JPWO2019163836A1 - EEG analysis method, program, and EEG analyzer that support epilepsy diagnosis - Google Patents

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Abstract

頭部に設置された複数の電極に対応する脳波信号を取得し、脳波信号をサンプルエントロピ解析して、複数の電極のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアを算出し、サンプルエントロピスコアに基づいて、複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する。Obtain brain wave signals corresponding to the plurality of electrodes installed on the head, perform sample entropy analysis on the brain wave signals, calculate sample entropy scores corresponding to each of the plurality of electrodes, and calculate a plurality of sample entropy scores based on the sample entropy scores. It is determined whether or not each part of the brain corresponding to the electrode corresponds to the epileptic seizure onset or epileptogenic part.

Description

本発明は、てんかん診断を支援する脳波解析方法及び脳波解析装置に関する。   The present invention relates to an electroencephalogram analysis method and an electroencephalogram analysis device that support epilepsy diagnosis.

てんかんは、脳細胞(細胞体)のネットワークに起きる異常な神経活動であり、けいれんや意識障害などのてんかん発作を起こす疾病である。人種や性別を問わず人口の1%程度がてんかん患者であるといわれ、日本でも約100万人の患者がいるとされている。そのうち、適切な抗てんかん薬を選択することで約7割の患者の発作は抑制できるが、残りの患者の発作は抑制できない。このような抑制できない病態は「難治性てんかん」と呼ばれており、特に、脳の一部が異常に興奮して起きる局所性てんかんでは、発作時に異常に興奮する病変部をてんかん原性部として切除することで、発作の軽減または治癒を図る手術が行われている。   Epilepsy is an abnormal neural activity that occurs in a network of brain cells (cell bodies), and is a disease that causes seizures such as convulsions and impaired consciousness. About 1% of the population is said to have epilepsy regardless of race or gender, and there are also about 1 million patients in Japan. Of these, seizures in about 70% of patients can be suppressed by selecting appropriate antiepileptic drugs, but seizures in the remaining patients cannot be suppressed. Such uncontrollable pathology is called "refractory epilepsy" .Particularly, in epilepsy, which occurs when a part of the brain is abnormally excited, the abnormally excited lesions during an attack become epileptic. Surgery has been performed to reduce or cure seizures by resection.

脳において、「正常な部位」と「異常な部位」の判別することは非常に難しく、異常な部位であるてんかん原性部の評価には、MRIや各医学検査などの脳画像評価だけでなく、近年、脳波信号を利用した解析による評価法が検討・開発されている。   In the brain, it is very difficult to distinguish between “normal part” and “abnormal part”. In order to evaluate the abnormal part of the epileptogenic part, not only evaluation of brain images such as MRI and medical examinations, but also In recent years, evaluation methods based on analysis using brain wave signals have been studied and developed.

脳波は人の生理活動を反映して変化するものであり、脳波信号を解析することは、脳の代謝性や炎症性の脳障害、睡眠障害、あるいはてんかんのような病気の有無の判定などに関して医療現場の診断や医療機器に広く利用されている。 非特許文献1には、てんかん診断において、てんかん性活動を、てんかん発作間欠期のてんかん性放電の有無を判断することで行うこと。てんかん発作間欠期のてんかん性放電は背景活動から非連続的に突出する活動であり、脳波の所見から医師が、棘波、鋭波、徐波を判読しててんかん診断することが記載されている。また、脳波を読み違えて、必要のない治療を行うことに注意しなければならない点が指摘されている。   EEG changes reflecting human physiological activities, and analyzing EEG signals is useful for determining the presence or absence of diseases such as brain metabolic and inflammatory brain disorders, sleep disorders, and epilepsy. It is widely used in medical field diagnosis and medical equipment. Non-Patent Document 1 discloses that in epilepsy diagnosis, epileptic activity is determined by determining the presence or absence of epileptic discharge in an intermittent epileptic seizure. The epileptic discharge in the intermittent epileptic seizure is an activity that discontinuously protrudes from the background activity, and it is described from the findings of the electroencephalogram that a doctor interprets spike waves, acute waves, and slow waves to diagnose epilepsy . It has also been pointed out that it is necessary to pay attention to performing unnecessary treatment by misreading EEG.

非特許文献2には、てんかん診断において、脳波でのてんかん性放電の分布と、病歴・神経画像処理、長時間ビデオモニタリングや脳磁図(magnetoencephalongraphy:MEG)などを組合せててんかんの局在診断が行われること。てんかん発作起始部を見つけることが重要であるが、その多くは筋電図や体動などのアーチファクトの影響でてんかん発作起始部を見つけることは困難である場合があることが記載されている。   Non-Patent Literature 2 discloses that in epilepsy diagnosis, localization diagnosis of epilepsy is performed in combination with the distribution of epileptic discharge in EEG, medical history / neural image processing, long-term video monitoring, magnetoencephalography (MEG), and the like. Being done. It is important to find the onset of epileptic seizures, but many document that it may be difficult to find the onset of epileptic seizures due to the effects of electromyograms and body movements .

非特許文献3には、てんかん外科診療の局在診断において、てんかん焦点の切除を行う場合にてんかん焦点を正確に判定するために、近年、頭蓋内脳波解析から、てんかん性異常波を示す脳領域の中でてんかん発作時あるいはてんかん発作間欠期に異常高周波律動(high frequency oscillation:HFO)を示す領域が見いだされ、切除すべきてんかん焦点と強い関連が指摘されていること。このHFOの頭蓋内脳波における焦点決定のあらたな手法となっており、時間周波数解析である多重バンド周波数解析(Multiple band frequency analysis)を用いててんかん発作時のHFO(60Hz〜250Hz)を捉えることに着目したこと。同手法をてんかん発作時脳磁図形に試みた結果、てんかん発作時において有益な結果が得られたことが記載されている。   Nonpatent Literature 3 discloses, in the local diagnosis of epilepsy surgery medical care, in order to accurately determine the epileptic focus when excision of the epileptic focus, in recent years, brain regions showing epileptic abnormal waves from intracranial EEG analysis Among them, a region showing abnormal high frequency oscillation (HFO) at the time of epileptic seizure or intermittent epileptic seizure is found, and a strong association with epileptic focus to be resected is pointed out. This is a new technique for determining the focus of the intracranial electroencephalogram of the HFO, and the HFO (60 Hz to 250 Hz) at the time of an epileptic seizure is captured using multiple band frequency analysis, which is a time-frequency analysis. What I paid attention to. It is described that as a result of applying this method to a magnetoencephalogram during an epileptic seizure, useful results were obtained during an epileptic seizure.

特許文献1には、てんかん診断において、脳波信号を利用した解析として、機械振動計のカオス力学における非線形振動を表すDuffing振動子をシミュレートした値と脳波信号との誤差信号を最小にすることから求められたパラメータCの、通常時とてんかん発作発生時との時間的変化を算出して、パラメータCにより、通常時とてんかん発生時を評価できることが記載されている。なお、パラメータCは、非線形振動子の非線形強さに対応したものであり、パラメータCが0に収束することは、非線形性の消失を意味するものであること。てんかんの発症時には、この非線形性が消失に至ること、つまり、一定のリズムではない「ゆらぎ」といった現象が観察されなくなることが開示されている。   Patent Literature 1 discloses that in an epilepsy diagnosis, as an analysis using an electroencephalogram signal, an error signal between a value obtained by simulating a Duffing oscillator representing nonlinear vibration in chaos dynamics of a mechanical vibrometer and an electroencephalogram signal is minimized. It is described that a temporal change of the obtained parameter C between the normal time and the time of epileptic seizure is calculated, and the normal time and the time of epileptic occurrence can be evaluated by the parameter C. Note that the parameter C corresponds to the nonlinear strength of the nonlinear oscillator, and that the parameter C converges to 0 means that the nonlinearity is lost. It is disclosed that at the onset of epilepsy, this non-linearity leads to disappearance, that is, a phenomenon such as "fluctuation" which is not a constant rhythm is no longer observed.

特開2015−47452号公報JP 2015-47452 A

重藤寛史「脳波検査(特集:基礎・臨床研究の最新知見:てんかんの診断)」日本臨牀72巻5号,株式会社日本臨牀社,2014年5月発行,P809〜817Hiroshi Shigeto, “EEG Test (Special Issue: Latest Knowledge of Basic and Clinical Research: Diagnosis of Epilepsy)”, Nihon Rinsho 72, 5th, Nihon Rinsho Co., Ltd., May 2014, pp. 809-817 飛松省三「てんかん診断のための検査」日本内科学会雑誌105巻8号,一般社団法人日本内科学会,2016年8月10日発行,P1366〜1374Shozo Tobimatsu, "Tests for Diagnosis of Epilepsy", Journal of the Japanese Society of Internal Medicine, Vol. 105, No. 8, Japan Society of Internal Medicine, August 10, 2016, pp. 1366-1374. 飯田幸治他2名「てんかん性律動波 発生時脳磁図波形の周波数解析」臨床脳波52巻3号,株式会社永井書店,2010年3月1日発行,P135〜144Koji Iida et al., “Frequency Analysis of Magnetoencephalogram Waveforms During Epileptic Rhythmic Waves”, Clinical EEG 52, No. 3, Nagai Shoten Co., Ltd., published March 1, 2010, pp. 135-144.

脳波を判読して、てんかん病変部(てんかん原性部または、てんかん発作起始部(てんかん発作活動が始まる部位))を診断する方法は、医師の専門性、熟練度、経験などによっててんかん病変部の特定にばらつきがでる可能性を否定できない。また、脳波信号を解析しててんかん病変部を評価する方法も、解析法として十分に確立しているとは言えず、改善の余地がある。   The method of diagnosing the epileptic lesion (epileptic part or epileptic seizure onset (part where epileptic seizure activity starts)) by reading EEG is based on the physician's expertise, skill, experience, etc. There is no denying the possibility that there will be variations in the identification of Also, a method of analyzing an electroencephalogram signal to evaluate an epileptic lesion is not sufficiently established as an analysis method, and there is room for improvement.

てんかん発作起始部を特定することは、重要であるが、てんかん発作直前期からてんかん発作時を通して医師が脳波を判読して局在診断することには、高度な診療技術を必要とする。更に、脳波信号を解析しててんかん発作起始部を評価することは非常に困難である。   Although it is important to identify the onset of epileptic seizures, advanced medical care techniques are required for doctors to read brain waves and make a local diagnosis during the epileptic seizure immediately before the epileptic seizure. Furthermore, it is very difficult to analyze the electroencephalogram signal to evaluate the epileptic seizure onset.

また、従来はてんかん発作が惹起されない限り、てんかん病変部を診断・評価することができなかったので、患者(被験者)は病変部の局在診断のために、長時間てんかん発作が惹起されるのを待機する必要があり、患者(被験者)及び医師にとって負担が大きかった。   In the past, epileptic seizures could not be diagnosed / evaluated unless epileptic seizures were caused, so patients (subjects) would have prolonged epileptic seizures for localization of lesions. Waiting for the patient, the burden was great for the patient (subject) and the doctor.

本発明は、てんかん病変部の判定を簡易で、客観的に安定して行うことが可能となる、てんかん診断を支援する脳波解析方法及び脳波解析装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an electroencephalogram analysis method and an electroencephalogram analysis device that support epilepsy diagnosis, which enables simple and objectively stable determination of epilepsy lesions.

本発明のある態様によれば、てんかん診断を支援する脳波解析方法であって、頭部に設置された複数の電極に対応する脳波信号を取得し、前記脳波信号をサンプルエントロピ解析して、前記複数の電極のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアを算出し、前記サンプルエントロピスコアに基づいて、前記複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する。   According to an aspect of the present invention, there is provided an electroencephalogram analysis method for supporting epilepsy diagnosis, wherein an electroencephalogram signal corresponding to a plurality of electrodes installed on a head is obtained, and the electroencephalogram signal is subjected to sample entropy analysis, Calculate a sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes, and based on the sample entropy score, each brain site corresponding to the plurality of electrodes corresponds to an epileptic seizure initiation part or epileptic part It is determined whether or not.

また、本発明のある態様によれば、てんかん診断を支援する脳波解析装置であって、頭部に設置された複数の電極に対応する脳波信号を取得する脳波信号取得部と、前記脳波信号をサンプルエントロピ解析して、前記複数の電極のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアを算出する算出部と、前記サンプルエントロピスコアに基づいて、前記複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する判定部と、を備える。   According to another aspect of the present invention, there is provided an electroencephalogram analyzer for assisting epilepsy diagnosis, wherein an electroencephalogram signal acquisition unit for acquiring electroencephalogram signals corresponding to a plurality of electrodes installed on the head, A calculating section that performs sample entropy analysis and calculates a sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes, and a portion of each brain corresponding to the plurality of electrodes is used to generate an epileptic seizure based on the sample entropy score. A determination unit that determines whether or not the part corresponds to a start part or an epileptogenic part.

また、本発明のある態様によれば、てんかん診断を支援する脳波解析装置であって、頭部に設置された複数の電極に対応する脳波信号を取得する脳波信号取得部と、前記脳波信号をサンプルエントロピ解析して、前記複数の電極のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアを算出する算出部と、表示装置に脳を模した脳画像を表示すると共に、前記複数の電極のそれぞれに対応する前記脳画像上の位置に、当該電極に対応する前記サンプルエントロピスコアに基づく情報を表示する表示制御部と、を備える。   According to another aspect of the present invention, there is provided an electroencephalogram analyzer for assisting epilepsy diagnosis, wherein an electroencephalogram signal acquisition unit for acquiring electroencephalogram signals corresponding to a plurality of electrodes installed on the head, A calculation unit that performs sample entropy analysis and calculates a sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes, and displays a brain image simulating the brain on a display device, and displays the brain corresponding to each of the plurality of electrodes. A display control unit that displays information based on the sample entropy score corresponding to the electrode at a position on the image.

