JP2013530735A - 神経障害を診断および／または治療する際に使う装置 - Google Patents

Abstract

神経障害を診断および／または治療する際に使う装置（２）が開示される。本装置は、
被験者の少なくとも一つの指によって加えられる力を表す第一データを含む第一信号を提供する、ペンに似せてデザインされたセンサー・デバイス（４）と、統合された筆記表面（１０）と、カメラ（２０）とを有する。筆記表面は、（ｉ）前記筆記表面（１０）に対するセンサー・デバイス（４）の位置を表す第二データを含む少なくとも一つの第二信号を提供するおよび／または（ｉｉ）前記筆記表面に対する前記センサー・デバイスの係合力を表す第三データを含む少なくとも一つの第三信号を提供する。カメラは、センサー・デバイス（４）を保持する被験者の腕の少なくとも一つの部分の位置を表す第四データを含む少なくとも一つの第四の信号を提供する。

Description

本発明は、ヒトの神経筋システム、すなわち神経系が筋肉の動きを制御するために使うプロセスの評価、特に少なくとも一つの神経障害または他の型の障害、たとえば機械的な動きの制約（たとえば関節炎）に由来する障害の診断において使う装置に関する。本発明は詳細には、これに限られないが、パーキンソン病を診断するのに使う装置に関する。

パーキンソン症候群は、主として高齢および中年の疾病であるが、あらゆる年齢グループにおいて起こりうる。残念ながら、パーキンソン病（PD）の徴候はしばしば、その障害の兆候を正常な加齢のためとすることによって、いまだ誤って診断されることが多い。特に、疾病の穏やかな初期形態を発症した若年者はしばしば誤って診断される。現在、臨床担当者に利用可能な適切な診断方法や製品がないからである。

三つの主要な徴候のうち二つが見られれば、患者はパーキンソン症候群またはパーキンソニスムスをもつと診断されることができる。三つの徴候は：１）硬直（肢セグメントにおける受動的な動きの範囲を通じた筋肉の硬さ）；２）動作緩慢／無動（動きの実行が遅いまたはないこと）、これが最も障害となる；３）（姿勢の／活動中の）震顫_{（しんせん）}。すべてのパーキンソン症候群がドーパミン障害が根底にある特発性のパーキンソン病に由来するわけではなく、PSP（Progressive Supranuclear Palsy［進行性核上麻痺］）、MSA（Multi System Atrophy［多系統萎縮症］）およびよりまれなCBGD（Cortico Basal Ganglionic Degeneration［大脳皮質基底核変性症］）他の病理によって引き起こされることもある。

現在の診断方法は、筆記、渦巻き描画およびコップをもつなどの日常の生活上の課題を患者が実行するのを臨床担当者が主観的に解釈することに基づく。だがこの解釈は客観的ではない。よって、異なる時点に取られた試料の解釈からは信頼できる比較ができない。さらに、上記の三つの顕著な徴候は初期のパーキンソン症候群では見られないことも多いのだが、疾病が明らかに現れる７〜１０年前には神経変性がすでに始まっていることが多い。このため、疾病がかなり著しい度合いにまで進まで、典型的には黒質線条体ニューロンの深刻な不可逆性の60%変性がすでに起こってしまい、運動機能の深刻な劣化と非運動症状の発達が起こるまで、診断は可能ではない。早期の介入および患者にとっての改善された全体的な帰結につながる早期の診断の鍵は、パーキンソン症候群に起因する神経筋システムにおける最初期の変化を測定し、定量化することにある。

パーキンソン症候群の早期の診断は、ニューロン保護療法および再生が発達するとともに特に有用になる。現在のところ、投薬とトレーニングでPDの症状を抑えることができるが、残念ながら今日では治療法は存在しない。しかしながら、ニューロン保護および再生を可能にする治療は近い将来、利用可能になる可能性が高い。

現在のところ、60歳超の人口の0.5%および80歳超の人口の2%がPDを患っている。現在のところ英国の神経科医は400人に満たず、患者に対する神経科医の比率は現在のところ1:177000であり、これに対し、米国では1:26000、イタリアでは1:8000である。その結果、患者はしばしば必要なケアを受けられず、神経科医の時間が効率的に使われることがきわめて重要であると結論できる。

さらに、PD患者はしばしば誤って診断されることが認識されている。47%および26%の診断ミス率が見出されている。標準的な神経科および老人病の診療および特別な運動障害クリニックではより低いミス率が報告されている。これは、運動障害の専門知識がより正確な鑑別診断を可能にすることを示している。このことは、より多くの臨床担当者がいる世界の他の部分では診断ミス率がより低く現れるという事実によっても支持される。2008年に、ヨーロッパの10箇所における研究から、ヨーロッパではPDがいまだ普通に診断されすぎていることが見出された。

特許文献１は、中枢神経系の疾病についての筋電図検査を簡略化する装置であって、タブレットおよび圧力センサーをもつペンを有するものを開示している。動きの間の指先の圧力およびペン位置が記憶され、コンピュータによって解析される。しかしながら、特許文献１の構成は、手書きのあらゆる可能な指標を記録するのではない。その結果、達成できる診断の精度は限られている。

