(57)【要約】患者が経験する麻酔の深度を監視するある方法は、ウェーブレット変換を使って一つまたは複数の誘発された生体電位（１００）の変化を同定し、患者に麻酔が投与されている期間にわたる誘発生体電位の変化に基づいて患者が経験する麻酔の深さを示す少なくとも一つの指数（１０８）を計算することを含む。任意的に、指数の計算において、ランダムな脳波図活動、パルス酸素飽和度測定および血液ガス測定の変化が前記誘発生体電位（１００）の変化と組み合わされる。結果として得られる指数は任意的に患者が経験する麻酔レベルのグラフィック表現の形で表示される。
2006514570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の経験する麻酔の深度を決定するための方法であって：
反復性刺激を用いて患者を刺激し、
前記刺激に反応して患者によって生成される一連の誘発電位波形を表す信号データを取得し、
前記取得された信号データから少なくとも一つのウェーブレット変換を用いて少なくとも一つの信号特徴を抽出し、
前記少なくとも一つの抽出された信号特徴から患者の経験する麻酔の深度の表現を計算する、
ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記表現を計算する前記ステップが、期間中の前記一連の誘発電位波形を表す前記少なくとも一つの抽出された信号特徴の変化を決定することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記反復性刺激が音響刺激であり、前記一連の誘発電位波形が聴性誘発電位波形であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記一連の聴性誘発電位を表す前記取得された信号データが少なくとも一つの聴性脳幹反応を表す信号データを含み、
前記表現を計算する前記ステップが期間中の前記聴性脳幹反応の変化を決定することを含む、
ことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記一連の聴性誘発電位を表す前記取得された信号データが少なくとも一つの聴性中間潜時反応を表す信号データを含み、
前記表現を計算する前記ステップが期間中の前記聴性中間潜時反応の変化を決定することを含む、
ことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記一連の聴性誘発電位を表す前記取得された信号データが少なくとも一つの聴性緩徐反応を表す信号データを含み、
前記表現を計算する前記ステップが期間中の前記聴性緩徐反応の変化を決定することを含む、
ことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項７】
期間中に患者におけるランダムな脳波図活動を表す追加的な信号データを取得するステップをさらに含む請求項１記載の方法であって、
前記取得された信号データから患者の経験する麻酔の深度の表現を計算する前記ステップがさらに前記取得された追加的な信号データを利用することを特徴とする方法。
【請求項８】
前記ランダムな脳波図活動を表す前記信号データが一連の波形を有しており、
前記取得された追加的な信号データを利用することが：
（ａ）期間中の前記ランダムな脳波図活動の変化を決定し、
（ｂ）前記ランダムな脳波図活動信号データを少なくとも一つのウェーブレット変換を用いてノイズ除去する、
ことを含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも一つのウェーブレット変換が離散ウェーブレット変換を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのウェーブレット変換が連続ウェーブレット変換を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
患者から少なくとも一つの追加的な生理的測定値を取得し、前記少なくとも一つの追加的な生理的測定値が血液ガス測定値および呼気ガス測定値の集合から選択されるものであり、
前記少なくとも一つの抽出された信号特徴および前記少なくとも一つの追加的な生理測定値から患者の経験する麻酔の深度の表現を計算する、
ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記取得された信号データから少なくとも一つの信号特徴を抽出するのに先立ち、少なくとも一つのウェーブレット変換を用いて前記取得された信号データをノイズ除去するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記ウェーブレット変換のために直交ウェーブレットを選択するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記ウェーブレット変換のために双直交ウェーブレットを選択するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも一つのウェーブレット変換を用いて前記取得された信号データから少なくとも一つの信号特徴を抽出するステップが、少なくとも一つのウェーブレット係数を計算することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
患者における麻酔の深度を監視するための方法であって：
ある期間にわたって患者における一連の聴性誘発電位に対応する信号データを取得し、
少なくとも一つのウェーブレット変換を用いて前記取得された信号データをノイズ除去し、
前記期間における前記取得された信号データの少なくとも一つの変化を同定し、
