JPH1176185A - 大脳誘発電位診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被験者の精神神経科疾患を含む疾患の有無、
あるいは当該被験者の罹患している精神神経科疾患を含
む疾患の種類を、体性感覚誘発電位、視覚性誘発電位お
よび聴覚性誘発電位などの大脳誘発電位の測定結果に基
づき高い検出率で診断する。 【解決手段】 各被験者から記録された体性感覚誘発電
位、視覚性誘発電位および聴覚性誘発電位の波形につい
て、Wavelet 関数、特にHarr Wavelet関数により固有値
分解し、その数値を波形のWavelet 値とし、これらのWa
velet 値を、正常者、精神分裂病、躁鬱病、てんかん等
の各被験者群の間で計測しその差異を統計検定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大脳誘発電位を用
いて精神分裂病、躁鬱病、てんかん等の精神神経科疾患
を含む疾患を診断する診断装置に関するもので、詳しく
は被験者（又は患者）から記録された体性感覚誘発電
位、視覚性誘発電位および聴覚性誘発電位などの大脳誘
発電位の波形から、当該被験者の疾患の有無、あるいは
当該被験者（患者）の罹患している、精神神経科疾患を
含む疾患を診断する診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大脳誘発電位の測定波形は、例えば、高
血圧性脳出血、脊髄空洞症、脳内血腫など神経系の疾患
を特定するために広く用いられており、精神神経科疾患
を含む疾患の診断への応用も試みられている。

【０００３】大脳誘発電位は電気、視覚、音などの感覚
刺激を生体に与え、感覚受容器を経由し脳幹、大脳で誘
発される微小電位変化のことで、それを誘発する刺激に
よって、体性感覚誘発電位（Somatosensory Evoked Pot
ential：ＳＥＰ）、視覚性誘発電位（Visual Evoked Po
tential ：ＶＥＰ）、および聴覚性誘発電位（Auditory
Evoked Potential ：ＡＥＰ）などがある。

【０００４】体性感覚誘発電位は、例えば上肢の正中神
経を、刺激電極を介してパルス電流で刺激したときに、
その刺激への反応が神経を上行して大脳に誘発される電
位である。このため上腕神経叢から大脳皮質に到るま
で、および中枢神経の病変の診断に利用されている。視
覚性誘発電位は、目を光刺激装置で刺激したときに、そ
の刺激への反応として大脳に誘発される電位である。通
常、例えば視覚神経路の障害の検査に利用されている。
聴覚性誘発電位、例えば耳を音響刺激装置を介してクリ
ック、トーンバースト等の音刺激を与えた時に、その刺
激への反応として大脳に誘発される電位である。聴覚機
能の客観的検査として用いられ、また脳幹内の聴覚伝導
路の活動が頭皮上から記録できるので、例えば脳幹の機
能状態を捉えることができる。

【０００５】これらの大脳誘発電位は、頭皮上の記録電
極を介して記録される。そして、人体の内外からのノイ
ズを除くために、複数回の測定結果を加算平均してSign
al／Noise 比の高いアベレージ波形として記録される。
このように複数回の測定結果を加算平均してSignal／No
ise 比を高めて記録された大脳誘発電位も、被験者の個
人差、記録条件の差異によって、なおバラツキの大きい
波形である。

【０００６】従来の大脳誘発電位記録装置は、記録され
たこれらの大脳誘発電位、即ち、体性感覚誘発電位、視
覚性誘発電位および聴覚性誘発電位などを、アナログ波
形としてＣＲＴやサーマルアレイレコーダなどにより表
示し、さらにアナログ波形やディジタルのデータとして
随時外部装置へ出力する。また、測定データは、加算、
減算、スムージング、スーパーインポーズ、高速フーリ
エ変換による周波数分析などの波形処理により、また各
波形成分の潜時や振幅などの詳細な波形計測が行えるよ
うに、より観察し易いデータとして提供される。

