JP6545697B2 - Monitoring structural features of cerebral blood flow velocity for the diagnosis of neurological conditions - Google Patents
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Description
[0001] この特許出願書類の開示の一部は、図面も含め、著作権保護の対象となる資料を含んでいる。著作権者は、特許商標庁のファイルまたは記録に表れる特許文献または特許開示の何人による複製にも異議を申し立てないが、その他の点で、全てのどんな著作権をも留保する。 [0001] A portion of the disclosure of this patent application document includes material that is subject to copyright protection, including the drawings. The copyright holder does not dispute the patent documents or patent disclosures appearing in the Patent and Trademark Office files or records, but otherwise reserves all copyrights.
[0002] 本開示は、生理学的なモニタリングの分野、特に、頭蓋内圧、脳の血流速度、脳の血流、および、脳循環予備能を含む、脳の生理学的な機能をモニタリングすることに関係する。生理学的な信号の獲得は、正確性と信頼性を増すために、自動化された超音波デバイスによって行われる。 [0002] The present disclosure relates to the field of physiological monitoring, in particular to monitor physiological functions of the brain, including intracranial pressure, cerebral blood flow velocity, cerebral blood flow, and cerebral circulation reserve. Involved. Acquisition of physiological signals is performed by automated ultrasound devices to increase accuracy and reliability.
[0003] 軽度と重度の外傷性脳損傷(traumatic brain injury:TBI)、脳卒中またはくも膜下出血(stroke or subarachnoid hemorrhage:SAH)、脳性マラリア(cerebral malaria:CM)、偽脳腫瘍、および、脳腫瘍を含む神経学的状態は、各年、全世界で、数百万の人々に影響を及ぼしている。対象となる1つの特異な生理学的パラメータは頭蓋内圧(intracranial pressure:ICP)であり、通常、脳の脳室における脳脊髄液(cerebrospinal fluid:CSF)の中の圧力として定義され、ICPの上昇のタイムリーな検出が脳虚血や脳ヘルニアを含む重篤な悪化を避けるための処置のために必要とされるから、脳損傷患者を管理するための重要なパラメータである。不幸なことに、ICPをモニタリングし、急性のICP上昇のリスクをもった患者を管理するための現在利用可能な技法は侵襲的である。例えば、頭蓋骨における頭蓋内圧をモニタする1つの方法は、頭蓋骨を貫通して開けられた孔を介して差し込まれ、側脳室に挿入される脳室内カテーテルを用いることである。他の侵襲的な技法は、ここでも頭蓋骨に開けられた孔を介して挿入され、脳と脊脳を保護する膜(硬膜)を介して置かれる、中空の硬膜下スクリューを用いることである。最後に、第3の侵襲的な方法は、頭蓋骨と硬膜組織との間に硬膜外センサを挿入することである。 [0003] Including mild and severe traumatic brain injury (traumatic brain injury: TBI), stroke or subarachnoid hemorrhage (SAH), cerebral malaria (CM), pseudo brain tumor, and brain tumor. Neurological conditions affect millions of people worldwide each year. One specific physiological parameter of interest is intracranial pressure (ICP), usually defined as the pressure in cerebrospinal fluid (CSF) in the cerebral ventricles of the brain, which is a rise in ICP. Because timely detection is required for treatment to avoid severe deterioration including cerebral ischemia and herniation, it is an important parameter for managing patients with brain injury. Unfortunately, currently available techniques for monitoring ICP and managing patients at risk for acute ICP elevation are invasive. For example, one way to monitor intracranial pressure in the skull is to use an intracerebroventricular catheter, which is inserted through a hole drilled through the skull and inserted into the lateral ventricle. Another invasive technique is to use a hollow subdural screw, again inserted through the hole in the skull and placed through a membrane (dura) that protects the brain and brain. is there. Finally, a third invasive method is to insert an epidural sensor between the skull and the dural tissue.
[0004] ICP測定の侵襲的な特質は、感染症や2次的な出血の大きなリスクから、ICP測定が重要な診断と前兆の有用性がある多くの臨床状況において、その用途を除去する。1つの例は、急性肝不全の患者の管理である。凝血異常(出血障害)が急性肝不全をもった患者の間で通例であるので、上昇したICPの測定に基づく結果としての予見の重要な潜在的な可能性にも拘わらず、侵襲的なICPモニタリングに関連したリスクがその使用を妨げている。他の例は、直接のICP測定から利益を受けるであろう、偽脳腫瘍とも呼ばれる突発性頭蓋内圧亢進(idiopathic intracranial hypertension:IIH)の診断である。依然、これらの測定は、侵襲的なICPの関連するリスクや複雑さに因り、ほとんど行われない。最後に、CMは、ICPモニタリングから利益を受けるであろうが、マラリアが通常である研究限定の領域であるから、それが技術的に実行不可能である状態の他の例である。 [0004] The invasive nature of ICP measurement eliminates its use in many clinical situations where ICP measurement is of important diagnostic and precursor utility because of the great risk of infection and secondary bleeding. One example is the management of patients with acute liver failure. As coagulation abnormalities (bleeding disorders) are customary among patients with acute liver failure, the invasive ICP, despite the important potential consequences of foresight based on measurement of elevated ICP, The risks associated with monitoring prevent its use. Another example is the diagnosis of idiopathic intracranial hypertension (IIH), also called a pseudobrain tumor, which would benefit from direct ICP measurements. Still, these measurements are rarely done due to the associated risks and complications of invasive ICP. Finally, CM will benefit from ICP monitoring, but is an area of research limitation where malaria is normal, so it is another example of a condition that is technically unworkable.
[0005] これらの重要な対処されていない需要に合致するために、信頼性のある非侵襲のICPモニタリング技法を特定するための幾つかの試みがなされたが、これらの試みのどれもが、有意な臨床への適用性を示さなかった。また、いくつかのグループが、ICPの非侵襲評価のための、収縮期速度、拡張期速度、平均流速、拍動指数(pulsatility index:PI)、血管抵抗係数等の脳の血流速度(cerebral blood flow velocity:CBFV)の少数の単純な指標を提案した。しかし、それら単純な指標がICPについて信頼でき、正確な情報を与えることができるかどうかは、依然として論争がある。 [0005] While several attempts have been made to identify reliable non-invasive ICP monitoring techniques to meet these important unmet needs, none of these attempts have It showed no significant clinical applicability. In addition, several groups have been proposed for non-invasive evaluation of ICP, such as systolic velocity, diastolic velocity, mean flow velocity, pulsatility index (PI), blood flow velocity of cerebral resistance such as the coefficient of vascular resistance (cerebral A few simple indicators of blood flow velocity (CBFV) were proposed. However, it remains controversial whether these simple indicators can give reliable and accurate information about ICP.
[0006] 現在の非侵襲ICP評価技法の制限の認識において、増加したICPまたは脳圧低下(intracranial hypertension:IH)検出のためのシステムや方法が、患者や臨床医にとって重要な利益を提供し得る。 [0006] In recognition of the limitations of current non-invasive ICP assessment techniques, systems and methods for increased ICP or intracranial hypertension (IH) detection may provide important benefits for patients and clinicians .
[0007] IIHは、原因不明の増加したICPによって特徴づけられ、肥満の女性に比較的共通している。米国におけるIIH患者の管理は、毎年444百万ドルがかかると推定されている。現在、IIH患者は、体重減、医療療法、および、手術療法をもちいて処置されている。処置の決定は、しばしば、主観的な症状、乳頭浮腫の存在やひどさ、および、腰椎穿刺等の侵襲検査に基づく。主観的な症状の変わりやすさや、視神経萎縮が始まった場合に、悪化しつつある病気にもかかわらず乳頭浮腫が改善されたように見える可能性を前提とすれば、非侵襲IH診断ツールは、ICP、および、症状と兆候における変化との臨床的相関のリアルタイム測定を可能とすることによって、処置の決定を単純化し得る。ICPにおける変化のより早期の検出を可能にすることによって患者の治療効果を改善することができ、悪化している病気に逆らったビジョンを救うためにより効果的な介在につながる。 [0007] IIH is characterized by increased ICP of unknown cause and is relatively common to obese women. Management of IIH patients in the United States is estimated to cost $ 444 million annually. Currently, IIH patients are treated with weight loss, medical therapy and surgery. Treatment decisions are often based on subjective symptoms, the presence and severity of papillary edema, and invasive tests such as lumbar puncture. Given the possibility of subjective symptom change and, if optic atrophy has begun, papillary edema may appear to be improved despite the aggravating disease, non-invasive IH diagnostic tools are: By allowing real-time measurement of ICP and clinical correlation of symptoms and changes in symptoms, treatment decisions can be simplified. By enabling earlier detection of changes in ICP, the therapeutic effect of the patient can be improved, leading to more effective interventions to save the vision against the deteriorating disease.
