JP2016514022A5 - - Google Patents

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qEEGの算出方法およびシステムqEEG calculation method and system

本発明は概して、定量EEGの算出方法およびシステムに関する。   The present invention generally relates to a method and system for calculating quantitative EEG.

脳波図(「EEG」)は、大脳機能を評価するために人の脳の電気活動を測定および記録する診断ツールである。複数の電極が人の頭に装着され、配線によって装置に接続される。該装置は信号を増幅し、人の脳の電気活動を記録する。電気活動は、複数のニューロン全体の神経活動の合計によって生成される。これらのニューロンは小さな電界を生成する。これらの電界の総計が、人の頭上の電極が検出および記録することのできる電気読取値を形成する。EEGは複数のより単純な信号の重ね合わせである。正常な成人の場合、EEG信号の振幅は通常1マイクロボルト〜100マイクロボルトであり、EEG信号は硬膜下電極で測定されるとき約10〜20ミリボルトである。電気信号の振幅と過渡動力の監視により、その基礎を成す人の神経活動および医学的症状に関する情報が得られる。   An electroencephalogram (“EEG”) is a diagnostic tool that measures and records the electrical activity of the human brain to assess cerebral function. A plurality of electrodes are mounted on a person's head and connected to the device by wiring. The device amplifies the signal and records the electrical activity of the human brain. Electrical activity is generated by the sum of neural activity across multiple neurons. These neurons generate a small electric field. The sum of these electric fields forms an electrical reading that can be detected and recorded by an electrode on the person's head. EEG is a superposition of a plurality of simpler signals. For normal adults, the amplitude of the EEG signal is typically 1 microvolt to 100 microvolts, and the EEG signal is about 10 to 20 millivolts when measured with a subdural electrode. Monitoring electrical signal amplitude and transient power provides information about the underlying human neural activity and medical symptoms.

EEGは、てんかんを診断し、意識消失または認知症の問題を実証し、昏睡中の人の脳活動を実証し、睡眠障害を研究し、手術および追加の身体問題下での脳活動を監視するために実行される。   EEG diagnoses epilepsy, demonstrates problems with loss of consciousness or dementia, demonstrates brain activity in a coma person, studies sleep disorders, monitors brain activity under surgery and additional physical problems To be executed.

複数の電極(通常17〜21、ただし、70以上の基準位置がある)がEEG中に人の頭に装着される。電極は、耳たぶまたは人の脳領域に対する電極位置によって参照符が付与される。参照符は以下の通りである。F=前額;Fp=前頭;T=側頭;C=中央;P=頭頂;O=後頭;A=耳(耳電極)。数字を用いて位置がさらに狭められ、「z」は人の頭の中心線の電極位置を指す。心電図(「EKG」)をEEGディスプレイに表示することもできる。   A plurality of electrodes (usually 17-21, but with more than 70 reference positions) are worn on the person's head during EEG. The electrodes are given a reference by the position of the electrode relative to the earlobe or human brain region. The reference marks are as follows. F = frontal; Fp = frontal; T = temporal; C = middle; P = parietal; O = occipital; A = ear (ear electrode). The position is further narrowed using numbers, and “z” refers to the electrode position of the centerline of the person's head. An electrocardiogram (“EKG”) can also be displayed on the EEG display.

EEGは、モンタージュと呼ばれる電極の様々な組み合わせを用いて、異なる増幅器からの脳波を記録する。概して、モンタージュは、大脳皮質にわたってEEGの空間分布の明確な映像を提供するように作製される。モンタージュは記録電極の空間アレイから得られる電気マップであり、好ましくは特定の時点で調査される電極の特定の組み合わせを指す。   EEG records brain waves from different amplifiers using various combinations of electrodes called montages. In general, montages are created to provide a clear picture of the spatial distribution of EEG across the cerebral cortex. A montage is an electrical map obtained from a spatial array of recording electrodes, and preferably refers to a particular combination of electrodes that are investigated at a particular point in time.

双極モンタージュでは、連続対の電極は、1つのチャネルの電極入力2を次のチャネルの入力1に接続することによって関連付けられるため、隣接チャネルは共通する1つの電極を有する。電極の双極チェーンは、前から後ろ(縦方向)あるいは左から右(横方向)に接続することができる。双極モンタージュでは、2つの動作中電極位置間の信号が比較されて、記録される活動差を生む。別の種類のモンタージュは基準モンタージュまたは単極モンタージュである。基準モンタージュでは、各種電極が各増幅器の入力1に接続され、基準電極が各増幅器の入力2に接続される。基準モンタージュでは、信号が動作中電極位置で収集され、共通基準電極と比較される。   In bipolar montage, adjacent channels have one electrode in common because successive pairs of electrodes are related by connecting electrode input 2 of one channel to input 1 of the next channel. The bipolar chain of electrodes can be connected from front to back (vertical direction) or from left to right (lateral direction). In a bipolar montage, the signal between two operating electrode positions is compared to produce a recorded activity difference. Another type of montage is a reference montage or a monopolar montage. In the reference montage, various electrodes are connected to the input 1 of each amplifier, and the reference electrode is connected to the input 2 of each amplifier. In the reference montage, a signal is collected at the active electrode position and compared to a common reference electrode.

