JP7361732B2 - 媒体の物理的パラメータを推定するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
媒体の領域と接触するように構成された少なくとも2つの電極と、
それぞれパルス持続時間を有する電流の電気パルスのトレインを電極に送達するように構成された電流発生器と、
入力として少なくとも電流及びパルス持続時間を受信し、媒体の少なくとも1つの物理的パラメータを備える、時間の関数としての電位の少なくとも1つの所定の解析モデルを備える、コンピュータ可読メモリと、
電極によって記録された電位を取得及び増幅するように構成された信号増幅器を備える取得ユニットと、
プロセッサと、
を備え、前記プロセッサは、
刺激持続時間中に少なくとも1つの電気パルスを送達するべく電流発生器を制御するように構成された刺激モジュールと、
刺激持続時間内にある時間窓中の時間の関数としての電位変化の取得をトリガするように構成された取得モジュールと、
取得された時間の関数としての電位変化を受信し、コンピュータ可読メモリから検索した所定の解析モデルを用いて、取得された時間の関数としての電位変化をあてはめ、所定の解析モデルのあてはめから得られた物理的パラメータの値を出力するように構成された計算モジュールと、
を備えるシステムに関する。
媒体の領域と接触するように構成された、少なくとも1つの作用電極と少なくとも1つの対電極との、少なくとも2つの電極と、
それぞれパルス持続時間を有する電流の電気パルスのトレインを電極に送達するように構成された電流発生器と、
入力として少なくとも電流及びパルス持続時間を受信し、推定されるべき媒体の少なくとも1つの物理的パラメータを備える、時間の関数としての作用電極と対電極との間の電位の少なくとも1つの所定の解析モデルを備える、コンピュータ可読メモリと、
電極によって記録された電位を取得及び増幅するように構成された信号増幅器を備える取得ユニットと、
プロセッサと、
を備え、前記プロセッサは、
刺激持続時間中に電気パルスを含む二相性電荷平衡電流を送達するべく電流発生器を制御するように構成された刺激モジュールと、
刺激持続時間内にある時間窓中の時間の関数としての電位変化の取得をトリガするように構成された取得モジュールと、
取得された時間の関数としての作用電極と対電極との間の媒体の領域の電位変化を受信し、コンピュータ可読メモリから検索した所定の解析モデルを用いて、取得された時間の関数としての電位変化をあてはめ、所定の解析モデルのあてはめから得られた物理的パラメータの値を出力するように構成された計算モジュールと、
を備える。
それぞれパルス持続時間を有する少なくとも1つの電気パルスが媒体と接触するように構成された少なくとも2つの電極によって媒体の領域に送達される間の時間窓内の時間の関数としての電位変化の測定値を受信するステップと、
時間の関数としての電位の所定の解析モデルを用いて、時間の関数としての電位変化の測定値をあてはめるステップであって、所定の解析モデルは、入力として少なくとも電流及びパルス持続時間を受信し、媒体の領域の少なくとも1つの物理的パラメータを備える、あてはめるステップと、
所定の解析モデルのあてはめから得られた物理的パラメータの値を出力するステップと、
を含む、方法に関係する。
それぞれパルス持続時間を有する二相性電荷平衡電気パルスが媒体の領域と接触するように構成された少なくとも1つの作用電極と少なくとも1つの対電極との少なくとも2つの電極によって媒体の領域に送達される間の時間窓内の時間の関数としての電位変化の測定値を受信するステップと、
時間の関数としての電位の所定の解析モデルを用いて、時間の関数としての作用電極と対電極との間の媒体の領域の電位変化の測定値をあてはめるステップであって、所定の解析モデルは、入力として少なくとも電流及びパルス持続時間を受信し、媒体の領域の少なくとも1つの物理的パラメータを備える、あてはめるステップと、
所定の解析モデルのあてはめから得られた物理的パラメータの値を出力するステップと、
を含む。
