(57)【要約】頭蓋内デバイスを位置付けるためのシステムおよび方法が、開示される。本発明のある実施形態は、周囲組織および流体からの電気活動を検出および伝送することに関与する要素を含む身体内への埋め込みのために構成されるデバイスを包含する。システムは、検出された電気活動の関連側面を伝送、処理、分析、および表示するために設計された関連付けられたハードウェアおよびソフトウェアを含み得る。この情報は、特定の頭蓋内場所または組織区画内のデバイス位置を最適化または確認するために、挿入手技全体を通して、またはそれに続いて使用されることができる。
2020527426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脳の区画内またはその周囲における埋め込みデバイスの位置を検出するためのシステムであって、前記システムは、脳活動をリアルタイムで検出し、それを伝送することが可能な記録要素を備えている埋め込みデバイスを備え、前記埋め込みデバイスは、インターフェースによってプロセッサに接続され、前記プロセッサは、前記脳の前記区画内またはその周囲における前記埋め込みデバイスの位置を分析することが可能である、システム。
【請求項２】
前記脳の区画は、
（ａ）灰白質、
（ｂ）白質、
（ｃ）脳室または他の流体を含む空間、
（ｄ）灰白質と白質との間の遷移域、
（ｅ）灰白質と脳室との間の遷移域、
（ｆ）白質と脳室との間の遷移域、
（ｇ）硬膜下またはくも膜下空間、
（ｈ）硬膜外空間、
（ｉ）局所血管系、
（ｋ）骨、硬膜外空間、硬膜下空間、くも膜下空間、脳組織、または流体を含む空間間の遷移域、
（ｌ）他の構造またはデバイスに関連した前記脳の特定の地理的エリア内の位置（限定ではないが、前／後、内／外、上／下を含む）、
（ｍ）複数の源から記録されたデータを使用したデバイスの三角測量された位置、または、
（ｎ）前記（ａ）−（ｋ）の区画のうちの任意の１つに対するデバイス近接度またはそれからの距離
から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記脳活動は、
（ａ）平均電圧レベル、
（ｂ）二乗平均平方根（ｒｍｓ）電圧レベルおよび／またはピーク電圧レベル、
（ｃ）記録された脳活動の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を伴う微分値であって、前記記録された脳活動は、スペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、または電力比を含み、平均電力レベル、ｒｍｓ電力レベル、および／またはピーク電力レベル等の計算された電力の変量も含む、微分値、
（ｄ）電力スペクトル分析、バイスペクトル分析、密度、コヒーレンス、信号相関、および畳み込み等のスペクトル分析から導出された評価尺度、
（ｅ）線形予測モデル化または自己回帰モデル化等の信号モデル化から導出された評価尺度、
（ｆ）積分された振幅、
（ｇ）ピークエンベロープまたは振幅ピークエンベロープ、
（ｈ）周期的展開、
（ｉ）抑制比、
（ｊ）コヒーレンスおよび位相遅延、
（ｋ）測定された脳活動のスペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、または電力比を含む記録された電気信号のウェーブレット変換、
（ｌ）ウェーブレット原子、
（ｍ）バイスペクトル、自己相関、クロスバイスペクトル、または相互相関分析、
（ｎ）ニューラルネットワーク、再帰ニューラルネットワーク、または深層学習技法から導出されたデータ、または、
（０）（ａ−ｎ）から導出されるパラメータの極小値または極大値を検出する前記記録要素の識別
から選択されたパラメータのうちの少なくとも１つによって測定される、請求項１−２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４】
前記脳活動は、ボルト（Ｖ）、ヘルツ（Ｈｚ）、および／またはそれらの微分値および／または比率から選択された値の分類別評価尺度によって測定される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記分類別評価尺度は、例えば、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも９０％、または少なくとも９９％の脳活動における変化を示し、
（ａ）灰白質から白質への遷移、
（ｂ）灰白質から脳室への遷移、
（ｃ）白質から脳室への遷移、
（ｄ）硬膜下／くも膜下空間から灰白質／白質への遷移、
（ｅ）硬膜外空間から硬膜下／くも膜下空間または灰白質／白質への遷移、
（ｆ）ある区画内の脳血管系から別の区画内の脳血管系への遷移、
（ｇ）くも膜下槽、脳内嚢胞、血腫、腫瘍組織、感染症の生成物等の灰白質、白質、または脳室以外の前記脳内の区画（正常または病理学的のいずれか）からの遷移、または、
（ｈ）上記の区画の任意の組み合わせ
を表す、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記分類別評価尺度は、例えば、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも９０％、または少なくとも９９％の脳活動の変化を示し、前記埋め込みデバイスが前記灰白質外に位置付けられていることを表す、請求項４または５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記埋め込みデバイスは、生理学的パラメータを測定することが可能な生理学的センサをさらに備えている、請求項１−７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記生理学的パラメータは、頭蓋内圧、酸素濃度、グルコースレベル、血流または組織灌流、組織温度、電解質濃度、組織オスモル濃度、脳機能および／または健康に関連するパラメータ、または任意のそれらの組み合わせから選択される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムは、連続またはリアルタイム方式で更新する、請求項１−８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムは、（ａ）２つ以上の脳区画内の脳活動、または、（ｂ）２つ以上の脳区画内の脳活動および生理学的パラメータを並行して検出および処理する、請求項１−９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
（ａ）脳活動または（ｂ）脳活動および生理学的パラメータの前記処理は、同時に生じる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記埋め込みデバイスは、患者における一時的、急性、半慢性、または慢性／恒久的埋め込みのために設計される、請求項１−１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記埋め込みデバイスは、療法用機能をさらに備えている、請求項１−１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記療法用機能は、
（ａ）ＣＳＦ、嚢胞流体、または血腫等の生物学的流体をドレナージする能力、またはそれにアクセスする能力（すなわち、ドレナージ機能）、
（ｂ）療法用作用物質を送達する能力、
（ｃ）電気信号を送達する能力、
（ｄ）組織を除去またはアブレートする能力、および／または、
（ｅ）上記の任意の組み合わせ
から選択される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記埋め込みデバイスは、プラスチック、金属、有機物、無機物、および／または、前記身体の中への埋め込みのために適切な代替化合物から構築される、請求項１−１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記埋め込みデバイスは、療法用物質を組み込む、および／または、それを含浸させられている、請求項１−１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記療法用物質は、抗生物質である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記埋め込みデバイスは、可撓性であるか、または剛体である、請求項１−１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記記録要素は、
（ａ）前記埋め込みデバイスの先端に近接して、
（ｂ）前記脳の前記灰白質内に位置付けられるように設計された前記埋め込みデバイスの構造部分に近接して、
（ｃ）前記脳の前記白質内に位置付けられるように設計された前記埋め込みデバイスの構造部分に近接して、
（ｄ）前記硬膜下／くも膜下空間内に位置付けられるように設計された前記埋め込みデバイスの前記構造部分に近接して、
（ｅ）前記硬膜外空間内に位置付けられるように設計された前記埋め込みデバイスの前記構造部分に近接して、
（ｆ）脳室または他の流体を含む空間内に位置付けられるように設計された前記埋め込みデバイスの構造部分に近接して、
（ｇ）血管内に位置付けられるように設計された前記埋め込みデバイスの前記構造部分に近接して、
（ｈ）前記ドレナージ機能に近接して、および／または、
（ｉ）上記の任意の組み合わせにおいて
位置している、請求項１−１８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記埋め込みデバイスは、２つ以上の記録要素を備えている、請求項１−１９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記２つ以上の記録要素は、
（ａ）前記埋め込みデバイスに沿って分散されたパターン、
（ｂ）前記埋め込みデバイスの先端に位置しているパターン、
（ｃ）別の位置センサから、少なくとも５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、７ｃｍ、８ｃｍ、９ｃｍ、１０ｃｍ、または任意の介在距離だけ離れたパターン、
（ｄ）前記白質内に位置し、第２の位置センサが前記灰白質内に位置しているパターン、
（ｅ）前記白質内に位置し、第２の位置センサが前記灰白質内に位置し、第３の位置センサが脳室または他の流体空間内に位置しているパターン、
（ｆ）前記埋め込みデバイスから物理的に分離され、身体または脳内／上のいずれかの場所に位置しているパターン、および／または、
（ｇ）前記ドレナージ機能の近位および／または遠位に位置しているパターン
から選択されたパターンで位置付けられている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記埋め込みデバイスは、基準パラメータを測定することが可能な基準センサをさらに備えている、請求項１−２１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記埋め込みデバイスは、２つ以上の基準センサを備えている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記２つ以上の基準センサは、
（ａ）前記埋め込みデバイスに沿って分散されている、
（ｂ）前記埋め込みデバイスの先端に位置している、
（ｃ）第２のセンサから、少なくとも５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、７ｃｍ、８ｃｍ、９ｃｍ、１０ｃｍ、または任意の介在距離だけ離れている、
（ｄ）前記白質内に位置し、第２の基準センサが、前記灰白質内に位置している、
（ｅ）脳室または他の流体を含む空間内に位置している、および／または、
（ｆ）前記埋め込みデバイスから物理的に分離され、身体または脳内／上のいずれかの場所に位置している、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記埋め込みデバイスは、２つ以上の生理学的センサを備えている、請求項７−２４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２６】
前記２つ以上の生理学的センサは、
（ａ）前記埋め込みデバイスに沿って分散されている、
（ｂ）前記埋め込みデバイスの先端に位置している、
（ｃ）第２のセンサから、少なくとも５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、７ｃｍ、８ｃｍ、９ｃｍ、１０ｃｍ、または任意の介在距離だけ離れている、
（ｄ）前記白質内に位置し、第２のセンサが、前記灰白質内に位置している、
（ｅ）脳室または他の流体を含む空間内に位置している、および／または、
（ｆ）前記埋め込みデバイスから物理的に分離され、身体または脳内／上のいずれかの場所に位置している、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記埋め込みデバイスは、皮膚、骨、硬膜、脳組織、流体空間、脳血管、または他の身体組織を通して設置されている、請求項１−２６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２８】
