JP2006014833A - 脳機能判定システム - Google Patents

Abstract

【課題】 被検査者ごとに要していた装着から検査開始までの準備期間を節約して、複数の被検査者に対する効率的な検査を行う。
【解決手段】 頭皮に接触配置され脳波信号Ｓ１を検出する少なくとも１つの検出部２を備える複数の脳波信号検出手段３と、該脳波信号検出手段３により検出された脳波信号Ｓ１に基づいて脳機能状態を判定する脳機能判定手段７と、各脳波信号検出手段３における検出部２と頭皮との接触状態を判定する接触状態判定手段４と、該接触状態判定手段４により接触状態が良好であると判定された脳波信号検出手段３からの脳波信号Ｓ１を選択して脳機能判定手段７に出力する切替手段５とを備える脳機能判定システム１を提供する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、脳機能判定システムに関するものである。

従来、アルツハイマー病の早期発見を目的として、脳機能状態の解析が行われており、種々の脳機能状態の解析手法が提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照。）。この解析手法は、脳波信号を検出して、その空間的な伝達の滑らかさと、標準偏差とに基づいて判定される。脳神経細胞の活動が正常な場合には、脳波信号は滑らかに伝達され、そのばらつきも少ないが、アルツハイマー病が進行して脳神経細胞の活動が低下すると、脳波信号の空間的な伝達の滑らかさが失われ、その標準偏差が増大していく傾向にある。

このような解析を精度よく行うためには、脳波信号を精度よく検出することが不可欠である。脳波信号は、複数の電極を頭皮に接触させて検出するが、頭髪の存在や、頭の形状の不均一さから、電極と頭皮との確実な接触状態を実現するには、ペーストにより電極を頭皮に接着することが一般的である。しかしながら、ペーストを用いる場合には、検査を開始するまでに要する時間が多大となって、被検査者にかかる負担が大きいとともに、検査後に電極を取り外す際にも、ペーストを剥がすのに洗髪等の作業が必要となり、被検査者にかかる負担が大きいという不都合がある。

一方、ペーストを使用しないペーストレスの脳波信号検出方法も提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。これらの検出方法は、導電性溶液を吸水した状態の繊維片または導電性を与えた含水ゲルを発泡材に含浸させたものをそれぞれ電極として頭皮に接触させる方式のものであり、ペーストを使用しないので装着、取り外しに要する時間が短縮できる利点がある。

株式会社脳機能研究所、「初期アルツハイマー病における脳皮質神経細胞の機能劣化を検出する新しい脳波解析法DIMENSIONについて」、[online]、［平成１６年３月８日検索］、インターネット＜URL: http://www.bfl.co.jp/abst-32.html＞ 株式会社脳機能研究所、「脳皮質神経細胞機能劣化度推定法」、[online]、［平成１６年３月８日検索］、インターネット＜URL: http://www.bfl.co.jp/abst-31.html＞ 特開平１０−１６５３８６号公報（第２頁等） 実開平２−６３８１１号公報（図１等）

しかしながら、電極を頭皮に電気的に接触させる導電性溶液は、迅速に頭皮に浸透しないので、電極を装着した直後に良好な接触状態を達成することは困難である。このため、脳機能の判定精度を向上するためには、電極の装着後検査を開始するまでに、所定の時間を要することになる。脳機能を判定してスクリーニングを行う場合には、短時間に複数の検査を行うことが必要であるが、電極を装着した被検査者ごとに、検査を開始するまでに時間を要したのでは、効率のよいスクリーニングを行うことはできないという不都合がある。特に、ペーストレスの脳波検出方法を採用して、装着時間を低減しても、装着後検査を開始するまでに、被検査者ごとに時間を要したのでは、ペーストレス方式による効率化の効果が低減してしまうことになる。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、被検査者ごとに要していた装着から検査開始までの準備期間を節約して、複数の被検査者に対する効率的な検査を行うことを可能とする脳機能判定システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、頭皮に接触配置され脳波信号を検出する少なくとも１つの検出部を備える複数の脳波信号検出手段と、該脳波信号検出手段により検出された脳波信号に基づいて脳機能状態を判定する脳機能判定手段と、各脳波信号検出手段における検出部と頭皮との接触状態を判定する接触状態判定手段と、該接触状態判定手段により接触状態が良好であると判定された脳波信号検出手段からの脳波信号を選択して脳機能判定手段に出力する切替手段とを備える脳機能判定システムを提供する。