【０００７】大脳誘発電位、即ち、体性感覚誘発電位、
視覚性誘発電位および聴覚性誘発電位などの波形は、脳
血管障害や脳腫瘍など、当該神経路に障害を及ぼす疾患
によって異常を呈するものであり、医師がかかる精神神
経科疾患の有無を判断するに当たって、かかる大脳誘発
電位の波形を直接目視により観察し、またはデータ処理
装置による波形解析の結果を見て、疾患の有無、病巣の
所在を判断している。波形成分の分析は、通常、注目す
る波形成分の潜時、成分間の伝導時間、および各成分の
振幅の観察、さらに特定の成分の有無などにより行われ
る。波形の陽性成分および陰性成分がともに観察の対象
となる。しかしながら、まだ器質的病変が認められない
精神分裂病や躁鬱病、多様な病因や病変をもつてんかん
等についてはそれらの大脳誘発電位の差異について、波
形解析による報告はあるが、一般的に認められているも
のはない。まして、個人間で大きなバラツキを持つ大脳
誘発電位の波形を医師が目視して、それらの波形からこ
れらの疾患の有無を判断し診断するなどは、医師の目視
による主観的な判断能力の限界を超えるものであった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の、このような大
脳誘発電位の目視による判断は、医師の個人的判断に依
存するため、医師間で判断が相違する場合が生ずるとい
う問題点があった。脳血管障害や濃腫瘍などを診断する
場合にも、大脳誘発電位の波形の異常は、特定の出血
部、腫瘍部等からの特異な信号としてその疾患、あるい
はその疾患部位に規則的に対応して現われるわけではな
く、複数の要因に基づいて複数の波形成分に発生した異
常に基づき、その疾患に特有の異常を抽出して総合的に
判断する必要があるため、同じ医師においても判断にバ
ラツキが生ずる可能性があるという問題点があった。さ
らに大きな個人差の中に埋没している精神分裂病や躁鬱
病、てんかん等の大脳誘発電位の波形の差異を判断する
ことは、医師の目視による主観的な判断の限界を超える
ものであり、データ処理装置による波形解析の結果か
ら、疾患の有無、疾患の種類を判断することも、まだ試
行の段階にあった。

【０００９】人為的判断のバラツキを改善するため、お
よび主観的な目視による判断の限界を超えて大脳誘発電
位の波形の異常を特定するためには、観測された波形を
デジタル化しパターン認識することが従来より行われて
いる。信号波形のパターン認識には、例えば、観測波形
から高速フーリエ変換を利用してスペクトルパターンを
抽出し標準的なパターンと比較する方法、特に、時間軸
上のある部分的な空間のみを取出し短時間のスペクトル
を求める方法、信号の相互の順序関係を崩さずに波形を
局所的に伸縮しつつ比較する伸縮マッチング法、線形予
測係数（LinearPrediction Coefficient ：ＬＰＣ）を
求める方法、およびテンプレートマッチングなどを用い
ることができる。しかし、上記一般的なパターン認識技
術では、主要な波形パターンの特徴を抽出し識別するこ
とは容易であっても、本願の目的とするような、その信
号の特徴を示す正常者のパターンに付加される比較的振
幅の小さい多種類の異常パターンの特徴を抽出し、その
異常パターンの組合わせから総合的な判断を必要とする
精神神経科的疾患の有無を高い精度で識別することは困
難ないしは不可能であった。

【００１０】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、被験者の精神神経科疾患を含む疾患の有
無、あるいは当該被験者の罹患している精神神経科疾患
を含む疾患の種類を、体性感覚誘発電位、視覚性誘発電
位および聴覚性誘発電位などの大脳誘発電位の測定結果
に基づき、高い検出率で診断できる診断装置を提供する
ことを、その目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、各被験者から
記録された大脳誘発電位、即ち、体性感覚誘発電位、視
覚性誘発電位および聴覚性誘発電位の波形について、Wa
velet 関数、特にHarrWavelet関数により固有値分解
し、その数値を波形のWavelet 値とし、これらのWavele
t 値を、正常者、精神分裂病、躁鬱病、てんかん等の各
被験者群の間で計測し、その差異をｔ−検定により統計
検定するものである。