前記プロセッサは、（ａ）前記脳活動、（ｂ）前記脳活動および前記生理学的パラメータ、（ｃ）前記脳活動、前記生理学的パラメータ、および前記基準パラメータ、または、（ｄ）前記脳活動および前記基準パラメータを処理すること、フィルタ処理すること、増幅すること、デジタル的に変換すること、比較すること、記憶すること、圧縮すること、表示すること、および／または、伝送することが可能である、請求項１−２７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２９】
（ａ）前記埋め込みデバイス、前記インターフェース、および前記プロセッサが、互いに統合されているか、
（ｂ）前記プロセッサおよび前記インターフェースが、互いに統合されているか、または、
（ｃ）前記埋め込みデバイスおよび前記インターフェースが、互いに統合されている、請求項１−２８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３０】
前記インターフェースは、物理的インターフェースである、請求項１−２９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３１】
前記インターフェースは、無線インターフェースである、請求項１−２９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記インターフェースは、前記患者内に埋め込まれている、請求項１−３１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記インターフェースは、（ａ）前記脳活動、（ｂ）前記脳活動および前記生理学的パラメータ、（ｃ）前記脳活動、前記生理学的パラメータ、および前記基準パラメータ、または、（ｄ）前記脳活動および前記基準パラメータを処理すること、フィルタ処理すること、増幅すること、デジタル的に変換すること、圧縮すること、および／または、伝送することが可能である、請求項１−３２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記システムは、
（ａ）最適記録要素からの脳活動を記録すること、
（ｂ）準最適記録要素から記録された脳活動を最小化すること、および／または、無視すること、または、
（ｃ）（ａ）および（ｂ）の組み合わせ
によって、脳活動を測定する、請求項１−３３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３５】
前記システムは、
（ａ）最適生理学的センサからの前記生理学的パラメータを記録すること、
（ｂ）準最適生理学的センサから記録された前記生理学的パラメータを最小化すること、および／または、無視すること、または
（ｃ）（ａ）および（ｂ）の組み合わせ
によって、前記生理学的パラメータを測定する、請求項７−３４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３６】
（ａ）脳活動または（ｂ）脳活動および前記生理学的パラメータの前記測定は、リアルタイムで生じる、および／または、最適対準最適要素またはセンサを持続的に識別するように動的に調節される、請求項３４または３５のいずれかに記載のシステム。
【請求項３７】
前記システムは、独立電源をさらに備えている、請求項１−３６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３８】
前記プロセッサは、（ａ）前記脳活動、（ｂ）前記脳活動および前記生理学的パラメータ、（ｃ）前記脳活動、前記生理学的パラメータ、および前記基準パラメータ、または、（ｄ）前記脳活動および前記基準パラメータを分析すること、操作すること、表示すること、関係づけること、記憶すること、および／または、伝送することを行うハードウェアおよび／またはソフトウェアをさらに備えている、請求項１−３７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３９】
前記ハードウェアは、電力供給源、中央処理ユニット／マザーボード、メモリ構成要素、データ／媒体記憶容量、ビデオ／グラフィックカード、サウンドカード、入力および出力周辺機器、有線伝送のための物理的接続、および／または、無線インターフェースをさらに備えている、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記システムは、少なくとも１つの代替生理学的監視デバイスをさらに備えている、請求項１−３９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４１】
前記代替生理学的監視デバイスは、第２のインターフェースを介して、前記システムに接続されている、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記第２のインターフェースは、物理的または無線インターフェースのいずれかである、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記生理学的監視デバイスは、心拍数モニタ、ＥＫＧ測定デバイス、オキシメータ、パルスオキシメータ等の組み合わせられた心拍数およびオキシメータデバイス、体温センサ、血圧測定デバイス、ニューロン活動測定デバイス、ＥＥＧ測定デバイス、または他の生理学的記録システム、および、それらの組み合わせから選択される、請求項４０−４２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４４】
前記プロセッサは、
（ａ）限定ではないが、酸素センサ、血液灌流センサ、脳代謝物センサ、温度センサ、または頭蓋内圧センサを含む前記脳内またはその周囲に埋め込まれた代替生理学的監視デバイス、
（ｂ）限定ではないが、心拍数モニタ、ＥＫＧ測定デバイス、温度センサ、パルスオキシメータ等の組み合わせられた心拍数およびオキシメータデバイス、血圧測定デバイス、または、他の生理学的記録システム、およびそれらの組み合わせを含む前記脳から直接記録されない生理学の側面を監視するために設計されたシステム、
（ｃ）標準的頭皮または硬膜下電極から記録されたそれ等の脳波記録または皮質脳波記録の源、
（ｄ）薬剤、人工呼吸器設定、または温度管理等の関連付けられた臨床介入、または、
（ｅ）患者の医療記録
から選択されたデータを入力すること、記録すること、積分すること、分析すること、圧縮すること、記憶すること、表示すること、伝送すること、および／または利用することが可能である、請求項１−４３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４５】
前記システムは、ディスプレイ構成要素をさらに備えている、請求項１−４４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４６】
前記ディスプレイ構成要素は、
（ａ）前記埋め込みデバイスによって検出された少なくとも１つの天然または処理された脳活動、
（ｂ）前記埋め込みデバイスに関連付けられた同時生理学的モニタによって検出された脳生理学の少なくとも１つの側面、
（ｃ）前記システムに直接関連付けられていない前記脳に直接関連付けられた生理学的モニタによって検出された脳生理学の少なくとも１つの側面、
（ｄ）前記脳に直接関連付けられていない、心拍数、全身性酸素飽和、血圧、または他のバイタルサイン等の前記患者から記録された他の生理学的データの少なくとも１つの側面、
（ｅ）人口統計データまたは投与されている薬剤等の前記患者に関連付けられた他の臨床情報の少なくとも１つの側面、
（ｆ）使用中の特定の記録要素、前記脳の特定の区画内の選択された記録要素の場所、表示される脳活動、システム電力レベル、および／または関連変数の分析に関する詳細等の全体として前記システムの機能に関連付けられたデータ、
（ｇ）前記脳活動、
（ｈ）前記脳活動および前記生理学的パラメータ、
（ｉ）前記脳活動、前記生理学的パラメータ、および前記基準パラメータ、および／または
（ｊ）前記脳活動および前記基準パラメータ
を表示することが可能である、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記システムは、聴覚的または視覚的情報を提供する、請求項１−４６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４８】
前記聴覚的または視覚的情報は、
（ａ）前記脳の区画内の前記埋め込みデバイスの位置または前記埋め込みデバイスの側面、
（ｂ）前記システムの設定または機能、
（ｃ）監視される脳活動または関連付けられた生理学的変数に関連付けられた変化、
（ｄ）前記システムの機能または表示能力に関してユーザによって制御される要因、
（ｅ）埋め込みデバイス位置に関する視覚的情報、
（ｆ）埋め込みデバイス位置に関する聴覚的フィードバック、
（ｇ）前記システムの設定または性能の改変を可能にするフィードバック、
（ｈ）前記脳活動、
（ｉ）前記脳活動および前記生理学的パラメータ、
（ｊ）前記脳活動、前記生理学的パラメータ、および前記基準パラメータ、または、
（ｋ）前記脳活動および前記基準パラメータ
から選択された情報を提供する、請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記システムは、ローカルサーバまたはクラウドベースのシステムへのデータの無線伝送のための構成をさらに備えている、請求項１−４８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５０】
前記データは、
（ａ）未処理または処理済み脳活動、
（ｂ）他の生理学的モニタ、
（ｃ）関連付けられた臨床介入のドキュメント、
（ｄ）他の患者特有の要因、
（ｅ）前記脳活動、
（ｆ）前記脳活動および前記生理学的パラメータ、
（ｇ）前記脳活動、前記生理学的パラメータ、および前記基準パラメータ、および／または、
（ｄ）前記脳活動および前記基準パラメータ
から選択される、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記システムは、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）をさらに備えている、請求項１−５０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５２】
前記ＧＵＩは、前記ユーザが前記システムに関連付けられた変数を修正することを可能にする、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記変数は、
（ａ）前記埋め込みデバイスの位置に関するリアルタイムフィードバックの側面、
（ｂ）前記ユーザが前記ディスプレイ機能の要素を選択または修正することを可能にする能力、
（ｃ）前記ユーザが前記記録または参照機能の要素を選択または修正することを可能にする能力、
（ｄ）前記ユーザが記録された脳活動分析の側面に関して前記システムプロセッサの要素を選択または修正することを可能にする能力、
（ｅ）前記ユーザが追加のデータまたは患者情報を打ち込むことを可能にする能力、
（ｆ）前記ユーザがアラームまたはインジケータを選択または修正することを可能にする能力、および／または、
（ｇ）前記ユーザが前記システムの入力、出力、記憶、分析、表示、または記録機能を修正することを可能にする能力
から選択される、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
前記システムは、
（ａ）測定された脳活動の特定の電気パターンまたは信号を検出および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｂ）測定された脳活動の記録された電気信号の積分された振幅を計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｃ）測定された脳活動の記録された電気信号のピークエンベロープまたは振幅ピークエンベロープを計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｄ）測定された脳活動の記録された電気信号内の周期的展開を計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｅ）測定された脳活動の記録された電気信号内の抑制比を計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｆ）測定された脳活動のコヒーレンスおよび位相遅延を計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｇ）可能性として、測定された脳活動のスペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、または電力比を含む記録された電気信号の高速フーリエ変換を計算および表示するように設計された、例えばＦＦＴ等のソフトウェア、
