者をモニタリングする方法及び装置に関するものである。

手術中、患者の意識レベルと覚醒レベルを観察するのは重要である。信頼のある観察方法は、今日ほとんど存在しない。医療技術分野では、意志で制御できない個人の自律神経系（すなわち、神経系の一部分）の活動を表す物理的測定値の生成において問題が存在している。

特に鎮静状態の言語ができない患者（例えば、麻酔中の患者又は人工的に酸素を供給されている患者）の自律神経系をモニターする特別な必要性が存在する。それは、患者が覚醒刺激のためにより多くの睡眠剤を、又は疼痛刺激のためにより多くの鎮痛剤を必要としているかどうかを検出するためである。

皮膚コンダクタンスが、時間可変信号として変化し、この信号は、基礎的な、ゆっくりと変化している値（ある一定のインターバルを通じて、いわゆる、基礎レベル又は平均コンダクタンスレベル）に加えて、自発的な波動又は変動からなる成分を有することが試験によって、明らかにされている。

熟練した操作者（例えば、外科医又は麻酔科医）は、基礎レベル及び変動の特性によってディスプレイで観察して患者の自律神経系をモニターすることができる。

WO-03/94726は、鎮静状態の患者の自立神経系をモニターする方法及び装置を開示する。この方法では、皮膚コンダクタンス信号は、患者の皮膚の領域で測定される。特定の特性（時間インターバルを通じての、皮膚コンダクタンス信号の平均値、及びそのインターバルを通じての、変動ピーク数を含む）が算出される。これらの特性に基づき、２つの出力信号が確立され、これらは、それぞれ、患者の痛み/不快感と、覚醒を示す。覚醒シグナルは、インターバルを通じての、変動の数及び平均値に基づき確立される。

本発明の目的は、鎮静状態の患者をモニターする方法及び装置の改善を提供するものである。この方法及び装置は、添付した特許請求の範囲によって規定される。

本発明の原理は、以下説明する実施形態、図によって例示している。

本発明による装置の好ましい実施形態のブロック図を示している。 本発明による方法のフローチャートを示している。

図１は、本発明による装置の好ましい実施形態のブロック図を例示する。

この装置のハードウェア構造の大部分は、出願人の関連特許公開公報のWO-03/94726（公表文献の図１のブロック図及び対応する詳細な説明を特に参照する）で、以前に説明している。この公開公報の開示（特に、装置のハードウェア構造）は、参照により明示的にここに組み込まれる。

患者の身体部１上の皮膚領域２に、皮膚コンダクタンスを測定するためにセンサー手段３が配置される。身体部１は、手又は足が好ましく、身体部１上の皮膚領域２は、手のひら又は足の裏が好ましい。あるいは身体部１は、患者の前頭部であってもよい。センサー手段３は、接触電極を備え、少なくとも2つの電極が、皮膚領域２に配置される。好ましい実施形態では、センサー手段３は、３つの電極（信号電極、測定電極、参照電圧電極）からなる。これによって、測定電極下で角質層（皮膚の表面層）に通じて一定の電圧が確実に印加される。測定電極及び信号電極は、皮膚領域２に配置されるのが好ましい。参照電圧電極もまた皮膚領域２に配置することができるが、好ましくは、関連する測定配置に適した、近い位置に配置することである。

ある実施形態では、交流電流を用いて皮膚のコンダクタンスを測定する。交流電流は、好ましくは１０００Ｈｚ以下（例：８８Ｈｚ）の範囲の周波数を有する。信号発生器（特定の周波数で動作を行う）は、信号電流を信号電極に印加する。

測定電極を通る派生電流は、測定コンバータ４へ伝達される。測定コンバータ４は、電流/電圧コンバータと、複素アドミタンスのコンダクタンス実部を提供する分解回路を含む。

測定コンバータ４は、増幅器及びフィルター回路を備えてもよい。好ましい実施形態では、この測定コンバータは、入力及び出力の両方にローパスフィルターを含む。入力側のローパスフィルターの目的は、例えば、他の医療機器から生じる高周波ノイズを減衰することと、時間離散化のための後続回路によって高周波成分が受信されないようにするためのアンチ・エイリアシング・フィルターとして役目を果たすことである。

制御ユニット５は、測定コンバータからの信号を時間離散化するための時間離散化ユニット５１を備える。この時間離散化は、あるサンプリングレートで行う。このサンプリングレートは、好ましくは、毎秒に２０〜２００サンプリングのオーダーにすることができる。制御ユニットは、デジタル形式に測定データを変換するアナログ・デジタルコンバータ５２をさらに備える。

