JP2019515777A - 脳波計測のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

装置は、データ処理部（１００）と、刺激装置（１１２）とを備える。データ処理部（１００）は、１つ以上の非ゼロ量の麻酔薬物を投与された人間（１０８）の脳の計測に基づく第１の脳波データを受信する。データ処理部（１００）は、第１の脳波データと基準脳機能の対応するデータとの第１の比較を行い、第１の比較についての情報を出力する。刺激装置（１１２）は、第１の比較についての情報に基づいて、麻酔薬物を投与された人間（１０８）の脳に脳刺激を提供する。

Description

本発明は、脳波計測のための装置及び方法に関する。

心停止、脳卒中、外傷等に起因する潜在的損傷を伴う人間の脳の機能を評価することは、未だに重要な医学的課題である。適切な治療、治療介入並びに、人間の回復だけでなく成長までもが、脳機能障害の早期かつ確かな発見に依存する。

現代の脳撮像技術は、脳機能の評価を可能にする。しかしながら、当該撮像技術は手間がかかるとともに高価であり、かつ撮像装置はその位置に固定されているため動かすことができない。一方で、脳の損傷を伴う人間は、典型的には健康状態により移動を許されない重症患者である。この組み合わせが、脳検査室に患者を移動し、撮像装置の適切な位置に配置することを、困難又は不可能にしている。さらに脳撮像は、少なくとも、ほぼ常に、典型的には集中治療室の外側にある別の部屋への患者の移動を必要とする。従って、潜在的な脳損傷を伴う患者の脳機能の試験に改善が求められている。

米国特許出願第１４／６７４，３１８号明細書

本発明は、計測における改善を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、請求項１に記載の装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、請求項１２に記載の装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、請求項１３に記載の方法が提供される。

本発明に係る解決手段は、複数の利点を提供する。１以上の麻酔薬物の影響下における、正常な脳機能からの乖離を、決定及び提示することが可能である。刺激により、乖離の持続性が試験されてもよい。刺激の少なくとも１つの特性は、決定された乖離に基づいて選択されてよい。さらに、選択された刺激は、脳機能を正常な脳機能へと修正するために用いられてよい。

本発明の実施例は、以下の対応する図面を参照しながら説明されるが、これは例示に過ぎない。

図１は、脳機能計測のための装置の例を示す。 図２は、磁気的刺激装置の例を示す。 図３は、電気的刺激装置の例を示す。 図４は、超音波刺激装置の例を示す。 図５は、化学的刺激装置のための投与装置の例を示す。 図６は、データ処理部の例を示す。 図７は、計測方法のフローチャートの例を示す。 図８は、注入ポンプによる麻酔薬物の投与量の曲線及び、良好な予後の人間の血中麻酔薬物濃度の曲線の例を示す。 図９は、刺激が適用される臨床プロトコルの例を示す。

以下の実施形態は、例示に過ぎない。複数の箇所で詳細説明は「ある」実施形態を参照し得る。しかしながら、それらの各々が同一の実施形態を参照すること、又は特徴が単一の実施形態にのみ適用されることを必ずしも意図しない。異なる実施形態の単一の特徴は、他の実施形態を提供するために組み合わせられてもよい。さらに、「備える」又は「含む」の語は、説明される実施形態が言及された特徴のみで構成されるものに制限するものではなく、それらの実施形態は特に言及されていない特徴／構造を内包し得ることは、理解されるべきである。

図面は様々な実施形態を図示する一方、これらは、いくつかの構造及び／又は機能単位を図示するに過ぎない単純化された図であることには注意すべきである。図面に示された接続は、論理的又は物理的接続を参照し得る。説明された装置が、図面及び文書で説明された以外の機能及び構造を備えていてもよいことは、当業者には明らかである。計測及び／又は制御のために用いられるいくつかの機能、構造及び信号が、実態的発明と無関係であることは認められるべきである。従って、それらの詳細が本明細書でより詳細に議論されるべきではない。一般的な先行技術のコンセプトは、特許文献１で説明されている。

徐波は、周波数が１ヘルツ又はそれ未満（f<1Hz）であり、これは非急速眼球運動（ＮＲＥＭ）睡眠の重要なＥＥＧのサインであると認められ得る。徐波の生理学的重要性と、麻酔下における徐波の発生を制御されたやり方で検査することの可能性とに基づいて、この電気生理学的現象は損傷した脳では途絶されるという仮説が立てられ得る。波の形成において要求される、皮質領域と皮質下領域との繊細な相互作用と同様、多数のニューロンの同時的な活動も、異常な脳機能に敏感であると予測できる。この目的のため、本出願は、院外心停止から蘇生した後の、集中治療室（ＩＣＵ）の複数の昏睡患者に施された実験を参照する。

実験プロトコルは、ヘルシンキ宣言ガイドラインに準拠するオウル大学病院生命倫理委員会により承認された。患者の最も近い親戚は、書面の同意書を求められた。心停止の間の減少した酸素供給のため、潜在的に低酸素虚血性脳損傷を患った。このため、患者は実験の前の神経保護処置として、治療学的低体温療法を施された。回復の早期段階で潜在的なびまん性脳損傷を発見するのは多大な労力を要するため、これらの患者は一般に重大な診断上の課題を代表する。実験では、麻酔により誘発された徐波は、患者に様々な量の麻酔薬物（プロポフォール）を、制御されたやり方で投与することで試験された。徐波と脳損傷との対応関係を評価するため、患者の神経回復は６ヶ月にわたり経過観察された。

ここで、図１により脳機能計測のための装置の例を考察する。装置は、データ処理部１００と、刺激装置１１２とを備える。ある実施形態では、装置は、電極システム１０２、投与装置１０４及び／又は血液計測装置１０６を備えていてよい。投与装置１０４は、例えば注入ポンプを含むか、又は注入ポンプであってよい。

電極システム１０２は、人間１０８の頭皮又は脳に電気的に接続されるか、又は接触している。電極システム１０２は、脳波（ＥＥＧ）データをデータ処理部１００に提供する。脳波データは電極システム１０２からデータ処理部１００に直接供給されてもよいし、脳波データはまずはメモリに格納され、後に当該脳波データがデータ処理部１００に供給されてもよい。