JP2000023985

本発明の好ましい諸実施形態は、従来技術の上記の欠点の一つまたは複数を克服しようとするものである。

本発明によれば、被験者における少なくとも一つの神経障害を診断および／または治療する際に使う装置であって：
（ａ）被験者の手によって保持され、被験者の少なくとも一つの指によって前記第一の検出器手段に加えられるそれぞれの力を表す第一データを含む少なくとも一つの第一信号を提供するよう適応された第一検出器手段と；
（ｂ）被験者によって保持されたときに前記第一検出器手段によって係合されるよう適応された第二検出器手段であって、前記第一検出器手段および／または前記第二検出器手段は（ｉ）前記第二検出器手段に対する前記第一の検出器手段の位置を表す第二データを含む少なくとも一つの第二信号を提供するおよび／または（ｉｉ）前記第二検出器手段に対する前記第一検出器手段の係合力を表す第三データを含む少なくとも一つの第三信号を提供するよう適応されている、第二検出器手段と；
（ｃ）前記第一検出器手段を保持する被験者の腕の少なくとも一つの部分の位置を表す第四データを含む少なくとも一つの第四の信号を提供するよう適応されている第三検出器手段と；
（ｄ）（ｉ）前記第一データ、（ｉｉ）前記第二データおよび／または前記第三データおよび（ｉｉｉ）前記第四データを処理して被験者における少なくとも一つの神経障害の潜在的な存在を判定するプロセッサ手段とを有する、
装置が提供される。

前記第一検出器手段を保持する被験者の腕の少なくとも一つの部分の位置を表す第四データを含む少なくとも一つの第四の信号を提供するよう適応されている第三検出器手段を設けることによって、これはパーキンソン病のような神経障害のより正確な診断を与えるという利点を提供する。

前記第一検出器手段は、少なくとも一つのそれぞれの前記第一信号を与えるために少なくとも一つの第一の力トランスデューサ（force transducer）を有していてもよい。

前記第一検出器手段は、少なくとも一つのそれぞれの前記第三信号を与えるために少なくとも一つの第二の力トランスデューサ（force transducer）を有していてもよい。

前記第二検出器手段は、少なくとも一つの前記第二信号を与えるために少なくとも一つの位置検出器を有する係合領域を有していてもよい。

前記第三検出器手段は少なくとも一つのカメラを有していてもよい。

前記プロセッサ手段は、（ｉ）前記第一データ、（ｉｉ）前記第二データおよび／または前記第三データおよび（ｉｉｉ）前記第四データを記憶されている値と比較するよう適応されていてもよい。

これは、データ値を、典型的な健康な被験者および／または一つまたは複数の神経障害を患っている被験者についてのデータ値と比べることを可能にするという利点を提供する。

本装置はさらに、前記第一検出器手段の配向を表す第五データを含む少なくとも一つの第五信号を与える第四検出器手段を有していてもよい。

前記プロセッサ手段は、前記第一および／または第二および／または第三および／または第四データの周波数成分および／または位相を決定するよう適応されていてもよい。

これは、トレーニング／リハビリテーション目的のために患者にフィードバックを与えることを可能にすることに加え、神経障害の種々の形の正確な区別を可能にするという利点を提供する。

本装置は、前記第一検出器手段を使って被験者がたどるべきトレースを表示するよう適応されていてもよい。

前記プロセッサ手段は、少なくとも一つの前記神経障害の存在の確率を決定するよう適応されていてもよい。

これは、専門家医療資源が、前記確率が高い場合におけるさらなる調査に集中されることを可能にするという利点を提供する。

本発明の好ましい実施形態についてこれから、いかなる限定的な意味でもなく単に例として、付属の図面を参照しつつ述べる。
本発明を具現する装置の筆記デバイスの分解組立斜視図である。 図１の筆記デバイスの側面図である。 図１の筆記デバイスの概略的な側面断面図である。 本発明を具現する装置の制御電子系統のブロック図である。 図１の筆記デバイスの電子回路の概略図である。 メイン・ユニット内のペン状センサー・デバイス・サブシステムのブロック図である。 本発明を具現する装置の概略的なシステム概観図である。 図６の装置の一部をなす筆記タブレットを有する筆記テーブルの斜視図である。 図６の動き解析装置の動作を示すフローチャートである。 図６の装置の動作を示すフローチャートである。 上記装置による評価アルゴリズムの動作を示すフローチャートである。 時間を追ってペン先の測定および関節軌跡を示す図である。

〈背景〉
〈診断概念Ｉ：指協調が健康かPDかを弁別する〉
パーキンソン症候群が診断される何年も前に、発病前の患者の手書きはすでに何らかの特有の空間的特徴を呈する。ストロークの丸みが低下するとか、方向がより急に変わるようになるといった特徴である。さまざまな研究が加齢およびパーキンソン病に起因する手書きの変化について報告している。これらの変化は、患者の手書きを目視検査することから観察できる。パーキンソン症候群における精確な把持についての研究は、いくつかの一般的な機能における障害を示している。それには、装荷前（pre-loading）段階が遅くなることと、握る力の段階的な発展が含まれる。パーキンソン症候群の患者は、静的な力の印加とピーク時の力の印加の両方において過剰な力を生じる傾向があることも報告されている。

