JP6553818B2 - Eeg信号における心臓活動情報および脳活動情報に基づく睡眠段階判別のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
y(n)=x(n)+s(n) (1)
と書ける。ここで、x(n)は信号のEEG関係の部分であり、s(n)はたとえば信号中の規則的に離間したスパイクを含みうる心臓アーチファクトである。ティーガー・カイザー・エネルギー演算子(Teager-Kaiser energy operator)Ψ[・](式(2)参照)を使って、たとえば相関していないスパイク活動を検出することができる。
x(n)およびs(n)は相関していないので、式(3)が成り立つ。
加えて、スパイク活動については、Ψ[x(n)]〜Ψ[s(n)]であり、非スパイク活動についてはΨ[s(n)]〜0である。よって、Ψ[y(n)]は信号にスパイクがあるときに最大値をもつ。復調コンポーネント30は、Ψ[y(n)]振幅(たとえば少なくとも200μV2)およびスパイク継続時間(たとえば振幅閾値との交差と交差の間の約40ミリ秒まで)について閾値を設定し、これらの閾値の一方または両方が破られるときに信号中にスパイク(アーチファクト)を検出するよう構成される。ひとたび候補となる心臓スパイクが検出されれば、次の段階は、スパイク間の間隔についての統計を推定することを含む。たとえばメジアンのスパイク間間隔が特に有用である。このメジアンが約0.8から約1.5sまでの間の区間内にあれば、信号に心臓アーチファクトが存在する可能性が高いからである。
いくつかの態様を記載しておく。
〔態様1〕
睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別するよう構成されたシステムであって、当該システムは:
被験者の脳活動に関係した情報を伝達する出力信号を生成するよう構成された一つまたは複数のセンサーであって、前記出力信号は、前記脳活動に関係した情報とともに、被験者の心臓活動に関係した心臓アーチファクト情報を含む、センサーと;
前記一つまたは複数のセンサーと動作上通信する一つまたは複数のハードウェア・プロセッサとを有しており、前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサは、機械可読命令によって:
前記出力信号を復調して、前記脳活動に関係した情報と前記心臓アーチファクト情報とを分離し;
分離された脳活動に関係した情報に基づいて一つまたは複数の脳活動パラメータを決定し;
分離された心臓アーチファクト情報に基づいて一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定し;
前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいて、当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別するよう構成されている、
システム。
〔態様2〕
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサは、当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別することが、前記一つまたは複数の脳活動パラメータに基づいてNREM睡眠段階を判別し、前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいてREM睡眠段階を判別することを含むよう、構成されている、態様1記載のシステム。
〔態様3〕
前記一つまたは複数のセンサーが脳波記録(EEG)センサーであり、前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサは、前記一つまたは複数の脳活動パラメータが一つまたは複数のEEGパラメータを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータが心拍数変動性および/またはスペクトル心拍数変動性を含むよう構成されている、態様1記載のシステム。
〔態様4〕
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサは、前記復調が、経験的なモード分解フレームワークを使って前記出力信号を、脳活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分および心臓活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分に分離することを含むよう構成されている、態様1記載のシステム。
〔態様5〕
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサは、前記一つまたは複数の脳活動パラメータを決定することが、前記脳活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定することが、前記心臓活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含むよう構成されている、態様4記載のシステム。
〔態様6〕
睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別システムにより判別する方法であって、前記システムは、一つまたは複数のセンサーおよび一つまたは複数のハードウェア・プロセッサを有し、当該方法は:
前記一つまたは複数のセンサーにより、被験者の脳活動に関係した情報を伝達する出力信号を生成する段階であって、前記出力信号は、前記脳活動に関係した情報とともに、被験者の心臓活動に関係した心臓アーチファクト情報を含む、段階と;
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサにより、前記出力信号を復調して、前記脳活動に関係した情報と前記心臓アーチファクト情報とを分離する段階と;
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサにより、分離された脳活動に関係した情報に基づいて一つまたは複数の脳活動パラメータを決定する段階と;
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサにより、分離された心臓アーチファクト情報に基づいて一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定する段階と;
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサにより、前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいて、当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別する段階とを含む、
方法。
〔態様7〕