本発明によれば、少なくとも１つの検出部を有する複数の脳波信号検出手段が頭皮に接触配置されると、接触状態判定手段の作動により、検出部と頭皮との接触状態が判定される。接触状態判定手段により、いずれかの脳波信号検出手段の検出部と頭皮との接触状態が良好であると判定されると、切替手段の作動により接触状態が良好な脳波信号検出手段からの脳波信号が選択される。これにより、選択された脳波信号に基づいて脳機能判定手段の作動により脳機能状態が判定される。
すなわち、本実施形態に係る脳機能判定システムによれば、複数の被検査者に対して脳波信号検出手段を頭皮に接触配置し、接触状態が良好であると判定された被検査者に対する検査を開始することで、脳波信号を精度よく検出して、脳機能状態の判定精度を向上することができる。また、当該被検査者に対する検査が終了し次第、次に接触状態が良好であると判定された被検査者に対する検査を即座に行うことができるので、検査の準備に要する時間を短縮することができる。

上記発明においては、装着状態を検出する装着状態検出手段を備え、前記接触状態判定手段が、装着状態検出手段により脳波信号検出手段が頭皮に装着されたことが検出された後、所定時間後に接触状態が良好であると判定することが好ましい。
このようにすることで、特別なセンサを設けることなく、簡易な構成で脳機能状態の判定を精度よく行うことができる。

また、上記発明においては、検出部と頭皮との接触インピーダンスを検出する接触インピーダンス検出手段を備え、前記接触状態判定手段が、接触インピーダンス検出手段により検出された接触インピーダンスに基づいて、接触状態を判定することとしてもよい。

さらに、上記発明においては、脳波信号検出手段により検出された脳波信号に基づいて信号対ノイズ比を算出するＳＮ比算出部を備え、前記接触状態判定手段が、算出された信号対ノイズ比に基づいて接触状態を判定することとしてもよい。
脳波信号検出手段と頭皮との接触状態の良否により算出される信号対ノイズ比が異なるので、ＳＮ比算出部の作動により信号対ノイズ比を算出し、脳波信号検出手段と頭皮との接触状態を判定することにより、他の特別なセンサを設けることなく、脳機能状態の判定精度を向上することができる。

また、上記発明においては、脳波信号検出手段により検出された脳波信号に基づいてα波の振幅値を算出する振幅値算出部を備え、前記接触状態判定手段が、算出されたα波の振幅値に基づいて接触状態を判定することとしてもよい。
脳波信号検出手段と頭皮との接触状態の良否により、算出されるα波の振幅値が変動するので、振幅値算出手段の作動により算出したα波の振幅値に基づいて接触状態を判定することにより、他の特別なセンサを設けることなく脳機能状態の判定精度を向上することができる。

また、上記発明においては、前記接触状態判定手段により接触状態が良好であると判定された脳波信号検出手段を報知する報知手段を備えることとしてもよい。
報知手段の作動により接触状態が良好であるとの判定結果が報知されることにより、オペレータが検査開始可能な被検査者を認識することができる。オペレータは報知に従って、被検査者を切り替えることにより、準備に要する時間を短縮して、検査の効率化を図ることができる。