制御ユニット５は、プロセッシングユニット５３及びストレージ手段も備える。プロセッシングユニット５３は、デジタル化された測定データの処理を行う。また、ストレージ手段は、格納するデータ及びプログラムの少なくとも一つを格納する形態であり、不揮発性メモリ５４及びランダムアクセスメモリ５５として例示される。制御ユニット５は、出力信号７１、７２を提供する出力インターフェイス回路６１をさらに備える。好ましくは、制御ユニット５は、ディスプレイ・インターフェイス回路８１をさらに備える。ディスプレイ・インターフェイス回路８１は、ディスプレイユニット８に接続される。制御ユニット５は、外部ユニット（例：パソコン１０）とのデジタル通信のためのデジタル通信ポート５６も好適に備えてもよい。

好ましい実施形態では、不揮発性メモリ５４は、プログラム可能なＲＯＭ回路又はフラッシュメモリー回路の形態のリードオンリーストレージを含み、少なくともプログラムコード及びパーマネントデータを含んでいる。好ましい実施形態では、ランダムアクセスメモリ５５は、測定データと他の暫定データを格納するＲＡＭ回路を備える。

制御ユニット５は、プロセッシングユニット５３を制御するためのクロック信号を送るオシレーター（図示せず）も備える。プロセッシングユニット５３は、測定値の分析の際に使用するために、現在時刻を表示するためのタイミング手段（図示せず）も含む。そのようなタイミング手段は、当業者にとって周知である。タイミング手段は、当業者が本発明での使用に適切であると考えるであろうマイクロコントローラ又はプロセッサシステムに含まれていることが多い。

制御ユニット５は、入力、出力、メモリ、及び他の周辺回路に接続されたマイクロプロセッサーベースのユニットとして実現することができる。又は、制御ユニット５は、接続回路の一部又は全てが統合されたマイクロコントローラユニットとして実現することもできる。時間離散化ユニット５１及び／又はアナログ・デジタルコンバータ５２も、そのようなユニットに含まれていてもよい。制御ユニット５の適切な形態の選択は、当業者が適切に決定することができる。

代替案は、デジタルシグナルプロセッサー（DSP）として制御ユニットを実現することである。

本発明によれば、皮膚コンダクタンス信号を分析するために、新規且つ進歩的な方法が、制御ユニット５によって実行される。プログラムコードによって、制御ユニット５は、本発明による方法（例えば、図２を参照とする下記に例示した方法）を実行するように特に構成されている。

制御ユニット５は、測定コンバータ４からの皮膚コンダクタンスの時間離散及び量子化された測定値を読み込むように構成される。制御ユニット５は、好ましくは、不揮発性メモリ５４に記憶され且つプロセシングユニット５３によって実行される実行可能なプログラムコードによって、測定コンバータ４からの皮膚コンダクタンスの時間離散及び量子化された測定値を読み込むように構成される。制御ユニット５は、測定値を読み込み及び書き込みメモリ５５に格納できるように、さらに構成される。プログラムコードによって、制御ユニット５は、リアルタイム（すなわち、測定の実行と同時、又は並行して）にて測定を分析するよう、さらに構成される。

この文脈では、同時又は並行は、測定の性質上の時定数と関連する観点から実用上の目的での同時又は並行を意味すると理解されるべきである。これは、入力、ストレージ、分析が別々の時間間隔において行うことが可能であるが、この場合において、これらの時間インターバルとそのインターバル間の時間はとても短く、個々のアクションが同時に発生するように見えるという意味である。

制御ユニット５は、皮膚コンダクタンス信号の変動を確認するためにさらに構成される。特に、制御ユニット５は、測定インターバルを通じて皮膚コンダクタンス信号の値の統計的分散を代表する値（例：標準偏差）を計算するように構成される。

制御ユニットのさらなる機能は、図２に例示した方法を参照して、下記に説明する。

制御ユニット５の上述の全ての機能は、メモリ（好ましくは、不揮発性メモリ５４）内の適切なコンピュータプログラム部分によって、実現することができる。

プロセッシングユニット５３、メモリ５４、５５、アナログ・デジタルコンバータ５２、コミュニケーションポート５６、インターフェイス回路８１、及びインターフェイス回路６１は、全てバスユニット５９へ接続される。マイクロプロセッサ−ベースの装置の設計のための、このようなバスアーキテクチャの詳細な構造は当業者にとって周知であると考えられる。

インターフェイス回路６１は、デジタル又はアナログ出力回路である。デジタル又はアナログ出力回路は、プロセシングユニット５３によって実行されるプログラムコードによりインターフェイス回路６１のアドレスが指定される時に、バスユニット５９を経由してプロセシングユニット５３からの第一又は第二の出力信号７１、７２のデジタル又はアナログ表示を行う。

第一及び第二の出力信号７１、７２は、患者の自律神経系の状態を反映する。特に第一の出力信号７１は、患者の痛み又は不快感の状態を示し、第二の出力信号７２は、患者の覚醒状態を示す。出力信号７１、７２は、上記装置にある適切なインジケーター（例えば、可視及び/又は可聴式のインジケーター）によって、適宜表示してもよい。