当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別することが、前記一つまたは複数の脳活動パラメータに基づいてNREM睡眠段階を判別し、前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいてREM睡眠段階を判別することを含む、態様6記載の方法。
〔態様8〕
前記一つまたは複数のセンサーが脳波記録(EEG)センサーであり、前記一つまたは複数の脳活動パラメータが一つまたは複数のEEGパラメータを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータが心拍数変動性および/またはスペクトル心拍数変動性を含む、態様6記載の方法。
〔態様9〕
前記復調が、経験的なモード分解フレームワークを使って前記出力信号を、脳活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分および心臓活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分に分離することを含む、態様6記載の方法。
〔態様10〕
前記一つまたは複数の脳活動パラメータを決定することが、前記脳活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定することが、前記心臓活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含む、態様9記載の方法。
〔態様11〕
睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別するよう構成されたシステムであって、当該システムは:
被験者の脳活動に関係した情報を伝達する出力信号を生成する手段であって、前記出力信号は、前記脳活動に関係した情報とともに、被験者の心臓活動に関係した心臓アーチファクト情報を含む、手段と;
前記出力信号を復調して、前記脳活動に関係した情報と前記心臓アーチファクト情報とを分離する手段と;
分離された脳活動に関係した情報に基づいて一つまたは複数の脳活動パラメータを決定する手段と;
分離された心臓アーチファクト情報に基づいて一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定する手段と;
前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいて、当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を決定する手段とを有する、
システム。
〔態様12〕
当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別することが、前記一つまたは複数の脳活動パラメータに基づいてNREM睡眠段階を判別し、前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいてREM睡眠段階を判別することを含む、態様11記載のシステム。
〔態様13〕
前記被験者の脳活動に関係した情報を伝達する出力信号を生成する手段が脳波記録(EEG)センサーを含み、前記一つまたは複数の脳活動パラメータが一つまたは複数のEEGパラメータを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータが心拍数変動性および/またはスペクトル心拍数変動性を含む、態様11記載のシステム。
〔態様14〕
前記復調が、経験的なモード分解フレームワークを使って前記出力信号を、脳活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分および心臓活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分に分離することを含む、態様11記載のシステム。
〔態様15〕
前記一つまたは複数の脳活動パラメータを決定することが、前記脳活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定することが、前記心臓活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含む、態様14記載のシステム。
Claims (15)
- 睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別するよう構成されたシステムであって、当該システムは:
被験者の脳活動に関係した情報を伝達する出力信号を生成するよう構成された一つまたは複数の脳波記録(EEG)センサーであって、前記出力信号は、前記脳活動に関係した情報とともに、被験者の心臓活動に関係した心臓アーチファクト情報を含む、EEGセンサーと;
前記一つまたは複数のEEGセンサーと動作上通信する一つまたは複数のハードウェア・プロセッサとを有しており、前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサは、機械可読命令によって:
経験的なモード分解フレームワークを使って前記出力信号を、脳活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分および心臓活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分に分離することに基づいて前記出力信号を復調して、前記脳活動に関係した情報と前記心臓アーチファクト情報とを分離し;
分離された脳活動に関係した情報に基づいて一つまたは複数の脳活動パラメータを決定し;
分離された心臓アーチファクト情報に基づいて一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定し;
前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいて、当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別するよう構成されている、
システム。 - 前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサは、当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別することが、前記一つまたは複数の脳活動パラメータに基づいてNREM睡眠段階を判別し、前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいてREM睡眠段階を判別することを含むよう、構成されている、請求項1記載のシステム。
- 前記一つまたは複数の脳活動パラメータが一つまたは複数のEEGパラメータを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータが心拍数変動性および/またはスペクトル心拍数変動性を含む、請求項1記載のシステム。
- 前記出力信号を復調するための経験的なモード分解フレームワークは、EEGセンサーからの前記出力信号を初期の成分候補とし、スライド窓を使って前記成分候補の諸極大および諸極小を識別し、極大および極小に対してそれぞれスプライン補間を使って上側包絡線および下側包絡線を生成し、両包絡線の平均を前記成分候補から減算して成分を決定することを含む、請求項1記載のシステム。