マッピングされている媒体の領域に含まれる媒体の第1の領域内の電極の第1の位置に関する情報を受信するステップと、
上記実施形態のいずれか1つの方法に従って、媒体の第1の領域内の媒体の物理的パラメータの第1の値を取得するステップと、
電極の第1の位置を物理的パラメータの第1の値と関連付ける及び登録するステップと、を含み、方法のステップが、マッピングされている媒体の領域に含まれる第2の媒体の領域内の電極の少なくとも1つの第2の位置について繰り返される、
方法に関する。
本発明において、以下の用語は以下の意味を有する。
・本明細書で用いられる場合の単数形(「a」、「an」、及び「the」)は、文脈上他の意味に明白に規定される場合を除き、複数形での言及を含む。
・「脳波」又は「EEG」は、脳波計によってなされる、頭皮からの脳の電気活動の記録による、脳波のトレーシングを指す。
・「電気二重層」とも呼ばれる「二重層」は、表面にあるオブジェクトの周囲の2つの平行な電荷層を指す。第1の層である表面電荷(正又は負のいずれか)は、化学相互作用によりオブジェクト上に吸着されたイオンからなる。第2の層は、クーロン力により表面電荷に引き寄せられたイオンで構成され、第1の層を電気的に遮蔽する。この第2の層は、オブジェクトと緩く関連付けられる。
・「定位脳波検査法」は、三次元座標系を利用する最小侵襲形態の外科的介入である定位手術によって患者の脳組織に電極が埋め込まれる脳波検査技術を指す。
・「被検者」は、哺乳類、好ましくはヒトを指す。本発明の意味において、被検者は、定期的又は頻繁な投薬を必要とする何らかの精神的又は身体的障害を有する人であり得る、又は、患者、すなわち、医師の診察を受けている、医療処置を受けている又は受けたことのある、又は疾患の発症を監視されている人であり得る。
本発明は、以下の実施例によりさらに例示される。
第1の実施例は、ラットの死後脳での電気伝導率の推定から構成される。
1986年11月24日のEuropean Communities Council Directive(86/609/EEC)に従ってCO2勾配を用いて安楽死させた生後3か月のSprague-Dawleyラットの脳で測定を行った。
表Iに提示した推定導電率値は、おそらく死後に導電率が低下するため、文献で灰白質について報告されている値よりも低かった。コンタクトの正確な解剖学的位置の知識なしに電極が埋め込まれたことを考えると、電極が白質に配置された可能性もあり、おそらく導電率がより低いことを説明している。おそらく半球を一つずつ記録したために、おそらく記録間の組織の生物物理学的特性の死後変化に関係して、左半球では右半球よりも低い導電率が観察された。
第2の実施例は、てんかん患者の臨床での電気伝導率の推定から構成される。
術前評価との関連でSEEGを受けているN=2のてんかん患者からの電気生理学データを記録した。電流I=0.2mAの電気パルスで脳組織を刺激した。この電気刺激は、SEEGの刺激セッション中に通常用いられる電気刺激(すなわち1~5mA)よりも顕著に低い。CEマークの付いた臨床グレードの電気生理学取得システムを用いた(Biopac MP35,Biopac,CA,USA)。
患者1の結果を図10に示す。図10(a)では、TP3-TP4(てんかん原性)と、A9-10(健康)からの、導電率値の2つの異なるクラスタが観察可能である。パルス刺激への記録された応答の振幅差は、それらの異なる導電率(約2倍)に関係する。図10(b)は、7つの電極の導電率値を示す。灰白質に位置する領域A4-A5及びA9-A10は0.31S/mの導電率を有し、CR4-CR5は0.17S/mの導電率を有すると推定された。これらの値は、記録された脳領域のてんかん原性に依存しなかった。
第3の実施例は、生理食塩水溶液の電気伝導率の推定から構成される。
