電気生理学的測定結果を提示する方法及びサポートシステム

专利摘要:
電気生理学的信号を提示する方法４０及びシステム１０において、前記方法は、前記電気生理学的信号を受信するステップ４１と、前記受信された電気生理学的信号から異なる成分を抽出するステップ４２と、それぞれの前記異なる成分に対応する異なるオーディオ信号を生成するように前記異なる成分を処理するステップ４３と、前記異なるオーディオ信号を可聴的に提示するステップ４４とを有する。各成分は、少なくとも１つの生理学的単位の活動を表す。
公开号:JP2011509135A
申请号:JP2010541866
申请日:2009-01-06
公开日:2011-03-24
发明作者:ケヴィン；ティー ドラン
申请人:コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ；
IPC主号:A61B5-044

专利说明:

[0001] 本発明は、電気生理学的信号を提示する方法に関し、前記方法は、前記電気生理学的信号を受信するステップと、前記受信された電気生理学的信号に対応するオーディオ信号を生成するように前記受信された電気生理学的信号を処理するステップと、前記オーディオ信号を可聴的に提示するステップとを有する。本発明は、更に、電気生理学的信号を読み取るのを支援するサポートシステムに関する。]
背景技術

[0002] 電気生理学は、一般に、生体の生物学的組織内に又は切除された組織内に電極を配置することを伴う。一般的な電気生理学的測定は、例えば、脳又は筋肉組織において行われるが、他のタイプの組織も、電気生理学的測定の対象でありうる。以下に、一例として、脳内の電気生理学的測定が論じられる。しかしながら、記載された技術が他の電気生理学的測定にも適用可能であることに注意されたい。]
[0003] 脳深部刺激に対する長期電極埋め込みのような脳神経外科処置を実行する場合、埋め込みの前に行われた撮像は、しばしば、標的の正確な位置特定に対して十分ではない。典型的には、予測される標的位置の近傍の神経活動の測定を行い、この活動の特性から、いつ所望の標的が到達されるかを決定することも必要である。これは、脳深部刺激の場合に特に重要であり、標的位置に対する機能的生体構造を決定するように神経活動の測定結果を分析するためだけでなく、多数の埋め込み電極（この処置において典型的には４つ）のいずれが刺激に使用されるべきかを決定するためにも必要である。]
[0004] 多くの場合、これを行う処置は、ほぼ全面的に電気生理学者の経験及び観察力に頼っている。前記電気生理学者は、測定信号の単純な径時変化を見る、及び／又はスピーカにより再生される信号を音として聞く。独自の経験と、前記信号が典型的には様々な生体領域においてどのように見える又は聞えるかの知識に基づいて、前記電気生理学者は、前記測定された信号から前記機能的生体構造を決定しようと試みる。この処置は、非常に時間がかかり、しばしば埋め込みに必要とされる合計時間の大部分を占め、患者は、前記処置のこの部分の間、起きて注意していなければならないので、前記患者にとって特に不快である。]
[0005] このタスクにおいて前記電気生理学者を援助しようと試みる信号処理パッケージが存在する。これらのパッケージのほとんどは、単純に、スペクトル解析、スパイクソーティング及びスパイク間隔統計のような、前記信号に適用することができる標準的な信号処理ツールの一群を前記電気生理学者に提供するアプローチを使用する。他のアプローチは、ソフトウェアがこれ自体で機能的生体構造の決定を行おうとすることである。これらのアプローチの両方が、ほとんど成功していない。]
[0006] 測定された電気生理学的信号から機能的生体構造を決定しようと試みるタスクは、非常に時間がかかるものである。これは、前記処置の費用、リスク及び不快感を増加させるのみならず、このような埋め込みから潜在的に利益を得ることができる多くの患者が物理的に手術を行うことができないので、このような処置に対する候補者の数を制限する効果をも持つ。加えて、前記機能的生体構造を決定するプロセスは、複雑であり、適切に行うには極度に経験を積んだ電気生理学者を必要とする高度に主観的なタスクである。したがって、前記機能的生体構造を決定し、前記標的を位置特定するタスクを単純化する手術サポートシステムは、手術に必要とされる時間を減少し、より多数の手術チームに対してこのような処置を実行可能にし、標的位置特定の精度を向上させるために非常に重要である。]
[0007] 単純にデータの統計的性質を抽出し、これらの統計データを電気生理学者に提示することは、非常に少ない実際の利益を提供する。このような統計データは、場合により大幅に異なり、全ての結果に目を通し、解釈し、結論を出すのに必要な時間は、手術環境においてひどく大きくなる。経験を積んだ電気生理学者が、（視覚的に又は可聴的にのいずれかで）前記信号を評価する場合に入力するフィーチャは、形式的な計算様式では評価するのがとても難しい前記信号のかなり微妙なパターン及び規則性である。サポートシステムにより提供される統計的測定結果と経験を積んだ電気生理学者が入力する視覚的及び可聴フィーチャとの間の関係の深い理解無しでは、このような測定は、前記電気生理学者が評価に組み込むのは極度に難しい。ほとんどの場合、判断は、全体的な判断に重みがあれば、前記サポートシステムにより提供される追加の統計的測定結果がほとんど与えられないという条件で、前記電気生理学者の主観的評価単独に基づいて行われる結果となる。]
[0008] これは、経験を積んだ人間のこれらの微妙なフィーチャを検出する能力に近づけることさえ困難なタスクであり、ましてや当該能力を上回らないので、機能的生体構造の決定を自動化するアプローチに対して深刻な問題をも課す。]
発明が解決しようとする課題

