JP6765300B2 - 手術中に記録された生体信号のノイズ混入を防止するシステムと方法 - Google Patents
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Description
本願は、2013年9月30日に出願された、「手術中のSSEP信号のノイズ混入を防止する手段(MEANS OF PREVENTING CONTAMINATION OF SSEP SIGNALS DURING SURGERY)」と題する米国仮特許出願第61/884,525号の利益を請求するものであり、同仮出願の開示の全体を参照によって本願に援用することを明記する。
別段の定義がなされていないかぎり、本明細書中で使用されている各専門用語または科学用語は、本開示が属する分野の当業者により一般的に理解されているものと同じ意味を有する。後述の特許請求の範囲と本明細書において提供されている開示にしたがって、以下の用語は、特に別段の明確なことわりがないかぎり、以下の意味で定義される。
本明細書で提供されている各種の実施形態は、高周波干渉によるひずみのない、誘発電位等の生体信号を検出し、記録するための改良されたシステム、コンポーネント、および方法に関する。図1は、本開示の1つの実施形態による誘発電位を自動的に検出するためのシステム100のブロック図を示す。以下により詳しく説明するように、システム100は、システムが高周波干渉のないクリーンな誘発電位を取得する能力を大幅に向上させる回路および/またはその他のコンポーネントを含んでいてもよい。図の実施形態において、システム100は、患者101に接続されていてもよく、1つまたは複数の記録電極112と、1つまたは複数の刺激電極122と、誘発電位検出装置(EPDD)140と、表示ユニット160と、を含むがこれらに限定されない。刺激および記録電極は各々、神経系構造、例えば脳、脊髄、または神経等の上方に、その付近に、それと接触して、および/またはその周囲に位置付けられる。電極は、針電極、面電極、カフ電極、または他のあらゆる適当な種類の電極であってもよい。
従来、先行技術の誘発電位モニタリングシステムにより記録された信号には、標的信号(例えば、誘発電位)と、EEG信号を含むランダム背景ノイズが含まれている。手術中の様々な時点で、記録された信号にはまた、手術中に使用される電気器具またはその他の機械に起因するランダムでない高周波電気干渉が含まれるかもしれない。記録された信号内の干渉は信号を大きくひずませ、それによって、たとえ処理しても、標的の誘発電位を正確に表すものではなくなる。
各種の実施形態において、専門化されたシステム100は、処理済み信号内のランダムノイズの存在を低減化させるための、ドーソンが開発した周知の信号平均化技術を実行するようにプログラムできる。
好ましい実施形態において、図1のEPDD 140は、プロセッサと、接続された回路と、命令を記憶したメモリと、を含み、これらが共同で動作して、上述のように検出された信号を増幅し、フィルタ処理する。各種の実施形態において、メモリ、プロセッサ、および回路は、特殊なコンピュータのコンポーネントであり、少なくともいくつかのこのような実施形態において、EPDD 140は、前記コンピュータの一部を構成し、そこに有線または無線接続を介して接続され、および/またはそれを含む。これに加えて、いくつかの実施形態において、システム100は、使用者から入力を受け取り、使用者に出力を供給する1つまたは複数のユーザインタフェースを含む。このようなユーザインタフェースは、コンピュータの一部を構成しても、またはコンピュータと電気または無線通信していてもよい。以下に、ある例示的コンピュータのコンポーネントについて説明する。この説明は非限定的であるものとされ、なぜなら、当業者であればわかるように、誘発電位検出機器の中で、これと共に、またはその機器として使用するのに様々なコンピュータアーキテクチャが適当でありうるからである。いくつかの実施形態において、説明されているコンピュータは、図3および/または図4に示されているマイクロプロセッサを構成する。
Claims (12)
- 末梢神経を刺激して1つ以上の検出信号を記録する、少なくとも1つのデータプロセッサと、命令を記憶した少なくとも1つのメモリとを備える誘発電位検出装置を含む増幅システムであって、
誘発電位検出装置は、誘発電位検出装置に接続された第一の信号経路と第二の信号経路を含み、各信号経路が検出信号のための入力を有し、検出信号は標的信号と高周波干渉を含んでおり、
第一の信号経路は、標的信号を増幅するように構成され、順番に、ローパスフィルタと、増幅器と、アナログ−デジタル変換器と、マイクロプロセッサと、を含み、