患者13人の電極を配置した脳部位、電極数等を示す図である。It is a figure which shows the brain part in which the electrode of 13 patients was arranged, the number of electrodes, etc. (a)は、てんかん発作起始部(SOZ)と決定された領域に設置された電極のサンプルエントロピスコアを示す図であり、(b)は、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA‐SOZ)と決定された領域に設置された電極のサンプルエントロピスコアを示す図であり、(c)は、切除領域の外側(Outside RA)と決定された領域に設置された電極のサンプルエントロピスコアを示す図である。(A) is a diagram showing a sample entropy score of an electrode placed in an area determined to be an epileptic seizure onset (SOZ), and (b) is an ablation area (RA-) excluding an epileptic seizure onset. It is a figure which shows the sample entropy score of the electrode installed in the area | region determined as SOZ), and (c) shows the sample entropy score of the electrode installed in the area | region determined as the outside (Outside RA) of the ablation area. FIG. 患者(Pt)毎の、解析期間毎(非発作期(inter)、発作直前期(pre)、発作時(ictal))の、サンプルエントロピスコアを比較した図である。It is a figure which compared the sample entropy score for every analysis period (non-seizure period (inter), just before seizure (pre), seizure (ictal)) for every patient (Pt). 患者13人について、各解析期間の領域毎(てんかん発作起始部(SOZ)、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA-SOZ)、切除領域の外側(Outside RA))のサンプルエントロピスコアを比較した図である。For 13 patients, the sample entropy score for each region during the analysis period (the epileptic seizure onset (SOZ), the resected area excluding the epileptic seizure onset (RA-SOZ), and the outside of the resected area (Outside RA)) was calculated. It is the figure which compared. 各解析期間の領域毎のサンプルエントロピスコアの平均値と標準偏差を示す図である。It is a figure which shows the average value and standard deviation of the sample entropy score for every area | region in each analysis period. 局所性てんかん発作発生の変遷を示すイメージ図である。It is an image figure showing transition of local epileptic seizure occurrence. 本発明の第1実施形態に係る脳波解析方法及び脳波解析装置の概要を示す図である。It is a figure showing an outline of an electroencephalogram analysis method and an electroencephalogram analysis device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る脳波解析装置の概略構成図である。It is a schematic structure figure of an electroencephalogram analysis device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る脳波解析方法の手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a procedure of an electroencephalogram analysis method according to the first embodiment of the present invention. 表示装置に表示される画像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an image displayed on a display device. (a)は、てんかん発作起始部についてのROC曲線であり、(b)は、てんかん発作起始部を除く切除領域についてのROC曲線である。(A) is the ROC curve for the epileptic seizure onset, and (b) is the ROC curve for the excision area excluding the epileptic seizure onset. 図11に示すROC曲線に関する各値を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating values related to the ROC curve illustrated in FIG. 11. 患者1における、てんかん発作間欠期に各電極で計測されたサンプルエントロピスコア、サンプルエントロピスコアの標準化変数(Zスコア)、及びZスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a sample entropy score measured by each electrode during intermittent epileptic seizures, a standardized variable (Z score) of the sample entropy score, and a comparison result of the Z score with the threshold of the original part and the threshold of the origin in patient 1. It is. 脳と電極の模式図であり、図13に示す比較結果を示す図である。It is a schematic diagram of a brain and an electrode, and is a figure which shows the comparison result shown in FIG. 患者1における、てんかん発作時に各電極で計測されたサンプルエントロピスコア、Zスコア、及びZスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a sample entropy score and a Z score measured at each electrode during an epileptic seizure in a patient 1 and a comparison result of the Z score with an intrinsic part threshold and an origin part threshold. 脳と電極の模式図であり、図15に示す比較結果を示す図である。It is a schematic diagram of a brain and an electrode, and is a figure which shows the comparison result shown in FIG. 患者7における、てんかん発作間欠期に各電極で計測されたサンプルエントロピスコア、Zスコア、及びZスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing sample entropy scores and Z scores measured by each electrode during intermittent epileptic seizures in patient 7, and comparison results of the Z score with the intrinsic part threshold and the origin part threshold. 脳と電極の模式図であり、図17に示す比較結果を示す図である。It is a schematic diagram of a brain and an electrode, and is a figure which shows the comparison result shown in FIG. 患者7における、てんかん発作時に各電極で計測されたサンプルエントロピスコア、Zスコア、及びZスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a sample entropy score and a Z score measured at each electrode during an epileptic seizure in a patient 7, and a comparison result of the Z score with an intrinsic part threshold and an origin part threshold. 脳と電極の模式図であり、図19に示す比較結果を示す図である。FIG. 20 is a schematic diagram of the brain and the electrodes, showing the comparison results shown in FIG. 19. 患者12における、てんかん発作間欠期に各電極で計測されたサンプルエントロピスコア、Zスコア、及びZスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing sample entropy scores and Z scores measured by each electrode during intermittent epileptic seizures in a patient 12, and comparison results of the Z score with the original part threshold and the starting part threshold. 脳と電極の模式図であり、図21に示す比較結果を示す図である。FIG. 22 is a schematic diagram of the brain and the electrodes, showing the comparison results shown in FIG. 21. 患者12における、てんかん発作時に各電極で計測されたサンプルエントロピスコア、Zスコア、及びZスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a sample entropy score and a Z score measured at each electrode during an epileptic seizure in a patient 12, and comparison results of the Z score with a threshold value of an intrinsic part and a threshold value of an origin part. 脳と電極の模式図であり、図23に示す比較結果を示す図である。FIG. 24 is a schematic diagram of the brain and the electrodes, showing the comparison results shown in FIG. 23. 本発明の第2実施形態に係る脳波解析装置の概略構成図である。It is a schematic structure figure of an electroencephalogram analysis device concerning a 2nd embodiment of the present invention. 表示装置に表示される画像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an image displayed on a display device.

先ず始めに、発明者が本発明の完成に至る経緯となった臨床研究の内容について説明する。   First, the contents of the clinical research that led the inventor to complete the present invention will be described.

局所性てんかん発作において、脳波(EEG:Electroencephalogram)測定装置によって測定されるベータ帯域(14〜40Hz)からガンマ帯域(30〜80Hz)に至る周波数帯域の脳波が、てんかん性放電の起始部であるてんかん発作起始部(SOZ:seizureonsetzone)とその周囲のてんかん原性部と結びつけている介在ニューロンの同期活動に関連することに着目した。更に、発明者は介在ニューロンの同期化が、脳波の規則性と関連性があり、脳波の規則性を解析することにより検出され得ると仮定した。以上の着目と仮定に基づいて、臨床研究を行った。   In focal epileptic seizures, the brain waves in the frequency band from the beta band (14 to 40 Hz) to the gamma band (30 to 80 Hz) measured by an electroencephalogram (EEG) measuring device are the origin of epileptic discharge. We focused on the synchronous activity of the interneurons that link the seizure onset zone of epileptic seizures (SOZ: seizureonsetzone) and the surrounding epileptogenic zone. In addition, the inventors have hypothesized that interneuron synchronization is relevant to the EEG regularity and can be detected by analyzing the EEG regularity. A clinical study was conducted based on the above-mentioned attention and assumptions.

(患者の選択)
2008年から2013年の間に、皮質形成異常(FCD)に続発する難治性のてんかんの外科的処置の頭蓋内EEGモニタリングを受けている13人の小児患者(男性8人および女性5人)を後方視的に分析した。患者の脳に配置した電極の部位は、臨床歴、発作症状、神経イメージング、および頭皮EEG所見に従って個別に設定された。なお、すべての患者は以下の基準を満たした。(1)MRI上の明らかに目に見える皮質異形成病変が認められた。(2)術後組織病理学的診断によりFCDタイプIIが明らかになった。(3)術後発作の結果は、てんかん発作が消失し、予兆なしと評価され完治した。患者の特徴、後述するデータ分析された電極の数などを図1に示す。すべての方法は、病院の研究倫理委員会によって承認されたガイドラインに従って実施された。すべての患者またはその家族から、研究参加のために病院の研究倫理委員会によって承認されたインフォームド・コンセントを得た。
(Patient selection)
Between 2008 and 2013, 13 pediatric patients (8 males and 5 females) undergoing intracranial EEG monitoring of surgical treatment of refractory epilepsy secondary to cortical dysplasia (FCD) Analyzed retrospectively. The location of the electrodes placed in the patient's brain was individually set according to clinical history, seizure symptoms, neuroimaging, and scalp EEG findings. All patients met the following criteria. (1) A clearly visible cortical dysplasia lesion on MRI was observed. (2) Postoperative histopathological diagnosis revealed FCD type II. (3) As a result of the postoperative seizure, the epileptic seizure disappeared, and it was evaluated as having no sign and was completely cured. FIG. 1 shows the characteristics of the patient, the number of electrodes subjected to data analysis described later, and the like. All methods were performed according to guidelines approved by the hospital's research ethics committee. All patients or their families obtained informed consent approved by the hospital's research ethics committee for study participation.

(頭蓋内EEG記録)
患者の脳波信号を取得するため、FCD病変を覆うように硬膜下グリッド電極を埋め込んだ。 電極間距離は8〜10mmの範囲であった。 EEGデータ(脳波信号)は、1kHzのサンプリングレートを用いて取得した。
(Intracranial EEG recording)
A subdural grid electrode was implanted to cover the FCD lesion to acquire a patient's EEG signal. The distance between the electrodes was in the range of 8 to 10 mm. EEG data (electroencephalogram signals) were acquired using a sampling rate of 1 kHz.

(てんかん発作起始部(SOZ)および切除領域(RA)の決定)
てんかん発作起始部(SOZ)とてんかん原性部の判定に基づく切除領域(RA)は、標準的な方法を用いて決定される。簡潔には、てんかん発作起始部(SOZ)は、臨床神経生理学専門医によって、発作直前に最も早期に出現する低振幅で速い脳波活動を記録した電極に対応して部位が決定された。 実際に、てんかん発作起始部(SOZ)は、9人の患者で1個の電極、4人の患者で2個の電極に対応して決定された。 切除領域(RA)は頭蓋内ビデオEEG、MRIおよびMEG所見、神経心理学的および神経学的評価後の頭蓋内電極に対する発作および脳波所見の総合的評価によって決定されたもので、 外科的に切除された部位として決定された。なお、切除領域(RA)も臨床神経生理学専門医により決定された部位といえる。また、切除領域の外側(Outside RA)は健全部といえる部位となる。なお、てんかん発作起始部とてんかん原性部を総じて、てんかん病変部という。
(Determination of epileptic seizure onset (SOZ) and resection area (RA))
The resection area (RA) based on the determination of the onset of epileptic seizures (SOZ) and epileptogenic part is determined using standard methods. Briefly, the onset of epileptic seizures (SOZ) was determined by a clinical neurophysiologist to correspond to the electrode that recorded the earliest appearing low amplitude, fast EEG activity immediately before the seizure. In fact, the onset of epileptic seizures (SOZ) was determined corresponding to one electrode in nine patients and two electrodes in four patients. The resected area (RA) was determined by a comprehensive assessment of intracranial video EEG, MRI and MEG findings, seizures and electroencephalographic findings on intracranial electrodes after neuropsychological and neurological evaluation, and surgical resection Site determined. The resection area (RA) can also be said to be a site determined by a clinical neurophysiologist. Further, the outside (Outside RA) of the resection region is a portion that can be said to be a healthy portion. The epileptic seizure onset and epileptogenic part are collectively referred to as epileptic lesions.

(脳波データの選択・取得方法)
患者13人の電極を配置した脳部位、電極数等は、図1に示すとおりである。脳波データは、患者13人毎に、てんかん発作の持続時間が少なくとも30秒(平均55.3±標準偏差26.1秒)であった1つの典型的なてんかん発作を選定し、3つの20秒の解析期間を抽出して選択した。1つは非発作期、1つは発作直前期、1つは発作時である。非発作期は、てんかん発作が発症してから少なくとも1時間離れたノンレム睡眠中の20秒の活動を含んでいた。発作直前期は、てんかん発作直前の20秒の活動であった。 発作時は、発作開始直後の20秒の活動を含んでいた。脳波データはEEGデータ(脳波信号)として取得された。選択された脳波データは、すべての解析区間を慎重に検査しアーチファクトが含まれていないことを確認した。
(How to select / acquire EEG data)
The brain region where the electrodes of the 13 patients are arranged, the number of electrodes, and the like are as shown in FIG. The EEG data selected one typical epileptic seizure with a duration of at least 30 seconds (mean 55.3 ± standard deviation 26.1 seconds) for every 13 patients and three 20 seconds Was extracted and selected. One is during the non-seizure period, one is immediately before the seizure, and one is during the seizure. The non-seizure period included 20 seconds of activity during non-REM sleep at least one hour after the onset of the epileptic seizure. Immediately before the seizure, there was 20 seconds of activity just before the seizure. The seizure included the activity of 20 seconds immediately after the onset of the seizure. The brain wave data was acquired as EEG data (brain wave signal). The selected electroencephalogram data was carefully examined at all analysis intervals to ensure that it did not contain any artifacts.

解析した非発作期の20秒間のEEGデータ(脳波信号)は、参考として他の2つの無作為に選択した20秒間(発作活動から少なくとも1時間分離した)と比較しても、差が無いことを確認した。非発作期のEEGデータ(脳波信号)は、解析するデータとして安定していたと言える。したがって、非発作期のEEGデータは一般的に安静にしている状態であれば広く利用可能であると考えられる。   The analyzed 20 second EEG data (brain wave signal) during the non-seizure period showed no difference when compared with the other two randomly selected 20 seconds (separated from seizure activity for at least 1 hour) for reference It was confirmed. It can be said that the non-seizure EEG data (brain wave signal) was stable as data to be analyzed. Therefore, it is considered that EEG data in a non-seizure period can be widely used as long as it is generally at rest.

(脳波の解析)
本臨床研究では、サンプルエントロピ解析をするに当たって、複数の周波数帯域でEGGデータ(脳波信号)の規則性を定量化できるマルチスケールエントロピ解析(MSE)(参考文献:Costa, M. Goldberger, A.L. & Peng, C.K. Multiscale entropy analysis of complex physiologic time series. Phys Rev Lett. 89, 068102 (2002))を採用した。マルチスケールエントロピ解析(MSE)はサンプルエントロピ解析(参考文献:Richman, J. S. & Moorman, J. R. Physiological time-series analysis using approximate entropy and sample entropy. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 278, 2039?2049 (2000))を更を拡張した時系列解析方法として提唱されたものである。マルチスケールエントロピ解析はオリジナルデータを重ならないように加算平均して再構築し、複数の加算数(時間軸)で再構成されたサンプルエントロピ(SampEn)をそれぞれ算出することで求められる。つまり、低い加算回数では高い周波数帯域の複雑性を、高い加算回数では低い周波数帯域の複雑性をそれぞれ表すことになる(参考文献:Takahashi, T., Cho, R.Y., Mizuno, T., Kikuchi, M., Murata, T.,Takahashi, K. & Wada, Y. Antipsychotics reverse abnormal EEG complexity in drug-naive schizophrenia: a multiscale entropy analysis. Neuroimage. 51, 173-182 (2010))。算出されたサンプルエントロピスコアは、例えば、低い値であるほど、EEG(脳波)リズムが規則的であることを意味する。
(EEG analysis)
In this clinical study, in performing sample entropy analysis, multi-scale entropy analysis (MSE) that can quantify the regularity of EGG data (electroencephalographic signals) in multiple frequency bands (Reference: Costa, M. Goldberger, AL & Peng , CK Multiscale entropy analysis of complex physiologic time series. Phys Rev Lett. 89, 068102 (2002)). Multi-scale entropy analysis (MSE) is a sample entropy analysis (Reference: Richman, JS & Moorman, JR Physiological time-series analysis using approximate entropy and sample entropy. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 278, 2039? 2049 (2000)) Has been proposed as a time series analysis method that extends the above. The multi-scale entropy analysis is obtained by adding and averaging original data so as not to overlap, reconstructing, and calculating sample entropy (SampEn) reconstructed by a plurality of addition numbers (time axis). In other words, a low number of additions indicates the complexity of a high frequency band, and a high number of additions indicates the complexity of a low frequency band. (References: Takahashi, T., Cho, RY, Mizuno, T., Kikuchi, M., Murata, T., Takahashi, K. & Wada, Y. Antipsychotics reverse abnormal EEG complexity in drug-naive schizophrenia: a multiscale entropy analysis. Neuroimage. 51, 173-182 (2010)). For example, the lower the calculated sample entropy score, the lower the value means that the EEG (encephalogram) rhythm is more regular.