脳波は、本質的には、脳の電気的活動の記録である。電気的活動は脳組織のニューロンにより電圧変化として計測される。

脳波データとは、データ処理部１００で処理されて解析され得るアナログ又はデジタル形式の脳波情報をいう。計測されたデータは、脳及び／又はその機能の状態を決定するために、データ処理部１００で処理解析される。制御動作、決定、結果データ又は診断は、脳波データ又は決定された状態／機能に基づいていてよい。

ＥＥＧ信号を記録するために、システムは実験内のように複数のチャネルを有してよい。チャネルの数は１９個であってよいが、これに限定はされない。ＥＥＧは、銀／塩化銀電極の電極キャップを用いる国際１０／２０システムである電極システム１０２により記録されてよい。記録のために、ｖ３２増幅器を備えたニコレット（Ｎｉｃｏｌｅｔ）ｎＥＧＧモジュール神経診断システムが用いられてよい。増幅器は例えば５００Ｈｚのサンプリング周波数及び０．０５３〜５００Ｈｚの帯域幅を持っていてよい。一般的な平均基準が用いられてよい。ＥＥＧ記録のために、ＩＣＵの一般的な手法に従い得る麻酔薬物により、患者の鎮静が実現されてよい。

注入ポンプは、液体の麻酔薬物を患者の人体に注入してよい。麻酔薬物は単一の麻酔薬品又は複数の麻酔薬品の組み合わせを含んでいてよい。麻酔薬物は、患者の循環器系の少なくとも１つの静脈に注入されてよい。麻酔薬物は連続的に注入されるか、又は１以上のボーラスとして導入されてもよい。以下、麻酔薬物は静脈薬物とも呼ばれる。追加又は代替的に、動脈、硬膜外及び／又は皮下、髄腔内並びに筋肉への注入が用いられてもよい。この状況において、注入は注射も含む。注入ポンプは麻酔薬物を非常に正確に投与することができる。麻酔薬物の手動での注射はより不正確かつ高価である。インプットが例えば時刻、ＥＥＧ計測、及び計測された麻酔薬物濃度等の望むパラメータにより変化するように、注入ポンプは麻酔薬物を最適に投与するために用いられてよい。

追加又は代替的に、投与装置１０４としての吸入装置が、麻酔薬物を吸入するために用いられてよい。吸入は連続的であってよいし、又は麻酔薬物は、段階的なやり方で、各ステップにおける投与量を増減させながら導入されてもよい。

データ処理部１００はまず、人間１１０が推定又は計測された１つ以上の非ゼロ量の麻酔薬物を投与されている間、人間１１０の脳のＥＥＧ計測に基づいた脳波データを受信する。

上記の少なくとも１つの麻酔薬物は、人間１１０の人体１０８における、推定又は計測された非ゼロの１つ以上のレベルの濃度を、時間の関数として有し得る。推定又は計測され得る唯一の非ゼロ濃度においてＥＥＧを計測することも可能である。１つのレベルの濃度に代えて、麻酔薬物は複数の濃度レベルを、時間の関数として有していてよい。上記の少なくとも１つの濃度レベルは、推定されるか又は計測されてよい。麻酔薬物のＥＥＧ効果は、典型的には人体１０８における麻酔薬物の濃度レベルに依存する。バーストサプレッションパターンといったＥＥＧ特徴は、麻酔薬の効果又はレベルを決定するために用いられてよい。代替的に又は追加で、ＥＥＧ特徴は、徐波活動といった、薬品の投与に起因する特徴を含んでよく、この特徴における例えば薬品の最大効果が活用される。さらに代替又は追加で、薬品の投与による特徴量の変化であって、徐波活動のレンジにおける所定のしきい値を超えた変化の、判断を含み得る。この所定のしきい値は、当業者の経験に基づいていてよい。所定のしきい値は、シミュレーションに基づいていてよい。所定のしきい値は、文献に記載された予測される薬効、効果及び用法に基づいていてよい。薬効は時間の関数として変化するため、当業者は知識に基づいて、いつ所定のしきい値が超えられるかを知る。

ある実施形態において、投与装置１０４は、人体１０８に導入される麻酔薬物のインプットを調整してよい。ここで「インプット」は、麻酔薬物の投与速度又は投与量を示す。このやり方において、ある時刻における人体１１０内の麻酔薬物の濃度又はＥＥＧ効果は、調整されたインプットに基づいて推測され制御される。

ある実施形態において、インプットの調整は、単位時間あたりの麻酔薬物の量を調整することを含む。ある実施形態において、インプットの調整は、バーストサプレッションパターンといったＥＥＧ特徴に基づいて麻酔薬物の量を調整することを含む。インプットは、麻酔薬品の種類又は麻酔薬品の組み合わせに依存してよい。ある実施形態において、投与量の調整は、麻酔薬物の投与の投与速度を調整することを含む。例えば、投与速度が時間の関数として変化していてよい。麻酔薬物の導入は、人間の人体内の麻酔薬物の濃度の１つ以上のレベルを引き起こす。

少なくとも１つの麻酔薬物の脳機能へのＥＥＧ効果は、インプットに基づいて推測されてよい。ＥＧＧエフェクトは脳内又は血液中の麻酔薬物の濃度に依存し、すなわち、インプットに依存する。麻酔薬物の使用は、計測にとっての基礎を提供する。麻酔薬物は人間１１０に無意識状態を引き起こす。追加又は代替的に、麻酔薬物は人間１１０に健忘症、無痛覚症及び／又は麻痺を引き起こす。

データ処理部１００は、第１の脳波データと、正常な脳機能（基準脳機能といってよい）における対応するデータとの比較を実行し、一般に第１の脳波データはいかなるＥＥＧ信号に基づいたものでも、又はＥＥＧ信号のいかなる一部に基づいたものでもあり得る。比較は第１の脳波データと、正常／基準脳機能の対応するデータとの類似度を計測してよい。類似度計測は、例えば相関に基づいてよい。追加的又は代替的に、類似度計測は、正常／基準脳機能に現れる異なる周波数又はチャネル同士の間の信号結合に基づいてよい。追加又は代替的に、類似度計測は、正常／基準脳機能に現れるＥＥＧ特徴量のトポグラフィ分布に基づいてよい。

