JP2011528587A - 聴覚障害の対象検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、骨または気道を介した同時音響刺激で発生する安定状態の電位を記録することによって聴覚障害の対象を検出するための方法および装置に関する。その装置は、骨および気道電気音響トランスジューサを介して同時に主体に与えられる２つの異なる音刺激を独立して発生し、主体の脳の電気的活動を同期して記録し、電極の接触を連続的に評価し、周囲雑音のレベルをインタラクティブに測定し、かつコンピュータへバイオ電気的活動を無線でディジタル伝送するために必要な手段を備えている。本発明による方法は、骨と気道刺激により誘発される電位を統計学的に処理しかつ検出し、聴覚感度障害の有無、障害のタイプ（伝音または知覚神経）に従ってカテゴリ化した最終結果と、その結果の有効性を自動的に提供する。

Description

本発明は音刺激により生じる脳の電気的応答を使って聴覚の対象評価の分野に関し、この応答は新生児、幼児および従来の聴力検査中に協力しない個人に用いられるべき、安定状態誘発聴性電位として知られている。

短い音響刺激により起される一時的な身体応答の記録および処理を通して聴感の「対象」評価が行える、広範な商業的に入手可能な自動操作携帯装置がある。これらの装置は通常、非特許文献１から知られている脳幹の聴性誘発電位(Auditory Evoked Potential of the Brainstem（AEPBT）)およびまたは 非特許文献２に記載の聴性受容体で発生の耳音響放射（OAE）を用いている。

しかしながら、これらの装置および方法は依然として解決しなければならない欠点を有する。依然として解決する必要があるきわめて重要な問題は、新生児が産科病院に滞在時に行われる最初の聴音検査中に判る高い「偽陽性（無病誤診）」率である。（偽陽性と分類された）これらの新生児の多くは一時的難聴を示す。この一時的難聴は中耳の構造を通しての音伝送によって遭遇する問題で起き、スクリーニング検査の主対象である受容体（内耳）の神経傷害によらない問題により起こる。（中耳の血清液によって生じる）新生児における一時的伝音損失は数日で自然に解決される。しかしながら、親に心配を生じ、きわめて多数の当該症例の結果としてフォロアップをさらに複雑にし、またユニバーサルスクリーニングプログラムの実施について疑問すら生じていた二次検査を行う必要がある。

この問題を解決しかつ（伝音損失および知覚神経損失）両タイプの障害間の差をつくるためには、外耳道（気道）を通して自然に呈示される音に関して聴覚感度を確定することでは足りない。外耳と中耳を通しての伝音の問題（伝音損失）によって引き起こされる聴覚障害の場合において、音振動が直接神経受容体（内耳）に骨（骨道）を通して伝送されると、この場合音振動は外中耳の影響を受ける構造を交差しないために音振動は正しく感知され得る。このことによって、両経路を通して伝送される音によって聴覚感度を評価するとき伝音障害（ここで正常経路は骨道であり、気道は影響を受けていた）と、受容体または神経回路に対する永久傷害によって生じた障害（ここで、たまたま選択された伝音経路に無関係に聴覚感度も影響を受ける）とを弁別可能にしている。

骨感度を評価する目的で短い音響刺激に対する一時的身体応答（AEPBTとOAE）は厳しい限定を示す。骨性刺激に対するこれらの応答を取得しかつ識別するために実施される技術的プロセスはさらに複雑化され、閾応答を適切に識別するために評価担当者の側に非常に多くの経験を要し、かつユニバーサル新生児スクリーニングの場合不可避の有効な自動化方法は皆無であることが認識されていた。