[0009] 本発明の目的は、電気生理学者が迅速にかつ直感的に情報を理解することができるように電気生理学的信号を提示する方法又はシステムを提供することである。]
課題を解決するための手段

[0010] 本発明の第１の態様によると、この目的は、電気生理学的信号を提示する方法を提供することにより達成され、前記方法は、前記電気生理学的信号を受信するステップと、前記受信された電気生理学的信号から異なる成分を抽出するステップであって、各成分が少なくとも１つの生理学的単位の活動を表す、前記抽出するステップと、それぞれの前記異なる成分に対応する異なるオーディオ信号を生成するように前記異なる成分を処理するステップと、前記異なるオーディオ信号を可聴的に提示するステップとを有する。]
[0011] この方法を使用する場合、電気生理学者は、個別の生理学的単位の活動を聞くことを可能にされる。既知のシステム及び方法において、前記生理学者は、１以上の電極から来て、異なる生理学的単位の組み合わせの全体的な活動を表す信号を聞くことのみが可能にされた。本発明による方法を用いると、前記電気生理学的信号の迅速かつ信頼できる評価を行い、検査対象の生理学的状態を判断することがより容易である。多くの手法が、異なるオーディオ信号を提示するのに利用可能である。これらの手法の幾つかは、以下に記載される。]
[0012] 前記電気生理学的信号からの前記異なる成分は、例えば、背景ノイズ、活動電位又は特定の生理学的単位からの活動電位を有しうる。]
[0013] 本発明による方法の一実施例によると、前記処理するステップは、前記異なるオーディオ信号に異なるゲインを加えるステップを有する。例えば、前記背景ノイズから重要な情報を得るのを容易にするために、前記活動電位より前記背景ノイズに対して高いゲインが使用されることができる。代替的には、前記背景ノイズは、他の信号を強調するために、より低いゲインを得ることができるか、又は完全に除去されることさえできる（ゼロゲイン）。ある生理学的単位からの成分も、他より高いゲインを持つことにより強調されることができる。好ましくは、全ての成分の相対的ゲインは、ユーザにより又は自動化された及び／又は所定のプロセスにより調節可能である。本発明による他の方法において、前記処理するステップは、前記異なるオーディオ信号の各々に対して位置を割り当てるステップを有し、前記可聴的に提示するステップは、それぞれの割り当てられた位置から来るかのように前記オーディオ信号を提示する３Ｄ位置オーディオアルゴリズムを使用するステップを有する。]
[0014] 基本的な実施例において、特定の生理学的単位に対応する第１の信号は、左のスピーカにより提示され、他の生理学的単位に対応する第２の信号は、右のスピーカにより提示される。より高度な実施例において、前記３Ｄ位置オーディオシステムは、複数の異なる生理学的単位を前記ユーザの視点から異なる角度及び距離に配置することができる。]
[0015] 本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。]
図面の簡単な説明