基準モンタージュは波形の真の振幅および形態の判定に適する。一時的電極の場合、CZは通常、適切な頭皮の基準となる。   The reference montage is suitable for determining the true amplitude and shape of the waveform. For temporary electrodes, CZ is usually a good scalp reference.

電気活動の出所の位置を特定できること(「定位」)は、EEGの分析能力にとって重要である。双極モンタージュにおける正常または異常脳波の定位は通常、「位相反転」、つまり対向方向を向くチェーン内での2つのチャネルの偏位、を特定することによって達成される。基準モンタージュでは、全チャネルが同一方向の偏位を示すことができる。動作中電極での電気活動が基準電極での活動と比較して正である場合、偏位は下向きである。電気活動が基準電極と同一である電極は、全く偏位を示さない。概して、最大上向き偏位を有する電極は、基準モンタージュで最大の負活動を表す。   The ability to locate the source of electrical activity (“stereolocation”) is important to EEG's analytical capabilities. Normal or abnormal localization of the electroencephalogram in a bipolar montage is usually accomplished by identifying "phase reversal", i.e., the deviation of two channels in the chain pointing in opposite directions. In the reference montage, all channels can show deviations in the same direction. If the electrical activity at the working electrode is positive compared to the activity at the reference electrode, the excursion is downward. An electrode whose electrical activity is identical to the reference electrode shows no excursion. In general, the electrode with the largest upward deflection represents the greatest negative activity in the reference montage.

パターンの中には人の発作に向かう傾向を示すものもある。医師はこれらの波を「てんかん様異常」または「てんかん波」と称することがある。これには、棘波、鋭波、棘徐波などが含まれる。左側頭葉などの脳の特定領域における棘波および鋭波は、部分的発作がその領域から発生している可能性があることを示す。一方、主に一般化されているてんかんは、特に棘徐波が脳の両脳半球で同時に始まっているのであれば、両脳半球にわたって広範に広がっている棘徐波によって示唆される。 Some patterns show a tendency toward human seizures. Doctors may refer to these waves as “epileptic abnormalities” or “epileptic waves”. This includes spikes, sharp waves, slow spikes, and the like. Spikes and sharp waves in certain areas of the brain, such as the left temporal lobe, indicate that partial seizures may have originated from that area. Meanwhile, epilepsy are mainly generalization, especially spike waves as long as it starts at the same time in both hemispheres of the brain, suggested by spike waves that are spread widely throughout both hemispheres.

脳波には、アルファ波、ベータ波、デルタ波、シータ波、ガンマ波といったいくつかの種類がある。アルファ波の周波数は8〜12ヘルツ(「Hz」)である。アルファ波は通常、人がリラックスしているとき、あるいは目を閉じているが精神的には警戒している覚醒状態のときに発見される。アルファ波は、人の目が開いている、あるいは人が集中しているときに停止する。ベータ波は13Hz〜30Hzの周波数を有する。ベータ波は通常、人が警戒している、考えている、動揺している、あるいは特定の薬剤を多量に摂取しているときに発見される。デルタ波は3Hz未満の周波数を有する。デルタ波は通常、人が眠っている(ノンレムまたは無夢睡眠)、あるいは幼児であるときにのみ発見される。シータ波は4Hz〜7Hzの周波数を有する。シータ波は通常、人が眠っている(夢またはレム睡眠)、あるいは幼児であるときにのみ発見される。ガンマ波は30Hz〜100Hzの周波数を有する。ガンマ波は通常、高度な心的活動および運動機能を発揮中に発見される。   There are several types of brain waves, such as alpha waves, beta waves, delta waves, theta waves, and gamma waves. The frequency of the alpha wave is 8-12 hertz (“Hz”). Alpha waves are usually found when a person is relaxed or in a wakeful state with closed eyes but mentally alert. Alpha waves stop when a person's eyes are open or a person is concentrated. The beta wave has a frequency of 13 Hz to 30 Hz. Beta waves are usually found when a person is alert, thinking, upset, or taking a large amount of a specific drug. The delta wave has a frequency of less than 3 Hz. Delta waves are usually found only when a person is asleep (non-rem or dreamless sleep) or is an infant. Theta waves have a frequency of 4 Hz to 7 Hz. Theta waves are usually found only when a person is asleep (dream or REM sleep) or is an infant. The gamma wave has a frequency of 30 Hz to 100 Hz. Gamma waves are usually found during advanced mental activity and motor function.

以下の定義を本明細書で使用する。   The following definitions are used herein.

「振幅」は、谷から最大ピーク(負または正)までで測定される垂直距離を指す。振幅は、ニューロン母集団のサイズと、成分生成中の始動同時性に関する情報を表す。   “Amplitude” refers to the vertical distance measured from the valley to the maximum peak (negative or positive). The amplitude represents information about the size of the neuron population and the starting simultaneity during component generation.

「アナログ−デジタル変換」という文言は、アナログ信号が、さらなる処理のためにコンピュータに記憶されるデジタル信号に変換されることを指す。アナログ信号は「実世界」信号(たとえば、脳波図、心電図、または電気眼位図などの生理学的信号)である。コンピュータに記憶し、操作されるために、これらの信号は、コンピュータが理解できる離散的デジタル形式に変換しなければならない。   The term “analog-to-digital conversion” refers to the conversion of an analog signal into a digital signal that is stored in a computer for further processing. An analog signal is a “real world” signal (eg, a physiological signal such as an electroencephalogram, electrocardiogram, or electrooculogram). In order to be stored and manipulated in a computer, these signals must be converted into a discrete digital form that the computer can understand.