（ｈ）可能性として、測定された脳活動のスペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、または電力比を含む記録された電気信号のウェーブレット変換を計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｉ）測定された脳活動の記録された電気信号に関連付けられたウェーブレット原子を計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｊ）測定された脳活動の記録された電気信号のバイスペクトル、自己相関、クロスバイスペクトル、または相互相関分析を計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｋ）測定された脳活動の発振電気活動の分離された周波数帯域からの信号を計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｌ）測定された脳活動の発振電気活動の特定の周波数帯域における変量の要素を比較する比率を計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｍ）測定された脳活動の発振電気活動の個々の周波数帯域における活動の相対的レベルを計算および表示するように設計されたソフトウェア、
（ｎ）ニューラルネットワーク、再帰ニューラルネットワーク、または深層学習技法を利用するソフトウェア、
（ｏ）例えば、連続的な隣接するセンサのバイポーラチェーンにおける波形位相反転によって識別されるような、（ａ−ｎ）から導出されるパラメータのセンサ記録極小値または極大値を識別するソフトウェア、
（ｐ）前記脳活動を記録および／または測定するように設計されたソフトウェア、
（ｑ）前記脳活動および前記生理学的パラメータを記録および／または測定するように設計されたソフトウェア、
（ｒ）前記脳活動、前記生理学的パラメータ、および前記基準パラメータを記録および／または測定するように設計されたソフトウェア、
（ｓ）前記脳活動および前記基準パラメータを記録および／または測定するように設計されたソフトウェア、および／または、
（ｔ）前記（ａ）−（ｓ）から導出されるパラメータのうちの任意の１つのリアルタイム変化を測定するソフトウェア
から選択されたソフトウェアをさらに備えている、請求項１−５３のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳活動の検出を通して、頭蓋内デバイスを配置し、その位置を確認するためのシステムおよび方法を包含する。説明されるシステムおよび方法は、患者内でのデバイス配置中、リアルタイム情報を医師および／または神経外科医に提供し、デバイスのその後の機能および／または能力を最適化し、特定の着目組織内の生理学的監視を提供する。
【背景技術】
【０００２】
以下の議論では、ある物品および方法が、背景および導入目的のために、説明されるであろう。本明細書に含まれるいずれの部分も、従来技術の「容認」として解釈されるべきではない。本出願者は、適切である場合、本明細書に参照される物品および方法が、適用法令規定下、従来技術を構成するものではないことを実証する権利を明示的に留保する。
【０００３】
脳傷害は、多くの場合、初期損傷後数時間／数日以内に、二次的生理学的変化によって悪化させられる。そのような二次的合併症は、脳膨脹、血流低下、酸素低下、出血、感染症、または発作を含み得る。防止可能または可逆的であり得るこれらの二次的合併症は、神経的罹患率の上昇および不良な長期神経的転帰の主な原因である。したがって、これらの変化を検出することは、脳傷害を患う患者を治療するためのある重要な問題である。
【０００４】
急性神経傷害を患う患者は、多くの場合、脳の健康に影響を及ぼす生理学的改変を監視および（ある場合には）治療するように設計されたデバイスの脳の中または脳の周囲への埋め込みを要求する。多くの場合、これらのデバイスは、頭蓋内圧（ＩＣＰ）の測定および脳脊髄液（ＣＳＦ）の療法的ドレナージを可能にする外部脳室ドレーン（ＥＶＤ）である。他の場合、脳酸素濃度、温度、血流、または重要な代謝物を測定するように設計された小型プローブが、脳組織自体内のある深度に設置される。
【０００５】
そのようなデバイスは、適切な頭蓋内組織区画内に設置されることが重要である。例えば、脳組織に完全に穿通しない監視デバイスは、偽性のデータを提供するであろう。代替として、脳表面の下方のあまりに深くに設置されるデバイスは、着目組織を効果的に監視せず、合併症のリスクの増加につながり得る。最後に、脳室内に正確に設置されないＥＶＤ、より具体的には、ドレナージ孔を包含するＥＶＤの範囲全体が脳室内にないＥＶＤは、効果的にドレナージしないこともあり、したがって、頭蓋内圧を低減させることにおいて限定された利点を提供し得る。
【０００６】
さらに、これらのデバイスは、典型的には、神経外科医によって、切迫または緊急条件下において、頭蓋の中に挿入される。そのような手技は、最も頻繁には、救急処置室または集中治療室内のベッドサイドで実施され、専用外科手術用機器および技術的能力は、限定される。これらの設定では、頭蓋内組織の直接可視化を提供することは可能ではなく、デバイスは、したがって、基本外部解剖学的目印および一連の標準化技法を使用して、「盲目的」方式において、頭蓋骨内の小孔を通して設置される。これらの条件下で、脳組織内のデバイス位置を識別または確認するためのリアルタイム機構は、非常に限定される。
【０００７】
ある場合、脳室内へのＥＶＤ設置は、カテーテルから戻るＣＳＦの可視化を通して確認されることができる。しかしながら、自発的ＣＳＦ流動は、ＥＶＤが正しく位置付けられる場合でも生じないこともある。他の場合、ＥＶＤのドレナージ孔の小部分のみが、実際には、脳室内にあり、ある程度のＣＳＦ流動を可能にするが、ＥＶＤを通した最適ドレナージまたは療法用化合物（例えば、ｔＰＡ、抗生物質等）の安全注入を可能にしないこともある。頭蓋内構造の著しい歪み（例えば、脳シフト、血液血餅の存在等）も、デバイスの正確な設置を妨害し得る。腫脹、血餅の拡大、または流体の蓄積に起因するその後の脳「シフト」も、挿入後数時間から数日以内に埋め込みデバイスの検出されない変位または移動を生じさせ得る。
【０００８】
頭蓋内監視デバイスを正確に位置付けることができないことは、脳の最も代謝的に活性かつ機能的に重要な構成要素（それは、脳皮質の灰白質である）を監視する限定された能力をもたらし得る。灰白質は、この領域内においてわずか３〜４ミリメートル厚であり、脳の直接可視化が許されるときでさえ、この解剖学的区画に対する特定のデバイスの標的化および位置限定を困難（または不可能）にする。加えて、脳は、正常および異常生理学的プロセス（例えば、正常呼吸変量または脳腫脹）全体を通して頻繁に「シフト」し、したがって、脳に関連して固定されるデバイスの要素内に頻繁なわずかな同時シフトが存在する。
【０００９】
これらの考慮点を所与として、ベッドサイドにおいて設置される大部分のデバイスに関する成功した、かつ正確な頭蓋内標的化の確認は、手技後Ｘ線撮影撮像に依存する。これらの画像を取得するために、挿入手技が、完了され、任意の外科手術創傷が、閉鎖され、患者が、脳撮像のための適切な場所に移送されなければならない。デバイスが、Ｘ線撮影撮像によって決定されるように、適切に位置付けられていない場合、第２の手技が、デバイスを位置変更するために、または置換するために実施されなければならない。なおもさらなる場合、意図される埋め込みのエリアは、小さすぎて標準的撮像を用いて評価することができないか（例えば、標準的ＣＴ走査を使用した脳皮質）、または、そうでなければ、解剖学的制約（例えば、多くの場合、標準的ＣＴ撮像上で「骨アーチファクト」によって曖昧にされる、頭蓋骨に近接した脳皮質）に起因して不良に撮像され得る。
【００１０】
反復手技が、誤って位置付けられたデバイスを移動させるために、またはそれを置換するために実施されなければならない場合、脳を通した２回以上の「通過」が、行われなければならない。これは、二次的手技関連脳傷害のリスクを有意に増加させるのみならず、デバイス機能を開始することにおける遅延（それは、有意なリスクを患者にもたらし得る）も増加させる。第２のまたは反復手技の必要性は、消耗品のコスト増加、患者処置に関わる医師および看護士にかかる過剰な時間的負担、ならびに他の救命介入の潜在的遅延にもつながる。
【００１１】
加えて、ある場合、臨床医の意図は、デバイスを脳組織または硬膜外（すなわち、硬膜外空間）に設置することであり、これらの場合、デバイスが脳組織内または硬膜内／その下方／その内側に設置されることは、有害である。
【００１２】
したがって、挿入手技全体を通してのみならず、その後のデバイス性能の期間中、デバイス位置に関するフィードバックを神経外科医に提供するシステムおよび方法は、二次的コストおよび合併症を限定しながら、機能および安全性を最大化するために非常に価値がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本概要は、下記の発明を実施するための形態にさらに説明される簡略化された形態における一連の概念を導入するために提供される。本概要は、請求される主題の重要なまたは不可欠な特徴を識別することを意図するものではなく、請求される主題の範囲を限定するために使用されるように意図されるものでもない。請求される主題の他の特徴、詳細、有用性、および利点は、付随の図面に図示され、添付の請求項に定義されるそれらの側面を含む以下の発明を実施するための形態から明白となるであろう。
【００１４】
脳導出発振電気活動は、頭部内の特定の解剖学的場所に位置するニューロン群（「発生器」）の生理学的活動を通して発生させられる。これらのニューロンの大部分は、脳皮質の灰白質内に位置し、皮質下白質内の高密度線維束を通して密に相互接続される。これらの発生器からの電気活動のパターンは、多くの場合、人々にわたって形態および規模において高度に保たれる。
【００１５】
脳内の特定の解剖学的区画は、検出、増幅、評価、および表示され得る発振（かつ多くの場合、パターン化される）電気活動を自然かつ自発的に発生させる。身体から記録された脳導出電気信号の具体的性質は、いくつかの要因に依存し得る。これらの要因のうちのいくつかは、発生器の「強度」（おそらく、特定の信号を発生させるニューロンの数に関連する）、発生器からの物理的距離、発生器と信号検出の場所との間の介在組織の特性、電気活動の他の発生器または代替源からの「雑音」、および傷害または薬剤等の外部変数に関連付けられた発生器の生理学的変化を含む。これらの要因は、具体的またはより一般化された発生器に関連する特定の地理的および／または解剖学的場所に位置付けられるデバイスから記録された電気信号における常同的または予測可能改変につながり得る。
【００１６】
一貫した電気活動パターンの知識および予測可能方式において電気活動に影響を及ぼすことが知られている要因の包含は、頭蓋内組織区画内の関連付けられたデバイスの位置を識別するための電気活動の一貫した、予測可能な、および／または信頼性があるシグネチャの統合を可能にする。そのような電気活動を検出するように設計されたシステムからの高忠実性データは、コンピュータベースのアルゴリズムを使用して、自動化および定量的方式において処理されることができる。総合的に、頭蓋内デバイスから記録された高忠実性電気信号の分析は、脳の別々の解剖学的区画内で検出され得る発振活動の予測可能パターンの知識と組み合わせられ、頭蓋内デバイスの位置付けを確認するためのシステムおよび方法を提供する。
【００１７】
本発明の一次側面として、頭蓋内空間内への埋め込みのために構成されるデバイスは、埋め込みデバイスに近接してまたはそれからある距離においてのいずれかにおいて、脳によって発生させられた電気信号を検出および伝送するように設計された埋め込みデバイスの物理的構造に沿った要素を包含するであろう。埋め込みデバイスは、電気活動を検出するように設計された少なくとも１つの要素を含み得、複数のそのような要素を含み得る。
【００１８】
好ましい実施形態では、本発明は、脳の区画内またはその周囲における埋め込みデバイスの位置を検出するためのシステムに関し、システムは、脳活動をリアルタイムで検出および伝送することが可能な記録要素を備えている埋め込みデバイスを備え、該埋め込みデバイスは、インターフェースによって脳の区画内またはその周囲における埋め込みデバイスの位置を分析することが可能なプロセッサに接続される。
【００１９】
脳の異なる区画は、説明されるシステムによって検出さ得る。好ましい脳区画は、（ａ）灰白質、（ｂ）白質、（ｃ）脳室または他の流体を含む空間、（ｄ）灰白質と白質との間の遷移域、（ｅ）灰白質と脳室との間の遷移域、（ｆ）白質と脳室との間の遷移域、（ｇ）硬膜下またはくも膜下空間、（ｈ）硬膜外空間、（ｉ）局所血管系、（ｋ）骨、硬膜外空間、硬膜下空間、くも膜下空間、脳組織、または流体を含む空間間の遷移域、（ｌ）他の構造またはデバイスに関連した脳の特定の地理的エリア内の位置（限定ではないが、前／後、内／外、上／下を含む）、（ｍ）複数の源から記録されたデータを使用して、三角測量されたデバイスの位置、または、（ｎ）（ａ）−（ｋ）の区画のうちの任意の１つに対するデバイス近接度またはそれからの距離を含む。
