JP2016513497A - 脳の健康の多様式の生理学的な評価に関する形態要素 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 多様式の生理学的な評価デバイスおよび方法は、生物学的信号測定値の多様なデータストリームを同時に記録し、その後分析することで脳の健康および機能を評価することを可能にする。多様式の評価システムは、認知情報、音声記録、運動、位置および安定性データ、電気皮膚伝導性、被検体の温度、パルスオキシメトリデータ、大脳血かん流データ、血管運動反応性データなどの二次元のデータストリーム（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））を提供する認知情報と組み合わせられた少なくとも１つのチャネルのＥＥＧ脳波データを含む。収集されたデータは、多様な生物学的センサデータストリームから抽出された対象となる特徴を構築するように処理され、多様式のシグネチャーと相関されることで脳の健康、疾病および損傷を示すデータを特定する。訳。【選択図】 図３２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年３月６日付で提出された仮出願番号６１／７７３，４２８号に対して利益を主張する。当該特許出願の内容は、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、タスクの活性化および特定の神経系における刺激を利用して人の脳の状態および機能を動的に評価する脳の健康の診断および分析に関する。

脳および中枢神経が正常に機能することは、健康的で、楽しく、生産的な生活にとって重要である。脳および中枢神経の障害は、とりわけ最も恐ろしい障害である。多くの神経障害は、例えば脳卒中、アルツハイマー病およびパーキンソン病などは、潜行性かつ進行性であり、年齢が上がるにつれてより一般的になっている。統合失調症、うつ病、多発性硬化症およびてんかんなどの他の障害は、より若年層にも生じ、個人の寿命を通して持続し進行し続ける場合がある。神経系に対する突然の悲劇的な損傷、例えば脳損傷、感染および中毒などに、いかなる年齢のいずれの個人もいつでも襲われる可能性がある。

大半の神経系の機能不全は、個人の遺伝子型、環境および個人的な習慣における複雑な相互作用から生じるため、極度に個人的な方法で現れる。しかしながら予防の健康管理の重要性が台頭しつつあるにも関わらず、個人の神経系の健康を客観的に評価するための簡便な手段は広く利用できるようにはなっていない。したがって正常な健康状態の見張り、機能不全の早期の診断、疾病の進行の追跡および処置、ならびに新たな治療法の発見および最適化のために脳および神経系の健康状態を監視するための新たな方法が必要とされる。

例えば血圧、コレステロールおよび血中グルコースなど個人化された健康管理バイオマーカーが長い間誰もが知っている用語になっている心臓血管および代謝疾患とは異なり、脳および神経系のこのような簡便なバイオマーカーは存在しない。定量的な神経生理学的評価アプローチ、例えば陽電子射出断層撮影法（ＰＥＴ）、機能的磁気共鳴画像法（ｆＭＲＩ）および神経精神病学または認知検査には、作業者のかなりの専門技術、入院患者または臨床検査ならびにかなりの時間および費用を伴う。神経系の機能の容易なバイオマーカーとしてより広い役割を果たすように適合させることができる１つの可能性のある技術は、脳波記録法（ＥＥＧ）を含めたいくつかの異なる形態のデータからの脳の多様式の評価であり、ＥＥＧは、電気信号を生成し送信する脳の能力を測定する。しかしながら正式な研究室に基づいたＥＥＧアプローチは典型的には、作業者のかなりの修練と、大きくて扱いにくい設備を必要とし、主にてんかんの検査に使用される。

神経および精神的な障害の予防、診断および治療を著しく改善することができる個人の脳の健康の定量的な測定を提供する代替のおよび革新的なバイオマーカーアプローチが必要とされる。パーキンソン病、アルツハイマー病、震盪および他の神経および神経精神学的症状のバイオマーカーになる独自の多様式デバイスおよび検査は急務である。

本発明は、複数の生物学的センサデータストリームを取り込んで利用者の脳の健康を評価することよって当分野における上記の要望に対処するためのシステムおよび方法を提供する。一例の実施形態において、システムは、利用者から生物学的データを収集するように構成された複数の生物学的センサを含む。生物学的センサは、少なくとも１つのチャネルのＥＥＧ脳波データを収集するアクティブ脳波センサと、以下の
運動、位置および安定データを収集して定量的な安定性測定値およびバランス測定値を提供する加速度計および／またはジャイロメータと、
反応時間および精度情報を伝達するキーボードのキーストロークイベント、マウスのクリックイベント、および／またはタッチパネルイベントを含む神経心理学的データの形態の認知情報を収集する周辺部感知デバイスと、
認知検査または聴覚刺激のいずれかについての一連のタスクの間に被験者の発話を記録することにより被験者の言葉による反応を捕らえるマイクロフォンと、
眼の動き、眼のサッカード（ｓａｃｃａｄｅ）および他の生物測定学的識別情報を記録するカメラまたはバイオセンサと、
心拍数を監視する心拍数センサと、
動脈血の酸素化を測定するパルスオキシメトリと、
体温を測定する温度センサと、
皮膚表面の電気皮膚伝導性および／または電気皮膚抵抗性を測定する電気皮膚反応センサまたは皮膚電気の反応センサと、
のうちの少なくとも１つを含む。

例えば使い捨てヘッドバンドに内蔵された電子モジュールが、複数の生物学的センサによって収集された生物学的センサデータを同時に記録し、収集した生物学的センサデータを処理するためにサーバーに送信する。刺激デバイスがさらに、視覚的刺激、聴覚的刺激、食べることによる刺激、臭覚による刺激および／または運動刺激を利用者に適用する。作業を通して、複数の生物学的センサは同時に、刺激デバイスによって適用された刺激に対する身体反応を測定し、電子モジュールによって記録する。

例示の実施形態において、サーバーが、電子モジュールから受信した生物学的センサデータを処理し、アーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）を特定し特徴付けることにより、分類および記憶の対象となる特徴および／または予め取得した対象となる特徴との比較の対象となる特徴を抽出しレポートを生成する。サーバーはまた、受信した生物学的センサデータから抽出された対象となる特徴から抽出された生物測定学的なテーブルを構築することもできる。サーバーはまた、多様な生物学的センサデータストリームから抽出された対象となる特徴を含む予測的シグネチャーを構築するようにプログラムされる場合もある。例示の実施形態において、予測シグネチャーは、ＥＥＧデータおよび認知データおよび／または他のデータストリームのいずれかからのデータを脳の健康、疾病および損傷の多様式のシグネチャーと相関させる。

別の例示の実施形態において、前記周辺部感知デバイス、前記マイクロフォンおよび前記カメラまたは前記バイオセンサはＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイスに実装される。このＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイスは、そのサウンドカードおよび／または視覚的ディスプレイを介して利用者に対して指示を与えることを実行するようにプログラムされる。ＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイスはまた、刺激デバイスに制御信号を提供するようにプログラムされる場合もある。

本発明の別の態様は、人の接触および汚染の可能性がなく、電子モジュールを複数回使用することを可能にする簡易な使い捨てのヘッドバンドと、電極の利用である。本発明の実施形態は、並行するＥＥＧとパルスオキシメトリを可能にするイヤークリップまたは表面パッチ内の光ファイバまたは光導体を含む。別の実施形態において、並行温度がＥＥＧと共に含まれる。さらに別の実施形態において、加速度計は、頭部の位置を測定するのに使用されるのではなく、ＥＥＧが記録され、バランスおよび前庭に関連するタスクが行われている間の運動および安定性を表す別の生物学的信号として使用され、これにより各々のデータストリームから特徴を抽出することが可能となり、任意の時間的に同期した２つのデータストリームを相互相関させる可能性も含んでいる。

本発明の一実施形態において、ワイヤを利用せずに再利用可能な電子モジュール（ＲＥＭ）と電極を利用（但し直接スナップ式に嵌められた、あるいは機械的または電気的に接続された）することによって、コンパクトで効率的なＲＥＭモジュールを生み出す。また本実施形態の一部は、使い捨て要素として機能する単独および二重チャネル接着電極またはイヤークリップに入れられるインサートである。

本発明の追加の実施形態は、ビルトイン振動発振器を利用して、各々の利用の前に遠隔式に測定加速度計を較正することによって検査信号が電子回路に適用されるのと全く同様にシステムおよびセンサの信頼性を保証する。

本発明の追加の実施形態は、装着式電子モジュールに接続されるような様式で被験者の額または口から温度を採取する種々の手段を含む。一実施形態において、温度センサが外耳道に配置され、ＥＥＧイヤークリップは、同一の機械ユニットから所定の場所に保持される。

本発明の追加の実施形態は、人体装着式のＲＥＭよりプログラムされた自動化された食べることによる刺激および臭覚的刺激を提供し、生物学的信号のデータストリームを並行して時間が同期される様式で記録する能力を含む。

追加の実施形態は、多様な生物学的信号データストリームから抽出した特徴を含む予測シグネチャーの構築を含むことで、ＫＤ総時間およびＥＥＧ相対ベータパワーなどの認知測定の利用を含め、感度および特異度が向上したシグネチャーを作成する。

本発明はまた、このようなデバイスを使用して生物学的データを測定するための方法を含む。本発明のこれらのおよび他の特徴的な機能は、例示の実施形態の以下の記載から当業者に明らかになるであろう。

本発明の実施形態は以下の図面を参照してより適切に理解することができる。
図１は、ＥＥＧの単一のチャネルを記録するための簡易化されたヘッドバンドベースのＲＥＭシステムを図示する概略図を示すものである。 図２は、ヘッドバンドの内側の所定の場所にスナップ式に嵌められたアクティブ電極を示す、ＲＥＭのヘッドバンドへの設置を図示する逆さまの概略図を示すものである。 図３Ａは、同一のＲＥＭおよびイヤークリップからＥＥＧおよびパルスオキシメトリの両方を可能にする伝達に基づいたパルスオキシメトリイヤークリップを図示する概略図を示すものである。 図３Ｂは、同一のＲＥＭおよびイヤークリップからＥＥＧおよびパルスオキシメトリの両方を可能にする反射に基づいたパルスオキシメトリイヤークリップを図示する概略図を示すものである。 図４は、使い捨てイヤークリップインサートの概略図を示すものである。 図５は、イヤークリップに挿入される直前の使い捨てイヤークリップインサートの概略図を示すものである。 図６は、被験者の耳で使用する準備ができた、イヤークリップに挿入された直後の使い捨てイヤークリップの概略図を示すものである。 図７は、基準ＲＥＦおよび接地ＧＮＤに関する２つのチャネルの接着電極の概略図を示すものである。 図８は、代替の電極配置を有するヘッドバンドの概略図を示すものである。 図９は、代替の電極配置を有する図８のヘッドバンドの分解組立体図の概略図を示すものである。 図１０は、モデルヘッドのフレーム上の接着イヤー電極を有するヘッドバンド支持式電子モジュールの概略図を示すものである。 図１１は、電子モジュールの直ぐ裏のヘッドバンドの内側にアクティブ電極を見ることを可能にする接着イヤー電極を備えたヘッドバンド支持式電子モジュールの概略図を示すものである。 図１２は、電子モジュールの３次元の前方図を示すものである。 図１３は、電子モジュールの３次元の後方図を示すものである。 図１４は、電子モジュールの３次元の分解組み立て前方図を示すものである。 図１５は、電子モジュールの３次元の分解組み立て後方図を示すものである。 図１６は、電子モジュールの３次元のコンパクトな後方図を示すものである。 図１７Ａは、ＥＥＧと温度に基づいた測定を並行して行うために隣接する温度センサを備えたヘッドバンド支持式電子モジュールを概略的に図示するものである。 図１７Ｂは、ＥＥＧと温度に基づいた測定を並行して行うために隣接する温度センサを備えたヘッドバンド支持式電子モジュールを概略的に図示するものである。 図１８は、使い捨ての外装によって保護された口に挿入された温度プローブを含むＲＥＭモジュールの概略図を示すものである。 図１９Ａは、ＲＥＭモジュールに接続されたサーミスタ温度センサの概略図を示すものである。 図１９Ｂは、ＲＥＭモジュールに接続されたアナログ温度センサの概略図を示すものである。 図２０は、ＲＥＭモジュールに接続されたデジタル温度センサの概略図を示すものである。 図２１Ａは、ＲＥＭモジュールにインターフェース接続するためにスポットＩＲ温度センサを使用する外耳道温度センサの概略図を示すものである。 図２１Ｂは、ＲＥＭモジュールにインターフェース接続されたスポットＩＲ温度センサの概略図を示すものである。 図２２は、ＲＥＭモジュールにインターフェース接続された複数ポイント撮像ＩＲセンサの概略図を示すものである。 図２３は、周辺部の指設置式ＲＥＭモジュールの概略図を示すものである。 図２４は、周辺部の手首または足首設置式ＲＥＭモジュールの概略図を示すものである。 図２５は、ＲＥＭモジュールによって制御され被験体の口に刺激を送達する食べることによる刺激装置の概略図を示すものである。 図２６は、ＲＥＭモジュールに接続された単一流体がゲート制御されたソレノイド式の食べることによる刺激装置の概略図を示すものである。 図２７は、ＲＥＭモジュールに接続された複数流体がゲート制御されたソレノイド式の食ベることによる刺激装置の概略図を示すものである。 図２８は、患者に鼻に挿入され、ＲＥＭモジュールを介して制御される臭覚刺激装置の概略図を示すものである。 図２９は、ＲＥＭモジュールに接続された「引っ掻いてにおいをかぐ（Ｓｃｒａｔｃｈ & Ｓｎｉｆｆ）」臭覚刺激装置の概略図である。 図３０は、１）Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を介してタブレットに送信される単一のリードＥＥＧ脳波データを収集するＲＥＭモジュールと、２）認知データを搬送する（反応時間Ｒｘおよび精度の形態で）タッチスクリーン「イベント」を含む周辺モバイル演算器（ＭＣＵ）と、３）ビルトイン式タブレットマイクロフォンを介して記録される音声データと、４）生物測定学的特定、およびサッカードなどの眼の動きの追跡を含めた他の画像処理分析を可能にする前方を向くビルトイン式カメラまたはバイオセンサからの画像データと、５）バランスおよび安定性の評価を可能にするビルトイン式加速度計、ジャイロメータおよび磁気コンパス、ならびに６）システムに他のデータストリームを提供する他のビルトイン式センサを含めた多様式の脳の健康評価の概略図を示すものである。 図３１は、収集したデータストリームを処理するためのエンタープライズクラウドベースの動作の概略図を示すものであり、信号の事前処理、信号処理、生物測定学的特徴のテーブルの構築、予測分析およびレポートの作成が含まれる。 図３２は、サービス製品／サービスミックスとしての診断の完全なライフサイクルの概略図を示すものである。 図３３は、懸垂ペンジュラムとして紐の端部からぶら下がり振動する３軸加速度計からの較正測定値のグラフ式の表示を示すものである。 図３４は、オフィス環境における障害物の多い経路を障害物を避けながら進む際に自分の腕を振を振りながら歩いている被験者の手首に取り付けられた３軸加速度計のグラフ式の表示を示すものである。 図３５は、震盪を受けた被検体と対照被検体との間の臨床診断を予測するのに使用されるＥＥＧ特徴（相対的ベータ）の記号論理学的プロットと、それに対応する受信者動作特性曲線（ＲＯＣ）との一対のグラフ式の表示を示すものである。 図３６は、一対として、あるいは２つの変量、すなわち年齢および性別と組み合わせたＫｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査からの認知タスクスコアと組み合わせたＥＥＧ特徴（相対的ベータ）の受信者動作特性曲線（ＲＯＣ）との一対のグラフ式の表示を示すものである。 図３７Ａは、レンズのない眼鏡フレームの形態で頭部にＲＥＭを支持するまたは保持するためのヘッドバンドに関する代替の形態要素の概略図を示すものである。 図３７Ｂは、使い捨ての耳のつるサポートおよび使い捨て鼻パッドから成り、その両方が人に触れ、レンズのない眼鏡フレームの形態で頭部にＲＥＭを支持するまたは保持する代替の形態要素の概略図を示すものである。 図３７Ｃは、一体式ワイヤ、ＲＥＭがこれに沿って摺動するためのチャネルまたはキーおよび頭蓋骨と乳様突起電極を接続するための手段を備えた、レンズのない眼鏡フレームの形態で頭部にＲＥＭを支持するまたは保持するヘッドバンドに関する代替の形態要素の概略図を示すものである。 図３８は、静止した、または睡眠に基づいたデータ収集においてより大きな支持を可能にする長いリード線を有する、被検体の腕においてまたは被検体のウエストを囲むように支持される代替のＲＥＭの概略図を示すものである。