前記期間中の患者におけるランダムな脳波図活動に対応する追加的な信号データを取得し、
前記期間における前記追加的な信号データの少なくとも一つの変化を同定し、
前記期間における前記信号データの前記同定された変化および前記追加的な信号データの前記同定された変化を利用して患者の経験する麻酔の深度を示す少なくとも一つの指数を計算する、
ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記信号データが患者における聴性脳幹反応を表すデータを含み、
前記信号データの少なくとも一つの変化を同定する前記ステップが、前記聴性脳幹反応を表す前記データの変化を同定することを含む、
ことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記信号データが患者における聴性中間潜時反応を表すデータを含み、
前記信号データの少なくとも一つの変化を同定する前記ステップが、前記聴性中間潜時反応を表す前記データの変化を同定することを含む、
ことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記信号データが患者における聴性緩徐反応を表すデータを含み、
前記信号データの少なくとも一つの変化を同定する前記ステップが、前記聴性緩徐反応を表す前記データの変化を同定することを含む、
ことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記信号データが患者における聴性脳幹反応に対応する信号データ、患者における聴性中間潜時反応に対応する信号データおよび患者における聴性緩徐反応に対応する信号データを含み、
前記信号データの少なくとも一つの変化を同定する前記ステップが、前記聴性脳幹反応信号データの変化を同定することを含み、
前記少なくとも一つの指数を計算する前記ステップが、前記聴性脳幹反応信号データの前記同定された変化を利用して患者の脳における麻酔の深度を示す指数を計算することを含む、
ことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
前記信号データの少なくとも一つの変化を同定する前記ステップが、前記聴性中間潜時反応信号データの変化を同定することを含み、
前記少なくとも一つの指数を計算する前記ステップが、前記聴性中間潜時反応信号データの前記同定された変化を利用して患者の脳における麻酔の深度を示す第二の指数を計算することを含む、
ことを特徴とする、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記信号データの少なくとも一つの変化を同定する前記ステップが、前記聴性緩徐反応信号データの変化を同定することを含み、
前記少なくとも一つの指数を計算する前記ステップが、前記聴性緩徐反応信号データの前記同定された変化を利用して患者の脳における麻酔の深度を示す第三の指数を計算することを含む、
ことを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
患者の経験する麻酔の深度のグラフィック表現を提供し、
患者の脳における麻酔の深度の前記第一、第二および第三の指数の値を前記グラフィック表現にマッピングする、
ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記グラフィック表現を提供する前記ステップが、脳幹を表す少なくとも第一の領域と、中脳を表す少なくとも第二の領域と、皮質を表す少なくとも第三の領域とを有する脳のグラフィック表現を提供することを含み、
前記第一の指数を表す値が前記第一の領域にマッピングされ、
前記第二の指数を表す値が前記第二の領域にマッピングされ、
前記第三の指数を表す値が前記第三の領域にマッピングされる、
ことを特徴とする、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記マッピングされた値のそれぞれが視覚的に区別できる灰色階調であることを特徴とする、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記マッピングされた値のそれぞれが視覚的に区別できる色であることを特徴とする、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
前記信号データの少なくとも一つの変化を同定することが少なくとも一つのウェーブレット変換を用いて前記信号データをノイズ除去することを含むことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項２８】
前記信号データの少なくとも一つの変化を同定することが少なくとも一つの離散ウェーブレット変換を用いて前記信号データをノイズ除去することを含むことを特徴とする、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記追加的な信号データの少なくとも一つの変化を同定することが少なくとも一つのウェーブレット変換を用いて前記追加的な信号データをノイズ除去することを含むことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項３０】
前記追加的な信号データの少なくとも一つの変化を同定することが少なくとも一つの離散ウェーブレット変換を用いて前記追加的な信号データをノイズ除去することを含むことを特徴とする、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