「アーチファクト」はEEGによって頭皮に沿って検出されるが、非大脳由来である電気信号である。アートファクトには患者関連のアーチファクト(たとえば、運動、発汗、ECG、眼球運動)と技術上のアーチファクト(50/60Hzアーチファクト、ケーブル移動、電極ペースト関連)とがある。   “Artifacts” are electrical signals that are detected along the scalp by EEG, but are derived from non-cerebrum. Artifacts include patient-related artifacts (eg, movement, sweating, ECG, eye movement) and technical artifacts (50/60 Hz artifact, cable movement, electrode paste related).

「作動増幅器」という文言は、電気生理学的機器にとってのキーを指す。増幅器は2つの入力間の差を拡大させる(電極対につき1つの増幅器)。   The term “operating amplifier” refers to the key to electrophysiological instruments. The amplifier expands the difference between the two inputs (one amplifier per electrode pair).

「期間」は、電圧変化の開始から基準線への回帰までの時間間隔を指す。また、成分生成に含まれるニューロンの同期始動の測定でもある。   “Period” refers to the time interval from the start of the voltage change to the return to the baseline. It is also a measurement of the neuronal synchronization start that is included in the component generation.

「電極」は、回路の非金属部分との電気的接触を確立するために使用される導体を指す。EEG電極は、通常は塩化銀で被覆されたステンレス鋼、スズ、金、または銀製の小金属ディスクである。電極は頭皮の特定の位置に配置される。   “Electrode” refers to a conductor used to establish electrical contact with a non-metallic portion of a circuit. The EEG electrode is a small metal disk usually made of stainless steel, tin, gold or silver coated with silver chloride. The electrodes are placed at specific locations on the scalp.

「電極ゲル」は電極の可鍛性拡張部としての役割を果たすため、電極リードが移動してもアーチファクトが生じにくい。ゲルは皮膚接触を最大化し、皮膚を通しての低抵抗記録を可能にする。   Since the “electrode gel” plays a role as a malleable extension portion of the electrode, even if the electrode lead moves, artifacts hardly occur. The gel maximizes skin contact and allows low resistance recording through the skin.

「電極配置」(10/20システム)という文言は、従来のEEG記録用の頭皮電極の標準配置を指す。このシステムの本質は、鼻根点−外後頭隆起点間と固定点間の範囲を10/20%で分割する。これらの固定点は前頭(Fp)、中央(C)、頭頂(P)、後頭(O)、側頭(T)と表示される。中心線電極は、ゼロを表す下付文字zで表示される。奇数は左脳半球の点に対する下付文字として、偶数は右脳半球の点に対する下付文字として使用される。 The term “electrode arrangement” (10/20 system) refers to a standard arrangement of conventional scalp electrodes for EEG recording. The essence of this system divides the range between the nasal root point-exterior occipital ridge point and the fixed point by 10/20%. These fixed points are denoted as frontal (Fp), middle (C), parietal (P), occipital (O), and temporal (T). The centerline electrode is displayed with a subscript z representing zero. Odd as subscript for points to the left hemisphere, even numbers are used as subscripts for points in the right hemisphere.

「脳波図」または「EEG」は、脳波計を用いて行われる、頭皮から脳の電気活動を記録することによる脳波の追跡を指す。   “Electroencephalogram” or “EEG” refers to EEG tracking by recording electrical activity of the brain from the scalp, performed using an electroencephalograph.

「脳波計」は、脳波(脳造影図とも称される)を検出および記録する装置を指す。   An “electroencephalograph” refers to a device that detects and records an electroencephalogram (also referred to as an electroencephalogram).

「てんかん様」は、てんかんに類似することを指す。   “Epileptic-like” refers to being similar to epilepsy.

「フィルタリング」は、信号から不所望の周波数を除去するプロセスを指す。   “Filtering” refers to the process of removing unwanted frequencies from a signal.

「フィルタ」は信号の周波数成分を変更する装置である。   A “filter” is a device that changes the frequency component of a signal.

「モンタージュ」は電極の配置を意味する。EEGは双極モンタージュまたは基準モンタージュのいずれかで監視することができる。双極とは、1つのチャネルに2つの電極が存在するため、チャネル毎に基準電極があることを意味する。基準モンタージュとは、全チャネルに共通する基準電極があることを意味する。   “Montage” means the placement of electrodes. EEG can be monitored in either a bipolar montage or a reference montage. Bipolar means that there are two electrodes in one channel, so there is a reference electrode for each channel. Reference montage means that there is a reference electrode common to all channels.