臨床電極(DIXI Microtechniques,Besancon,France)を、異なる校正済みの電気伝導率を有する溶液(それぞれ、0.1033、0.2027、0.3943、及び0.5786S/mの電気伝導率値を有する4つの溶液)に入れた。臨床グレードの刺激器(S12X,Grass Technologies,Natus Medical Inc.,USA)を用いて、強度I=0.2mAの刺激電流(入力飽和を回避するためにこの刺激器で利用可能な最低値)及び1相あたりT=1msのパルス長(2msの合計パルス長)で、二相性電荷平衡パルス電気刺激を送達した。電気生理学取得システム(Biopac MP35,Biopac,CA,USA)を用いて、刺激中に溶液中で誘起された電位を記録した。
記録された電位の時間経過は、電気伝導率に強く依存する。波形の不連続性は電気伝導率の情報を伝え、媒体の抵抗が減少するのに伴って導電率が増加する。重要なことには、所定の解析モデルパラメータは、イオンの再分布などのいくつかの物理的現象に依存する。導電率の小さい変化については、モデルパラメータは不変のままであると想定された。図12で、モデルM(t)と生理食塩水溶液中での実験記録との一致を比較した。
2:電極
3:電流発生器
4:コンピュータ可読メモリ
5:取得ユニット
6:プロセッサ
61:刺激モジュール
62:取得モジュール
63:計算モジュール
7:ユーザインターフェース
FIT:時間の関数としての電位変化の測定値をあてはめるステップ
GE:電極の幾何形状仕様
I:電流
M:媒体
M(t):所定の解析モデル
OUT:あてはめから得られた物理的パラメータの値を出力するステップ
P:物理的パラメータ
REC:時間の関数としての電位変化の測定値を受信するステップ
Rm:電気抵抗
T:パルス持続時間
Tm:時間窓
Ts:刺激持続時間
ΔV(t):時間の関数としての電位変化
σ:電気伝導率
Claims (13)
- 少なくとも1つの電解質を含む生物学的及び/又は生理的媒体(M)の領域の少なくとも1つの物理的パラメータ(P)を推定するためのシステム(1)であって、
前記媒体(M)の前記領域と接触するように構成された、少なくとも1つの作用電極と少なくとも1つの対電極との、少なくとも2つの電極(2)と、
それぞれパルス持続時間(T)を有する電流(I)の電気パルスのトレインを前記電極(2)に送達するように構成された電流発生器(3)と、
入力として少なくとも前記電流(I)及び前記パルス持続時間(T)を受信し、推定されるべき前記媒体(M)の少なくとも1つの物理的パラメータ(P)を備える、時間の関数としての前記作用電極と前記対電極との間の電位の少なくとも1つの所定の解析モデル(M(t))を備える、コンピュータ可読メモリ(4)であって、前記所定の解析モデル(M(t))が、前記電極(2)によって発生した電界の解析モデルと、電極と媒体との境界面で発生した二重層モデルの結合から得られ、前記結合は、電極と電解質との境界面からの寄与を考慮している、コンピュータ可読メモリ(4)と、
前記電極によって記録された電位を取得及び増幅するように構成された信号増幅器を備える取得ユニット(5)と、
プロセッサ(6)と、
を備え、前記プロセッサは、
刺激持続時間(Ts)中に電気パルスを含む二相性電荷平衡電流を送達するべく前記電流発生器(3)を制御するように構成された刺激モジュール(61)と、
前記刺激持続時間(Ts)内にある時間窓(Tm)中の時間の関数としての電位変化(ΔV(t))の取得をトリガするように構成された取得モジュール(62)と、
取得された時間の関数としての前記作用電極と前記対電極との間の前記媒体(M)の前記領域の電位変化(ΔV(t))を受信し、前記コンピュータ可読メモリから検索した前記所定の解析モデル(M(t))を用いて前記取得された時間の関数としての電位変化(ΔV(t))をあてはめ、前記所定の解析モデル(M(t))のあてはめから得られた前記物理的パラメータ(P)の値を出力するように構成された計算モジュール(63)と、
を備えるシステム。 - 前記少なくとも2つの電極(2)が、双極円筒又は平板電極である、請求項1に記載のシステム。
- 前記媒体(M)が生体組織であり、前記電極(2)が、前記生体組織の領域に挿入するように構成される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載のシステム。