本発明を、図１〜図３８を参照して以下に詳細に記載する。当業者は、これらの図面に対して本明細書に提示される記載が、単なる例示の目的であり、いずれにしても本発明の範囲を制限することは意図されていないことを理解するであろう。本発明の範囲に関する全ての質問は、添付の特許請求の範囲を参照することによって解決されるであろう。

定義
「頭皮に対する電極」は、ゲル、ドライ電極センサ、非接触センサ、ならびに電位、または電磁手段によって誘発された見かけの電位を測定する任意の他の手段を必要とする電極を含むことを意味するが、これらに限定されるものではない。

「脳および神経系の監視」は、正常な健康および加齢の監視、脳の機能不全の早期の検知および監視、脳の損傷および回復の監視、薬物治療の発見および最適化を目的とする、疾病の始まり、経過および治療に対する反応の監視を含むことを意味しており（これらに限定されるものではない）、また、治験化合物および登録された医薬品の監視、ならびに非合法物質、および運転中、運動中または他の規則的な行動に関与している間のそれらの存在または個人に対する影響の監視を含むことを意味するが、これらに限定されるものではない。

本明細書で使用される「医学的治療」は、任意の医薬品または薬品治療、化合物、生物学的治療、医療機器治療、エクササイズ、バイオフィードバックまたはそれらの組み合わせを含む、潜在的に医学的効果を有するいずれの形態の治療を包含することを意図するが、これらに限定されるものではない。

「ＥＥＧデータ」は、生の時系列、フーリエ変換後に判定される任意のスペクトル特性、非線形分析の後の任意の線形特性、任意のウェーブレット特性、任意のサマリー生物測定学的変数およびそれらの任意の組み合わせを含むことを意味するが、これらに限定されるものではない。

本明細書で使用される「感覚および認知に関する検査」は、任意の形態の（五感に対する）感覚刺激、（精神に対する）認知検査、および他の検査（例えば呼吸に関するＣＯ_２検査、バーチャルリアリティバランス検査、膝をハンマーで打つ反射検査など）を包含することを意図する。

本明細書で使用される「感覚および認知検査状態」は、感覚および認知に関する検査に曝されている間の脳および神経系の任意の状態を包含することを意図する。

本明細書で使用される「電子システム」は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、アナログ回路、ＤＣ結合またはＡＣ結合回路、デジタル回路、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣＳ、視覚的ディスプレイ、音声変換器、温度変換器、臭覚および臭気生成器または上記の任意の組み合わせ包含することを意図するが、これらに限定されるものではない。

「スペクトル帯域」は、ＰＳＤの帯域が、多くの場合デルタ帯域（ｆ<４Ｈｚ）、シータ帯域（４<ｆ<７Ｈｚ）、アルファ帯域（８<ｆ<１２Ｈｚ）、ベータ帯域（１２<ｆ<３０Ｈｚ）およびガンマ帯域（３０<ｆ<１００Ｈｚ）に分けられるような標準的な文献の規約で一般的に許容される定義を意味するが、これらに限定されるものではない。このような帯域の正確な境界は、何らかの解釈を受けやすく、当分野における全ての開業医にとって厳格であるとはみなされない。

「較正」は、既知の入力をシステムに与え、内部ゲイン、オフセットおよび他の調整可能なパラメータを調整することでシステムを定量的に再現するプロセスを意味する。

「品質管理を行うこと」は、既知の入力信号によってシステムの評価を行い、システムの出力が予測されるものであることを検証することを意味する。さらに、出力を既知の入力基準信号に対して検証することは、データブロックが被験者において収集される前または収集された後に、システムが、正常な作動状態にあることを保証する品質管理の１形態となる。

「バイオマーカー」は、生物学的または生理的機能またはプロセスの客観的な測定法を意味する。

「バイオマーカー機能または測定基準」は、基礎となる生の時系列データの一部の態様を特徴付ける変数、バイオマーカー、測定基準または機能を意味する。これらの用語は、客観的な測定法としてバイオマーカーと均等であり、相互に入れ替え可能に使用することができる。

「非侵襲的に」は、被験者の皮膚または組織を貫通する必要性がないことを意味する。

「診断」は、被検体をカテゴリグループに分類すること、他の追加情報と共に使用する際の診断を補助すること、先験的理由が存在しない場合高いレベルで検査すること、予後マーカーとして使用されること、疾病または損傷の経過マーカーとして使用されること、治療反応マーカーとして、またはさらに治療監視終点して使用されることを含む、診断の多様な使用用途のいずれか１つを意味する。

「電子モジュール」または「ＥＭ」または「再利用可能な電子モジュール」または「ＲＥＭ」または「多機能バイオセンサ」または「ＭＦＢ」は、異なる時間において同一の被検体または複数の被検体から生物学的信号を記録するのに使用することができる電子モジュールまたはデバイスを意味する。同じ用語は、１回の使用後、廃棄することができる使い捨て電子モジュールも意味する（このようなモジュールは、小型化がより一般的となり、生産コストが削減されることにともない未来の一部となり得る）。電子モジュールは、１つの感知機能のみを有する、または多数の感知機能（２つ以上）を有することができ、その場合、後者（２つ以上のもの）がより一般的である。これらの用語は全て均等であり、本発明の範囲を制限するものではない。

脳の健康および機能の評価において生物学的信号データの複数のストリームを取得するための簡易化された形態要素
本発明のシステムおよび方法は、種々の感覚を刺激するだけでなく、多様なバイオ信号を収集するために人体に容易に位置決めさせることができ、一部は再利用され、一部は廃棄することができ、それらが人体に触れる場合、個人専用の使い捨ての素材を局所的に使用して利用することができるデバイスおよび装置の形態要素を有する。大抵の場合、適用される部分を消毒することによって、または先に使用したものは使用せずに済まして被験者に接触する新たな未使用の素材のセットを使用することによって、検査被験者に接触するいずれの製品の完全性および滅菌性も保証することが必要である。さらに、ごみとしてごみ缶へと投げ捨てられる使い捨ての部分に関連する最小限のコストを有することが有利である。

これらの問題に対する解決策には、人体に配置させて人体からバイオ信号を記録することができる１若しくはそれ以上の電子モジュールまたは多機能バイオセンサ（ＭＦＢ）の作製が含まれる。詳細には、１つのこのような電子モジュール（ＥＭ）は、頭部の近傍に配置させることができ、それが人体に触れなければ何度も繰り返し再利用される、あるいはそれが人体に直接接触したならば廃棄することができる。

図１に図示される一実施形態において、本発明の形態要素は、電子モジュールまたは再利用可能な電子モジュール（ＲＥＭ）４を支持するヘッドバンド２を含み、この電子モジュールは額に直接置かれるアクティブ脳波センサ５を有する。１つの導体、または一方は基準（ＲＥＦ）用であり他方は接地（ＧＮＤ）用である２つの導体を含み、ケーブル６に接続されたイヤークリップ（ｅａｒ ｃｌｉｐ）７を介して、差動入力信号を人体の頭蓋骨以外の部分、好ましくは耳たぶ、または頭蓋骨から離れた耳の頂部などのアクセスしやすい任意の場所に接触させる。ＲＥＭ４と、アクティブ脳波センサ５は、一般的な医療デバイスの電子スナップ接続または他の簡易なプレス電気機械式接続を介して装着させることができる。ＲＥＭ４およびケーブル６は、同様にベルクロ（登録商標）フック／梯子状のプレス締め具を介してヘッドバンド２に装着させることができる。イヤークリップ７の代替の設計も本発明の一部であり、さらに後に詳細に記載する。ヘッドバンドの後部において、一片のベルクロ（登録商標）または同様のプレスフィット締め具８を使用して、ヘッドバンドをしっかりと、但し快適できっちりとした機械的にはめ込まれた状態で被験者の頭部に固定することができる。一例の実施形態において、ヘッドバンド２は、Ｆａｂｒｉｆｏａｍ社の独自のファブリックフォーム二重層材料から作製されており、これは伸ばしやすく、この材料の水を透過する特性のため、皮膚の上に配置するのに極めて快適である。

図２において、ベルクロ（登録商標）タブ１６によってヘッドバンド１５に装着されたＲＥＭ１０の逆さまの図が示される。加えて、電極１８は、当該電極の装着用にヘッドバンド１５に打ち抜かれた穴に挿通されるボタンスナップ式の機械的な締め具を介してＲＥＭ１０に装着される。電極１８は、３Ｍ（Ｒｅｄｄｏｔ）またはＶｅｒｍｅｄ（ＮｅｕｒｏＰｌｕｓ）などの企業から入手可能な銀、金、ステンレス鋼または種々のドライゲルまたはウェットゲル銀／塩化銀電極センサで作製することができる。この穴は、ＲＥＭ１０をヘッドバンド１５に固定し、また被験者の額からＲＥＭ１０内のＥＥＧアナログ前方端部のアクティブ入力への直接的な電気接続を可能にする手段を提供する。リモートケーブル１２がＲＥＭ１０の内側の内部電子機器を外部ケーブル１４を介して耳または他の乳様突起の場所に接続する。ＲＥＭ１０の内側のリモート式の乳様突起ケーブル１２および外側の１４は、単に本質的に電子機器であるが、本発明の他の実施形態では、パルスオキシメトリに基づいた同時期の測定のために光を伝送および返送する光ファイバを含む場合もある。

図３Ａは、イヤークリップがＲＥＦおよびＧＮＤに関する電気接点だけでなく、心拍数および動脈血酸素分圧（パルスオキシメトリ）を同時に測定するための手段も含むように機能が変更された本発明の一実施形態を図示している。図３Ａにおいて、基準ＲＥＦ２１と接地ＧＮＤ２８の電気接続は、以前と同様であるが、ここでは２つの光ファイバケーブル２０および２９が存在しており、これらは額に接しているＲＥＭ１０内のＬＥＤからの光を、プラスチッククリップ２２を介する耳への伝送モードで上方アーマチュア２３に光を提示する光パイプ２０を介してイヤークリップへと送達し、この上方アーマチュアは、ＲＥＦ電気接点２５および光源出力２４を保持する。反対側に位置するイヤークリップアーマチュア（耳たぶ用に設計された）において、光パイプ入力２６が、耳から伝送された光を収集し、それを光ファイバ２９を通ってＲＥＭ１０内のフォトダイオードへと戻す。電気接点２７は接地ＧＮＤとして接触する。この方法において、イヤークリップの簡易な装着によって、同時の二重のリード電気接点、ならびにＬＥＤ光源のための入／出力およびパルスオキシメトリに基づいた測定に関するフォトダイオード光検出器を提供する。

図３Ｂは、伝送モードのパルスオキシメトリではなく、反射モードのパルスオキシメトリに関する代替の一実施形態を図示している。ここでは、ＲＥＦとＧＮＤに関する電気接触は、図３Ａと同様に、電気接点３３および３４までの二重導線ケーブル２０'を介して形成される。しかしながらこのケースでは、二重の光パイプは、イヤークリップアーマチュア３０の同じ側に位置するため、照明は光パイプ出力３１を経由し、そこで反射光が光パイプ入力３２によって測定される。いずれの例においても、電気的な乳様突起のイヤークリップＲＥＦおよびＧＮＤを利用して、心拍数および動脈血酸素分圧のためのパルス酸素測定が同時に行われる。同様の実施形態が、光伝送および検出のためにファイバを利用せずにヘッドバンドに穴または窓を備えたＲＥＭ上で直接行われる場合もある。

人に触れるいずれの部分も使い捨てにすることができるデバイスを提供するために、図４に図示されるように使い捨てインサートが提供される。基板３５は、電気接点３７をＲＥＦに対して形成し、電気接点３９をＧＮＤに対して形成する位置で半分に折り曲げられる。基板は、絶縁体で作製される、または使い捨てインサートの上半分３８と、下半分４０の間に絶縁性バリア３６が存在する。

図５において、使い捨てＲＥＦ電極４４と、使い捨てＧＮＤ電極４６を備えたイヤークリップの使い捨てインサート４５を、固定式ＲＥＦ電極４７および固定式ＧＮＤ電極４８を備え二重リードケーブル４１に接続されたイヤークリップ４２にまさに挿入させようとするのが見られる。

図６は、イヤークリップ６２の中に配置された、使い捨てＲＥＦ電気接点６４と、使い捨てＧＮＤ電気接点６５とを備えた使い捨てのイヤークリップインサート６６を図示しており、これはＲＥＦ６４およびＧＮＤ６５の各々を絶縁するように設計された電気絶縁体６０を含む。

本発明の代替の一実施形態において、乳様突起への二重の電気的なＲＥＦおよびＧＮＤ電気接続を提供する機械的な接続を形成するのにばね荷重されたイヤークリップを使用する代わりに、接着式の機械的な手法が同様の結果に対して可能である。図７に示されるように、２つの隔離されたＲＥＦ用の電気導体７２と、ＧＮＤ用の電気導体７４を絶縁基板７０および７５上に配設することができ、これらは、同じ一つのものある場合、あるいは２つの別個の基板であり、その後機械的に併せて保持される場合がある。電極７２および７４は、皮膚との電気接触を行うためによく知られたドライゲルまたはウェットゲルによって被覆することができる。２つの単独の、または１つの二重リードワニ口クリップを、ＧＮＤ用のタブ７６およびＲＥＦ用の７７において二重チャネル接着電極に装着させることができる。当業者は、代替の接着電極構成を同様に想定することができる。