【００１２】本発明は精神神経科疾患等の所定の疾患を
罹患する患者の示す所定の各感覚に対する大脳誘発電位
の波形についてWavelet 関数を用いて処理した第１の処
理値を記録する記録手段と、被験者の所定の感覚を刺激
する手段と、前記所定の刺激により誘発された各大脳誘
発電位を測定する手段と、前記測定された各大脳誘発電
位の波形をWavelet 関数を用いて処理しその結果得られ
た第２の処理値を記録する手段と、前記第１の処理値と
対応する前記第２の処理値を比較する手段と、前記比較
結果に基づき当該被験者の疾患の有無あるいは当該被験
者の罹患している精神神経科疾患を含む疾患の種類を出
力する手段を具備する診断装置である。そして、前記所
定の各感覚の刺激による誘発電位は体性感覚誘発電位、
視覚性誘発電位および聴覚性誘発電位のいずれか、また
は体性感覚誘発電位、視覚性誘発電位および聴覚性誘発
電位のうち少なくとも２つの組み合わせである診断装置
であり、前記各大脳誘発電位の波形をWavelet 関数を用
いて処理する手段は、測定された各大脳誘発電位の波形
とWavelet 関数との合成積を数値積分する手段と各階層
のWavelet 値を決定する手段を含むことを特徴とする診
断装置であり、前記Wavelet 関数はHarr Wavelet関数で
あることを特徴とする診断装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。なお、以
下説明する実施の形態は本発明の実施の１例を示すもの
に過ぎず、本発明の実施には、本発明の範囲内において
行われる多様の実施が含まれることはいうまでもない。

【００１４】本発明の大脳誘発電位診断装置は、各被験
者から、大脳誘発電位記録手段によってディジタル信号
として記録されたこれらの大脳誘発電位、即ち体性感覚
誘発電位、視覚性誘発電位および聴覚性誘発電位の波形
を、さらにHarr Wavelet関数を利用して判別関数により
信号処理し、当該被験者の大脳誘発電位により当該被験
者の疾患の有無、あるいは当該被験者の罹患している精
神神経科疾患を含む疾患の種類を、高い検出率で診断で
きる診断装置を提供するものである。本発明において上
記３種類の大脳誘発電位うち任意の１種類を又は２種類
の組合せを用いて診断することも可能である。しかし、
好ましくは上記３種類の組合せを用いることにより精度
の高い診断を行うことができる。

【００１５】このように構成された本発明による診断装
置を図１、乃至図６に基づいて説明する。まず大脳誘発
電位として体性感覚誘発電位、視覚性誘発電位および聴
覚性誘発電位の３種類の誘発電位を測定する。

【００１６】体性感覚誘発電位の測定は、例えば、上肢
の正中神経を、感覚刺激手段である刺激電極１を介して
パルス電流で刺激し、その刺激への反応が神経を上行し
て大脳を刺激し大脳に誘発される電位を誘発電位測定手
段により測定することにより行う。正常者の波形には例
えば刺激から40msec以内に出現する短潜時ＳＥＰと40ms
ec以降に出現する中〜長潜時ＳＥＰとがある。患者の波
形はこれにその疾病特有の波形が重畳されて出力され
る。

【００１７】視覚性誘発電位の測定は、目を感覚刺激手
段である光刺激装置２（フラッシュ・ライト、またはＬ
ＥＤ内蔵ゴーグルなど）で刺激し、その刺激への反応と
して大脳に誘発される電位を誘発電位測定手段により測
定する。約500msec 以内に反応波形が認められる。