[0016] 本発明による電気生理学的測定システムを概略的に示す。
ミキサ段を持つ電気生理学的測定システムを概略的に示す。
３Ｄ位置オーディオ出力部を有する電気生理学的測定システムを概略的に示す。
本発明による方法のフロー図を示す。]
実施例

[0017] 図１は、本発明による電気生理学的測定システム１０を概略的に示す。システム１０は、人間の脳１５の特定の場所における神経活動を測定するのに使用される。２つの電極１４は、電気生理学的示度を取得するために脳１５に埋め込まれている。前記取得された信号は、システム１０の入力部１１において受信され、プロセッサ１２に送られる。] 図１
[0018] プロセッサ１２は、前記受信された電気生理学的信号から異なる成分を抽出するために前記受信された信号を処理し、各成分は、脳１５の少なくとも１つの生理学的単位の活動を表す。生理学的単位は、例えば、単一の脳細胞又は特性の軸索であってもよい。筋電図において、成分は、１つの運動単位の活動を表す。一部の成分は、１つの入力信号のみから抽出されることができる。他の成分は、別の電極から得られた信号の組み合わせから得られることができる。プロセッサ１２は、１より多い脳細胞における活動を表す成分を抽出するようにも構成されることができる。例えば、空間的に又は機能的に関連した脳細胞からの信号は、１つの成分に組み合わせられることができる。しばしば、前記背景信号は、前記電気生理学者にとって重要な情報をも有し、したがって、前記異なる成分の１以上において前記背景信号を提供することは有用でありうる。背景信号は、例えば、前記電極から離れて位置する複数の生理学的単位からの活動電位から発生しうる。]
[0019] 前記入力信号から前記異なる成分を抽出した後に、プロセッサ１２は、それぞれの異なる成分に対応する異なるオーディオ信号を生成する。別々のオーディオ信号は、この場合、少なくとも１つのスピーカ１３を使用して提示される。前記別々のオーディオ信号は、前記電気生理学者が、前記異なる成分に含まれる情報を容易に解釈し、異なる生理学的単位からの信号を区別することができるように提示される。例えば、異なる成分は、一緒には提示されず、順次的に提示される。前記異なる成分が提示される順序は、前記システムのユーザにより構成されることができる。代替的には、異なるフィルタが、異なる成分に適用されることができるか、オーディオ信号の所定のセットのみが、提示されることができるか、又は一部のオーディオ信号は、他の成分より多くの増幅を受けることができる。好ましくは、前記提示は、情報が、容易に及び直感的に前記別々の信号の２以上の組み合わせから得られることができるようなっている。]
[0020] 図２は、ミキサ段２０を持つ電気生理学的測定システム１０を概略的に示す。この実施例は、図１に示された実施例と非常に似ている。図１の実施例に対する主な追加は、システム１０が、前記異なるオーディオ信号をミックスするミキサ段２０を更に有することである。ミキサ段２０は、プロセッサ１２から来る前記異なるオーディオ信号をミックスするのに使用される。ミキサ段２０において、前記異なるオーディオ信号の一部又は全てが、１以上のスピーカ１３を介して前記ユーザに提示されるように選択される。ミキサ段２０は、前記オーディオ信号を順次的に提示するために又は異なる信号間のタイミング関係を調査することを可能にするために選択されたオーディオ信号に遅延を加えることができる。ミキサ段２０は、前記信号により表される情報のタイプに依存して、異なるオーディオ信号に異なるフィルタを適用することもできる。ミキサ段２０の重要なフィーチャは、異なるゲインが異なるオーディオ信号に適用されることができ、前記ユーザが前記測定された電気生理学的信号の特定の態様に集中することを容易にすることである。好ましくは、システム１０は、毎回異なるオーディオ信号に対するゲインの比を変更して、繰り返し同じ信号を聞くことを可能にする。好ましくは、ミキサ段２０の全ての設定は、ユーザ制御可能であるが、一部又は全てが、事前にプログラムされたスキームによって（半）自動的に制御されてもよい。前記異なるオーディオ信号を変換及び／又は選択する異なる手法が、もちろん、組み合わされることができる。] 図１ 図２
[0021] 図３は、３Ｄ位置オーディオ出力部３０を有する電気生理学的測定システム１０を概略的に示す。この例において、前記オーディオ出力は、異なる位置において提供される３つの異なるスピーカ３０のセットにより提供される。ミキサ段２０は、一部の信号が１つの位置から発生するように思われ、他の信号が他の位置から発生するように思われるように、プロセッサ１２から来るオーディオ信号を異なるスピーカ３０に送信する。スピーカ３０に対する前記オーディオ信号の分配は、１つのオーディオ信号が、場合により異なるゲイン又は他の性質で、２以上のスピーカ３０に送信されるようにされることができる。前記オーディオ信号に対する位置の割り当ては、プロセッサ１２により又はミキサ段２０において実行されることができる。この場合、前記信号が前記割り当てられた位置から発生している印象を与えるために、どのように前記オーディオ信号が異なるスピーカ３０に対して分配されるべきかが計算される。異なる信号が異なる位置から発生している印象が、１又は２のスピーカ３０のみを使用して３Ｄ位置オーディオを提供する特別なオーディオ処理手法を使用して実現されることもできる。このような手法の一例は、いわゆる頭部伝達関数を使用し、これにより前記オーディオ信号のパラメータは、前記ユーザによる信号の自然な３Ｄ知覚に対応する所定の値である。これらのパラメータは、とりわけ、前記信号が鼓膜及び内耳に到達する前の、頭部、耳介及び胴の回折及び反射特性を模倣する。] 図３