【００２０】
好ましい実施形態では、脳活動は、（ａ）平均電圧レベル、（ｂ）二乗平均平方根（ｒｍｓ）電圧レベルおよび／またはピーク電圧レベル、（ｃ）可能性として、スペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、または電力比を含み、平均電力レベル、ｒｍｓ電力レベル、および／またはピーク電力レベル等の計算された電力の変量も含む記録された脳活動の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を伴う微分値、（ｄ）電力スペクトル分析、バイスペクトル分析、密度、コヒーレンス、信号相関、および畳み込み等のスペクトル分析から導出された評価尺度、（ｅ）線形予測モデル化または自己回帰モデル化等の信号モデル化から導出された評価尺度、（ｆ）積分された振幅、（ｇ）ピークエンベロープまたは振幅ピークエンベロープ、（ｈ）周期的展開、（ｉ）抑制比、（ｊ）コヒーレンスおよび位相遅延、（ｋ）測定された脳活動のスペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、または電力比を含む記録された電気信号のウェーブレット変換、（ｌ）ウェーブレット原子、（ｍ）バイスペクトル、自己相関、クロスバイスペクトル、または相互相関分析、（ｎ）ニューラルネットワーク、再帰ニューラルネットワーク、または深層学習技法から導出されたデータ、または、（０）例えば、連続的な隣接するセンサのバイポーラチェーンにおける波形位相反転によって識別されるような、（ａ−ｎ）から導出されるパラメータの極小値または極大値を検出する記録要素の識別から選択されたパラメータのうちの少なくとも１つによって測定される。好ましい実施形態では、脳活動は、例えば、ボルト（Ｖ）、ヘルツ（Ｈｚ）、および／またはそれらの微分値および／または比率から等の分類別評価尺度によって測定される。
【００２１】
なおもさらに好ましい実施形態では、脳活動は、ボルト（Ｖ）、ヘルツ（Ｈｚ）、および／またはそれらの微分値および／または比率から選択されたもの等の値の分類別評価尺度によって測定される。
【００２２】
さらに好ましい実施形態では、分類別評価尺度の差異は、例えば、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも９０％、または少なくとも９９％の脳活動の変化を示し、（ａ）灰白質から白質、（ｂ）灰白質から脳室、（ｃ）白質から脳室、（ｄ）硬膜下／くも膜下空間から灰白質／白質、（ｅ）硬膜外空間から硬膜下／くも膜下空間または灰白質／白質、（ｆ）ある区画内の脳血管系から別の区画内の脳血管系、または、（ｇ）または上記の区画の任意の組み合わせへの遷移を表す。
【００２３】
他の好ましい実施形態では、システムは、連続またはリアルタイム方式のいずれかで更新されることができ、例えば、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも９０％、または少なくとも９９％の個々のセンサにおける分類別評価尺度の差異は、隣接する区画内またはその間のセンサの移動を表す。
【００２４】
なおもさらに好ましい実施形態では、分類別評価尺度の差異は、例えば、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも９０％、または少なくとも９９％の脳活動の変化を示し、埋め込みデバイスが灰白質外に位置付けられていることを表す。
【００２５】
さらに好ましい実施形態では、埋め込みデバイスは、生理学的パラメータを測定することが可能な生理学的センサをさらに備えている。測定および／または記録され得る生理学的パラメータの例として、限定ではないが、頭蓋内圧、酸素濃度、グルコースレベル、血流または組織灌流、組織温度、電解質濃度、組織オスモル濃度、脳機能および／または健康に関連するパラメータ、または任意のそれらの組み合わせが挙げられる。
【００２６】
複数の記録要素を備えている埋め込みデバイスが、多数の解剖学的、位置、および／または機能パラメータに応じて、脳活動を異なるように収集および／または記録するであろうことが予期される。したがって、埋め込みデバイス上の記録要素は、脳活動を異なるレベルで収集および記録し得ることが予期される。したがって、システムは、「最適」記録要素から記録された脳活動を調節および処理し、「準最適」記録要素から記録された脳活動の処理を無視するか、および／または最小化するかのいずれかを行うであろうことが想定される。
【００２７】
したがって、好ましい実施形態では、システムは、最適記録要素からの脳活動を測定、処理、および／または表示するであろう。さらに好ましい実施形態では、システムは、準最適記録要素から測定された脳活動を最小化する、および／または無視するであろう。最適記録要素からの脳活動のこの処理は、リアルタイムで生じることができ、最適対準最適と見なされるそれらの記録要素を持続的に識別し、高品質脳活動の記録を確実にするために動的に調節されることもできる。
【００２８】
同様に、複数の代替生理学的センサを備えている埋め込みデバイスは、多数の解剖学的、位置、および／または機能パラメータに応じて、生理学的パラメータを異なるように収集および／または記録するであろうことも予期される。したがって、埋め込みデバイス上の代替生理学的センサは、生理学的パラメータを異なるレベルで収集および記録し得ることが予期される。したがって、システムは、「最適」代替生理学的センサから記録された生理学的パラメータを調節および処理し、および／または「準最適」代替生理学的センサから記録された生理学的パラメータの処理を無視するか、および／または最小化するかのいずれかを行うであろうことが想定される。
【００２９】
したがって、好ましい実施形態では、システムは、最適生理学的センサからの生理学的パラメータを測定、処理、および／または表示するであろう。さらに好ましい実施形態では、システムは、準最適生理学的センサから測定された生理学的パラメータを最小化する、および／または無視するであろう。最適生理学的センサからの生理学的パラメータのこの処理は、リアルタイムで生じることができ、最適対準最適と見なされるそれらの生理学的センサを持続的に識別し、高生理学的パラメータの記録を確実にするために、動的に調節されることもできる。
【００３０】
好ましい実施形態では、システムは、連続またはリアルタイム方式で更新する。さらに、さらに好ましい実施形態では、システムは、（ａ）２つ以上の脳区画内の脳活動、または、（ｂ）２つ以上の脳区画内の脳活動および生理学的パラメータを並行して検出および処理する。加えて、（ａ）脳活動または（ｂ）脳活動および生理学的パラメータの処理は、同時に生じることができる。
【００３１】
さらに、埋め込みデバイスは、患者における一時的、急性、半慢性、または慢性／恒久的埋め込みのために設計されることができる。他の好ましい実施形態では、埋め込みデバイスは、療法用機能をさらに有することができる。そのような療法用機能の好ましい例として、限定ではないが、（ａ）ＣＳＦ、嚢胞流体、または血腫等の生物学的流体をドレナージする能力、またはそれにアクセスする能力（すなわち、ドレナージ機能）、（ｂ）療法用作用物質を送達する能力、（ｃ）電気信号を送達する能力、および／または、（ｄ）上記の任意の組み合わせが挙げられる。
【００３２】
好ましい実施形態では、生理学的パラメータは、頭蓋内圧、酸素濃度、グルコースレベル、血流または組織灌流、組織温度、電解質濃度、組織オスモル濃度、上記の組み合わせ、および／または脳機能および健康に関連する生理学的パラメータを検出および表示するように設計された監視の代替方法から選択される。埋め込みデバイスは、監視される生理学的パラメータに関するある形態のフィードバックを処理すること、フィルタ処理すること、増幅すること、デジタル的に変換すること、比較すること、表示すること、記憶すること、圧縮すること、および／または提供することもさらに可能であり得る。
【００３３】
したがって、さらに好ましい実施形態では、埋め込みデバイスは、ドレナージ機能を備え、好ましくは、記録要素は、ドレナージデバイスの近位および／または遠位に位置付けられる。この埋め込みデバイスは、次いで、例えば、脳室または神経系内の他の流体空間の中に挿入されると、記録要素からの脳活動を比較するために、本明細書に説明されるシステムにおいて使用されることができる。さらに好ましい実施形態では、システムは、これらの記録要素間の脳活動における一致または非類似性を識別し、脳室または神経系内の他の流体を含む空間（例えば、嚢胞、槽、血腫空洞等）内の埋め込みデバイスのドレナージ機能の場所を確認するであろう。
【００３４】
埋め込みデバイスは、限定ではないが、プラスチック、金属、有機物、無機物、および／または身体の中への埋め込みのために適切な代替化合物を含むいくつかの異なる材料から構築されることができる。埋め込みデバイスは、例えば、抗生物質等の療法用物質を組み込まれることもできる、および／またはそれを含浸させられる。埋め込みデバイスは、可撓性または剛体であることもできる。
【００３５】
好ましい実施形態では、記録要素は、（ａ）埋め込みデバイスの先端に近接して、（ｂ）脳の灰白質内に位置付けられるように設計された埋め込みデバイスの構造部分に近接して、（ｃ）脳の白質内に位置付けられるように設計された埋め込みデバイスの構造部分に近接して、（ｄ）硬膜下／くも膜下空間内に位置付けられるように設計された埋め込みデバイスの構造部分に近接して、（ｅ）硬膜外空間内に位置付けられるように設計された埋め込みデバイスの構造部分に近接して、（ｆ）脳室または他の流体を含む空間内に位置付けられるように設計された埋め込みデバイスの構造部分に近接して、（ｇ）血管内に位置付けられるように設計された埋め込みデバイスの構造部分に近接して、（ｈ）ドレナージ機能に近接して、および／または、（ｉ）上記の任意の組み合わせにおいて位置する。
【００３６】
なおもさらに好ましい実施形態では、埋め込みデバイスは、２つ以上の記録要素を備えている。これらの状況では、複数の記録要素が、（ａ）埋め込みデバイスに沿って分散される、（ｂ）埋め込みデバイスの先端に位置する、（ｃ）別の位置センサから、少なくとも５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、７ｃｍ、８ｃｍ、９ｃｍ、１０ｃｍ、または任意の介在距離だけ離れて、（ｄ）白質内に位置し、第２の位置センサが、灰白質内に位置する、（ｅ）白質内に位置し、第２の位置センサが、灰白質内に位置し、第３の位置センサが、脳室または他の流体空間内に位置する、および／または、（ｆ）埋め込みデバイスから物理的に分離され、身体または脳内／上のいずれかの場所に位置するように位置付けられることができる。
【００３７】
埋め込みデバイスは、基準パラメータを測定することが可能な基準センサをさらに備えていることもでき、いくつかの実施形態では、２つ以上の基準センサを含み得る。これらの状況では、複数の基準センサは、（ａ）埋め込みデバイスに沿って分散される、（ｂ）埋め込みデバイスの先端に位置する、（ｃ）第２のセンサから、少なくとも５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、７ｃｍ、８ｃｍ、９ｃｍ、１０ｃｍ、または任意の介在距離だけ離れている、（ｄ）白質内に位置し、第２の基準センサが、灰白質内に位置する、（ｅ）脳室または他の流体を含む空間内に位置する、（ｆ）埋め込みデバイスから物理的に分離され、身体または脳内／上のいずれかの場所に位置する、および／または、（ｇ）ドレナージ機能の近位および／または遠位に位置する。
【００３８】
さらに好ましい実施形態では、埋め込みデバイスは、２つ以上の生理学的センサを備えていることができる。これらの状況では、複数の生理学的センサは、（ａ）埋め込みデバイスに沿って分散される、（ｂ）埋め込みデバイスの先端に位置する、（ｃ）第２のセンサから、少なくとも５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、７ｃｍ、８ｃｍ、９ｃｍ、１０ｃｍ、または任意の介在距離だけ離れている、（ｄ）白質内に位置し、第２のセンサが、灰白質内に位置する、（ｅ）脳室または他の流体を含む空間内に位置する、および／または、（ｆ）埋め込みデバイスから物理的に分離され、身体または脳内／上のいずれかの場所に位置する。
【００３９】
好ましい実施形態では、埋め込みデバイスは、皮膚、骨、硬膜、脳組織、流体空間、脳血管、または他の身体組織を通して設置される。
【００４０】
さらに好ましい実施形態では、プロセッサは、（ａ）脳活動、（ｂ）脳活動および生理学的パラメータ、（ｃ）脳活動、生理学的パラメータ、および基準パラメータ、または、（ｄ）脳活動および基準パラメータを処理すること、フィルタ処理すること、増幅すること、デジタル的に変換すること、比較すること、記憶すること、圧縮すること、表示すること、および／または、伝送することが可能である。
【００４１】
好ましい実施形態では、埋め込みデバイス、インターフェース、およびプロセッサは、互いに統合される。他の実施形態では、プロセッサおよびインターフェースは、互いに統合される。さらに他の好ましい実施形態では、埋め込みデバイスおよびインターフェースは、互いに統合される。