ここでは、患者13人の計1164個(患者あたり、平均90個±標準偏差15個)の電極を介して取得された、非発作期、発作直前期、発作時のそれぞれの脳波信号、つまり、患者13人×患者1人あたり3解析期間(1解析期間あたり20秒)、計39期間の脳波信号のすべてをサンプルエントロピ解析してサンプルエントロピスコアを算出した。より具体的には、サンプルエントロピ解析はマルチスケールエントロピ解析(Costa他 2002)により行い、各々複数の周波数帯域のサンプルエントロピスコアを計算した。   Here, the electroencephalogram signals of the non-seizure period, the period immediately before the seizure, and the seizure obtained through a total of 1164 electrodes (average 90 ± standard deviation 15 per patient) of 13 patients, that is, The sample entropy score was calculated by performing sample entropy analysis on all of the electroencephalogram signals for a total of 39 periods for 13 analysis periods per patient x 3 analysis periods (20 seconds per analysis period). More specifically, the sample entropy analysis was performed by multi-scale entropy analysis (Costa et al. 2002), and the sample entropy scores of a plurality of frequency bands were calculated.

まず、元のEEG系列X = [X1,X2,・・・XN]は、重複しないウィンドウの幅として設定された時間スケール係数(τ)によって粗粒化処理される。もう一方の粗粒化された時系列Y(τ)=[Y1,Y2,・・・Y]は、次の(1)式のように定義される。First, the original EEG sequence X = [X 1 , X 2 ,... X N ] is subjected to coarse-graining processing by a time scale factor (τ) set as a width of a non-overlapping window. The other coarse-grained time series Y (τ) = [Y 1 , Y 2 ,... Y] is defined as the following equation (1).

Figure 2019163836
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時系列Y(1)は元の時系列と同一であり、これは短時間スケールを表し、一方、より高いτ値はより長い時間スケールを表す。 各系列Y(τ)についてτを伴うサンプルエントロピスコア(MSE(τ))を計算した。 MSE(τ)は、N(データ点の総数)、m(比較する連続データ点の数)、およびr(時系列の一貫性を測定するためのノイズ閾値)の3つのパラメータに依存する。 粗粒化された系列Z = [Z1,Z2,・・・ZN]におけるMSE(τ)は、以下の(2)式のように定義される。The time series Y (1) is identical to the original time series, which represents a short time scale, while higher τ values represent a longer time scale. The sample entropy score (MSE (τ)) with τ was calculated for each series Y (τ). MSE (τ) depends on three parameters: N (total number of data points), m (number of consecutive data points to compare), and r (noise threshold for measuring time series consistency). MSE (τ) in the coarse-grained series Z = [Z 1 , Z 2 ,... Z N ] is defined as the following equation (2).

Figure 2019163836
Figure 2019163836

mは(N‐m)長のm個の時系列のベクトルであり、| Zmi-Zmj || Zim-Zjm | 次元mの空間における点ZmiZimとZmjZjmの間の距離を表す。(なお、サンプルエントロピアルゴリズムの詳細については、Richman and Moorman、2000を参照)。Z m is (N-m) is a vector of m time series of length, | representing the distance between points in a space of dimension m ZmiZim and ZmjZjm | Zmi-Zmj || Zim- Zjm. (Note that for details of the sample entropy algorithm, see Richman and Moorman, 2000).

したがって、サンプルエントロピスコアは、すべてのデータポイント(N)において、最初のポイントmについて互いに類似した2つのシーケンスが次のポイント(m+1)においても同様のままである条件付き確率の負の自然対数である。   Thus, the sample entropy score is the negative natural log of the conditional probability that for all data points (N), two sequences similar to each other for the first point m remain the same at the next point (m + 1). is there.

すべてのEEGデータ(脳波信号)はサンプリングレート200Hzでダウンサンプリングされて、サンプリングされた周波数帯域において効率的に解析される。具体的には時間スケールファクタτ=1〜20に対応する複数の周波数帯毎のサンプルエントロピスコアを計算した。   All EEG data (brain wave signals) are down-sampled at a sampling rate of 200 Hz and are efficiently analyzed in the sampled frequency band. Specifically, a sample entropy score for each of a plurality of frequency bands corresponding to the time scale factors τ = 1 to 20 was calculated.

今回の解析では、脳波信号のマルチスケールエントロピ解析に良い統計的検証を提供することが示されているという事例の、m=2、r=0.2の値を参考にして、各解析期間(20秒間)について、N=4000(すなわち、20秒間×200Hz)、m=2、r=0.2とした。   In this analysis, referring to the values of m = 2 and r = 0.2 in the case of showing that it provides good statistical verification for multi-scale entropy analysis of EEG signals, each analysis period ( For 20 seconds, N = 4000 (ie, 20 seconds × 200 Hz), m = 2, and r = 0.2.

なお、MSE(τ)が依存する3つのパラメータについては、解析を試行したところでは、N=2000(すなわち。ダウンサンプリング200Hzに対応すると10秒間)以上、m=1,2,3 r=0.15〜0.3であれば、同等の結果が得られるものと考えられる。また、電極や脳波信号の受信装置の感度や解析性能などにより、各パラメータは便宜設定し得るものである。   Regarding the three parameters on which MSE (τ) depends, where N = 2000 (that is, 10 seconds when corresponding to 200 Hz downsampling) and m = 1, 2, 3 r = 0. If it is 15 to 0.3, it is considered that equivalent results can be obtained. Further, each parameter can be set conveniently depending on the sensitivity and the analysis performance of the electrode and the receiving device of the electroencephalogram signal.

図2は、患者13人のすべての電極(1164個)のサンプルエントロピスコアの計算結果を、てんかん発作起始部(SOZ)、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA‐SOZ)、及び切除領域の外側(Outside RA)と臨床神経生理学専門医により決定されたそれぞれの領域毎にグラフに示したものである。各グラフでは、時間スケールファクタτ=1〜20を横軸、サンプルエントロピスコアを縦軸にして、非発作期(Interictal),発作直前期(Preictal),発作時(Ictal)のそれぞれについて、サンプルエントロピスコアの平均値を結び曲線で示し、サンプルエントロピスコアの標準偏差を合わせて表示した。各グラフに示されるnは、てんかん発作起始部(SOZ)、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA‐SOZ)、及び切除領域の外側(Outside RA)、とそれぞれ決定された領域に対応する電極の数である。17個(n=17)の電極がてんかん発作起始部(SOZ)、308個(n=308)の電極がてんかん発作起始部を除く切除領域(RA‐SOZ)、839個(n=839)が切除領域の外側に対応するものであった。横軸のτ=1は200Hz,τ=2は100Hz,τ=3は66.7Hz,・・・τ=12は16.7Hz,τ=13は15.3Hz,τ=14は14.3Hz・・・を表す。   FIG. 2 shows the calculation results of the sample entropy scores of all the electrodes (1164) of 13 patients, the epileptic seizure onset (SOZ), the excision area excluding the epileptic seizure onset (RA-SOZ), and the excision area. It is shown in a graph for each area determined by a clinical neurophysiologist, outside the area (Outside RA). In each graph, the time scale factor τ = 1 to 20 is set on the horizontal axis, and the sample entropy score is set on the vertical axis, and the sample entropy is calculated for each of the non-seizure period (Interictal), the period immediately before seizure (Preictal), and the time of seizure (Ictal). The average value of the score was shown by a tie curve, and the standard deviation of the sample entropy score was also displayed. N shown in each graph corresponds to an epileptic seizure onset (SOZ), an excision area excluding the epileptic seizure onset (RA-SOZ), and an area outside the excision area (Outside RA), respectively. The number of electrodes to be used. 17 (n = 17) electrodes are epileptic seizure onset (SOZ), 308 (n = 308) electrodes are excision area excluding epileptic seizure onset (RA-SOZ), 839 (n = 839) ) Corresponded to the outside of the resection area. On the horizontal axis, τ = 1 is 200 Hz, τ = 2 is 100 Hz, τ = 3 is 66.7 Hz,... Τ = 12 is 16.7 Hz, τ = 13 is 15.3 Hz, and τ = 14 is 14.3 Hz. .

図2からわかるように、てんかん発作起始部(SOZ)のサンプルエントロピ曲線は、3つの解析期間(非発作期・発作直前期・発作時)で明らかに区別でき、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA‐SOZ)のサンプルエントロピ曲線は発作時と他の2つの解析期間で明らかに区別できた。区別に適した周波数帯域をみると、14Hz〜100Hz、下限は、好ましくは20Hz、更に好ましくは28.6Hzである。また、上限は、好ましくは80Hz、更に好ましくは70Hzである。なお、ダウンサンプリングする周波数(サンプリングレート)を今回の解析では200Hzとしたが、ダウンサンプリングする周波数を、500Hzや1000Hzと変更することで、上限は150Hzや200Hzに設定して解析することが可能となる。   As can be seen from FIG. 2, the sample entropy curve of the epileptic seizure onset (SOZ) can be clearly distinguished in three analysis periods (non-seizure period, immediately before seizure, and seizure), excluding the epileptic seizure onset. The sample entropy curve of the resected area (RA-SOZ) was clearly distinguishable between the time of the seizure and the other two analysis periods. Looking at a frequency band suitable for distinction, 14 Hz to 100 Hz, the lower limit is preferably 20 Hz, and more preferably 28.6 Hz. The upper limit is preferably 80 Hz, more preferably 70 Hz. Note that the downsampling frequency (sampling rate) was 200 Hz in this analysis, but by changing the downsampling frequency to 500 Hz or 1000 Hz, it is possible to set the upper limit to 150 Hz or 200 Hz for analysis. Become.

図2から、好ましくはベータ帯域からガンマ帯域に至る周波数帯域、更に好ましくはガンマ帯域の周波数帯の解析がてんかん原生部及びてんかん発作起始部の検出率向上に大きく寄与し得ることがわかる。これは、ベータ帯域からガンマ帯域に至る周波数帯域と比較して高い100〜200Hzの高周波数帯域のてんかん性放電は非連続的に突発的に観察されるのに対して、ベータ帯域からガンマ帯域に至る周波数帯域のてんかん脳波は、発作間欠期の背景活動として常に観察可能であることも要因となっていると考察できる。   FIG. 2 shows that analysis of the frequency band, preferably from the beta band to the gamma band, more preferably the frequency band of the gamma band, can greatly contribute to the improvement of the detection rate of the epileptic epithelium and the epileptic seizure onset. This is because epileptic discharge in the high frequency band of 100 to 200 Hz, which is higher than the frequency band from the beta band to the gamma band, is discontinuously and suddenly observed, whereas the epileptic discharge is discontinuously and suddenly observed. It can be considered that epileptic electroencephalograms in all frequency bands are also observable as background activities during interictal periods.

今回の解析では、ダウンサンプリングする周波数は200Hzとしたので、ガンマ周波数帯域(30Hz〜80Hz)のうち、約30〜70Hzに対応する時間スケールファクタτ=3〜7のサンプルエントロピスコアの平均値を、この後分析するサンプルエントロピスコアとして採用した((3)及び(4)式参照)。   In this analysis, the frequency for downsampling was set to 200 Hz, so the average value of the sample entropy score of the time scale factor τ = 3 to 7 corresponding to about 30 to 70 Hz in the gamma frequency band (30 to 80 Hz) was calculated as follows: This was adopted as a sample entropy score to be analyzed thereafter (see equations (3) and (4)).

Figure 2019163836
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Figure 2019163836
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なお、今回の解析では、ガンマ周波数帯域(30〜80Hz)のうち、約30〜70Hzに対応する時間スケールファクタを使用したが、ベータ周波数帯域(14Hz〜40Hz)に対応する時間スケールファクタも使用することは言うまでもない。つまり、ガンマ周波数帯域のみならず、ベータ周波数帯域の脳波信号を使用することが可能である。   In this analysis, the time scale factor corresponding to about 30 to 70 Hz is used in the gamma frequency band (30 to 80 Hz), but the time scale factor corresponding to the beta frequency band (14 Hz to 40 Hz) is also used. Needless to say. That is, it is possible to use the brain wave signal not only in the gamma frequency band but also in the beta frequency band.

(解析の結果)
患者13人のそれぞれの算出されたサンプルエントロピスコアを以下のとおり整理した。図3は患者(Pt)毎の、解析期間毎(非発作期(inter)、発作直前期(pre)、発作時(ictal))の、サンプルエントロピスコアを比較するものである。nは各患者について分析された電極の数を表す。結果は各解析期間のすべての電極のサンプルエントロピスコアの平均値±標準偏差をエラーバーで示した。スティールドゥワス(Steel-Dwass)試験で有意差を評価した。P値(有意水準)<0.05を有意とみなし、アスタリスク(*)を付した。例えば、患者1(Pt1)において、非発作期に、すべての電極(n=104個)から取得された脳波信号の解析結果である、サンプルエントロピスコアの平均値は1.386、標準偏差は0.0724であることをエラーバーで示すものであり、この結果は、スティールドゥワス(Steel-Dwass)試験では、発作時と比較すると有意差が認められたが、発作直前期と比較すると有意差が認められなかった。
(Result of analysis)
The calculated sample entropy scores for each of the 13 patients were organized as follows. FIG. 3 compares the sample entropy scores for each analysis period (non-seizure period (inter), immediately before seizure period (pre), and seizure period (ictal)) for each patient (Pt). n represents the number of electrodes analyzed for each patient. The results are shown by error bars, which are the mean ± standard deviation of the sample entropy scores of all the electrodes during each analysis period. Significant differences were assessed by the Steel-Dwass test. P values (significance level) <0.05 were considered significant and marked with an asterisk (*). For example, in patient 1 (Pt1), the average value of the sample entropy score is 1.386, and the standard deviation is 0, which is the analysis result of the electroencephalogram signals obtained from all the electrodes (n = 104) during the non-seizure period. 0.0724 is shown by an error bar, indicating that the Steel-Dwass test showed a significant difference compared with the time of the seizure, but a significant difference compared with the time immediately before the seizure. Was not observed.