[0008] 関連するが別個の他の生理学的な欠点は、ICPに明らかな増加はないが、隠れた生理機能における変化が残っている軽度のTBIによって引き起こされる欠点(脳循環予備能における欠点)である。歴史的に、軽度のTBI上の研究の多くは、損傷の神経学や神経心理学的な治療効果に焦点をあてている。現在の診断や復帰(return-to-play)ガイドラインは、脳震盪後の症状尺度(Post-Con Symptom Scale:PCSS)、等級化された症状チェックリスト(Graded Symptom Checklist:GSC)、標準化された脳震盪の評価(Standardized Assessment of Concussion:SAC)、および、脳震盪後の即時評価と認知テスト(Immediate Post-Concussion Assessment and Cognitive Testing:ImPACT)等の患者の症状に依拠した神経心理学的なテストの結果に大きく基づいている。しかし、これらの神経学的なテストを、軽度なTBIの病態生理を考慮する方法で補おうとする、疑う余地のない要求がある。最近のレビューは、構造画像(MRI、CT)、拡散テンソル画像、単一光子放射断層撮影、ポジトロン断層法、ファンクショナルMRI、近赤外分光法、脳波検査法、脳磁図、心拍数変動、および、血液マーカ等のmTBIをモニタするためのいくつかの病態生理学ベースの方法の概要を述べている。しかし、レビューは、これらの方法のほとんどが研究の初期の段階にあることと、どれもが臨床許可を得ていないこととを強調している。 [0008] A related but distinct other physiological disadvantage is the defect caused by mild TBI with no apparent increase in ICP but with remaining changes in hidden physiology (demerits in cerebral circulation reserve) It is. Historically, many of the studies on mild TBI have focused on the neurologic and neuropsychological therapeutic effects of injury. Current diagnostic and return-to-play guidelines include Post-Con Symptom Scale (PCSS), Graded Symptom Checklist (GSC), and Standardized Concussion The results are based largely on the results of neuropsychological tests based on the patient's symptoms such as Standardized Assessment of Concussion (SAC) and Immediate Post-Concussion Assessment and Cognitive Testing (ImPACT). It is based. However, there is an unquestionable need to compensate for these neurological tests in a way that takes into account the pathophysiology of mild TBI. Recent reviews include structural imaging (MRI, CT), diffusion tensor imaging, single photon emission tomography, positron emission tomography, functional MRI, near infrared spectroscopy, electroencephalography, MEG, heart rate variability, and An overview of some pathophysiology-based methods for monitoring mTBI, such as blood markers, is given. However, the review emphasizes that most of these methods are in the early stages of the study and that none have received clinical approval.
[0009] 前述のように、ICPにおける病理上の増加は軽度のTBIでは現れず、従って、追加の生理学的なパラメータが評価されることを必要とする。いくつかの研究は、それらのいくつかが生理学上の欠損、CBFにおける減少の可能性のある根本原因を調べて、軽度のTBIに続く脳の血行動態変化を特定している。CBFの関連する態様の1つは、脳循環予備能、ベースラインからの脳の潅流変化の範囲の記述である。刺激を与えられた脳の潅流のこの範囲における変化は、重度のTBI、偏頭痛、長期間の宇宙飛行、打撃、および、頸動脈狭窄症を含むいくつかの異なる状態のための診断に役立ち/前兆となり得る。脳循環予備能は、経頭蓋ドプラを含む非侵襲技法を用いて評価されることができ、従って、この研究において意図された先進のフレームワークから利益を受ける。 [0009] As mentioned above, the pathological increase in ICP does not appear in mild TBI, thus requiring additional physiological parameters to be evaluated. Several studies have identified possible underlying causes of possible loss in CBF, some of which are physiological defects, and to identify changes in brain hemodynamics following mild TBI. One of the relevant aspects of CBF is the description of cerebral circulation reserve, the extent of cerebral perfusion change from baseline. Changes in this range of irritated brain perfusion help diagnose for several different conditions, including severe TBI, migraine headaches, long-term space flight, blows, and carotid artery stenosis / It can be a omen. Cerebral circulation reserve can be assessed using non-invasive techniques including transcranial doppler, and thus benefit from the advanced framework intended in this study.
[0010] これまで、経頭蓋ドプラ(transcranial Doppler:TCD)を用いて得られるCBFVの伝統的な分析は、TBIやSAH等の神経学的状態の診断において不適当であると判明した。TBIを診断するための現在のアプローチの制限の認識において、従って、TBIおよび他の神経学的状態の診断のための改良されたシステムと方法が望まれている。 [0010] So far, traditional analysis of CBFV obtained using transcranial doppler (TCD) has proved to be unsuitable in the diagnosis of neurological conditions such as TBI and SAH. In recognition of the limitations of current approaches to diagnosing TBI, therefore, improved systems and methods for the diagnosis of TBI and other neurological conditions are desired.
[0011] この中に記載されたシステムと技法は、経頭蓋ドプラ(transcranial Doppler:TCD)、頭蓋内圧亢進(intracranial hypertension:IH)と軽度・/中程度のTBIを含む様々な神経学的状態の分類のために、以前に有効とされたCBFVパルスのデータベースを部分的に用いて構造的特徴を組み合わせ、抽出するためのシステムを用いて、脳に供給する1つまたはそれより多くの血管から生のCBFVデータの収集を含む。 [0011] The systems and techniques described herein include transcranial doppler (TCD), intracranial hypertension (IH), and various neurological conditions including mild / moderate TBI. Using a system for combining and extracting structural features, partially using a database of CBFV pulses previously validated for classification, using one or more blood vessels feeding the brain Including the collection of CBFV data.
[0012] この中に記載されたシステムと方法は、TCDを介して測定されたCBFV波形の構造的分析に基づいたIHのための非侵襲診断ツールを含む。これらシステムと方法の性能は、2つのタイプの分類方法によって有効とされる:1つは伝統的な「事前に与えられたデータを例題とみなして、それをガイドに学習する教師あり学習(supervised learning)」のアプローチに基づき、他方は「ラベルあり・なし混在データから学習する半教師あり学習(semisupervised learning)」のアプローチである。我々のシミュレーション結果は、半教師あり学習のIH検出の予測の正確さ(カーブの下の領域)が92%程度と高くあり得ることを示し、一方、教師あり学習のIH検出方法の予測の正確さは82%程度に過ぎない。伝統的なTCD態様(拍動指数(pulsatility index:PI))ベースのIH検出方法に基づく予測の正確さは59%程度と低いことが注記されるべきである。 [0012] The systems and methods described herein include non-invasive diagnostic tools for IH based on structural analysis of CBFV waveforms measured via TCD. The performance of these systems and methods is validated by two types of classification methods: supervised learning, which takes the traditional 'pre-given data' as an example and learns it as a guide Based on the "learning" approach, the other is the "semisupervised learning" approach that learns from mixed data with and without labels. Our simulation results show that the prediction accuracy of the semi-supervised learning IH detection (area under the curve) can be as high as 92%, while the prediction accuracy of the supervised learning IH detection method Is only about 82%. It should be noted that the prediction accuracy based on the traditional TCD embodiment (pulsatility index (PI)) based IH detection method is as low as 59%.
[0013] TCD測定は、頭と首における1つまたはそれより多くの血管からのCBFVを含み得る。例えば、測定は。中大脳動脈(middle cerebral artery:MCA)、内頸動脈(internal carotid artery:ICA)、および/または、脳底動脈(basilar artery:BA)、または、それらの組み合わせから得られ得る。 [0013] TCD measurements may include CBFV from one or more blood vessels in the head and neck. For example, measurement. It may be obtained from the middle cerebral artery (MCA), the internal carotid artery (ICA), and / or the basilar artery (BA), or a combination thereof.
[0014] 制限された特徴の組によって生じるTCDの正確性の欠如に加えて、観察者間や観察者内変動は、TCDの採用を悩ませている。我々の形態学的なフレームワークの信頼性を向上するために、我々は、また、TCD信号の獲得のための完全に自動化されたヘッドセットを導入している。 [0014] In addition to the lack of accuracy of TCD caused by the limited set of features, inter- and intra-observer variation is plaguing TCD adoption. To improve the reliability of our morphological framework, we have also introduced a fully automated headset for TCD signal acquisition.
[0015] ある実施形態では、システム、デバイス、および、方法は、非侵襲でIHを検出するための方法を含む。あるアプローチでは、この方法は、連続するCBFVセグメントから個々のCBFV波形パルスを検出することと、検出されたパルスをグループ化することと、CBFVパルスライブラリを利用することによって少なくとも1つの有効なパルスを認識することと。グループから代表的なパルスを構成することと、代表的なパルスから100を越える構造的特徴を抽出することと、分類フレームワークをICPに用いることと、を含む。 [0015] In an embodiment, systems, devices, and methods include methods for non-invasively detecting IH. In one approach, the method detects at least one valid pulse by detecting individual CBFV waveform pulses from consecutive CBFV segments, grouping detected pulses, and utilizing a CBFV pulse library. Recognize and Including constructing a representative pulse from the group, extracting over 100 structural features from the representative pulse, and using the classification framework for ICP.
[0016] あるアプローチにおいて、CBFV波形セグメントは、同時に記録されるECGセグメントに関連する。方法は、更に、構成された代表的なパルスのサブピークを含む構造的特徴を特定することを含み得る。方法は、構成された代表的なパルスの代表的な指標を計算することを含み得る。例えば、サブピークの大きさは、平常、または、IHとしてICPを特徴づけるために用いられ得る。 [0016] In one approach, CBFV waveform segments are associated with ECG segments that are recorded simultaneously. The method may further include identifying structural features that include sub-peaks of the constructed representative pulse. The method may include calculating a representative index of the constructed representative pulse. For example, the size of the subpeak may be used to characterize the ICP as normal or IH.