【００４２】
本明細書に説明されるように、インターフェースは、埋め込みデバイスをプロセッサに接続する。インターフェース接続は、物理的接続または無線接続のいずれかであり得る。ある好ましい実施形態では、インターフェースは、患者内に埋め込まれ得る。さらに好ましい実施形態では、インターフェースは、（ａ）脳活動、（ｂ）脳活動および生理学的パラメータ、（ｃ）脳活動、生理学的パラメータ、および基準パラメータ、または、（ｄ）脳活動および基準パラメータを処理する、フィルタ処理すること、増幅すること、デジタル的に変換すること、圧縮すること、および／または伝送することが可能である。
【００４３】
さらに好ましい実施形態では、システムは、独立電源をさらに備えている。他の好ましい実施形態では、プロセッサは、（ａ）脳活動、（ｂ）脳活動および生理学的パラメータ、（ｃ）脳活動、生理学的パラメータ、および基準パラメータ、または、（ｄ）脳活動および基準パラメータを分析すること、操作すること、表示すること、関係づけること、記憶すること、および／または別様に伝送することを行うハードウェアおよび／またはソフトウェアをさらに備えている。ハードウェアは、電力供給源、中央処理ユニット／マザーボード、メモリ構成要素、データ／媒体記憶容量、ビデオ／グラフィックカード、サウンドカード、入力および出力周辺機器、有線伝送のための物理的接続、および／または無線インターフェースをさらに備えていることもできる。
【００４４】
他の好ましい実施形態では、システムは、少なくとも１つの代替生理学的監視デバイスをさらに備えていることができる。そのような代替生理学的監視デバイスは、物理的または無線インターフェースを介して等、インターフェースを介して、システムに接続されることもできる。そのような生理学的監視デバイスの例として、限定ではないが、心拍数モニタ、ＥＫＧ測定デバイス、オキシメータ、パルスオキシメータ等の組み合わせられた心拍数およびオキシメータデバイス、体温センサ、血圧測定デバイス、ニューロン活動測定デバイス、ＥＥＧ測定デバイス、または他の生理学的記録システム、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００４５】
さらに具体的実施形態では、プロセッサは、（ａ）限定ではないが、酸素センサ、血液灌流センサ、脳代謝物センサ、温度センサ、または頭蓋内圧センサを含む脳内またはその周囲に埋め込まれた代替生理学的監視デバイス、（ｂ）限定ではないが、心拍数モニタ、ＥＫＧ測定デバイス、温度センサ、パルスオキシメータ等の組み合わせられた心拍数およびオキシメータデバイス、血圧測定デバイス、または他の生理学的記録システム、およびそれらの組み合わせを含む脳から直接記録されない理学の側面を監視するために設計されたシステム、（ｃ）標準的頭皮または硬膜下電極から記録されたそれ等の脳波記録または皮質脳波記録の源、（ｄ）薬剤、人工呼吸器設定、または温度管理等の関連付けられた臨床介入、および／または、（ｅ）患者の医療記録から選択されたデータを入力する、記録する、積分する、分析する、圧縮する、記憶する、表示する、伝送する、および／または利用することが可能である。
【００４６】
さらに好ましい実施形態では、システムは、ディスプレイ構成要素をさらに備えている。ディスプレイ構成要素は、（ａ）埋め込みデバイスによって検出された少なくとも１つの天然または処理された脳活動、（ｂ）埋め込みデバイスに関連付けられた同時生理学的モニタによって検出された脳生理学の少なくとも１つの側面、（ｃ）システムに直接関連付けられていない脳に直接関連付けられた生理学的モニタによって検出された脳生理学の少なくとも１つの側面、（ｄ）心拍数、全身性酸素飽和、血圧、または他のバイタルサイン等の脳に直接関連付けられない、患者から記録された他の生理学的データの少なくとも１つの側面、（ｅ）人口統計データまたは投与されている薬剤等の患者に関連付けられた他の臨床情報の少なくとも１つの側面、（ｆ）使用中の特定の記録要素、脳の特定の区画内の選択された記録要素の場所、表示される脳活動、システム電力レベル、および／または関連変数の分析に関する詳細等の全体としてシステムの機能に関連付けられたデータ、（ｇ）脳活動、（ｈ）脳活動および生理学的パラメータ、（ｉ）脳活動、生理学的パラメータ、および基準パラメータ、および／または、（ｊ）脳活動および基準パラメータを表示することが可能であり得る。
【００４７】
他の好ましい実施形態では、システムは、聴覚的または視覚的情報を提供することができる。そのような聴覚的または視覚的情報は、例えば、（ａ）脳の区画内の埋め込みデバイスの位置または埋め込みデバイスの側面、（ｂ）システムの設定または機能、（ｃ）監視される脳活動または関連付けられた生理学的変数に関連付けられた変化、（ｄ）システムの機能または表示能力に関してユーザによって制御される要因、（ｅ）埋め込みデバイス位置に関する視覚的情報、（ｆ）埋め込みデバイス位置に関する聴覚的フィードバック、（ｇ）システムの設定または性能の改変を可能にするフィードバック、（ｈ）脳活動、（ｉ）脳活動および生理学的パラメータ、（ｊ）脳活動、生理学的パラメータ、および基準パラメータ、および／または、（ｋ）脳活動および基準パラメータ等の情報を提供する。
【００４８】
他の好ましい実施形態では、システムは、加えて、ローカルサーバまたはクラウドベースのシステムへのデータの無線伝送のために構成されることができる。そのようなデータの例として、限定ではないが、（ａ）未処理または処理済み脳活動、（ｂ）他の生理学的モニタ、（ｃ）関連付けられた臨床介入のドキュメント、（ｄ）他の患者特有の要因、（ｅ）脳活動、（ｆ）脳活動および生理学的パラメータ、（ｇ）脳活動、生理学的パラメータ、および基準パラメータ、および／または、（ｈ）脳活動および基準パラメータが挙げられる。
【００４９】
システムは、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）も備え得、それは、いくつかの事例では、ユーザがシステムに関連付けられた変数を修正することを可能にするであろう。そのような変数の例として、限定ではないが、（ａ）埋め込みデバイスの位置に関するリアルタイムフィードバックの側面、（ｂ）ユーザがディスプレイ機能の要素を選択または修正することを可能にする能力、（ｃ）ユーザが記録または参照機能の要素を選択または修正することを可能にする能力、（ｄ）ユーザが記録された脳活動分析の側面に関してシステムプロセッサの要素を選択または修正することを可能にする能力、（ｅ）ユーザが追加のデータまたは患者情報を打ち込むことを可能にする能力、（ｆ）ユーザがアラームまたはインジケータを選択または修正することを可能にする能力、および／または、（ｇ）ユーザがシステムの入力、出力、記憶、分析、表示、または記録機能を別様に修正することを可能にする能力が挙げられる。
【００５０】
システムは、例えば、（ａ）測定された脳活動の特定の電気パターンまたは信号を検出および表示するように設計されたソフトウェア、（ｂ）測定された脳活動の記録された電気信号の積分された振幅を計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｃ）測定された脳活動の記録された電気信号のピークエンベロープまたは振幅ピークエンベロープを計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｄ）測定された脳活動の記録された電気信号内の周期的展開を計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｅ）測定された脳活動の記録された電気信号内の抑制比を計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｆ）コヒーレンスおよび位相遅延を計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｇ）可能性として、測定された脳活動のスペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、または電力比を含む記録された電気信号の高速フーリエ変換を計算および表示するように設計された、例えば、ＦＦＴ等のソフトウェア、（ｈ）可能性として、測定された脳活動のスペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、または電力比を含む記録された電気信号のウェーブレット変換を計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｉ）測定された脳活動の記録された電気信号に関連付けられたウェーブレット原子を計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｊ）測定された脳活動の記録された電気信号のバイスペクトル、自己相関、クロスバイスペクトル、または相互相関分析を計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｋ）測定された脳活動の発振電気活動の分離された周波数帯域からの信号を計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｌ）測定された脳活動の発振電気活動の特定の周波数帯域における変量の要素を比較する比率を計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｍ）測定された脳活動の発振電気活動の個々の周波数帯域における活動の相対的レベルを計算および表示するように設計されたソフトウェア、（ｎ）ニューラルネットワーク、再帰ニューラルネットワーク、または深層学習技法を利用するソフトウェア、（ｏ）例えば、連続的な隣接するセンサのバイポーラチェーンにおける波形位相反転によって識別されるように、（ａ−ｎ）から導出されるパラメータの極小値または極大値を記録するセンサを識別するソフトウェア、（ｐ）脳活動を記録および／または測定するように設計されたソフトウェア、（ｑ）脳活動および生理学的パラメータを記録および／または測定するように設計されたソフトウェア、（ｒ）脳活動、生理学的パラメータ、および基準パラメータを記録および／または測定するように設計されたソフトウェア、（ｓ）脳活動および基準パラメータを記録および／または測定するように設計されたソフトウェア、および／または、（ｔ）（ａ）−（ｓ）から導出されるパラメータのうちの任意の１つのリアルタイム変化を測定するソフトウェア等のソフトウェアを備えていることができる。
【００５１】
本発明の目的および特徴は、以下の発明を実施するための形態および付随の図面を参照することによって、より深く理解されることができる。
【００５２】
本発明の目的および特徴は、以下の発明を実施するための形態および付随の図面を参照することによって、より深く理解されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、脳の種々の区画内に位置付けられる埋め込みデバイスの概略図である。
【００５４】
【図２】図２は、インターフェースおよびプロセッサに接続される埋め込みデバイスの概略図である。
【００５５】
【図３】図３は、生理学的パラメータを監視することが可能な生理学的デバイスを含む埋め込みデバイスの概略図である。
【００５６】
【図４】図４は、生理学的パラメータを監視することが可能な生理学的デバイスを含む埋め込みデバイスの代替配列を示す概略図である。
【００５７】
【図５】図５は、生理学的パラメータを監視することが可能な代替生理学的デバイスとともに、埋め込みデバイス、インターフェース、およびプロセッサを示すシステムの概略図である。
【００５８】
【図６】図６は、埋め込みデバイス、インターフェース、およびプロセッサを示すシステムの代替配列の概略図であり、インターフェースおよびプロセッサは、無線で接続される。
【００５９】
【図７】図７は、患者の皮膚下に埋め込まれ、無線でプロセッサに接続される埋め込みデバイスおよびインターフェースを示すシステムの代替配列の概略図である。
【００６０】
【図８】図８は、接続入力、増幅器、フィルタ、コンバータ、プロセッサ、インターフェース、および出力を含む埋め込みデバイスとプロセッサとの間のインターフェースの１つの例示される実施形態を概略するフローチャートである。
【００６１】
【図９】図９は、入力、種々の接続されるデバイス、ユーザインターフェース、ディスプレイ、および出力を含むプロセッサユニットの１つの例示される実施形態を概略するフローチャートである。
【００６２】
【図１０】図１０はドレナージ機能を備えている埋め込みデバイスの概略図であり、記録要素は、ドレナージ機能の近位および遠位に位置付けられる。
【００６３】
【図１１】図１１は、共通頭蓋外記録基準を使用した脳皮質に及ぶ電極アレイから記録された代表的未加工ＥＥＧデータを図示する。接点は、白質（ＷＭ）、灰白質（ＧＭ）、硬膜下空間（ＳＤ）、および硬膜外空間（ＥＤ）内に位置する。
【００６４】
【図１２】図１２は、共通頭蓋外基準を使用した脳皮質に及ぶ電極アレイからの代表的データμＶ／ＨｚおよびμＶ／Ｈｚの平方根を提供し、白質（ＷＭ）、灰白質（ＧＭ）、硬膜下空間（ＳＤ）、および硬膜外空間（ＥＤ）内の接点間の比較数値差を実証する。