【００１８】聴覚性誘発電位の測定は、例えば耳を感覚
刺激手段である音刺激装置３（スピーカーまたはイヤホ
ーン）を介してクリック、トーンバースト等の音刺激を
与えた時に、その刺激への反応として大脳に誘発される
電位を誘発電位測定手段により測定する。聴覚性誘発電
位は、潜時の短いものから長いものまで数多くの成分を
含んでいる。

【００１９】これらの大脳誘発電位は、頭皮上の記録電
極４を介して記録される。記録電極４は例えば大脳皮質
の各感覚領域付近、頭頂部傍矢状線上、後頭部、頭頂な
ど測定される誘発電位の種類に応じて最適の場所に設置
される。必要な場合記録電極は複数箇所に設置される。

【００２０】記録電極４は大脳誘発電位記録手段５と接
続されており大脳誘発電位は記録手段５に記録される。
大脳誘発電位記録手段５は記録されたこれらの大脳誘発
電位、即ち体性感覚誘発電位、視覚性誘発電位および聴
覚性誘発電位をディジタルデータに変換する。その後、
人体の内外からのノイズ、例えば背景脳波など刺激とは
因果関係のない電位変化を除くために、一般的には大脳
誘発電位記録手段５の中で、通常、約１００回の測定結
果を加算平均して、Signal／Noise 比の高いアベレージ
波形として記録する。一般には、誘発電位の方がノイズ
より振幅が小さいことが多く、刺激を与えた時間でトリ
ガーして記録された誘発電位の１００回程度の加算を必
要とする。

【００２１】それぞれ加算平均化された上記３種類の誘
発電位は大脳誘発電位診断手段６に送られる。大脳誘発
電位診断手段６は、診断のための論理演算および数値計
算その他の処理を行うコンピュータ手段および演算およ
び計算結果などの記録手段（図示せず）、そして診断過
程および診断結果などを表示するＣＲＴ、プリンターを
具備する。

【００２２】大脳誘発電位診断手段６による診断処理は
Wavelet関数、さらに望ましくはHarr Wavelet関数を用
いて次の手順で実施される。ここで、 Wavelet関数ψ
（ｘ）は、時間的、周波数的に局在した特有の基底関数
であり、一般的に図２ａのように表現される。即ち、平
均値が零で原点ｘ＝０のまわりにΔｘの幅で局在する関
数であり、そのフーリエ変換は、図２ｂに示すようにΩ
＝（Ω_L ＋Ω_H ）／２を中心にΔΩ＝Ω_L −Ω_H で局在
する関数である。また、以下の実施例に用いたHarr Wav
elet関数は図２ｃのように表現される関数である。

【００２３】ここで、ここでψ（ｘ）について、実数ａ
とｂを用いて、下記 Wavelet基底関数ψ_ab（ｘ）を定義
する。

【００２４】 ψ_ab（ｘ）＝（１／｜ａ｜^1/2 ）・ψ（（ｘ−ｂ）／ａ） (1) ここで、ａはψ（ｘ）を拡大・縮小するスケール係数で
あり、ｂは時間的な移動量を決定するシフト係数であ
る。そして、｜ａ｜^1/2 は正規化のための係数である。

【００２５】次に、誘発電位の測定結果である波形を示
す時間に関する信号ｆ（ｘ）と、 Wavelet基底関数ψ_ab
（ｘ）の内積として、下記のように関数（Ｗψ_n ｆ）
（ｂ，ａ）を定義する。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここでψ_n は階数ｎの Wavelet関数であ
る。

【００２８】Harr Wavelet関数を用いて、単一正弦波の
時間周波数解析を行った結果を、図３に示す。図３ａは
Spline ｍ＝４の場合であり、図３ｂはSpline ｍ＝２
の場合である。ｊ＝−０は分析対象の単一正弦波であ
り、ｊ＝−１〜−５は各階層について得られた Wavelet
値である。

【００２９】本発明は式(2) を用いて大脳誘発電位のう
ち体性感覚誘発電位、視覚性誘発電位および聴覚性誘発
電位のいずれかまたはこれらの組合わせにより波形分析
を行うものである。