[0017] ある実施形態において、この中に記載されたシステムと方法は、検出されたCBFVパルスをクラスタリング(集団形成:clustering)するためにスペクトル回帰を利用することを含む。方法は、正しいノード接続を定義することによってグラフを構成することを含み得る。あるアプローチでは、グラフの構成は重み付けされる。ある実施形態において、方法は、固有ベクトルを分解することを含む。あるアプローチでは、正規化された最小二乗が、少なくとも1つの固有ベクトルのために解かれる。ある実施形態において、スペクトル回帰はカーネル判別分析を含む。この中に記載されたシステムと方法は、曲線下面積の特徴を利用する予測の正確さを数量化することによってカーブ分析の決定を行うことを提供する。あるアプローチでは、頭蓋内圧パルスは、3つのグループに分割される:平常(<14mmHg)、グレイゾーン(15−30mmHg)、および、IH(>30mmHg)。 [0017] In an embodiment, the systems and methods described herein include utilizing spectral regression to cluster detected CBFV pulses. The method may include constructing a graph by defining correct node connections. In one approach, the composition of the graph is weighted. In one embodiment, the method comprises decomposing eigenvectors. In one approach, normalized least squares are solved for at least one eigenvector. In one embodiment, spectral regression comprises kernel discriminant analysis. The systems and methods described herein provide for making curve analysis decisions by quantifying the accuracy of predictions that make use of area features under the curve. In one approach, intracranial pressure pulses are divided into three groups: normal (<14 mm Hg), gray zone (15-30 mm Hg), and IH (> 30 mm Hg).
[0018] ある実施形態において、記載されたシステムと方法は、ICPにおける増加がない軽度および中程度の診断のために用いられ得る。我々のフレームワークは、CBFV分析を、この基本の方法から波形に存在する100の個別の構造的特徴に広げ、それにより、波形における微細な変化を数量化し、より大きな診断と予知の正確さを与える。我々のアプローチの他とは異なる利点は、TCDベースのデバイスが低コストで、安全で、ポータブルであり、それらが病院到着前において効果的であることが示されていることである。 [0018] In an embodiment, the systems and methods described can be used for mild and moderate diagnostics without an increase in ICP. Our framework extends the CBFV analysis from this basic method to the 100 distinct structural features present in the waveform, thereby quantifying minor changes in the waveform and providing greater diagnostic and predictive accuracy give. A distinct advantage of our approach is that TCD-based devices are low cost, secure and portable, and they have been shown to be effective prior to hospital arrival.
[0019] これらの、および、他の実施形態は、この中により詳細に記載される。これらの実施形態の変更や修正は、この開示をレビューした後、当技術分野に技量を有する者に生じるであろう。前述の特徴や態様は、この中に記載された1つまたはそれより多くの特徴との任意の組み合わせや部分的組合せ(複数の従属の組み合わせや部分的組み合わせを含む)において実装され得る。上記に記載され、または、例証された様々な特徴は、それらの任意のコンポーネントを含み、他のシステムと組み合され、または、統合される。更に、ある構造的特徴は、省略され、または、実装されなくてもよい。 [0019] These and other embodiments are described in more detail herein. Changes and modifications to these embodiments will occur to those skilled in the art after reviewing this disclosure. The features and aspects described above may be implemented in any and all combinations (including multiple combinations and subcombinations) of one or more of the features described herein. The various features described or illustrated above, including any of their components, may be combined or integrated with other systems. Furthermore, certain structural features may be omitted or not implemented.
[0020] 上述の、および、他の課題や利点は、添付の図面に関連してなされる以下の詳細な説明の考慮に基づいて明瞭になり、図面において、同様な参照符号は同様な部分を指す。 The above and other issues and advantages will become apparent upon consideration of the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numerals refer to like parts in the drawings Point to.
[0036] この中に記載されたシステム、デバイス、および、方法の全体的な理解を与えるために、ある例示の実施形態が記載される。この中に記載された実施形態や特徴は、特に、経頭蓋ドプラ(transcranial Doppler:TCD)システムを用いて頭蓋内圧力をモニタリングすることに関連して使用するために記載されているが、以下に概要を記載された方法、コンポーネント、メカニズム、調節可能システム、製造方法、および、他の特徴の全てが、任意の好適な方法でお互いに組み合され得、MRIやCTを含む他のタイプの非侵襲の生理学的なモニタリングを用いる、軽度や中程度のTBIを含む他の生理学的や非生理学的なモニタリングに適合や適応され得ることが理解される。 [0036] In order to provide a thorough understanding of the systems, devices, and methods described herein, certain example embodiments are described. The embodiments and features described herein are specifically described for use in connection with monitoring intracranial pressure using a transcranial Doppler (TCD) system, but The outlined method, components, mechanism, adjustable system, manufacturing method, and all other features may be combined with one another in any suitable manner, and other types of non-types including MRI and CT. It is understood that it can be adapted and adapted to other physiological and non-physiological monitoring including mild and moderate TBI using physiological monitoring of insult.
[0037] 「非侵襲(non-invasive)」の用語は、手術、または、いかなる種類の刺切創をも必要としない生理学的なモニタリングの方法に関する。上述のように、経頭蓋ドプラ(TCD)システムに加え、MRIシステム、CTスキャナ、圧力変換器、光撮像素子、近赤外線撮像素子、および、他のそのようなデバイスが生データの可能なソースであり、応用は添付の特許請求の範囲によってのみ制限されると考えられるべきである。 [0037] The term "non-invasive" relates to methods of surgery or physiological monitoring that do not require any type of stab wound. As mentioned above, in addition to transcranial doppler (TCD) systems, MRI systems, CT scanners, pressure transducers, optical imaging devices, near infrared imaging devices, and other such devices are possible sources of raw data. It should be considered that the application is limited only by the appended claims.
[0038] 本出願は、脳に送り込む1つまたはそれより多くの血管から生の脳の血流速度(CBFV)の非侵襲の収集のためのシステムと方法、並びに、CBFV波形における構造的特徴を特定し、分析のためにそれら特徴を抽出するための技法を記載する。この意味で、「構造的特徴(structural features)」は、測定されたCBFV波形の特定可能な特徴(例えば、サブピーク、サブトロフ(subtroughs)、ランドマーク)を指す。説明されるように、これらの構造的特徴は、次に、構造的特徴を分類し、診断結果を勧告するために、以前に特定された参照データと比較され得る。 [0038] The present application describes systems and methods for non-invasive collection of raw brain blood flow velocity (CBFV) from one or more blood vessels that feed the brain, as well as structural features in the CBFV waveform. Techniques to identify and extract those features for analysis are described. In this sense, "structural features" refers to identifiable features of the measured CBFV waveform (e.g., subpeaks, subtroughs, landmarks). As explained, these structural features can then be compared to previously identified reference data to classify structural features and to recommend diagnostic results.
[0039] この中に記載されたシステムと方法は、大脳動脈輪を形成する中大脳動脈、内頚動脈、脳底動脈、椎骨動脈、前大脳動脈、および、他の血管を含む、頭と首における1つまたはそれより多くの血管におけるCBFVのTCD測定に基づく非侵襲のIH検出方法を提供する。これらのシステムと方法は、更に、様々な学習/分類アルゴリズムを用いる例を通して可能にされ、明らかにされる。 [0039] The systems and methods described herein include in the head and neck including the middle cerebral artery forming the cerebral artery ring, the internal carotid artery, the basilar artery, the vertebral artery, the anterior cerebral artery, and other blood vessels. Provided is a non-invasive IH detection method based on TCD measurement of CBFV in one or more blood vessels. These systems and methods are further enabled and clarified through examples using various learning / classification algorithms.
[0040] 簡便のために、以下の略称が、この中に含まれたテキストや記載を通して用いられる。
aSAH−動脈瘤性くも膜下出血(aneurysmal subarachnoid hemorrhage)
ACA−前大脳動脈(anterior cerebral artery)
ACU−曲線下面積(area under the curve)
BA−脳底動脈(basilar artery)
CBFV−脳の血流速度(cerebral blood flow velocity)
ECG−心電図(electrocardiogram)
ICA−内頚動脈(internal carotid artery)
ICP−頭蓋内圧(intracranial pressure)
IH−頭蓋内圧亢進(intracranial hypertension)
IIH−突発性頭蓋内圧亢進(idiopathic intracranial hypertension)
MCA−中大脳動脈(middle cerebral artery)
mTBI−軽度な外傷性脳損傷(mild traumatic brain injury)
NPH−正常圧水頭症(normal pressure hydrocephalus)
PI−拍動指数(pulsatility index)
ROC−受診者動作特性(receiver operating characteristic)
SRKDA−スペクトル回帰カーネル判別分析(spectral regression kernel discriminant analysis)
TBI−外傷性脳損傷(traumatic brain injury)
TCD−経頭蓋ドプラ(transcranial Doppler)
[0041] この中に記載されたシステムと方法は、非侵襲のICP評価と軽度/中程度のTBIのための代替の診断方法を確立するために、CBFV波形の進歩した、理解力のある構造的特徴分析を利用する。
[0040] For convenience, the following abbreviations are used throughout the text and description contained herein.
aSAH-Aneurysmal subarachnoid hemorrhage
ACA-anterior cerebral artery (anterior cerebral artery)
ACU-area under the curve
BA-basilar artery (basilar artery)
CBFV-cerebral blood flow velocity
ECG-electrocardiogram
ICA-Internal Carotid Artery
ICP-intracranial pressure
IH-intracranial hypertension
IIH-Idiopathic intracranial hypertension
MCA-middle cerebral artery (middle cerebral artery)
mTBI-mild traumatic brain injury
NPH-normal pressure hydrocephalus
PI-Pulsatility index
ROC-receiver operating characteristic
SRKDA-spectral regression kernel discriminant analysis (spectral regression kernel discriminant analysis)
TBI-traumatic brain injury
TCD-transcranial doppler
[0041] The systems and methods described herein are an advanced, understandable structure of CBFV waveforms to establish an alternative diagnostic method for non-invasive ICP assessment and mild / moderate TBI. Dynamic feature analysis.