別の代替の実施形態において、図８に示されるように、ヘッドバンド８０は、前述のように装着されたＲＥＭ８３を有するが、追加の電極、例えば、こめかみの位置に配置された８１、またはそうでなければ頭部を囲むように配置された８２などの電極が取り付けられている。この実施形態において、２つ、３つまたは４つのチャネルのＥＥＧデータを記録して、脳の大脳半球ならびに他の空間的位置を監視することができる。ＲＥＦおよびＧＮＤイヤー接触のためのケーブル８５と、イヤークリップ８７の相互接続は、以前に記載した通りである。

図９は、こめかみスナップ電極９１、アクティブな額のスナップ電極９８および代替の場所のスナップ電極１００を保持するヘッドバンド９０を備えたＲＥＭ８３の分解組立図を提供する。ハウジング９２は、Ｏリング９３、プリント回路基板９４、および電池ホルダ９５を有するように保持され、電池ホルダはコイン型セル電池９６を保持する。全体のパッケージは、ハウジング９２と合致するキャップ９７によって収容される。耳相互接続ケーブル９９によってイヤークリップ１０１が、耳または乳様突起に対してＲＥＦおよびＧＮＤに関する電気接触を行うことが可能になる。

図１０に示される本発明の実施形態において、ＲＥＭ１０４は、ベルクロ（登録商標）様のフック／梯子状のプレス締め具を介してヘッドバンド１０３に対して固定される。上方の耳の内側面には、二重接点接着電極１０６が装着され、これは、１本の２重リードケーブルまたは２本の単独のリードケーブル１０５によってＲＥＭ１０４の内部電子機器に戻るように電気的に装着されている。この例において、歩行可能な監視用途の場合、被検体の長期間の無線監視に対する十分な電力を可能にするサイズＡＡＡの電池ホルダを見ることができる。電力が削減され、長い寿命が必要とされない場合、コイン型のセル電池を利用することができる。被験者の頭部から外された図１１に示されるように、使い捨てヘッドバンド１１０は、強力で安定した機械的および電気的接続を形成するために使い捨てのアクティブ電極１１８を被験者の額に当たるように内側にぴったりあてて保持する。ＲＥＭ１１２は、耳相互接続ケーブル１１４を介して使い捨てイヤークリップ１１６に接続する。完全な組立体として切り離して前方から見ると、図１２は、ＲＥＭ１２４をオン／オフ／ペアスイッチ１２６、取り外し可能な電池装填ねじキャップ１２８、インジケータＬＥＤ１２２および耳相互接続ケーブル１２０を有するように示している。

後方から、図１３に示されるように、ＲＥＭ１３３は、取り外し可能な電池区画キャップ１３０、スイッチ１３２、後部プレート１３４、ベルクロ（登録商標）プレス締め具パッド１３６およびスナップ１３５を機械的および電気的に額のアクティブ電極と接触するように示している。図１４に示されるように、前方側の分解組立図において、電池囲いキャップ１４６が、ＲＥＭ前方ハウジング１４４内のＡＡＡ電池１４５の隣に置かれる。スイッチ１４３が、ＰＣＢ１５１と共に挟むＰＣＢ１４９に設置されたＬＥＤ１４８を備えたＰＣＢ１５０に装着される。相互接続ケーブル１４７が、基準ＲＥＦおよび接地ＧＮＤに関してイヤークリップを接続する。Ｏリング１４２が、後方のハウジング裏面プレート１４１と、前方の囲い１４４の間に水密のＩＰ−６７シールを形成する。ベルクロ（登録商標）締め具パッド１４０によって、スナップ電極によってアクティブな額の電極によって提供される機械的な安定性に加えて、図示されないヘッドバンドに対してしっかりと安定させることを可能にする。

図１５に示される後方からの代替の図面において、後方のハウジングプレート１６２は、ベルクロ（登録商標）締め具パッド１６１を保持し、アクティブな額の電極に対する直接的なスナップ１６３を可能にする。ＰＣＢ１５９および１６０は、スイッチ１５４およびＬＥＤ１５６を保持し、電池１５３は、電池囲いキャップ１５２によって保持される。耳相互接続ケーブル１５８が、ＲＥＭ１５５内の電子機器を乳様突起に接続する。ねじ穴１５７によって、ユニット全体の圧縮の下に機械的な組み立てを可能にする。

図１６に示される最後の図面において、電池囲いキャップ１６５が、ＲＥＭ１６９の中に位置し、Ｏリング１６８が水密のシールを形成している。スイッチ１６７、ねじ穴１６６および耳相互接続ケーブル１７０を見ることができる。後方電極スナップ１７１コネクタによって、アクティブな額の電極への機械的および電気的な接続が可能になる。種々の生物学的センサ検出器および集積回路（ＩＣ）を備えたバイオセンサＰＣＢモジュール１７２を見ることができ、これらは、例えばＥＥＧセンサ１７５、温度センサ１７３、３軸加速度計１７６およびパルスオキシメトリＩＣ１７４などである。

追加のセンサ、およびＥＥＧ脳波の他に測定され監視されるべき生物学的信号
データ捕捉および分析のためにＲＥＭ内で局所的に、または無線リンクを介して伝送される測定され記録されるＥＥＧ信号に加えて、被検体の評定および評価を高めるために、追加の医療センサ（すなわち温度、心拍数など）がＥＥＧヘッドバンド再利用可能電子モジュール（ＲＥＭ）に接続される場合がある。このようなセンサは以下に記載される。

温度センサ
サーミスタ温度感知
当業者に知られるように、サーミスタは、その抵抗が温度によって変動する一種の抵抗器である。多様な抵抗対温度のプロファイルを有する種々のサイズの正の温度係数（ＰＴＣ）および負の温度係数（ＮＴＣ）サーミスタが商業的に利用可能である。小型サーミスタは、１秒未満の迅速な熱応答時間を提供する。

図１７Ａは、被験者の額の温度を測定し、その温度信号をヘッドセットのＲＥＭを介して記録するのにサーミスタセンサを使用する１つの方法を示す。サーミスタ１８３は、耳相互接続ケーブル１８５からＲＥＦおよびＧＮＤの反対側でＥＥＧ額アクティブセンサ１８６に隣接してヘッドバンドのＲＥＭハウジング１８４の外側に設置される。サーミスタの突出部は、図１７Ｂに示されるように弾性ヘッドバンド１８７にある穴の切欠きに合致することになる。プラスチックの薄膜１８８が、弾性ヘッドバンドの患者の側に装着されることで、ヘッドバンドを廃棄し、サーミスタが設置されたＲＥＭを再利用することが可能になる。熱伝導が問題である場合、熱伝導性のジェルが、ヘッドバンドの穴の中に入れられることで、患者の額からサーミスタ１８３へのより適切な熱移動を可能にする。サーミスタ１８３からのワイヤがＲＥＭハウジング１８４の中に直接進入することで、外部の電気コネクタの必要性がなくなる。

額の温度測定の代わりに、図１８に示されるように、ワイヤ１９２の先端に設置されたサーミスタまたはデジタル温度センサ１９３を有する可撓性のワイヤ１９２を有することによってより正確な温度測定が実現される場合がある。滅菌された使い捨てのプラスチックの外装１９４を、ワイヤ１９２の端部および温度センサ１９３を覆うように配置することができる。センサ１９３はその後、温度測定のために患者の口の中に置くことができる。ワイヤ１９２の反対側の端部は、信号調整および取得のために電子ＲＥＭハウジング１９０の中へと進入する。

サーミスタの抵抗を測定するために、定電流源または定電圧源がサーミスタに適用される。１つの一般的な方法は、図１９Ａに示されるようにサーミスタに適用される定電圧源および直列抵抗の利用である。直列抵抗にわたる電圧降下が増幅され、一体式のアナログマルチプレクサー（ＭＵＸ）、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）、ＣＰＵおよび汎用非同期送受信機（ＵＡＲＴ）を備えた低出力の単一チップ埋め込み式マイクロコントローラ（ＭＣＵ）に適用される。無線トランシーバがＵＡＲＴにインターフェース接続する。一例の可能性のある低出力単一チップマイクロコントローラは、パナソニックＣＣ２５６０Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ＲＦモジュールに接続されたＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ＭＳＰ４３０である。この低出力コンボは、医療用途のために設計されている。

図１９Ａに示されるように、ソフトウェアの制御の下、ＭＵＸはＥＥＧ信号またはバッファ温度信号のいずれかをマイクロコントローラ（ＭＣＵ）によって読み取られるアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器に接続する。マイクロコントローラは、ＵＡＲＴを介して連続して無線ＲＦモジュールに測定値を出力する。サンプリングされた温度信号は、ＥＥＧ測定値の間で多重化された時間であり、連続するデータストリームを介して無線送信機を超えてホスト受信機ＭＣＵ（ＰＣ、タブレットＰＣまたはスマートフォン）へと送信される。プリアンブル識別子が、この伝送に含まれており、ＥＥＧデータから温度データを選別する。サーミスタからの熱応答は非線形であるため、曲線の当てはめまたは較正されたルックアップテーブルがＭＣＵホストにおいて使用され、サーミスタの抵抗値を較正された温度値に変換する。

アナログ出力電圧を有する半導体温度センサ
線形アナログ出力電圧を有する半導体温度センサを、図１９Ｂに図示されるようにＡ／Ｄ変換器に直接インターフェース接続するために利用することも可能である。当業者に知られるように、半導体温度センサは、温度感知要素を信号調整、出力、および１つのチップ上にある他の種類の回路と組み合わせるＩＣである。それは、温度に応答するｐ−ｎ接合にわたる電圧の変化に依拠することで、周辺温度を判定する。マイクロチップＭＣＰ９７００は１つの例である。デバイスは、供給電圧のみを必要とし、線形１０ｍｖ／℃のアナログ出力電圧を提供する。

デジタル温度センサ
アナログ出力温度センサに加えて、図２０に示されるようにデジタル出力温度センサ２１０もまた使用することができる。デジタル温度センサ２１０の設置は、上記に記載したサーミスタと同様である。デジタルセンサ２１０は、半導体を使用して、温度を測定し、温度測定に関するデジタルシリアル出力を提供する。ＳＴ ＳＴＴＳ７５１は、デジタルシリアル出力インターフェースを提供するデジタル温度センサ２１０の一例である。デジタル温度センサ２１０の利点は、別の増幅器またはＡ／Ｄ変換器を必要としない点である。シリアル信号は、埋め込み式のＭＣＵにあるデジタル入力に直接アタッチする。埋め込み式ＭＣＵからのデジタル出力クロックは、シリアルデータ転送速度を設定する。シリアル値は、摂氏温度で直接較正される。

スポット赤外線（ＩＲ）温度センサ
患者の体温を測定する４番目の方法は、小型のスポット赤外線センサを利用する。このセンサもやはり、ＲＥＭ電子ハウジングの外側に設置することができる。ＩＲセンサはその後、使い捨ての弾性ヘッドバンドに空けられた穴を通るような非接触式のやり方で患者の額の温度を測定する。

恐らくより正確には、図２１Ａに示されるようにＩＲセンサ２２０もまた、ＥＥＧイヤークリップ２２２に装着され、患者の外耳道をのぞき込みながらスポット温度測定値を取得する。スポットＩＲセンサ２２０に加えてＥＦ２２４およびＧＮＤ２２３電極が、電気信号をケーブル２２１を介してＲＥＭに戻すように流す。Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＴＭＰ００６は、小型の較正された赤外線スポットセンサの一例である。図２１Ｂは、赤外線サーモパイルセンサ２２０のＲＥＭ内の埋め込み式のＭＣＵへの簡易化されたデジタルインターフェースを示す。

複数箇所撮像赤外線（ＩＲ）温度センサ
患者の顔の複数の箇所の温度測定も可能である。Ｍｅｌｅｘｉｓ ＭＸＬ９０６２０は、患者の頭部を熱によって撮像するのに使用することができる１６×４アクティブピクセルサーマルアレイの一例である。センサ２３０は、ＲＥＭから延出する剛性のワイヤに設置されることで、患者の顔のＩＲ画像を取り込むための適切な位置決めが可能になる。ＭＸＬ９０６５２０は、図２２に示されるようにＭＣＵデジタルＩ／Ｏラインに接続されるシリアルインターフェースを有する。

加速度計に基づいた測定
ほぼ上記に記載したのと同様に、本発明の別の実施形態は、多軸加速度計およびジャイロメータを電子モジュールに組み込む。例えば、３軸加速度計および３軸ジャイロメータがＲＥＭ内のバイオセンサモジュールに設置され、ＵＡＲＴ、ＳＰＩまたは１２Ｃデジタルシリアルインターフェースを介して埋め込み式のＭＣＵにインターフェース接続される。あるいは、アナログ出力が、埋め込み式のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）にインターフェース接続される。これらの機能に一般的なチップには、種々のＳＴマイクロエレクトロニクスＩＣ、例えばＬＩＳ ３３ＤＬ ２８２３加速度計ＩＣチップ、ＬＩＳ３０２ＤＬ加速度計、ＬＩＳ３３１ＤＬ加速度計およびＡＫＭ ＡＫ８９７３電子コンパスを備えたＳＴマイクロエレクトロニクスＬＩＳ３３１ＤＬ加速度計が含まれる。９自由度のために、ＳＴマイクロエレクトロニクスＬＩＳ３３１ＤＬＨ加速度計と、Ｌ３Ｇ４２００ＤジャイロメータをＡＫＭ８９７５電子コンパスと併せて使用する、あるいはＬ３Ｇ４２００ＤＨ ３軸デジタルＭＥＭＳジャイロスコープと、ＬＩＳ３３１ＤＬＨ３軸ＭＥＭＳ加速度計を使用することを選択することができる。

本発明は、埋め込み式ＭＣＵによって取得され、その後、局所的にＳＤ／マイクロＳＤに記憶される、あるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ＲＦラジオを介して無線送信される、またはＵＳＢシリアルインターフェースを介してＭＣＵにワイヤ接続されるデジタル出力インターフェースと共に商業的に利用可能である種々の３、６、または９自由度の解法のいずれか１つの設置を含む。種々のデータストリームの同時の記録は、リアルタイム作動システム環境によって所定の場所に保持され、そこでは、非埋め込み式ＭＣＵ（ＰＣ、タブレットＰＣまたはスマートフォン）の中で最終的に再構築するために全てのサンプルにタイムスタンプが据えられる。