患者の経験する麻酔の深度を示す少なくとも一つの指数を計算する前記ステップが、前記信号データの前記変化を解析し、前記追加的な信号データの前記変化を解析して患者の経験する麻酔の深度を示す単一の指数を取得することを含むことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項３２】
患者における神経活動を監視するための方法であって、ある期間にわたって患者における一つまたは複数の生体電位信号を監視し、少なくとも一つのウェーブレット変換を用いて前記監視される生体電位信号から特徴を抽出し、前記期間にわたって少なくとも一つの反復性刺激に反応しての前記生体電位信号から抽出された前記特徴の変化を観察するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記特徴を抽出するのに先立ち、少なくとも一つのウェーブレット変換を用いて前記監視される生体電位信号をノイズ除去するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記反復性刺激が音響刺激であり、前記観察される変化が聴性脳幹反応の変化であることを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３５】
前記観察される変化がさらに聴性中間潜時反応の変化を含むことを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記観察される変化がさらに聴性緩徐反応の変化を含むことを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
前記期間にわたって患者のランダムな脳波図活動に変化があるかどうかを監視するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３８】
前記期間中に患者から少なくとも一つのパルス酸素飽和度測定値を取得し、
前記生体電位の前記変化を前記少なくとも一つのパルス酸素飽和度測定値とともに利用して患者の経験する麻酔の深度の表現を生成する、
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３９】
前記期間中に患者から少なくとも一つの血液ガス測定値を取得し、
前記観察される変化を前記少なくとも一つの血液ガス測定値とともに利用して患者の神経活動の表現を生成する、
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４０】
前記期間中に患者から少なくとも一つの呼気ガス測定値を取得し、
前記観察される変化を前記少なくとも一つの呼気ガス測定値とともに利用して患者の神経活動の表現を生成する、
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４１】
前記少なくとも一つの呼気ガス測定値がＣＯ2測定値であることを特徴とする請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
前記期間中に患者から少なくとも一つの血液ガス測定値を取得し、
前記期間中に患者から少なくとも一つの呼気ガス測定値を取得し、
前記観察される変化を前記少なくとも一つの血液ガス測定値および前記少なくとも一つの呼気ガス測定値とともに利用して患者の神経活動の表現を生成する、
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４３】
前記観察される変化に基づいて患者の神経活動のグラフィック表現を提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４４】
前記グラフィック表現を提供する前記ステップが、脳幹を表す少なくとも第一の領域と、中脳を表す少なくとも第二の領域と、皮質を表す少なくとも第三の領域とを有する脳のグラフィック表現を提供することを含み、
前記観察された変化を少なくとも一つの対応する領域にマッピングする、
ことを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
前記マッピングされた観察された変化のそれぞれが視覚的に区別できる灰色階調で表現されることを特徴とする、請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
前記マッピングされた観察された変化のそれぞれが視覚的に区別できる色で表現されることを特徴とする、請求項４４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般には患者の生体データを監視するのに利用される医療用監視システムに、より詳細には鎮静または麻酔下にある患者の脳の活動を監視するためのシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
麻酔という医学分野においては、麻酔薬または鎮静薬の投与量の過多と過少との間の適切なバランスを達成するために患者の状態を入念かつ継続的に監視する必要がある。麻酔の投与量が不十分だと患者の手術中の意識や想起を引き起こす一方、麻酔または鎮静薬の量が過剰だと灌流不足による虚血から中枢神経系を害する危険性がある。近年では、麻酔または鎮静の深度監視が決定的に重要であることが、患者が手術中のことを覚えている、すなわち手術中に意識があったという大きく取り上げられた諸事件や、麻酔の過剰投与による深刻な障害や死亡の諸事件によって浮き彫りにされた。麻酔関連の医療過誤訴訟のほとんどは監視が不十分であったことによるものである。
【０００３】
より具体的には、既知の脳血流監視技術は、脳の酸素飽和度を測定するパルス酸素飽和度測定および赤外線分光を含む。経頭蓋ドップラー超音波検査は、血流速度ならびに血流の方向および主要（major）頭蓋内血管における拍動性といったその他の血流パラメータをリアルタイムで継続的に測定することを可能にする非侵襲技術である。これらの継続的測定は副行脳循環の状態の指標として利用され、脳虚血や死亡といった事例につながりうる脳灌流の何らかの障害の早期の徴候を与える。