神経運動器系統（neuromotor system）がどのようにして手書きが正確に実行されうるようにする決定を行っているかに関する研究は、ペンと手の協調における「指協働運動（finger synergies）」の重要性を述べている。指協働運動は、指の力の制御された共変動として定義され、理論は、計画された動きを生み出すためにいかにして指が協働するかを記述する。この概念は、指によってペンに加えられる「ペンを握る力」および「ペンを握るモーメント」の両方を制御することを利用することによる運動実行の組織化を指す。健康な被験者におけるオブジェクトの取り上げおよび保持について、指によってオブジェクトに加えられる力は、神経系統によって組織化された仕方で制御されていることも知られている。それによりすべての指が協働する。パーキンソン症候群に起因する書く能力への何らかの障害は、そのような正常な指協働運動の特有の損失につながることが予期される。それはペンを握る力として測定できる。このことは、ペン以外の異なる型のオブジェクトの持ち上げおよび保持について試験されてきた。握る力のパターンおよび力の振幅や握る力の変調の周波数といった他の特性の変化が観察された。PD患者は、指協働運動の特有の変化を示す。

初期には静止時震顫のみがパーキンソン症候群において記述されたが、今日では、パーキンソン症候群は運動時震顫をも伴うことがあることが一般に受け入れられている。握る力の印加の周波数分析から、PD患者と対照群との間の相違が観察されている。特に、PD患者は単一のモード周波数において明らかな動作時震顫（AT: action tremor）を示す。これらの被験者は、正常時には指の間に観察される力の同期パターンからの系統的な乖離、位相差の〜0°（同相）からのシフトを示した。これは典型的にはAT周波数およびその付近で起こり、他の多くの周波数では同期パターンは相変わらず維持されていた。乖離は非常に特異的かつ限局性であり、患者はたとえば全出力を上げることによってAT周波数における力の同期の欠如を補償するような定量化可能な試みをしないので、指におけるこの力の同期の欠如はPD患者においてしばしば観察される手の器用さの欠如には寄与しないと考えられた。これは、動きの計画および協調に関係する指協働運動の変化は、機能障害が発達する前に起こるという考えにつながった。

過去には、PDにおける診断法のための渦巻き描画の使用は一般的な慣行だった。現在、渦巻き描画および運動時震顫の電算化された評価のための機会に対する関心が新たにされている。現在のところ、患者における運動時震顫は臨床現場でほとんど検査されておらず、臨床での評価尺度ではそれに全く注意が払われていない。

ATは臨床担当者にとって明らかであることもしばしばだが、軽微な震顫および握る力の印加の周波数領域での他のそれほど明白でない変化は明らかでないこともある。握る力の変調周波数はPD／パーキンソン症候群において異なるであろう。信号の時間依存構造における変化も報告されており、これは生理学的出力の規則性における変化として言及される。規則性は、近似エントロピー（ApEn: approximate entropy）という時間領域における解析方法によって定量化できる。震顫の時間依存構造（ApEn）が、振幅およびモード周波数解析を超える貴重な追加的情報を提供してくれることを報告する研究があり、健全な人における震顫をPD／パーキンソン症候群をもつ人から区別する際に有用である。

〈診断概念ＩＩ：鑑別診断のための四肢震顫の解析〉
震顫周波数測定を含めることは評価に貴重な情報を追加する。PD／パーキンソン症候群の患者は典型的には3〜8Hzの間の低周波数震顫を示し、より頻繁にはその範囲は3〜5Hzである（表１）。パーキンソン病はしばしば本能性震顫（ET: Essential Tremor）と混同される。ETは人口の2〜3%に影響し、PDより良性である。ET患者は典型的には4〜12Hzの範囲の震顫を示す。健康な被験者は生理的震顫を示すことがありうる。これは、正常な機械的な反射機構と中枢自律振動体（central oscillator）の相互作用から帰結する身体部分の振動である。その周波数は通例8ないし12Hzの間だが、25Hzまでの周波数が観察されている。他の臨床上の発現に加えて3〜8Hzの間の震顫がPD／パーキンソン症候群を示すと結論できる。

図１を参照するに、本発明を具現する診断システム２は全体像の図７に示されており、ペンに似せてデザインされたセンサー・デバイス４（図１および図２においてより詳細に示される）と、スタンドアローンの電算化されたハードウェア装置の形のメイン・ユニット６とを有する。メイン・ユニットは埋め込みシステム技術を使い、データの同期および融合、データ処理および記憶を行い、試験シーケンス・プログラムを組み込んでおり、人間工学的にデザインされたテーブル８（図８）に組み込まれている。テーブル８は、たとえばディスプレイ上のタッチセンサーによって、患者の評価の間、描画および筆記を記録および表示する統合された筆記可能表面１０をもつ。メイン・ユニットはまた、ペン、手および肢関節動きを記録するために、デジタル・カメラ２０（図８、図９）をも設けられる。この記録はたとえば、いずれもタブレット・デバイスに面する、既知の短い距離だけ離間された二つの同一のカメラ２０をもつ両眼視システムを実装して行う（図７および図８）。あるいはまた、被験者の上肢（upper limb）上で慣性センサー・システムが実装されることもできる。