全電極数に対する切除領域(RA)の比率が小さい患者の一部には、発作直前期から発作時までにサンプルエントロピスコアが有意に増加する例も見られたが、非発作期と発作直前期との比較で7例、発作直前期と発作時との比較で8例、非発作期から発作時との比較で9例が有意に減少しており、全体として非発作期から発作時にかけてサンプルエントロピスコアは減少する傾向であった。これらの結果は、発作時に切除領域(RA)でサンプルエントロピスコアが特に低い可能性があることを示したものと分析した。   In some patients with a small ratio of resected area (RA) to the total number of electrodes, the sample entropy score increased significantly from the time immediately before the seizure to the time of the seizure. 7 compared with the time before the seizure and at the time of the seizure, and 9 cases from the non-seizure period to the time of the seizure significantly decreased. Entropy scores tended to decrease. These results were analyzed to indicate that the sample entropy score could be particularly low in the resected area (RA) at the time of the seizure.

図4は、患者13人について、各解析期間の領域毎(てんかん発作起始部、てんかん発作起始部を除く切除領域、切除領域の外側)のサンプルエントロピスコア(SampEn)を比較するものである。図4では、P値<0.01を有意とみなし、アスタリスク(*)で示した。   FIG. 4 compares the sample entropy scores (SampEn) of the 13 patients for each analysis period in each region (the epileptic seizure onset, the excision region excluding the epileptic seizure onset, and the outside of the excision region). . In FIG. 4, a P value <0.01 is considered significant and is indicated by an asterisk (*).

てんかん発作起始部(SOZ)のサンプルエントロピスコアは、非発作期において、他の領域よりも小さく、最低のスコアを示した。発作直前期では、非発作期におけるてんかん発作起始部(SOZ)の低スコアが散在する傾向があったが、発作時には切除領域(RA‐SOZ)とてんかん発作起始部(SOZ)とが低スコアであった。つまり、切除領域(RA)が低スコアであった。各解析期間の領域毎のサンプルエントロピスコアの平均値と標準偏差を図5に示す。   The sample entropy score at the onset of epileptic seizures (SOZ) was smaller than the other regions in the non-seizure period and showed the lowest score. In the period immediately before the seizure, the low score of the onset of epileptic seizure (SOZ) in the non-seizure period tended to be scattered, but during the seizure, the resection area (RA-SOZ) and the onset of epileptic seizure (SOZ) were low. Score. That is, the resection area (RA) had a low score. FIG. 5 shows the average value and the standard deviation of the sample entropy score for each region during each analysis period.

<非発作期>
サンプルエントロピスコア(SampEn)は、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA-SOZ):(平均1.20,標準偏差±0.23)及び切除領域の外側(Outside RA):(平均1.33,標準偏差±0.13)よりも、てんかん発作起始部(SOZ):(平均0.93,標準偏差±0.37)のスコアが有意に低かった(図4、両方ともp<0.01)。RA‐SOZのスコアは、Outside RAのスコアよりも有意に低かった(p<0.01)。まとめると、非発作期において、最も低いサンプルエントロピスコア(最も規則的である)はてんかん発作起始部(SOZ)に常に見られた。
<Non-seizure period>
The sample entropy score (SampEn) was calculated for the resected area excluding the onset of epileptic seizures (RA-SOZ): (mean 1.20, standard deviation ± 0.23) and outside the resected area (Outside RA): (mean 1. 33, standard deviation ± 0.13), the score at the onset of epileptic seizure (SOZ): (mean 0.93, standard deviation ± 0.37) was significantly lower (Fig. 4, both p <0) .01). The RA-SOZ score was significantly lower than the Outside RA score (p <0.01). In summary, during the non-seizure period, the lowest sample entropy score (most regular) was always found at the onset of epileptic seizures (SOZ).

<発症直前期>
サンプルエントロピスコア(SampEn)は、てんかん発作起始部(SOZ):(平均1.05,標準偏差±0.32)のスコアが、切除領域の外側(Outside RA):(平均1.30,標準偏差±0.15)よりも有意に(p<0.01)に低かった。しかし、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA-SOZ):(平均1.19,標準偏差±0.24)とは有意差が小さかった。まとめると、発作直前期では、てんかん発作起始部(SOZ)においてスコアが増加して、切除領域(RA)のスコアとの差がなくなり近似するスコアとなった(SOZにおいてより規則的でなくなった)。
<Before onset>
The sample entropy score (SampEn) was calculated from the score at the onset of epileptic seizure (SOZ): (mean 1.05, standard deviation ± 0.32) outside the resection area (Outside RA): (mean 1.30, standard (P <0.01). However, the significant difference from the resected area (RA-SOZ) excluding the onset of epileptic seizures: (mean 1.19, standard deviation ± 0.24) was small. In summary, in the period immediately before seizure, the score increased at the onset of epileptic seizures (SOZ), and there was no difference with the score of the resected area (RA), resulting in an approximate score (it became less regular in SOZ) ).

<発作時>
サンプルエントロピスコア(SampEn)は、てんかん発作起始部(SOZ):(平均0.85,標準偏差±0.32)とてんかん発作起始部を除く切除領域(RA-SOZ):(平均0.97,標準偏差±0.30)の両方で、切除領域の外側(Outside RA):(平均1.27,標準偏差±0.17)よりも大幅に低かった(ともにp<0.01)。まとめると、発作時では、減少するサンプルエントロピスコアがてんかん発作起始部(SOZ)を超えて伝播した。
<At seizure>
The sample entropy score (SampEn) was the epileptic seizure onset (SOZ): (mean 0.85, standard deviation ± 0.32) and the excision area excluding the epileptic seizure onset (RA-SOZ): (mean 0. 97, standard deviation ± 0.30), both were significantly lower than the outside of the resection area (Outside RA): (mean 1.27, standard deviation ± 0.17) (both p <0.01). In summary, during seizures, a decreasing sample entropy score propagated beyond the onset of epileptic seizures (SOZ).

以上により、局所性てんかん発作発生の変遷を図6のようにイメージした。   From the above, the transition of epileptic seizures was imaged as shown in FIG.

(1)非発作期に、てんかん発作起始部(SOZ)においてサンプルエントロピスコアが低くなる。これは、てんかん発作起始部(SOZ)においてニューロン同期が高いレベルで発現されることを示すものである。一方、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA‐SOZ)は、てんかん発作起始部よりは非同期であるが、発作を防止するよう切除領域の外側(Outside RA)よりは同期となっている。   (1) During the non-seizure period, the sample entropy score is low in the epileptic seizure onset (SOZ). This indicates that neuronal synchronization is expressed at a high level in the epileptic seizure onset (SOZ). On the other hand, the excision area (RA-SOZ) excluding the epileptic seizure onset is more asynchronous than the epileptic seizure onset, but more synchronous than the excision area outside (Outside RA) to prevent seizures. .

(2)発作直前期に、てんかん発作起始部(SOZ)においてサンプルエントロピスコアが増加する。これは、てんかん発作起始部を中心とする抑制と興奮ニューロンのバランスが崩壊して、てんかん発作起始部が周囲のてんかん発作起始部を除く切除領域と同化することを示すものである。   (2) Immediately before the seizure, the sample entropy score increases at the epileptic seizure onset (SOZ). This indicates that the balance between suppression and excitatory neurons centered on the epileptic seizure onset breaks down, and the epileptic seizure onset assimilate with the resected area excluding the surrounding epileptic seizure onset.

(3)発作時には、切除領域(RA)全般においてサンプルエントロピスコアが極端に低下する。これは、ニューロン過同期が切除領域(RA)全般に伝搬して発作が惹起される。   (3) At the time of a seizure, the sample entropy score decreases extremely in the entire resection area (RA). This is because neuronal hypersynchronization propagates throughout the resection area (RA), causing seizures.

さらに、発明者はてんかん診断を支援するものとして、以下の着想を得た。   Furthermore, the inventor has obtained the following idea to support epilepsy diagnosis.

(1)非発生期のサンプルエントロピスコア(SampEn)に対して、閾値を設定してサンプルエントロピスコアが閾値以下となる脳波の範囲が、てんかん発作起始部またはてんかん原性部のマーカーとなり得ること。   (1) A threshold is set for a sample entropy score (SampEn) in a non-emergent stage, and a range of an electroencephalogram in which the sample entropy score is equal to or less than the threshold can be a marker of the epileptic seizure onset or epileptic part. .

(2)発作直前期におけるてんかん発作起始部において、サンプルエントロピスコア(SampEn)の時間的変化に対して、閾値を設定して、てんかん発作発症のタイミングマーカーとなり得ること。   (2) A threshold may be set for a temporal change in the sample entropy score (SampEn) at the onset of the epileptic seizure just before the seizure, and may be used as a timing marker for epileptic seizure onset.

(3)てんかん発作時のサンプルエントロピスコア(SampEn)に対して、閾値を設定してサンプルエントロピスコアが閾値以下となる脳波の範囲が、てんかん発作起始部またはてんかん原性部のマーカーとなり得ること。   (3) A threshold is set for the sample entropy score (SampEn) at the time of an epileptic seizure, and the range of the electroencephalogram where the sample entropy score is equal to or less than the threshold value can be a marker for the epileptic seizure onset or epileptogenic part .

(4)患者間で比較すると、サンプルエントロピスコア(SampEn)は、患者間で大きい値の範囲に分布していたり、小さい値の範囲に分布していたりし、ばらつきがあり、閾値の設定に創意工夫が必要であること。   (4) When compared between patients, the sample entropy score (SampEn) is distributed between patients in a range of a large value or in a range of a small value. Ingenuity is required.

(5)てんかん発作起始部またはてんかん原性部のマーカーとして、非発作期(てんかん発作間欠期)のサンプルエントロピスコア(SampEn)が、てんかん発作直前期やてんかん発作時と比較して最も有効なマーカーとなり得ること。   (5) As a marker of the epileptic seizure onset or epileptogenic part, the sample entropy score (SampEn) in the non-seizure period (epileptic intermittent period) is the most effective as compared to the period immediately before the epileptic seizure or the epileptic seizure Be a marker.

上記臨床研究により得られた着想を具体化する本発明の実施形態に係るてんかん診断を支援する脳波解析方法及び脳波解析装置100を図面に基づいて説明する。以下の説明に際して上記臨床研究と同一の方法である場合は説明を省略する。   An electroencephalogram analysis method and an electroencephalogram analysis device 100 that support epilepsy diagnosis according to an embodiment of the present invention that embodies the idea obtained by the above clinical study will be described with reference to the drawings. In the following description, when the method is the same as the above clinical study, the description is omitted.

まず、図7〜9を参照して、本発明の第1実施形態に係る脳波解析方法及び脳波解析装置100について説明する。図7は、脳波解析方法及び脳波解析装置100の概要を示す図であり、図8は、脳波解析装置100の概略構成図であり、図9は、脳波解析方法の手順を示すフローチャートである。   First, an electroencephalogram analysis method and an electroencephalogram analysis device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing an outline of the electroencephalogram analysis method and the electroencephalogram analysis device 100, FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the electroencephalogram analysis device 100, and FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of the electroencephalogram analysis method.

図7に示すように、本実施形態に係る脳波解析方法及び脳波解析装置100は、被験者の頭部2に設置された複数の電極1で計測された脳波信号を解析するものである。脳波信号を測定する方法には、頭皮上に電極1を設置する方法と、頭蓋内に電極1を設置する方法があるが、本脳波解析方法及び本脳波解析装置100はいずれにも対応するものである。電極1の配置については、国際10‐20法による電極配置や、臨床研究のように脳部位を特定した電極配置や、60〜120個の電極配置にも対応するものである。一般的に、頭蓋内に電極1を設置する場合は病変部が十分に覆われる領域に電極1は設置され、各電極1は等間隔に設置されることが好ましい。   As shown in FIG. 7, an electroencephalogram analysis method and an electroencephalogram analysis apparatus 100 according to the present embodiment analyze an electroencephalogram signal measured by a plurality of electrodes 1 installed on a head 2 of a subject. There are two methods for measuring the electroencephalogram signal: a method of installing the electrode 1 on the scalp and a method of installing the electrode 1 in the skull. The electroencephalogram analysis method and the electroencephalogram analyzer 100 correspond to both. It is. The arrangement of the electrodes 1 corresponds to the electrode arrangement according to the international 10-20 method, the electrode arrangement specifying a brain region as in clinical research, and the arrangement of 60 to 120 electrodes. Generally, when the electrodes 1 are placed in the skull, the electrodes 1 are preferably placed in a region where the lesion is sufficiently covered, and the electrodes 1 are preferably placed at equal intervals.

図8に示すように、本実施形態に係る脳波解析装置100は、電極1から脳波信号を取得して処理するコンピュータ10と、コンピュータ10での処理結果を表示する表示装置20と、コンピュータ10で行われる処理に利用される閾値を入力するための閾値入力装置30と、を備える。   As shown in FIG. 8, an electroencephalogram analyzer 100 according to the present embodiment includes a computer 10 that acquires and processes an electroencephalogram signal from the electrode 1, a display device 20 that displays a processing result of the computer 10, and a computer 10. And a threshold value input device 30 for inputting a threshold value used for processing to be performed.

コンピュータ10は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、これらを接続するバス、入出力インターフェース等で構成される。RAMはCPUの処理におけるデータを記憶し、ROMはCPUで実行されるプログラムやプログラムの設定値等を予め記憶する。   The computer 10 includes a CPU (central processing unit), a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), a bus connecting these, an input / output interface, and the like. The RAM stores data in the processing of the CPU, and the ROM stores programs executed by the CPU, set values of the programs, and the like in advance.

コンピュータ10は、脳波信号取得部11と、サンプルエントロピスコア解析・算出部12と、標準化変数算出部13と、判定部14と、表示制御部15と、を備える。   The computer 10 includes an electroencephalogram signal acquisition unit 11, a sample entropy score analysis / calculation unit 12, a standardized variable calculation unit 13, a determination unit 14, and a display control unit 15.

脳波信号取得部11は、電極1で計測された脳波信号を取得する。つまり、電極1で計測された脳波信号は、脳波信号取得部11に入力される。なお、脳波信号取得部11は、被験者の頭部に設置された電極1が計測した脳波信号を直接取得してもよいし、電極1が計測した脳波信号を記録するメモリー等の記録媒体から脳波信号を取得してもよい。ただし、電極1が計測した脳波信号は、一旦メモリー等の記録媒体に記録され、記録媒体に記録された脳波信号を脳波信号取得部11が取得するほうが産業上の利用性は高いと考えられる。   The electroencephalogram signal acquisition unit 11 acquires an electroencephalogram signal measured by the electrode 1. That is, the electroencephalogram signal measured by the electrode 1 is input to the electroencephalogram signal acquisition unit 11. The electroencephalogram signal acquisition unit 11 may directly acquire an electroencephalogram signal measured by the electrode 1 installed on the subject's head, or may obtain an electroencephalogram signal from a recording medium such as a memory that records the electroencephalogram signal measured by the electrode 1. A signal may be obtained. However, it is considered that industrial use is higher if the electroencephalogram signal measured by the electrode 1 is temporarily recorded on a recording medium such as a memory, and the electroencephalogram signal acquisition unit 11 acquires the electroencephalogram signal recorded on the recording medium.