データ処理部１００は、第１の比較についての情報を出力する。データ処理部１００は、比較についての情報を視覚的又は聴覚的に提示するために用いられるユーザインターフェース１００Ｂを備えてよい。視覚的提示は、英数字及び／又は映像表現を含み得る。ユーザインターフェース１００Ｂは、情報を提示するためのスクリーン、スピーカ及び／又はプリンタを含んでよい。

その後、刺激装置１１２は、第１の比較についての情報の直接的又は間接的な受信に基づいて、麻酔薬物を投与された人間１１０の脳に脳刺激を提供する。ここで、ある解釈によると刺激は、例えば磁気的、電気的、力学／音響的、光学的又は化学／薬学的なインプットを通じて、直接又は間接に、脳機能に影響を与える試みをいう。

ある実施形態において、データ処理部１００は、麻酔薬物の影響下における人間１１０の第１の脳波データの徐波の活動に基づいて、第１の結果データを形成してよい。一般に第１の結果データはいかなるＥＥＧ信号に基づいたものでも、又はＥＥＧ信号のいかなる一部に基づいたものでもあり得る。

ある実施形態において、少なくとも１つの麻酔薬物は、ＥＥＧ計測においてバーストサプレッションパターンが観測されるよう投与され得る。バーストサプレッションパターンの観測はデータ処理部１００又は看護スタッフが行ってよい。

より詳細には、数分間（例えば５分間）持続するＥＥＧ信号サンプルが、麻酔薬物の投与の各レベルにおいて抽出されてよい。サンプルは、薬品濃度血液サンプルの採取に関する実験の終了時と同様、３０分期間の終了時であって、注入速度の変更の直前にも取得されてよい。期間は、麻酔薬物が人間の中でＥＥＧ効果を引き起こすように選択される（図９参照）。期間は数分から数十分間持続してよい。ＥＥＧ信号シーケンスは、数秒から数十秒の長さを有してよい。長さは例えば３０秒であってよい。これらの信号は、例えばウェルチの平均ピリオドグラム法を用いたパワースペクトル密度（ＰＳＤ）推定の計算の前に、例えば４８Ｈｚのカットオフ周波数を有するローパスＦＩＲフィルタ（有限インパルス応答フィルタ）を用いてフィルタリングされてよい。推定は、たとえば５秒程度のハミング窓と、４．９秒のオーバーラップを用いて作成されてよい。推定の頑健性を向上させるため、次いである麻酔薬物の同一の注入速度を表現する上記複数のＰＳＤ推定値の平均が計算される。平均されたＰＳＤ推定から、１Ｈｚ又はそれ未満の成分が、低周波数ＥＥＧパワーを表現するために合計される。最終的に、患者の所定の注入速度における徐波活動を定量化する平均低周波数パワーが、全ＥＥＧチャネルに対して計算され得る。追加又は代替的に、徐波活動（１Ｈｚ未満）を説明する１つ以上の変数を形成するほかの種類のアプローチも用いられ得る。徐波活動は、連続するＥＥＧから決定されるか、又はバーストサプレッションパターン中に発生するバーストから決定され得る。異なる注入速度における活動の相対的変化を評価するために、値はプロポフォールといった麻酔薬物の注入速度０ｍｇ／ｋｇｈにおける個別平均パワーを用いて正規化され得る。ある実施形態では、徐波活動は例えば、低周波（１Ｈｚ未満）におけるパワーを、ＥＥＧの合計のパワーで除算することで、ＥＥＧ活動と関連して表現もされ得る。ある実施形態では、徐波活動は、例えば低周波（１Ｈｚ未満）におけるパワーを、１つ以上の所定の周波数帯（低周波を含んでも含まなくてもよい）におけるＥＥＧのパワーで除算することで、ＥＥＧ活動と関連して表現もされ得る。

例えば、データ処理部１００では、Ｍａｔｌａｂ（登録商標）技術計算言語によりコンピュータＥＥＧ解析が実行されてよく、ＥＥＧＬＡＢを用いてトポグラフィグラフが作成されてよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、第１の結果データが正常／基準脳機能の対応するデータから乖離しているか否かの検知を行ってよい。データ処理部１００は、第１の結果データと正常／基準脳機能の対応するデータとを比較してよい。もし第１の結果データと正常／基準脳機能との類似度が十分に大きいならば、乖離は存在しない。一方、第１の結果データと正常／基準脳機能との類似度が小さいならば、乖離が存在する。類似度の計測は、例えば、相関、正常／基準脳機能に現れる異なる周波数又はチャネル同士の信号結合、又は、正常／基準脳機能に現れるＥＥＧ特徴量のトポグラフィ分布であってよい。例えば、徐波活動の比較は、低周波（１Ｈｚ未満）における信号のパワーに基づいて決定されてよい。相関の十分に大きい類似度は、５０％程度以上であってよい。相関の小さい類似度は、５０％程度未満であってよい。ここで基準脳機能は、健康な脳の正常な機能又は、健康な脳の正常な機能の平均を示す。

ある実施形態では、データ処理部１００は、第１の結果データが正常／基準脳機能の対応するデータから乖離している場合に、乖離についての情報を出力する。第１の比較の結果は、乖離に関する情報を含む。

ある実施形態では、刺激装置１１２は乖離についての情報の直接又は間接の受信に基づいて、麻酔薬物を投与された人間１１０の脳に脳刺激を提供してよい。

すなわち刺激装置１１２は、正常／基準脳機能からの乖離の検出に応答して、人間１１０の脳に脳刺激を提供してよい。

ある実施形態では、刺激装置１１２は比較についての情報であって、間接的に看護スタッフからの、ユーザインターフェース１００Ｂを通じた乖離についての情報を含む、情報を受信してよい。看護スタッフは、ユーザインターフェース１００Ｂがデータ処理部１００により看護スタッフに出力された乖離についての情報を提示しているのを理由に、情報を入力してよい。