安定状態聴性電位（SSEAP）(非特許文献３から知れている) は聴性感度の対象評価のための有効な代替物である。これらの応答は振幅変調またはおよび周波数変調（７０Hzから１１０Hzまで）された長音の刺激によって生成できる一定周期信号からなる。これらのSSEAPが脳幹で生成されることを考慮すると、これらのSSEAPは鎮静または睡眠によって影響されず、新生児にこれらの使用を容易にする、その周期性の結果、変調音によって誘発されるSSEAPを周波数のドメイン内で良好に分析（フーリエ解析）することができ、またこれらのSSEAPは用いられた周波数変調の限定されたスペクトルピークとして表される。このことによって、周波数ドメイン内で計算されるいろいろな統計的方法（非特許文献４）を通して自動検出を容易にする。非特許文献５から、同時に与えられる音刺激に対して多数のSSEAPが得られ、それによって聴力検査の期間を軽減することも知られている。

これらの利点の結果、いくつかの最近特許（特許文献１、特許文献２、特許文献３）は聴力の対象評価のためSSEAPの使用を容易にするようにいろいろな代替方法および装置を提案している。これらの応答は特に低年齢で非常に低振幅を示し、また多量の雑音によって擾乱されるので、特許文献１と特許文献３は高振幅の応答を生成し、さらに容易に検出が可能な、気道を通して与えられる新型の音響刺激の特許を請求している。特許文献１はSSEAPの計算をさらに効率的にする一連の方法の特許も請求し、かつ最も雑音が多い記録が多数SSEAPの計算に対する重みが少なくなるように重み付けされた平均化方法を用いることを提案している。しかしながら、この方法は（定常的なものに反し）一時的な雑音汚染の効果を減らすだけに有用であって、時間（定常）に沿って一定でありまたSSEAPに存在する他の雑音源に対しては適さない。他方、（７０Hzから１１０Hzの所望範囲内で）雑音振幅の計算に用いられる方法は誘発信号または多数SSEAPの各1つの近傍で何が起こっているか正確に確かめることができない。この場合、若干の信号には適すが他信号には適さない収集されたバイオ電気的記録の相対的重みが比例的に減少できる。特許（特許文献２）は、一時的応答(OAE)または安定状態応答(SSEAP)に適用できる低信号対雑音比の応答のさらに効率的な計算を達成することを公表するのみでなく、気道により患者に与えられる音刺激を通して生成されるそれらの応答を考慮するにすぎない。

それ故、これらの技術的かつ方法論的な解決のどれも、もし障害があれば聴力障害のタイプ（伝音的または知覚神経的）を迅速かつ効率的に弁別できる一次聴力検査に対しての多SSEAPの使用を可能としていない。事実、現存する自動聴力スクリーニング装置の全てが結果を二進形式（正常聴覚または異常聴覚）で示している。さらに、ユニバーサル新生児スクリーニングプログラムにより使用できる使い勝手が良い自動SSEAP装置は現在市場で入手できない。

米国特許第7014613号明細書 米国特許第6778955号明細書 米国特許第6524258号明細書

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本発明の目的は、安定状態誘発聴性電位の記録および分析を通して正常聴覚と異常聴覚とを弁別でき、後者の異常聴覚の場合聴覚障害が伝音タイプであるかまたは知覚神経タイプであるかを識別する、使い勝手が良い自動化方法と装置を提供することである。

新生児スクリーニングプログラムに多SSEAP技術を用いて（もし障害があれば）聴覚障害のタイプを識別する目的で、次の要素を統合する装置と方法が提案される。それらの要素は、１）２つの異なる連続音響刺激を独立して生成し、かつそれらの刺激を、電気音響骨性空気トランスジューサを通して患者に異なる強度で同時に与えるための手段と；２）周囲雑音を測定し、測定レベルに基づいてスクリーニング検査の実行と気道刺激の強度とを調整するための手段と；３）脳の活動を記録するのに使われる電極またはセンサの接触を進行中に評価するための手段と；４）生成された音刺激と同期して、患者のバイオ電気活動を収集するのに使われるプロセスを制御するための手段と；５）収集されたバイオ電気活動をコンピュータへ無線ディジタル転送するための手段である。ユニバーサル新生児スクリーニングのために該装置を使う目的で、両応答（骨性と気道）を効率的に検出するためのコンピュータに基づく方法が装備され、該方法は信号対雑音比を向上し、聴力検査の期間を最小限にし、かつ両応答（骨性と気道）に基づいて、聴覚障害のない子供達と、伝音タイプまたは知覚神経タイプの聴覚障害を示す子供達とを弁別する自動化操作の手順を最小限にする。