【００３０】本実施例では、特に、分析を容易にするた
めHarr Wavelet関数を用いて大脳誘発電位波形の波形分
析を行った。分析手順を以下に示す。

【００３１】図４は、Harr Wavelet関数を用いた大脳誘
発電位の波形分析のフローチャートである。このフロー
チャートのうち、各階数の Wavelet値の決定の部分のフ
ローチャートを図５に示す。各階数の Wavelet値の決定
は、 Wavelet関数により大脳誘発電位の波形ｆ（ｘ）を
固有値に分解することにより行う。

【００３２】まず、大脳誘発電位の各波形のデータ値ｆ
（ｘ）とHarr Wavelet関数｛Ｈ_n ｝との合成積を下記の
式 ｆ（ｘ）Ｈ_n （（ｘ−ｂ）／ａ） (3) を用いて数値積分する。その積分値を、各解像度での W
avelet値とする。各数値ａ，ｂ，ｘは、正の実数であ
り、これは、各階数でのHarr Wavelet関数による固有値
分解を与えている。この数値は、各解像度での誘発電位
波形を定量的に表すものである。解像度は例えば６〜１
４程度でも解析可能であるが、解析精度と解析時間の関
係から特に１０程度とするのが実際的である。本実施例
では、解像度を１０とした。この数値の組を、各波形の
Wavelet値という。したがって大脳誘発電位の各波形の
Wavelet値は１０個の数値の組である。

【００３３】次に Wavelet値の統計解析を行う。解析実
行に先だって、精神分裂病、躁鬱病、てんかん等の診断
すべき精神神経科疾患、および正常者のそれぞれのサン
プルの体性感覚誘発電位、視覚性誘発電位および聴覚性
誘発電位について、上記の計算処理をそれぞれ行い、上
記各疾患および正常者のサンプル標準値として１０階数
の Wavelet値をそれぞれ決定し記録しておく。

【００３４】被験者から測定された各波形の１０個の数
値の組からなる Wavelet値を決定し記録し、精神分裂
病、躁鬱病、てんかん等の精神神経科疾患患者、および
正常被験者の誘発電位から求められた上記１０階数の W
avelet値と比較する。比較は、例えば、各解像度の Wav
elet値に対して、その個々の Wavelet値の差の２乗和を
指標として、平均値及び標準偏差を計算する統計処理に
より行う。統計処理は、精神分裂病、躁鬱病、てんかん
等、および正常者の各被験者群ごとに、その各解像度１
０組ごとの Wavelet値の平均、標準偏差を計算するもの
で、この処理により被験者群間での有意差を求める。

【００３５】以上の統計解析により、各疾患群での Wav
elet値の分布を求める。

【００３６】次に、各被験者群における Wavelet値の分
布から、精神分裂病、躁鬱病、てんかん、正常者等の特
定（診断）を行う。特定の方法としては種々の方法が考
えられるが、例えば、図６に示すように各波形の各階数
の Wavelet値の分布から、各被験者群で、ｔ−検定によ
り、９５％の信頼区間に入るものの数が一番多いもの
を、その波形の疾患（または正常）と診断することによ
り行う。なお、この９５％の信頼区間は、あらかじめ標
準的な疾患群の患者、および正常被験者群のサンプルを
取り、各被験者群１０組の Wavelet値のそれぞれについ
て標本平均と標本分散を計算して作成しておく。

【００３７】診断の一例を以下に述べる。例えばある被
験者の１０組の Wavelet値のうち、精神分裂病群に６組
が該当し、てんかん患者群に３組が該当し、正常群に１
組が該当するという場合には、この被験者は精神分裂病
群に該当すると診断する。もし該当数が同数の場合に
は、各１０組の Wavelet値と、各疾患群の標準から、先
に計算しておいた標本平均値との差の２乗和の差の小さ
い方をその被験者の診断とする。