第二の信号経路は、高周波干渉を検出するように構成され、高周波検出器に電気的に接続されたバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタと、比較器と、デジタル−アナログ変換器と、第一の信号経路のマイクロプロセッサと、を含み、
比較器は、第一のレッグから入る第一の信号と第二のレッグから入る第二の信号の信号サイズを比較するように構成され、比較器の第一のレッグは高周波検出器からの出力に電気的に接続され、第二のレッグはデジタル−アナログ変換器を介してマイクロプロセッサからの出力に電気的に接続され、
マイクロプロセッサは比較器からの出力に電気的に接続され、
比較器は、第一の信号と第二の信号の大きさを比較して、第一の信号が第二の信号より大きい時に、高周波干渉が検出されたことを示す警告信号を出力し、
マイクロプロセッサは、警告信号を比較器から受信するとデータ取得を一時的に中断するとともに、当該警告信号を受けて信号の増幅を一時的に中断する中断信号を増幅器に送るように構成される、
ことを特徴とする増幅システム。 - 請求項1に記載の増幅システムにおいて、
第二の信号は、ユーザインタフェースを介してマイクロプロセッサと対話する使用者により設定される閾値信号であることを特徴とする増幅システム。 - 請求項1に記載の増幅システムにおいて、
マイクロプロセッサを増幅器に電気的に接続する制御線をさらに含み、制御線は、高周波干渉が検出されると中断信号を増幅器に送信するように構成されることを特徴とする増幅システム。 - 請求項1に記載の増幅システムにおいて、
比較器とマイクロプロセッサとの間に位置付けられる1つまたは複数のローパスフィルタをさらに含むことを特徴とする増幅システム。 - 請求項1に記載の増幅システムにおいて、
第二の信号経路のバンドパスフィルタは、関心対象の周波数バンドを通過させ、その一方で、関心対象の周波数バンドの外の信号を排除するように構成された1つまたは複数のインダクタ、コンデンサ、またはこれらの組合せを含むことを特徴とする増幅システム。 - 請求項5に記載の増幅システムにおいて、
関心対象の周波数バンドは200kHz〜6MHzであることを特徴とする増幅システム。 - 請求項1に記載の増幅システムにおいて、
高周波検出器は、超高速ダイオードと、アースに接続されたコンデンサと、アースに接続された並列シャント抵抗器を含むことを特徴とする増幅システム。 - 生体信号モニタリング機器内の増幅システムにより実行される方法において、
ユーザインタフェースを介して使用者から閾値レベルの入力を受信するステップと、
第一の検出信号を第一の信号線に沿って受信するステップであって、第一の検出信号が標的の生体信号と高周波ノイズを含み、標的の生体信号は末梢神経を刺激したことによる応答である誘発電位であるようなステップと、
第一の検出信号をフィルタ処理して、第一の検出信号の中の高周波ノイズを低減化させるステップと、
高周波ノイズが低減化された第一の検出信号を増幅して、生体信号の振幅を増大させるステップと、
振幅が増大された第一の検出信号を、マイクロプロセッサによるデータ取得のためにアナログからデジタルに変換するステップと、
第二の検出信号を第二の信号線に沿って受信するステップであって、第二の検出信号が標的の生体信号と高周波ノイズを含むようなステップと、
第二の信号線に設けられた比較器が、第二の検出信号を閾値レベルと比較して、第二の検出信号と閾値レベルのどちらがより大きいかを判断するステップと、
比較器により第二の検出信号が閾値レベルより大きいことが検出されたときに、比較器により警告信号を出力するステップと、
警告信号を受信したマイクロプロセッサが第一の検出信号の取得を中断するステップと、
警告信号を受けて、増幅器に動作を一時的に中断させる中断信号をマイクロプロセッサが制御線に沿って第一の信号線内の増幅器に送信するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項8に記載の方法において、
第一の検出信号の取得を中断するためのステップは、マイクプロセッサによるデジタルデータの取得と保存を中断するステップを含み、デジタルデータは第一の信号線のアナログ−デジタル変換器から受信され、デジタルデータはデジタル化された第一の検出信号であることを特徴とする方法。 - 請求項8に記載の方法において、
増幅器は約5〜約60秒間、動作を中断することを特徴とする方法。 - 請求項8に記載の方法において、
増幅器は、第二の検出信号が閾値レベルより大きいことが検出されなくなるまで、またはその後に所定の時間が経過するまで動作を中断することを特徴とする方法。 - 請求項8に記載の方法において、
増幅器は中断信号の送信が停止するまで動作を中断することを特徴とする方法。
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