パルスオキシメトリに基づいた測定
当業者に知られるように、パルスオキシメトリは、脱酸素化したおよび酸化したヘモグロビンの赤外線および赤色光吸収特性を感知することによって血液の酸素化を測定する。図２３に示されるように、酸素計は、例えばストラップ２３１を使用して、被検体の耳たぶ、つま先、指または他の利用可能な身体の一部または表面に装着し、酸素飽和レベル、心拍数および血流の計算および表示のためにデータ取得システム２３３に接続される感知プローブ２３２を有する。光源、典型的には発光ダイオード（ＬＥＤ）が可視の赤色の光および赤外線光を光らせる。脱酸素化したヘモグロビンによって、より多くの赤外線が通過し、より多くの可視赤色光を吸収することが可能になる。高度に酸化したヘモグロビンによって、より多くの可視赤色光が通過し、より多くの赤外線光を吸収することが可能になる。酸素計は、ヘモグロビンの酸素飽和（または脱飽和）に比例するその波長における光の量を感知し計算する。吸収性の測定における光の利用は、設計者が入力信号として電流を使用する真の「光−電圧」変換を有することを要求する。図２３は、周辺の指設置式ＲＥＭモジュールの概略図であり、図２４は、周辺の手首または足首設置式ＲＥＭモジュールの概略図であり、感知プローブ２３６、ストラップ２３５、ＬＥＤ２３７および２３８ならびにデータ取得システム２３９を含む。

パルスオキシメトリは伝送モードまたは反射モードのいずれかを介して心拍数と、動脈血酸素分圧の両方を測定する。いくつかの製造元がＯＥＭモジュールおよび設計を販売している。Ｎｏｎｉｎ Ｍｅｄｉｃａｌは、この空間においてよく知られている。同様に、よりローエンドの実施形態は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社の外部構成要素の数を削減する高度に一元化されたＭＳＰ４３０ＦＧ４３７埋め込み式ＭＣＵを利用する。 ＭＳＰ４３０ＦＧ４３７マイクロコントローラ（ＭＣＵ）を使用する非侵襲性の光学パルスオキシメトリの設計は、酸素飽和状態および脈拍数をＬＣＤガラス上に表示する、あるいは記録するためにデータを伝送する埋め込み式ＭＣＵと組み合わされた周辺プローブを含む。この設計において、心拍数の検出およびパルス酸素測定のために同一のセンサが使用される。図２３に示されるプローブ２３２は、身体の周辺箇所に配置され、例えば指の先端、耳たぶまたは鼻などである。プローブは、２つのＬＥＤ２３４を含んでおり、一方は可視赤色スペクトル（６６０ｎｍ）内であり、他方は赤外線スペクトル（９４０ｎｍ）内である。体内の酸素の割合は、光が体中に伝達された後の光の各々の周波数からの強度を測定することによって判定される。その後、これら２つの強度における比率が計算される。より高品質の実装形態は、ＴＩ ＩＶＣ１０２ａおよび１０２ｂチップを、ＡＤＳ１２５５ ＡＤＣおよびＭＳＰ４３０またはデジタル信号プロセッサと組み合わせて利用することができる。それぞれの健康技術製造ラインにおいてＴＩより複数の設計が利用可能である。さらにＴＩは、そのＴＭＤＸＭＤＫ０８３２８パルスオキシメトリＰＯまたはＳｐＯ２アナログフロントエンド（ＡＦＥ）モジュールを提供する。

パルスオキシメトリ回路のＲＥＭへの統合およびプローブの耳または額への装着は、頭部にあるＲＥＭならびに指、手首または足首ＲＥＭに関して本発明の一部である。ＥＥＧ脳波データと併せた心拍数、血液酸素の組み合わされた収集は、本発明の独自の態様である。

電気皮膚反応または皮膚電気反応
電気皮膚反応（ＧＳＲ）または皮膚電気反応（ＥＤＲ）は、心理状態に起因した電気的な皮膚抵抗の変化である。この変化は、人の汗腺が活性化している度合いによって生じる。心理的ストレスは、汗腺をより活性化させる傾向があり、これは皮膚抵抗を低下させる（典型的にはマイクロ−ジーメンスとして測定される）。一般的な設計は、２つの電極にわたって１０Ｈｚでサンプル抽出する。皮膚コンダクタンス（ＳＣ）を測定するために、極めて小さい電圧が、これらの電極にわたって印加される（０．５Ｖ）。流れる電流を測定することによって、コンダクタンスを測定することができる。オームの法則、抵抗＝電圧÷電流によると、コンダクタンス＝電流÷電圧であり、抵抗の逆数である。抵抗の単位はオームであり、使用されるコンダクタンスは、Ｍｈｏで表されるが、コンダクタンスの好ましい単位は、マイクロジーメンスである。それはＭｅｇＯｈｍの逆数である。ゼロ抵抗（短回路）は、無限コンダクタンスであり、１ＭｅｇＯｈｍは１マイクロジーメンス、２ＭｅｇＯｈｍは、０．５マイクロジーメンス、１００ｋＯｈｍは、１０マイクロジーメンス等である。

本発明において、２つの追加電極をＲＥＭの内側面上に配置し、その間の皮膚コンダクタンスがＥＥＧセンサの近傍において測定されることを可能にすることを選択することができる、あるいはより興味深いことには、耳にある２つの電極は、ＥＥＧに関して使用されない場合、１０Ｈｚで多重化させることができる。必要であれば、４つの電極が１つの耳に配置される、あるいは１つの耳にある２つの電極がＥＥＧに関してＲＥＦとＧＮＤに使用される場合もあり、その一方で２つの異なる電極が、同時に起こるＧＳＲ測定を行う際に同時に使用するために反対の耳に配置される場合もある。一例の実施形態において、ＥＥＧ、ＧＳＲ、パルスオキシメトリ（心拍数および動脈血酸素分圧に関する）、温度および加速度計に基づいたデータストリームは全て、頭部に基づいたＲＥＭによって収集される。

大脳血かん流および血管運動の反応性
大脳血かん流（ＣＢＰ）および脳の血管系を評価するための他の手段を追加のバイオセンサデータストリームとして使用することができる。例えば被検体の外耳道に一次的に挿入される極めて小さなマイクロフォンが、（ｉ）被検体が休んでいる際、あるいは（ｉｉ）活性化タスクを通して、例えば（ａ）過度な呼吸、（ｂ）ＣＯ_２を呼吸する、または（ｃ）乾燥した空気に対して２１％の含有量を超える強化された純度の高い酸素を呼吸する間の脳にある血管系を通る血液の循環およびかん流が発する非常に短い聴覚の音を記録することができる。この受動的なマイクロフォンの記録は、１６ビットまたは２４ビットのデジタル出力が、有線で、または無線により人体に装着されたＲＥＭに伝送されるように、高い精度のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）によって、例えば８０００サンプル／秒から５００００サンプル／秒を超える高いサンプル率でサンプル化することができる。記録作業は、長さが変動する場合があり、被験体が標準的な認知に関するおよび感覚的なタスクに関与している間に行うことができる。

これらのバイオ信号は、その後信号事前処理され、その後疾病状態または損傷状態に関連付けられた脳血かん流の違いに関して信号処理することができる。例えば、これらの受動マイクロフォンに基づいた測定および音を分析して、震盪または外傷性の脳の損傷の場合の血管系に対する損傷を検出することができる。代替形態において、血流の音におけるこのような受動的な異常を利用して、単独でまたは多変量の統計的な予測モデルにおいて、アルツハイマー病、パーキンソン病または他の神経的な脳に関連する疾病、損傷または症状（例えば片頭痛、神経因性疼痛など）を有する人などから、神経が変性している脳を見分けることができる。本発明および神経精神医学および精神病におけるその利用は、うつ病、双極性障害、統合失調症、不安障害および他の精神病における脳血かん流ベースの違いを推測することができるため、等しく幸運なことである。

本実施形態の軽微な修正形態を使用して、その後人または動物の被検体の「血管運動の反応性（ＶＭＲ）を測定することができる。貧弱なＶＭＲは、このとき、死、ＴＩＡまたは発作のリスクが増大したことを示す可能性がある。ＶＭＲを測定するための一例のプロトコルは、２分間の深い呼吸または口を介しての過度な呼吸から成る。損傷および疾病状態に関連する脳におけるＶＭＲの低下を確認することができる。それが監視されたならば、それは、不幸にも被検体内で著しい血流力学的な変化が起こったことの証拠を提供することになる。

非制限的な１つの例示のプロトコルは、ＣＢＰを評価するために１分の受動的な外耳道マイクロフォンの記録から成る。このとき被検体に２分間の口からの過度の呼吸を要求し、そこでプロトコルの次のまたは４番目のメモを再び記録し、その一方で患者は、ＶＭＲの評価として過度の呼吸をし続ける。過度の呼吸に関連付けられたＥＥＧの変化は、ＥＥＧの振幅が上昇し、ピーク周波数が下がることがわかっているため、この実施形態は、両方を評価するための有益な手段にちがいない。

頭部に基づいたＲＥＭに加えて周辺電子モジュールが手足のデータを集める
本発明はまた、手／手首または足首／足において手足のデータ、腕または脚のいずれか、またはその両方データを収集し、同時に頭部ＲＥＭが脳／頭蓋骨に関連する生物学的信号データを収集する周辺電子モジュールの利用を含む。例えば、被験者が一連の震盪検査において前庭またはバランスに基づいた評価を受ける間、被験者は、バランスエラースコアリングシステムすなわちＢＥＳＳと一貫してしっかりとした面の上で様々な姿勢で立つことを要求される場合がある。現在行われているように運動トレーナーまたは管理者に様々な主観的なエラーに関して被験者を主観的に採点し鑑定させるのではなく、多軸加速度計が、このタスクを行う間、被験者の頭部のずれや動きに基づいてそれぞれの安定性の客観的な生物学的信号を測定することができ、その一方でＥＥＧセンサは、同時に起こる脳波データを収集する。手および／または足の近くに配置された同様の加速度計および／または位置／運動センサはさらに、末端の運動を捕らえ、客観的データによって弾性のまたは不安定な面に立つことを要求された場合の変化に対して反応する被験者の能力を評価し、その一方で頭部ＲＥＭ内の加速度計およびジャイロメータは、頭部／体幹の安定性の測定を続ける。一実施形態において、追加の加速度計データが手または手首に装着された手足のＲＥＭによって収集され、足首付近に装着された第３のＲＥＭがさらに、定量的かつあまり費用をかけずに、各々の物理的位置（頭部、手、足）において３、６または９自由度に基づいたシステムを使用して、被験者のバランス能力を単純に定量化する。しっかりとした面の上でこれらのバランス関連のタスクを行うことに加えて、膨らませることが可能で使い捨ての強固なプラスチックでできたピローまたはエアクッションを使用することで、初期状態で未使用の柔らかい不安定な弾性の面の上で被験者を評価するための安価な手段を提供する。ＢＥＳＳの指導書において推奨されるＡｉｒｅｘモデルなど再利用可能なフォームクッションが許容できる場合、それらはＡとＢを比較するのに非常に優れた第２の面である。複数の被験者によって繰り返し使用されることが認められないような例では、例えば医療診断および評価などにおいて、被験者が立つのにコンパクトで使い捨てであり、かつ安価な弾性で不安定な膨張可能なピローデバイスを使用することが、震盪または他のバランス／前庭システム評価において助けとなることが有利な場合があり、これは本発明の一部である。ここで、同一のＡとＢの比較が可能であるが、１回使用の使い捨ての不安定な面の追加される利点を有する。

ビルトインセンサから記録するための周辺ＲＥＭとしての可動周辺ＭＣＵ
手首に基づいたＲＥＭに加えて、またはその代わりにラップトップＰＣ、タブレットＰＣおよびスマートフォンを含む商業的なＭＣＵデバイスにおいてビルトインセンサを利用することが本発明において好ましい場合がある。詳細には、大抵の可動ＭＣＵは、以下のビルトインＭＣＵセンサのうちのいくつかの組み合わせを有する。

１．キーボード／マウスまたはタッチスクリーン
２．マイクロフォン
３．加速度計
４．カメラまたは視標追跡バイオセンサ
５．温度
６．磁気コンパス
７．ＧＰＳ全地球測位システム
非制限的な例として、神経心理学的データの記録は、キーボードのキーストローク、マウスのクリックまたはタッチスクリーンパネルイベントを介して行われ、この場合各々は、各々のイベント（ｘ、ｙ、ｔ）に関して３次元のベクトルを提供し、ｘ、ｙは、スクリーン上の位置の座標であり、そこでイベント（最も典型的には正しいまたは正しくないことを指摘する）が生じており、ｔは、一部の内部マスター試験クロックに関係のあるイベントの時間であり、この内部マスター試験クロックは、大抵の場合周辺ＭＣＵのシステムクロックであるが、場合によって、より進んだｖ３．０およびｖ４．０プロトコルのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ラジオ内に構築されたより迅速なリアルタイムクロックである。よって、マウスのクリック、キーボードのキーストロークまたはタッチパネルイベントは、それらが、各々の場合においてそれ自体に対して比較される限り多かれ少なかれ等価である。方向および速度情報を数クロックサイクル振り返ることによって推定することにより、位置または速度（速度と方向の両方）の導関数を判定することができるという点において、カーソルまたは指の先の例から追加データを導き出すことができる。このデータストリームによって、今日行われた多くの神経心理学的検査に相当するものが提供され、これには、ＣｏｇＳｔａｔｅ認知機能評価法、ＩｍＰＡＣＴ検査、ＣＡＮＴＡＢ機能評価法および他の同様のコンピュータ送達式神経認知評価検査が含まれる。

さらに、大抵のこのようなＭＣＵデバイスは、音による刺激を提示するためのサウンドカードを有するが、言葉に関連するタスクおよび刺激における被験者の音声および反応を記録するためのマイクロフォンも有する。よって８ビットの８ｋＳａｍ／秒マイクロフォンは、基準またはデータの最小レベルとして機能することができ、１６ビットの１６または２２ｋＳａｍ／秒の記録は、拡大したデータ伝送制約においてより高い正確性のデータストリームを提供する。例えばＰＡＳＡＴタスクにおいて、マイクロフォンからの記録は、オフラインの所定の時間において後に抽出すべき自動スコアリング、反応時間情報および他の信号処理機能のために使用することができる。いずれのケースにおいても、マイクロフォンの記録によって、被験者を包括的に分析するための簡便な第２のビルトインセンサデータストリームが提供される。