センサー・デバイス４の外観と感触は通常のペンと同様だが、親指、人差し指および中指によって加えられるペンを握る力ならびにペンの配向を決定するもとにできる線速度および角速度および線加速度および角加速度を測定する。センサー・デバイス４は、親指、人差し指および中指によって加えられる力を測定する指力センサー１２を含んでいる。これらの指は、ボディ・クラムシェル１６内のへこみ内のそれぞれの圧力パッド１４と内部ボディ１８との間に載せられる。さらに、内部では、センサー・デバイス４は、ペンの角速度および線加速度をそれぞれ時間を追って記録するよう、３軸ジャイロスコープおよび３軸加速度計の組み合わせを組み込んでいる。センサー・デバイス４は電子プリント回路基板（図５）および信号の整備（conditioning）、基本処理、アナログ‐デジタル変換モジュールおよびメイン・ユニット６への無線接続を通じてデータを送信するための通信モジュールのためのファームウェアを含んでいる（図６、図７）。メイン・ユニット上のペン・ホストは、ペンとのインターフェースをもち、データの記録および視覚化を可能にするためのドライバを含んでいる。

筆記可能表面１０から記録されるペン先座標データのシーケンスは連続的に有線接続を通じてメイン・ユニットに送信される。カメラ・データも、ケーブルを介してメイン・ユニットのコンピュータに送信される。

センサー・デバイス４内の力および慣性センサー１２は、指によって加えられるペンを握る力、ペン先２２に加えられるペン先圧力およびペン動き／加速を測定する。これらがセンサー・デバイス４と手がどのように相互作用するかを明らかにする。信号処理技術により、握る力および動き信号から、神経筋システムの機能に関する情報の抽出ができる。重要なことに、提案されるシステムでは、組み合わされた指標を評価することによって、特に初期のPDに関連付けられる、（健康な被験者において観察される）「正常」な神経筋活動からの微妙な変化を検出することができる。これについては下記でさらに説明する：PD患者に関連する神経筋活動の主要な変化およびこれらの活動を記録する新規な診断システムの基本原理。

装置２を用いた患者の検診の際、患者は一組の筆記および／または描画活動を実行するよう求められる。これは典型的には、セットアップ時間を含めて20分かかる。以下の生体力学パラメータが記録される：
・親指、人差し指および中指によってセンサー・デバイス４に加えられる力；指の筋肉の動き／協調を明らかにする；
・ペン先圧力；
・ペン、指、手および腕の関節の動き；
・結果として得られた筆記物。

事例
65歳の患者が一般医によって神経科医に紹介される。その人の右手には静止時および動作（たとえば食べるときのナイフ・フォーク・スプーンなどの操縦）時に震顫がある。初めて震顫に気づいたのは18か月前だが神経科医にかかる順番待ちリストのため、その患者を診断して何らかの処置を施すことができずにいた。患者は以下のような他の徴候をも示す：四肢硬直（強直）および動きの緩慢（無動／動作緩慢）。初見では心理学的または精神的な衰退は見られない。この患者を紹介した一般医患者がPDを患っていると信じている。

〈問題〉
初期段階におけるパーキンソン病を診断することに関わる困難の一つは、他のより良性な病状、特に本能性震顫（ET）がこれに似ることがあるということである。ETを患う多くの人はパーキンソン病だと心配し、これは患者およびその一般医に対して多大な心労を引き起こし、神経科にとっては両者を区別するために多大な作業を発生させている。

パーキンソン症候群とETとの区別は、経験のある医師にとっても難しいことがある。ETとPDを区別するために、病歴とパーキンソン症候群の身体的な三大徴候の両方が考慮に入れられる。特に、静止時震顫の種々の型を同定することは、重要な位置を占める。ET患者は通例、長期間にわたって震顫を患ってきている。他方、PD患者は、最初の徴候の発現から6か月以内の間に初期医療の医師にかかる傾向がある。手が膝に安置されている間または被験者が手を体側に付けて歩く間に手から静止時震顫が観察されるならば、これはPDを指すことがありうる。本能性震顫では典型的には対称的な体位性震顫が、静止時および動作時の両方に、患者において観察される。一方、PDの患者は通例、非対称な静止時震顫を示し、これは姿勢が維持されるときは消失する。まとめると、PDは通例、静止時震顫として現れる一方、ETは動きとともに悪化する動作時震顫である。しかしながら、時として、パーキンソン症候群は動作時震顫を伴い、ETはパーキンソン症候群に似る他の徴候を示すこともある。

上記の事例は、静止時震顫および動作時震顫の両方が観察されるのでETを示しているようだが、PDに似る他の徴候も見られるので、臨床担当者にとって混乱のもとになる。この場合、顧問医神経科医は正しい診断をしようと苦闘することになる。運動障害を専門とする顧問医神経科医はそれでも5%の事例においては誤診断をするであろう。それほど経験のない他の健康管理ワーカーは正しい診断ができないであろう。英国では顧問医神経科医は少なく（全国で400名）、それほど経験のない臨床担当者によって50%の事例において誤診断がされていると推定されている。