【０００４】
電気生理学的な監視技術は、ジョンに対する米国特許第5,287,859号、ジョンに対する米国特許第6,052,619号、およびジョンらに対する米国特許第6,385,486号において記載されているような脳波図（EEG:  electroencephalogram）の使用を含む。低レベルの鎮静や麻酔においては、皮質ＥＥＧ信号のランダム性の度合いが患者の意識レベルと相関しており、ＥＥＧ活動が患者が覚醒に近づいていることの指標として使われる。特に、ＥＥＧ監視のみでは、中脳や脳幹の機能低下につながりうる深い、過剰の可能性もある鎮静や麻酔の十分な指標にはならない。さらに、皮質ＥＥＧ記録は反復性がなく、典型的にはノイズが多く、信号乱れの影響を受けやく、そのため麻酔や鎮静の監視の目的のために解釈するのが難しいことがある。
【０００５】
もう一つの既知の監視技術は、聴覚路のような選択された感覚路における特定の誘発電位に基づいている。そのような技術は典型的には、特定の感覚路におけるある神経構造が損傷の危険性があるとわかっている、あるいは信じられている場合に用いられる。感覚刺激が導入され、それにより生じる神経活動が生成する波形パターンが解析される。この技術は、ピーク潜時およびピーク振幅のようなパラメータを使った波形の十分な弁別に頼っている。パラメータのリアルタイム変化は、その感覚路における、末梢受容器から感覚皮質までの電気伝導速度を計算するための基礎を与える。しかし、誘発された信号はランダムなＥＥＧ活動と混合される。十分な信号を得るために、たいていの病院は、電気的記録には不向きな手術室の環境におけるノイズを除去または低減するよう、特注設計の監視装置を使った複雑な記録設備に頼らなければならない。誘発電位をランダム活動から十分に弁別するためには、コンピュータによる平均化技術が用いられる。
【０００６】
複合的な聴性誘発電位（AEP:  auditory  evoked  potential）は、クリック音やトーンバーストのような聴覚的な刺激または一連の刺激が呈示されたときに生成される。ＡＥＰは早期成分、中間成分、緩徐成分からなる。
【０００７】
ＡＥＰの早期成分すなわち短潜時成分、聴性脳幹反応（ABR:  auditory  brainstem  response）は聴覚刺激の呈示後１５ｍｓまでに生じ、乳幼児や音が聞こえたかどうかを効果的に伝えることができないその他の個人における聴覚の臨床評価に広く使われる。通常の聴覚をもつ個人においては、ＡＢＲは特徴的な神経波形を生じる。ＡＢＲを使った聴覚試験は典型的には、試験対象の個人の波形と通常のテンプレート波形との目視または統計的な比較に関わる。他の誘発電位と同様、ＡＢＲは頭皮に取り付けた表面電極から記録される。しかし、それらの電極は、他の神経活動、筋肉活動および環境中の非生理的な発生源に起因する余計な生体電位を含む。
【０００８】
ＡＥＰの中間成分、聴性中間潜時反応（AMLR:  auditory  mid-latency  response）――中間潜時聴性誘発電位（MLAEP:  middle  latency  auditory  evoked  potential）とも称される――は、聴覚刺激の呈示後１５〜１００ｍｓに生じ、聴覚刺激の原始的な、非認識性の皮質レベルでの処理を反映したものと信じられている。最近では、ＡＭＬＲまたはＭＬＡＥＰは麻酔深度の尺度として格別の関心の的になっている。
【０００９】
ＡＭＬＲは鎮静薬や麻酔薬に敏感な正と負の波からなることが知られている。一般に、鎮静や麻酔のレベルを上げるとこれらの波の潜時も増し、同時に振幅は減少する。監視の目的のためには、ＡＭＬＲ波の変化は、潜時対ピーク、振幅および変化速度として定量化され、時には単一の指数として組み合わされる。
【００１０】
代替として、４０Ｈｚの聴覚信号が高められた「定常」ＡＥＰ信号を誘導できることが知られている。従来式の一定期間にわたる信号平均化はバックグラウンドのＥＥＧ信号からＡＭＬＲ信号を抽出するために必要とされるが、通例、およそ３０〜４０秒で十分な信号が得られる。生のＡＭＬＲの存在は、患者の覚醒状態のきわめて特異的な指標であると信じられており、鎮静または麻酔の深度の漸進的な変化はＡＭＬＲにおける対応する漸進的な変化に反映されて見える。
【００１１】
複合的ＡＥＰのいま一つの成分、聴性緩徐反応（ALP:  auditory  late  response）は患者に適用された鎮静または麻酔のレベルに特に敏感であると信じられており、さまざまな特徴のうちでも特に、鎮静または麻酔レベルが比較的軽いところで波形の顕著な平坦化を示す。
【００１２】
ＡＥＰは「弱い生体信号」として特徴付けられ、これがＡＥＰを解析、使用する際にかなりの技術上の問題を呈する。特に速度と精度が決定的である場合にそうである。線形平均化技術、フィルタ処理または従来式のノイズ除去を使った信号処理が知られている。しかし、こうした技術は、特に、弱い生体信号を迅速に処理する能力において、場合によっては精度にもいまだ限界がある。
【００１３】
理想的には、必要とされる脳活動監視技術は、患者の脳内の小さな機能変化に対してもほぼ瞬時の指標となるのに十分敏感で、想起、意識または組織損傷が問題になるより十分早く即座の修正措置をとることができるようにするものである。しかし、既知の麻酔監視技術は、脳灌流の尺度や脳内の電気生理機能に焦点を当てるものも含め、感度および速度の面で限界があり、したがって有意な機能変化を予期し、時宜を得た反応ができるようにする能力も限られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