[0042] IH検出は、高いICPをもった患者を、平常な(病的でない)ICPをもった患者から区別する分類の問題である。そのような分類の問題への従来のアプローチは、教師あり学習と呼ばれる、所与の分類指標をトレーニングするためにラベル付けされたサンプルのみを用いることである。このアプローチの主たる問題点は、ラベル付けされていないサンプルから学習される有用な情報が分類の正確さの改善に帰結する場合でさえも、ラベル付けされていないサンプルを利用できないことである。ラベル付けされていないサンプルは、全てのサンプルにラベル付けすることの高いコストまたは労働強度、または、IH検出や軽度のTBI/震盪診断におけるように2値のラベルを与えることの不明確さ等の様々な理由のために存在し得る。例えば、単純なアプローチは、ICPを高いとしてみなすために広く受け入れられた閾値である20mmHgより対応するICPが上である場合にCBFV波形をIHとしてラベル付けすることであり、そして、分類指標を構築するために教師あり学習アルゴリズムを用いることである。ある患者の分類について、20mmHgのICPレベルが高いレベルを表さない(偽陽性)し、他の患者について、20mmHgの閾値がIH診断からはずれるので、この簡単なパラダイムは、20mmHgを閾値として用いることの妥当性に厳密に依拠した真のIH状態のあまりにも融通のきかない検出である。しかし、異なる閾値を選ぶことも簡単な作業ではない。閾値が高すぎる、または、低すぎる場合、IH診断をやり損うか、または、あまりに多くの偽陽性をつくりだす恐れがある。 [0042] IH detection is a classification problem that distinguishes patients with high ICP from those with normal (non-pathetic) ICP. The conventional approach to such classification problems is to use only labeled samples to train a given classification indicator, called supervised learning. The main problem with this approach is that unlabeled samples are not available even when useful information learned from unlabeled samples results in an improvement in classification accuracy. Samples that are not labeled have the high cost or labor intensity of labeling all samples, or the ambiguity of giving a binary label as in IH detection or mild TBI / shake diagnosis It can exist for various reasons. For example, a simple approach is to label the CBFV waveform as IH when the corresponding ICP is above the widely accepted threshold of 20 mm Hg to regard the ICP as high, and build a classification index Use supervised learning algorithms to do this. This simple paradigm uses 20 mm Hg as the threshold, since 20 mm Hg ICP levels do not represent high levels (false positives) for certain patient classifications, and 20 mm Hg thresholds deviate from IH diagnosis for other patients. It is too inflexible detection of the true IH state that relies strictly on the validity of the. However, choosing different thresholds is not an easy task. If the threshold is too high or too low, there is a risk of failing the IH diagnosis or producing too many false positives.
[0043] サンプルをラベル付けすることにおけるこの曖昧さに対処するために、この中に記載されたシステムと方法は、半教師あり学習分類アプローチを利用する。半教師あり学習アプローチは、分類指標がラベル付けされた、および、ラベル付けされていないサンプルを用いてトレーニングされ得るので、全てのサンプルをラベル付けすることが必要ない。あるアプローチでは、この中に記載されたシステムと方法における半教師あり学習技法は、生成モデル(generative models)、自己トレーニング、共訓練(co-training)、トランスダクティブ・サポートベクターマシン(transductive support vector machines)、グラフベースの方法を含む。あるアプローチでは、通常の回帰技法が、従来のグラフベースの半教師あり学習技法のいくつかの問題点を克服する。 [0043] To address this ambiguity in labeling samples, the systems and methods described herein utilize a semi-supervised learning classification approach. The semi-supervised learning approach does not require labeling of all samples, as classification indices can be trained with labeled and unlabeled samples. In one approach, semi-supervised learning techniques in the systems and methods described herein are generated by generative models, self-training, co-training, and transductive support vector machines. machines), including graph based methods. In one approach, conventional regression techniques overcome some of the problems of conventional graph-based semi-supervised learning techniques.
[0044] あるアプローチでは、この中に記載されたシステムと方法は、プロセッシング回路を用いて実施される。この中に記載されるように、プロセッシング回路は、マイクロコントローラ、集積回路、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラム可能な論理デバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け命令セットプロセッサ(ASIP)、または、任意の他の好適なデジタルまたはアナログプロセッサの1つまたはそれより多くを含む回路を意味すると理解される。このプロセッシング回路は、限定はされないが、コンピュータ、モバイルデバイス、テレビ、タブレット、TCDモニタリングシステム、ECGモニタリングシステム、ウェアラブル、または、任意の好適なデバイスを含む他のユーザシステムの一部として利用され得る。プロセッシング回路は、この中に記載されているように、データおよび信号処理アルゴリズムを実行するために用いられ得る。プロセッシング回路は、ネットワーク接続されたシステムやデバイスを含む他のネットワークデバイスに、または、デバイスから、データ、コマンド、ユーザ入力を送ったり、受け取ったりするために用いられ得る。 [0044] In one approach, the systems and methods described herein are implemented using processing circuitry. As described herein, the processing circuitry may be microcontroller, integrated circuit, application specific integrated circuit (ASIC), programmable logic device, field programmable gate array (FPGA), digital signal processor, application specific instructions It is understood to mean a circuit comprising one or more of a set processor (ASIP) or any other suitable digital or analog processor. This processing circuit may be utilized as part of a computer, mobile device, television, tablet, TCD monitoring system, ECG monitoring system, wearable, or any other user system including any suitable device, without limitation. Processing circuitry may be used to execute data and signal processing algorithms as described herein. Processing circuitry may be used to send and receive data, commands, user input, or to other network devices, including networked systems and devices, or from devices.
[0045] プロセッシング回路は、電子的なストレージまたはメモリに接続され得る。電子的なストレージは、この中で用いられているように、限定はされないが、RAM、ROM、EPROM、EEPROM(登録商標)、フラッシュメモリまたは他の半導体メモリ技術、CD−ROM、DVD、または、他の光ストレージ、磁気ストレージデバイス、または、所望の情報、データ、命令、ソフトウェア、ファームウェア、ドライバ、または、コードを記憶するための任意の他の物理的または物的な媒体を含む、任意の好適な読出し可能なメモリ媒体を含み得る。例えば、ストレージは、プロセッシング回路の入力、出力、または、この中に記載された方法やシステムのアルゴリズムや他の処理ステップを実行すること等の他のプロセスを制御するためのソフトウェア命令または機械コードを含み得る。 The processing circuitry may be connected to electronic storage or memory. Electronic storage, as used herein, includes but is not limited to RAM, ROM, EPROM, EEPROM (registered trademark), flash memory or other semiconductor memory technology, CD-ROM, DVD, or Any suitable, including other optical storage, magnetic storage devices, or any other physical or physical medium for storing desired information, data, instructions, software, firmware, drivers or codes. May include readable memory media. For example, the storage may be software instructions or machine code for controlling processing circuit inputs, outputs, or other processes such as performing the methods and system algorithms and other processing steps described therein. May be included.
[0046] プロセッシング回路は、ディスプレイやユーザインターフェース等のユーザとのインターフェースのためのデバイスを含むシステムの一部であり得る。例えば、ディスプレイは、限定はされないが、モニタ、テレビ、LEDディスプレイ、LCDディスプレイ、投影、モバイルデバイス、ハンドセット、または、任意の他の好適なディスプレイシステムを含む、任意の好適なディスプレイインターフェースであってよい。ユーザ入力インターフェースは、キーボード、タッチスクリーン、マウス、マイク、スタイラス、音声入力、または、他の好適なユーザ入力インターフェースであってよい。ディスプレイとユーザ入力インターフェースは、プロセッシング回路が、ユーザに情報を提供し、ユーザ生成のコマンド、応答、および、データを受け取ることを可能にする。あるアプローチにおいて、この中に記載されたシステムと方法は、アクチュエータ、センサ、および/または、変換器を含む。例えば、生体用電極やドプラ変換器が含まれ得る。 [0046] Processing circuitry may be part of a system that includes devices for interfacing with a user, such as a display or user interface. For example, the display may be any suitable display interface, including, but not limited to, a monitor, a television, an LED display, an LCD display, a projection, a mobile device, a handset, or any other suitable display system. . The user input interface may be a keyboard, touch screen, mouse, microphone, stylus, voice input, or any other suitable user input interface. The display and user input interface allow the processing circuitry to provide information to the user and receive user generated commands, responses, and data. In one approach, the systems and methods described herein include actuators, sensors, and / or transducers. For example, biomedical electrodes and Doppler transducers may be included.
[0047] ある態様では、CBFV波形の100を超える構造的特徴が、TCDによって集められた生のCBFV信号から抽出される。あるアプローチにおいて、これらの構造的特徴アルゴリズムは、プロセッシング回路によって実行される。この中に記載されたシステムと方法は、更に、IHの検出のためのTCDベースのCBFVおよび/またはECG波形から非侵襲ICP評価のために特にこれらの技法を開発し、適用する。 [0047] In one aspect, over 100 structural features of the CBFV waveform are extracted from the raw CBFV signal collected by TCD. In one approach, these structural feature algorithms are implemented by processing circuitry. The systems and methods described herein further develop and apply these techniques specifically for non-invasive ICP evaluation from TCD-based CBFV and / or ECG waveforms for detection of IH.