〈本装置の使用〉
装置２を用いた患者検診の際、患者は一組の筆記および／または描画活動を実行するよう求められる。この活動は典型的には以下のうちの全部または一部を含んでいてもよい。
（ｉ）震顫が抑制されない間の静止時震顫を評価するために、何らの筆記タスクも実行せず、固定姿勢を保つこともせずにセンサー・デバイス４を保持する。
（ｉｉ）無動／動作緩慢および運動ブロック（motor block）を評価するための、筆記表面上に表示される固定した線または動く点に追随して、テーブルの描画表面上でのペンを用いた点Ａから点Ｂへの線描画。
（ｉｉｉ）動作時震顫を評価し、震顫の起源を限局化するための渦巻き描画（自由描画またはトレース）。

加えて、手書きに関係しない他の運動が調べられる。
（ｉｖ）連続して指をトントンとたたく；
（ｖ）連続した手の回内／回外運動；
（ｖｉ）連続して両腕を開いたり閉じたりすること。

記録（ｉ）ないし（ｖｉ）から以下のパラメータが測定され、解析される。

１）静止時の軽いペンの握り：
静止時震顫は指（握り）の力および周波数の解析から測定される。この方法が明らかにするのは静止時震顫のみである。患者は、たとえばセンサー・デバイス４を保持している間に話すなど、同時に他のタスクを実行するよう求められてもよい。これは、患者が震顫を抑制しようとしないことを保証するであろう。指の力から測定される震顫は、指を起源とする遠位性震顫と、肢の残りの部分を起源とする近位性震顫とを含む。PD以外の障害では、震顫周波数は震顫の起源に関係する。PDでは、震顫起源は限局化できない。健康な被験者および障害のある被験者のプロファイルのデータベースが参照として使われる。

２）線描画：
ａ．動きを開始するための何らかの遅延／不能（動作緩慢／無動）が現れるかどうか、または動きを実行する間に何らかの運動ブロックが現れるかどうかを評価する。これは、指の力と四肢動きの活動のタイミングから解析される。健康な被験者および障害のある被験者のプロファイルのデータベースが参照として使われる。

ｂ．指協調および根底にある神経筋処理は指の握る力の測定およびペンがペン動きを確立できるようにするため指どうしがいかに協働するかを明らかにする解析から評価される。本システムは、「指協働運動」が健全であるか障害があるかの出力を与える。健康な被験者および障害のある被験者のプロファイルのデータベースが参照として使われる。

ｃ．指の握る力および肢の動きから測定される筋活動の解析から硬直が評価される。健康な被験者および障害のある被験者のプロファイルのデータベースが参照として使われる。

３）渦巻き描画：
震顫は、センサー・デバイス４の先端２２、関節動きの記録およびセンサー・デバイス４に対する指の力の記録から評価される。震顫解析は、指を起源とする遠位性震顫と、肢の残りの部分を起源とする近位性震顫とを含む。PD以外の障害では、震顫周波数は震顫の起源に関係する。PDでは、震顫は中枢神経系において生成され、異なる筋肉群が影響されうる（たとえば首、腕）ので、震顫起源は限局化できない。健康な被験者および障害のある被験者のプロファイルのデータベースが参照として使われる。

１）指のタップ
指運動の交替パターンが定量化される。センサー・デバイスはこの試験のためには必要とされず、タスクは記録テーブル８の前で実行される。連続的な指のタップを実行する能力は、パーキンソン症候群とともに衰退することが知られている。この運動のタイミングの変化および各反復での動きの範囲が定量化できる。健康な被験者および障害のある被験者のプロファイルのデータベースが参照として使われる。

２）手の回内／回外運動
指運動の交替パターンが定量化される。ペンはこの試験のためには必要とされず、タスクは記録テーブル８の前で実行される。回内および回外運動の交替パターンが定量化される。手の連続的な回内／回外運動を実行する能力は、パーキンソン症候群とともに衰退することが知られている。この運動のタイミングの変化および各反復での動きの範囲が定量化できる。健康な被験者および障害のある被験者のプロファイルのデータベースが参照として使われる。

３）両腕を開いたり閉じたりすること
両腕を開いたり閉じたりする間の運動の交替パターンが定量化される。指運動の交替パターンが定量化される。センサー・デバイス４はこの試験のためには必要とされず、タスクは記録テーブル８の前で実行される。これを連続的に実行する能力は、パーキンソン症候群とともに衰退することが知られている。この運動のタイミングの変化および各反復での動きの範囲が定量化できる。健康な被験者および障害のある被験者のプロファイルのデータベースが参照として使われる。

〈区別するアルゴリズム〉
すべての記録されたパラメータが解析される。さまざまな解析の出力が、図８のデータ流れ図に従って組み合わされるペンの握る力の測定および関節記録の両方からのデータはまず前処理される。前処理はDC項除去、データの平滑化およびデータ品質に依存して他のフィルタ処理技法を含む。これは、生体力学的な動きの実行の背後にある神経運動器制御（neuromotor control）を明らかにする個別的な特徴をデータから抽出できることを保証するためである。次いで、図９に詳細に示される決定支援システム（DSS: decision support system）が以下の生体力学的パラメータを解析する：
・震顫の周波数および起源（静止時＋動作時）
・指の力の協調
・無動／動作緩慢
・運動ブロック
・硬直
・手書き：小字症または他の障害のある書き方。