ある実施形態では、刺激装置１１２は比較についての情報であって、直接的にデータ処理部１００からの、データ処理部１００と刺激装置１１２との間の操作的接続を通じた乖離についての情報を含む、情報を受信してよい。操作的接続は、有線又は無線であってよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は例えば、麻酔薬物の計測又は推定された影響下における徐波活動と関係づけられた乖離を検出してよい。ある実施形態では、データ処理部１００は例えば、麻酔薬物の計測又は推定された影響下における徐波活動の欠乏と関係づけられた乖離を検出してよい。乖離は代替的に又は追加で、デルタ（１〜４Ｈｚ）、シータ（４〜８Ｈｚ）、アルファ（８〜１２Ｈｚ）、ベータ（１２Ｈｚより高周波）、若しくはいくつかの他の所定の周波数帯といったいくつかの他のＥＥＧ周波数帯における活動か、又はＥＥＧの合計のパワーと関係づけられ得る。乖離は、これらの周波数帯における相対的活動と関係づけられることもできる。乖離は、異なるトポグラフィ領域における信号の位相結合と関係づけられることもできる。乖離は、信号におけるてんかん性の活動の検出と関係づけられてもよい。

乖離は、トポグラフィ領域、すなわち、頭皮上の電極の空間位置と関連して、これらの周波数帯における活動と関係づけられてもよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、例えば、麻酔薬物の計測又は推定された影響下における正常／基準脳機能を下回る徐波活動と関係づけられた乖離を検出してよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、例えば、麻酔薬物の計測又は推定された影響下における正常／基準脳機能を上回る徐波活動と関係づけられた乖離を検出してよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、例えば、麻酔薬物の投与の影響下における健康な脳の正常／基準機能に現れない脳波活動と関係づけられた乖離を検出してよい。すなわち、検出された乖離は、麻酔薬物の投与の影響下における任意の異常な脳機能であり得る。刺激装置１１２はその後、麻酔薬物を投与された人間１１０の脳に、乖離についての情報の直接又は間接の受信に基づいて、脳刺激を提供する。てんかん性の活動又はサプレッションなどの異常のために、ＥＥＧサンプルが評価されてよい。一方、アーティファクトは自動的に、又は臨床神経生理学の専門家により除外されてよい。アーティファクトは、例えばＯＥＧ（眼電図）、ＥＭＧ（筋電図）又は移動などに起因し得る。各信号サンプルから、第１の結果データの複数の代表アーティファクトなしシーケンスが、処理部１００におけるさらなる解析のために選出されてよい。

順調に回復する者とは異なり、神経学的予後の不十分な患者は、典型的には、刺激なしに実質的な麻酔薬物誘起の徐波活動を発生することができない。徐波に加え、デルタ（１〜４Ｈｚ）、シータ（４〜８Ｈｚ）、アルファ（８〜１２Ｈｚ）、ベータ（１２Ｈｚより高周波）、若しくはいくつかの他の所定の周波数帯といったいくつかの他のＥＥＧ周波数帯における麻酔誘起の活動か、又はＥＥＧの合計のパワーは、神経学的予後の不十分な患者における基準又は正常から異なり得る。これらの周波数帯における麻酔誘起の相対的活動も、神経学的予後の不十分な患者における基準又は正常から異なり得る。これらの周波数帯における、トポグラフィ領域と関連した麻酔誘起の活動の変化も、神経学的予後の不十分な患者における基準又は正常から異なり得る。異なるトポグラフィ領域における信号の位相結合も、神経学的予後の不十分な患者における基準又は正常から異なり得る。麻酔誘起のＥＥＧにおける変化は、神経学的予後の不十分な患者において、てんかん性活動などの異常活動を開示するが、これは順調に回復する患者には現れない。

それゆえ、徐波活動の場合、麻酔薬物の濃度の変化についての低周波ＥＥＧパワーの変化は重要ではない。絶対的な効果はしばしば、正常であれば麻酔薬物注入速度が高いときに徐波活動が最も強くなるべき前頭葉及び側頭葉の領域で最も顕著である。しかしながら、明瞭な相対的変化は、脳の領域にかかわらず全てのチャネルで観測され得る。一般に、神経学的予後の不十分な患者は、正常／基準脳機能から乖離した脳活動を有する。従って、低周波パワーにおける麻酔薬物誘起の変化は、順調に回復する者と予後が不十分な者との間に非常に重大な差異を有すると判断されてよい。

刺激装置１１２が脳に刺激を与える時、脳活動の状態が変化し得る。推定又は計測された１つ以上の非ゼロ量の麻酔薬物を投与された脳において、刺激の途中で、徐波活動が戻り、脳活動は正常に変化するか、又は脳活動は少なくとも正常に向かって変化する。刺激により徐波活動が恒久的に変化し、それにより脳活動が正常になるか又は脳活動が少なくとも正常に向かって変化したということが起こってもよい。

ある実施形態では、刺激装置１１２は脳に、磁気的、電気的、力学的、化学的若しくは熱的影響などを与えてよい。磁気的及び／又は電気的影響は例えば放射であってよい。電気的影響は電磁放射の形で、又は皮膚接触を通じて伝送され得る。力学的影響は、例えば音波などで、これも放射であってよい。

図２に示された例の実施形態において、刺激装置１１２は、磁気的刺激を提供するための少なくとも１つのコイル２００を備えてよい。刺激は経頭蓋で行われてよく、コイル又は複数のコイルは、頭部の外側において、刺激される領域の近傍に配置される。コイル２００に交流電流が供給されるとき、交流磁界が生成される。刺激は繰り返しのやり方で行われてよく、磁気的刺激パルスが所定の周波数で繰り返し与えられる。周波数は例えば０．８Ｈｚ又は５Ｈｚであってよく、刺激は例えば３０分程度継続されてよい。皮質の所定の領域を刺激するために、刺激は感覚運動皮質の上の領域などの頭皮上の所定の位置に与えられてよい。刺激の強度は、１５０〜１８０Ｖ／ｍの最大電界に対して、例えば最大刺激出力の６５〜８５％であってよい。