サンプルエントロピスコア解析・算出部12は、脳波信号取得部11で取得した脳波信号をサンプルエントロピ解析して、複数の電極1のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアを算出する。   The sample entropy score analysis / calculation unit 12 performs sample entropy analysis on the brain wave signal acquired by the brain wave signal acquisition unit 11 and calculates a sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes 1.

標準化変数算出部13は、複数の電極1のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアの標準化変数を算出する。   The standardized variable calculator 13 calculates a standardized variable of the sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes 1.

判定部14は、複数の電極1に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する。ここで、てんかん原性部とは、てんかん発作を引き起こす脳神経異常興奮部位であり、かつ、その切除によって発作を抑制可能な部位である。てんかん発作起始部とは、発作活動が始まる部位である。一般に、てんかん発作起始部はてんかん原性部に含まれ、てんかん発作起始部とてんかん原性部を総称して、てんかん病変部という。   The determination unit 14 determines whether each brain site corresponding to the plurality of electrodes 1 corresponds to the epileptic seizure onset or epileptogenic region. Here, the epileptogenic region is a site of abnormal cranial nerve excitation that causes an epileptic seizure, and is a site where seizure can be suppressed by resection. The epileptic seizure onset is the site where seizure activity begins. In general, the epileptic seizure onset is included in the epileptogenic part, and the epileptic seizure onset and the epileptogenic part are collectively called an epileptic lesion.

表示制御部15は、判定部14での判定結果を表示装置20に表示する処理を行う。   The display control unit 15 performs a process of displaying the determination result of the determination unit 14 on the display device 20.

表示装置20は、液晶ディスプレイやプロジェクタ等である。   The display device 20 is a liquid crystal display, a projector, or the like.

閾値入力装置30は、判定部14による判定の基準となる閾値を入力するためのものであり、マウス、キーボード、タッチパネル等で構成される。   The threshold value input device 30 is for inputting a threshold value that is used as a criterion for determination by the determination unit 14, and includes a mouse, a keyboard, a touch panel, and the like.

図9を参照して、本実施形態に係る脳波解析方法をについて説明する。以下で説明するステップ1〜6の手順は、ROMに保存されたプログラムをCPUが実行することによって行われる。つまり、コンピュータ10には、ステップ1〜6の手順を実行させるプログラム(てんかん診断を支援する脳波解析方法を実行するためのプログラム)が記憶されている。   The brain wave analysis method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The procedures of steps 1 to 6 described below are performed by the CPU executing a program stored in the ROM. That is, the computer 10 stores a program for executing the procedure of Steps 1 to 6 (a program for executing an electroencephalogram analysis method for supporting epilepsy diagnosis).

<脳波信号の取得>
ステップ1では、脳波信号取得部11において、電極1で計測された脳波信号を取得する。被験者の頭部2に設置された複数の電極1で計測された脳波信号は、以下のように取得される。例えば、100個の電極1が頭部2に設置された場合、100個の電極1に対応した100解析対象となる脳波信号が取得される(図7参照)。脳波の解析期間として、てんかん発作間欠期、てんかん発作直前期、てんかん発作時の3つのいずれかの解析期間の脳波信号が取得され、解析期間が特定される。てんかん発作間欠期(非発作期)は、てんかん発作が発症してから少なくとも10分程度離れた10秒〜20秒の活動を含むものである。てんかん発作直前期は、てんかん発作直前の10秒〜20秒の活動を含むものである。発作時は、発作時の10秒〜20秒の活動を含むものである。各解析期間は、20秒以上であることが好ましいが、10秒程度の連続した時間帯であれば足りる。なお、てんかん発作間欠期、てんかん発作直前期、てんかん発作時の特定は医師の診察による判断のみならず、心拍数測定装置、心電図測定装置、ビデオモニタリングなどのデータを用いることで判断して期間を特定することが可能である。
<Acquisition of EEG signal>
In step 1, the electroencephalogram signal acquisition unit 11 acquires an electroencephalogram signal measured by the electrode 1. An electroencephalogram signal measured by the plurality of electrodes 1 installed on the subject's head 2 is acquired as follows. For example, when 100 electrodes 1 are placed on the head 2, 100 EEG signals corresponding to the 100 electrodes 1 are acquired (see FIG. 7). As the analysis period of the electroencephalogram, an electroencephalogram signal of any one of the three analysis periods of the intermittent epileptic seizure, the period immediately before the epileptic seizure, and the epileptic seizure is acquired, and the analysis period is specified. The epileptic intermittent period (non-seizure period) includes an activity of 10 seconds to 20 seconds separated by at least about 10 minutes after the onset of the epileptic seizure. The period immediately before an epileptic seizure includes the activity of 10 seconds to 20 seconds immediately before the seizure. The seizure includes the activity of 10 to 20 seconds at the time of the seizure. Each analysis period is preferably at least 20 seconds, but a continuous time period of about 10 seconds is sufficient. The intermittent epileptic period, the period immediately before the epileptic seizure, and the identification of the epileptic seizure are determined not only by a doctor's consultation but also by using data from a heart rate measurement device, electrocardiogram measurement device, video monitoring, etc. It is possible to specify.

<サンプルエントロピ解析(サンプルエントロピスコアの算出)>
ステップ2では、サンプルエントロピスコア解析・算出部12において、脳波信号取得部11で取得した脳波信号をサンプルエントロピ解析して、複数の電極1のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアを算出する。本実施形態では、ガンマ周波数帯域(30Hz〜80Hz)のうち約30〜70Hzの周波数帯域のサンプルエントロピスコアを選択して解析を行った。例えば、100個の電極に対応する脳波信号が取得された場合、100個の電極のそれぞれに対応した100個のサンプルエントロピスコアが算出される(図7参照)。サンプルエントロピ解析として、sample entropy(参考文献:Richman, J. S. & Moorman, J. R. Physiological time-series analysis using approximate entropy and sample entropy. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 278, 2039?2049 (2000))の他、複数の周波数帯域で脳波信号の規則性を定量化できるマルチスケールエントロピ解析(MSE)(参考文献:Costa, M. Goldberger, A.L. & Peng, C.K. Multiscale entropy analysis of complex physiologic time series. Phys Rev Lett. 89, 068102 (2002))を利用することができる。サンプルエントロピスコアは、デジタル波形の規則性を数値で示すものであって、例えば、低い値であるほど、EEG(脳波)リズムが規則的であって異常性が高いことを意味する。
<Sample entropy analysis (calculation of sample entropy score)>
In step 2, the sample entropy score analysis / calculation unit 12 performs sample entropy analysis on the electroencephalogram signal acquired by the electroencephalogram signal acquisition unit 11 to calculate a sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes 1. In the present embodiment, analysis was performed by selecting a sample entropy score in a frequency band of about 30 to 70 Hz from a gamma frequency band (30 Hz to 80 Hz). For example, when an electroencephalogram signal corresponding to 100 electrodes is acquired, 100 sample entropy scores corresponding to each of the 100 electrodes are calculated (see FIG. 7). Sample entropy analysis includes sample entropy (references: Richman, JS & Moorman, JR Physiological time-series analysis using approximate entropy and sample entropy. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 278, 2039? 2049 (2000)), and several others. Phys Rev Lett. 89, Physics Rev Lett. 89, Multiscale entropy analysis (MSE) for quantifying the regularity of electroencephalographic signals in the frequency range of the spectrum (Reference: Costa, M. Goldberger, AL & Peng, CK 068102 (2002)). The sample entropy score indicates the regularity of the digital waveform by a numerical value. For example, a lower value means that the EEG (electroencephalogram) rhythm is more regular and abnormal.

<サンプルエントロピスコアの標準化変数算出>
ステップ3では、標準化変数算出部13において、複数の電極1のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアの標準化変数を算出する。具体的には、複数のサンプルエントロピスコアを母集団として、それぞれのサンプルエントロピスコアの標準化変数を算出する。標準化変数は、複数の電極1のそれぞれに対応するものである。標準化変数はZ値(=(サンプルエントロピスコア−平均値)/標準偏差)や偏差値である。例えば、100個の電極1に対応した脳波信号が取得され100個のサンプルエントロピスコアが算出された場合、100個のサンプルエントロピスコアを母集団として、100個の電極1のそれぞれに対応した標準化変数が算出される。
<Calculation of standardized variables for sample entropy score>
In step 3, the standardized variable calculator 13 calculates a standardized variable of the sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes 1. Specifically, a standardized variable of each sample entropy score is calculated using a plurality of sample entropy scores as a population. The standardized variable corresponds to each of the plurality of electrodes 1. The standardized variable is a Z value (= (sample entropy score−mean value) / standard deviation) or a deviation value. For example, when an electroencephalogram signal corresponding to 100 electrodes 1 is acquired and 100 sample entropy scores are calculated, a standardized variable corresponding to each of the 100 electrodes 1 is defined as a population of 100 sample entropy scores. Is calculated.

<てんかん病変部の判定>
ステップ4及び5では、判定部14において、複数の電極1に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する。まず、ステップ4では、複数の電極1のそれぞれに対応する標準化変数と閾値とを比較する。閾値は、閾値入力装置30にて設定される。具体的には、医師がキーボードを操作することにより閾値を入力する。なお、閾値は、キーボードから入力する代わりに、脳波解析装置100の記憶部に予め設定するようにしてもよい。閾値は、てんかん原性部と判定するための閾値(以下では、「原性部閾値」と称する。)と、てんかん発作起始部と判定するための閾値(以下では、「起始部閾値」と称する。)とが設定される。起始部閾値は、原性部閾値より小さい。
<Determination of epilepsy lesion>
In Steps 4 and 5, the determination unit 14 determines whether each brain part corresponding to the plurality of electrodes 1 corresponds to an epileptic seizure onset or epileptogenic part. First, in step 4, a standardized variable corresponding to each of the plurality of electrodes 1 is compared with a threshold. The threshold is set by the threshold input device 30. Specifically, a doctor inputs a threshold value by operating a keyboard. Note that the threshold value may be set in advance in the storage unit of the electroencephalogram analyzer 100 instead of inputting from the keyboard. The threshold is a threshold for determining an epileptogenic part (hereinafter, referred to as “primary part threshold”) and a threshold for determining an epileptic seizure onset part (hereinafter, “origin part threshold”). ) Is set. The origin threshold is smaller than the intrinsic threshold.

ステップ5では、ステップ4での比較結果に基づいて、てんかん発作起始部とてんかん原性部の判定を行う。具体的には、ステップ4において、ある電極1に対応する標準化変数が原性部閾値以下である場合、当該電極1に対応する脳の部位をてんかん原性部と判定する。また、ある電極1に対応する標準化変数が起始部閾値以下である場合、当該電極1に対応する脳の部位をてんかん発作起始部と判定する。また、ある電極1に対応する標準化変数が原性部閾値より大きい場合、相対的に当該電極1に対応する脳の部位は健全部と判定される(ステップ6)。   In step 5, the epileptic seizure onset and epileptogenic part are determined based on the comparison result in step 4. Specifically, in step 4, when the standardized variable corresponding to a certain electrode 1 is equal to or less than the threshold value of the intrinsic part, the part of the brain corresponding to the electrode 1 is determined to be an epileptic part. When the standardized variable corresponding to a certain electrode 1 is equal to or smaller than the threshold value of the origin part, the part of the brain corresponding to the electrode 1 is determined to be the epileptic seizure onset part. If the standardized variable corresponding to a certain electrode 1 is larger than the intrinsic part threshold, the part of the brain corresponding to the certain electrode 1 is relatively determined to be a healthy part (step 6).

したがって、例えば、被験者の脳波を測定するために頭部2に設置された100個の電極1を介して取得された100解析対象の脳波信号のそれぞれについて標準化変数が算出され、原性部閾値と比較され、それぞれの電極1に対応する脳の部位がてんかん原性部か否かが判定される。その結果、てんかん原性部と判定されなかった電極1に対応する部位は相対的に健全部と判定される。また、算出された100個の標準化変数は、起始部閾値とも比較され、それぞれの電極1に対応する脳の部位がてんかん発作起始部か否かが評価される。   Therefore, for example, a standardized variable is calculated for each of the 100 electroencephalogram signals obtained via the 100 electrodes 1 installed on the head 2 to measure the electroencephalogram of the subject, The comparison is made to determine whether or not the site of the brain corresponding to each electrode 1 is an epileptogenic site. As a result, the part corresponding to the electrode 1 not determined as the epileptogenic part is relatively determined to be a healthy part. Further, the calculated 100 standardized variables are also compared with the threshold value of the onset part, and it is evaluated whether the part of the brain corresponding to each electrode 1 is the onset part of the epileptic seizure onset.

なお、ステップ4〜6では、判定部14において、サンプルエントロピスコアの標準化変数と閾値とを比較する場合について説明した。しかし、判定部14で用いる比較対象は、サンプルエントロピスコアに基づく情報であれば、サンプルエントロピスコアの標準化変数に限られない。また、サンプルエントロピスコアそのものであってもよい。   Note that, in steps 4 to 6, the case where the determination unit 14 compares the standardized variable of the sample entropy score with the threshold value has been described. However, the comparison target used in the determination unit 14 is not limited to the standardized variable of the sample entropy score as long as the information is based on the sample entropy score. Alternatively, the sample entropy score itself may be used.

以上のステップ1〜6のフローは、てんかん発作間欠期、てんかん発作直前期、てんかん発作時のそれぞれの解析期間毎に実行される。   The flow of the above steps 1 to 6 is executed for each of the intermittent epileptic seizures, the period immediately before the epileptic seizure, and the analysis period for the epileptic seizure.

<判定結果の表示>
判定部14での判定結果(ステップ5及び6)は、表示装置20に表示される。判定部14での判定結果の表示装置20への表示処理は、表示制御部15で行われる。図10に、表示装置20に表示される画像の一例を示す。表示制御部15は、表示装置20に脳を模した脳画像21を表示すると共に、複数の電極1のそれぞれに対応する脳画像21上の位置に判定部14での判定結果を表示する。脳画像21上の電極1の位置は脳波解析装置100に記憶された電極位置情報に基づいて表示装置20において特定される。
<Display of judgment result>
The determination results (steps 5 and 6) by the determination unit 14 are displayed on the display device 20. The process of displaying the result of the determination by the determination unit 14 on the display device 20 is performed by the display control unit 15. FIG. 10 shows an example of an image displayed on the display device 20. The display control unit 15 displays the brain image 21 imitating the brain on the display device 20 and displays the determination result of the determination unit 14 at a position on the brain image 21 corresponding to each of the plurality of electrodes 1. The position of the electrode 1 on the brain image 21 is specified on the display device 20 based on the electrode position information stored in the electroencephalogram analyzer 100.