こうしたことを背景として、患者の脳機能および鎮静または麻酔の深度を監視するための改良された方法およびシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
患者の鎮静または麻酔の深度を監視するための本発明の方法は、患者に反復性聴覚刺激を与え、ある期間にわたって聴性脳幹反応を含む聴性誘発電位を表す信号データを取得し、前記期間にわたるＡＥＰの観察される変化を利用して鎮静または麻酔の深度を示す指数を計算する、ステップを含む。
【００１６】
別の実施形態では、患者の鎮静または麻酔の深度を監視するための本発明の方法は、患者に反復性聴覚刺激を与え、ある期間にわたって聴性脳幹反応（ＡＢＲ）、聴性中間潜時反応（ＡＭＬＲ）および聴性緩徐反応（ＡＬＲ）を含む聴性誘発電位を表す信号データを取得し、前記期間にわたるＡＢＲ、ＡＭＬＲ、ＡＬＲの観察される変化を利用して鎮静または麻酔の深度を示す単一の指数を計算する、ステップを含む。
【００１７】
次の別の実施形態では、患者の鎮静または麻酔の深度を監視するための本発明の方法は、ある期間にわたって少なくとも一つの誘発生体電位に対応する信号データを取得し、前記期間にわたる前記信号データの変化を決定し、前記期間にわたる前記信号データの観察される変化を利用して患者の鎮静または麻酔の深度を示す少なくとも一つの指数を計算する、ステップを含む。
【００１８】
次の別の実施形態では、患者の鎮静または麻酔の深度を監視するための本発明の方法は、ある期間にわたって少なくとも一つの誘発生体電位に対応する信号データを取得し、該少なくとも一つの誘発生体電位が聴性誘発生体電位、誘発脳波図生体電位、誘発体性感覚生体電位（SEP:  evoked  somatosensory  bio-potentials）および誘発視覚生体電位（VEP:  evoked  visual  bio-potentials）を含む集合から選択されるものであり、前記期間にわたる前記信号データの変化を決定し、前記期間にわたる前記信号データの観察される変化を利用して患者の麻酔の深度を示す少なくとも一つの合成または単一の指数を計算する、ステップを含む。
【００１９】
次の別の実施形態では、患者の鎮静または麻酔の深度を監視するための本発明の方法は、ある期間にわたって少なくとも一つの誘発生体電位に対応する信号データを取得し、該少なくとも一つの誘発生体電位が聴性誘発生体電位、誘発脳波図生体電位、誘発体性感覚生体電位および誘発視覚生体電位を含む集合から選択されるものであり、前記期間にわたる前記信号データの変化を決定し、一つまたは複数のパルス酸素飽和度測定とともに前記期間にわたる前記信号データの観察される変化を利用して患者の鎮静または麻酔の深度を示す少なくとも一つの合成指数を計算する、ステップを含む。
【００２０】
次の別の実施形態では、患者の鎮静または麻酔の深度を監視するための本発明の方法は、ある期間にわたって少なくとも一つの誘発生体電位に対応する信号データを取得し、該少なくとも一つの誘発生体電位が聴性誘発生体電位、誘発脳波図生体電位、誘発体性感覚生体電位および誘発視覚生体電位を含む集合から選択されるものであり、前記期間にわたる前記信号データの変化を決定し、一つまたは複数の血液ガス測定および／もしくは呼気ガス測定とともに前記期間にわたって前記信号データの観察される変化を利用して患者の鎮静または麻酔の深度を示す少なくとも一つの合成指数を計算する、ステップを含む。
【００２１】
次の別の実施形態では、本発明の方法は、患者の脳のさまざまな領域の活動レベルおよび鎮静または麻酔の深度がグラフィックで表現される、患者の脳の視覚的な表現を生成するための基礎を提供する。
【００２２】
上述のことを含む本発明のさまざまな目的、特徴および利点ならびに現在のところ好ましい本発明の実施形態は、付属の図面との関連で以下の記載を読むことからより明白となるであろう。
【００２３】
全図面のいくつかの図を通じて対応する参照符号は対応する部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下の詳細な記述は本発明を例によって解説するものであって、限定するものではない。この記述は、明白に当業者が本発明を実施、使用することができるようにするものであり、現在のところ本発明を実施する最良の形態と思われるものを含め、本発明のいくつかの実施形態、適用、変形、代替および使用を記述している。
【００２５】
ここでの用法では、鎮静および麻酔は患者の神経系の機能に影響する周知の一連の薬または化学物質をいう。本発明はさまざまな種類の鎮静薬および麻酔薬の患者に対する影響を監視することに等しく適用可能である。以下の記述を簡単にするため、「麻酔薬」「麻酔」の用語および「麻酔の深度」の句は、特に区別する断りのない限りそれぞれ「鎮静薬」「鎮静」および「鎮静の深度」と交換可能であると理解されるものとする。
【００２６】
本発明の装置および方法は、部分的には、患者の聴性脳反応が患者の鎮静または麻酔の深度の指標として有用であるという概念に基づいている。ここに記載されるいくつかの方法は、患者の麻酔深度の迅速な監視を可能にするために患者のＥＥＧ、ＡＢＲ、ＡＭＬＲ、ＡＬＲ生体電位のうちの一つまたは複数を表すデータ信号を利用することに関わっている。本発明の代替的ないくつかの方法は、患者における一つまたは複数の誘発生体電位を表す信号データを脳の活動を表す信号データと組み合わせることに関わっている。これらの信号はランダムＥＥＧ、ＳＥＰ、ＶＥＰ、ＡＭＬＲまたはＡＬＲを表すものでよく、患者の麻酔深度の監視のさらなる改善を可能にするために利用される。
【００２７】