[0022] 図４は、本発明による方法４０のフロー図を示す。前記方法は、前記電気生理学的信号を受信するステップ４１と、前記受信された電気生理学的信号から異なる成分を抽出するステップ４２であって、各成分が少なくとも１つの生理学的単位の活動を表す、抽出するステップ４２と、それぞれの前記異なる成分に対応する異なるオーディオ信号を生成するように前記異なる成分を処理するステップ４３と、前記異なるオーディオ信号を可聴的に提示するステップ４４とを有する。処理するステップ４３及び提示するステップ４４は、前記ユーザが、同じ信号を、異なるやり方で提示して、複数回聞くことを可能にするように繰り返されることができる。完全な方法は、測定信号が測定電極１４から来る限り連続的に繰り返される。図４の方法は、図１ないし３に示されるシステム１０により実行されることができる。] 図１ 図４
[0023] 本発明が、本発明を実行するように構成されたコンピュータプログラム、特にキャリア上又は内のコンピュータプログラムにも及ぶと理解されたい。前記プログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、コード中間ソース及び部分的にコンパイルされた形式若しくは本発明による方法の実施において使用するのに適した他の形式のようなオブジェクトコードの形式でありうる。このようなプログラムが、多くの異なるアーキテクチャ設計を持ちうることも理解されたい。例えば、本発明による方法又はシステムの機能を実施するプログラムコードは、１以上のサブルーチンに分割されてもよい。前記機能をこれらのサブルーチンに分配する多くの異なるやり方が、当業者に明らかである。前記サブルーチンは、自己完結プログラムを形成するように１つの実行可能ファイルに一緒に記憶されてもよい。このような実行可能ファイルは、コンピュータ実行可能命令、例えばプロセッサ命令及び／又はインタプリタ命令（例えばJava（登録商標）インタプリタ命令）を有しうる。代替的には、前記サブルーチンの１以上又は全てが、少なくとも１つの外部ライブラリファイルに記憶され、例えばランタイムにおいて、静的に又は動的にのいずれかでメインプログラムとリンクされてもよい。前記メインプログラムは、前記サブルーチンの少なくとも１つに対する少なくとも１つの呼び出しを含む。また、前記サブルーチンは、互いに対する機能呼び出しを有しうる。コンピュータプログラムに関する実施例は、少なくとも１つの上記の方法の処理ステップの各々に対応するコンピュータ実行可能命令を有する。これらの命令は、サブルーチンに分割されてもよく、及び／又は静的に若しくは動的にリンクされることができる１以上のファイルに記憶されてもよい。コンピュータプログラムに関する他の実施例は、少なくとも１つの上記のシステム及び／又は製品の手段の各々に対応するコンピュータ実行可能命令を有する。これらの命令は、サブルーチンに分割されてもよく、及び／又は静的若しくは動的にリンクされることができる１以上のファイルに記憶されてもよい。]
[0024] コンピュータプログラムのキャリアは、前記プログラムを収容することができる如何なるエンティティ又は装置であってもよい。例えば、前記キャリアは、ＲＯＭ、例えばＣＤ−ＲＯＭ若しくは半導体ＲＯＭ、又は磁気記録媒体、例えばフロッピー（登録商標）ディスク若しくはハードディスクのような記憶媒体を含みうる。更に、前記キャリアは、電気若しくは光ケーブルを介して又は無線若しくは他の手段により伝達されることができる電気又は光信号のような伝送可能媒体であってもよい。前記プログラムが、このような信号で実施される場合、前記キャリアは、このようなケーブル又は他の装置若しくは手段により構成されることができる。代替的には、前記キャリアは、前記プログラムが埋め込まれる集積回路であってもよく、前記集積回路は、関連する方法を実行する又は実行において使用される。]
[0025] 上述の実施例が、本発明を限定するのではなく説明し、当業者が、添付の請求項の範囲から逸脱することなしに多くの代替実施例を設計することができることに注意すべきである。請求項において、括弧間に配置された参照符号は、請求項を限定するように解釈されるべきではない。動詞"有する"及びその活用形の使用は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップを除外しない。要素に先行する冠詞"１つの"（"a"又は"an"）は、複数のこのような要素の存在を除外しない。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウェアを用いて、及び適切にプログラムされたコンピュータを用いて実施されることができる。複数の手段を列挙する装置請求項において、これらの手段の幾つかは、同一のハードウェアアイテムにより実施されてもよい。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。]