判定結果の表示方法としては、例えば図10に示すように、てんかん発作起始部と判定された部位は☆で表示し、てんかん原性部と判定された部位は△で表示し、健全部と判定された部位は○で表示する。このように、それぞれの部位を記号で区別して表示する代わりに、それぞれの部位を色で区別して表示してもよい。また、記号や色の表示に加えて、標準化変数算出部13で算出された標準化変数の数値も表示するようにしてもよい。   As a method of displaying the determination result, for example, as shown in FIG. 10, the site determined to be the epileptic seizure onset is indicated by ☆, the site determined to be an epileptic site is indicated by Δ, and The determined site is indicated by a circle. As described above, instead of displaying each part with a symbol, the respective parts may be displayed with a color. Further, in addition to displaying the symbols and colors, the numerical values of the standardized variables calculated by the standardized variable calculation unit 13 may be displayed.

<閾値について>
臨床研究の解析結果を用いて設定した閾値について説明する。てんかん発作起始部(SOZ)、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA-SOZ)を判定する標準化変数としてZ値を用いて、非発作期、発作直前期及び発作時の、感度(Sensitivity)及び特異度(Specificity)を計算した。感度とは、ある検査について「陽性と判定されるべきものを正しく陽性と判定する確率」として定義される値である。また、特異度とは、ある検査について「陰性と判定されるべきものを正しく陰性と判定する確率」として定義される値である。その結果をまとめたROC曲線を図11に示す。図11(a)(b)に示すように、ROC曲線下のエリア(Area under ROC curve)は、てんかん発作起始部(SOZ)において0.99(非発作期),0.87(発作直前期),0.90(発作時)であり、てんかん発作起始部を除く切除領域 (RA-SOZ)において、0.67(非発作期),0.64(発作直前期),0.81(発作時)であり、有効な判定基準となる閾値が設定できることがわかる。特に、非発作期と発作時の感度、特異度はマーカーとして実用上も有益なものである。判定基準となる閾値として最良のカットオフ値を、Youden指数(感度+特異度‐1)が最大となるZスコアとして定めた。図12はてんかん発作起始部(SOZ)、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA−SOZ)を評価対象として、各解析期間におけるROC曲線下のエリア(Area under ROC curve)、Youden指数の最大値、Youden指数が最大となるベストカットオフZ値(最良のカットオフ値)と、ベストカットオフZ値における、感度・特異度をまとめた表である。なお、図12に示すベストカットオフZ値、感度と特異度及びYouden指数は、図11(a)(b)に示すROC曲線に対応するものである。てんかん発作起始部(SOZ)を検出する感度と特異度は、非発作期(Interictal)のベストカットオフZ値(−2.09)に対し100%と97.1%、発作直前期(Preictal)のベストカットオフZ値(−0.70)に対し76.5%と85.5%、発作時(Ictal)のベストカットオフZ値(−1.00)に対し88.2%と86.9%であった。てんかん発作起始部を除く切除領域(RA‐SOZ)を検出する感度と特異度は、非発作期(Interictal)のベストカットオフZ値(−0.12)に対し54.2%と73.8%、発作直前期(Preictal)のベストカットオフZ値(−0.12)に対し44.2%と76.9%、発作時(Ictal)のベストカットオフZ値(−0.19)に対し67.4%と84.7%であり、いずれも判定基準として高い値を示した。
<About threshold>
The threshold set using the analysis result of the clinical study will be described. Using Z value as a standardized variable for determining the epileptic seizure onset (SOZ) and the excision area (RA-SOZ) excluding the epileptic seizure onset, the sensitivity (Sensitivity) during the non-seizure period, immediately before the seizure, and during the seizure ) And Specificity were calculated. Sensitivity is a value defined as “probability of correctly determining what should be determined as positive” for a certain test. The specificity is a value defined as “probability that a test that should be determined to be negative is correctly determined to be negative” for a certain test. An ROC curve summarizing the results is shown in FIG. As shown in FIGS. 11A and 11B, the area under the ROC curve (Area under ROC curve) is 0.99 (non-seizure period) and 0.87 (immediately before seizure) in the epileptic seizure onset (SOZ). Stage), 0.90 (at the time of seizure), and 0.67 (non-seizure period), 0.64 (just before seizure), 0.81 in the resected area (RA-SOZ) excluding the epileptic seizure onset. (At the time of a seizure), and it can be seen that a threshold value serving as an effective criterion can be set. In particular, the sensitivity and specificity during the non-seizure period and during the seizure are practically useful as markers. The best cut-off value as a threshold as a criterion was defined as the Z score at which the Youden index (sensitivity + specificity -1) became the maximum. FIG. 12 shows the area under the ROC curve (Area under ROC curve) and the Youden index in each analysis period for the evaluation of the epileptic seizure onset (SOZ) and the excision area (RA-SOZ) excluding the epileptic seizure onset. 5 is a table summarizing the maximum value, the best cutoff Z value at which the Youden index becomes the maximum (best cutoff value), and the sensitivity and specificity at the best cutoff Z value. The best cutoff Z value, sensitivity and specificity, and Youden index shown in FIG. 12 correspond to the ROC curves shown in FIGS. The sensitivity and specificity for detecting the onset of epileptic seizures (SOZ) are 100% and 97.1% of the best cutoff Z value (−2.09) in the non-seizure period (Interictal), ) Is 76.5% and 85.5% for the best cutoff Z value (−0.70), and 88.2% and 86 for the best cutoff Z value (−1.00) for seizures (Ictal). 0.9%. The sensitivity and specificity for detecting the resected area (RA-SOZ) excluding the onset of epileptic seizures were 54.2% and 73.7% of the best cutoff Z value (-0.12) in the non-seizure period (Interictal). 8%, 44.2% and 76.9% of the best cutoff Z value (-0.12) immediately before the seizure (Preictal), and the best cutoff Z value (-0.19) during the seizure (Ictal) 67.4% and 84.7%, both of which showed high values as criteria.

なお、てんかん発作起始部を除く切除領域(RA−SOZ)を判定するための基準(閾値)は、てんかん原性部を判定するための基準(閾値)に適用される。また、非発作期の基準(閾値)は、てんかん発作間欠期の脳波信号に対する評価に適用される。   The criterion (threshold) for determining the excision area (RA-SOZ) excluding the epileptic seizure onset is applied to the criterion (threshold) for determining the epileptogenic part. The reference (threshold) during the non-seizure period is applied to the evaluation of the electroencephalogram signal during the intermittent seizure period.

次に、具体的な実施例について説明する。本実施例では、臨床研究の13人のうち代表的な患者3人(患者1,7,12)を被験者として、各患者から得られた脳波信号を本実施形態に係る脳波解析方法でシミュレーション解析した。被験者である患者1,7,12の特徴等は前述の図1に示すとおりである。   Next, specific examples will be described. In the present embodiment, three representative patients (patients 1, 7, and 12) among the 13 patients in the clinical study were used as subjects, and the electroencephalogram signals obtained from each patient were analyzed by simulation using the electroencephalogram analysis method according to the present embodiment. did. The characteristics and the like of the patients 1, 7, and 12 as subjects are as shown in FIG. 1 described above.

まず、図13〜16を参照して、患者1について説明する。   First, the patient 1 will be described with reference to FIGS.

図13は、てんかん発作間欠期(非発作期)に各電極1で計測されたサンプルエントロピスコア、サンプルエントロピスコアの標準化変数(Zスコア)、及びZスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果を示す図である。図14は、脳と電極1の模式図であり、図13に示す比較結果を示す図である。図15は、てんかん発作時に各電極1で計測されたサンプルエントロピスコア、Zスコア、及びZスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果を示す図である。図16に、脳と電極1の模式図であり、図15に示す比較結果を示す図である。   FIG. 13 shows the sample entropy score measured at each electrode 1 during the epileptic intermittent period (non-seizure period), a standardized variable (Z score) of the sample entropy score, and the Z score, the intrinsic part threshold, the origin part threshold, and the like. It is a figure showing the comparison result of. FIG. 14 is a schematic diagram of the brain and the electrode 1, and is a diagram showing the comparison results shown in FIG. FIG. 15 is a diagram showing sample entropy scores and Z scores measured at each electrode 1 during an epileptic seizure, and comparison results of the Z score with the intrinsic part threshold and the starting part threshold. FIG. 16 is a schematic diagram of the brain and the electrode 1, and is a diagram showing the comparison results shown in FIG.

患者1の脳への電極1の設置位置は、図14及び16に示すとおりであり、患者1では、右大脳半球に104個の電極1が設置された。   The installation positions of the electrodes 1 on the brain of the patient 1 are as shown in FIGS. 14 and 16. In the patient 1, 104 electrodes 1 were installed on the right cerebral hemisphere.

図13及び15に示すサンプルエントロピスコア、サンプルエントロピスコアの標準化変数(Zスコア)、Zスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果は、図9を用いて説明した方法で得られる。図13及び15では、Zスコアが原性部閾値以下の場合には●で示し、Zスコアが起始部閾値以下の場合には■で示し、Zスコアが原性部閾値よりも大きい場合には×で示している。原性部閾値及び起始部閾値は、図12に示すベストカットオフZ値を用いている。   The sample entropy score, the standardized variable (Z score) of the sample entropy score, and the comparison results of the Z score with the intrinsic part threshold and the starting part threshold shown in FIGS. 13 and 15 are obtained by the method described with reference to FIG. . In FIGS. 13 and 15, when the Z score is equal to or less than the intrinsic portion threshold, it is indicated by ●, and when the Z score is equal to or less than the originating portion threshold, it is indicated by Δ. Is indicated by x. The best cutoff Z value shown in FIG. 12 is used for the original part threshold and the starting part threshold.

図14及び16では、それぞれ図13及び15の比較結果に基づいて、Zスコアが原性部閾値以下の電極1を点線で示し、Zスコアが起始部閾値以下の電極1を一点鎖線で示し、Zスコアが原性部閾値よりも大きい電極1を実線で示している。つまり、点線で示す電極1に対応する脳の部位は、てんかん原性部と判定されたことを意味し、一点鎖線で示す電極1に対応する脳の部位は、てんかん発作起始部と判定されたことを意味し、実線で示す電極1に対応する脳の部位は、健全部と判定されたことを意味する。また、図14及び16では、臨床神経生理学専門医によりてんかん原性部と決定された部位を点線の領域で示し、てんかん発作起始部と決定された部位を実線の領域で示している。   In FIGS. 14 and 16, based on the comparison results of FIGS. 13 and 15, the electrode 1 having a Z score equal to or less than the threshold of the intrinsic portion is indicated by a dotted line, and the electrode 1 having a Z score equal to or less than the threshold of the origin is indicated by a dashed line. , And the Z-score is larger than the intrinsic part threshold, and the electrode 1 is indicated by a solid line. That is, the part of the brain corresponding to the electrode 1 indicated by the dotted line is determined to be an epileptogenic part, and the part of the brain corresponding to the electrode 1 indicated by the dashed line is determined to be the epileptic seizure onset. Means that the part of the brain corresponding to the electrode 1 indicated by the solid line is determined to be a healthy part. In FIGS. 14 and 16, a site determined as an epileptic site by a clinical neurophysiologist is indicated by a dotted line region, and a site determined as an epileptic seizure onset is indicated by a solid line region.

図14及び16かわわかるように、本実施形態に係る脳波解析方法により判定されたてんかん病変部(てんかん原性部とてんかん発作起始部)と、臨床神経生理学専門医により決定されたてんかん病変部とには、密接な関連性が認められた。   As can be seen from FIGS. 14 and 16, the epileptic lesion (epileptic part and epileptic seizure onset) determined by the electroencephalogram analysis method according to the present embodiment, and the epileptic lesion determined by a clinical neurophysiologist. Was closely related.

図17〜20に患者7に関する実施例を示し、図21〜24に患者12に関する実施例を示す。図17及び図21は、図13に対応する図であり、てんかん発作間欠期に各電極1で計測されたサンプルエントロピスコア、Zスコア、及びZスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果を示す図である。図18及び22は、図14に対応する図であり、脳と電極1の模式図であり、図17及び図21に示す比較結果を示す図である。図19及び23は、図15に対応する図であり、てんかん発作時に各電極1で計測されたサンプルエントロピスコア、Zスコア、及びZスコアと原性部閾値,起始部閾値との比較結果を示す図である。図20及び24は、図16に対応する図であり、脳と電極1の模式図であり、図19及び23に示す比較結果を示す図である。   17 to 20 show an embodiment relating to the patient 7, and FIGS. 21 to 24 show an embodiment relating to the patient 12. 17 and 21 are diagrams corresponding to FIG. 13, and show the relationship between the sample entropy score, the Z score, and the Z score measured at each electrode 1 during the intermittent epileptic seizure, and the original part threshold and the starting part threshold. It is a figure showing a comparison result. 18 and 22 are diagrams corresponding to FIG. 14 and are schematic diagrams of the brain and the electrode 1, and are diagrams illustrating the comparison results shown in FIG. 17 and FIG. FIGS. 19 and 23 are diagrams corresponding to FIG. 15, and show sample entropy scores, Z scores measured at each electrode 1 during an epileptic seizure, and comparison results of the Z score with the intrinsic portion threshold and the starting portion threshold. FIG. 20 and 24 are diagrams corresponding to FIG. 16 and are schematic diagrams of the brain and the electrode 1, and are diagrams illustrating the comparison results shown in FIGS. 19 and 23.

患者7の脳への電極1の設置位置は、図18及び20に示すとおりであり、患者7では、左大脳半球に105個の電極1が設置された。患者12の脳への電極1の設置位置は、図22及び24に示すとおりであり、被験者12では、左大脳半球に99個の電極1が設置された。   The installation positions of the electrodes 1 on the brain of the patient 7 are as shown in FIGS. 18 and 20. In the patient 7, 105 electrodes 1 were installed on the left cerebral hemisphere. The installation positions of the electrodes 1 on the brain of the patient 12 are as shown in FIGS. 22 and 24. In the subject 12, 99 electrodes 1 were installed on the left cerebral hemisphere.

図18,20,22,及び24かわわかるように、患者7及び12においても、本実施形態に係る脳波解析方法により判定されたてんかん病変部(てんかん原性部とてんかん発作起始部)と、臨床神経生理学専門医により決定されたてんかん病変部とには、密接な関連性が認められた。   As can be seen from FIGS. 18, 20, 22, and 24, also in patients 7 and 12, the epileptic lesions (epileptic part and epileptic seizure onset) determined by the electroencephalogram analysis method according to the present embodiment, There was a close association with epileptic lesions as determined by a clinical neurophysiologist.