決定支援システム（図９）は、健康な被験者、PD患者および他の障害を患う患者の生体力学パラメータ（関節動き座標；指の力；ペン先の力）のプロファイル（既知の範囲）のデータベースに基づいて決定を行う。この知識は、広範な臨床試験（臨床的な調査試験および臨床試験）の際に得られる。決定支援システムの最終的な結果は、その被験者がPDまたはいくつかの他の障害（たとえば、PD、ジストニー、痙直、ET、心因性震顫、増強性生理的震顫など）を患っている確率である。決定支援システムは下記でより詳細に説明される。

DSSは以下のステップをたどる。

１）以下の動き制御パラメータが記録される：
・関節動き／速度／加速；
・ペン先動き／速度／加速；
・親指、中指および人差し指の力；
・ペン先の力。

２）第一に、記録から即座のフィードバックを得、神経運動器衰退の何らかの明らかな徴候がないかどうか、そして試験手順が正し実行されたかどうかをチェックするために、すべてのパラメータが操作者に対してグラフィックに提示される。

第二に、すべてのパラメータについて、EMDアルゴリズムが実行される。これは力および動き信号の振動周波数を評価する。EMDを使って、任意の所与の時系列データがまず、非線形逐次反復手順の反復適用によって単振動関数の集合に合成される。次いで、単振動関数の時間依存する振幅および周波数がヒルベルト変換を使って定義される。あるいはまた、画像解析で頻繁に使われるウェーブレットが握る力および動きパターンを分解および解析するために使われることもできる。もう一つの有用な方法は動的な時間歪め（dynamic time warping）である。これは、諸単語が異なるスピードで発話されるときに記録された発話の振動を整列させるためによく使われる。この技法は、握る力のパターンを分解するためにも応用できる。ここに記述されるすべての方法は、ユーザーが、記録された制御パラメータの周波数内容を得ることができるようにする。それを組み合わせると、動作時／静止時震顫の存在およびその周波数の出力を与える。

第三に、すべてのパラメータについて、パターン認識アルゴリズムが実行される。これは、広範に研究されている個別的な動きについて、指の力の制御および関節動きの制御が正常なパターンに従っているかどうか、または障害のある機能があるかどうかを解析する。

３）２で述べた上記のステップは、１で述べた動き制御パラメータのそれぞれについて、神経筋システムの無欠性および障害の存在を明らかにする以下のマーカーの存在の指標を与える：
・震顫の周波数および起源（静止時＋動作時）
・指の力の協調
・無動／動作緩慢
・運動ブロック
・硬直
・手書き
これらのマーカーについては下記で詳細に述べる。

〈震顫の周波数および起源（静止時＋動作時）〉
震顫は、カメラ・システムを用いて記録された肢関節動きおよびペンの握る力から測定された指の力の協調の両方から評価される。静止時震顫および動作時震顫の両方が解析される。指から測定された震顫周波数は、指のほか肢および手を起源とする震顫を反映する。周波数はしばしば起源に関係し、低めの周波数は肢および手に対応し、高めの周波数は指に由来する。関節動きは、動きのタイミングを含む3Dグラフにおいて提示され、このグラフも震顫の起源を明らかにする（図１１）。PDでは、震顫はドーパミン欠損のために中枢神経系に発し、誘起される震顫周波数は種々の身体セグメントにおいて現れうるので、決して明確な起源はない。震顫は、力および動きの記録のパワー・スペクトル密度解析によって評価される。周波数は表１に従って種々の疾病プロファイルに関係する。

〈指の力の協調〉
指の力の協調はセンサー・デバイス４への指の力の印加の記録から評価される。指の力は典型的にはPDにおいて障害を受け、PDに起因する神経運動機能の微妙な衰退を反映する。したがって、指の協調を評価することは、早期の神経運動衰退を明らかにすることを可能にする。

いかにして手書きが正確に実行できるようにする決定を神経運動系が行うかについての「非制御多様体仮説（uncontrolled manifold hypothesis）」はペンと手の協調における「指協働運動」の重要性を述べている。「非制御多様体仮説」は新しい現象であり、動き障害を診断する当業者の臨床担当者にとってなじみがないことがありうる。指協働運動（finger synergies）は、指の力の制御された共変動（co-variation）として定義され、上記理論は、計画された動きを生み出すようペンに加えられる力およびモーメントの両方を同時に制御するためにいかにして指が協働するかを記述する。この概念は、運動実行の組織化を指す。本発明は、この理論によって記述される指協働運動が定量化されることを初めて可能にするものと考えられる。力を加えるタイミングおよび周波数は、動きを実行するために神経システムによって採用される戦略に関係付けることができる。