図３に示された例の実施形態において、刺激装置１１２は、脳に電気的刺激を提供するための少なくとも１つの刺激電極３００を備えてよい。少なくとも１つの刺激電極３００は、電極システム１０２に含まれてもよいし、又は電極システム１０２から分かれていてもよい。電極３００は無線の電磁放射を伝送するか、又は脳との皮膚接触を通して交流若しくは直流の電流を脳に供給してよい。刺激は経頭蓋で行われ、電極又は複数の電極は、頭皮上において刺激される領域の近傍に配置されるようにしてよい。刺激は振動のやり方で与えられ、交流電流の方向の直流電流の振幅が所定の周波数で変更されるようにしてもよい。周波数は例えば約０．８Ｈｚ又は５Ｈｚであってよく、刺激は例えば３０分程度継続されてよい。刺激は、皮質の所定の領域を刺激するために、例えば前頭皮質の上の領域といった頭皮上の所定の領域に与えられてよい。直流刺激では、アノード電極（陽極電極）は前頭皮質の上に配置されてよく、カソード電極（陰極電極）は基準電極の役割を果たして三角筋上に配置されてよい。刺激電流は例えば０〜０．６ｍＡの間で変化し、最大電流密度は約０．５ｍＡｃｍ^−２であり得る。

頭皮上の刺激に代替又は追加で、電極を皮質の表面又は脳組織の内部に配置することで、直接脳組織に電気的刺激が加えられてよい。この場合のアプローチは脳深部刺激と呼ばれる。

図４に示された例の実施形態において、刺激装置１１２は、脳に音響的刺激を提供するための少なくとも１つの超音波振動子４００を含んでよい。超音波振動子４００は、超音波を脳全体又は脳の一部分に向けてよい。

図２〜図４に類似のある例の実施形態において、刺激装置１１２は、脳に光刺激を提供するための少なくとも１つの光ファイバー又は少なくとも１つの放射光源を含んでよい。放射光源は、例えば、少なくとも１つのＬＥＤ（発光ダイオード）又は少なくとも１つのレーザーを含んでよい。少なくとも１つの光ファイバー又は少なくとも１つの放射光源は、脳全体、脳の一部分、又は脳のいくつかの部分に光刺激を向けてよい。光刺激において、光遺伝学的アプローチが組み合わされてよい。このアプローチでは、遺伝子操作によりニューロンは光刺激に敏感にされている。

ある実施形態であって、そのある例は図５に示される、実施形態では、刺激装置１１２は、脳に化学的刺激を提供するための少なくとも１つの刺激投与装置５００を含み得る。刺激投与装置５００は投与装置１０４と同様の注入ポンプ及び／又は吸入装置を含んでよい。実際、投与装置１０４は、刺激投与装置５００及び／又は刺激装置を含むか、それらと接続されるか、又はそれらと同一であってよい。刺激投与装置５００は、人間１１０に少なくとも１つの刺激薬品を提供する。ここで刺激薬品とは、不足の活動を誘発するか、又は異常な活動を減少させ得る薬品を示す。例えば、徐波活動に対する刺激薬品は、静脈ＧＡＢＡ性麻酔（ＧＡＢＡ：ガンマアミノ酪酸）、吸引ＧＡＢＡ性麻酔、オピオイド、アルファ２アドレナリン麻酔、及び／又はＮＭＤＡ遮断薬（ＮＭＤＡ：ＮメチルＤアスパラギン酸）であり得る。ほかの静脈ＧＡＢＡ性麻酔のグループは、例えば、エトミデート、チオペンタール、及び／又はメトヘキシタールを含み得る。吸引ＧＡＢＡ性麻酔のグループは、例えば、イソフルラン、デスフルラン及び／又はセボフルランを含み得る。オピオイドのグループは例えば、モルヒネ、フェンタニル、アルフェンタニル、レミフェンタニル及び／又はスフェンタニルを含み得る。アルファ２アドレナリン麻酔のグループは例えば、デクスメデトミジンなどを含み得る。ＮＭＤＡ遮断薬は例えば、キセノン及び／又はケタミンを含む。ある実施形態では、データ処理部１００は、第１の比較に基づく２つ以上の特性から、刺激装置１１２の刺激特性を決定してよい。ある実施形態では、データ処理部１００は、正常／基準脳機能からの検出された乖離に基づく２つ以上の特性から、刺激装置１１２の刺激特性を決定してよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、以下のような、刺激装置１１２の少なくとも１つの特性：刺激装置１１２により行われる刺激の種類、強さ、周波数、及び持続時間の少なくとも１つの特性を決定してよい。例えば、５０％程度以上の徐波活動の欠乏が検出されたとき、経頭蓋の磁気又は電気的刺激を含み約０．８Ｈｚの周波数を有する刺激処置が、３０分にわたって適用されてよい。化学的刺激の場合、強さは刺激薬品の量若しくは服用量、又は、刺激薬品による処置の持続時間を示し得る。周波数は、音響的、電気的又は磁気的信号の周波数か、又は刺激の繰り返しの速さを示し得る。

種類に関連するある実施形態では、データ処理部１００は、少なくとも１つの刺激コイル２００、少なくとも１つの刺激電極３００、少なくとも１つの超音波振動子４００、少なくとも１つの投与装置５００又はこれらの任意の組み合わせのいずれを用いるかを決定し得る。

さらに、データ処理部１００は、第２の脳波データと、以下のうち少なくとも１つとの第２の比較を行ってよい：正常／基準脳機能のデータ、及び第１の結果データ。この正常／基準脳機能についての比較は、第１の脳波データと関係づけられたものと類似のやり方で行われてよい。第１の脳波データについての比較は正常／基準脳機能と関係づけられた比較と類似の比較のやり方で行われてよい。最後に、データ処理部１００は第２の比較についての情報を提示してよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、推定又は計測された１つ以上の非ゼロ量の麻酔薬物及び刺激装置１１２により行われる刺激の療法の影響下における人間１１０の脳の計測に基づく第２の脳波データを受信してよい。その後データ処理部１００は、脳の活動を参照する第２の脳波データのＥＥＧに基づいて第２の結果データを形成してよい。ある実施形態では、データ処理部１００は第２の脳波データの徐波活動又は他の脳活動に基づいて第２の結果データを形成してよい。