以上の実施例からわかるように、本実施形態に係る脳波解析方法によって患者の脳波信号を解析することによって、てんかん原性部、または、てんかん発作起始部、ひいては健全部を判定できるため、医師の診断を支援できる。   As can be seen from the above examples, by analyzing a patient's electroencephalogram signal by the electroencephalogram analysis method according to the present embodiment, the epileptogenic part, or the epileptic seizure onset, and thus the healthy part can be determined. Can assist in the diagnosis of

以上の実施例では、てんかん発作間欠期とてんかん発作時に計測された脳波信号を用いた場合を示した。なお、てんかん発作直前期に計測された脳波信号を用いた解析方法においても同様に結果が得られる。   In the above example, the case where the intermittent period of epileptic seizure and the electroencephalogram signal measured at the time of epileptic seizure was used was shown. It should be noted that an analysis method using an electroencephalogram signal measured immediately before an epileptic seizure can similarly obtain a result.

また、以上の実施例では、原性部閾値及び起始部閾値は、図12に示すベストカットオフZ値を用いた。原性部閾値及び起始部閾値として用いる閾値は必ずしもベストカットオフZ値に限られるものではない。閾値を所定の範囲における値に設定してもよい。設定される閾値の値の範囲は、ベストカットオフZ値に対して下限側で、好ましくは(ベストカットオフZ値−0.50)、更に好ましくは(ベストカットオフZ値−0.25)である。また、上限側で、好ましくは(ベストカットオフZ値+0.50)、更に好ましくは(ベストカットオフZ値+0.25)である。特に、てんかん発作間欠期のてんかん発作起始部の評価基準は極めて優れたもの(Area under ROC curve:0.99)であるので、起始部閾値の下限側は(ベストカットオフZ値−1.00)としてもよい。図13,15,17,19,21,及び23に示すZスコアと比較するとこれらの閾値を設定しても実用上有効な判定結果が得られることがわかる。   In the above-described embodiment, the best cutoff Z value shown in FIG. 12 is used as the original part threshold and the starting part threshold. The thresholds used as the original part threshold and the starting part threshold are not necessarily limited to the best cutoff Z value. The threshold may be set to a value within a predetermined range. The range of the threshold value to be set is on the lower limit side with respect to the best cutoff Z value, preferably (best cutoff Z value−0.50), more preferably (best cutoff Z value−0.25). It is. On the upper limit side, the value is preferably (best cutoff Z value + 0.50), and more preferably (best cutoff Z value + 0.25). In particular, the evaluation criteria for the onset of epileptic seizures during the intermittent epileptic seizure are extremely excellent (Area under ROC curve: 0.99). .00). Comparing with the Z scores shown in FIGS. 13, 15, 17, 19, 21, and 23, it can be seen that a practically effective determination result can be obtained even if these thresholds are set.

設定され得る下限、上限の閾値と各閾値に対する感度と特異度、及びYouden指数を以下に示す。これらの値により、本解析方法の実用上の有効性が確認できる。   The lower and upper thresholds that can be set, the sensitivity and specificity for each threshold, and the Youden index are shown below. From these values, the practical validity of this analysis method can be confirmed.

てんかん発作間欠期の原性部閾値:
閾値:+0.38・・・感度72.3%,特異度49.1%,Youden指数0.21
閾値:+0.13・・・感度62.2%,特異度61.6%,Youden指数0.23
閾値:−0.37・・・感度44.6%,特異度80.7%,Youden指数0.25
閾値:−0.62・・・感度38.2%,特異度87.6%,Youden指数0.26
てんかん発作間欠期の起始部閾値:
閾値:-1.59・・・感度100%,特異度93.7%,Youden指数0.94
閾値:-1.84・・・感度100%,特異度95.9%,Youden指数0.96
閾値:-2.34・・・感度88.2%,特異度98.1%,Youden指数0.86
閾値:-2.59・・・感度76.4%,特異度98.7%,Youden指数0.75
閾値:-3.09・・・感度64.7%,特異度99.5%,Youden指数0.64
てんかん発作時の原性部閾値:
閾値:+0.31・・・感度79.1%,特異度63.4%,Youden指数0.42
閾値:+0.06・・・感度73.5%,特異度76.5%,Youden指数0.50
閾値:-0.44・・・感度58.8%,特異度89.9%,Youden指数0.49
閾値:-0.69・・・感度49.8%,特異度93.4%,Youden指数0.43
てんかん発作時の起始部閾値:
閾値:-0.50・・・感度88.3%,特異度78.4%,Youden指数0.67
閾値:-0.75・・・感度88.2%,特異度83.0%,Youden指数0.71
閾値:-1.25・・・感度70.6%,特異度90.1%,Youden指数0.61
閾値:-1.50・・・感度64.7%,特異度91.6%,Youden指数0.56
Intrinsic threshold for intermittent seizures:
Threshold: +0.38 sensitivity 72.3%, specificity 49.1%, Youden index 0.21
Threshold: +0.13... Sensitivity 62.2%, specificity 61.6%, Youden index 0.23
Threshold value: -0.37 sensitivity 44.6%, specificity 80.7%, Youden index 0.25
Threshold: -0.62 ... sensitivity 38.2%, specificity 87.6%, Youden index 0.26
Origin threshold for intermittent epileptic seizures:
Threshold value: -1.59: sensitivity 100%, specificity 93.7%, Youden index 0.94
Threshold value: -1.84: sensitivity 100%, specificity 95.9%, Youden index 0.96
Threshold: -2.34: sensitivity 88.2%, specificity 98.1%, Youden index 0.86
Threshold value: -2.59: sensitivity 76.4%, specificity 98.7%, Youden index 0.75
Threshold value: -3.09 sensitivity 64.7%, specificity 99.5%, Youden index 0.64
Genitalia threshold for epileptic seizures:
Threshold: +0.31 sensitivity 79.1%, specificity 63.4%, Youden index 0.42
Threshold: +0.06... Sensitivity 73.5%, specificity 76.5%, Youden index 0.50
Threshold: -0.44 sensitivity 58.8%, specificity 89.9%, Youden index 0.49
Threshold value: -0.69: sensitivity 49.8%, specificity 93.4%, Youden index 0.43
Origin threshold for seizures:
Threshold: -0.50 sensitivity 88.3%, specificity 78.4%, Youden index 0.67
Threshold value: -0.75 sensitivity 88.2%, specificity 83.0%, Youden index 0.71
Threshold: -1.25 ... sensitivity 70.6%, specificity 90.1%, Youden index 0.61
Threshold value: -1.50: sensitivity 64.7%, specificity 91.6%, Youden index 0.56

これら感度と特異度及びYouden指数は、図11(a)(b)に示すROC曲線に対応するものである。   These sensitivities, specificities, and Youden indices correspond to the ROC curves shown in FIGS.

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。   According to the above embodiment, the following effects can be obtained.

本実施形態に係る脳波解析方法により判定されたてんかん病変部(てんかん原性部とてんかん発作起始部)と、臨床神経生理学専門医により決定されたてんかん病変部とには、密接な関連性が認められた。したがって、本実施形態に係る脳波解析方法により患者の脳波信号を解析することによって、てんかん原性部、または、てんかん発作起始部、ひいては健全部を評価できるため、医師の診断を支援できる。よって、本実施形態によれば、てんかん病変部の判定を簡易で、客観的に安定して行うことが可能となる。   The epileptic lesion (epileptic part and epileptic seizure onset) determined by the electroencephalogram analysis method according to the present embodiment is closely related to the epileptic lesion determined by a clinical neurophysiologist. Was done. Therefore, by analyzing the electroencephalogram signal of the patient by the electroencephalogram analysis method according to the present embodiment, the epileptogenic part, the epileptic seizure onset part, and the healthy part can be evaluated, so that the diagnosis of the doctor can be supported. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to easily, objectively and stably determine an epilepsy lesion.

また、本実施形態によれば、スコア、変数などの定量化された数値を利用して、てんかん病変部を判定できるので、簡易で客観的に安定した判定が可能となる。このように、客観的な判定を提供することができるため、医師の診断を支援できる。特に、てんかん発作起始部の客観的な評価ができるので、今後の新たな治療法の開発などにも寄与できる。   In addition, according to the present embodiment, the epilepsy lesion can be determined using quantified numerical values such as scores and variables, so that simple and objectively stable determination can be performed. As described above, since an objective determination can be provided, it is possible to support a doctor's diagnosis. In particular, since the onset of epileptic seizures can be evaluated objectively, it can contribute to the development of new treatments in the future.

また、本実施形態では、算出されるサンプルエントロピスコアに対してすべてのサンプルエントロピスコアを母集団とするZスコアを算出して、Zスコアに対する閾値と比較して判定することで、患者間のサンプルエントロピスコアの大小のばらつきによらない判定が可能となる。したがって、任意の患者に対しても精度の高い判定を行うことができる。   Further, in the present embodiment, a Z-score having all sample entropy scores as a population is calculated for the calculated sample entropy score, and the calculated Z-score is compared with a threshold for the Z-score. It is possible to make a determination without depending on the variation in the entropy score. Therefore, highly accurate determination can be made for any patient.

また、従来のてんかん診断では、実際にてんかん発作が惹起された時のてんかん発作直前期の脳波を医師が判読しててんかん発作起始部が診断されていた(上記非特許文献2P1371参照)。しかし、本実施形態によれば、てんかん発作間欠期の脳波信号を利用しててんかん原性部、特に、てんかん発作起始部も評価できるので、患者はてんかん発作が惹起されるのを待機する必要がなく、患者の負担は大幅に低減できる。   In a conventional epilepsy diagnosis, a doctor interprets an electroencephalogram immediately before an epileptic seizure when an epileptic seizure is actually induced to diagnose the epileptic seizure onset (see Non-Patent Document 2 P1371). However, according to the present embodiment, since the epileptogenic part, particularly the epileptic seizure initiation part can be evaluated using the electroencephalogram signal in the intermittent epileptic seizure, the patient needs to wait for the epileptic seizure to be induced. And the burden on the patient can be greatly reduced.

また、てんかん発作起始部を特定することは、特にてんかん外科診療の局在診断において、術後の発作抑制に関連するので非常に重要であるが、てんかん発作直前期からてんかん発作時を通して医師が脳波を判読して局在診断することには、高度な診療技術を必要とする。しかし、本実施形態によれば、てんかん発作間欠期の脳波信号を利用しててんかん原性部、特に、てんかん発作起始部を評価できるので、てんかん外科診療の局在診断において、術後の発作抑制のためのてんかん治療を行うことができる。   In addition, it is very important to identify the onset of epileptic seizures, especially in the local diagnosis of epilepsy surgery, because it is related to postoperative seizure suppression. Determining localization by reading EEG requires advanced medical techniques. However, according to this embodiment, since the epileptic epithelium, particularly the epileptic seizure onset can be evaluated using the intermittent epileptic electroencephalographic signal, postoperative seizure Epilepsy treatment for suppression can be performed.

また、閾値入力装置30から入力する閾値を順次変更することによって、てんかん病変部の傾向を掴むことができる。   Further, by sequentially changing the threshold value input from the threshold value input device 30, the tendency of the epilepsy lesion can be grasped.

以下に、本実施形態の変形例について説明する。   Hereinafter, a modified example of the present embodiment will be described.

以上の第1実施形態では、マルチスケールエントロピ解析で得られる複数の周波数帯から、周波数帯域約30〜70Hz(スケールファクタτ=3〜7)のサンプルエントロピスコアを選択して解析を行った。しかし、計測された脳波信号は、予めハイパス/ローパスフィルタの組合せにより抜き出された周波数帯域のものであってもよい。また、計測された脳波信号から、脳波解析装置100に備えられるハイパス/ローパスフィルタにより、所定の周波数帯域を抜き出してもよい。   In the first embodiment described above, analysis was performed by selecting a sample entropy score of a frequency band of about 30 to 70 Hz (scale factor τ = 3 to 7) from a plurality of frequency bands obtained by the multi-scale entropy analysis. However, the measured electroencephalogram signal may be of a frequency band extracted in advance by a combination of a high-pass / low-pass filter. Further, a predetermined frequency band may be extracted from the measured brain wave signal by a high-pass / low-pass filter provided in the brain wave analyzer 100.

サンプルエントロピスコア算出の対象となる周波数帯域もガンマ帯域(30〜80Hz)及びベータ帯域(14〜40Hz)の他、取得された脳波信号をマルチスケールエントロピ解析して得られる全周波数帯(スケールファクタτ=1〜n)からサンプルエントロピスコアの標準偏差(データの散らばり具合,ばらつき)の大きい周波数帯域を選択してもよい。   The frequency band for which the sample entropy score is calculated is not only the gamma band (30 to 80 Hz) and the beta band (14 to 40 Hz), but also the entire frequency band (scale factor τ) obtained by performing multiscale entropy analysis on the acquired brain wave signal. = 1 to n), a frequency band having a large standard deviation (scattering degree and dispersion of data) of the sample entropy score may be selected.

次に、図25及び26を参照して、本発明の第2実施形態に係るてんかん診断を支援する脳波解析方法及び脳波解析装置200について説明する。図25は、脳波解析装置200の概略構成図であり、図26は、表示装置20に表示される画像の一例を示す図である。以下では、上記第1実施形態と異なる点のみを説明し、上記第1実施形態と同様の構成には上記第1実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。   Next, an electroencephalogram analysis method and an electroencephalogram analysis device 200 that support epilepsy diagnosis according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 25 is a schematic configuration diagram of the electroencephalogram analyzer 200, and FIG. 26 is a diagram illustrating an example of an image displayed on the display device 20. Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described, and the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof will be omitted.

図25に示すように、脳波解析装置200は、上記第1実施形態に係る脳波解析方法及び脳波解析装置100が備えていた判定部14を備えていない。したがって、脳波解析装置200では、標準化変数算出部13で算出されたサンプルエントロピスコアの標準化変数が表示制御部15に出力される。表示制御部15は、サンプルエントロピスコアの標準化変数を表示装置20に表示する処理を行う。具体的には、表示制御部15は、図26に示すように、表示装置20に脳を模した脳画像21を表示すると共に、複数の電極1のそれぞれに対応する脳画像21上の位置に、その電極1に対応するサンプルエントロピスコアの標準化変数を表示する。   As shown in FIG. 25, the electroencephalogram analysis apparatus 200 does not include the determination unit 14 included in the electroencephalogram analysis method and the electroencephalogram analysis apparatus 100 according to the first embodiment. Therefore, in the electroencephalogram analyzer 200, the standardized variable of the sample entropy score calculated by the standardized variable calculator 13 is output to the display controller 15. The display control unit 15 performs a process of displaying the standardized variable of the sample entropy score on the display device 20. Specifically, the display control unit 15 displays the brain image 21 simulating the brain on the display device 20 and displays the brain image 21 corresponding to each of the plurality of electrodes 1 on the brain image 21 as shown in FIG. , The standardized variable of the sample entropy score corresponding to the electrode 1 is displayed.