本発明の装置は図１の１０として一般的な形で示されている。装置１０は、患者１３の電気的生体電位信号を測定するよう構成された少なくとも一つの電極１２を含んでいる。これはたとえば「生体電位を誘発・記録する装置」（Apparatus  For  Evoking  And  Recording  Bio-potentials）のための同時係属のＷＯ特許出願第US03/03881号に示されているようなもので、該文献はここに参照によって組み込まれる。前記少なくとも一つの電極１２はリード線１６を通じて処理システム１４に動作的に結合されている。処理システム１４内で、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたは汎用コンピュータのような論理回路１８が前記少なくとも一つの電極１２からデータ信号を受信するよう構成されている。論理回路１８は少なくとも一つの患者刺激器２０を制御して患者１３に制御された刺激を与えるよう構成されている。刺激器２０はクリック音、トーンまたはその他の不連続な音響刺激を患者１３の耳に呈示するよう構成されたスピーカーを有している。好ましくは、一連のクリック音、トーン、またはその他の不連続もしくは連続的音響刺激が患者１３の耳に与えられ、一連の反応を引き起こす。好適な処理システム１４は「ハンドヘルド型低電圧試験装置」（Handheld  Low  Voltage  Testing  Device）のための同時係属の米国特許出願第10/252,345号に示されているようなものである。該文献はここに参照により組み込まれる。当業者は、本発明の処理システム１４が不連続な音響刺激のみを与えることに限定されず、視覚的、触覚的、嗅覚的または味覚的刺激を患者１３に与えるよう構成されていてもよいことを認識するであろう。
【００２８】
好ましくは、処理システム１４はさらに、ボタンもしくはスイッチのような一つもしくは複数の従来式オペレーター入力２４、および、スピーカー２８もしくは視覚表示装置３０のような一つもしくは複数の従来式出力２６をもつよう構成される。処理システム１４に付随するメモリまたはデータ記憶要素３２は、少なくとも前記論理回路１８のための処理命令および前記少なくとも一つの電極１２から受信される信号データを保存するよう構成される。前記処理システム１４によって実行されたとき、保存されている論理回路１８のための処理命令は、ここに記載される本発明の方法を実行するよう該論理回路１８を構成する。該方法は、基本ステップとして患者に刺激を与え、結果として生ずる患者１３の誘起生体電位信号を観察、監視し、任意的に前記受信した誘発生体電位信号のノイズ除去をし、信号特徴を計算し、患者意識の指数を生成してオペレーターに表示するか、患者の神経活動の表現を提供するかする。
【００２９】
ある好ましい実施形態では、本発明の方法は刺激器２０を使って患者１３に刺激を呈示することを必要とする。該刺激は好ましくは所定の聴覚刺激、すなわち図２に示されるようなトーンバーストまたは一連のクリック音であり、麻酔の投与中などある期間にわたって呈示される。聴覚刺激の呈示は患者の神経系に一つまたは複数の生体電位反応を誘発し、その例が図３のＡに示した複合的聴性誘発電位である。図３のＡに示した複合的聴性誘発電位は少なくとも３つの明確に区別される成分を含んでいる。聴性脳幹反応、聴性中間潜時反応、聴性緩徐反応である。刺激に反応して生成されるＡＥＰその他の誘発生体電位は、患者が経験している麻酔の深度に反応して図３のＢに示すように変化することが知られている。こうした変化は、観察される誘発生体電位成分の振幅の低下に、あるいは反応時間の変化に反映されうる。
【００３０】
こうして、患者１３への麻酔の投与中、患者における、前記複合的聴性誘発電位を含む前記一つまたは複数の誘発生体電位反応を表す信号データが前記少なくとも一つの電極１２によって取得され、前記処理システム１４によって監視される。その信号データは単一の刺激への反応を表してもよいし、あるいは短い期間にわたって患者に呈示される一連の刺激からの代表的もしくは平均的反応であってもよい。複合的聴性誘発電位を表す取得信号データは、ＡＥＰの聴性脳幹反応成分および任意的に一つまたは複数の追加的な誘発生体電位信号の変化を同定するために、処理システム１４によって処理される。その変化が今度は該処理システム１４によって、患者１３が経験している意識レベルまたは麻酔の深度を示す指数の値を計算するために利用される。
【００３１】
前記一つまたは複数の複合的ＡＥＰを表す信号データはさらに、患者１３の聴性中間潜時反応に対応する成分を含んでいる。本発明のある代替的な方法では、複合的聴性誘発電位を表す前記取得信号データは、ＡＥＰの聴性中間潜時反応成分の変化を同定するために、処理システム１４によって処理される。その同定された変化は該処理システム１４によって、前記ＡＢＲの同定された変化とともに、患者１３が経験している麻酔の深度を示す単一の代表指数の値を計算するために利用される。
【００３２】
前記一つまたは複数の複合的ＡＥＰを表す信号データはさらに、患者１３の聴性緩徐反応に対応する成分を含んでいる。本発明のある代替的な方法では、複合的聴性誘発電位を表す前記取得信号データは、ＡＥＰの聴性緩徐反応成分の変化を同定するために、処理システム１４によって処理される。その同定された変化は該処理システム１４によって、前記ＡＢＲの同定された変化とともに、患者１３が経験している麻酔の深度を示す単一の代表指数の値を計算するために利用される。
【００３３】
本発明のある代替的な方法では、患者１３への麻酔の投与中、複合的ＡＥＰ信号データの監視と並行して、図４に示すような患者の神経系のランダムな脳波図活動を表す追加的な信号データが追加的な電極１２から取得され、処理システム１４によって監視される。該処理システム１４によって受信されるのに先立ち、取得された脳波図信号データは一連の周波数帯域通過フィルタを通る従来式の方法で前処理され、結果として得られる不連続なＥＥＧ周波数帯域が処理システム１４への入力として別々のチャネルに経路制御される。