权利要求:

請求項1
電気生理学的信号を提示する方法において、前記電気生理学的信号を受信するステップと、前記受信された電気生理学的信号から異なる成分を抽出するステップであって、各成分が少なくとも１つの生理学的単位の活動を表す、前記抽出するステップと、それぞれの前記異なる成分に対応する異なるオーディオ信号を生成するように前記異なる成分を処理するステップと、前記異なるオーディオ信号を可聴的に提示するステップと、を有する方法。
請求項2
前記処理するステップが、前記異なるオーディオ信号に異なるゲインを加えるステップを有する、請求項１に記載の電気生理学的信号を提示する方法。
請求項3
前記異なるゲインを加えるステップ及び前記異なるオーディオ信号を可聴的に提示するステップが、前記異なるオーディオ信号に対して異なる相対的ゲインで少なくとも１回繰り返される、請求項２に記載の電気生理学的信号を提示する方法。
請求項4
前記処理するステップが、前記異なるオーディオ信号に対して異なるフィルタを適用するステップを有する、請求項１に記載の電気生理学的信号を提示する方法。
請求項5
前記処理するステップが、前記異なるオーディオ信号の各々に対して位置を割り当てるステップを有し、前記可聴的に提示するステップが、それぞれの前記割り当てられた位置から来るかのように前記オーディオ信号を提示する３Ｄ位置オーディオアルゴリズムを使用するステップを有する、請求項１に記載の電気生理学的信号を提示する方法。
請求項6
前記異なる成分のうち１つの成分が、背景ノイズを有する、請求項１に記載の電気生理学的信号を提示する方法。
請求項7
前記異なる成分のうち１つの成分が、少なくとも１つの個別の活動電位を有する、請求項１に記載の電気生理学的信号を提示する方法。
請求項8
前記異なる成分のうち１つの成分が、単一の生理学的単位からの複数の活動電位を有する、請求項１に記載の電気生理学的信号を提示する方法。
請求項9
電気生理学的信号を読み取るのを支援するサポートシステムにおいて、前記電気生理学的信号を受信する入力部と、プロセッサであって、前記受信された電気生理学的信号から異なる成分を抽出し、各成分が少なくとも１つの生理学的単位の活動を表し、それぞれの前記異なる成分に対応する異なるオーディオ信号を生成する、ように動作する前記プロセッサと、前記異なるオーディオ信号を可聴的に提示するオーディオ出力部と、を有するサポートシステム。