なお、表示装置20に表示する情報としては、サンプルエントロピスコアの標準化変数に限られず、サンプルエントロピスコアに基づく情報であればよく、サンプルエントロピスコアそのものであってもよい。また、マルチスケールエントロピ解析により得られる、複数の周波数帯域のサンプルエントロピスコアの相関(横軸にスケールファクタτ=1〜20,縦軸にサンプルエントロピスコア)をそれぞれグラフ表示(図)してもよい。電極1が設置された脳2の複数の部位において、複数の周波数帯域のサンプルエントロピスコアの相関が確認できるので、脳2の複数の部位間の脳波信号の規則性の相違がより詳細に把握できる。したがって、サンプルエントロピ解析にマルチスケールエントロピ解析(MSE)を使用した特徴とメリットを活用することができる。   The information displayed on the display device 20 is not limited to the standardized variable of the sample entropy score, but may be any information based on the sample entropy score, and may be the sample entropy score itself. Further, the correlation of the sample entropy scores of a plurality of frequency bands (the scale factor τ = 1 to 20 on the horizontal axis and the sample entropy score on the vertical axis) obtained by the multi-scale entropy analysis may be graphically displayed (FIG.). . Since the correlation of the sample entropy scores of a plurality of frequency bands can be confirmed at a plurality of parts of the brain 2 where the electrode 1 is installed, the difference in the regularity of the electroencephalogram signal between the plurality of parts of the brain 2 can be grasped in more detail. . Therefore, the features and advantages of using multi-scale entropy analysis (MSE) for sample entropy analysis can be utilized.

このように、脳波解析装置200では、表示装置20には、てんかん病変部の判定結果は表示されず、脳波信号を解析して得られるサンプルエントロピスコアに基づく情報のみが表示される。そして、表示装置20に表示された情報に基づいて、医師がてんかん病変部の判定を行う。   As described above, in the electroencephalogram analyzer 200, the display device 20 does not display the determination result of the epilepsy lesion, but displays only information based on the sample entropy score obtained by analyzing the electroencephalogram signal. Then, based on the information displayed on the display device 20, the doctor determines an epilepsy lesion.

本実施形態でも、スコア、変数などの定量化された数値を利用して、てんかん病変部を判定できるので、簡易で客観的に安定した判定が可能となる。   Also in the present embodiment, since the epilepsy lesion can be determined using quantified numerical values such as scores and variables, simple and objectively stable determination can be performed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。   As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, the above embodiment is only a part of an application example of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.

本願は2018年2月23日に日本国特許庁に出願された特願2018−31233に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。   This application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2018-31233 filed with the Japan Patent Office on February 23, 2018, the entire content of which is incorporated herein by reference.

本発明に係る脳波解析方法及び脳波解析装置は、医師によるてんかん診断及びてんかん治療を支援するものであり、広く産業上の利用可能性がある。換言すれば、本発明は、脳波解析方法及び脳波解析装置を用いたてんかん治療装置及びてんかん治療方法とも言える。脳波信号の解析方法は具体的には、コンピュータ・ソフトウェア(アプリケーション)やプログラム、またこれらのコンピュータ・ソフトウェアが組み込まれた脳波計、解析装置へ適用できるものである。   The electroencephalogram analysis method and the electroencephalogram analysis device according to the present invention support epilepsy diagnosis and epilepsy treatment by a doctor, and have wide industrial applicability. In other words, the present invention can be said to be an epilepsy treatment apparatus and an epilepsy treatment method using the electroencephalogram analysis method and the electroencephalogram analysis apparatus. The method of analyzing an electroencephalogram signal is specifically applicable to computer software (applications) and programs, as well as electroencephalographs and analyzers incorporating these computer software.

特に、頭皮上に電極1を設置して、てんかん発作間欠期の脳波信号を取得することでてんかん原生部、てんかん発作起始部も有効に評価できるので、本発明に係る脳波測定方法及び脳波解析装置は、医療行為によらず、産業上の利用可能性が格段に広がることが期待できる。てんかん発作間欠期の脳波信号に基づく脳波測定方法及び脳波解析装置は、てんかん発作時やてんかん発作直前期の脳波信号の取得を前提とした方法及び装置とは根本的に異なるものとなり得る。例えば、頭皮上に、または頭蓋内に設置された電極1を保持する保持機構がてんかん発作時の手足等の各種発作に対応しない簡便なものとなる。また、将来的には、医療施設以外の場所で脳波信号を取得する装置への適用も考えられる。   In particular, the epileptic epithelium and the epileptic seizure initiation part can be effectively evaluated by installing the electrode 1 on the scalp and acquiring an electroencephalogram signal in the intermittent epileptic seizure, so that the electroencephalogram measurement method and electroencephalogram analysis according to the present invention The device can be expected to significantly expand its industrial applicability regardless of medical practice. An electroencephalogram measurement method and an electroencephalogram analyzer based on an electroencephalogram signal in an intermittent epileptic seizure can be fundamentally different from a method and an apparatus premised on acquiring an electroencephalogram signal during an epileptic seizure or immediately before an epileptic seizure. For example, the holding mechanism for holding the electrode 1 placed on the scalp or in the skull does not correspond to various seizures such as limbs during an epileptic seizure. Further, in the future, application to an apparatus for acquiring an electroencephalogram signal at a place other than a medical facility may be considered.

本発明のある態様によれば、サンプルエントロピスコアに基づいて、複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定するための、てんかん診断を支援する脳波解析方法であって、頭部に設置された前記複数の電極に対応する脳波信号を取得し、前記脳波信号をサンプルエントロピ解析して、前記複数の電極のそれぞれに対応する前記サンプルエントロピスコアを算出する。
また、本発明のある態様によれば、サンプルエントロピスコアの標準化変数に基づいて、複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定するための、てんかん診断を支援する脳波解析方法であって、頭部に設置された前記複数の電極に対応する脳波信号を取得し、前記脳波信号をサンプルエントロピ解析して、前記複数の電極のそれぞれに対応する前記サンプルエントロピスコアを算出し、前記複数の電極のそれぞれに対応する前記サンプルエントロピスコアを母集団とする、前記複数の電極のそれぞれに対応する前記サンプルエントロピスコアの標準化変数を算出する。
また、本発明のある態様によれば、てんかん診断を支援する脳波解析プログラムであって、頭部に設置された複数の電極に対応する脳波信号を取得する手順と、前記脳波信号をサンプルエントロピ解析して、前記複数の電極のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアを算出する手順と、前記サンプルエントロピスコアに基づいて、前記複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する手順と、をコンピュータに実行させる。
According to an aspect of the present invention , based on the sample entropy score, to determine whether each brain site corresponding to the plurality of electrodes corresponds to the epileptic seizure onset or epileptogenic part , a brain wave analysis method for supporting epilepsy diagnosis acquires a brain wave signals corresponding to the plurality of electrodes placed on the head, the brain wave signal to the sample entropy analysis, corresponding to each of the plurality of electrodes calculating the sample entropy score.
Further, according to an aspect of the present invention, based on the standardized variable of the sample entropy score, whether each brain site corresponding to the plurality of electrodes corresponds to the epileptic seizure onset or epileptogenic part A brain wave analysis method for supporting an epilepsy diagnosis for determining a brain wave signal corresponding to the plurality of electrodes installed on the head, obtaining a brain wave signal by sample entropy analysis, The sample entropy score corresponding to each of the electrodes is calculated, and the sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes is used as a population, and a standardized variable of the sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes is calculated. calculate.
According to another aspect of the present invention, there is provided an electroencephalogram analysis program for supporting epilepsy diagnosis, comprising: a step of acquiring an electroencephalogram signal corresponding to a plurality of electrodes installed on a head; and a sample entropy analysis of the electroencephalogram signal. And calculating a sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes, and, based on the sample entropy score, a part of the brain corresponding to the plurality of electrodes is an epileptic seizure onset or epilepsy Determining whether or not the image corresponds to the intrinsic part.

Claims (9)

てんかん診断を支援する脳波解析方法であって、
頭部に設置された複数の電極に対応する脳波信号を取得し、
前記脳波信号をサンプルエントロピ解析して、前記複数の電極のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアを算出し、
前記サンプルエントロピスコアに基づいて、前記複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する
てんかん診断を支援する脳波解析方法。
An electroencephalogram analysis method for supporting epilepsy diagnosis,
Acquire brain wave signals corresponding to the multiple electrodes installed on the head,
The brain wave signal is subjected to sample entropy analysis to calculate a sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes,
An electroencephalogram analysis method for supporting epilepsy diagnosis for determining whether or not each brain part corresponding to the plurality of electrodes corresponds to an epileptic seizure onset or epileptogenic part based on the sample entropy score.
請求項1に記載のてんかん診断を支援する脳波解析方法であって、
前記複数の電極のそれぞれに対応する前記サンプルエントロピスコアを母集団とする、前記複数の電極のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアの標準化変数を算出し、
前記標準化変数に基づいて、前記複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する
てんかん診断を支援する脳波解析方法。
An electroencephalogram analysis method for supporting epilepsy diagnosis according to claim 1,
The sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes is used as a population, and a standardized variable of a sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes is calculated.
An electroencephalogram analysis method for supporting epilepsy diagnosis for determining whether or not each brain part corresponding to the plurality of electrodes corresponds to an epileptic seizure onset or epileptogenic part based on the standardized variables.
請求項2に記載のてんかん診断を支援する脳波解析方法であって、
前記標準化変数が第1の閾値以下となる電極に対応する脳の部位をてんかん原性部と判定し、
前記標準化変数が前記第1の閾値以下よりも小さい第2の閾値以下となる電極に対応する脳の部位をてんかん発作起始部と判定する
てんかん診断を支援する脳波解析方法。
An electroencephalogram analysis method for supporting epilepsy diagnosis according to claim 2,
The part of the brain corresponding to the electrode where the standardized variable is equal to or less than the first threshold is determined as an epileptic part,
An electroencephalogram analysis method for assisting epilepsy diagnosis in which a part of the brain corresponding to an electrode whose standardized variable is equal to or smaller than a second threshold smaller than the first threshold is determined to be an epileptic seizure onset.
請求項1から請求項3のいずれか一つに記載のてんかん診断を支援する脳波解析方法であって、
前記脳波信号は、てんかん発作間欠期又はてんかん発作時の脳波信号である
てんかん診断を支援する脳波解析方法。
An electroencephalogram analysis method for supporting epilepsy diagnosis according to any one of claims 1 to 3,
An electroencephalogram analysis method for assisting epilepsy diagnosis, wherein the electroencephalogram signal is an electroencephalogram signal during an epileptic seizure or during an epileptic seizure.
てんかん診断を支援する脳波解析装置であって、
頭部に設置された複数の電極に対応する脳波信号を取得する脳波信号取得部と、
前記脳波信号をサンプルエントロピ解析して、前記複数の電極のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアを算出する算出部と、
前記サンプルエントロピスコアに基づいて、前記複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する判定部と、
を備えるてんかん診断を支援する脳波解析装置。
An electroencephalogram analyzer that supports epilepsy diagnosis,
An electroencephalogram signal acquisition unit that acquires electroencephalogram signals corresponding to a plurality of electrodes installed on the head,
A calculation unit that performs a sample entropy analysis of the brain wave signal and calculates a sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes,
Based on the sample entropy score, each of the brain regions corresponding to the plurality of electrodes, a determination unit to determine whether the epileptic seizure onset or epileptogenic part corresponds to,
An electroencephalogram analyzer that supports epilepsy diagnosis.
請求項5に記載のてんかん診断を支援する脳波解析装置であって、
前記算出部は、前記複数の電極のそれぞれに対応する前記サンプルエントロピスコアを母集団とする、前記複数の電極のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアの標準化変数をさらに算出し、
前記判定部は、前記標準化変数に基づいて、前記複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する
てんかん診断を支援する脳波解析装置。
An electroencephalogram analyzer for supporting epilepsy diagnosis according to claim 5,
The calculation unit, the sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes as a population, further calculates a standardized variable of the sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes,
The determination unit assists epilepsy diagnosis to determine whether each brain site corresponding to the plurality of electrodes corresponds to an epileptic seizure onset or epileptogenic part based on the standardized variables. Brain wave analyzer.
請求項5又は6に記載のてんかん診断を支援する脳波解析装置であって、
前記判定部による判定のための閾値を入力するための入力装置をさらに備え、
前記判定部は、前記サンプルエントロピスコアに基づく情報と前記閾値との比較に基づいて、前記複数の電極に対応するそれぞれの脳の部位が、てんかん発作起始部又はてんかん原性部に該当するか否かを判定する
てんかん診断を支援する脳波解析装置。
An electroencephalogram analyzer that supports epilepsy diagnosis according to claim 5 or 6,
Further comprising an input device for inputting a threshold for determination by the determination unit,
The determination unit, based on a comparison between the information based on the sample entropy score and the threshold, whether each brain site corresponding to the plurality of electrodes corresponds to an epileptic seizure onset or epileptogenic part An electroencephalogram analyzer that supports epilepsy diagnosis to determine
請求項5から請求項7のいずれか一つに記載のてんかん診断を支援する脳波解析装置であって、
前記脳波信号は、てんかん発作間欠期又はてんかん発作時の脳波信号である
てんかん診断を支援する脳波解析装置。
An electroencephalogram analyzer that supports epilepsy diagnosis according to any one of claims 5 to 7,
An electroencephalogram analyzer for assisting epilepsy diagnosis, wherein the electroencephalogram signal is an electroencephalogram signal during an epileptic seizure or during an epileptic seizure.
てんかん診断を支援する脳波解析装置であって、
頭部に設置された複数の電極に対応する脳波信号を取得する脳波信号取得部と、
前記脳波信号をサンプルエントロピ解析して、前記複数の電極のそれぞれに対応するサンプルエントロピスコアを算出する算出部と、
表示装置に脳を模した脳画像を表示すると共に、前記複数の電極のそれぞれに対応する前記脳画像上の位置に、当該電極に対応する前記サンプルエントロピスコアに基づく情報を表示する表示制御部と、を備える
てんかん診断を支援する脳波解析装置。
An electroencephalogram analyzer that supports epilepsy diagnosis,
An electroencephalogram signal acquisition unit that acquires electroencephalogram signals corresponding to a plurality of electrodes installed on the head,
A calculation unit that performs a sample entropy analysis of the brain wave signal and calculates a sample entropy score corresponding to each of the plurality of electrodes,
A display control unit that displays a brain image simulating the brain on a display device, and displays information based on the sample entropy score corresponding to the electrode at a position on the brain image corresponding to each of the plurality of electrodes. An electroencephalogram analyzer that supports epilepsy diagnosis.
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