【００３４】
ＥＥＧ信号データの異なる周波数におけるエネルギーの比が患者の意識の指標であることが知られている。各チャネル上でフィルタ処理されたＥＥＧ周波数帯はＥＥＧ信号データに対する従来式の方法で処理システム１４によって処理され、特性評価され、各ＥＥＧ出力チャネルについて代表的な波形を与える。ＥＥＧを表す波形のそれぞれは何らかの時間的変動があれば同定するよう監視され、同定された変動は今度は、複合的ＡＥＰの監視されている成分の同定された変化とともに、患者１３が経験している麻酔の深度を示す単一の代表指数の値を計算するために利用される。
【００３５】
一定期間にわたって複合的ＡＥＰ信号データまたはＡＢＲのようなその何らかの成分における変化を決定すること、またはＥＥＧ波形の変化を決定することは、信号データのノイズ除去を要求する。ＡＢＲのような特に弱い誘発生体電位に関しては、従来式のノイズ除去技術では、患者が経験している麻酔の深度をリアルタイムで表す指数を計算するために有用となるのに十分な明確さと速度をもって当該データ信号の所望の特徴が十分に抽出されることはない。
【００３６】
本発明の装置および方法は、信号特徴の抽出および麻酔深度指数の計算のために当該データ信号のウェーブレット変換を利用する。ウェーブレット変換は原信号をウェーブレットと呼ばれる無条件の基底関数の組に投影する積分変換である。好ましくは、当該変換において利用されるウェーブレットは離散的であり、有限の台をもち、離散ウェーブレット変換とともに用いうる直交または双直交ウェーブレットである。しかし、別の実施形態では、信号特徴の抽出および麻酔深度指数の計算のために一連の異なるウェーブレットを使用してもよく、該一連のウェーブレットの一部は連続的であってもよく、直交または双直交ウェーブレットに限定されない。ウェーブレット変換が当該データ信号に対して実行されると、異なるスケールでのいくつかのウェーブレット係数が得られる。
【００３７】
任意的に、ウェーブレット変換はさらに、信号特徴の抽出および麻酔深度指数の計算に先立つ任意的な信号ノイズ除去処理を実行するために利用される。データ信号の任意的なノイズ除去は、ウェーブレット係数の閾値処理によってコヒーレントな信号からコヒーレントでないノイズを分離することによって達成される。具体的には、当該データ信号に対してウェーブレット変換が実行されて異なるスケールでのいくつかのウェーブレット係数が得られる。閾値レベルが確定され、該確定された閾値に満たない、すなわちノイズ成分に対応する係数が０とされるか、あるいは減らされる。
【００３８】
データ信号のウェーブレット変換により、信号データの十分高速かつ性能的にも十分なノイズ除去および特徴抽出が可能となり、患者の麻酔深度を監視するというコンテキストにおいて迅速なフィードバックのために当該信号データが使えるようになる。ウェーブレット変換は大量のコンピュータメモリを必要とするものではなく、小型の携帯機器において、そしてハンドヘルド型麻酔監視機器において本発明の諸方法を実装するのを容易にする。
【００３９】
伝統的なフーリエ変換の場合と同様、ウェーブレット変換にも連続バージョンと離散バージョンがあり、本発明のコンテキストにおいて特徴抽出、信号ノイズ除去、麻酔深度指数計算のためにはいずれを用いてもよい。当業者は、ウェーブレット変換を展開する際に利用できる多くの種類のウェーブレットがあり、膨大な種類のウェーブレット変換があることを認識するであろう。代表的な例は、コイフマンらに対する「ウェーブレットパケットを使ったエンコードおよびデコードのための方法および装置」（Method  and  Apparatus  For  Encoding  and  Decoding  Using  Wavelet-Packets）についての米国特許第5,384,725号およびコイフマンらに対する「ウェーブレットパケットを使ったエンコードおよびデコードのための方法および装置」についての米国特許第5,526,299号に見出すことができ、両文献はここに参照により組み込まれる。好ましくは、当該変換において利用されるウェーブレットは、有限の台をもち、離散ウェーブレット変換とともに用いうる直交または双直交ウェーブレットである。
【００４０】
図５に示すように、患者が経験するリアルタイムの麻酔深度を表す指数を計算する上で、本発明の各方法の処理は同じ基本的方法論を利用しているが、それが入力データ信号の異なる組に対して用いられる。本発明の各方法について、観察され、監視されているデータ信号１００が処理システム１４によって一つまたは複数のウェーブレット変換を使って処理され、存在する信号ノイズのレベルが任意的に低減されて、観測され、監視されている生体電位またはランダムＥＥＧ周波数に対応する信号データが高められ、そして信号特徴抽出が行われる。当該データ信号の抽出された特徴１０２は処理システム１４によって分別手段１０４への入力として利用される。該分別手段１０４は、一般線形モデル、判別基底（discriminant  basis）またはその他の分別アルゴリズムを有するもので、そこで処理される各信号成分すなわち抽出された特徴１０２に所定の重み１０６が割り当てられる。処理される各信号成分に割り当てられる該所定の重みは臨床的に決定されるもので、入力データ信号の組および患者の特性、すなわち体重、年齢、性別、使用する麻酔の種類などにしたがって選択される。結果として得られる値は処理システム１４によって組み合わされて、患者が経験する麻酔のリアルタイムの深度を表す一つまたは複数の指数１０８を生成する。