発明の新規性
本発明の新規性の１つは、（もしあれば）伝音聴覚損失と知覚神経損失とを区別化できる新生児中の一次聴力検査（スクリーニング）を行う目的で安定状態誘発聴性電位のシステムの基本として骨道と気道を通しての同時刺激を用いることである。ここに提案された方法と装置の設計に関連した別の新規性は、装置の操作者およびまたは動作とインタラクティブに記録状態（周囲雑音レベルや電極の接触インピーダンス）を進行中監視する方法にある。さらに精確には、インピーダンスを進行中測定するため中性電極の自己能動電気回路を用いることがこの目的に対する新規な技術的解決である。さらに、提案システムは、信号対雑音比の独立評価と、GARCH(Generalized Autoregressive Conditional Heteroskedasticityの英語の頭字語)として知られる自動回帰統計モデルの適用とによる選択的平均化の新規な方法を装備し、本発明による主要態様である脳応答の更に効率的な検出を達成する。１つまたは別のSSEAP応答（気道と骨道）の検出結果に基づいて一次検査に関して結論に到達することができ、かくして正常聴力または異常聴力間差をつくり、後者の場合障害のタイプと結果の有効性を識別するので、使用される方法も新規である。

最後に、患者とインタラクティブに、かつラップトップコンピュータまたはPDA装置と無線通信を確立する、特定用途の電子装置からなるシステムに採用の精密方法は新規な技術的解決を表わす。該ラップトップコンピュータまたはPDA装置のソフトウエアは一次聴力検査を効率的に行うのに必要なすべての手順を備えている。

装置と装置を制御するパーソナルコンピュータからなるシステムの模式図。 SSEAの記録および刺激のための装置のブロック図。 気道刺激、EEG記録、骨刺激、スペクトル表示、骨道を通したSSEAPの計算、及び気道を通したSSEAPの計算を示す図。

図１は安定状態誘発聴性電位の手段によって新生児の聴覚障害の対象検出のため提案されたシステムを図示する。このシステムは、骨と気道に対する電気音響トランスジューサを通した同時刺激のための、かかる刺激によって誘発される神経電気的（neuroelectric）活動の同期記録に必要な手段を備える装置を含む。該装置は、コンピュータまたはラップトップ装置（好適にはパーソナルディジタルアシスタントまたはPDA）と接続を確立する２経路無線ディジタル通信手段を含む。該コンピュータは、本発明で特許を請求するコンピュータの自己自動動作方法を追従する神経電気的データの処理のような、装置の制御機能を遂行するために使われる。

図２は該装置の詳細ブロック図を図示する。この装置は、２つの異なる刺激のディジタル生成を可能にする制御ブロックと、骨道と気道用電気音響トランスジューサの手段により生成した刺激を異なる強度で独立かつ同時に患者に与えるに必要な手段とを備える。使われる音響刺激は次式を通して生成される。

ここで
A: 変調音の振幅
P: 変調の深さ
F_c： 搬送波周波数
F_M： 変調周波数

パラメータAは変調音振幅の重み付けに使われる。好適には、少なくとも低周波音が骨道に対して発生され（≧５００＜１０００Hz）、９０Ｈｚの変調周波数で（100％深度）振幅変調され、他方では別の高周波音（≧２０００Hz＜４０００Hz）が気道に対して同時に発生され、その高周波音は１１０Ｈｚの変調周波数で（100％深度）振幅変調される。これらの刺激は各トランスジューサの電気音響特性（骨道と気道）に応じて強度に重み付けがされ、患者には骨道と気道の各に対して一定（しかし異なる）強度で与えられる。