上記装置は、装置の種々の部位へ、動作電力を供給するための電力供給ユニット９をさらに含む。電力供給は、バッテリー又は電源プラグにすることができる。

上記装置は、病院機器に関する要件に適合するように構成することが好ましく、これによって患者の安全が保証される。この装置がバッテリー作動の場合、そのような安全要件は比較的に実現しやすい。一方、この装置が電源プラグで作動する場合では、電力供給は、特殊な要件を満たさなければならない。又は、本装置のうちの患者にとって安全である部分（例：バッテリー作動部分）と患者にとって安全でない部分との間での、電気仕切り（Galvanic partition）に関して、要件が作成される。この装置を電源プラグ及び患者にとって安全でない外部機器に接続しなければいけない場合、この接続には、患者にとって安全である本装置と患者にとって安全でない外部機器との間に、電気分離が必要となる。この種の電気分離（Galvanic separation）は、光学的パーティションによって好適に実現される。患者の近辺機器の安全要件及び本発明のような装置で、このような要件を満たすための解決策は、当業者にとって周知である。

図２は、本発明による方法のフローチャートを例示する。

この方法は、鎮静状態の患者の自律神経系の状態を反映する出力信号の提供を行うための装置のプロセシング装置（例えば、図１に例示した制御ユニット５のプロセシング装置５３）によって実行されるのが好ましい。

この方法は、イニシャルステップ２００で開始する。

初期状態は、ステップ２１０で設定を行う。初期状態設定ステップ２１０は、測定インターバルを設定することと、及び第一７１及び第二７２の出力信号をリセットすること（すなわち、患者の無痛及び非覚醒を示すようにすること）を含んでもよい。

測定インターバルは、例えば、５秒〜４０秒の範囲、又は１０秒〜３０秒の範囲、又は約２０秒にすることができる。また他の間隔にもすることができる。

次に、信号提供ステップ２２０では、患者の皮膚の領域で測定された皮膚コンダクタンス信号u(t)は、測定インターバルを通じて提供される。この信号は、装置のメモリ（例：ランダムアクセスメモリ５５）に、格納された数値として示すことができる。

次に、特性計算ステップ２３０では、皮膚コンダクタンス信号の特性は、例えばプロセシングユニット５３によって計算される。この計算ステップ２３０は、測定インターバルを通じての皮膚コンダクタンス信号値の統計的分散の代表的な値を計算することを含む。

ある実施形態では、計算ステップ２３０は、測定インターバルを通じての皮膚コンダクタンス信号の値の標準偏差の計算を含む。

別の実施形態では、計算ステップ２３０は、以下の集合から選択される統計関数からなるようにしてもよい。
分散、四分位範囲、範囲、平均差、中央絶対偏差、平均絶対偏差、変動係数、四分位分散係数、相対的平均差、分散対平均比。

説明の目的で、後の詳細な説明においてステップ２３０で標準偏差を計算することが仮定される。しかし、当業者にとって、別の統計関数を用いて計算ステップ２３０で皮膚コンダクタンスの値の統計的分散を計算する場合に、残りの方法ステップ及び特にこれらのステップでの限界値の設定は、容易に適応することが可能である。

次に、第一の比較ステップ２４０では、皮膚コンダクタンス信号の統計的分散の代表とする値（例：標準偏差）が、第一の既定の限界値Ｌ１と比較される。

統計的分散が標準偏差である場合、第一の限界値Ｌ１は、好ましくは０.０１μＳ〜０.３０μＳの範囲である。さらに好ましくは、第一の限界値Ｌ１は、０.０２μＳ〜０.１０μＳの範囲である。もっとも好ましくは、第一の限界値Ｌ１は、約０.０３μＳである。

統計的分散に対して他の統計関数を用いた場合、第一の限界値Ｌ１の対応範囲は、本明細書の教示に基づいて容易に計算することができる。

上記統計的分散を表す値（例：標準偏差）が第一の限界値Ｌ１を超える場合、第一の出力信号設定ステップ２５０が実行される。このステップでは、第一の出力信号７１は、患者の痛み又は不快感を示すものとして設定される。次に、この方法は、第二の比較ステップ２６０へ継続される。

上記統計学的分散を表す値が第一の限界値Ｌ１を超えない場合、この方法は、第二の比較ステップ２６０へ直接継続される。

次に、第二の比較ステップ２６０では、皮膚コンダクタンス信号の統計的分散を表す値（例：標準偏差）は、第二の既定の限界値Ｌ２と比較される。

統計的分散が標準偏差ならば、第二の限界値Ｌ２は、好ましくは０.０６μＳ〜１８.０μＳの範囲である。さらに好ましいのは、第二の限界値Ｌ２は、０.１０μＳ〜３.０μＳの範囲である。もっとも好ましいのは、第二の限界値Ｌ２は、約０.５μＳである。