「形態」は波形の形状を指す。波またはEEGパターンの形状は、波形を構成するように結合する周波数と、位相および電圧関係によって決定される。波パターンは、1つの優勢活動から成るように見える個別のEEG活動である「単形」、複雑な波形を形成するように結合する複数の周波数から成る個々のEEG活動である「多形」、正弦波に似た「正弦」(単形活動はふつう正弦波である)、背景活動と明確に異なる独立した波またはパターンである「過渡」として説明することができる。   “Form” refers to the shape of the waveform. The shape of the wave or EEG pattern is determined by the frequency and phase and voltage relationships that combine to form the waveform. A wave pattern is an individual EEG activity that appears to consist of one dominant activity, “singular”, an individual EEG activity that consists of multiple frequencies that combine to form a complex waveform, “polymorphism”, It can be described as a “sine” resembling a sine wave (a monomorphic activity is usually a sine wave), a “transient” that is an independent wave or pattern that is distinctly different from the background activity.

「棘波」は、明白なピークと20〜70未満msecの期間とを有する過渡信号を指す。   “Spine wave” refers to a transient signal with a distinct peak and a duration of 20-70 msec.

「鋭波」という文言は、明白なピークと70〜200msecの期間とを有する過渡信号を指す。   The term “sharp wave” refers to a transient signal with a distinct peak and a period of 70-200 msec.

「神経回路網アルゴリズム」という文言は、てんかん様異常である確率が高い急峻な過渡信号を特定するアルゴリズムを指す。   The term “neural network algorithm” refers to an algorithm that identifies a steep transient signal with a high probability of being an epilepsy-like abnormality.

「ノイズ」は所望の信号を変更する不所望の信号を指す。ノイズは複数のソースを有する可能性がある。   “Noise” refers to an unwanted signal that alters the desired signal. Noise can have multiple sources.

「定期性」は、パターンまたは要素の時間分布(たとえば、幾分規則的な間隔での特定のEEG活動の出現)を指す。活動は、一般化、局所化、または、側方化させることができる。   “Regularity” refers to a time distribution of patterns or elements (eg, the appearance of specific EEG activity at somewhat regular intervals). Activities can be generalized, localized, or lateralized.

EEGエポックは、時間と周波数の関数であるEG信号の振幅である。   The EEG epoch is the amplitude of the EG signal that is a function of time and frequency.

定量EEG(QEEG)はしばらくの間、EEGの分析に使用されてきた。最も一般的な使用が、FFTを利用する時間圧縮グラフィカル出力である。この種のグラフィカル出力は、人間の読み手によって解釈され、たとえば周波数範囲における長期EEGの概要を示すことができる。EEGの1ページは10秒間のデータを表示することがある一方、QEEGのページは数分または数時間分のデータを表示することがある。   Quantitative EEG (QEEG) has been used for the analysis of EEG for some time. The most common use is time-compressed graphical output that utilizes FFT. This type of graphical output can be interpreted by a human reader and can provide an overview of long-term EEG in the frequency range, for example. One page of EEG may display 10 seconds of data, while a page of QEEG may display several minutes or hours of data.

また、QEEGを使用して、所与の時点で単独の数値を有する時間平均結果をもたらすことができる。これは平均振幅と同様に単純になり得る。もしくは、単独の周波数範囲の波に限定される計算になり得る。   QEEEG can also be used to produce time averaged results with a single number at a given time. This can be as simple as the average amplitude. Alternatively, the calculation can be limited to waves in a single frequency range.

QEEGは、記録されたチャネルの数のサブセットに限定することができる。このように、計算は脳半球または脳の小さな部分の活動を反映する。 QEEG can be limited to a subset of the number of recorded channels. Thus, the calculation reflects the activity of the hemisphere or a small part of the brain.

また、計算は、2サブセットのチャネルまたは2つの異なる周波数範囲の相対値として算出されることがある。この概念によると、これらの相対値の変化が診断にとって重要である。   The calculation may also be calculated as a relative value of two subsets of channels or two different frequency ranges. According to this concept, changes in these relative values are important for diagnosis.

QEEGを用いたEEGの解釈には大きな学術的関心が寄せられている。この概念によると、基本となる波形を目視するよりも主観性が低く、より迅速である。また、他の方法では目視するのが不可能あるいは困難であるパターンが発生する場合もある。   There is great academic interest in the interpretation of EEG using QEEEG. According to this concept, the subjectivity is lower and quicker than viewing the basic waveform. In addition, there are cases where a pattern that is impossible or difficult to visually observe by other methods may occur.

1例が脳卒中の診断である。脳卒中の開始時、脳活動の変化はほぼすぐにEEGに反映されると考えられる。多くの場合、この変化は臨床症状が現れる前にはっきりと発生する。したがって、脳卒中リスク患者を継続的に監視し、早めの診断と治療を提供することに大きな関心が寄せられている。   One example is a diagnosis of stroke. At the start of a stroke, changes in brain activity are likely to be reflected in the EEG almost immediately. In many cases, this change occurs clearly before clinical symptoms appear. Accordingly, there is great interest in continuously monitoring stroke risk patients and providing early diagnosis and treatment.

しかしながら、連続的監視に対する大きな障害物も存在する。第1に、生のEEG信号を連続的に監視するのは非常に大きな労力を要する。第2に、脳卒中を反映する種類の小さな相対変化は、特に1度にわずか10秒間のデータが提示されるときには観察するのが極めて困難である。QEEGはこの問題の解決策をもたらす可能性があり、どのような種類の計算が脳卒中を反映する種類の変化を表すのかを判定しようとする研究は、今なお多く継続されている。しかしながら、この分野の研究は、EEGにおける目立ったアーチファクトの存在のせいで失敗に終わってきた。   However, there are also major obstacles to continuous monitoring. First, it is very labor intensive to continuously monitor raw EEG signals. Secondly, small relative changes of the kind reflecting strokes are extremely difficult to observe, especially when only 10 seconds of data are presented at a time. QEEG may provide a solution to this problem, and much research is ongoing to try to determine what kind of computation represents the kind of change that reflects the stroke. However, research in this area has failed due to the presence of prominent artifacts in the EEG.