【００６５】
【図１３】図１３は、共通頭蓋外基準を使用した脳皮質に及ぶ電極アレイから記録されたデータの高速フーリエ変換によって発生させられた圧縮スペクトルアレイを提供し、白質（ＷＭ）、灰白質（ＧＭ）、硬膜下空間（ＳＤ）、および硬膜外空間（ＥＤ）間のＥＥＧ電力（赤色最高電力、青色最低電力）の視覚的差異を実証する。
【００６６】
【図１４】図１４は、バイポーラ（隣接する接点）基準方略を使用した脳皮質に及ぶ電極アレイから記録された未加工ＥＥＧデータを図示する。記録されたチャネルは、白質／白質（ＷＭ／ＷＭ）、白質／灰白質（ＷＭ／ＧＭ）、灰白質から灰白質（ＧＭ／ＧＭ）、灰白質から硬膜下空間（ＧＭ／ＳＤ）、および硬膜下空間から硬膜外空間（ＳＤ／ＥＤ）内に位置する対の電極を表す。
【００６７】
【図１５】図１５は、バイポーラ（隣接する接点）基準方略を使用した脳皮質に及ぶ電極アレイからの代表的μＶ／ＨｚおよびμＶ／Ｈｚの平方根を提供する。記録されたチャネルは、白質／白質（ＷＭ／ＷＭ）、白質／灰白質（ＷＭ／ＧＭ）、灰白質から灰白質（ＧＭ／ＧＭ）、灰白質から硬膜下空間（ＧＭ／ＳＤ）、および硬膜下空間から硬膜外空間（ＳＤ／ＥＤ）内に位置する対の電極を表す。
【００６８】
【図１６】図１６は、バイポーラ基準方略（隣接する接点）を使用した脳皮質に及ぶ電極アレイから記録されたデータの高速フーリエ変換によって発生させられた圧縮スペクトルアレイを提供する。記録されたチャネルは、白質／白質（ＷＭ／ＷＭ）、白質／灰白質（ＷＭ／ＧＭ）、灰白質から灰白質（ＧＭ／ＧＭ）、灰白質から硬膜下空間（ＧＭ／ＳＤ）、および硬膜下空間から硬膜外空間（ＳＤ／ＥＤ）内に位置する対の電極を表す。
【００６９】
【図１７】図１７は、バイポーラ基準方略（隣接する接点）を使用した脳皮質の灰白質（ＧＭ）、皮質下白質（ＷＭ）、および脳室周囲灰白質（ＰＶＧＭ）に及ぶ電極アレイから記録された未加工ＥＥＧデータを図示する。
【００７０】
【図１８】図１８は、バイポーラ基準方略（隣接する接点）を使用した脳皮質に及ぶ電極アレイから記録されたＥＥＧの経時的に計算された総電力を表し、灰白質／灰白質（ＧＭ／ＧＭ）、白質／灰白質（ＷＭ／ＧＭ）、灰白質／硬膜下空間（ＧＭ／ＳＤ）、白質／白質（ＷＭ／ＷＭ）、硬膜下空間から硬膜外空間（ＳＤ／ＥＤ）、および硬膜外空間／硬膜外空間（ＥＤ／ＥＤ）内の対合された接点間の相対的電力を実証する。
【００７１】
【図１９】図１９は、バイポーラ基準方略（隣接する接点）を使用した白質、白色／グレー接合点および灰白質を含む別個の頭蓋内区画内の電極から記録された別々の周波数帯域内の単一時点における代表的電力値を提供する。デルタ帯域は、１〜４Ｈｚを含み、シータ帯域は、４〜８Ｈｚを含み、アルファ帯域は、８〜１３Ｈｚを含み、ベータ／ガンマ帯域は、１３〜３０Ｈｚを含む。電力値は全て、１０７の倍数で記載される。
【００７２】
【図２０】図２０は、バイポーラ基準方略（隣接する接点）を使用した皮質下白質ならびに皮質灰白質内に位置する電極から記録されたＥＥＧから計算された電力比の比較分析を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
（定義）
以下の定義は、特定の用語に関して提供され、それらは、以下の説明において使用される。
【００７４】
明細書および請求項において使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈によって明確に別様に示されない限り、複数参照を含む。例えば、用語「ａｎ  ｅｌｅｍｅｎｔ（要素）」は、複数の要素を含む。
【００７５】
本明細書で使用されるように、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（〜を備えている）」は、本明細書に説明されるシステム、埋め込みデバイス、プロセッサ、および／または干渉および／または方法が、列挙される要素を含み、他の要素も含み得ることを意味するように意図される。「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ（〜から本質的に成る）」は、本明細書に説明されるシステム、埋め込みデバイス、プロセッサ、および／または干渉および／または方法を定義するために使用されるとき、組み合わせに本質的に重要な他の要素を除外することを意味するものとする。「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ（〜から成る）」は、システムの使用のための要素および実質的方法ステップ以外のものを除外することを意味するものとする。これらの遷移用語の各々によって定義された実施形態は、本発明の範囲内である。
【００７６】
用語「約」または「およそ」は、当業者によって決定されるような特定の値に関する容認可能範囲内を意味し、それは、部分的に、値が測定または決定される方法、例えば、測定システムの限界に依存するであろう。例えば、「約」は、所与の値の最大２０％、好ましくは、最大１０％、より好ましくは、最大５％、さらにより好ましくは、最大１％の範囲を意味することができる。代替として、特に、システムまたはプロセスに対して、本用語は、ある倍数、好ましくは、値の５倍以内、より好ましくは、２倍以内を意味することができる。別様に記載されない限り、用語「約」は、±１〜２０％、好ましくは、±１〜１０％、より好ましくは、±１〜５％等の特定の値に関する容認可能誤差範囲内を意味する。
【００７７】
値の範囲が、提供される場合、その範囲の上限と下限との間の各介在値と、その述べられた範囲内の任意の他の述べられたまたは介在値とが、本発明内に包含されることを理解されたい。これらのより小さい範囲の上限および下限は、独立して、より小さい範囲内に含まれ得、述べられた範囲内の任意の具体的に除外される限界を条件として、本発明内にも包含される。述べられた範囲が、限界の一方または両方を含む場合、それらの含まれる限界の一方または両方を除外する範囲も、本発明内に含まれる。
【００７８】
本明細書で使用されるように、「対象」は、脊椎動物、好ましくは、哺乳類、より好ましくは、ヒトである。哺乳類として、限定ではないが、ネズミ科、類人猿、ヒト、家畜、競技動物、およびペットが挙げられる。他の好ましい実施形態では、「対象」は、齧歯類（例えば、モルモット、ハムスター、ラット、マウス）、ネズミ科（例えば、マウス）、イヌ科（例えば、イヌ）、ネコ科（例えば、ネコ）、ウマ科（例えば、ウマ）、霊長類、類人猿（例えば、サルまたは原猿類）、サル（例えば、マーモセット、ヒヒ）、または原猿類（例えば、ゴリラ、チンパンジー、オランウータン、テナガザル）である。他の実施形態では、非ヒト哺乳類、特に、ヒトにおける療法用有効性を実証するためのモデルとして従来使用される、哺乳類（例えば、ネズミ科、霊長類、ブタ、イヌ科、またはウサギ動物）が、採用さ得る。
【００７９】
本明細書で使用されるように、「区画」または「脳の区画」もしくは「脳区画」は、解剖学的および空間的の両方において定義される。例えば、本明細書に説明されるシステムによって測定され得る解剖学的脳区画として、限定ではないが、（ａ）灰白質、（ｂ）白質、（ｃ）脳室または他の流体を含む空間、（ｄ）灰白質と白質との間の遷移域、（ｅ）灰白質と脳室との間の遷移域、（ｆ）白質と脳室との間の遷移域、（ｇ）硬膜下またはくも膜下空間、（ｈ）硬膜外空間、（ｉ）局所血管系、（ｋ）骨、硬膜外空間、硬膜下空間、くも膜下空間、脳組織、または流体を含む空間間の遷移域、（ｌ）他の構造またはデバイスに関連した脳の特定の地理的エリア内の位置（限定ではないが、前／後、内／外、上／下を含む）、（ｍ）複数の源から記録されたデータを使用して、三角測量されたデバイスの位置、または、（ｎ）（ａ）−（ｋ）の区画のうちの任意の１つに対するデバイス近接度またはそれからの距離が挙げられる。
【００８０】
しかしながら、当業者は、脳内の異なる場所に位置付けられる解剖学的区画が、常時、均等物であるわけではないことも認識する。例えば、脳皮質内に位置する灰白質は、視床内に位置する灰白質と同じではない。本明細書に説明されるような本明細書に説明されるシステムは、解剖学的および空間的の両方において、脳の異なる区画を認識および／または識別することが可能である。
【００８１】
本明細書で使用されるように、「埋め込みデバイス」は、治療を送達および／または提供する意図、脳活動および／または他の生理学的機能を監視する意図、および／またはそれらの組み合わせの意図を伴って、外科医または他の臨床医による人体の中への挿入のために設計される。埋め込みデバイスは、記録要素を備え、および／または、脳活動を反映する電気信号を検出および伝送するように設計および／または構成される、他の要素を含み得る。これらの要素は、金属、プラスチック、または他の化合物から構築さ得る。
【００８２】
本明細書で使用されるように、「記録要素」は、脳電気活動を検出することが可能である接点である。好ましくは、記録要素は、金属である。
【００８３】
本明細書で使用されるように、「基準要素」は、埋め込みデバイス上の１つ以上の記録要素によって検出される脳活動の比較を可能にする対照としての機能を果たすように設計される接点（好ましくは、同様に、金属から作製される）である。
【００８４】
本明細書で使用されるように、「プロセッサ」は、脳の区画内またはその周囲における埋め込みデバイスの位置をリアルタイムで識別するために、記録された脳電気活動を修正すること、分析すること、関係付けること、記憶すること、および表示することが可能である。プロセッサは、ハードウェアおよび／またはソフトウェア要素を備え得る。
【００８５】
本明細書で使用されるように、「ドレナージ機能」は、ＣＳＦ、嚢胞流体、または血腫等の生物学的流体の除去および／またはそれへのアクセスを可能にする埋め込みデバイス上の構造を指す。
【００８６】
本明細書で使用されるように、「脳活動」は、脳によって発生させられた電気信号として定義される。本明細書に説明されるように、「脳活動」または「脳電気活動」は、限定ではないが、（ａ）平均電圧レベル、（ｂ）二乗平均平方根（ｒｍｓ）電圧レベルおよび／またはピーク電圧レベル、（ｃ）可能性として、スペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、または電力比を含み、平均電力レベル、ｒｍｓ電力レベル、および／またはピーク電力レベル等の計算された電力の変量も含む記録された脳活動の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を伴う微分値、（ｄ）電力スペクトル分析、バイスペクトル分析、密度、コヒーレンス、信号相関、および畳み込み等のスペクトル分析から導出される評価尺度、（ｅ）線形予測モデル化または自己回帰モデル化等の信号モデル化から導出される評価尺度、（ｆ）積分された振幅、（ｇ）ピークエンベロープまたは振幅ピークエンベロープ、（ｈ）周期的展開、（ｉ）抑制比、（ｊ）スペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、および／または電力比等の計算された値のコヒーレンス、（ｋ）測定された脳活動のスペクトログラム、スペクトルエッジ、ピーク値、位相スペクトログラム、電力、または電力比を含む記録された電気信号のウェーブレット変換、（ｌ）ウェーブレット原子、（ｍ）バイスペクトル、自己相関、クロスバイスペクトル、または相互相関分析、または、（ｎ）特定の瞬間における記録要素と基準センサとの間の可変の正または負の値をもたらす波形位相反転またはダイポールに関連する波形特性の他の改変を含む電気活動を検出および／または測定することが可能な種々の異なるパラメータによって測定されることができる。好ましい実施形態では、脳活動は、例えば、ボルト（Ｖ）、ヘルツ（Ｈｚ）、および／または、それらの微分値および／または比率から等の分類別評価尺度によって測定される。
【００８７】
本明細書で使用されるように、システムは、「連続」および／または「リアルタイム」方式において、脳活動に関する情報を提供し、脳活動の最適化された検出および／または脳区画内に埋め込みデバイスの位置付けを可能にすることができる。
【００８８】
本明細書で使用されるように、埋め込みデバイスは、患者内への一時的（すなわち、数分〜数時間）、急性（すなわち、数時間〜数日）、半慢性（すなわち、数日〜数週間）、または慢性／恒久的（すなわち、数週間以上）埋め込みのために設計される。
【００８９】
本明細書で使用されるように、記録要素は、埋め込みデバイス上の他の要素「に近接して」位置付けられ得る。「〜に近接して」は、規定された要素「において、その中に、またはそれに関連付けられる」として定義される。
【００９０】
例えば、本明細書に説明されるように、埋め込みデバイスは、複数の記録要素によって検出される脳活動の比較を可能にする基準センサをさらに備え得る。
【００９１】
本明細書に説明されるように、「物理的インターフェース」は、限定ではないが、コネクタ、フィルタ、増幅器、アナログ／デジタルコンバータ、または埋め込みデバイス上の記録要素によって検出される脳活動をプロセッサに伝送することが可能な他のハードウェアおよびソフトウェア要素等の要素を含む。
【００９２】