[0048] 図2は、構造的特徴アルゴリズムのブロック図を示す。生のデータを獲得した後、3ステッププロセスがある:構造的特徴抽出、分類、および、結果/診断。システムへの入力は血管の数に基づいて変化するが、少なくとも1つの頭蓋内血管が必要とされる。また、分類のためのグランドトルース(参照データ)が、神経学的状態(軽度なTBI、重度なTBI、脳卒中、等)によって決定される。 [0048] FIG. 2 shows a block diagram of a structural feature algorithm. After obtaining the raw data, there is a three step process: structural feature extraction, classification and results / diagnosis. The input to the system varies based on the number of blood vessels, but at least one intracranial blood vessel is required. Also, the ground truth for classification (reference data) is determined by neurological status (mild TBI, severe TBI, stroke, etc.).
[0049] まず、連続したCBFVセグメントから個々のCBFVパルスが、同時に記録されたECGセグメントに関連付けて抽出される。図3は、3つのサブピークをもった1つの代表の出力CBFVパルスに変換される、連続したCBFV入力波形を示す構造的特徴抽出プロセスのブロック図である。右側への挿入図は、6つのランドマーク(3つのピークと3つの谷の点)をもったCBFV波形からの概略的な代表パルスを示す。図1に示された最大速度包絡線がブロックダイアグラムへの入力である。6つのランドマークの特定は、構造的特徴抽出のために不可欠である。 First, individual CBFV pulses are extracted from consecutive CBFV segments in association with simultaneously recorded ECG segments. FIG. 3 is a block diagram of a structural feature extraction process showing a continuous CBFV input waveform that is converted into one representative output CBFV pulse with three sub-peaks. The inset to the right shows a schematic representative pulse from a CBFV waveform with six landmarks (three peaks and three valley points). The maximum velocity envelope shown in FIG. 1 is the input to the block diagram. Identification of six landmarks is essential for structural feature extraction.
[0050] あるアプローチでは、一連の個々のCBFVパルスが、相関係数に基づいてグループにグループ化される。あるアプローチでは、パルスのグループは、主成分分析、コレスポンデンス分析、行列の分解、スペクトル分析、独立成分分析、または、他の波形信号処理方法を介して特定される。グループの代表パルスは、クラスタまたはグループの中のパルスの数によって特定される、最も大きなサブグループの平均である。代表パルスは、最も大きなサブグループについてのパルスの平均を通して特定され得る。代表パルスを構成した後、パルスは、以前に有効とされたCBFVパルスの組に対して検証される。CBFVパルスライブラリは、多くの患者/被験者からのデータの組と代表パルスを含み得る。ある実施形態では、パルスライブラリは、少なくとも100のCBFVパルスを含む。ある実施形態では、パルスライブラリは、少なくとも10000やそれよりも多くのCBFVパルスを含む。 [0050] In one approach, a series of individual CBFV pulses are grouped into groups based on correlation coefficients. In one approach, groups of pulses are identified via principal component analysis, correspondence analysis, matrix decomposition, spectral analysis, independent component analysis, or other waveform signal processing methods. The group representative pulse is the average of the largest subgroup identified by the number of pulses in the cluster or group. Representative pulses may be identified through the average of the pulses for the largest subgroup. After constructing the representative pulse, the pulse is verified against the previously validated set of CBFV pulses. The CBFV pulse library may include data sets from many patients / subjects and representative pulses. In one embodiment, the pulse library comprises at least 100 CBFV pulses. In one embodiment, the pulse library comprises at least 10000 or more CBFV pulses.
[0051] 次に、代表パルスは、更なる数量化と診断のために用いられる。ある実施形態では、代表パルスの3つのサブピークが、いくつかのピーク候補の中で指定される。図3における挿入図は、3つのサブピークと3つのサブトロフとを含む6つのランドマーク{P1、P2、P3、V1、V2、V3}をもった、典型的な代表パルスを例示する。ある実施形態において、ピークの位置は、示された実施形態における4つの可能な定義に従ってパルスカーブの凹部を用いて見つけられる。第1の定義は、凹部の一次導関数がゼロより大きい場合に、凹部の凸部領域に対する交差点をピークとして扱い、さもなければ、凸部領域の横部領域に対する交差点がピークである。第2の定義は、ピークが各凹部領域の中で極大絶対曲率をもった位置であるように信号の曲率に基づき、第3と第4の定義は、両方とも、凹部領域の2つの端点をリンクする直線を含む。第3と第4の定義に従って、ピークは、CBFVからこの線への直角距離(perpendicular distance)または垂直距離(vertical distance)がそれぞれ極大である位置で見出され得る。典型的に、ピークは、CBFVの立ち上がりエッジ上の凸部の凹部領域に対する交叉、または、パルスの下降のエッジ上の凹部の凸部領域に対する交叉に対応する。この検出プロセスは、N個のピーク候補(a1、a2、・・・、aN)のプールを生成する。加えて、または、代替的に、ピークの検出と割当は、スペクトル回帰分析または多重線形回帰分析等の回帰分析を用いて割当てられ得る。 [0051] Next, the representative pulse is used for further quantification and diagnosis. In one embodiment, three subpeaks of the representative pulse are designated among the several peak candidates. The inset in FIG. 3 illustrates a typical representative pulse with six landmarks {P1, P2, P3, V1, V2, V3} including three sub-peaks and three sub-trophs. In one embodiment, the position of the peak is found using the recess of the pulse curve according to the four possible definitions in the illustrated embodiment. In the first definition, when the first derivative of the recess is larger than zero, the intersection with the convex region of the recess is treated as a peak, otherwise the intersection with the lateral region of the convex region is the peak. The second definition is based on the curvature of the signal so that the peak is the position with maximum absolute curvature within each recess area, and the third and fourth definitions both refer to the two endpoints of the recess area Includes a straight line to link. According to the third and fourth definitions, a peak can be found at the position where the perpendicular distance or vertical distance from the CBFV to this line is respectively a maximum. Typically, the peak corresponds to a cross to the recess area of the protrusion on the rising edge of the CBFV, or a cross to the protrusion area of the recess on the falling edge of the pulse. This detection process generates a pool of N peak candidates (a1, a2,..., AN). Additionally or alternatively, peak detection and assignment may be assigned using a regression analysis such as spectral regression analysis or multiple linear regression analysis.
[0052] ある実施形態において、構造的特徴(即ち、サブピーク、サブトロフ、ランドマーク)は、更に、ICP状態や他の神経学的状態または神経学的指標(脳血管反応性、自動調節、および、神経活動と血液循環との時間的・空間的関係)を特定するために用いられるメトリクスを介して特徴づけられる。あるアプローチでは、100よりも大きいトータル構造的メトリクスが、サブピークや他の構造的特徴に関連して代表パルスから抽出され得る。これらのメトリクスは、遅延時間、大きさ、曲率、傾斜、サブピーク間の比を含む。ある実施形態において、約1と約10の間のメトリクスが抽出される。あるアプローチにおいて、少なくとも10のメトリクスが抽出される。あるアプローチにおいて、約10と約50の間のメトリクスが抽出される。あるアプローチにおいて、約50と約100の間のメトリクスが抽出される。あるアプローチにおいて、少なくとも100のメトリクスが抽出される。あるアプローチにおいて、100より大きな構造的メトリクスが抽出される。 [0052] In one embodiment, structural features (ie, subpeaks, subtrophs, landmarks) may further include ICP status or other neurological status or neurological indicator (Cerebrovascular reactivity, autoregulation, and It is characterized via metrics used to identify the temporal and spatial relationship between neural activity and blood circulation. In one approach, total structural metrics greater than 100 can be extracted from representative pulses in relation to subpeaks and other structural features. These metrics include delay time, magnitude, curvature, slope, and the ratio between subpeaks. In one embodiment, metrics between about 1 and about 10 are extracted. In one approach, at least 10 metrics are extracted. In one approach, between about 10 and about 50 metrics are extracted. In one approach, between about 50 and about 100 metrics are extracted. In one approach, at least 100 metrics are extracted. In one approach, structural metrics greater than 100 are extracted.
[0053] 典型的なTCDベースのCBFV波形は、主として三相性であり、以前は知られていなかった。図4におけるプロットは、様々な平均ICP値(mICP, 5−33mmHg)に関連した典型的なCBFV波形:上側の並び(平常)と下側の並び(高血圧)を示す。低い平均ICP値に関連したCBFV代表波形は、高い平均ICPパルスに関連したものがもつよりも、より明瞭なサブピークを有する傾向がある。これは、我々のアプローチが波形のサブピークに特別に重点を置くように、他に比較してこのフレームワークの主要な利点の1つである。第2と第3のサブピークの大きさの間の差は、高い平均ICPパルスに関連したCBFV代表波形における方が、平常な平均ICPパルスに関連したものにおけるより大きい。あるアプローチでは、サブピークのサイズ、および/または、サブピークの大きさの間の差は、平常またはIHとしてICPを特徴付けるために用いられる。 [0053] Typical TCD-based CBFV waveforms are mainly triphasic and were not previously known. The plots in FIG. 4 show typical CBFV waveforms associated with different mean ICP values (mICP, 5-33 mm Hg): upper row (normal) and lower row (hypertension). CBFV representative waveforms associated with low average ICP values tend to have more distinct sub-peaks than those associated with high average ICP pulses. This is one of the main advantages of this framework compared to others, as our approach places particular emphasis on waveform subpeaks. The difference between the magnitudes of the second and third subpeaks is greater in the CBFV representative waveform associated with the high average ICP pulse than in the normal average ICP pulse. In one approach, the difference between the size of the subpeaks and / or the size of the subpeaks is used to characterize the ICP as normal or IH.