【００３８】当該被験者の大脳誘発電位についての上記
診断の結果をＣＲＴ上に表示しさらにプリンターにより
印字する。

【００３９】以上の方法による診断を正常者（男性１０
０人、女性１００人）、精神分裂病の患者（男性１００
人、女性８１人）、躁鬱病の患者（男性２０人、女性２
０人）、およびてんかんの患者（男性９９人、女性６５
人）について実施した結果、下記の検出率が得られた。

【００４０】 正常者 精神分裂病 躁鬱病 てんかん 男子 ８８％ ８４％ ７５％ ８６％ 女子 ８６％ ８４％ ８０％ ８７％ この検出率は大脳誘発電位の測定結果からのみ得られる
検出率としては極めて高い検出率であり、上記診断方法
が精神分裂病、躁鬱病、およびてんかんの診断方法とし
て臨床的に十分利用できる値であることを示している。

【００４１】以上、大脳誘発電位の波形をWavelet 解析
を利用した信号処理により、被験者の疾患の有無、ある
いは被験者の罹患している精神神経科疾患を含む疾患の
種類を検出（診断）する実施の態様について説明した
が、ここに記載された本発明の実施の態様は単なる例示
であり、本発明の技術的範囲を逸脱せずに、種々の変形
が可能であることはいうまでもない。

【００４２】

【発明の効果】本発明により、高い検出率で、当該被験
者について精神神経科疾患を含む疾患の有無、あるい
は、当該被験者の罹患している疾患の種類を診断するこ
とが、初めて可能となった。

【００４３】従来の各医師による大脳誘発電位の波形の
目視による診断に比較して、医師間の判断の個人差を少
なくすると共に、判断の確度を著しく高めることできる
などの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の大脳誘発電位診断装置を示す
ブロック図。

【図２】Wavelet 関数およびHarr Wavelet関数を示す図

【図３】Wavelet 関数による単一正弦波の解析例

【図４】本発明の大脳誘発電位診断装置による診断処理
のフローチャート図

【図５】Wavelet値の計算のフローチャート図

【図６】Wavelet値による判別のフローチャート図

【符号の説明】

１…刺激電極 ２…光刺激装置 ３…音刺激装置 ４…記録電極 ５…大脳誘発電位記録手段 ６…大脳誘発電位診断手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 精神分裂病、躁鬱病、てんかんなど精神
   神経科疾患を含む所定の各疾患を罹患する患者群、およ
   び正常被験者群の示す所定の各感覚に対する各大脳誘発
   電位の波形についてWavelet 関数を用いて処理した第１
   の処理値を記録する記録手段と、 被験者の所定の各感覚を刺激する手段と、 前記刺激により誘発された各大脳誘発電位を測定する手
   段と、 前記測定された各大脳誘発電位の波形をWavelet 関数を
   用いて処理しその結果得られた第２の処理値を記録する
   手段と、 前記第１の処理値と対応する前記第２の処理値とを比較
   する手段と、 前記比較結果に基づき当該被験者の疾患の有無あるいは
   当該被験者の罹患している精神神経科疾患を含む疾患の
   種類を出力する手段を具備することを特徴とする診断装
   置。
2. 【請求項２】 前記所定の各感覚の刺激による大脳誘発
   電位は、体性感覚誘発電位、視覚性誘発電位および聴覚
   性誘発電位のいずれか、または体性感覚誘発電位、視覚
   性誘発電位および聴覚性誘発電位のうち少なくとも２つ
   の組み合わせである請求項１記載の診断装置。
3. 【請求項３】 前記各大脳誘発電位の波形をWavelet 関
   数を用いて処理する手段は、測定された各大脳誘発電位
   の波形とWavelet 関数との合成積を数値積分する手段と
   各階層のWavelet 値を決定する手段を含むことを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載の診断装置。
4. 【請求項４】 前記Wavelet 関数はHarr Wavelet関数で
   あることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
   １項に記載の診断装置。