本発明によれば、被検査者ごとに要していた装着から検査開始までの準備期間を節約して、複数の被検査者に対する効率的な検査を行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る脳機能判定システム１について、図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る脳機能判定システム１は、主に、アルツハイマーのスクリーニングに利用されるシステムであって、図１に示されるように、複数、例えば、２人の被検査者Ａの頭皮に接触配置される複数の電極２を備えた脳波信号検出部３と、各脳波信号検出部３に接続され、それぞれの脳波信号検出部３において検出された電気信号（脳波信号）Ｓ１に基づいて、電極２の頭皮への接触状態を判定する接触状態判定部４と、これら接触状態判定部４からの判定結果Ｓ２に基づいて、検査すべき電気信号Ｓ１を選択する切替部５と、切替部５から選択的に出力されたいずれかの脳波信号検出部３からの電気信号Ｓ１を脳波信号Ｓ３として出力する脳波計本体６と、脳波計本体６から出力された脳波信号Ｓ３に基づいて脳機能状態を判定する脳機能判定部７と、判定結果Ｓ４を出力するモニタ８とを備えている。

前記電極２としては、図１では図示の容易のために５個の電極２が示されているが、通常は２１個の電極２が用いられる。
前記接触状態判定部４は、例えば、脳波信号検出部３からの電気信号Ｓ１の入力開始を検出する装着状態検出手段（図示略）を備えていて、入力開始が検出されたことをトリガーとして計時開始するタイマーにより構成されている。接触状態判定部４は、所定の時間、例えば、５分間が経過したときに、接触状態が良好であるとの判定信号Ｓ２を出力するようになっている。

前記切替部５は、前記脳波信号検出部３および接触状態判定部４に接続され、接触状態判定部４からの判定結果Ｓ２に基づいて、いずれの脳波信号検出部３からの電気信号Ｓ１を脳波計本体６に出力するかを決定するようになっている。すなわち、接触状態判定部４からの判定信号Ｓ２が切替部５に入力されると、先に接触状態が良好であると判定された脳波信号検出部３からの電気信号Ｓ１を脳波計本体６に出力するようになっている。

また、脳機能判定部７は、脳波計本体６から出力された脳波信号Ｓ３を入力され、脳波信号Ｓ３に基づいて脳機能状態を判定し判定信号Ｓ４を出力するようになっている。具体的には、脳波の空間的な伝達の滑らかさを示すＤα値と、その標準偏差（すなわち、時間的なゆらぎ）Ｄσ値とを算出する。Ｄα値とＤσ値との関係は、図２に示す通りである。算出されたＤα値とＤσ値を図６に示すグラフ上にプロットすることにより、被検査者Ａがアルツハイマー病であるか、正常であるか、それらの境界であるか、あるいは、どの程度の進行状態であるかが判定できるようになっている。そして、その判定結果Ｓ４はモニタ８に出力されて表示されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る脳機能判定システム１によれば、接触状態判定部４の作動により、脳波信号検出部３の各電極２と頭皮との接触状態が判定される。電極２をペーストにより頭皮に接着する場合、および、ペーストを使用せず含浸した電解液によって電極２と頭皮との導通状態を達成するペーストレスの場合のいずれにおいても、ペーストあるいは電解液が頭皮と馴染むまでにある程度の時間を要するので、接触状態が良好であると判定された後に、脳機能解析を行うことにより、脳機能状態を精度よく判定することができる。また、接触状態が良好となる前に検査が開始されてしまうことにより、脳機能状態の解析精度が低下し、あるいは検査が無駄になることを未然に防止することができる。

また、２人以上の被検査者Ａに対して接触状態の判定を開始することができるので、最初に接触状態が良好と判定された被検査者Ａに対する検査中に、他の被検査者Ａの脳波信号検出部３と頭皮との接触状態を良好な状態にして待機させておくことができる。その結果、一の被検査者Ａの検査終了後に他の被検査者Ａの接触状態が良好となるまで待つ時間を節約することができ、効率的な検査を行うことができるという効果がある。