【００４１】
患者が経験する麻酔のリアルタイムの深度を表す指数を計算することに加え、本発明のある別の方法は、患者の脳の一つまたは複数の領域における神経活動のレベルを表す視覚的表示１１０を生成する。患者への麻酔投与中に取得され、監視される、前記の複合的ＡＥＰ、ＳＥＰまたはＶＥＰおよび前記のランダムＥＥＧ周波数信号データのような患者における一つまたは複数の誘発生体電位反応を表す信号データを利用して、患者が経験する麻酔の深度のグラフィックな表現が与えられる。図６に示したグラフィック表現は、前記一つまたは複数の誘発生体電位反応またはランダムＥＥＧ周波数信号の値の視覚的表現を患者の脳を表す図１１２にマッピングして生成したもので、脳内に存在する活動のレベルのグラフィックな表現を与える。
【００４２】
たとえば、与えられている患者の脳のグラフィック表現１１２は、脳幹を表す第一の領域１１４、中脳を表す少なくとも第二の領域１１６、および皮質を表す少なくとも第三の領域１１８を含んでいる。ＡＢＲのような、患者の脳幹の活動に対応する前記一つまたは複数の誘発生体電位反応やランダムＥＥＧ周波数信号の値は第一の領域１１４にマッピングされる。同様に、ＳＥＰのような、患者の中脳の活動に対応する前記一つまたは複数の誘発生体電位反応やランダムＥＥＧ周波数信号の値は第二の領域１１６にマッピングされる。最後に、選択されたランダムＥＥＧ周波数のような、患者の皮質の活動に対応する前記一つまたは複数の誘発生体電位反応やランダムＥＥＧ周波数信号の値は第三の領域１１８にマッピングされる。異なる領域およびマッピングされた値によって示される付随する活動レベルを視覚的に識別しやすくするため、図６に示したような画像の各領域内で値は灰色階調またはカラーとして視覚的に表現されうる。たとえば、脳のある領域における通常の神経活動（すなわち、患者の覚醒を示す活動）を表すのには白または緑色が用いられ、脳のある領域について観測される神経活動の欠如または低減（すなわち、患者が麻酔状態にある）を表すのには黒または赤色が用いられるなどである。
【００４３】
麻酔科医のようなオペレーターに患者、特に麻酔をかけられている患者の脳内の神経活動のレベルのこのようなグラフィック表現１１２を提供することによって、意識レベルまたは麻酔深度の迅速な評価をすることができる。
【００４４】
通常の当業者は、患者の脳内の神経活動に対応する前記の一つまたは複数の誘発生体電位反応またはランダムＥＥＧ周波数信号の測定された値から、患者、特に麻酔をかけられている患者の脳内の神経活動の代替的な表現を生成することもできることを認識するであろう。たとえば、神経活動レベルまたは麻酔深度を表す可聴信号を麻酔科医に与えることもできる。患者の神経活動レベルまたは麻酔深度の変化に対応するよう、音色、音高または音量といったいくつかの所定の音響特性のいずれを変えることもできる。
【００４５】
本発明は部分的にコンピュータで実装されたプロセスおよびそれらのプロセスを実行するための装置の形で実施することができる。本発明はまた、部分的に、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリまたはその他のコンピュータ可読記憶媒体といった有形媒体において具現されている命令を含むコンピュータプログラムコードの形で実施し、当該コンピュータプログラムコードがコンピュータ、マイクロプロセッサまたは論理回路のような電子装置に読み込まれ、それによって実行されると、前記電子装置が本発明を実行するための装置になるようにすることもできる。
【００４６】
本発明はまた、部分的に、記憶媒体に記憶されているか、コンピュータによって読み込みおよび／または実行されるか、あるいは電気的配線もしくはケーブルを通じて、光ファイバーを通じて、または電磁放射を通じてのように何らかの伝送媒体を通じて伝送されるかなどを問わず、コンピュータプログラムコードの形で実施し、当該コンピュータプログラムコードがコンピュータに読み込まれ、それによって実行されると、前記コンピュータが本発明を実行するための装置になるようにすることもできる。汎用マイクロプロセッサにおいて実装されるときは、前記コンピュータプログラムコードのセグメントが当該マイクロプロセッサを特定の論理回路をなすように構成する。
【００４７】
上記に鑑み、本発明の前記いくつかの目的が達成され、他の有益な結果も得られていることがわかるであろう。本発明の範囲から外れることなく上記の構成にはさまざまな変更を加えることができるので、上記の記述に含まれる、あるいは付属の図面に示されているすべての内容は説明のためのものと解釈されるべきと意図されており、限定的な意味に解してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の装置を表すブロック図である。
【図２】患者に呈される聴覚刺激、すなわちトーンを表す図である。
【図３Ａ】通常の意識レベルの患者において図２の聴覚刺激に反応して誘発される聴性電位反応を表す図である。
【図３Ｂ】麻酔を受けている患者において図２の聴覚刺激に反応して誘発される聴性電位反応を表す図である。
【図４】図３のグラフに表される期間中に患者に現れるランダムなＥＥＧ活動を表す図である。
【図５】本発明の諸方法に基づく患者の麻酔深度を監視するためのシステムを表し、任意的な要素は破線で示したブロック図である。
【図６】患者の脳のさまざまな領域に局在した麻酔深度を表す諸指数の視覚的なグラフィック表現のブロック図表示である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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