本装置は、頭皮の特定点に置かれる２つのセンサまたは記録電極の手段によって患者から収集される神経電気的活動の収集用チャネル（図２の能動素子G１)も備える。このチャネルは、かかる神経電気的活動を差動増幅するために必要な手段を装備し、それを所望の周波数レンジ内にフィルタする。図２に図示されるように、第３記録電極（中性）は第２能動素子（G２）を通して接続され配電網によって生じる干渉を減衰させている。中性電極（即ち「患者の接地」）を能動的に制御するのに用いられる同素子（G２）は、装置によって内部で発生された信号をかかる中性電極を通して患者に導入するのにも用いられる。かかる信号の目的は記録電極（ZaとZb）の、また中性電極（Zt）の接触インピーダンスを評価することである。能動素子G２の出力（S１）は、本装置の他の信号収集チャネルによって記録され、また本発明の一部として特許を請求している進行中のインピーダンス監視法の根拠として用いられる。本装置は、能動素子を通してG３チャネルによって記録される周囲雑音レベルをピックアップするマイクロフォンを備える。最後に本装置の制御ブロックは刺激生成プロセスと神経電気的活動の収集間の同期を可能にし、そのため、かかる神経電気的活動に対応する各ディジタル化時間窓すなわち間隔で、正確なサイクル数の発生音刺激が存在し、信号すなわちSSEAPの続いての検出を可能にしている。このブロックは、本装置とコンピュータ間の実時間２経路無線伝送も制御している。本発明に用いられる方法は本装置の自動動作を保証する。その結果、聴覚感度を評価し、かつ最終的な障害を早期に検出するため当該方法を新生児に用いることが出来、それらの障害を診断の観点から識別する。その方法は以下の段階から成る。
１） 患者の頭部に骨および気道刺激のための記録電極と電気音響トランスジューサを位置付け。
２） 本装置の始動と自己テスト。
３） 記録電極のインピーダンスと周囲雑音レベルの進行中測定。
４） 前段階で得た情報に基づいて、検査を行うに適切な条件のインタラクティブな点検。
５） 神経電気的活動の同期記録と共に骨および気道の同時刺激。
６） 前段階で得られた神経電気的記録の各をフーリエ解析によって周波数のドメイン内に変換。
７） 各記録のインタラクティブな分析による各スペクトル応答またはSSEAPに対しその信号対雑音比に基づいて独立して選択的に平均化。
８） 骨および気道を通した刺激により得た応答の各の有無の統計的判定。
９） 両応答の存在およびまたは応答の１つまたは他の選択的不在に基づいて取られる、聴覚感度の正常状態または（もしあれば）聴覚障害のタイプについて診断判定。

段階１から５は本装置によって行われ、段階６から９は、汎用携帯コンピュータに独自の手順をプログラムすることによって実行される。このことにより、応答を検出するために本発明に用いられる方法を更新およびまたは改良できる。

本発明に用いられる選択的平均化方法は、各応答すなわちSSEAPに対して独立して、適当な信号対雑音比を有するそれらの神経電気的記録のみを収集しかつ平均化することからなる。この方法の特異性の１つは次の事実からなる。その事実は各記録間隔のスペクトル分析に基づいて、（適当な変調周波数での）応答のスペクトル成分の振幅をその周囲に見られるNスペクトル成分から測定された残留雑音の振幅と比較することによって、記録の有効性が各SSEAPに対して独立に判定される。除去基準は１より小さい信号対雑音比の値に基づく。これは各SSEAP（骨と気道）に対して独立して行われ、そのため収集された同じ神経電気的記録はある信号に対しては有効であり、またそれ以外の信号に対しては除去されるかもしれない。

SSEAPの信号対雑音比を向上する目的で、自動回帰統計モデル、AR/GARCHに基づいて非人為平均神経電気的記録に存在する雑音をモデル化する方法が用いられる。

この場合、応答は、次式を用いてN個の非人為セグメントの平均でモデル化される。

ここで、y_tは信号、ｃは平均値、φ_iは自動回帰係数、φ_i、ｃおよびε_tはイノベーション（innovations）。このイノベーションの分散は、

それが次式のGARCH プロセスに継ぐと考える。

ここで最尤法を用いて、モデル（0.1 0.2 0.3)のパラメータを計算できる。

方法の次のステップは信号を検出することからなる。一旦モデルの係数が計算されると、背景雑音を招くGARCHプロセスから自動回帰プロセスを分離することが出来る。このように、もし自動回帰プロセスのスペクトルを計算するだけであれば、背景雑音のないスペクトルが得られ、信号の識別を簡単化する。スペクトルは次式で計算される。