さらに、データ処理部１００は、第２の結果データが以下の少なくとも１つから乖離しているか否かを判断してよい：正常／基準脳機能のデータ、及び第１の結果データ。この正常／基準脳機能についての判断は、第１の検出に関係づけられたものと類似のやり方で行われてよい。第１の結果データについての決定も、正常／基準脳機能と関係づけられた比較と類似の比較のやり方で行われてよい。最後に、データ処理部１００は第２の検出を提示してよい。第２の検出は、スクリーン、ディスプレイを用いて提示されてよく、又は第２の検出は印刷されてよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、人間１１０の神経学的機能レベルを第２の検出に基づいて予測し、予測を提示してよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、もし第２の結果データの徐波活動又は他の脳活動が第１の結果データのそれよりも正常脳活動に近いならば、人間１１０の正常神経活動機能へのさらなる進展を予測してよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、もし第２の脳波データが、第１の脳波データの場合よりも正常／基準脳活動に近いならば、人間１１０の正常／基準脳活動機能へのさらなる進展を予測してよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、もし第２の結果データの徐波活動又は他の脳活動が第１の結果データのそれよりも正常脳活動から遠いならば、人間１１０の正常神経活動機能から不十分な状態へのさらなる進展を予測してよい。

ある実施形態では、データ処理部１００は、もし第２の脳波データが、第１の脳波データの場合よりも正常／基準脳活動から遠いならば、人間１１０の正常／基準脳活動機能から不十分な状態へのさらなる進展を予測してよい。

ある実施形態では、第１及び第２の結果データは徐波活動に由来する指標又は変数であり得る。第２の結果データは人間の良好な神経回復又は、人間の不十分な神経回復を予測するために用いられてよい。人間の良好な神経回復は、もし第２の結果データにおける徐波活動が予め決定されたしきい値よりも高いならば、可能であり得る。予め決定されたしきい値は、経験に基づいて決定されてよい。ある実施形態では、予め決定されたしきい値は、活動が、任意の速度の麻酔薬物の投与の後で、所定の割合よりも大きく増加するレベルであり得る。ある実施形態では、予め決定されたしきい値は、活動が、任意の速度の麻酔薬物の投与の後に、例えば５０％よりも大きく増加するレベルであり得る。データ処理部１００は、類似のやり方で、もし徐波活動が予め決定されたしきい値よりも低いならば深刻な機能障害、昏睡又は死亡を予測するために用いられ得る第２の結果データを形成して出力してよい。しかしながら、第２の結果データそれ自体は、良好又は不十分な予後を予測することはなく、人間１１０の状態の専門家による判断を必要とする。

ある実施形態では、もし第２の結果データにおける徐波活動が第１の結果データにおけるよりも高いならば、人間の良好な神経回復が予測され得る。

図６に示された例の実施形態において、データ処理部１００は、少なくとも１つのプロセッサ６００及び少なくとも１つのメモリ６０２を含むコンピュータを含み得る。これらの動作は、メモリに格納されて動作を制御するコンピュータプログラムのプログラム命令のシーケンスに基づく。１つ以上のプロセッサ６００を伴う１つ以上のメモリ６０２及び、１つ以上のプロセッサ６００を伴うコンピュータプログラムは、装置に以下のものを制御させてよい。データ処理部１００は、推定又は計測された１つ以上の非ゼロ量の麻酔薬物を投与された人間１１０の脳の計測に基づく第１の脳波データを受信するよう制御されてよい。データ処理部１００は、第１の脳波データと、正常／基準脳機能の対応するデータとの第１の比較を行うよう制御されてよい。データ処理部１００は、第１の比較についての情報を出力するよう制御されてよい。刺激装置１１２は、第１の比較についての情報の直接又は間接の受信に基づいて、麻酔薬物を投与された人間１１０の脳に脳刺激を提供するよう制御される。

１つ以上のプロセッサ６００及び１つ以上のメモリ６０２を用いるのに代替又は追加で、制御は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）といった１つ以上の集積回路で実装されてよい。個別の論理デバイスから構築された回路といった、他の機器の実施形態も可能である。これらの異なる実装の複合も可能である。例えば、Ｍａｔｌａｂ技術計算言語によりコンピュータＥＥＧ解析が行われてよく、ＥＥＧＬＡＢを用いてトポグラフィグラフが作成されてよい。

ある実施形態では、麻酔薬品はプロポフォールであり得る。プロポフォールに追加又は代替で、麻酔薬物は徐波活動に影響を与えることで知られる他の麻酔であってよい。より一般的に、ある実施形態では、少なくとも１つの麻酔薬物は、以下の、他の静脈ＧＡＢＡ性麻酔、吸引ＧＡＢＡ性麻酔、オピオイド及びアルファ２アドレナリン麻酔のグループから選択されてよい。

例えば、他の静脈ＧＡＢＡ性麻酔のグループは、エトミデート、チオペンタール、及び／又はメトヘキシタールを含み得る。

例えば、吸引ＧＡＢＡ性麻酔のグループは、イソフルラン、デスフルラン及び／又はセボフルランを含み得る

例えば、オピオイドのグループは、モルヒネ、フェンタニル、アルフェンタニル、レミフェンタニル及び／又はスフェンタニルを含み得る。

例えば、アルファ２アドレナリン麻酔のグループは、デクスメデトミジンなどを含み得る。

例えば、ＮＭＤＡ遮断薬は、キセノン及び／又はケタミンを含む。図７は、計測メソッドのフローチャートである。ステップ７００において、推定又は計測された１つ以上の非ゼロ量の麻酔薬物を投与された人間１１０の脳の計測に基づく第１の脳波データが、データ処理部１００により受信される。ステップ７０２では、第１の脳波データと正常／基準脳機能の対応するデータとの間の第１の比較が、データ処理部１００により行われる。ステップ７０４では、第１の比較についての情報が、データ処理部１００により出力される。ステップ７０６では、麻酔薬物を投与された人間１１０の脳が、比較についての情報の直接又は間接の受信に基づいた刺激を提供される。

図７に示された方法は、論理回路の解法又はコンピュータプログラムとして実装されてよい。コンピュータプログラムは、それを分配又は配信するためのコンピュータプログラム分配手段に配置されてよい。コンピュータプログラム分配手段は例、データ処理部により可読であって、コンピュータプログラムをエンコードし、計測を実行し、及び選択的に、計測に基づいてプロセスを制御する。

コンピュータプログラムは、制御部により可読ないかなる媒体でもあり得る分配媒体を用いて分配される。媒体はプログラムストレージ媒体、メモリ、ソフトウェア分配パッケージ、又は圧縮ソフトウェアパッケージであってよい。いくつかのケースでは、分配は以下の少なくとも１つを用いて行われる：近距離無線通信信号、短距離信号、及び遠隔通信信号。