指の力の協調は、特徴抽出のためのいくつかの信号処理技法によって評価される。それには次のものが含まれる：
・力の振幅および誘導量。二乗平均平方根（RMS: Root Mean Square）値など。
・パワー・スペクトル密度解析：生理的信号に含まれる波形の周波数成分および各周波数での相対的なパワーを見ることができるようにする、使用される主要なツールの一つ。これは視覚的に、時間領域の構造よりもたどるのが簡単になることがある。
・コヒーレンス：コヒーレンス解析または相互スペクトル（cross-spectral）解析は、二つの相異なる時系列の変動性がスペクトル領域で相互に関係している（たとえば、同じスペクトル周波数帯域でパワーが高い／低いなど）場合に、同様のスペクトル属性をもつ信号を同定するために使われる。
・近似エントロピー。これは、同様の点の出現頻度を表す、時系列の平均を与える。これは、自動化された動きの非常に規則的な信号が高い自己相似度をもつ一方、PD患者からの信号はそれほど似通っていないという事実を利用する。
・複数スケール・エントロピー：種々の時間スケールに起因するエントロピー挙動を表す。

〈無動／動作緩慢〉
動作緩慢（動きの遅さ）および無動（運動を実行できないこと）は、センサー・デバイス４への指の力から測定されるペン制御動作ならびに肢および指の関節の動きの両方からの、被験者の動きを開始する能力を見ることによって評価される。描画テーブル８は線または代替的に動く点もしくは他の図形を表示し、それを被験者がたどろうとする。解析は、結果として生じるペンを握る動作と肢の動きおよび結果として得られる描画を、意図された描画と比較する。試みられた動きへの近さおよび動きのタイミングにおける遅延が、その実験について定量化された、時間および空間に依存するスケール上で定量化される。長期の動きに関する衰退も神経学的な問題を示すので、いくつかの試行の結果が比較される。

〈運動ブロック〉
無動／動作緩慢の一形態である運動ブロックは、無動／動作緩慢を評価するのと類似の仕方で線描画活動から評価されることができ、動作緩慢について述べた線描画から明らかになるであろう。

〈硬直〉
硬直は最近、筋活動を記録する筋電図記録法（EMG: Electro Myography）によって成功裏に評価された。筋活動の測定はペンを握る力からも可能であり、それが次いで硬直に関係付けられることができる。それには、PD患者のEMG記録において区別することのできる鉛管現象（lead pipe phenomenon）および歯車現象（cogwheel phenomenon）を分離するためのたとえばウーブレット変換または他の解析技法を使って、最適フィルタ設定が決定的であると決定したあと硬直を定量化する。ウェーブレットは、所与の連続時間信号を種々のスケールの成分に分割するために使われる数学的関数である。周波数範囲が各スケール成分に割り当てられることができる。各スケール成分を、そのスケールに合う分解能で調べるためである。ウェーブレット変換はウェーブレットによる関数の表現である。筋肉動作から帰結する指の力を表すためにウェーブレットを使うことで、操作者は硬直を評価し、これを動き（三次元における座標）と比較することができるようになる。

〈手書き〉
被験者の手書きの解析は、ストロークの丸み、文字の大きさおよび書き方の一貫性を評価するスクリプトを用いて自動化される。丸みの減ったストロークおよび小字症（小さな文字およびしばしば患者が連続的に書くことができないことによって特徴付けられる、PD患者の典型的な書き方）が評価され、疾病の進行および治療の有用性をモニタリングするために記憶されることができる。

４）上記（１）で述べた種々の動き解析パラメータから得られた、神経筋システムの無欠性を明らかにする上記のマーカーが、実行された種々の試験について組み合わされる。これは、３で述べたマーカーの存在に関し、
・動きパターン解析；
・震顫解析
・力パターン解析
への組み合わされた結論につながる。

５）結論：動きパターンは健康な被験者に似ているだろうか、PD、ジストニー、痙直、ET、心因性震顫、増強性生理的震顫または他の障害を患っている患者に似ているだろうか。結論は、患者がこれらの障害のそれぞれを患っている可能性の百分率として報告される。

〈本概念による診断健康管理の改善〉
高速かつ信頼できる診断および疾病モニタリングのための本提案によるシステムをもって各神経科を支援することは、神経科における患者ケアの効率を著しく改善でき、それはまた以下の理由により改善された経済効率にもつながることが考えられる。

診断はたいていの適切な医学的または外科的処置について正確な判断をする鍵である。疾病をモニタリングすることは、疾病のさらなる管理のために必要とされ、典型的でない徴候の発達がある場合には再診断が必要とされる。遅いまたは誤った診断は確実に疾病の進行につながる。その段階には、二次的な合併症ならびに日々のケア、理学療法および作業療法、投薬による治療および時には手術のための膨大なコストをもはや避けることができない。パーキンソン症候群のいくつかの形についての現在のトレンドはすぐに投薬による治療を開始しないというものであるが、研究結果は、患者の健康および生活の質を改善するためには早期の診断および治療が必要とされることを示唆している。すべての場合において、早期の診察は少なくとも理学療法を可能にし、疾病および治療への応答のよりよい理解につながる。