ここで、νは周波数を表す。

最終ステップにおいて、ホテリングのT２（Hotelling’s T2）スタジグラフ（stadigraph）（T２H）を用いる。その自由度は、刺激（SSEAP）の変調周波数でのスペクトル成分が隣接スペクトル成分（その信号に対応する雑音）とは著しく異なるか否かを判定し、それ故応答の有無を判定する目的で、計算に使われるスペクトル成分の数に応じて修正されている。

最終的に、聴力検査を終わって最終結論に到達するため本発明の方法によって次の基準が用いられる。すなわち、１）もし両信号（骨性と気道）がホテリングのT２ スタジグラフの手段により、（n個の連続計算後に）安定した統計優位性に達すると聴覚感度は正常と結論してよい。２）骨道を通して見つかった応答が顕著であり、気道応答がない場合は、難聴の障害は伝音タイプと結論してよい。３）両応答ない場合難聴は知覚神経タイプと結論してよい。４）骨性応答が不在で気道応答が存在の場合結果は疑わしく、その検査は繰り返す必要がある。

Claims (9)

1. 脳応答または安定状態聴性電位によって聴力の対象評価をするための方法および装置において、一次聴力検査の最終結果が得られるように記録を処理しかつ分析するために、骨と気道を介して電気音響トランスジューサを通して異なる刺激を患者に同時に与え、かつ患者の神経電気的活動の同期記録に必要な手段を含み、聴覚障害を識別し、もし障害があれば、その障害が伝音タイプであるか知覚神経タイプであるかを識別しおよび／または、得られた結果の有効性を評価することを含むことを特徴とする方法および装置。
2. 装置が周囲雑音レベルを収集しかつ測定する素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 装置が、安定状態聴性電位の収集過程中に電極の接触インピーダンスを実時間に測定する付加機能のために企図された能動コモンモード軽減回路(DRL)によって制御される第３の電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 装置が、異なるスペクトル組成をもつ少なくとも２つの音刺激を発生し、かつそれらを骨道と気道に対する電気音響トランスジューサによって各道に異なる強度で同時に患者へ与える２つの独立したオーディオチャネルを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. オーディオチャネルの１つを通して、M1 変調周波数をもち、１つまたは数個の混合低周波数の振幅変調搬送音により形成された刺激を発生し骨トランスジューサを通して該刺激を与え、また別のオーディオチャネルを通して、M２ 変調周波数をもち、１つまたは数個の混合高周波数の振幅変調搬送音により形成された刺激を発生し気道トランスジューサを通して該刺激を与え、同時に骨および気道刺激により生じるバイオ電気的活動を同期記録する請求項４に記載の装置。
6. 測定された周囲雑音レベルに基づいて音振動の強度を再調整し、一次聴力検査を中断すべきか否かを決定するよう管理する請求項２に記載の方法。
7. 適当な信号対雑音比をもつバイオ電気的記録は、前に決められた基準に従って、骨および気道刺激によって生じた安定状態電位の互いに対して独立して選択的に平均化される請求項１に記載の方法。
8. かかる応答の信号対雑音比を向上するリソースとして、GARCH 統計法による自動回帰モデルが用いられ、骨および気道刺激で誘発される安定状態電位の相互を表すスペクトル成分の環境内で計算されたスペクトル雑音を分析する請求項１と請求項７に記載の方法。
9. 刺激方法の１つまたは両方における安定状態電位の統計的検出に基づいて一次聴力検査に対して最終結果が得られ、正常と異常の聴力感度間差と、もし障害があれば伝音または知覚神経の障害タイプと、その結果の有効性を確定する請求項１、７、及び８のいずれか一項に記載の方法。

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