頭皮では、筋肉、眼球運動、電極によるわずかな電気的接触などから生じるアーチファクトによるEEG信号が、脳の信号を圧倒してしまう可能性がある。熟練した読み手であれば、これらのアーチファクトを無視して、無アーチファクト部分に集中するが、QEEGはこのような余裕がなく、すべての信号が計算に含まれる。その結果、QEEGは、脳活動を反映するよりもずっと多くのアーチファクトを反映することが多い。よって、当然のことながら、グラフィカルな結果を生成する際に問題となるが、この場合、熟練した読み手はここでも、脳活動から生じるパターンを識別することができよう。しかしながら、個別の値が診断目的で計算される場合、これが非常に大きな問題となる。このため、研究者は計算を行うために比較的アーチファクトの存在しない部分を選択することが多いが、当然ながらこれは臨床上、有効ではない。   In the scalp, EEG signals due to artifacts resulting from muscles, eye movements, slight electrical contact with electrodes, etc. can overwhelm brain signals. A skilled reader ignores these artifacts and concentrates on the no-artifact part, but QEEEG does not have such a margin and all signals are included in the calculation. As a result, QEEEG often reflects far more artifacts than it reflects brain activity. Thus, of course, it becomes a problem when generating graphical results, in which case a skilled reader will again be able to identify patterns resulting from brain activity. However, this is a very big problem when individual values are calculated for diagnostic purposes. For this reason, researchers often select parts that are relatively free of artifacts to perform calculations, but of course this is not clinically effective.

よって、特に臨床環境において、完全な信号を含むが、アーチファクトが大幅に低減されたQEEGが必要とされる。   Thus, there is a need for a QEEG that includes a complete signal, but with significantly reduced artifacts, especially in a clinical environment.

解決策は、QEEG処理に先立ち、記録内に存在するアーチファクトの多くを計算上除去することである。このようにして、信号対ノイズ比は劇的に向上させることができ、その結果生じるQEEGの計算値は大脳活動を反映する。この時点で、どのような種類のQEEGが診断に有効であるかを判定すると共に、それを臨床的に使用することができる。   The solution is to computationally remove many of the artifacts present in the recording prior to QEEG processing. In this way, the signal-to-noise ratio can be dramatically improved, and the resulting calculated value of QEEG reflects cerebral activity. At this point, it is possible to determine what kind of QEEG is useful for diagnosis and use it clinically.

当該分野では、EEG(QEEG)の算出値を用いて、脳卒中の臨床症状を予測できるかもしれないという研究と議論がなされてきた。   There has been research and debate in the field that the calculated value of EEG (QEEG) may be used to predict clinical symptoms of stroke.

QEEGを使用した脳卒中の臨床症状の予測に関する大きな問題の1つは、大脳信号に混じり込んだアーチファクトが信頼性の低い定量値をもたらすことであった。本発明は、現在QEEGが連続的監視で実践するアーチファクト低減レベルを達成する。   One of the major problems with predicting clinical symptoms of stroke using QEEG was that artifacts mixed in with cerebral signals resulted in unreliable quantitative values. The present invention achieves the level of artifact reduction currently practiced by QEEG with continuous monitoring.

脳卒中診断の1例として、医師は、症状を示すと判定されてきた1つまたはそれ以上のQEEGパラメータの連続的監視を開始することができる。確立された基準線が与えられ、医師がこれらのパラメータの範囲を設定し、もしQEEGがこれらの範囲外となれば、脳卒中の可能性がスタッフに警告される。より自動化された実施例では、システムが基準線を決定し自動的に範囲を設定する、あるいは神経回路網などのインテリジェントシステムを使用してQEEGと脳卒中を表す1セットの変化を判定することができる。脳卒中は単に1例であり、大脳活動に影響を及ぼすその他多くの症状をこのように診断することができる。   As an example of a stroke diagnosis, a physician can initiate continuous monitoring of one or more QEEEG parameters that have been determined to be symptomatic. Given an established baseline, the physician will set ranges for these parameters, and if the QEEG falls outside these ranges, the staff will be warned of the possibility of a stroke. In a more automated embodiment, the system can determine a baseline and automatically set a range, or an intelligent system such as a neural network can be used to determine a set of changes that represent QEEG and stroke. . A stroke is just one example, and many other symptoms that affect cerebral activity can be diagnosed in this way.

