精神医学のフロンティア：新規開発の二極脳波計を用いた総合病院におけるせん妄の検出
精 神 神 経 学 雑 誌 第 121 巻 第 12 号（2019） 907 913907
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精神医学のフロンティア
新規開発の二極脳波計を用いた総合病院におけるせん妄の検出
篠崎

元

Gen Shinozaki

せん妄は特に高齢の入院患者において頻度が高く，予後が不良であることが知られている．しかし，現在よく用いられているせん妄スクリーニングツールである Confusion Assessment
Method（CAM）や Delirium Rating Scale（DRS）は，研究環境では感度，特異度とも優れているとされているものの，実際の多忙な臨床現場では感度が極めて低下することが報告されている．一方，electroencephalography（EEG）はせん妄の特徴的な所見である徐波を正確に検出できることが 1940 年代から知られているものの，通常の脳波形は機器も大きく，多数の電極の配置に時間も手間もかかり，また，長時間の測定結果の判読には専門知識が必要になる．しかし，せん妄の所見は diffuse slowing と呼ばれ，どの電極もすべて（diffuse）徐波（slowing）を示すことが知られている．実際，精神科以外の領域では少数のチャンネルを用いた脳波計が臨床応用されている．例えば，麻酔科領域では麻酔深度の測定に BIS モニターなどの機器が臨床応用されており，また，精神科領域においても，電気けいれん療法（ECT）によるけいれんをモニターするために，2 チャンネルの EEG が用いられている．本研究では，入院患者からなる被験者の前額部から，2 チャンネルの EEG シグナルを短時間測定することで，せん妄の検出が可能であることを示すことをめざした．現在までに 100 名以上からデータをとり，感度，特異度とも 80％前後を達成している．本稿では，研究の概要を示したうえで，これまでの研究の流れと今後の展望について記したい．
＜索引用語：せん妄，脳波，スペクトラム密度解析，BSEEG（ビーシーグ），スクリーニング＞

至っては，せん妄発症 1 年後に 4 割が亡くなる14）

は じ め にせん妄は特に高齢の入院患者において頻度が高く，予後が不良であることが知られているという驚くべき研究もある．そうしたせん妄の予．

後不良を示す研究は何度も再現されているもの

一般病棟でも手術後でも，最大 5 割ほど，ICU にの，せん妄は見過ごされやすく5），たとえ見つけ

至っては 9 割近くの患者がせん妄を起こすというられたとしても治療も遅れがちとなる．残念なが報告もある7,17）．せん妄患者は転倒や誤嚥性肺炎

らせん妄の病態はいまだよく理解されておらず，を起こしやすいため，入院期間も延び，また，有効な治療法は確立されていない．したがって，退院時に自宅に戻れる割合も低く ，死亡率に現在可能な介入方法は，いかに早くせん妄の出現

1,7,9,17）

1,15）

1）

著者所属：アイオワ大学精神科，Department of Psychiatry, University of Iowa
本論文は PCN 誌に掲載された最新の研究論文21）を編集委員会の依頼により，著者の 1 人が日本語で書き改め，その意義と展望などにつき加筆したものである．

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908を検出し，可能な限り速やかに治療可能な原因をターなどの機器が臨床応用されており2,12,18,19），ま取り除くこと（感染症の治療や電解質バランスのた，精神科領域においても，電気けいれん療法

異常の補正，せん妄を引き起こす薬剤の停止や減（electroconvulsive therapy：ECT）によるけいれ量など）に限られている．過活動性せん妄に使用

んをモニターするために，2 チャンネルの EEG がされるハロペリドールなどの抗精神病薬は有効で用いられている．本研究では，入院患者からなるはあるものの，対症療法にすぎず，あくまで早期被験者の前額部から，2 チャンネルの EEG シグナ

発見，早期治療が重要となる．

ルを短時間測定することで，せん妄の検出が可能

そのため，せん妄の問題に取り組む研究は，いであることを示すことをめざした．

かに早期発見を達成するかに重きがおかれてきた．代表的なスクリーニングツールである Confu-

Ⅰ．研究の方法および結果

sion Assessment Method（CAM）は Inouye, S.K.