本明細書で使用されるように、「無線インターフェース」も、コネクタ、フィルタ、増幅器、アナログ／デジタルコンバータ、または埋め込みデバイス上の記録要素によって検出される脳活動をプロセッサに伝送することが可能な他のハードウェアおよびソフトウェア要素等の要素を含み得る。本明細書で使用されるように、用語「無線」または「無線経路」は、物理的導管の使用を伴わずに患者の組織を通過するエネルギーおよび／または情報の電磁、音、および／または光伝送等の伝送のための物理的導管を含まない、または別様にそれに依拠しないエネルギーおよび／または情報伝送経路を指すものとする。
【００９３】
さらに、ある要素が、別の要素「の上にある」、「に取り付けられる」、「に接続される」、または「に結合される」と称されるとき、直接、他の要素上またはその上方にある、もしくはそれに接続または結合され得る、もしくは介在要素が存在し得ることを理解されたい。対照的に、ある要素が、別の要素「上に直接ある」、「に直接取り付けられる」、「に直接接続される」、または「に直接結合される」と称されるとき、介在要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の単語も、同様に解釈されるべきである（例えば、「間にある」対「直接間にある」、「隣接する」対「直接隣接する」等）。
【００９４】
「下」、「下方」、「下側」、「上方」、「上側」、および同等物等の空間的に相対的な用語は、例えば、図で図示されるように、別の要素および／または特徴に対する要素および／または特徴の関係を表すために使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に描写される向きに加えて、使用および／または動作時のシステムの異なる向きを包含することを意図していると理解されるであろう。例えば、図中のシステムが反転させられた場合、他の要素または特徴の「下方」および／または「下」にあるとして表される要素は、他の要素または特徴の「上方」に向けられるであろう。システムは、別様に向けられることができ（例えば、９０度回転させられるか、または他の向きにある）、本明細書で使用される空間的に相対的な用語は、それに応じて解釈されることができる。
【００９５】
（詳細な説明）
本発明の実施形態は、脳によって発生させられた電気信号の記録および分析を通して頭蓋内デバイスの位置付けの確認を可能にするシステムおよび方法を含む。
【００９６】
本発明に関連付けられたシステムおよび方法は、脳の自発的電気活動の要素を検出、分析、および表示し、頭蓋内空間内のデバイス位置を誘導および確認するように設計さ得る。本発明は、急性神経傷害を患う患者におけるベッドサイドで設置されたデバイスとの使用に関して説明されるであろうが、本発明は、脳室シャント設置、ＣＳＦリザーバ設置、化合物の対流向上送達のために実施されるような実質内カテーテル設置、脊椎ドレイン／カテーテル挿入、頭部または脊椎内の硬膜外カテーテル設置、神経外科手術手技を最適化するように設計されるチャネル、血管内カテーテルまたは関連付けられたデバイスおよびステント、皮下電極、または記録デバイス等の他の設定におけるデバイス設置のためにも適用可能であり得る。
【００９７】
本発明の特定の実施形態の例として、記録要素を遠位端（脳室内位置付けのために意図される部分）に包含し、または記録要素を脳室内位置付けのために意図される部分の遠位および近位端に包含する埋め込みデバイス（ＥＶＤ等）は、リアルタイムで検出された電気活動を変換、処理し、伝送することが可能な要素を備えている有線インターフェースを介して、プロセッサに取り付けられる。一例では、データは、次いで、プロセッサのディスプレイ構成要素上での関連付けられた追加の（聴覚的）キューを伴い／伴わずに（視覚的）信号に変換されることができ、それは、特定の解剖学的区画内の埋め込みデバイスの先端または全体の位置を示す。
【００９８】
本明細書に説明されるように、かつ好ましい実施形態では、神経外科医または臨床医は、埋め込みデバイスの遠位端またはデバイスのドレナージ機能の全体の所望の脳室内位置に到達したことを確認する信号まで、埋め込みデバイスの先端を徐々に前進させるであろう。その時点で、埋め込みデバイスは、監視およびドレナージにおけるその後の使用のために、定位置に固定され得る。デバイス挿入中、記録された電気信号のリアルタイム分析は、埋め込みデバイスが（硬膜外または硬膜下空間内ではなく）脳組織内に適切に設置されたことを確認するフィードバック（視覚的および／または聴覚的）を神経外科医に提供するであろう。さらなる分析は、白色または灰白質内の位置に関する情報も提供し得る。
【００９９】
本発明の別の実施形態では、埋め込みデバイスは、埋め込みデバイスから検出された電気活動をローカルで処理し、伝送するように設計されたインターフェースを介して、プロセッサに取り付けられるであろう。このインターフェースの構成要素は、患者の外部にあるか、または、患者の皮膚下に埋め込み可能であり得る。情報は、次いで、従来の例に従って、さらなる処理、表示、および有用性のために、無線でプロセッサに伝送され得る。
【０１００】
さらに、好ましい実施形態では、先の電気信号の初期処理は、プロセッサ内ではなく、インターフェース内で生じ得る。そのような「初期処理」の例として、限定ではないが、信号増幅、帯域通過または他のフィルタ処理、アナログ／デジタル変換等が挙げられる。したがって、インターフェースは、電気信号のいくつかの基本処理を提供するようにも構成され得、ある聴覚的または視覚的フィードバックを神経外科医に提供することもできる。
【０１０１】
本発明の別の好ましい実施形態では、頭蓋内圧が、埋め込みデバイス上の記録要素によって測定されることができる。
【０１０２】
埋め込みデバイスの挿入に続いて、連続監視は、脳組織内への埋め込みデバイスの継続された適切な位置付けを確認するであろう。着目すべきこととして、脳の任意のシフトまたは埋め込みデバイスの移動は、それぞれ、脳組織および／または脳室からのデバイスの退出をもたらし、偽性のデータまたは非効果的ＣＳＦドレナージをもたらし得る。埋め込みデバイスによって検出される電気信号の連続分析は、埋め込みデバイスが準最適に位置付けられていることの通知を提供するであろう。
【０１０３】
本発明の別の実施形態では、記録要素は、可変ニューロン健康に関連する生理学的変数（例えば、酸素またはグルコース等）またはＣＳＦ内で検出され得る関連生理学的パラメータを監視することが可能である。検出された電気情報のリアルタイム分析は、次いで、（例えば、硬膜下空間または白質ではなく）脳皮質の灰白質内の埋め込みデバイスの位置を識別／確認するために使用され得る。埋め込みデバイスの継続期間中の連続記録および監視は、所望の脳区画内の適切な位置の確認を可能にするであろう。
【０１０４】
さらなる反復は、血管内に設置されたカテーテルの先端上の接点を使用するであろう。検出された電気信号は、脳血管内のカテーテルまたは他のデバイスを適切な場所に誘導するために、またはそれを位置付けるために使用されるであろう。
【０１０５】
ここで図１を参照すると、埋め込みデバイス（１０）は、皮膚（２０）、頭蓋骨の骨（３０）、硬膜外空間（４０）、硬膜下空間（５０）、くも膜下空間（６０）、脳皮質の灰白質（７０）、白質（８０）を通して、脳室（９０）の中に設置されるように示される。本実施形態では、記録要素（１００）が、埋め込みデバイス（１０）のシャフトに沿って位置付けられ、硬膜外空間（４０）、硬膜下空間（５０）、くも膜下空間（６０）、脳皮質の灰白質（７０）、白質（８０）、および脳室（９０）内の脳活動を測定する。図１は、埋め込みデバイス（１０）が、ワイヤ（１２０）を介して、記録要素（１００）によって記録された脳活動を伝送する一実施形態も示す。
【０１０６】
図１は、好ましい実施形態も示し、埋め込みデバイス（１０）は、療法用機能も有する。この例では、療法用機能は、頭蓋内圧上昇の緩和を提供する脳脊髄液（ＣＳＦ）のドレナージを可能にする。ここでは、埋め込みデバイス（１０）は、好ましくは、埋め込みデバイス（１０）の先端に位置付けられるドレナージ孔（１１０）も備えている。埋め込みデバイス（１０）は、次いで、ＣＳＦをドレナージするとともに、脳活動を記録する二重機能を果たすことができる。本実施形態では、埋め込みデバイス（１０）は、カテーテルがＣＳＦをドレナージするための接続点（１３０）も備えているであろう。
【０１０７】
図２は、インターフェース（１５０）およびプロセッサ（１７０）を含むハードウェア要素に接続される図１の埋め込みデバイスを示す。本明細書に説明されるように、インターフェース（１５０）は、例えば、増幅器、フィルタ、および／またはアナログ／デジタルコンバータを備えていることができる。加えて、この好ましい実施形態では、アダプタ（１４０）が、埋め込みデバイス（１０）上の記録要素（１００）からインターフェース（１５０）にワイヤを接続する。図２は、さらに好ましい実施形態も示し、それによって、インターフェース（１５０）は、有線接続（１６０）によって、プロセッサ（１７０）を含むハードウェアユニットに接続される。図２に示されるシステムは、さらなる実施形態を図示し、それによって、コンピュータハードウェアシステム（１７０）は、プロセッサ（１８０）と、データ記憶要素（１９０）と、ディスプレイ要素と相互作用する手段（２００）（例えば、サウンドおよび／またはビデオカード等）と、データを入力および／または出力する手段（２１０）（例えば、入力／出力周辺機器）とを備えている。
【０１０８】
図２に示されるシステムは、好ましい実施形態も図示し、それによって、システムは、生理学的パラメータを監視することが可能な少なくとも１つの代替生理学的監視デバイス（２２０）をさらに備えている。そのような代替生理学的監視デバイス（２２０）の例は、限定ではないが、血圧または心拍数センサを含む。
【０１０９】
図２に示されるシステムは、さらに好ましい実施形態も図示し、それによって、システムは、外部ＥＥＧシステム（２３０）、病院の電子記録システム（２４０）、および／またはディスプレイ、聴覚的出力、および／または双方向ユーザ要素（２６０）に接続する手段を備えている。これらの構成要素（２２０、２３０、２４０、２６０）間の接続（２５０）は、本明細書に説明されるように、有線または無線であることができる。
【０１１０】
図２は、システムが、好ましい実施形態では、外部サーバまたはクラウドベースのシステムへのデータの無線伝送（２７０）および／またはローカルサーバまたはネットワークへのデータの有線伝送（２８０）が可能であり得ることも図示する。
【０１１１】
図２では、記録された脳活動が、インターフェース（１５０）を介して、増幅され、フィルタ処理され、アナログ／デジタル変換を受けることができ、結果として生じる信号が、次いで、有線接続（１６０）を通して、プロセッサ（１８０）と、随意に関連付けられたシステムの追加の特徴（１９０、２００、２１０）とを含むハードウェア要素（１７０）に伝送されることができることを例示する。追加のデータも、システムの中に入力されることができる。そのようなデータは、限定ではないが、代替生理学的監視デバイス（２２０）、脳波記録（２３０）、または病院電子医療システム（２４０）を含む。このデータは、処理され、臨床医ユーザによる観察および解釈のために、種々の形態において、ディスプレイ構成要素（２６０）に送信されることができる。ディスプレイ要素（２６０）は、臨床医がディスプレイ機能またはシステム機能の他の側面を改変することを可能にすることが可能なユーザインターフェース含むこともできる。データは、内部で記憶されるか（例えば、１９０等）、または、有線（２８０）もしくは無線伝送（２７０）を介して、外部デバイス、ローカルサーバ、ローカルネットワーク、またはクラウドベースのデータシステムに送信されることができる。
【０１１２】
さらなる実施形態は、図３に示される。この場合、埋め込みデバイス（２９０）は、図１に説明されるような記録要素（１００）と、生理学的センサ（３００）との両方を備えている。この例では、埋め込みデバイス（２９０）上の生理学的センサ（３００）は、頭蓋内圧を測定する。好ましい実施形態では、埋め込みデバイス（２９０）は、図１に示されるような硬膜外空間（４０）、硬膜下空間（５０）、くも膜下空間（６０）、脳皮質の灰白質（７０）、および白質（８０）区画を識別するために位置付けられた記録要素（１００）を備えている。好ましくは、埋め込みデバイス（２９０）の先端に近接して位置付けられた記録要素（１００）は、生理学的センサ（３００）と共同設置され、脳内の位置の確認を可能にする。
【０１１３】
図３に例示されるように、記録要素（１００）から受信される脳活動は、例えば、図２に説明されるように、インターフェース（１５０）に転送されることができる。加えて、一実施形態では、生理学的センサ（３００）から受信されたデータは、生理学的パラメータデータと、この場合、頭蓋内圧に関連するデータとを処理することが可能な別個のハードウェア要素（３１０）に転送されることができる。
【０１１４】