定量EEGの画像である。It is an image of quantitative EEG. 定量EEGの算出システムの図である。It is a figure of the calculation system of quantitative EEG. EEGの電極配置のマップである。It is a map of electrode arrangement | positioning of EEG. EEGの電極配置の詳細マップである。It is a detailed map of the electrode arrangement | positioning of EEG. CZ基準モンタージュの図である。It is a figure of a CZ standard montage. 発作、筋肉アーチファクト、眼球運動アーチファクトを含むEEG記録の図である。FIG. 5 is an EEG recording including seizures, muscle artifacts, and eye movement artifacts. 筋肉アーチファクトを除去した図6のEEG記録の図である。FIG. 7 is a diagram of the EEG recording of FIG. 6 with muscle artifacts removed. 眼球運動アーチファクトを除去した図7のEEG記録の図である。FIG. 8 is a diagram of the EEG recording of FIG. 7 with eye movement artifacts removed. 定量EEGの算出方法のフローチャートである。It is a flowchart of the calculation method of quantitative EEG. 定量EEGの算出方法のフローチャートである。It is a flowchart of the calculation method of quantitative EEG. 定量EEGの算出システムの図である。It is a figure of the calculation system of quantitative EEG.

定量EEG(「qEEG」)の画像100を図1に示す。該方法およびシステムは、EEG記録の部分を除去することなく、qEEGをアーチファクト削減EEG記録から生成して、アーチファクトがqEEGに影響を及ぼすことを回避することができる。   An image 100 of quantitative EEG (“qEEG”) is shown in FIG. The method and system can generate qEEGs from artifact-reduced EEG records without removing portions of the EEG records to avoid artifacts affecting the qEEGs.

図2は、定量EEGの算出システム20を示す。患者15は、複数の電極35a〜35cからなる患者の頭に取り付けられる電極キャップ31を装着するが、この電極キャップは、プロセッサを備えたコンピュータ41に送る信号を増幅するための増幅器42からなり、プロセッサが電極35からの信号を分析し、EEG記録51およびqEEGを生成するために使用され、それらをディスプレイ50に表示することができるEEG装置素子40に接続される電極35からの配線38を備える。本発明で利用される電極は、Wilsonらの米国特許第8112141号「EEG電極の迅速押圧方法および装置」により詳細に説明されており、同特許は引用により全文を本文書に組み込む。EEGは自動化アーチファクトフィルタリングのために最適化される。その後、EEG記録は神経回路網アルゴリズムを用いて処理され、qEEGの生成に使用される処理済みEEG記録を生成する。   FIG. 2 shows a quantitative EEG calculation system 20. The patient 15 wears an electrode cap 31 that is attached to the patient's head, which is composed of a plurality of electrodes 35a to 35c. A processor analyzes the signals from the electrodes 35 and comprises wires 38 from the electrodes 35 connected to the EEG device elements 40 that can be used to generate EEG records 51 and qEEGs and display them on the display 50. . The electrodes utilized in the present invention are described in more detail in Wilson et al., US Pat. No. 8,121,141, “Method and Apparatus for Rapid Pressing of EEG Electrodes”, which is incorporated herein by reference in its entirety. EEG is optimized for automated artifact filtering. The EEG record is then processed using a neural network algorithm to produce a processed EEG record that is used to generate qEEG.

EEG記録の分析についての追加の説明は、2012年9月15日に提出されたWilsonらの米国特許出願第13/620855号「EEG記録の分析方法およびシステム」に記載されており、同出願は引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。   Additional explanation of the analysis of EEG records can be found in Wilson et al., US patent application Ser. No. 13 / 620,855, “Method and System for Analyzing EEG Records,” filed September 15, 2012, which This is incorporated herein by reference in its entirety.

患者は、プロセッサへの信号を増幅する増幅器に接続された電極からの配線によって患者の頭に装着される複数の電極を有し、プロセッサは電極からの信号を分析して、EEG記録を作製するのに使用される。脳は、患者の頭の様々な地点で異なる信号を生成する。図3および4に示すように、複数の電極が患者の頭に配置される。CZサイトが中心である。たとえば、図4のFp1は図6のチャネルFP1−F3に表される。電極の数は、EEGのチャネル数を決定する。チャネル数が多いほど、患者の脳活動が詳細に表される。好ましくは、EEG装置素子40の各増幅器42が患者15の頭に装着される2つの電極35に対応する。EEG装置素子40からの出力は、2つの電極によって検出される電気活動の差である。電極対が相互に近くなるほど、EEG装置素子40によって記録される脳波の差が小さくなるため、各電極の配置はEEG記録にとって重要である。   The patient has a plurality of electrodes that are worn on the patient's head by wiring from electrodes connected to an amplifier that amplifies the signal to the processor, and the processor analyzes the signal from the electrodes and creates an EEG recording. Used to. The brain generates different signals at various points on the patient's head. As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of electrodes are placed on the patient's head. The CZ site is the center. For example, Fp1 in FIG. 4 is represented by channels FP1-F3 in FIG. The number of electrodes determines the number of EEG channels. The higher the number of channels, the more detailed the brain activity of the patient. Preferably, each amplifier 42 of the EEG device element 40 corresponds to two electrodes 35 that are worn on the head of the patient 15. The output from the EEG device element 40 is the difference in electrical activity detected by the two electrodes. The closer the electrode pairs are to each other, the smaller the difference in brain waves recorded by the EEG device element 40, so the placement of each electrode is important for EEG recording.