本研究は，アイオワ大学病院の入院患者およびらにより 1990 年に発表された6）が，以来，さらな救急部受診患者を対象として参加者を募り行っる改善をめざし，過去 30 年近く，さまざまなツー

た11,21）．実際の臨床に即したデータを得ることがルが開発されてきた3,8,10,13）．そうしたツールの代目標であるため，原則として除外条件は最低限表格である Confusion Assessment Method for（感染症のための接触制限など）として，多数の参3）
the Intensive Care Unit（CAM ICU）
や Delirium

加をめざした．毎朝，研究チームが前日の入院患

Rating Scale revised 98（DRS R 98） などは，者を検索し，除外条件にあてはまらない対象者に研究のための環境で研究スタッフがプロトコルに研究参加を依頼する方法で参加者を募った．せん

従い毎回忠実に使用すれば，感度，特異度とも優妄の患者は認知機能が低下しているので，同意をれているという結果が報告されるものの，実際の得られる精神状態かどうかを評価したうえで，同多忙な臨床現場では感度が極めて低下することが意する精神状態にない場合には，家族から代理の報告されている22）．その原因としては，使用す同意を得ることとした．同意を得られた研究参加

るための訓練，習熟が必要なこと，また，どうし者には，1 日 2 回の臨床的評価を DRS R 9822），ても個人差による主観が入ること，何より，多忙

CAM ICU 3）， お よ び Delirium Observation

な病院スタッフに新たにこうしたツールの使用を

20）
Screening Scale（DOSS）
で行い，同時に前頭部課すことの難しさが指摘されている．そのため，の左右の 2 チャンネルから脳波を測定した（図現在，臨床現場で推奨されているこうしたせん妄

1）．研究データを集める目的のため，10 分間の測のスクリーニングツールは，実際には有効には使定を行い，データを保存したのち，独自に開発し用されていないのが現状である．

たアルゴリズムによってスコア化した．脳波の生16,23）

一方，electroencephalography（EEG）はせん

データに対しスペクトラム密度解析を行い（図妄の特徴的な所見である徐波を正確に検出できる2），せん妄に特徴的な脳波パターンを検出するこことは 1940 年代から知られている ものの，通常とをめざした．アルゴリズムは多数のパターンをの脳波計は機器も大きく，多数の電極の配置に時テストしたうえで，せん妄かそうでないかの判別

間も手間もかかり，また，長時間の測定結果の判が感度，特異度とも最適になるものを最終的に採読には専門知識が必要になる．しかし，せん妄の用した．このスコアに bispectral EEG スコアと名所見は diffuse slowing と呼ばれ，どの電極もすべづけ，BSEEG（ビーシーグ）と呼ぶこととした21）．

て（diffuse）徐波（slowing）を示すことが知られ当初のアルゴリズムでも，せん妄患者 1 人とそている．実際，精神科以外の領域では少数のチャ

うでない患者 1 人でスコアを比較して差をみるこ

ンネルを用いた脳波計が臨床応用されている．例とができ，さらに，せん妄患者のせん妄が悪化しえば，麻酔科領域では麻酔深度の測定に BIS モニた際にはスコアがピークに達し，回復した際には4）

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図 1 電極の配置図
左右の前頭部から 2 チャンネル，両耳たぶを参照電極とし，前頭中央にグランド電極を配置して測定した．
（文献 21 より引用）

aRaw EEG signals
Channel 1

Amplitude

600

b
600

500

500

400

400

300

300

200

200

100

100

0
0

c

Intensity80

00100 200 300 400 500 600 700
Time（s）
Spectral density analysis
Channel 1

d
80

60

60

40

40

20

20

0
0

2

4
6
8 10 12 14
Frequency（Hz）

Raw EEG signals
Channel 200

100 200 300 400 500 600 700
Time（s）
Spectral density analysis
Channel 2246
8 10 12 14
Frequency（Hz）

図 2 EEG シグナルのスペクトラム密度解析
a，b：脳波計から得られた左右 2 チャンネルの 10 分間の生データ，c，d：各チャンネルから得られた脳波データのスペクトラム密度解析（文献 21 より引用）

909

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910

Delirium algorithm－Time series

4.0

Delirious

3.5
3.0
2.5

Recovered
Delirium case

2.0
1.5
InitialNormal case
Day 1

Day 2

Day 3

Day 4

Day 5

図3

せん妄患者（点線）とせん妄のない患者（実線）のスペクトラム
密度解析により得られたビーシーグ（BSEEG）スコアの比較
両者の区別が可能であっただけでなく，せん妄患者のせん妄が悪化した Day 2 と Day 3 にスコアが上昇し，回復した Day 4 から Day 5 にかけてはせん妄のない患者と同等まで低下したことが示されている．
（文献 21 より引用）