- 前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサは、前記一つまたは複数の脳活動パラメータを決定することが、前記脳活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定することが、前記心臓活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含むよう構成されている、請求項4記載のシステム。
- 睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別システムにより判別する方法であって、前記システムは、一つまたは複数の脳波記録(EEG)センサーおよび一つまたは複数のハードウェア・プロセッサを有し、当該方法は:
前記一つまたは複数のEEGセンサーにより、被験者の脳活動に関係した情報を伝達する出力信号を生成する段階であって、前記出力信号は、前記脳活動に関係した情報とともに、被験者の心臓活動に関係した心臓アーチファクト情報を含む、段階と;
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサにより、経験的なモード分解フレームワークを使って前記出力信号を、脳活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分および心臓活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分に分離することに基づいて前記出力信号を復調して、前記脳活動に関係した情報と前記心臓アーチファクト情報とを分離する段階と;
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサにより、分離された脳活動に関係した情報に基づいて一つまたは複数の脳活動パラメータを決定する段階と;
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサにより、分離された心臓アーチファクト情報に基づいて一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定する段階と;
前記一つまたは複数のハードウェア・プロセッサにより、前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいて、当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別する段階とを含む、
方法。 - 当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別することが、前記一つまたは複数の脳活動パラメータに基づいてNREM睡眠段階を判別し、前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいてREM睡眠段階を判別することを含む、請求項6記載の方法。
- 前記一つまたは複数の脳活動パラメータが一つまたは複数のEEGパラメータを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータが心拍数変動性および/またはスペクトル心拍数変動性を含む、請求項6記載の方法。
- 前記出力信号を復調するための経験的なモード分解フレームワークは、EEGセンサーからの前記出力信号を初期の成分候補とし、スライド窓を使って前記成分候補の諸極大および諸極小を識別し、極大および極小に対してそれぞれスプライン補間を使って上側包絡線および下側包絡線を生成し、両包絡線の平均を前記成分候補から減算して成分を決定することを含む、請求項6記載の方法。
- 前記一つまたは複数の脳活動パラメータを決定することが、前記脳活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定することが、前記心臓活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含む、請求項9記載の方法。
- 睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別するよう構成されたシステムであって、当該システムは:
被験者の脳活動に関係した情報を伝達する出力信号を生成する脳波記録(EEG)センサーであって、前記出力信号は、前記脳活動に関係した情報とともに、被験者の心臓活動に関係した心臓アーチファクト情報を含む、EEGセンサーと;
経験的なモード分解フレームワークを使って前記出力信号を、脳活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分および心臓活動に関係した一つまたは複数の個別の振動成分に分離することに基づいて前記出力信号を復調して、前記脳活動に関係した情報と前記心臓アーチファクト情報とを分離する手段と;
分離された脳活動に関係した情報に基づいて一つまたは複数の脳活動パラメータを決定する手段と;
分離された心臓アーチファクト情報に基づいて一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定する手段と;
前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいて、当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を決定する手段とを有する、
システム。 - 当該睡眠セッションの間の被験者の睡眠段階を判別することが、前記一つまたは複数の脳活動パラメータに基づいてNREM睡眠段階を判別し、前記一つまたは複数の脳活動パラメータおよび前記一つまたは複数の心臓活動パラメータに基づいてREM睡眠段階を判別することを含む、請求項11記載のシステム。
- 前記一つまたは複数の脳活動パラメータが一つまたは複数のEEGパラメータを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータが心拍数変動性および/またはスペクトル心拍数変動性を含む、請求項11記載のシステム。
- 前記出力信号を復調するための経験的なモード分解フレームワークは、EEGセンサーからの前記出力信号を初期の成分候補とし、スライド窓を使って前記成分候補の諸極大および諸極小を識別し、極大および極小に対してそれぞれスプライン補間を使って上側包絡線および下側包絡線を生成し、両包絡線の平均を前記成分候補から減算して成分を決定することを含む、請求項11記載のシステム。
- 前記一つまたは複数の脳活動パラメータを決定することが、前記脳活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含み、前記一つまたは複数の心臓活動パラメータを決定することが、前記心臓活動に関係した個別の振動成分を加法的に組み合わせることを含む、請求項14記載のシステム。
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