なお、本実施形態に係る脳機能判定システム１においては、接触状態判定部４としてタイマーにより、脳波信号検出部３からの電気信号Ｓ１の入力開始から所定時間が経過したことをもって接触状態が良好になったものと判定したが、これに代えて、接触状態判定部４においては、電極２と頭皮との接触インピーダンスを求め、あるいは、電気信号Ｓ１内の信号対ノイズ比を求め、あるいは、電気信号Ｓ１をスペクトル解析することにより得られるα波成分における振幅値を求めることで、接触状態の良否判定を行うことにしてもよい。
これらの方法によれば、他の特別なセンサ等を使用することなく、電極２により得られた電気信号Ｓ１に基づいて接触状態を求めるので、装置のコンパクト化、低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態においては、切替部５として、マルチプレクサあるいはリレースイッチを用いることにすればよい。また、タイマーとしては、例えば５分間を例に挙げて説明したが、これに代えて、他の時間をしきい値として設定してもよい。

また、上記実施形態においては、接触状態判定部４からの出力信号Ｓ２を切替部５に入力して、切替部５が自動的に、脳波解析を行う電気信号Ｓ１を選択的に切り替えることとしたが、これに代えて、図３に示されるように、接触状態判定部４からの判定結果Ｓ２を表示する接触状態表示部１０をそれぞれ設けることにしてもよい。接触状態表示部１０としてはモニタの他、ＬＥＤ等でもよい。

接触状態表示部１０に、接触状態の良否が表示されると、これを見たオペレータが切替部５を手動操作して、どちらかの脳波信号検出部３からの電気信号Ｓ１を選択的に切り替えることができる。接触状態表示部１０には、接触状態が良好であると判定された時刻や順位を示す表示を併せて示すことにしてもよい。
また、接触状態表示部１０に代えて、接触状態が良好であることを音声により示す報知手段を採用してもよい。

また、図４に示されるように、複数の脳波信号検出部３の検出部２からの電気信号Ｓ１をそれぞれ別個の接触状態判定部４に入力して接触状態を判定する一方、それぞれ別個の脳波計本体にも入力して脳波信号Ｓ３をそれぞれ出力させておき、接触状態判定部４から送られてくる装着状態に基づいて、切替部５を作動させて、脳波解析を行う脳波信号３を選択的に切り替えることとしてもよい。

［付記］
なお、これらの実施形態から以下構成の発明が導かれる。
後述する付記項１から付記項１９の発明は、脳機能スクリーニング検査を効率化し、脳機能判定精度を向上させる脳機能判定システムを提供することを目的とする。

１． 少なくとも１つの検出部からなる第１脳波信号検出手段と、
少なくとも１つの検出部からなる第２脳波信号検出手段と、
第１脳波信号検出手段の第１被検査者への装着状態を検知する第１装着検知手段と、
第２脳波信号検出手段の第２被検査者への装着状態を検知する第２装着検知手段と、
第１および第２装着検知手段が検知する装着状態に応じて、第１あるいは第２脳波信号検出手段の検出部からの脳波信号の内のいずれか一方を選択する切替手段と、
検出部からの脳波信号を増幅し、ディジタル変換する脳波計と、
脳波計からの脳波信号を解析して脳機能状態を判定する脳機能判定手段とを備える脳機能判定システム。
付記項１の発明によれば、切替手段の作動により、脳波信号を検出する脳波信号検出手段を自動的に切り替えることができ、オペレータの負荷を軽減することができる。

２． 少なくとも１つの検出部からなる第１脳波信号検出手段と、
少なくとも１つの検出部からなる第２脳波信号検出手段と、
第１脳波信号検出手段の第１被検査者への装着状態を検知する第１装着検知手段と、
第２脳波信号検出手段の第２被検査者への装着状態を検知する第２装着検知手段と、
第１および第２装着検知手段が検知する装着状態に応じて、第１あるいは第２脳波信号検出手段の検出部からの脳波信号の内のいずれか一方を選択する切替手段と、
第１装着検知手段の装着状態を提示する第１装着状態提示手段と、
第２装着検知手段の装着状態を提示する第２装着状態提示手段と、
検出部からの脳波信号を増幅し、ディジタル変換する脳波計と、
脳波計からの脳波信号を解析して脳機能状態を判定する脳機能判定手段とを備える脳機能判定システム。
付記項２の発明によれば、装着状態提示手段により提示された装着状態を確認して、オペレータが手動で切替手段を作動させて脳波信号を検出する脳波信号検出手段を切り替えることが可能となる。