せん妄のない患者と同程度まで低下したため，有効な方法と判断することができた（図 3）．しかし，一対一の比較では十分ではないため，多数を集めて比較検討を行った．われわれ独自のアルゴリズムから算出されるスコアに閾値を設定し，トレーニングデータセットとして 45 名の患者からのデータで検討したところ，感度が 80％，特異度が 87.7％ で あ っ た．Receiver operator curve（ROC）アナリシスによる area under the curve（AUC）は 0.70 であった21）．次に，同じアルゴリ
ズムをテストデータセットとして 24 名の患者からなる追加のデータで確認したところ，感度，特異度ともに 83.3％という結果が得られた．ROC ア

1.0

ROC

0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
図 4 テストデータセットにおける ROC
AUC は 0.81 であった．
（文献 21 より引用）

ナリシスによる AUC は 0.81 であった（図 4）21）．
患者群の年齢，性別，人種，入院病棟の種類，認知症の有無などの項目はトレーニングデータセッ

これらの独立した患者群からのデータにより，わト，テストデータセットともに差異がみられな

れわれの開発したアルゴリズムによる EEG のス

かった21）．

コア（ビーシーグスコア）は意識状態の変化を客

救急部受診患者の 48 名を対象にした解析でも，観的に測定できることが示された．

同様の結果が得られ，感度が 88.9％，特異度が92.3％であった11）．さらに，ECT を受ける患者のⅡ．考察―本研究の意義，苦労・施行前後でのスコアを測定したところ，例外なく工夫したことなどを含めて―

ECT 施行後にスコアが上昇し，スコアが施行前ま

これまでの臨床では，意識状態の評価やせん妄で戻るのに 2〜3 時間を要することも確認できた．

の診断は，質問に対する患者の答えや質問者の観精神医学のフロンティア：新規開発の二極脳波計を用いた総合病院におけるせん妄の検出

察に依存していたため，主観的なバイアスが入る

911をどうするかという問題も残っていた．

ことが不可避であった．訓練により標準化をめざ

その後，レジデンシー，フェローシップを終え，すにしても，どこまでも最後は人の判断により点

サウスダコタでの退役軍人病院勤務を経て，アイ数を決めなくてはならず，また，訓練された医療

オワ大学に赴任して 1 年後，偶然巡り合った共同者が異動すれば，現場ではまた初学者を最初から研究者と意見交換をするなかで，独自のアルゴリ

訓練しなおさなくてはならないという困難があっズムを開発することになり，実際の患者からデーた．そのため，せん妄患者の検出や評価は常に日タを集める試みが始まった．幸運にもアイオワ大

常臨床でのチャレンジであり，検出されないがゆ学内部の知財開発・企業支援部門から研究費を獲えに適切な治療加入もなされず，患者の予後を改得し，手始めに市場にあるポータブル脳波計を購善する機会を逃してきたといえる．

入しデータの取得・解析を試み始めた．当初，瞑そのため，客観的な指標を臨床現場にもたらす想用として販売されているいくつかのウェアラブ

ことを目標に，本研究は始められた．この研究のルの脳波計を試してみたものの，データの取り出

着想は，実に著者が在米レジデントであった十数しに難渋したり，取り出せてもシグナルの質が研年前に遡る．コンサルテーションリエゾン業務に究目的には適さないものが多く，結局はハンドヘ

従事した際に，コンサルテーションの依頼の多く

ルド型の脳波計を用いて，使い捨てのパッチ型電がせん妄に関するものであったが，大抵はせん妄極を使用して測定を進めることになった．

に気づかずに，不安や不眠，不穏などに対して，

まずはハンドヘルド型の脳波計とパッチ電極でベンゾジアゼピンや抗コリン作用のある薬剤を処得られる脳波の質が，通常の脳波計と遜色ないも方され，せん妄が悪化してからのコンサルテーのであることを確認するために，通常の脳波を測ションであった．精神科レジデントとしてはどう定している患者から同意を得て，同時にわれわれ

して内科や外科のレジデントがせん妄に気づけなの方法でもシグナルを測定し，脳波の専門家に比いのかと不思議に思ったものだが，自ら内科など較検討してもらうことで質の担保をめざした．

の多忙なローテーションを経験した際には，他にウェアラブルのデバイスと異なり，ハンドヘルド

も緊急を要する対応を迫られる夜間診療の当直医型の脳波計では良質な脳波が測定できていることに，精神科的評価を求めることは酷であることをが確認されたので，病棟入院患者，救急部受診患理解した．そこから，客観的な指標をもってせん