ビルトイン加速度計（これは多くの場合ジャイロメータおよび磁気コンパスセンサを含める）によって、ＭＣＵは被験者によって保持されている間の意図的および意図的ない活動を感知する運動の客観的な記録が可能になる。周辺ＭＣＵ加速度計の利用は、特に手首に基づいたＲＥＭと置き換え、代わりに周辺ＭＣＵのビルトインセンサを使用することで多様式のデータ取得システム全体を簡易化することが興味深い。例えば、単一の頭部に基づいたＲＥＭが、タブレットＰＣの周辺ＭＣＵ内で行われる運動に基づいた加速度計測定と併せて使用され、被検体は、タブレットＰＣを保持しながら先に記載した運動タスクを行うことが要求される。損傷のリスクが問題ではあるが、グローブまたはベルクロ（登録商標）締め具を介してベルクロ（登録商標）グローブにしっかりと拘束することで、タブレットまたはスマートフォンが損傷するリスクを緩和させる。詳細には、安定性の静止状態の評価を、一般に考えられる休息状態において収集される位置のＲＭＳ偏差または振動性のノイズの標準的な偏差によって判断されるように行うことができる。

本発明の別の非制限的な実施形態は、動的な安定性の測定を含む。前を向きながら、横方向に踏み込み、数回障害物を越えるタスクが、被験者に割り当てられる。この種の動的な安定性のタスクはその後、静止したまたは休息中の安定によって選択されない動的な安定性の態様を評価する。休息状態の安定性または動的状態の安定性の測定またはビルトイン加速度計に由来する他の客観的な特徴は、脳の健康、疾病および損傷の多様式のシグネチャーの開発において重要な診断上の特徴を提供する。

従来の周辺ＭＣＵデバイスには前方を向くカメラがあることが多い。ラップトップは典型的にはウェブカメラを有し、タブレットＰＣおよびスマートフォンは典型的には、インターネット上で一般的なテレビ会議用途のための前方を向くカメラを有する。このようなビデオカメラは、個人からの生物学的データの重要なストリームを捕らえるための素晴らしいビルトインセンサを提供する。本発明の一実施形態において、被験者が一連の種々のタスクを行う間被検体の顔の無作為の写真が断続的に撮影されることで、離れた場所で、またはそれぞれの家の中でプライベートにタスクを行う場合でも、タスクを行う被検体の確実な生物測定的な識別を提供する。特に画像が無作為に、または単独の被験者による一貫した利用を保証するのに十分な頻度でサンプル化される場合、独自の生物測定的な識別に対するこの手法は、誰が実際に検査を行ったかを保証するためのホーム評価ツールにおいて検査が不正であるまたは誤用されるのを阻止する。また、視標追跡またはサッカード運動が神経と眼の動きに関して極めて重要であることはよく知られている。評価タスクを行う被検体の眼と顔のビデオ３０Ｈｚサンプル速度において捕捉された画像ムービーは、独立してまたは他のセンサデータと組み合わせて記録され分析することができる。また、当業者に知られるように、他の種類のバイオセンサを使用して、時間に対して眼の位置を測定することによって眼の動きを追跡する場合もある。

この非制限的な例として、ビデオとＥＥＧのこのような組み合わせは、発作の発見およびてんかんの診断において、それがより起こり得る範囲で一般に利用される。これは既に高価で大きくて扱いにくいビデオとＥＥＧのシステムにおいて既にＥＥＧによって一般に行われる。よって、タブレットＰＣまたはスマートフォンを携帯式の歩行型ビデオＥＥＧとして使用することによってより費用がかからないシステムを提供する。この歩行型ビデオＥＥＧシステムはさらに、データが記録され記憶される周辺ＭＣＵ内にある他のビルトインセンサの利点を有する。これは、事柄を書き留めるのではなく、音声メッセージおよび言語によるイベントをジャーナルに記録する能力を含んでおり、これには周辺ＭＣＵを保持する間に発作が生じた場合の加速度計による運動感知が含まれており、脳波の活動、発作の身体の動き、パルスオキシメトリが頭部ＲＥＭ内にある場合は周辺血液および酸素、ならびに頭部ＲＥＭに組み込まれた場合は温度の頭部に基づいたＲＥＭ測定と所定の時間に相関させることができる。

温度は、個々の被験者の温度の記録としてではなく、むしろ被検体が移動する環境温度の客観的な記録として周辺ＭＣＵによって監視されることで、発作の発見または他の監視に基づいた調査の場合のトリガーに基づいた分析を可能にする。

最後に、全地球測位システムＧＰＳに基づいた位置測定を使用してより大きな規模で運動マップを構築することで詳細な加速度計に基づいた測定を補完して、詳細な履歴を再度提供することで発作の発見およびてんかんの診断などの疑わしい脳の活動に関する長期間の監視評価におけるトリガーに基づいた分析を可能にすることができる。

促進された患者の感覚的および認知刺激に関する実施形態
患者に対して感覚的刺激を与えることにより、多様式の生物学的な信号データストリームのより集中した、かつより詳細な評定が可能になる。多様式データは、感覚的刺激または認知検査に対する患者の反応より前、反応する間および／または反応後に加速度計に基づいた信号、温度信号および他の生物学的信号が同時に取得されるのと同時にＥＥＧ信号を測定することによって取得することができる。

視覚的刺激
被検体の眼が閉じている間の光性の刺激、または特定の種類の感情的な写真画像を提示することによるなどの視覚的刺激を独立して、あるいは頭部、手／手首または足／足首にある種々のＲＥＭユニットからの無線バイオ信号データを収集するのに使用されるデータ捕捉マイクロプロセッサデバイス（ＭＣＵ）（コンピュータ、タブレットＰＣ、形態電話またはマイクロプロセッサおよび無線接続を備えた他の専用のカスタムデバイス）を介して利用することができる。種々の図式的な評価がデータ捕捉ディスプレイ上に表示され、その中で患者は、タッチスクリーン、音声、運動、マウスのクリック、およびキーボードのストロークを同様に介して応答することができる。原則的に、例えば特定の脳波パターンおよび加速度計に基づいたシグネチャー（例えば精密な加速度計に基づいた動作におけるパスワードの暗号化）などのより新しい利用者入力もまた、本発明の一部である。

聴覚刺激
音などの感覚刺激もまた、独立して、あるいはＲＥＭからの無線バイオ信号データを収集するのに使用されるデータ捕捉マイクロプロセッサデバイス（ＭＣＵ）（コンピュータ、タブレットＰＣ、携帯電話、またはマイクロプロセッサまたは無線接続を備えた他の専用カスタムデバイス）と共に提供される場合がある。音声イベントは、コンピュータ上のスピーカーまたはサウンドカードを介して、患者が指示または他に記載するような新たな性質の聴覚刺激に反応するように様々なときに起動される。これは、スピーカーを介してならびに小型イアホンまたは他の個人的なリスニングデバイスを介する場合がある。

味覚および胃腸管の食べることによる刺激
視覚および聴覚の感覚刺激の他に、食べることによる刺激もまた本発明によって可能である。一実施形態において図２５に示されるように、小型の流体分配装置２４４が、ＲＥＭ２４０へのハードワイヤード配線２４２を介して制御されて患者の口の中に挿入される。ソフトウェアの制御の下、ＲＥＭ２４０は、適切なときに使い捨てストロー２４６を介して少量の液体刺激を患者の口の中に噴射する。

図２６は、患者の口の中へと液体刺激の噴射を生成する流体分配装置の一例を示す。液体刺激は、小型のエラストマー球２５４内に収容される。刺激が球の空洞を満たし、エラストマー球を伸ばし、正圧を形成する。任意選択の方法は、容器の一部が不活性ガスによって加圧された液体刺激のための剛性の空洞を使用する。エラストマー球または加圧された容器が、高速ゲートソレノイド弁２５６に接続される。弁２５６にある出力ポートは、オリフィス分配ノズル２５８に装着される。使い捨てのプラスチック製のストロー２５０が、ノズル２５８に装着され、患者の口の中へと配置される。

データ取得コンピュータまたはＭＣＵからの適切なコマンドによって、ＲＥＭは短い継続時間のデジタル出力を生成し、ＲＥＭと胃送達デバイスとの間の電気接続２５２を通って伝送される。デジタル出力は、高速ソレノイド弁２５６が短い期間開放するようにゲート制御する。加圧流体が、ソレノイド弁２５６およびノズル２５８を通過し、これにより流体または粒子の微小な滴を使い捨てストロー２５０の長さを降下し患者の口の中に入るように放出する。ソレノイド弁２５６に印加されるパルス幅が、分配される流体の量を決定する。

上記の例において、１つのタイプの刺激のみを利用することができる。図２７は、利用可能な多様な刺激を有する方法を示す。異なる刺激の滴が配管２６１のコイル部分の中に収容される。ガス気泡２６４が各々の流体ボーラスを分離する。事前に充填されたコイルは、特定のパターンの所望される刺激（すなわち液体Ａ、Ｂ、Ｃなど）を収容する。事前充填された配管２６１の一端は、ゲートソレノイド２６６の入口に接続し、反対側の端部は、ガスが充填されたエラストマー球または加圧容器のいずれかである加圧空気源２６２に接続する。分配は、ＲＥＭ開閉マイクロソレノイド弁への電気接続２６０を介して印加されるデジタルパルスによって制御され、刺激ボーラスを分配または噴霧ノズル２６６を介して使い捨てストロー２６８を降下して患者の口の中に入るように気泡が到達するまで分散させる。任意選択のバブルセンサ（図示せず）を使用して、種々の刺激における気泡の分離を感知する場合もある。

臭覚刺激
臭覚刺激の簡易な手段は、ＵＰＳＩＴカードまたはペンシルベニア大学臭覚検査（ＵＰＳＩＴ）Ｓｅｎｓｏｎｉｃｓを使用して周辺ＭＣＵソフトウェアによって提供される指示によって指摘される所定の時間に個人の鼻の臭覚刺激を提供するのと同様に簡易である。これは、指示され命じられる臭気によって任意の数のカードの各々を引っ掻き、においをかぐことを含む。その結果は自動的に、そのときの評価の下に被験者から生成された種々の多様式生物学的センサデータストリームによって記録される。

より自動化された様式において、適切な時間の患者の鼻２７６への気体刺激の適用もまた、図２８に示されるように、ＲＥＭ制御装置２７０からガス分配装置２７４へのインターフェースケーブル２７２に送られるデジタル出力を使用して可能である。図２６および図２７に示される同一の装置は、噴霧ノズルと置き換えられたオリフィス分配ノズルと共に使用することも可能である。噴霧された蒸気は、使い捨てストローを降下して患者の鼻に入るように進む。

臭覚刺激を生成するための別の自動化された方法は、個々のマニュアルカードではなく、ＲＥＭおよびＭＣＵシステムによって自動化された「ｓｃｒａｔｃｈ ａｎｄ ｓｎｉｆｆ」教材を使用する。例えば、非制限的な例として、異なるｓｃｒａｔｃｈ ａｎｄ ｓｎｉｆｆ刺激が投入され、図２９の小型のねじ山付きのリードねじ２８６の異なる部分において乾燥される。微小モータ２８４が、リードねじの一端に装着される。微小モータ２８４は、電気ケーブル２８２を介して送達されるＲＥＭからのデジタル出力によって制御される。リードねじ２８６が回転する際、従動ナット２８０が、リードねじ２８６を下方に横切り、異なる刺激を引っ掻く。臭気は、使い捨てストロー２８８を降下して患者の鼻へと広がる。

組み合わされた身体的な運動と認知検査
個人の認知状態のみでなく、微細運動および粗大運動機能制御を呈するその能力も検査する簡易な手段は本発明に不可欠な部分である。詳細には、頭部ＲＥＭ、手／手首ＲＥＭおよび／または足／足首ＲＥＭの事前定義された運動経路が、ＭＣＵディスプレイスクリーン上に視覚的に提示され音声指示が被検体に指示する。あるいは、短いデモムービーが示され、被検体が採るべき運動を例示する場合もある。その後、開始するように促されると、被検体は、身体的行動のシーケンスを思い出し、そのタスクを実行する必要があり、そのビルトインの３、６または９自由度に基づいた加速度計、ジャイロメータおよび磁気コンパスセンサを介して（集合的に加速度計と呼ぶが、３、６または９自由度のいずれかのジャイロメータおよび磁気コンパスも意味する）、頭部、手首および足首に基づいたＲＥＭが被験者の運動を記録する。

非制限的な例として、被験者は、実験室の中央で床の上に立ち、腰を曲げて一枚の紙を床から拾い上げ、各自ちょうど９０度まで曲げ、そして各自の手を伸ばして紙を付近のテーブルの上に置くように要求されるが、これはミニメンタルステート検査におけるタスクの１つと本質的に同様である。加速度計は、頭部のみ、あるいは頭部と手首を組み合わせて、あるいは頭部と手首と足首の両方を組み合わせて追跡することで、被検体の定量的な運動プロファイルを作成する。健康な制御が、判定され、断面診断評価のために基準データが生成される。可能であれば、経時的に、あるいは震盪衝撃、化学療法が誘発した認知低下または他の説明がつかない被検体評価の変化における要求などの想定される事象の後に被検体のベースラインが調整された評価の範囲内で縦モードでベースラインを収集することができる。

別の非制限的な例において、データ収集ＭＣＵ（ＰＣ、タブレットＰＣまたはスマートフォン）によって一連の指示が与えられ、被検体が段階的に聴覚指示に従うように要求される場合がある。被検体がそうする際、運動に基づいた加速度計は、タスクを適切に行うためのそれぞれのパフォーマンスの特性を記録する。

脳の健康評価データの複数のストリームを収集するためのシステム
本発明の別の実施形態は、脳関連の生物学的に健康な信号を記録するために被験者の頭部に配置された少なくとも１つのＲＥＭと、周辺ＭＣＵと、収集されたデータを処理し報告するためのクラウドベースのエンタープライズ情報技術インフラとを含むデータ記録および分析システムを含む。詳細には、図３０は、被検体の頭部にあり、周辺ＭＣＵ（タブレットＰＣの形態の）３０４に無線データを送信する電子ＲＥＭモジュール３０６を図示している。データがＭＣＵ内のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ポートを介して収集される間、カメラ３００は、被検体がタスクを行う際のその画像ムービーを記録し、その個人の特定を確認するだけでなく、対象となる機能（サッカードを含め）に関してのそれぞれの眼および顔の動きを分析する。マイクロフォン３１２が、音声認識分析のために被検体の音声を記録し、加速度計およびジャイロメータ３０２は、被検体の安定性または安定性の欠如を測定し、周辺ＭＣＵのタッチスクリーン３０４は、タッチスクリーン上の正確な時間および空間（ｘ、ｙ）位置におけるイベントを記録する。最終的に、人口統計的かつ個人的な健康情報と併せて全ての種々のデータストリームが完成すると、情報の全体のパッケージは、本質的にＷｉ−Ｆｉ、イーサネット（登録商標）、携帯電話または衛星の可能性があるインターネット接続３１４を介して仮想またはリモートベースのサーバーに送信される前にＡＥＳ−１２８またはＡＥＳ−２５６ビット暗号化３０８を使用して局所的に暗号化される。