[0054] 方法は、TCDベースのCBFV波形から様々な構造的特徴を抽出する。あるアプローチにおいて、この方法は、プロセッシング回路によって実行される。そして、次のステップは、それらのCBFV構造的特徴と対応するラベル(例えば、高血圧のサンプルに対して+1、平常のサンプルに対して−1)との間の関連性規則(または、関数)を学習することである。それは、単純に、以下で表現され得る。 [0054] The method extracts various structural features from the TCD-based CBFV waveform. In one approach, the method is performed by a processing circuit. And the next step is to associate the association rules (or functions) between their CBFV structural features and the corresponding labels (eg +1 for high blood pressure samples, -1 for normal samples) It is to learn. It can simply be expressed as:
ここで、Xは構造的特徴のn x 100行列であり、Yは対応するラベルのn x 1ベクトルであり、nはサンプルの数であり、fは学習されるべき、または、トレーニングされるべき関連関数または分類指標である。ある実施形態において、トレーニングされた分類指標の品質は、その予知の正確さによって測定される。言い換えれば、良好な分類指標は、トレーニングの間に見られなかった、新しい特徴を正しい分類に割り当てることができる指標である。 Where X is an n by 100 matrix of structural features, Y is an n by 1 vector of corresponding labels, n is the number of samples, and f is to be learned or to be trained It is a related function or classification indicator. In one embodiment, the quality of the trained classification indicator is measured by its predictive accuracy. In other words, a good classification index is an index that can assign new features to the correct classification that were not found during training.
[0055] あるアプローチでは、学習アルゴリズムは、スペクトル回帰と呼ばれる、グラフベースの半教師あり学習の分類指標技法を含む。このアプローチは、通常の回帰技法をスペクトルグラフ分析と組み合わせ、クラスタリング・次元縮退技法として用いられ得る。本質的にトランスダクティブ(transductive)である、多くの従来のグラフベースアルゴリズムと対照的に、スペクトル回帰技法は、線形とカーネルのケースの両方において、自然な標本外拡張(natural out-of-sample extension)を与える。 [0055] In one approach, the learning algorithm includes a graph based semi-supervised learning classification index technique called spectral regression. This approach combines conventional regression techniques with spectral graph analysis and can be used as clustering and dimension reduction techniques. In contrast to many conventional graph-based algorithms, which are inherently transductive, spectral regression techniques are natural out-of-sample in both the linear and kernel cases. give an extension).
[0056] スペクトル回帰の第1のステップは、グラフ行列にスペクトル技法を適用することによって、個々のサンプルxiについての応答yiの組を計算することである。それらの応答が得られたら、リッジ回帰(ordinary ridge regression)技法が、回帰関数を見つける。スペクトル回帰のアルゴリズム的手順は、以下のように概略され得る。 [0056] The first step of spectral regression is to calculate the set of responses y i for each sample x i by applying spectral techniques to the graph matrix. Once those responses are obtained, the ridge regression technique finds the regression function. The algorithmic procedure of spectral regression can be outlined as follows.
[0057] 1)隣接グラフ構造:Gに、n個のノードをもったグラフを示させる。ここで、i番目のノードはi番目のサンプルxiを表す。グラフGを以下の3ステップによって構築する。
a)ノードiとjが、k個のお互いの最も近い隣の中にあるならば、ノードiとjを連結する。
b)ノードiとjが同じクラスに属する場合、ノードiとjを連結する。
c)iとjが異なるクラスに属するならば、iとjとの間の連結を削除する。
1) Adjacent graph structure: Let G show a graph with n nodes. Here, the ith node represents the ith sample x i . The graph G is constructed by the following three steps.
a) Connect nodes i and j if nodes i and j are in the k closest neighbors to each other.
b) Connect nodes i and j if nodes i and j belong to the same class.
c) If i and j belong to different classes, delete the connection between i and j.
[0058] 2)重み行列の構成:Wにn x nの疎行列を示させ、疎行列の要素Wijは以下のように割り当てられ得る: [0058] 2) Construction of weight matrix: let W indicate an n × n sparse matrix, and elements of the sparse matrix W ij may be assigned as follows:
その他の点では、lqはq番目のクラスに属するサンプルの数であり、S(i,j)はxiとxjとの間の相似関数である。我々の相似関数の選択はヒートカーネル(heat kernel)、即ち以下である。 Otherwise, l q is the number of samples belonging to the q th class, and S (i, j) is a similarity function between x i and x j . The choice of our similarity function is the heat kernel:
[0059] 3)固有分解:下の固有問題の最も大きな固有ベクトルを見つける。 3) Eigen decomposition: Find the largest eigenvector of the lower eigenproblem.
ここで、Dは対角行列であって、その要素DijはWのi番目の行の合計に等しい。 Here, D is a diagonal matrix, and its element D ij is equal to the sum of the ith row of W.
[0060] 4)正則化最小二乗:以下のように、p番目の最も大きい固有ベクトルypについて正則化最小二乗問題を解く。 4) Regularized Least Squares: Solve a regularized least squares problem for the p-th largest eigenvector y p as follows.
ここで、aは回帰係数ベクトル、lはラベル付けされたサンプルの数、γはラベル付けされていないサンプルの重みを調節するためのパラメータ、αは正則化パラメータである。yiはスカラー応答であるが、xiはサンプルベクトルであることを注記することが重要である。γ=1に設定することによって、apの閉形式解は以下のように表現される。 Here, a is a regression coefficient vector, l is the number of labeled samples, γ is a parameter for adjusting the weight of unlabeled samples, and α is a regularization parameter. It is important to note that while y i is a scalar response, x i is a sample vector. By setting γ = 1, the closed-form solution of a p is expressed as follows.
[0061] スペクトル回帰の多くのメリットの1つは、それが一様な学習アプローチを提供することである。サンプルが全てラベル付けされている場合、スペクトル回帰は、正則化された判別分析と本質的に同じである。この場合には、疎行列Wはブロック対角になり、(3)における応答yは以下に等しい: [0061] One of the many benefits of spectral regression is that it provides a uniform learning approach. When all the samples are labeled, spectral regression is essentially the same as regularized discriminant analysis. In this case, the sparse matrix W is block diagonal and the response y in (3) is equal to:
ここで、lpはp番目のクラスに属するサンプルの数であり、cはクラスの総数である。他方、サンプルが全てラベル付けされていない場合、スペクトル回帰は自然な標本外拡張能力をもったスペクトルクラスタリング技法になり、その目的関数は以下である。 Here, l p is the number of samples belonging to the p-th class, and c is the total number of classes. On the other hand, if all the samples are not labeled, then the spectral regression is a spectral clustering technique with natural out-of-sample expansion capabilities, whose objective function is
[0062] 式(7)は、応答yiとyjは、i番目のサンプルとj番目のサンプルが類似している場合、お互いに近くなるべきである。(3)における問題の固有ベクトルは、(7)における問題の最適解を生む。半教師あり学習の場合において、(3)における固有問題の解としての応答yiとyjは、i番目とj番目のサンプルが同じクラスに属する場合、可能な限り近くなり得る。そのような特性は、同じラベル付けされたサンプルが同じまたは類似の応答を有することが期待されるので、半教師あり学習にとって必須である。 Equation (7) states that responses y i and y j should be close to one another if the ith sample and the jth sample are similar. The eigenvectors of the problem in (3) yield the optimal solution of the problem in (7). In the case of semi-supervised learning, the responses y i and y j as solutions of the eigenproblem in (3) can be as close as possible if the ith and jth samples belong to the same class. Such a property is essential for semi-supervised learning as the same labeled sample is expected to have the same or similar response.
[0063] スペクトル回帰の他の重要なメリットは、再生核ヒルベルト空間に全てのサンプルを写像することによって、非線形判別分析に簡単に拡張され得ることである。そして、我々は、高次元な特徴空間においてスペクトル分析を実行する事ができ、それはスペクトル回帰カーネル判別分析(spectral regression kernel discriminant analysis:SRKDA)と呼ばれる。この場合、(5)におけるapの閉形式解は以下になる。 [0063] Another important advantage of spectral regression is that it can be easily extended to non-linear discriminant analysis by mapping all the samples to the reconstructed nuclear Hilbert space. And we can perform spectral analysis in high dimensional feature space, which is called spectral regression kernel discriminant analysis (SRKDA). In this case, the closed-form solution of a p in (5) is as follows.
[0064] ここで、Kはn x n行列であり、その要素Ki,jはK(xi,xj)であり、K(・,・)はカーネル関数である。あるアプローチにおいて、ガウスカーネルが選択され、用いられる。SRKDAは、更に以下に詳細に記載されるように、ある臨床的および実験的アプローチにおいて利用されていた。 Here, K is an n × n matrix, its element K i, j is K (x i , x j ), and K (·, ·) is a kernel function. In one approach, a Gaussian kernel is selected and used. SRKDA has been utilized in certain clinical and experimental approaches, as described in further detail below.
[0065] SRKDAアルゴリズムにおいて最適化されるべき2つの重要なパラメータがある:(2)におけるヒートカーネル(heat kernel)の標準偏差σと非線形(即ち、ガウス)カーネル関数K(・,・)の標準偏差。ヒートカーネルの標準偏差σは以下のように推定される。 [0065] There are two important parameters to be optimized in the SRKDA algorithm: standard deviation σ of heat kernel in (2) and standard of nonlinear (ie Gaussian) kernel function K (···) deviation. The standard deviation σ of the heat kernel is estimated as follows.