３． 少なくとも１つの検出部からなる第１脳波信号検出手段と、
少なくとも１つの検出部からなる第２脳波信号検出手段と、
第１脳波信号検出手段の第１被検査者への装着状態を検知する第１装着検知手段と、
第２脳波信号検出手段の第２被検査者への装着状態を検知する第２装着検知手段と、
第１脳波信号検出手段からの脳波信号を増幅し、ディジタル変換する第１脳波計と、
第２脳波信号検出手段からの脳波信号を増幅し、ディジタル変換する第２脳波計と、
第１および第２装着検知手段が検知する装着状態に応じて、第１あるいは第２脳波計からの脳波信号の内のいずれか一方を選択する切替手段と、
切替手段からの脳波信号を解析して脳機能状態を判定する脳機能判定手段とを備える脳機能判定システム。
装着検出部ごとに脳波計が用意されるので、複数被検査者の脳波データの混在を防止することができる。

４． 切替手段は、第１あるいは第２装着検知手段のいずれか一方で検知した装着有効状態が所定時間保持された後、該装着検知手段からの脳波信号のみを脳波計に伝達するよう切り替え、
さらに、該装着検知手段が装着無効状態でかつ他方の装着検知手段で検知した装着有効状態が所定時間保持された後、他方の装着検知手段からの脳波信号のみを脳波計に伝達するよう切り替える付記項１に記載の脳機能判定システム。

５． 切替手段は、第１あるいは第２装着検知手段のいずれか一方で検知した装着有効状態が所定時間保持された後、該装着検知手段に対応する脳波計からの脳波信号のみを出力するよう切り替え、
さらに、該装着検知手段が装着無効状態でかつ他方の装着検知手段で検知した装着有効状態が所定時間保持された後、他方の装着検知手段に対応する脳波計からの脳波信号のみを出力するよう切り替える付記項３に記載の脳機能判定システム。

６． 切替手段がマルチプレクサを含む付記項４または付記項５に記載の脳機能判定システム。
７． 切替手段がリレースイッチを含む付記項４または付記項５に記載の脳機能判定システム。
８． 検知した装着有効状態を保持する所定時間が、約５分である付記項４または付記項５に記載の脳機能判定システム。

９． 第１および第２装着検出手段が、第１および第２脳波信号検出手段の検出部と頭皮との接触状態に基づいて装着状態を検出する付記項１から付記項３のいずれかに記載の脳機能判定システム。
１０． 接触状態が接触インピーダンスである付記項９に記載の脳機能判定システム。
１１． 接触状態が信号対ノイズ比である付記項９に記載の脳機能判定システム。
１２． 接触状態がα波の振幅値である付記項９に記載の脳機能判定システム。

１３． 切替手段が、第１あるいは第２装着検知手段のいずれか一方で検知した装着状態に応じて手入力で切替可能な入力部を有する付記項１から付記項３のいずれかに記載の脳機能判定システム。
１４． 前記入力部が、機械的な切替スイッチからなる付記項１３に記載の脳機能判定システム。
１５． 前記入力部が、機械的な切替スイッチと電気的制御を行う切替制御部とからなる付記項１３に記載の脳機能判定システム。

１６． 第１および第２装着状態提示手段は装着状態を表示する第１および第２表示手段である付記項２に記載の脳機能判定システム。
装着状態の表示により、オペレータが表示を確認して、オペレータの判断で手動で脳波信号検出手段を切り替えることができる。
１７． 第１および第２装着状態提示手段は装着状態を音声出力する第１および第２音声出力手段である付記項２に記載の脳機能判定システム。
音声で装着状態を確認でき、脳波計や脳機能判定のモニタを注視することができる。