ひとたびデータが仮想サーバー３２０接続によって受信されると、図３１に示されるように、それは適切なアルゴリズムによって３２２でキーを使用して解読され、その後事前処理のために送信され、３２４において瞬目、ドロップアウト、飽和レール（ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｒａｉｌｓ）、運動アーチファクト、ＥＫＧアーチファクトまたは他の既知のアーチファクトなどの領域を特定する。ひとたびアーチファクトが特定され、特徴付けられると、種々のデータストリームの各々に関する良好なデータの領域が、信号処理ソフトウェアを通過し、利用可能なデータストリームの各々から対象となる特徴を抽出する。詳細には、スペクトル分析またはＦＦＴモジュール３２６が、データ信号に適用され、非線形の動的モジュール３２８が適用され、ウェーブレット変換モジュール３３０も同様である。ひとたび各々のモジュールが関連する対象となる特徴を各々のデータのブロックから抽出すると、ソフトウェアはその後、各々のデータのストリームからの対象となる特徴の各々を含んだ抽出した生物学的特徴のテーブル３３２を組み立て、これには起こり得る診断の特徴と同様にアーチファクト特徴のリストアップが含まれる。生物学的な特徴テーブル３３２から、未知の被検体に対して予測分析３３４が行われ、予測モデルは、被検体を複数のグループまたは等級の１つに分類することによって出力を生成する、あるいは回帰スコアを出力として予測する。これらの情報はその後、同一の被検体からまたは人口統計的に合致する集団の標準的なデータからのベースライン／これ以前のデータと比較されレポート３３６が形成される。レポート３３６はその後、最初の場所においてデータを捕捉した医療サービス提供者による措置のために治療の地点までレポートが送り返される前に、このレポートを離れたところから解明し、その解説を提供することができる医師３３８に電子的に送信される。

図３２によって代替の図面が提供されており、この場合、アクティブセンサ電子モジュール３５０が、イヤークリップ３５２と共に被験者の頭部に設置されている。接続部３５４のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）または他のローカル手段がデータを周辺ＭＣＵ３５６（ラップトップ、タブレットまたはスマートフォン）に転送し、これによりデータは暗号化され、インターネット、携帯電話または衛星を介してネットワーク３５８に送信される。ひとたび仮想および遠隔式サーバー３６０に達すると、データは自動的に解読され、データ処理センター３６４において遠隔式に処理される３６２。ひとたび事前処理、信号分析および予測モデリングが完了すると、システムは自動的に３６６レポート３６８を形成する。このレポートはその後、適切な医師３７０によって要求された場合、治療の地点に送り返される、あるいは治療の地点に送り返される前に解明するために適切な医師３７０に送り返され、医師が診断サイクルの一部にとどまっていることを保証する。

運動、バランスおよび歩行を定量化するための加速度計測定
本発明の別の実施形態は、多軸加速度計測定値を収集するための手段を含む。図３３は、デバイスを較正するためにペンジュラムとして使用される単一の３軸ＭＥＭＳ加速度計において収集された３つのパターンを図示している。パターン３８０は、ｘ軸における減衰する正弦波振動を示しており、パターン３８５はｙ軸に関して、３９０はｚ軸に関して振動がほとんどないことを示している。このような較正処置を通して、または既知の周波数の振動を生成する振動プレートを利用することによって、加速度計に基づいた運動検出装置を較正することができる。図３４において、３軸加速度計を自分の手首に装着している被験者から収集した、各自の実験室において障害物の多い経路を通って歩く間に腕を前後に振るときのデータを見ることができる。パターン４００は、ｘ軸を示しており、４０５はｙ軸を示し、パターン４１０はｚ軸を示している。時間はｘ軸に沿って進み、各々の方向における加速は、各々のパターンのｙ軸に沿ってグラフ化されている。

疾病または損傷に関する多様式のシグネチャーを形成するための多様式システムの利用
本発明のシステムを使用して、多様式の生物学的信号データから抽出した特徴を含む抽出された生物測定学的テーブルを構築することができる。非制限的な例として、被検体の２つのグループ、振盪（ｍＴＢＩ）または軽度の外傷性の脳の損傷を受けたグループＡと、施設の検閲局の管理の下に募集された、振盪 または軽度の外傷性の脳の損傷を受けておらず、対照（ＣＴＬ）としての役割をするグループＢがある。両方のグループＡおよびＢからの参加者が、単一電極ＥＥＧを含む電子ＲＥＭモジュールによって全く同様にスキャンされた。５分間のプロトコルが実施され、これには３０秒間眼を閉じること、３０秒間眼を開けることが含まれており、適切な３分間Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査を行い、その後再び３０秒間眼を閉じ、３０秒間眼を開ける。Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査の各々のカードに関するストップウオッチ時間およびエラーが、検査の管理者によって手動で記録され、周辺ＭＣＵ（ラップトップコンピュータ）は、カードを提示し、マイクロフォンを介する個々の反応を記録した。データは、アーチファクト検出、信号処理および特徴抽出のために参加者に対して隠された。抽出された特徴データテーブルはその後、品質管理され一部削除することによって可能な限り多くのエラーを取り除いた。Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査のための総時間は、特定の抽出された変数として形成され、記号論理学的分類モデルを受けた。このモデルの結果は、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ時間が単独で時間のおおよそ６２％の個々の分類を予測したことを指摘した。独自に、デルタ、シータ、アルファ、ベータおよびガンマ帯域の各々における相対的なパワーが、記号論理学的分類において分析され、この場合、ＥＥＧ特徴は、予測子のｘ変数であり、臨床的アウトカム（グループＡまたはＢ）は、このモデルにおけるアウトカムｙ変数であった。分析は、ＳＡＳからのＪＭＰ Ｐｒｏ ｖ１０において行われた（Ｃａｒｙ，ＮＣ）。

図３５は、対照グループＢに対する震盪を受けたグループＡにおける低下する相対的ベータパワーを示す相対的なベータパワー（１２〜３０Ｈｚ）に関する記号論理学的プロット４２０を図示している。受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線４３０を構築する際、ＥＥＧ特徴は単独で、サマリーＡＵＣ統計によって定義されるように時間のおおよそ６５％の精度で予測することがわかる。

図３６は、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査時間（被検体の脳の認知手段）が、相対的なベータＥＥＧパワー（脳波測定）と組み合わされ、多様式のシグネチャーを形成する際、曲線下面積（ＡＵＣ）が今度は７０％であることをＲＯＣプロット４４０において図示している。年齢および性別の共変量を加える際、ＡＵＣは、ＲＯＣプロット４５０に示されるように７６％まで上昇し、本発明のシステムおよび方法を完全に立証する。

以下の表の表１から表４は、眼を閉じた状態または眼を開けた状態のいずれかにおいて、２つのグループに関するスチューデントのｔ検定と等価であるパラメトリック分散分析（ＡＮＯＶＡ）、あるいは基礎を成す分布の常態に依拠しないウィルコクソンのノンパラメトリック検査のいずれかによって、震盪を受けた被検体と損傷していない対照の被検体との間で見つかった統計学的な違いの特徴を記載している。各々のケースにおいて、特徴は、頂部における最も有意なもの（最も小さい偽陽性率ｐ値）から最も有意でない（最も大きなＦＰＲｐ値）によって選別されたが、集団標準と一貫してＦＰＲｐ値、ｐ<０．０５の場合の特徴のみを含む。抽出された特徴は、ＥＥＧ脳波センサによってもたらされ、その場合、特徴の名前は、「Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ」または「Ａｂｓｏｌｕｔｅ＿Ｐ」のいずれかによって始まり、これは生の時系列情報の高速フーリエ変換の後のパワースペクトルの範囲内での相対的なパワーまたは絶対的なパワーのいずれかをそれぞれ指しており、その結果Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ４＿６は、４から６Ｈｚの帯域における相対的なパワーを意味し、Ａｂｓｏｌｕｔｅ＿Ｐ３４＿３６は、３４から３６Ｈｚ帯域における絶対的なパワーを意味することになる。この研究においてデルタは、１〜４Ｈｚであり、シータは４〜８Ｈｚであり、アルファは８〜１２Ｈｚであり、ベータは１２〜２０Ｈｚであり、ガンマは２０〜５０Ｈｚである。加えて、分布の平均周波数Ｍｅａｎ＿Ｆ、周波数の分布の標準的な偏差Ｓｔｄ＿Ｆ、ひずみＳｋｅｗ＿Ｆおよび尖度Ｋｕｒｔｏｓｉｓ＿Ｆは全て、最大のパワーＰｅａｋ＿Ｆによってピーク周波数と併せて計算された。加えて、ラウンド１Ｒ１またはＲ２のいずれかにおける３つのＫｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ眼科学的なサッカードカードＣ１、Ｃ２およびＣ３の各々からの神経心理学的検査性能特徴が、特徴名の中に書き留められる。時間は、最後に秒として示され、エラーは、Ｅｒｒとして示された。一ラウンドのカードための総時間は、ＫＤ＿Ｒ１＿Ｔｓｅｃｓと短縮され、カードを通しての２ラウンドからの最も少ない数のエラーを有する最速の時間を採用する検査全体の最終的な時間は、時間においてＫＤ＿ＦｓｅｃｓまたはＫＤ＿Ｆｉｎａｌ＿ｓｅｃｓあるいはエラーにおいてＫＤ＿Ｆｅｒｒｓと指定された。一部の例では、パワーは、例えばＲｅｌａｔｉｖｅ＿ａｌｐｈａ＋ｂｅｔａによって指定されて加えられ、Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ａｌｐｈａ＋ｂｅｔａ／Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｄｅｌｔａ＋ｔｈｅｔａの場合に例示されるようにＲｅｌａｔｉｖｅ＿ｔｈｅｔａ／Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｂｅｔａの例示のケースにまたはその組み合わせに分割された。

表１は、分散分析（ＡＮＯＶＡ）または同様な意味合いで２つのグループに関するスチューデントのｔ検定（ＳＡＳによるＪＭＰ Ｐｒｏにおける）によって判定された眼を閉じたタスクにおける震盪を受けた被検体と対照被検体との間の有意に異なる特徴（最も有意なものから最も有意でないものに選別された）を図示している。特徴は、偽陽性率ｐ値ｐ<０．０５の場合のみがリストアップされている。

表２は、ウィルコクソン検査（ＳＡＳによるＪＭＰ Ｐｒｏにおける）によって判定された眼を閉じたタスクにおける震盪を受けた被検体と対照被検体との間の有意に異なる特徴を図示している。特徴は、偽陽性率ｐ値ｐ<０．０５の場合のみがリストアップされている。

表３は、分散分析（ＡＮＯＶＡ）または同様な意味合いで２つのグループに関するスチューデントのｔ検定（ＳＡＳによるＪＭ ＰＰｒｏにおける）によって判定された眼を閉じたタスクにおける震盪を受けた被検体と対照の被検体との間の有意に異なる特徴（最も有意なものから最も有意でないものに選別された）を図示している。特徴は、偽陽性率ｐ値ｐ<０．０５の場合のみがリストアップされている。

表４は、ウィルコクソン ｔｅｓｔ（ＳＡＳによるＪＭＰ Ｐｒｏにおける）によって判定された眼を開けたタスクにおける震盪を受けた被検体と対照被検体との間の有意に異なる特徴を図示している。特徴は、偽陽性率ｐ値ｐ<０．０５の場合のみがリストアップされている。

被検体を震盪を受けたグループまたは対照グループ（ＳＡＳによるＪＭＰ Ｐｒｏにおける）のいずれかに分類するために予測モデルを構築するための段階的な記号論理学的回帰は、眼を閉じた第１のタスクからの予測に有益な複数の抽出された特徴を特定した。最適なモデル（Ｂａｙｅｓｉａｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ（ＢＩＣ）を最小化した−Ｈａｓｔｉｅ等の「Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ｌｅａｒｎｉｎｇ：Ｄａｔａ Ｍｉｎｉｎｇ，Ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ，ａｎｄ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，」Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２^ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２００９，Ｓｅｃｔｉｏｎ ７．７，ｐ．２３３を参照）には、｛Ｋｕｒｔｏｓｉｓ＿Ｆ，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ４＿６，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ６＿８，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ１８＿２０，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ２４＿２６，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ３２＿３４，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ３６＿３８，ＫＤ＿Ｒ１＿Ｃ１＿Ｓｅｃｓ，ＫＤ＿Ｒ１＿Ｃ２＿Ｓｅｃｓ｝が含まれる。この記号論理学的回帰モデルは、（２４＋４１）／６８の（ＴＰ＋ＴＮ）／（ｔｏｔａｌ＿Ｐ＋ｔｏｔａｌ＿Ｎ）＝９５．６％精度の全体の精度に関して、０．９９３５の受信者動作特性曲線下面積（ＲＯＣ ＡＵＣ）を達成し、２４の震盪を受けた正確なもの（ＴＰ＝真陽性）、４１の対照の正確なもの（ＴＮ＝真陰性）、１の震盪を受けた誤ったもの（ＦＮ＝偽陰性）、および２の震盪を受けたとする対照（ＦＰ＝偽陽性）となった。モデルで使用される特徴の数を最も重要な５つまで削減する際（段階的な記号論理学的回帰を使用して）、｛Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ１８＿２０，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ２４＿２６，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ３２＿３４，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ３６＿３８およびＫＤ＿Ｒ１＿Ｃ１＿Ｓｅｃｓ｝から成るモデルは、１９ＴＰ，３９ＴＮ，６ＦＮ，４ＦＰまたは（１９＋３９）／６８＝８５％の全体の精度を有するＲＯＣ ＡＵＣ＝０．９１０７を生成した。当業者が理解するように、最も重要な考察は、別の損傷に関して脳を再びリスクにさらす偽陰性（ＦＮ）の数の削減である。

代替のモデリング技術、すなわち段階的な線形判別分析を使用すると、眼を閉じたタスクからの上位の５つの予測因子には、｛ＫＤ＿Ｒ１＿Ｃ１＿Ｓｅｃｓ，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ１８＿２０，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ２４＿２６，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ３２＿３４，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ３６＿３８｝が含まれ、これらは、（２２＋３５）／６８＝８４％の全体の精度に関して２２ＴＰ，３５ＴＮ，３ＦＮ，８ＦＰを有するＲＯＣ ＡＵＣ＝０．８８９７を達成した。