〈UPDRSの改善〉
PDの長期的な経緯を診断し、たどるための最も広く使われている標準的なレート付けツールはパーキンソン病総合評価尺度（UPDRS: Unified Parkinson's Disease Rating Scale）である。しかしながら、UPDRSは運動徴候についての客観的なスケールではなく、きわめて不正確である。UPDRSは、１）精神作用、挙動および気分；２）日常生活の活動および３）運動セクション（motor sections）から構成される。通常、主要な運動徴候指標の短いリストがインタビューによって採取される。主要な指標は、三大徴候（動作緩慢、震顫および硬直）に加えて体位不安定および歩行障害（PIGD: postural instability and gait disorders）を含む。震顫の定量化は、〈診断概念ＩＩ：鑑別診断のための四肢震顫の解析〉と題する上記の節において述べた運動機能の評価において重要な位置を占める。UPDRSは現在のところ運動徴候についての客観的な尺度ではなく、きわめて不正確なので、本発明は、電子的なデータ収集の利点を用いてUPDRS試験を実行する代替的な方法を提供する。本発明は、臨床担当者が、UPDRSの日常生活の活動および運動セクションを、UPDRSの第１部（精神作用、挙動および気分）とともに、客観的に評価できるようにする。

本システムを用いて、UPDRSにも組み込まれるいくつかの簡単なすぐできる試験が定義されることができるが、客観的な極めて正確な記録という利点がある。重要な特徴は、すくみ（Freezing）の評価であり、あるいは運動ブロック〔運動遮断〕（MB: motor block）は運動活動の不随意的な突然の中絶である。MBは、発話、指のタップ、歩行、手書きおよび点から点への動きといったきっかけを与えられている反復性の動きにおいて見られ、UPDRSに関係付けられている。MB期間は明瞭に同定でき、運動の部UPDRSにおいて手のすくみに関係付けられていたことが見出された。試験された患者全員について、結果は、UPDRS（パーキンソン病総合評価尺度）、運動の部、質問第２４、第III部を用いた臨床レーティングのスコア（≧2ですくみが優勢）と一致していた。本発明は、神経科医が、力の印加、ペン先および肢関節運動学的特徴を測定し、さまざまなフェーズを定量化することによって、手書き、指のタップおよび点から点への動きといった反復性の動きを評価することも可能にすると考えられる。

当業者は、上記の実施形態は例として記述されたのであって、いかなる限定的な意味でもなく、請求項によって定義される本発明の範囲から外れることなくさまざまな変更および修正が可能であることを理解するであろう。

Claims (10)

1. 被験者における少なくとも一つの神経障害を診断および／または治療する際に使う装置であって：
   （ａ）被験者の手によって保持され、被験者の少なくとも一つの指によって前記第一の検出器手段に加えられるそれぞれの力を表す第一データを含む少なくとも一つの第一信号を提供するよう適応された第一検出器手段と；
   （ｂ）被験者によって保持されたときに前記第一検出器手段によって係合されるよう適応された第二検出器手段であって、前記第一検出器手段および／または前記第二検出器手段は（ｉ）前記第二検出器手段に対する前記第一の検出器手段の位置を表す第二データを含む少なくとも一つの第二信号を提供するおよび／または（ｉｉ）前記第二検出器手段に対する前記第一検出器手段の係合力を表す第三データを含む少なくとも一つの第三信号を提供するよう適応されている、第二検出器手段と；
   （ｃ）前記第一検出器手段を保持する被験者の腕の少なくとも一つの部分の位置を表す第四データを含む少なくとも一つの第四の信号を提供するよう適応されている第三検出器手段と；
   （ｄ）（ｉ）前記第一データ、（ｉｉ）前記第二データおよび／または前記第三データおよび（ｉｉｉ）前記第四データを処理して被験者における少なくとも一つの神経障害の潜在的な存在を判定するプロセッサ手段とを有する、
   装置。
2. 前記第一検出器手段は、少なくとも一つのそれぞれの前記第一信号を与えるために少なくとも一つの第一の力トランスデューサを有する、請求項１記載の装置。
3. 前記第一検出器手段は、少なくとも一つのそれぞれの前記第三信号を与えるために少なくとも一つの第二の力トランスデューサを有する、請求項１または２記載の装置。
4. 前記第二検出器手段は、少なくとも一つの前記第二信号を与えるために少なくとも一つの位置検出器を有する係合領域を有する、請求項１ないし３のうちいずれか一項記載の装置。
5. 前記第三検出器手段は少なくとも一つのカメラを有する、請求項１ないし４のうちいずれか一項記載。
6. 前記プロセッサ手段は、（ｉ）前記第一データ、（ｉｉ）前記第二データおよび／または前記第三データおよび（ｉｉｉ）前記第四データを記憶されている値と比較するよう適応されている、請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の装置。
7. 前記第一検出器手段の配向を表す第五データを含む少なくとも一つの第五信号を与える第四検出器手段をさらに有する、請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の装置。
8. 前記プロセッサ手段は、前記第一および／または第二および／または第三および／または第四データの周波数成分および／または位相を決定するよう適応されている、請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の装置。
9. 前記第一検出器手段を使って被験者がたどるべきトレースを表示するよう適応されている、請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の装置。
10. 前記プロセッサ手段は、少なくとも一つの前記神経障害の存在の確率を決定するよう適応されている、請求項１ないし９のうちいずれか一項記載の装置。

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