統計的分散に対して他の統計関数を用いた場合、第二の限界値Ｌ２の対応範囲は、本明細書の教示に基づいて容易に計算することができる。

上記統計的分散（例：標準偏差）を表す値が第二の限界値Ｌ２を超える場合、第二の出力信号設定ステップ２７０が、実行される。このステップでは、第二の出力信号７２は覚醒を示すものとして設定される。第二の出力信号ステップ２７０の後で、この方法は、終了決定ステップ２８０へ継続される。

上記統計的分散を表す値が第二の限界値を超えない場合、この方法は、終了テストステップ２８０へ直接継続される。

上記終了テストステップ２８０では、プロセスが終了すべきかどうかを決定するためにテストが実行される。この決定は、例えば手動での使用者の入力に基づいて行ってもよい。この方法の終了が決定されると、この方法は、ステップ２９０にて終了し、それ以外の場合では、初期状態設定ステップ２１０から繰り返される。

上記説明及び図は、本発明の特定の実施形態を提示する。本発明の範囲内に、多数の代替又は同等な実施形態が存在することは、当業者にとって明らかである。例えば、皮膚コンダクタンスの代わりに皮膚インピーダンス（皮膚抵抗を含む）の測定により等価な結果がもたらされる。但し、測定信号のその後の処理において、これらの変数の逆の性質を考慮する必要がある。

"患者"の用語が明細書及び請求の範囲を通じて用いられている。それは次の点を理解すべきである。本発明は、主として人間のモニタリングを対象としているが、本発明は、動物（特に哺乳類）のモニタリングが可能なことも証明されている。従って"患者"という用語は、ヒト及び動物患者の両方を含むものとして解釈すべきである。

本発明の概念は、上述の例示的な実施形態に限定されない。むしろ、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (15)

1. 鎮静状態の患者の自律神経系をモニタリングする方法であって、
   −測定インターバルを通じて患者の皮膚の領域で測定された皮膚コンダクタンス信号を提供することと、
   −前記皮膚コンダクタンス信号の特性を計算すること、及び
   −前記皮膚コンダクタンス信号の前記特性に基づき、患者の痛み又は不快感の状態を示す第一の出力信号を確立することと、
   −前記皮膚コンダクタンス信号の前記特性に基づき、患者の覚醒状態を示す第二の出力信号を確立することを備え、
   前記特性の前記計算のステップは、
   前記測定インターバルを通じての、前記皮膚コンダクタンス信号の値の統計学的分散を代表する値を計算することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記値を計算する前記ステップは、前記測定インターバルを通じての、前記皮膚コンダクタンス信号の値の標準偏差を計算することを含む、方法。
   
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記値を計算する前記ステップは、以下の集合から選択した統計関数を含む、方法。
   −分散、
   −四分位範囲、
   −範囲、
   −平均差、
   −中央絶対偏差、
   −平均絶対偏差、
   −変動係数、
   −四分位分散係数、
   −相対的平均差、
   −分散対平均比。
4. 請求項１〜３の何れか１つに記載の方法であって、
   患者の痛み又は不快感の状態を示す前記第一の出力信号を樹立する前記ステップは、統計的分散を示す前記値と第一の限界値を比較し、
   前記第一の信号は、前記統計的分散を示す値が第一の限界値を超えた場合に、患者の痛み又は不快感を示すものとして確立する、方法。
5. 請求項１〜４の何れか１つに記載の方法であって、
   患者の覚醒状態を示す前記第二の出力信号を樹立する前記ステップは、統計的分散を示す前記値と第二の限界値を比較し、
   前記第二の信号は、前記統計的分散を示す値が第二の限界値を超えた場合に、患者の覚醒を示すものとして確立する、方法。
6. 請求項１〜５の何れか１つに記載の方法であって、
   前記第一の限界値は、０.０１μＳ〜０.３０μＳである、方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   前記第一の限界値は、０.０２μＳ〜０.１０μＳである、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記第一の限界値は、約０.０３μＳである、方法。
9. 請求項１〜８に記載の方法であって、
   前記第二の限界値は、０.０６μＳ〜１８.０μＳである、方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    前記第二の限界値は、０.１０μＳ〜３.０μＳである、方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記第二の限界値は、約０.５μＳである、方法。
12. 請求項１〜１１の何れか１つに記載の方法であって、
    前記測定インターバルは、５秒〜４０秒である、方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記測定インターバルは、１０秒〜３０秒である、方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記測定インターバルは、約１５秒である、方法。
15. 鎮静状態の患者をモニタリングする装置であって、
    −患者の皮膚の領域で測定された皮膚コンダクタンス信号を提供するための測定機器、及び
    −請求項１〜１４に記載の方法を実行するように構成された制御ユニットを備える、装置。