ここで、nはトレーニングサンプルの総数である。あるアプローチにおいて、パラメータσは、所与のトレーニングデータセットの中で個別の交差検証を行うことによって最適化され得る。しかし、所与のトレーニングデータセットに対してσをオーバーチューニングし、モデルの一般化可能性を妥協することのリスクがある。対照的に、(9)におけるσの推定は得るのが簡単であり、その値は、交差検証アプローチを採ることによって得られたであろうものに類似する。従って、ある実施形態では、ガウスカーネル関数 K(・,・)の標準偏差は(9)におけるように推定される。 Here, n is the total number of training samples. In one approach, the parameter σ may be optimized by performing individual cross validation within a given training data set. However, there is a risk of overtuning σ for a given training data set and compromising the generalizability of the model. In contrast, the estimation of σ in (9) is simple to obtain, and its value is similar to that which would have been obtained by taking a cross validation approach. Thus, in one embodiment, the standard deviation of the Gaussian kernel function K (·, ·) is estimated as in (9).
[臨床例]
[0066] この中に記載されたシステムと方法を検証するために、ICP、CBFV、および、ECGデータを備えるデータセットが、2008年7月15日から2011年11月16日の間にUCLAメディカウセンターの神経系ICUと病棟ユニットに収容された90人の患者(年齢:18−92[中央値:47]、性別:男性47/女性43)から収集された。彼らの中で、44人の患者がTBIを患っており、36人がSAHを有し、残りがNPHの疑いありと診断された。表1は、患者の診断と人数統計情報を要約している。
[Clinical example]
[0066] In order to verify the systems and methods described herein, datasets comprising ICP, CBFV, and ECG data were recorded between UCLA Medica between July 15, 2008 and November 16, 2011. The data were collected from 90 patients (age: 18-92 [median: 47], sex: male 47 / female 43) housed in the nervous system ICU of the center and the ward unit. Among them, 44 patients suffered from TBI, 36 had SAH and the rest were diagnosed as suspected NPH. Table 1 summarizes patient diagnosis and demographic information.
[0067] ICPは、脳損傷のための脳室内カテーテルまたはNPHのための実質内マイクロセンサを用いて、臨床目的のための連続ICPモニタリングを介して侵襲的に測定された。また、同時の心血管モニタリングが、ベッド脇のGEモニタを用いて行われた。CBFV信号はICP測定場所に同側であったMCAにおいて得られたが、一方、UCLAの神経外科部門の脳血流(Cerebral Blood Flow:CBF)ラボラトリに加わっている専門家が、TCDを用いて患者の脳血行動態の日々の臨床的評価を行った。収集された信号の持続期間は、どれだけ長くMCAのTCDモニタリングがなされ得たかに応じて変わる。典型的に、TCDモニタリングは、プローブがハンドヘルドでなければならなかったので、3−5分しか続かなかった。この研究は、任意の個人的な健康情報の介入なしに、研究倫理審査委員会によって認可された。 [0067] ICP was measured invasively via continuous ICP monitoring for clinical purposes, using an intracerebroventricular catheter for brain injury or an intraparenchymal microsensor for NPH. Simultaneous cardiovascular monitoring was also performed using a bedside GE monitor. CBFV signals were obtained at the MCA ipsilateral to the ICP measurement site, while experts at the Cerebral Blood Flow (CBF) laboratory of the neurosurgical department of UCLA used TCD. Daily clinical assessment of the patient's cerebral hemodynamics was performed. The duration of the signal collected varies depending on how long MCD TCD monitoring can be done. Typically, TCD monitoring lasted only 3-5 minutes as the probe had to be handheld. This study was approved by the Research Ethics Review Board without any personal health information intervention.
[0068] 全ての信号は、PowerLabデータ取得システム(ADInstruments社、コロラドスプリングス、コロラド州)に装備されたモバイルカートを介して記録され、それは400Hzでベッド脇のモニタからのアナログ信号をサンプルする。そして、記録された信号は、更なる分析のために、チャートバイナリファイルフォーマットへ記憶された。 [0068] All signals are recorded via a mobile cart equipped with a PowerLab data acquisition system (ADInstruments, Inc., Colorado Springs, Colo.), Which samples analog signals from the bedside monitor at 400 Hz. The recorded signal was then stored in chart binary file format for further analysis.
[0069] ICPの範囲は3つのグループに分割された:平常(<15mmHg)、グレイゾーン(15−30mmHg)、および、IH(>30mmHg)。15mmHg以下にあるICPは平常状態の指標であると決められる。対照的に、ICPが30mmHgを超える場合に、患者の状態がより大きなリスクにあると決められる。 [0069] The range of ICP was divided into three groups: normal (<15 mmHg), gray zone (15-30 mmHg), and IH (> 30 mmHg). ICP below 15 mm Hg is determined to be a measure of normality. In contrast, it is determined that the patient's condition is at greater risk if the ICP exceeds 30 mm Hg.
[0070] 日々の脳血行動態評価の各セッションの間に同時に記録された、3−5分の長さのICPとCBFVセグメントは、1分のセグメントに分解された。これら1分のセグメントの各々は、1つのサンプル、即ち、1組のCBFV構造的特徴を与えるために用いられた。90人の患者から、131のセッションを通じて、563のサンプルが得られた。それらのサンプルは、サンプルレベルではなくセッションレベルで、上述のラベル付け基準を適用することによってラベルを割り当てられた。言い換えれば、所与のセッションに属するサンプルのいずれかがIHの基準に合致する場合、そのセッションの全てのサンプルがIHとしてラベル付けされる。このラベル付けスキームの背景にある理論的根拠は、介護者が最も関心のあることが、患者が所与のセッションの間に少しでもIHを経験するかどうかであることにある。セッションの間の1分のセグメントのどれがIHに関連付けられるかは、典型的に、あまり関心がない。しかし、あるアプローチでは、IHの発生または複数回のIHの発生の特別な時間の特定が与えられる。対照的に、所与のセッションは、そのセッションの中の全てのサンプルが平常(即ち、<15mmHg)基準に合致する場合のみ、平常としてラベル付けされる。IHまたは平常としてラベル付けされない任意のセッションは、グレイゾーンとしてラベル付けされる。表2は、我々のラベル付けスキームの結果の概略を示す。46の平常セッションからの全てのサンプルが15mmHg以下のICPに対応しているが、8のIHセッションからの48サンプルのいくつかのみが30mmHgを超えるICPに対応していることを注記することが重要である。 [0070] The ICP and CBFV segments 3-5 minutes long, recorded simultaneously during each session of daily cerebral hemodynamic assessment, were resolved into 1-minute segments. Each of these one-minute segments was used to provide one sample, a set of CBFV structural features. From 90 patients, 563 samples were obtained over 131 sessions. The samples were assigned labels by applying the labeling criteria described above at the session level rather than at the sample level. In other words, if any of the samples belonging to a given session meet the criteria of IH, then all samples of that session are labeled as IH. The rationale behind this labeling scheme is that what the carer is most interested in is whether the patient experiences any IH during a given session. Which one-minute segment during a session is associated with IH is typically of less interest. However, one approach is to identify the specific time of occurrence of IH or multiple occurrences of IH. In contrast, a given session is labeled as normal only if all the samples in that session meet the normal (ie, <15 mm Hg) criteria. Any session not labeled as IH or normal is labeled as a gray zone. Table 2 outlines the results of our labeling scheme. It is important to note that although all samples from 46 normal sessions correspond to ICP below 15 mmHg, only some of the 48 samples from 8 IH sessions correspond to ICP above 30 mmHg It is.
[0071] 上述のラベル付けスキームでもって、我々は、2つの別々の交差検証実験を行った。第1の交差検証実験の目的は、IHサンプルを平常サンプルから区別するためのSRKDAの性能を数量化することであった。第1の交差検証実験において、10分割交差検証がIHと平常のサンプル上でのみ実行され、グレイゾーンサンプルはトレーニング目的のためにのみ用いられた。我々は、それらグレイゾーンサンプルを、3つの異なる方法で用いる:教師あり1、教師あり2、および、半教師あり。教師あり1の設定では、グレイゾーンサンプルは20mmHgの従来のIH閾値に基づいてIHまたは平常としてラベル付けされ、トレーニング目的のために「ラベル付けされた(labeled)」サンプルとして用いられる。教師あり2の設定では、それらは「ノイズ(noisy)」サンプルとみなされ、完全に捨てられる。最後に、半教師ありの設定では、トレーニング目的のために、「ラベル付けされていない(unlabeled)」サンプルとしてのみ用いられる。我々は、また、PIベースIH検出を我々のベースライン分類指標として考慮し、我々の提案した方法に対してその性能を比較した。 [0071] With the labeling scheme described above, we performed two separate cross-validation experiments. The purpose of the first cross validation experiment was to quantify the ability of SRKDA to distinguish IH samples from normal samples. In the first cross validation experiment, 10-fold cross validation was performed only on IH and normal samples, and gray zone samples were used only for training purposes. We them gray zone sample, used in three different ways: supervised 1, supervised 2, and semi-supervised. In the supervised 1 setting, gray zone samples are labeled as IH or normal based on a conventional IH threshold of 20 mm Hg, and used as a "labeled" sample for training purposes. In the supervised 2 setting, they are considered "noisy" samples and are completely discarded. Finally, in a semi-supervised setting, it is only used as an "unlabeled" sample for training purposes. We also considered PI-based IH detection as our baseline classification index and compared its performance against our proposed method.