さらなる実施形態は、図４に示される。この場合、埋め込みデバイス（３２０）は、図１に説明されるような記録要素（１００）と、図３と比較して、埋め込みデバイス（３２０）のシャフト上の異なる場所に位置付けられた生理学的センサ（３３０）との両方を備えている。この例では、埋め込みデバイス（３２０）上の生理学的センサ（３３０）は、脳皮質の灰白質（７０）内の温度を測定する。好ましい実施形態では、埋め込みデバイス（３２０）は、図１に示されるような硬膜外空間（４０）、硬膜下空間（５０）、くも膜下空間（６０）、脳皮質の灰白質（７０）、および白質（８０）区画を識別するように位置付けられた記録要素（１００）を備えている。好ましくは、埋め込みデバイス（３２０）上に位置付けられる、記録要素（１００）は、生理学的センサ（３３０）と共同設置され、脳内の位置の確認を可能にする。
【０１１５】
図４に例示されるように、記録要素（１００）から受信される脳活動は、例えば、図２に説明されるように、インターフェース（１５０）に転送されることができる。加えて、一実施形態では、生理学的センサ（３３０）から受信されるデータは、生理学的パラメータデータと、この例では、灰白質の温度に関連するデータとを処理することが可能な別個のハードウェア要素（３４０）に転送されることができる。
【０１１６】
図５は、図４に示される埋め込みデバイスから取得されるデータが処理され得る方法を例示する。この例では、記録要素から導出される脳活動データは、図２に説明されるように、インターフェース（１５０）に転送される。並行して、図４の生理学的センサ（３３０）から導出されるデータは、図２に示されるように、プロセッサ（１８０）を備えているハードウェア要素（１７０）に転送される。一実施形態では、生理学的センサ（３３０）によって記録された温度センサデータを処理することが可能である温度特有インターフェースデバイス（３６０）に温度センサデータを転送する手段（３５０）がある。処理された温度データをハードウェア要素（１７０）に転送する手段（３７０）も、図５に示される。
【０１１７】
図６は、埋め込みデバイスから取得されるデータをプロセッサに伝送する好ましい実施形態を例示する。本実施形態では、脳活動データは、物理的（例えば、有線）接続を介して、インターフェースに転送され、それは、次いで、プロセッサへのインターフェースから、無線送信機（３８０）を介して、ハードウェアインターフェースおよび／またはプロセッサ上の無線受信機（３９０）に転送される。
【０１１８】
図７は、修正されたインターフェース（４００）が、患者の皮膚（４１０）下に埋め込まれることが可能であるさらなる好ましい実施形態を例示する。本実施形態では、インターフェース（４００）は、図６に例示されるようなプロセッサを含むハードウェアに関連付けられた無線受信機要素と通信することが可能な無線送信機要素（４２０）を備えている。
【０１１９】
図８は、インターフェースによる、埋め込みデバイス上の記録要素によって検出される記録された脳活動の伝送および初期処理に関連付けられたステップを概略するフロー図である。図８では、脳活動の初期処理は、インターフェース内で完了され、次いで、修正されたデータは、次いで、最終処理のために、ハードウェア要素に転送される。しかしながら、脳データの全ての処理は、インターフェースおよび／またはプロセッサのいずれかによって孤立して遂行されることができることが想定される。図８に示されるように、インターフェースの１つの好ましい実施形態では、聴覚的および／または視覚的信号が、脳活動の特定のパターンに応答して、インターフェース内のプロセッサによって発生させられることができる。
【０１２０】
図９は、プロセッサを含むハードウェア要素の潜在的構成要素を概略するフロー図であり、それは、プロセッサとともに、説明される機能のための種々の入力および出力を含む。
【０１２１】
図１０は、上衣（脳室の内層；４４０）を通して、かつ脳室のＣＳＦ（４５０）内に完全に設置されるように設計されるデバイスのドレナージ機能の近位および遠位に位置する記録要素（４３０）が、ドレナージ機能の全体が脳室内にあることを確認する目的のために、類似性または非類似性を確認するために使用されるさらなる好ましい実施形態を例示する。
【０１２２】
（実施例）
本発明は、ここでさらに、以下の実施例を参照して例証されるであろう。以降は、一実施例にすぎず、詳細の修正が、依然として、本発明の範囲内に留まったまま行われ得ることを理解されたい。
【０１２３】
（実施例１：位置実証）
以下に提示されるのは、動物実験委員会プロトコルの援助の下で成熟ブタにおいて実施された一連の試験から蓄積された代表的データである。動物は、プロポフォールおよびフェンタニルを使用して麻酔され、次いで、両側性前頭頭頂頭蓋骨切除術が、施行された。硬膜が、脳皮質の表面の直接可視化を可能にするために広く開放された。電極挿入が、脳溝の頂点における脳表面に対する垂直軌道において、対する脳回の長さを辿って穿通を確実にするように、直視下で実施された。皮質下電極位置付けが、５ｃｍの深度までの矢状平面を可視化し、脳皮質から脳幹まで延びている視野を可能にするための凸面撮像アレイを装備した診断超音波システムを使用して確認された。この撮像方略は、脳皮質、皮質下白質、脳室、大脳基底核／視床、脳幹、および小脳間の明確な区別を可能にした。
【０１２４】
脳電気活動を記録するために、標準的臨床深度電極アレイが、Ａｄ−Ｔｅｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｒａｃｉｎｅ，ＷＩ）およびＰＭＴ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｃｈｉｎｈａｓｓｅｎ，ＭＮ）から入手された。８接点アレイが、２ｍｍ接点幅および５ｍｍ中心間接点間隔または１ｍｍ接点幅および２ｍｍ中心間接点間隔のいずれかを用いて利用された。
【０１２５】
電極挿入は、上前頭回または中前頭回の中間位（前後）において開始され、軌道が、下層解剖学的着目区画を連続して（脳皮質、白質、脳室、および脳室周囲灰白質構造の順序で）横断するように、内側後方進路において超音波誘導下で導かれた。脳組織の中への電極の通過に続いて、電極は、長期記録のために固定され、位置が、直視下で経時的に確認された。接地および基準電極が、対側皮下組織内に設置された。
【０１２６】
ＥＥＧデータが、市販のＥＥＧ  ｈｅａｄｂｏｘ（Ｍｉｔｓａｒ  Ｃｏ．  Ｌｔｄ（Ｓｔ．  Ｐｅｔｅｒｓｂｕｒｇ，Ｒｕｓｓｉａ））と、Ｍｉｔｓａｒ  ＥＥＧ  Ｓｔｕｄｉｏソフトウェアを起動させる標準的ＰＣラップトップとを使用して記録された。データは、次いで、エクスポートされ、内蔵分析ソフトウェアとともに、Ｉｎｓｉｇｈｔソフトウェアパッケージ（Ｐｅｒｓｙｓｔ（Ｓｏｌａｎａ  Ｂｅａｃｈ，ＣＡ））を使用して、オフラインで分析された。ＥＥＧデータは、基準（共通記録基準に基づく）およびバイポーラ（隣接する接点／接点）方法の両方を使用して分析された。未加工波形データの例示的画像は、画面捕捉によって生成された。着目される電極対に関する選択された代表的時点における振幅（μＶ／ＨｚまたはμＶ／Ｈｚの平方根）が、重複スライディング２秒ウィンドウを使用して８秒基準時点にわたって計算されたＥＥＧデータの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して生成された。スペクトログラムは、示されるように、擬似色スケール（黒色／青色最低電力および赤色／白色最高電力を伴う色スペクトルで順序付けられる）を使用して、０〜２０Ｈｚ範囲内で着目される電極対から経時的に計算された振幅を描写する。
【０１２７】
図１１は、解剖学的区画が、頭蓋外共通基準電極を用いた本明細書に説明されるような多接点電極アレイから記録されたＥＥＧの波形分析に基づいて区別されることができることを実証する。図１１は、このアプローチに関する代表的データを提供し、最大信号振幅およびより高い周波数活動を伴うＥＥＧ波形が、脳皮質の灰白質（ＧＭ）に位置限定され得る（その中でＥＥＧ信号が、生物学的に発生させられる）ことを実証する。徐々により小さくなる信号が、皮質下白質（ＷＭ）から記録され得、それは、灰白質（ＧＭ）内に位置する皮質発生器からの信号の拡散に関連し、同様に、硬膜下空間（ＳＤ）および硬膜外空間（ＥＤ）とも関連する。脳の既知の構造とともに、電極アレイに沿った記録接点の予測される間隔を考慮すると、アレイの解剖学的位置付けが、したがって、決定されることができる。
【０１２８】
図１２は、頭蓋外共通基準を伴う多接点電極アレイから記録された電位の定量的比較を利用して、特定の頭蓋内区画内の個々の電極の位置を決定する別の好ましい実施形態を実証する。図１２内のチャートに実証されるように、最高信号を実証するチャネルは、灰白質（ＧＭ）とともに位置する一方、連続してより小さい電位は、皮質下白質（ＷＭ）、硬膜下空間（ＳＤ）、および硬膜外空間（ＥＤ）内に示される。この実施例では、灰白質電位は、白質、硬膜下空間、および硬膜外空間電位より、それぞれ、６０．６％、６８．７％、および３８５．２％大きいことが示される。
【０１２９】
図１３は、別々の頭蓋内区画内の電極が、共通頭蓋外基準を使用して電極アレイに沿った接点からのデータの高速フーリエ変換を通して生成された圧縮スペクトル分析を使用して、視覚的に識別されることができることを実証する。図１３に表示される代表的実施例では、灰白質内に位置する電極は、白質、硬膜下空間、または硬膜外空間（より低い電力「青色」信号の優勢を実証する）に見られるものより有意に高い電力（高電力「赤色」信号の優勢によって証明される）を実証する。
【０１３０】
図１４は、バイポーラ基準が、代替として、隣り合った頭蓋内解剖学的区画内またはその近傍にあり得る隣接する接点から記録された電気信号の差異を増強させるために使用されることができることを実証する。この方略は、生体電気的に同じ領域内に位置する電極からの信号差異を低減させる一方、より高い生体電気多様性を伴う領域に及ぶ電極からの信号を増幅することができる。これは、図１４に概略された未加工ＥＥＧにおいて見られることができ、有意により小さい波形は、白質／灰白質接合点（ＷＭ／ＧＭ）または灰白質自体（ＧＭ／ＧＭ）内に見られる電位と比較して、皮質下白質（ＷＭ／ＷＭ）内に位置する隣接する接点のバイポーラ基準を使用するときに観察される。ＥＥＧは、ダイポールの結果、双方向的に記録され得る信号を実証するため、「発生器」に橋架する、またはそれを含む接点からの記録された電位は、最高信号振幅を実証する。
【０１３１】
図１５は、バイポーラ電極基準が電極アレイから記録された信号を定量的に分析するために使用され得る第２の方法を実証する。図１５は、別々のまたは隣り合った頭蓋内区画内に位置する電極対からの有意な差異を実証する。図１５におけるデータを発生させるために使用されるバイポーラ基準方略は、ＷＭ／ＧＭ、ＧＭ／ＳＤ、ＷＭ／ＷＭ、ＳＤ／ＥＤ、またはＥＤ／ＥＤ対と比較して、ＧＭ／ＧＭ対から記録される有意により高い電位をもたらした。これらの差異はまた、図１６に呈されるような解剖学的着目区画内に位置する電極対内の総電力の定量的分析をドキュメント化する圧縮スペクトルアレイを使用して、認められることができる。
【０１３２】
図１７に示されるデータも、バイポーラ基準方略が、既知の接点間電極間隔とともに、頭蓋内生体構造の一貫性を利用して、複数の頭蓋内区画を識別するために使用されることができることを実証する。このアプローチは、図１７に表示される、脳皮質から脳室周囲灰白質に及ぶ電極アレイから記録された未加工ＥＥＧデータに例示され、脳皮質から皮質下白質を通して脳室周囲灰白質まで延びているバイポーラチャネルは、脳皮質の灰白質（ＧＭ）内の特徴的高振幅およびより高い周波数信号、皮質下白質（ＷＭ）内の低振幅信号、および脳室周囲灰白質（ＰＶＧＭ）内のより高い振幅であるが、より低い周波数の信号を実証する。
【０１３３】
図１８は、頭蓋内区画内の電極または電極対の経時的安定性が、各電極対から記録された総電力の比較分析を使用して実施されることができることを実証する。図１８に例示されるように、脳皮質に及ぶ電極アレイのバイポーラ基準（隣接する接点）を使用するアプローチは、高電力信号がＧＭ／ＧＭ接点において記録され、より小さい電力信号がＷＭ／ＧＭおよびＧＭ／ＳＤ対から経時的に記録されたことを実証する。有意により低い電力は、ＷＭ／ＷＭ、ＳＤ／ＥＤ、およびＥＤ／ＥＤ区画に及ぶ電極対において一貫して見られた。
【０１３４】
ＥＥＧ電力は、特定の周波数帯域において実施され、高度に発散する電気活動を伴う区画の識別を増強させることができる。このアプローチの実施例は、図１９を提供され、白色に関連付けられた接点と灰白質に関連付けられた接点との間の総電力の分析は、２．０倍の変化を実証する一方、本検出された差異は、ベータ／ガンマ帯域（１３〜３０Ｈｚ）内の電力の分析に集束させることによって増強され、それは、２．６倍の変化を実証することができる。
【０１３５】
加えて、スペクトル比の比較分析は、別々の頭蓋内区画内の電極位置を識別することができる。図２０に呈されるように、アルファ／デルタおよびアルファ／ベータガンマ比の差分比較は、白質対において高度に並行した値を明らかにする一方、アルファ／デルタ比率より有意に高いアルファ／ベータガンマ比は、灰白質−白質接合点に及ぶ対に見られる（脳皮質の灰白質内のより高速の周波数のより集束した存在に起因して）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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