一方、分配媒体は、可読媒体、可読プログラムストレージ媒体、可読メモリ、可読ソフトウェア分配パッケージ、又は可読圧縮ソフトウェアパッケージであり得る。

図８は、注入ポンプによる麻酔薬物のインプットの曲線８００及び、良好な予後の人間の血中麻酔薬物濃度の曲線８０２の例を示す。良好な予後は、正常神経機能へのさらなる進展を示す。第１の縦軸は、時間単位（ｈ）及び麻酔薬物が投与される人間の質量単位（ｋｇ）あたりの麻酔薬物の質量（ｍｇ）で定義されたインプットＩを表す。第２の縦軸は、血中麻酔薬物濃度Ｃ（ｍｇ／ｌ）を表す。横軸は時刻Ｔを分単位で表す。この実験では単一の麻酔薬品が使用され、その麻酔薬品はプロポフォールであった。投与されるプロポフォールの量は４ｍｇ／ｋｇｈから０ｍｇ／ｋｇｈまで、３０分ごとに段階的に減少された。麻酔薬物の投与量は、例えば１ｍｇ／ｋｇｈ程度のように、すべてのステップで同じ量だけ減少してよい。図８の例では、プロポフォールの投与量は、始めは１ｍｇ／ｋｇｈずつ、その後は０．５ｍｇ／ｋｇｈずつ減少されている。血中プロポフォール濃度は、次の注入速度の減少の直前に計測された。最高の注入速度４ｍｇ／ｋｇｈのとき、最高のプロポフォール濃度２．３９±０．４５ｍｇ／ｌ（平均±標準偏差）が達成され、最低の注入速度０ｍｇ／ｋｇｈのとき、最低のプロポフォール濃度０．９８±０．２６ｍｇ／ｌが達成された。グループ、すなわち良好及び不十分な神経学的予後の患者の濃度の値は同等であった。不十分な予後は、正常神経機能を欠くか又は変化のないことを示す。つまり、神経機能が退行しているか、変化がないか、又は、深刻な機能障害、昏睡若しくは死亡を招く程に神経機能の潜在的進行がごくわずかである。従って、不十分な予後と関係づけられた神経機能における潜在的進行であっても、それは進展とは判断され得ない。

ある実施形態では、麻酔薬物の量は減少されるかわりに、０ｍｇ／ｋｇｈから所望の最大レベルまで増加されてよい。投与量は連続的でも離散的（段階的）でもよい。ある実施形態では、麻酔薬物の開始レベルは０ｍｇ／ｋｇｈ又は他のレベルであってよく、麻酔薬物の量は、バーストサプレッションパターンに到達するレベルまで増加しながら投与される。バーストサプレッションパターンはＥＥＧシグナルにおいて検出可能である。

図９は、刺激が適用され得る臨床プロトコルの例を示す。本プロトコルの間に、まずＥＥＧ信号が記憶される。最初に、薬品の投与が行われていないか、又は注入は固定されている５分間の間、基準値の記録が行われる。その後、例えば投与速度又は１つ以上の薬品ボーラスを増加させることで、薬物の投与が増加される。要求される薬効が達成されたことは、例えばバーストサプレッションパターンなどに基づいてＥＥＧから判断される。代替的に又は追加で、ＥＥＧ特徴は、徐波活動といった、薬品の投与に起因する特徴を含んでよく、例えば、この特徴における薬品の最大効果が活用される。さらに代替又は追加で、薬品の投与による特徴量の変化であって、徐波活動のレンジにおける所定のしきい値を超えた変化の、判断を含み得る。この所定のしきい値は、当業者の経験に基づいていてよい。所定のしきい値は、シミュレーションに基づいていてよい。所定のしきい値は、文献に記載された予測される薬効、効果及び用法に基づいていてよい。薬効は時間の関数として変化するため、当業者は知識に基づいて、いつ所定のしきい値が超えられるかを知る。

薬品の投与は、例えばゼロに減少されるか、又は投与を増加させる前に用いられていた固定の速度に戻されてよい。このプロトコルの間、正常／基準ＥＥＧ挙動からの乖離が検出され、これらの乖離に基づいて刺激が適用される。この乖離は、例えば、ＥＥＧ徐波の欠乏であり得る。刺激は、例えば、薬品の投与を減少させ、ＥＥＧがバーストサプレッションパターンから連続へと戻った後で行われ得る。刺激の持続時間は例えば３０分程度である。

代替的に、例えば化学的刺激により、刺激は以下で説明される臨床プロトコルで行われ得る。まず、ＥＥＧ記録が開始され、患者が例えば注入ポンプを通じて受け取っている麻酔薬品の量を考慮しながら、例えば５分間の、基準値記録が行われる。その後、例えば注入速度を増加させるか、又は１つ以上の薬品ボーラスにより、麻酔薬品の量が増加される。この増加は、例えば注入速度、ボーラスを通じて受け取った薬品の量、及び／又は薬品に起因するＥＥＧ変化から、要求された薬効が達成されるまで行われ得る。この場合、評価されるＥＥＧ変化は、例えばバーストサプレッションパターン又は徐波活動、並びにこの特徴における薬品の最大効果を含み得る。麻酔に起因するＥＥＧ変化に基づいて、患者に刺激薬品が与えられる（第１の比較）。刺激薬品は、不足している徐波活動といったＥＥＧ特徴を誘引し、又はてんかん活動といった異常な特徴を軽減するために用いられる。刺激薬品は、デクスメデトミジン又は別の薬品といった、ＥＥＧ変化を誘引するために患者に既に与えられている麻酔薬品と同一のものであり得る。ＥＥＧはその後、例えば徐波活動における刺激薬品の効果を計測するために記録されてよい（第２の比較）。

ＥＥＧデータを基準脳機能の対応するデータと比較することで計測される、正常脳機能からの乖離は、脳の機能不全によるものであってよい。脳機能不全は、例えば、低酸素性虚血性脳症／脳障害、外傷性脳損傷、脳卒中、脳出血又は他の大脳の出血、敗血性脳症、髄膜炎、脳炎、血管炎、肝性脳症、毒又は代謝障害により、又は薬物治療の副作用として発生し得る。脳機能不全は、例えば昏睡又は精神錯乱の形で顕在化し得る。さらに、脳機能不全は例えば、アルツハイマー又はパーキンソン病といった神経変性の病気、前頭側頭骨又はレヴィ小体病、多発性硬化症、また、鬱病、双極性障害及び統合失調症を含む精神状態、てんかん、偏頭痛、注意欠陥障害、又は注意欠陥多動障害により発生し得る。