同様の分析を眼を開けた第２のタスクに対して繰り返すと、以下の結果が生じた。被検体を震盪を受けたグループと対照グループ（ＳＡＳによるＪＭＰ Ｐｒｏにおいて）に分類するための予測モデルを構築するために段階的な記号論理学的回帰を使用して、眼を開けた第２のタスクから予測に有益な複数の抽出された特徴を特定した。最適なモデルには（ＢＩＣを最小化した）、｛Ｐｅａｋ＿Ｆ，Ｍｅａｎ＿Ｆ，Ｋｕｒｔ＿Ｆ，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｂｅｔａ，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ２２＿２４，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ２８＿３０，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ３２＿３４，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｔｈｅｔａ／Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｂｅｔａ，ＫＤ＿Ｒ１＿Ｃ１＿Ｓｅｃｓ｝が含まれる。この記号論理学的回帰モデルは、（２５＋４３）／６８＝１００％の全体の精度に関して、１０００の受信者動作特性曲線下面積（ＲＯＣ ＡＵＣ）を達成し、２５の震盪を受けた正確なもの（ＴＰ＝真陽性）、４３の対照の正確なもの（ＴＮ＝真陰性）、０の対照として誤って特定された震盪を受けたもの（ＦＮ＝偽陰性）、および０の震盪を受けたと誤って特定された対照（ＦＰ＝偽陽性）となった。モデルで使用される特徴の数を最も重要な５つまで削減する際（段階的な記号論理学的回帰を使用して）、｛Ｐｅａｋ＿Ｆ，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｂｅｔａ，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ２２＿２４，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｔｈｅｔａ／Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｂｅｔａ，ＫＤ＿Ｒ１＿Ｃ１＿Ｓｅｃｓ｝から成るモデルは、（１７＋３８）／６８＝８１％の全体の精度に関して１７ＴＰ，３８ＴＮ，８ＦＮ，８ＦＰを有するＲＯＣ ＡＵＣ＝０．８８１８６を生成した。

代替のモデリング、すなわち段階的な線形判別分析を使用すると、眼を開けた第２のタスクからの上位の５つの予測的因子は、｛ＫＤ＿Ｒ１＿Ｃ１＿Ｓｅｃｓ，Ｐｅａｋ＿Ｆ，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ２２＿２４，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿Ｐ３４＿３６，Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｔｈｅｔａ／Ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｂｅｔａ｝が含まれ、それは（１５＋４１）／６８＝８２％の精度に関して１５ＴＰ，４１ＴＮ，１０ＦＮ，２ＦＰを有するＲＯＣ ＡＵＣ＝０．８７２６を達成した。

当業者にとって、真のテーブル（コンフュージョンマトリックスと呼ばれる場合もある）から感度（Ｓｅｎｓ）＝ＴＰ／（ＴＰ＋ＦＮ）、特異性（Ｓｐｅｃ）＝ＴＮ／（ＦＰ＋ＴＮ）、正の予測値（ＰＰＶ）＝ＴＰ／（ＴＰ＋ＦＰ）および負の予測値（ＮＰＶ）＝ＴＮ／（ＴＮ＋ＦＮ）を算出することは直接計算である。研究被検体に対して上記で報告した予測モデルは、予測シグネチャーおよびそれぞれの臨床成果の模範である。表１から表４を通してリストアップされるものいずれかを含むように使用される特徴の調整は、本発明の他の実施形態として企図される。さらに、これらの予測的特徴のサブセットのモデルもまた本発明によって包含されることは当業者にとって明白であるべきである。

加速度計、音声分析からのマイクロフォン、画像分析のためのカメラまたはバイオセンサから追加のモダリティ情報を加える際、このような予測モデルの精度は、それが所与の症状の診断において健康サービス提供者を助けるため、さらに向上することを予測することができる。当業者は、上記の表１〜４に図示されるものなどの生物測定学的に抽出された特徴のテーブルは、そこから多様式の予測シグネチャーを形成し、検証し、最終的には実証することができ、脳の健康、疾病および損傷と相関させることによって脳の健康および機能を評価するための多様式のシステムを提供する多様な受信した生物学的センサデータから、対象となる特徴を抽出するようにデバイスを処理することによって生成することができることを理解するであろう。

図３７Ａは、レンズのない眼鏡フレームの形態、すなわちレンズレス眼鏡フレームの形態で人の頭蓋骨に対して装着されるべき代替のＲＥＭ支持体を図示する。フレーム５００は、耳の上に載る眼鏡のつる５０５と、鼻の上に載る鼻サポート５０７とを有することができる。本発明の一実施形態において、５００の形態の使い捨ての一体成形の眼鏡フレームを利用して、位置５００において前方で、あるいは位置５０５において側部に沿って支持されるＲＥＭを支持することができる。キー止めされたチャネルを利用することができ、このチャネルは、後方から前方へ眼鏡のつるに沿って摺動し顔から離れて位置するようにＲＥＭに適合された嵌合を形成する。頭蓋骨に対する電極および乳様突起に対する電極を、レンズレス眼鏡フレームに隣接するように位置を定めることができる。

図３７Ｂは、レンズレス眼鏡フレームの代替の一実施形態であり、この場合、鼻サポート５１２を備えた再利用可能なフレーム５１０は、使い捨ての眼鏡つる５１４を有し、これは再利用可能なフレーム５１０を接続ポイント５１６ならびに使い捨て鼻パッド５１８に接続している。この実施形態の修正形態において、鼻サポート５１２を下るように延びるワイヤに接続する外側面に貼り合わされた、またはその中に成型されたワイヤがあることで、導電性の使い捨て鼻パッド５１８との電気接触を形成することができ、この鼻パッドは乳様突起のＲＥＦ基準およびＧＮＤ接地として機能することができる。

図３７Ｃは、レンズレス眼鏡フレームの代替の一実施形態であり、この場合、鼻サポート５２１を有する再利用可能なフレーム５２４は、使い捨ての眼鏡つる５２０、または眼鏡つるの両端にわたって滑らかに動くことでデバイスと被検体との間に保護外装を提供する使い捨てスリーブのいずれかを有することができ、これはそのため適用部品と呼ばれる。このケースでは、ワイヤ５２９は、フレーム５２４の外側を下って一方の鼻サポートまで伸び、導電性の使い捨て鼻パッド５２２と電気接触することができ、フレームの内側の第２のワイヤは、内側に沿って他方の鼻サポート５２１まで伸び、鼻サポート５２１の端部にある使い捨て鼻パッドとの電気接触を形成することができる。ＲＥＭ５２５は、それが被検体と接触しない位置まで片側の眼鏡つるに沿って摺動することができる。必要に応じて、電極５２７は、耳のところで乳様突起に接続することができる、あるいは電極５２７は、１０〜２０の電極位置Ｆｐ１へと前方に移動することができる。当業者は、両方の鼻柱に当たる部品の導体が、内側にアクティブ電極リードワイヤを有するフレーム５２４の同一の側に伸びていることは、レンズレス眼鏡フレームの１つの面に沿った３つの隣接するワイヤであるように十分に熟考されていることを理解するであろう。任意の所与の状況において特に必要とされる２つ以上のアクティブ電極についても同様のことが当てはまるであろう。

図３８は、ストラップ５３２を使用して上腕部を囲むまたはウエストを囲む非制限的な例として人体に装着される矩形ユニットの形状を採るＲＥＭ５３０の代替の一実施形態である。ＲＥＭデバイスの出力には、各々の端部に装着された電極５３６を有する３つの使い捨てのリード線５３４がある。これらのうちの２つは、基準ＲＥＦおよび接地ＧＮＤとして機能することができる。同様に、第４、第５および追加のリード線も、示される非制限的な実施形態に対して等価であるように等しく企図される。

実施例
上記の記載には、多くの特異性が含まれるが、これらの特異性は、本発明の範囲に対する限定と解釈すべきではなく、単に開示される実施形態の例証と解釈すべきである。当業者は、本発明の範囲内にある多くの他の可能性のある変形形態を想像するであろう。以下の例は、当業者が本発明を利用し、実施することを可能にするのに有益である。

遠隔式に品質管理する目的の遠隔式の較正ケーブル組立体の形成
はんだごて、抵抗器、ステレオジャックピン、ワイヤおよびワニ口クリップを利用して、較正および品質管理ケーブルが構築された。分圧器には、１００オーム（Ω）の上部１／４ワット抵抗器と、１，０００，０００オームまたは１ＭΩの下部１／４ワット抵抗器とが含まれ、基準信号を１ボルトから１００μｖまでおよび５０ｍＶから５μＶの１０^４だけ分割した。このような段階的に低下する信号はよって、１μＶから１００μＶの典型的な生理学的な範囲内にあり、よって、ＥＥＧシステムの評価および較正に有益である。所望であれば、より厳しい許容値を有する金属フィルム抵抗器を使用することもできる。このケーブルは、ＲＥＭ出力に装着され、ＲＥＭ入力に接触するように直接配線されて、システムを較正し、システムが作動していることを確認することができる。あるいは、このような同一の設計は、内部のプリント回路基板上にある場合もあり、外部ケーブルを利用せずに内側でシステムの較正を確認することもある。このような手法は、手順を簡易化するが、ＲＥＭ内に伸びるリード線の完全性に関しての検査は行わないため、電子機器は確認するが、システムのリード線を含むほどではない。

バランスおよび姿勢を確認するための単独の加速度計の利用
一対のＵＳＢ加速度計モデルＸ６−１Ａ電子ＲＥＭモジュールが、Ｇｕｌｆ Ｃｏａｓｔ Ｄａｔａ Ｃｏｎｃｅｐｔｓより購入された。これらの３軸加速度計によって実験が行われ、人の運動および安定性の評価を行う間に利用された。データ取得および表示ソフトウェアが、Ｄｅｌｌ Ｌａｔｉｔｕｄｅ Ｅ６５２０ラップトップにインストールされた。ＳＡＳからのＪＭＰ Ｐｒｏ ｖ１０において分析が行われた。これらの加速度計の特徴は、それらがデータをラップトップの任意のＵＳＢポートを介して転送する、それらは利用者が選択可能な＋／−２ｇ加速範囲を有する、およびそれらが１０，２０，４０，８０または１６０ヘルツの利用者が選択可能なサンプル速度を有し、ＲＥＭの内部での１２ビットまたは１６ビットのいずれかの分解能を有するという事実を含んでいる。実験は、２つの場所で同時に人の運動データ捕捉と、安定性の分析を行うためにＲＥＭが弾性リストバンドまたは足首バンドによって装着される間行われた。

各々の使用の前に加速度計をフィールド較正しようと試みるなかで、発明者等は、固定された長さの紐から加速度計をぶら下げる手段を考案し、簡易なペンジュラムの周期は、ペンジュラムの長さＬを重力ｇの定数によって割ったものの平方根にパイの２倍を掛けたものであることはよく知られている。同一のコードが何回も使用されたならば、これは測定が、実験から実験まで内部で正確であったことを確信するための相対的な較正を可能にすることになる。図３３において、デバイスを較正するためにペンジュラムとして使用される単一の３軸ＭＥＭＳ加速度計において収集された３つのパターンを見ることができる。パターン３８０は、固定された長さのペンジュラムからのｘ軸における減衰する正弦波振動を示しており、パターン３８５はｙ軸に関して、ｚ軸は、振動がほとんどないことを示している。代替として、固定された周波数で振動する機械的なマッサージデバイスの形態の固定された周波数の振動器を使用して第２の方法が採用された。それは電池を利用可能な状態に維持し、デバイスを搬送することが必要ではあるが、これもまた、加速度計を較正するための手段として機能する。簡易なペンジュラムまたは電子制御される機械的な振動器のいずれかを使用して、ＲＥＭ埋め込み式加速度計または周辺ＭＣＵ加速度計を較正することができる。

加速度計はまた、３軸以下のジャイロメータまたは３軸以下のデジタルコンパスならびに集積回路に組み込まれることで単一チップまたは多重チップ構成に実装される他のバイオセンサまたは動作プロセッサを含む場合がある。非制限的な例は、Ｉｎｖｅｎｓｅｎｓｅ ＭＰＵ−９１５０ ９軸（ジャイロ＋加速度計＋コンパス）ＭＥＭＳ動作（商標）追跡デバイスである。さらに加速度計または多軸動作処理ユニット（ＭＰＵ）をＲＥＭに埋め込むことができるため、このような構成は、頭部に基づいたＲＥＭにおけるＭＰＵも含める。代替の構成は、手首ベース、足首ベース、背中の小さい部分ベース、または頭部ベースＲＥＭから離れた他のキーとなる身体の場所である周辺ＲＥＭにおける加速度計またはＭＰＵを含める。

デバイスがひとたび較正されると、発明者等は、１インチ幅の弾性バンドを使用して一方のＲＥＭ加速度計を被験者の手首に、および２つめのＲＥＭ加速度計を反対側に位置する足首に装着することによって運動に基づいた測定を試みた。被験者が障害物を避けなければならないことを保証するために中央の会議用テーブルを囲む経路内に種々の障害物が置かれ、加速を記録した。図３４において、３軸加速度計を自分の手首に装着している被験者から収集した、その人がその実験室内の障害のある経路を通って歩く際に自分の腕を前後に振るときのデータを見ることができる。パターン４００は、ｘ軸を示しており、４０５はｙ軸を示し、パターン４１０はｚ軸を示している。時間はｘ軸に沿って進み、各々の方向における加速は、各々のパターンのｙ軸に沿ってグラフ化されている。さらに右に向かって、個々の特徴を探す能力に加えて時系列のサマリー統計分析が提示される。

ＴＩＲＨＲ震盪研究
非営利の山脈をベースにするタホ湖付近の医療研究所と共同で、２つのグループの被検体が、施設内倫理委員会が認可した臨床プロトコルに登録され、この場合、被検体の第１のグループ（グループＡ）は、震盪（ｍＴＢＩ）または軽度の外傷性の脳の損傷を受けたとして臨床的に診断され、第２の対照の被検体のコホート（グループＢ）は、震盪のいずれの問題も持たない者が登録され、施設内倫理委員会の管理の下に募集された対照（ＣＴＬ）としての役割を果たした。グループＡおよびＢの両方からの参加者は、２０１２年７月１３日に出願されたＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４６７２３に記載される単一電極ＥＥＧデバイスを含む電子ＲＥＭモジュールによって全く同じようにスキャンされた。５分間のスキャンプロトコルには、３０秒間眼を閉じること、３０秒間眼を開けること、適切な３分間Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査を行い、その後再び３０秒間眼を閉じ、３０秒間眼を開けるブロックが含まれた。Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査の各々のカードに関するストップウオッチ時間およびエラーが、検査の管理者によって手動で記録され、周辺ＭＣＵ（ラップトップコンピュータ）は、カードを提示し、マイクロフォンを介する個々の反応を記録した。頭部に基づいたＲＥＭモジュールは、基準ＲＥＦおよび接地ＧＮＤに関して耳の乳様突起に対する位置Ｆｐ１から額のＥＥＧを記録し続けた。データは、安全なパイプによってサイバースペース内の仮想サーバーまで搬送される前に局所的に暗号化された。