１８． 少なくとも１つの検出部からなる少なくとも１つの脳波信号検出手段と、
脳波信号検出手段の複数の被検査者への装着状態を検知する少なくとも１つの装着検知手段と、
装着検知手段が検知する装着状態に応じて、脳波信号検出手段の検出部からの脳波信号のうちのいずれか１つを選択する切替手段と、
検出部からの脳波信号を増幅し、ディジタル変換する脳波計と、
脳波計からの脳波信号を解析して脳機能状態を判定する脳機能判定手段とを備える脳機能判定システム。
オペレータの判断で手動で切替手段を作動させて脳波信号検出手段を切り替えることができる。

１９． 少なくとも１つの検出部からなる少なくとも１つの脳波信号検出手段と、
脳波信号検出手段の複数の被検査者への装着状態を検知する少なくとも１つの装着検知手段と、
脳波信号検出手段からの脳波信号を増幅し、ディジタル変換する少なくとも１つの脳波計と、
装着検知手段が検知する装着状態に応じて、脳波計からの脳波信号のうちのいずれか１つを選択する切替手段と、
切替手段からの脳波信号を解析して脳機能状態を判定する脳機能判定手段とを備える脳機能判定システム。
装着検出手段ごとに脳波計が用意されるので、複数被検査者の脳波データの混在を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る脳機能判定システムを示す全体構成図である。 図１の脳機能判定システムの脳機能解析に用いるグラフを示す図である。 図１の脳機能判定システムの変形例を示す全体構成図である。 図１の脳機能判定システムの他の変形例を示す全体構成図である。

符号の説明

Ａ 被検査者
Ｓ１ 電気信号（脳波信号）
１ 脳機能判定システム
２ 電極（検出部）
３ 脳波信号検出部（脳波信号検出手段）
４ 接触状態判定部（接触状態判定手段）
５ 切替部（切替手段）
７ 脳機能判定部（脳機能判定手段）
１０ 接触状態表示部（報知手段）

Claims (6)

1. 頭皮に接触配置され脳波信号を検出する少なくとも１つの検出部を備える複数の脳波信号検出手段と、
   該脳波信号検出手段により検出された脳波信号に基づいて脳機能状態を判定する脳機能判定手段と、
   各脳波信号検出手段における検出部と頭皮との接触状態を判定する接触状態判定手段と、
   該接触状態判定手段により接触状態が良好であると判定された脳波信号検出手段からの脳波信号を選択して脳機能判定手段に出力する切替手段とを備える脳機能判定システム。
2. 装着状態を検出する装着状態検出手段を備え、
   前記接触状態判定手段が、装着状態検出手段により脳波信号検出手段が頭皮に装着されたことが検出された後、所定時間後に接触状態が良好であると判定する請求項１に記載の脳機能判定システム。
3. 検出部と頭皮との接触インピーダンスを検出する接触インピーダンス検出手段を備え、
   前記接触状態判定手段が、接触インピーダンス検出手段により検出された接触インピーダンスに基づいて、接触状態を判定する請求項１に記載の脳機能判定システム。
4. 脳波信号検出手段により検出された脳波信号に基づいて信号対ノイズ比を算出するＳＮ比算出部を備え、
   前記接触状態判定手段が、算出された信号対ノイズ比に基づいて接触状態を判定する請求項１に記載の脳機能判定システム。
5. 脳波信号検出手段により検出された脳波信号に基づいてα波の振幅値を算出する振幅値算出部を備え、
   前記接触状態判定手段が、算出されたα波の振幅値に基づいて接触状態を判定する請求項１に記載の脳機能判定システム。
6. 前記接触状態判定手段により接触状態が良好であると判定された脳波信号検出手段を報知する報知手段を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の脳機能判定システム。

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