者を中心に，せん妄の患者とせん妄のない患者を妄を検出できれば，と考えた．脳波計を多用でき比較するために参加者を募ってデータの収集に取ればよいのであろうが，通常の脳波計は，機器もり組んだ．アルゴリズムの開発では，当初，なか大きく，電極の多数の貼り付けにも時間がかかなか思うようにせん妄の群と比較群の差が見いだり，スクリーニングとして，多数の患者を評価す

せずに苦労した．さまざまなアルゴリズムのパるには不向きであるのは自明であった．だが，上ターンを繰り返し試行錯誤し，最終的には上記の記のように，せん妄の脳波所見は diffuse slowing

ようなパフォーマンスのアルゴリズムにたどり着であり，すべてのチャンネルで同じシグナルであいたが，今後もさらなる改善をめざしているとこ

れば，多数のチャンネルは不要であり，電極の付ろである．

けやすい前頭部にて測定すればよいのでは，と考本研究をスムーズに進めるにあたっては，日常

えた．その後，ECT のローテーションをした際業務を行っている病棟スタッフの理解が欠かせなに，ECT の機械に付属している 2 チャンネルのいので，まず病棟師長を統括する看護師のリー

EEG をみて，この機械を使えばよいのだと理解しダーに研究の意義を説明して協力を求め，強力なたが，ECT の機械自体も病棟で持ち歩くには大きサポートを得ることができた．また，参加者数をく，実現はできなかった．また，簡便な表示方法得るためには人手が必要であるため，medical

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912

student や undergraduate student からなるボラ

定である．

ン テ ィ ア の 研 究 ア シ ス タ ン ト を 多 数 採 用 し，

何よりも，このアプローチが成功するかどうか

日々，新たな研究参加者から同意を得るように努は，多分に医療現場での使用しやすさに依存する

めた．当初は年間 200 名弱の参加者数であったが，と考えている．そのため，使用感を向上するため

年々ペースが上がり，近年では年間 400 名以上のの実地臨床現場での取り組みも重要である．幸研究参加者を募ることが可能になっている．

い，アイオワ大学病院でも他院でも，せん妄に関この研究を数年前に始めてから，国内外の学会する重要性は広く認知されるようになってきておで発表する機会を得るようになったが，もともとり，せん妄の臨床を改善する意欲は高いことを実

シンプルなコンセプトに基づく研究であり，デー

感しているので，多職種からの意見を取り入れな

タもそれなりに仮説を支持するものであったの

がら，よい製品につなげられれば幸いである．最で，おおむね好評ではあったものの，なかには半終的には何よりも患者のもとに実際に届けること

信半疑という反応もあり，医療現場へ実際にこうが目標であるので，そうしたビジョンを共有できした手法を持ち込むには時間と手間がかかること

る，意欲のある企業ともパートナーとして協力しは容易に想像できた．それでも，データを積み重ながらさらなる研究を進めていきたいと考えていね，コンセプトの発表から始まり，翌年には多数る．

サンプルでの解析結果を加えて発表などするなかで，2018 年には，せん妄を専門として頻回に診る
コンサルテーションリエゾン精神科医の学会である，Academy of Consultation Liaison Psychiatry

なお，本論文に関連して開示すべき利益相反として，著者は Predelix Medical LLC の共同創設者であるが，それに附随する過去の収入はない．

から Dlin/Fischer Clinical Research Award を受

文献賞する栄誉に恵まれた．一歩一歩，研究を進める

1）Boustani, M., Baker, M. S., Campbell, N., et al.：

ことで，このアプローチの有効性を確かめ，医療Impact and recognition of cognitive impairment among

現場での理解を広め，実際の患者の利益になるよhospitalized elders. J Hosp Med, 5（2）；69 75, 2010

うにしたいと考えている．
お わ り に―今後の課題および方向性―
今後の展開としては，アイオワ大学病院でさらに研究参加者を増やし，独立したサンプルで再現することでこのアプローチの有効性を確認することに加え，多施設研究による再現性の確認が必要になる．現在までに，日米の他施設の研究者から，多施設研究への参加希望をうかがっており，実際に始まっている施設もあるので，近いうちにデータの集積を行い報告できるものと期待している．
さらなる感度，特異度の向上のためのアルゴリ
ズム開発についても，今後も研究を進めていく予
定でおり，人工知能や機械学習を用いた取り組みも進んでいる．現在までに得られた中間結果も非常に有望であり，近い将来論文として発表する予

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精神医学のフロンティア：新規開発の二極脳波計を用いた総合病院におけるせん妄の検出
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913

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