信号分析科学者は、アーチファクト検出、信号処理および特徴抽出のために参加者に対して臨床診断を隠した。抽出された特徴データテーブルはその後、品質管理され一部削除することによって可能な限り多くのエラーを取り除いた。Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査のための総時間は、最小限のエラー数を使用して公開された手順に従って計算され、その後連続して全ての３つのカードを読むための個々の時間を合算した。この総時間は、特定の抽出された変数を表しており、記号論理学的分類モデルにかけられた。このモデルの結果は、秒でのＫｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ総時間が単独でその時間のおおよそ６２％の個別の分類を予測したことを指摘した（ＡＵＣ＝０．６２）。

独自に、毎秒１２８のサンプルで１０ビットの振幅分解能によってサンプル化されたＥＥＧ脳波情報の並列データストリームに関する分析は、その後フーリエ変換されスペクトル特性を判定した。デルタ、シータ、アルファ、ベータおよびガンマ帯域の各々における相対的なパワーが、記号論理学的分類において分析され、この場合、ＥＥＧ特徴は、予測子ｘ変数であり、臨床的なアウトカム（グループＡまたはＢ）は、このモデルにおけるアウトカムｙ変数であった。分析は、ＳＡＳからのＪＭＰ Ｐｒｏ ｖ１０において行われた（Ｃａｒｙ，ＮＣ）。

図３５において、対照グループＢに対する震盪を受けたグループＡにおける減少する相対的なベータパワーを示す相対的なベータパワー（１２から３０Ｈｚ）に関する記号論理学的プロット４２０を見ることができる。受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線４３０を構築する際、ＥＥＧ特徴は単独で、サマリーＡＵＣ統計によって定義されるように時間のおおよそ６５％の精度で予測することがわかる。図３６において、Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査時間（被検体の脳の認知測定法）が、相対的なベータＥＥＧパワー（脳波測定法）と組み合わされ、多様式のシグネチャーを形成する際、曲線下面積（ＡＵＣ）はこのとき７０％であることをＲＯＣプロット４４０に見ることができる。年齢および性別の共変量を加える際、ＡＵＣは、ＲＯＣプロット４５０に示されるように７６％まで上昇し、本発明のシステムおよび方法を完全に裏付ける。加速度計、音声分析からのマイクロフォン、画像分析のためのカメラまたはバイオセンサから追加のモダリティ情報を加える際、それは、所与の症状の診断において健康サービス提供者を助けるため、予測モデルの精度がさらに向上することを予測することができる。これは、脳の健康および機能を評価するための多様式のシステムのパワーを実証する。

重要なことに、上記の表１、２、３および４は、抽出された特徴を予測モデルにおいて使用するために特定することで新たな被検体を震盪を受けたグループまたは対照グループのいずれかに分類する。表５および６は、段階的な記号論理学的回帰を使用するこのようなモデル構築の結果を示す。このような予測的特徴のサブセットから構築されるモデルもまた、本発明によって包含されることは当業者にとって明白であるべきである。

リーハイ震盪研究
ＮＣＡＡ ディビジョン１の大学と共同で、複数のグループの被検体が、施設内倫理委員会が認可した臨床プロトコルに登録され、この場合、被検体の第１のグループ（グループＡ）は、震盪（ｍＴＢＩ）または軽度の外傷性の脳の損傷を受けたとして臨床的に診断され、第２の対照の被検体のコホート（グループＢ）は、震盪のいずれの問題も持たない者が登録され、対照（ＣＴＬ）としての役割を果たし、他のスポーツの他の競技者は同様に、施設内倫理委員会の管理の下に募集された。グループＡ、Ｂ、Ｃおよび他からの参加者は、２０１２年７月１３日に出願されたＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４６７２３に記載される単一電極ＥＥＧデバイスを含む電子ＲＥＭモジュールによって全く同じようにスキャンされた。２２〜２４分間のスキャンプロトコルには、１分間眼を閉じること、１分間眼を開けること、Ｇｒａｄｅｄ Ｓｙｍｐｔｏｍ Ｃｈｅｃｋｌｉｓｔの自動適用、震盪の標準的な評価（ＳＡＣ）の要素が含まれ、これらの要素には、記憶、集中、遅延リコール、フルバランスエラースコアリングシステム（堅い面と、発泡体の面の両方における）、ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査カード、４００Ｈｚに集中した６および１２ヘルツのうなり周波数における両耳性うなり聴覚刺激、光刺激および１分間の移動するレッドクロスを含む固視タスクが含まれる。Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査の各々のカードに関するストップウオッチ時間およびエラーが、検査の管理者によって手動で記録され、周辺ＭＣＵ（ラップトップコンピュータ）は、カードを提示し、マイクロフォンを介する個々の反応を記録した。ＢＥＳＳエラーは、手動で記録され、ＳＡＣの反応も同様であった。頭部に基づいたＲＥＭモジュールは、基準ＲＥＦおよび接地ＧＮＤに関して耳の乳様突起に対する位置Ｆｐ１から額のＥＥＧを記録し続けた。ＥＥＧデータストリーム、認知データストリーム（反応時間および精度）およびマイクロフォンデータストリームが、行われるタスクに応じて記録された。データは、安全なパイプによってサイバースペース内の仮想サーバーまで搬送される前に局所的に暗号化された。

信号分析科学者は、アーチファクト検出、信号処理および特徴抽出の眼的で参加者に対して臨床診断を隠した。抽出された特徴データテーブルはその後、品質管理され一部削除することによって可能な限り多くのエラーを取り除いた。Ｋｉｎｇ−Ｄｅｖｉｃｋ検査のための総時間は、最小限のエラー数を使用して公開された手順に従って計算され、その後連続して全ての３つのカードを読むための個々の時間を合算した。この総時間は、特定の抽出された変数を表しており、記号論理学的分類モデルにかけられた。震盪を受けた競技者と対照の両方を評価する８または９回までのスキャンによって、震盪を受けた競技者と対照の両方に対して一連の評価が行われた。

ロスマン震盪研究
臨床的な実験と震盪の専門家との共同において、２つのグループの被検体が、施設内倫理委員会が認可した臨床プロトコルに登録され、この場合、被検体の第１のグループ（グループＡ）は、震盪（ｍＴＢＩ）または軽度の外傷性の脳の損傷を受けたとして臨床的に診断され、第２の対照の被検体のコホート（グループＢ）は、震盪のいずれの問題も持たない者が登録され、対照（ＣＴＬ）としての役割を果たし、施設内倫理委員会の管理の下に募集された。グループＡおよびＢからの参加者は、２０１２年７月１３日に出願されたＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４６７２３に記載される単一電極ＥＥＧデバイスを含む電子ＲＥＭモジュールによって全く同じようにスキャンされた。２５分間のスキャンプロトコルには、１分間眼を閉じること、１分間眼を開けること、その後の適切な２５分間のスキャニングが含まれ、スチューデント競技者は、頭部電子ＲＥＭモジュールを使用してＩｍＰＡＣＴコンピュータ検査を完了し、付近の周辺ＭＣＵ（Ｄｅｌｌ Ｖｏｓｔｒｏ ３５５０ラップトップ）にＥＥＧデータを流した。周辺ＭＣＵラップトップ上のキークリックは、ＩｍＰＡＣＴコンピュータ評価における種々のタスクの各々の一次的な開始と終了を示した。これは、本発明による神経生理学的検査、ＥＥＧおよび臨床監視を組み合わせた別の多様式の評価を表している。

当業者は、本発明を他の用途に適用することができ、本発明の範囲から逸脱せずに修正することができることを理解するであろう。例えば、本明細書に記載される信号処理は、サーバー上で、クラウド内で、電子モジュール内でまたはローカルＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイス上に行われる場合もある。したがって本発明の範囲は、上記に記載される例示の実施形態に限定されることは意図されず、添付の特許請求の範囲によるものである。

Claims (22)

1. 複数の生物学的センサデータストリームを取り込んで利用者の脳の健康を評価するシステムであって、
   前記利用者から生物学的センサデータを収集するように構成された複数の生物学的センサであって、当該生物学的センサは少なくとも１つのチャネルのＥＥＧ脳波データを収集するアクティブ脳波センサと、以下の
   運動、位置および安定性データを収集して定量的な安定性測定値およびバランス測定値を提供する加速度計および／またはジャイロメータと、
   反応時間および精度情報を伝達するキーボードのキーストロークイベント、マウスのクリックイベント、および／またはタッチパネルイベントを含む神経心理学的データの形態の認知情報を収集する周辺部感知デバイスと、
   認知検査または聴覚刺激のいずれかについての一連のタスクの間に被験者の発話を記録することにより被験者の言葉による反応を捕らえるマイクロフォンと、
   眼の動き、眼のサッカード（ｓａｃｃａｄｅ）および他の生物測定学的識別情報を記録するカメラまたはバイオセンサ
   のうちの少なくとも１つを含むものである、前記複数の生物学的センサと、
   前記複数の生物学的センサによって収集された生物学的センサデータを同時に記録する電子モジュールと、
   視覚的刺激、聴覚的刺激、食べることによる刺激、臭覚による刺激および／または運動刺激のうちの少なくとも１つを利用者に適用する刺激デバイスであって、前記複数の生物学的センサは、前記電子モジュールによる記録のために当該刺激デバイスによって加えられた刺激に対する身体反応を同時に測定するものである、前記刺激デバイスと
   を有するシステム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、さらに、
   前記電子モジュールによって収集された前記生物学的センサデータをリモート処理デバイスに伝送するための手段を有するものであるシステム。
3. 請求項２記載のシステムにおいて、前記リモート処理デバイスは、前記電子モジュールから受信した生物学的センサデータを処理してアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）を特定し特徴付けることにより、分類および記憶の対象となる特徴および／または予め取得した対象となる特徴との比較の対象となる特徴を抽出し、レポートを生成するものであるシステム。
4. 請求項３記載のシステムにおいて、前記リモート処理デバイスは、さらに、
   受信した生物学的センサデータから抽出された対象となる特徴から抽出された生物測定学的なテーブルを構築するものであるシステム。
5. 請求項４記載のシステムにおいて、前記リモート処理デバイスは、さらに、
   複数の生物学的センサデータストリームから抽出された対象となる特徴を含む予測的シグネチャーを構築するようにさらにプログラムされ、前記予測シグネチャーは、脳の健康、疾病および損傷の多様式のシグネチャーと相関するものであるシステム。
6. 請求項１記載のシステムにおいて、前記周辺部感知デバイス、前記マイクロフォンおよび前記カメラまたは前記バイオセンサは、ＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイスに実装されるものであるシステム。
7. 請求項６記載のシステムにおいて、前記ＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイスは、前記ＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイスに、そのサウンドカードおよび／または視覚的ディスプレイを介して利用者に対して指示を与えることを実行させるソフトウェアによってプログラムされるものであるシステム。
8. 請求項６記載のシステムにおいて、前記ＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイスは、さらに、前記刺激デバイスに対して制御信号を提供するソフトウェアによってプログラムされるものであるシステム。
9. 請求項１記載のシステムにおいて、前記複数の生物学的センサは、さらに、心拍数を監視する心拍数センサと、動脈血の酸素化を測定するパルスオキシメトリと、体温を測定す
   気皮膚反応センサまたは皮膚電気の反応センサと、大脳血流かん流を評価する手段および／または血管運動の反応性を評価する手段とを含むものであるシステム。
10. 請求項９記載のシステムにおいて、前記心拍数センサ、前記パルスオキシメトリ、前記温度センサおよび前記電気皮膚反応センサまたは皮膚電気反応センサの少なくとも１つは、前記電子モジュールから独立した周辺電子モジュールに組み込まれるものであるシステム。
11. 請求項１記載のシステムにおいて、さらに、
    前記電子モジュールを装着するように構成された使い捨てのヘッドバンドを有するものであるシステム。
12. 請求項１記載のシステムにおいて、さらに、
    前記電子モジュールを装着するように構成された眼鏡フレームをさらに有するシステム。
13. 請求項１２記載のシステムにおいて、前記眼鏡フレームは、使い捨ての耳のつる用の支持体と、使い捨ての鼻パッドとを有するものであるシステム。
14. 請求項１２記載のシステムにおいて、前記眼鏡フレームは、少なくとも１つの生物学的センサに接続するように構成された一体式のワイヤを含むものであるシステム。
15. 複数の生物学的センサデータストリームを取り込んで利用者の脳の健康を評価する方法であって、
    刺激デバイスを使用して、前記利用者に視覚的刺激、聴覚的刺激、食べることによる刺激、臭覚刺激および／または運動刺激のうちの少なくとも１つを適用する工程と、
    複数の生物学的センサが、前記刺激デバイスによって適用された刺激に対する身体反応を同時に測定する工程であって、当該複数の生物学的センサは、少なくとも１つのチャネルのＥＥＧ脳波データと、
    定量的な安定性測定値およびバランス測定値を提供する運動、位置および安定性データと、
    反応時間および精度情報を伝達するキーボードのキーストロークイベント、マウスのクリックイベント、および／またはタッチパネルイベントを有する神経心理学的データの形態の認知情報と、
    認知検査または聴覚刺激のいずれかについての一連のタスクの間に被験者の言葉による反応を捕らえるための発話と、
    眼の動き、眼のサッカードおよび他の生物測定学的識別情報と
    のうちの少なくとも１つを収集するように構成されるものである、前記測定する工程と、
    前記複数の生物学的センサによって収集された生物学的センサデータを電子モジュールに記録する工程と
    を含む方法。
16. 請求項１５記載の方法において、さらに、
    前記電子モジュールによって収集された前記生物学的センサデータをリモート処理デバイスに伝送する工程を有する方法。
17. 請求項１６記載の方法において、さらに、
    受信した生物学的センサデータを処理してアーチファクトを特定し特徴付けることにより、分類および記憶の対象となる特徴および／または予め取得した対象となる特徴との比較の対象となる特徴を抽出し、レポートを生成する工程を有するものである方法。
18. 請求項１７記載の方法において、さらに、
    受信した生物学的センサデータから抽出された対象となる特徴から抽出された生物測定学的テーブルを構築する工程を有する方法。
19. 請求項１８記載の方法において、さらに、
    複数の生物学的センサデータストリームから抽出された対象となる特徴を含む予測的シグネチャーを構築する工程であって、前記予測シグネチャーは、脳の健康、疾病および損傷の多様式のシグネチャーと相関するものである方法。
20. 請求項１５記載の方法において、さらに、
    ＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイスのサウンドカードおよび／または視覚的ディスプレイを介して前記利用者に指示を与えるＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイスを有する方法。
21. 請求項２０記載の方法において、さらに、
    前記ＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンまたはカスタムの手持ち式デバイスが、前記刺激デバイスに対して制御信号を提供する工程を有する方法。
22. 請求項１５記載の方法において、さらに、
    前記電子モジュールにおいて心拍数データ、動脈血酸素化データ、体温データ、大脳かん流データ、血管運動の反応性データおよび／または皮膚表面の電気皮膚伝導性および／または電気皮膚抵抗性データを収集する工程を有する方法。

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