EEGは自動アーチファクトフィルタリングのために最適化される。その後、EEG記録は神経回路網アルゴリズムを使用して処理され、表示用に分析される処理済みEEG記録を生成する。EEG記録の取得中、処理エンジンはEEG波形を連続的に分析し、チャネル毎に大半の種類の電極アーチファクトの存在を判定する。人間の読み手と同様、処理エンジンは、EEG軌跡の複数の特徴を分析することによってアーチファクトを検出する。好適なアーチファクト検出はインピーダンスチェックとは無関係である。取得中、処理は、電極アーチファクトを探す受信チャネルを監視する。アーチファクトは検出されると、自動的に発作検出プロセスから除去され、任意でトレンディングディスプレイからも除去される。この結果、これまでの生成物と比べて、ずっと高レベルな発作検出精度が達成され、トレンドを読み取りやすい。   EEG is optimized for automatic artifact filtering. The EEG record is then processed using a neural network algorithm to produce a processed EEG record that is analyzed for display. During acquisition of EEG records, the processing engine continuously analyzes the EEG waveform to determine the presence of most types of electrode artifacts for each channel. Similar to a human reader, the processing engine detects artifacts by analyzing multiple features of the EEG trajectory. Preferred artifact detection is independent of impedance checking. During acquisition, the process monitors the receive channel looking for electrode artifacts. Once detected, the artifact is automatically removed from the seizure detection process and optionally also removed from the trending display. As a result, a much higher level of seizure detection accuracy is achieved compared to previous products, and the trend is easier to read.

EEGからアーチファクトを除去するアルゴリズムは通常、CCA(正準相関分析)やICA(独立成分分析)などのブラインド信号源分離(BSS)アルゴリズムを使用して、1セットのチャネルからの信号を1セットの成分波または「ソース」に変換する。   Algorithms that remove artifacts from the EEG typically use blind source separation (BSS) algorithms such as CCA (canonical correlation analysis) and ICA (independent component analysis) to convert the signal from one set of channels into one set. Convert to component wave or “source”.

1例では、BSS−CCAと称されるアルゴリズムを用いて、EEGから筋肉活動の影響を除去する。記録されたモンタージュにアルゴリズムを使用すると、最適な結果が得られない場合が多い。この場合、基準電極が国際10−20基準におけるCZなどの頭頂電極のなどの1つであるモンタージュを使用することが大抵は最適である。このアルゴリズムによると、記録されたモンタージュは、アーチファクト除去前にまずCZ基準モンタージュに変換される。CZで信号が最適な選択でないことを示す場合、アルゴリズムは適切な電極を見つけるため、利用可能な基準電極のリストを参照する。   In one example, an algorithm called BSS-CCA is used to remove the effect of muscle activity from the EEG. When using algorithms for recorded montages, optimal results are often not obtained. In this case it is usually best to use a montage where the reference electrode is one such as a parietal electrode such as CZ in the international 10-20 standard. According to this algorithm, the recorded montage is first converted to a CZ reference montage before artifact removal. If the CZ indicates that the signal is not the optimal choice, the algorithm refers to the list of available reference electrodes to find the appropriate electrode.

ユーザ選択モンタージュで直接BSS−CCAを実行することができる。しかしながら、これには2つの問題がある。第1に、これには、ユーザによって目視のために選択される各モンタージュで高額なアーチファクト除去プロセスを実行する必要がある。第2に、アーチファクト除去はモンタージュ毎に変動し、ユーザが最適基準を用いて基準モンタージュを選択する場合にのみ最適となる。EEGを目視するために必要なモンタージュはアーチファクト除去にとって最適なモンタージュと一致しない場合が多いので、これは適切な解決策ではない。   BSS-CCA can be performed directly in the user selection montage. However, this has two problems. First, this requires performing an expensive artifact removal process at each montage selected for viewing by the user. Second, artifact removal varies from montage to montage and is optimal only when the user selects a reference montage using the optimal criteria. This is not a suitable solution because the montage required to view the EEG often does not match the optimal montage for artifact removal.

図5〜8は、読み手に対して脳の真の活動をさらに明確に提示するため、EEG信号からアーチファクトを除去する方法を示す。図6は、発作、筋肉アーチファクト、眼球運動アーチファクトを含むEEG記録4000を示す図である。図7は、筋肉アーチファクトを除去した図6のEEG記録5000を示す図である。図8は、眼球運動アーチファクトを除去した図7のEEG記録6000を示す図である。   FIGS. 5-8 illustrate a method of removing artifacts from the EEG signal to more clearly present the brain's true activity to the reader. FIG. 6 shows an EEG recording 4000 that includes seizures, muscle artifacts, and eye movement artifacts. FIG. 7 shows the EEG recording 5000 of FIG. 6 with muscle artifacts removed. FIG. 8 is a diagram illustrating the EEG recording 6000 of FIG. 7 with eye movement artifacts removed.

EEG記録の各種トレンドが処理エンジンによって生成される。各種トレンドとは、発作確率トレンド、律動スペクトログラム、左脳半球トレンド、律動スペクトログラム、右脳半球トレンド、FTスペクトログラム左脳半球トレンド、FFTスペクトログラム右脳半球トレンド、非対称相対スペクトログラムトレンド、非対称絶対的指標トレンド、aEEGトレンド、抑制部分、左脳半球および右脳半球トレンドである。 Various trends of EEG recordings are generated by the processing engine. The various trends, seizures probability trends, rhythm spectrogram, left hemisphere trend, rhythm spectrogram, right brain hemisphere trends, FT spectrogram left hemisphere trend, FFT spectrogram right hemisphere trends, asymmetric relative spectrogram trends, asymmetric absolute index trend, aEEG trend, inhibiting moiety is a left hemisphere and right hemisphere trends.