技術的利点として、発明の概念は様々なやり方で実装され得ることは、当業者には明らかである。本発明及びその実施形態は、上で述べられた実施形態の例に限定されることはなく、特許請求の範囲の範囲内で変形し得る。

１００ 処理部
１００Ｂ ユーザインタフェース
１０２ 電極システム
１０４ 注入ポンプ
１０６ 計測装置
１０８ 人体
１１０ 人間
１１２ 刺激装置
２００ コイル
３００ 電極
４００ 超音波振動子
５００ 投与装置
６００ プロセッサ
６０２ メモリ

Claims (13)

1. データ処理部と、刺激装置とを備える装置であって、
   前記データ処理部は、
   １つ以上の非ゼロ量の麻酔薬物を投与された人間の脳の計測値に基づく第１の脳波データを受信し、
   前記第１の脳波データと基準脳機能の対応するデータとの第１の比較を行い、
   前記第１の比較についての情報を出力するよう構成され、
   前記刺激装置は、前記麻酔薬物を投与された前記人間の脳に、前記第１の比較についての情報に基づく脳刺激を提供するよう構成される、
   装置。
2. 前記データ処理部は、
   前記第１の脳波データの徐波活動に基づいて、前記麻酔薬物の投与と組み合わせて、第１の結果データを形成し、
   前記第１の結果データが、前記基準脳機能の前記対応するデータから乖離しているか否かの検出を行い、及び、
   前記乖離についての情報を含む第１の比較を出力するよう構成される、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記刺激装置は、
   前記装置のユーザインターフェースを介して看護スタッフから前記第１の比較についての情報を受信することと、
   前記データ処理部と前記刺激装置との間の操作的接続を介して前記データ処理部から前記第１の比較についての情報を受信することと
   の中の少なくとも１つを行うよう構成される、
   ここで、前記ユーザインターフェースは前記第１の比較についての出力情報を前記看護スタッフに提示する、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記データ処理部は、
   徐波活動の欠乏と、
   前記基準脳機能よりも低い徐波活動と、
   前記基準脳機能よりも高い徐波活動と、
   前記麻酔薬物の投与の下の健康な脳の基準機能に現れない脳波活動と
   の中の少なくとも１つと関係づけられた前記乖離を検出するよう構成され、
   前記刺激装置は、前記乖離についての前記情報の直接又は間接の受信に基づいて、前記麻酔薬物を投与された前記人間の前記脳に、脳刺激を提供するよう構成される、
   請求項２に記載の装置。
5. 前記刺激装置は、
   前記脳に磁気的刺激を与えるためのコイルと、
   前記脳に電気的刺激を与えるための電極と、
   前記脳に音響的刺激を与えるための超音波振動子と、
   前記脳に光刺激を与えるための装置と、及び、
   前記脳に化学的刺激を与えるための投与装置と
   の中の少なくとも１つを含む、
   請求項１に記載の装置。
6. 前記データ処理部は、前記第１の比較に基づいて前記刺激装置の刺激特性を決定するよう構成される、
   請求項１に記載の装置。
7. 前記データ処理部は、前記刺激装置により実行される刺激の種類と、強さと、周波数と、持続時間との中の少なくとも１つを決定するよう構成される、
   請求項６に記載の装置。
8. 前記データ処理部は、
   推定又は計測された前記１つ以上の非ゼロ量の麻酔薬物と、前記刺激装置により行われた刺激との両方の投与の下の前記人間の脳の計測に基づく第２の脳波データを受信し、
   前記第２の脳波データと、前記基準脳機能のデータ及び前記第１の脳波データの中の少なくとも１つとの間で第２の比較を行い、並びに、
   前記第２の比較についての情報を提示するよう構成される、
   請求項１に記載の装置。
9. 前記データ処理部は、
   前記第２の脳波データの徐波活動に基づいて第２の結果データを形成し、及び、
   前記第２の脳波データが、前記基準脳機能のデータ及び前記第１の脳波データのうち少なくとも１つから乖離しているか否かを比較するよう構成される
   請求項８に記載の装置。
10. 前記データ処理部は、第２の検出に基づいて前記人間の神経機能レベルを予測し、及び予測値を提示するよう構成される、
    請求項８に記載の装置。
11. 前記データ処理部は、
    前記第２の脳波データが、前記第１の脳波データの場合よりも基準脳活動に近い場合の、前記人間の基準神経活動機能、及び、
    前記第２の脳波データが、前記第１の脳波データの場合よりも前記基準脳活動から遠い場合の、前記基準神経活動機能からの不十分な進展
    のうち少なくとも１つへのさらなる進展を予測するよう構成される、
    請求項１０に記載の装置。
12. １つ以上のプロセッサと、
    コンピュータプログラムコードを含む１つ以上のメモリとを含む装置であって、
    前記１つ以上のメモリ及び前記コンピュータプログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより、少なくとも、
    １つ以上の非ゼロ量の麻酔薬物を投与された人間の脳の計測に基づく第１の脳波データを受信させるよう、データ処理部を制御することと、
    前記第１の脳波データと基準脳機能の対応するデータとの第１の比較を行わせるよう、前記データ処理部を制御することと、
    前記第１の比較についての情報を出力させるよう、前記データ処理部を制御することと、
    前記第１の比較についての前記情報に基づいて、前記麻酔薬物を投与された前記人間の前記脳に脳刺激を提供させるよう、刺激装置を制御することと
    を引き起こす、
    装置。
13. データ処理部による、１つ以上の非ゼロ量の麻酔薬物を投与された人間の脳の計測に基づく第１の脳波データを受信するステップと、
    前記データ処理部による、前記第１の脳波データと基準脳機能の対応するデータとの第１の比較を実行するステップと、
    前記データ処理部による、前記第１の比較についての情報を出力するステップと、
    刺激装置による、前記第１の比較についての前記情報に基づいて、前記麻酔薬物を投与された前記人間の前記脳に脳刺激を提供するステップと
    を含む方法。

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