- 前記刺激モジュール(61)が、前記信号増幅器を飽和させない電流(I)を有する電気パルスを送達するべく前記電流発生器(3)を制御する、請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のシステム。
- 少なくとも1つの電解質を含む生物学的及び/又は生理的媒体(M)の領域の少なくとも1つの物理的パラメータを局所推定するための方法であって、
それぞれパルス持続時間(T)を有する二相性電荷平衡電気パルスが、前記媒体(M)の前記領域と接触するように構成された、少なくとも1つの作用電極と少なくとも1つの対電極との少なくとも2つの電極(2)によって前記媒体(M)の前記領域に送達される間の時間窓(Tm)内の時間の関数としての電位変化(ΔV(t))の測定値を受信するステップ(REC)と、
時間の関数としての電位の所定の解析モデル(M(t))を用いて、時間の関数としての前記作用電極と前記対電極との間の前記媒体(M)の前記領域の前記電位変化(ΔV(t))の前記測定値をあてはめるステップ(FIT)であって、前記所定の解析モデル(M(t))は、入力として少なくとも電流(I)及び前記パルス持続時間(T)を受信し、前記媒体(M)の前記領域の少なくとも1つの物理的パラメータ(P)を備え、かつ前記所定の解析モデル(M(t))が、前記電極(2)によって発生した電界の解析モデルと、電極と媒体との境界面で発生した二重層モデルの結合から得られ、前記結合は、電極と電解質との境界面からの寄与を考慮している、あてはめるステップ(FIT)と、
前記所定の解析モデル(M(t))のあてはめから得られた前記物理的パラメータ(P)の値を出力するステップ(OUT)と、
を含む方法。 - 前記物理的パラメータ(P)が、前記電極が接触している前記媒体(M)の前記領域の電気抵抗(Rm)に関連する、請求項5に記載の方法。
- 前記電極の幾何形状仕様(GE)を受信し、前記電極の前記幾何形状仕様(GE)及び前記媒体(M)の前記領域の前記電気抵抗(Rm)を用いて、前記媒体(M)の前記領域の電気伝導率(σ)を計算するステップ(CAL)をさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記媒体(M)が、脳組織である、請求項5~請求項7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記物理的パラメータ(P)の値が所定の閾値と比較される、請求項5~請求項8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記受信される電位変化が、8kHz超のサンプリング周波数で測定される、請求項5~請求項9のいずれか一項に記載の方法。
- 媒体(M)と接触するように構成された少なくとも2つの電極を使用して少なくとも1つの電解質を含む前記媒体(M)の領域の物理的パラメータ(P)のマッピングを生成するための方法であって、
マッピングされている前記媒体(M)の前記領域に含まれる前記媒体(M)の第1の領域内の電極の第1の位置に関する情報を受信するステップと、
請求項5~請求項10のいずれか一項に記載の方法に従って、前記媒体(M)の前記第1の領域内の前記媒体(M)の前記物理的パラメータ(P)の第1の値を取得するステップと、
前記電極の前記第1の位置を前記物理的パラメータ(P)の前記第1の値と関連付ける及び登録するステップと、
を含み、方法のステップが、マッピングされている前記媒体(M)の前記領域に含まれる前記媒体(M)の第2の領域内の前記電極の少なくとも1つの第2の位置について繰り返される、
方法。 - プログラムがコンピュータによって実行されるときに、請求項5~請求項11のいずれか一項に記載の方法のステップをコンピュータに実施させる命令を備えるコンピュータプログラム。
- コンピュータによって実行されるときに、請求項5~請求項11のいずれか一項に記載の方法のステップをコンピュータに実施させる命令を備えるコンピュータ可読媒体。
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