律動スペクトログラムは、単独画像で発作の進展を見ることができる。律動スペクトログラムは、EEG記録における各周波数に存在する律動量を測定する。   Rhythm spectrograms show seizure progress in a single image. The rhythm spectrogram measures the amount of rhythm present at each frequency in the EEG recording.

発作確率トレンドは、一定期間にわたる発作活動の算出された確率を示す。発作確率トレンドは検出された発作の期間を示し、発作検出遮断周波数に達しないが、まだ参照し続けるべき記録領域を示唆する。他のトレンドと共に表示される際、発作確率トレンドはEEGにおける定量変化の包括的ビューを提供する。   The seizure probability trend indicates the calculated probability of seizure activity over a period of time. The seizure probability trend indicates the duration of the detected seizure and suggests a recording area that does not reach the seizure detection cutoff frequency but should still be referenced. When displayed with other trends, seizure probability trends provide a comprehensive view of quantitative changes in the EEG.

図9で、定量EEGの算出方法全体を600で示す。ブロック601で、EEG信号が、複数の電極、増幅器、プロセッサを備えるEEG装置から生成される。ブロック602で、EEG信号がアーチファクト低減のために連続的に処理され、処理されたEEG記録を生成する。ブロック601で、定量EEGが処理されたEEG記録から算出される。好ましくは、高速フーリエ変換信号処理を使用して定量EEGを計算する。低減されるアーチファクトの種類は、まばたきアーチファクト、筋肉アーチファクト、舌運動アーチファクト、咀嚼アーチファクト、心拍アーチファクトから成る群から選択される。   In FIG. 9, the whole calculation method of quantitative EEG is indicated by 600. At block 601, an EEG signal is generated from an EEG device comprising a plurality of electrodes, an amplifier, and a processor. At block 602, the EEG signal is continuously processed for artifact reduction to produce a processed EEG record. At block 601, a quantitative EEG is calculated from the processed EEG record. Preferably, fast EFT signal processing is used to calculate the quantitative EEG. The type of artifact to be reduced is selected from the group consisting of blinking artifacts, muscle artifacts, tongue movement artifacts, mastication artifacts, and heartbeat artifacts.

図10で、定量EEGの算出方法全体を700で示す。ブロック701で、EEG信号が、電極、増幅器、プロセッサを備えるEEG装置から生成される。ブロック702で、EEG信号がアーチファクト低減のために連続的に処理され、連続アーチファクト削減EEGデータを生成する。ブロック703で、定量EEGが、略リアルタイムで連続アーチファクト削減EEGデータを用いて計算される。該方法は、定量EEGに基づき脳卒中を予測することをさらに含む。もしくは、該方法は発作検出のために定量EEGを利用することを含む。   In FIG. 10, the whole calculation method of quantitative EEG is indicated by 700. At block 701, an EEG signal is generated from an EEG device comprising an electrode, an amplifier, and a processor. At block 702, the EEG signal is continuously processed for artifact reduction to generate continuous artifact reduced EEG data. At block 703, a quantitative EEG is calculated using the continuous artifact reduction EEG data in near real time. The method further includes predicting stroke based on quantitative EEG. Alternatively, the method includes utilizing quantitative EEG for seizure detection.

図11および12は定量EEGの算出システムを示す。患者15は、EEG装置素子40に接続された電極35からの配線38で患者の頭に装着される複数の電極35a〜35cを有する電極キャップ31を身につけ、EEG装置素子40は、プロセッサを備えるコンピュータ41へ送る信号を増幅する増幅器42を有し、プロセッサは電極35からの信号を分析してEEG記録51およびqEEG51を生成し、それらをディスプレイ50に表示することができる。CPU41は、神経回路網アルゴリズム用のソフトウェアプログラムとqEEGエンジン用のソフトウェアプログラムとを含む。図12に示すように、アーチファクト低減エンジン、qEEGエンジン47、マイクロプロセッサ44、メモリ42、メモリコントローラ43、I/O48がEEG装置40の構成要素である。EEGは自動アーチファクトフィルタリングのために最適化される。その後、EEG記録は神経回路網アルゴリズムを用いて処理され、表示のために分析される処理済みEEG記録を生成する。
11 and 12 show a calculation system for quantitative EEG. The patient 15 wears an electrode cap 31 having a plurality of electrodes 35a to 35c attached to the patient's head by wiring 38 from the electrode 35 connected to the EEG device element 40, and the EEG device element 40 includes a processor. Having an amplifier 42 that amplifies the signal sent to computer 41, the processor can analyze the signal from electrode 35 to generate EEG records 51 and qEEG 51, which can be displayed on display 50. The CPU 41 includes a software program for a neural network algorithm and a software program for a qEEG engine. As shown in FIG. 12, the artifact reduction engine, the qEEG engine 47, the microprocessor 44, the memory 42, the memory controller 43, and the I / O 48 are components of the EEG device 40. EEG is optimized for automatic artifact filtering. The EEG record is then processed using a neural network algorithm to produce a processed EEG record that is analyzed for display.

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