[0072] 第2の交差検証の目的は、SRKDAが、グレイゾーンサンプルをそれらの対応するICP値に従って集団化することができるかどうかを検査することであった。この実験において、10分割交差検証が、半教師あり学習様式においてグレイゾーンサンプル上でのみ行われ、全てのIHおよび平常のサンプルはトレーニング目的でのみ用いられる。高血圧のサンプルのラベルは+1であり、平常のサンプルのラベルは−1であるが、SRKDAの直接出力はラベルの連続的尺度推定である。我々は、主に、グレイゾーンサンプルのこれら連続的尺度推定がそれらの対応するICP値と強く相関されているかどうかに関心があった。 [0072] The purpose of the second cross validation was to test whether SRKDA could group gray zone samples according to their corresponding ICP values. In this experiment, 10-fold cross validation is performed only on gray zone samples in a semi-supervised learning mode, all IH and normal samples are used only for training purposes. The label of the hypertensive sample is +1 and the label of the normal sample is -1, but the direct output of SRKDA is a continuous scaled estimate of the label. We were mainly interested in whether these continuous scale estimates of gray zone samples were strongly correlated with their corresponding ICP values.
[0073] 我々の研究における全ての交差検証が患者抜きの方法で行われたことを注記することが重要である。1人の患者からのいくつかのサンプルはトレーニング目的のために用いられ、同じ患者からのサンプルのどれも、テスト目的のためには用いられ得ない。IH検出の性能は、サンプルレベル上ではなく、セッションレベル上で計算される。上述のように、個々のセッションがIHに関連付けられるかどうかを知ることに大きな関心がある。SRKDAの直接の出力が個々のサンプルの連続尺度ラベル推定であるので、我々は、所与のセッションに属する全てのサンプルを集め、セッションのラベルとして、ラベルの最大の値をもつ推定を選択した。 [0073] It is important to note that all cross validation in our study was done in a patient-free manner. Several samples from one patient are used for training purposes and none of the samples from the same patient can be used for testing purposes. The performance of IH detection is calculated on the session level, not on the sample level. As mentioned above, there is great interest in knowing whether an individual session is associated with an IH. Since the direct output of the SRKDA is a continuous scale label estimate of the individual samples, we collected all samples belonging to a given session and selected the estimate with the largest value of the label as the session label.
[0074] 以下のセクションは、2つの別個の性能測定、即ち、我々の研究の中で用いられた曲線下面積(area under the curve:AUC)とデシジョンカーブ分析(decision curve analysis)を記載する。 [0074] The following section describes two separate performance measurements: area under the curve (AUC) used in our study and decision curve analysis.
[0075] 曲線下面積: 予測精度は、受診者動作特性(receiver operating characteristic:ROC)曲線の下の面積によって測定される。ROC曲線下面積は、ランダムに選択された陽性のサンプルのランクがランダムに選択された陰性のサンプルのランクより大きい確立として考えられ得る。近い近隣の数kに対して半教師ありSRKDAのAUCをプロットすることによって、我々は、半教師あり分類指標の性能上でのkの影響を検査した。 Area Under Curve: The prediction accuracy is measured by the area under the receiver operating characteristic (ROC) curve. The area under the ROC curve can be considered as the probability that the rank of randomly selected positive samples is greater than the rank of randomly selected negative samples. By plotting the AUC of the semi-supervised SRKDA against the number k of nearby neighbors, we examined the effect of k on the performance of the semi-supervised classification index.
[0076] デシジョンカーブ分析: 予測精度測定としてのAUCは、偽陽性(false-positive)と偽陰性(false-negative)の結果の臨床的帰結に重きをおかない。言い換えれば、所与の診断方法を用いることが臨床的に有用であることを、全然、我々に伝えることができない。例えば、診断をミスすることが、病気を不必要に処置することより有害である場合、より高い感度をもった診断法Aは、より高い特異度をもつがより低い感度を持つ他の診断法Bに対して、方法AのAUCが方法BのAUCより僅かに小さくあり得るけれども、より良い臨床的な選択である。臨床的帰結を組み込むことによって異なる診断法を評価し、比較するために、我々はデシジョンカーブ分析を用いた。デシジョンカーブ分析は、病気の可能性閾値ptの範囲を通じて所与の診断法の純益(即ち、臨床的利益)を引き出す。患者が処置(我々のケースでは侵襲のICPモニタリング)を選択する病気の可能性閾値ptは、患者の必要(真陽性)と不必要(偽陽性)な処置への重み付けを反映すると決める。しかし、純益を計算する場合、処置を選択するそれら個々にのみ焦点を当てる明瞭な理由はない。最近、処置ありと処置なしの全ての個々のための修正された純益がある。この全純益(overall net benefit)は以下のように表現され得る。 [0076] Decision curve analysis: AUC as a measure of predictive accuracy does not emphasize the clinical consequences of false-positive and false-negative results. In other words, we can not at all tell us that it is clinically useful to use a given diagnostic method. For example, if misdiagnosis is more harmful than unnecessarily treating the disease, diagnostic method A with higher sensitivity has other diagnostic methods with higher specificity but lower sensitivity. For B, although the AUC of method A may be slightly smaller than the AUC of method B, it is a better clinical choice. We used decision curve analysis to evaluate and compare different diagnostic methods by incorporating clinical consequences. Decision curve analysis draws net given diagnosis Throughout the disease potential threshold p t (i.e., clinical benefit). The disease probability threshold pt for which the patient chooses treatment (ICP monitoring of insult in our case) decides to reflect the patient's weighting for needed (true positive) and unnecessary (false positive) treatment. However, when calculating profit, there is no clear reason to focus only on those individuals who choose treatment. Recently, there is a modified net benefit for all individuals with and without treatment. This overall net benefit can be expressed as:
[0077] 図5は、第1の交差検証実験における我々のIH検出方法を比較し、破線の緑の線はPIベースのIH検出方法(べースライン方法)のものであり、細い一点鎖線の青い線は教師あり1のIH検出方法のものであり、太い一点鎖線のライトブルーの線は教師あり2のIH検出方法のものであり、赤の実線は半教師ありkのIH検出方法のものである。半教師ありkのIH検出方法のみがkを探索するために近隣の数を扱わなければならないので、全ての他の方法のAUCは、kの範囲全体を通じて一定であった。各線とグレイの領域は、平均AUCと複数(=100)分割交差検証上の1つの標準偏差変位を表す。図5において指摘すべき幾つかの興味深い態様がある。第1に、我々が提案したIH検出方法の全てが、PIベースのIH検出方法より十分に良好である。第2に、教師あり1のIH検出方法は、教師あり2のIH検出方法より僅かに悪い。それは、20mmHgに基づいてグレイゾーンサンプルをラベル付けデータとして利用することが、実際、SRKDA分類指標の予測精度を悪化させていることを示している。第3に、半教師ありkのIH検出方法は、kが増加すると増加する傾向にある。 [0077] FIG. 5 compares our IH detection method in the first cross-validation experiment, where the dashed green line is that of the PI-based IH detection method (baseline method) and the thin dashed dotted blue line The line is for supervised 1 IH detection method, the thick dashed-dotted light blue line is for supervised 2 IH detection method, and the red solid line is for semi-supervised k IH detection method is there. Since only the semi-supervised k IH detection method has to deal with the number of neighbors to search for k, the AUC of all other methods was constant throughout the range of k. Each line and gray area represents the mean AUC and one standard deviation displacement on multiple (= 100) split cross validation. There are several interesting aspects to be pointed out in FIG. First, all of the IH detection methods we proposed are sufficiently better than PI-based IH detection methods. Second, the supervised 1 IH detection method is slightly worse than the supervised 2 IH detection method. It shows that using gray zone samples as labeling data based on 20 mmHg actually degrades the prediction accuracy of the SRKDA classification indicator. Third, semi-supervised k IH detection methods tend to increase as k increases.
[0078] 図6は、第1の交差検証実験におけるIH検出方法のデシジョンカーブ(純益 対 可能性閾値pt)を示す。PIベースのIH検出方法の純益(緑の破線)は、0.14から0.27までのptの非常に狭い範囲上でのみ、2つの極端なアプローチ(即ち、全てに対して処置すること(Treat-All)と誰に対しても処置しないこと(Treat-None))の純益よりも僅かに良い。対照的に、構造的特徴に基づく我々の提案した方法の純益は、ptの広い範囲上で2つの極端なアプローチの純益よりも著しく良い。 [0078] Figure 6 shows the decision curve of the IH detecting method in the first cross-validation experiments (net vs. potential threshold p t). Net of PI-based IH detecting process (dashed green line) is only on a very narrow range of p t from 0.14 to 0.27, two extreme approaches (i.e., treating to all Slightly better than the net profit of (Treat-All) and no treatment for anyone (Treat-None). In contrast, net of our proposed method based on structural features, significantly better than the net of the two extreme approaches on a wide range of p t.
[0079] 図5は、また、質的な意味において、教師あり方法を超える半教師ありIH検出方法の優れた性能を明らかにしている。しかし、図6のデシジョンカーブがお互いに交差しているので、量的な性能の比較をすることは取るに足りないことではない。表3は、ptの全体の範囲を通じて、各IH検出方法の純益と2つの極端なアプローチの純益との間の平均化された差として、各IH検出方法の純益利得の概略を示している。純益利得は、2つの極端なアプローチ(即ち、全てに対して処置することと誰に対しても処置しないこと)を超えて特異なIH検出方法を用いることによって達成され得る真の純益の程度を測定することを企てる。表3にリストされた純益利得は、半教師ありIH検出方法が他の方法よりも顕著に良く、PIベースのIH検出が全てに対して処置することと誰に対しても処置しないことのアプローチよりも良くはならないことを、明瞭に証明している。 [0079] FIG. 5 also demonstrates the superior performance of the semi-supervised IH detection method over the supervised method in a qualitative sense. However, since the decision curves in FIG. 6 cross each other, it is not trivial to compare quantitative performance. Table 3 outlines the net income gains of each IH detection method as the averaged difference between the net income of each IH detection method and the net income of the two extreme approaches over the entire range of p t . The net benefit gain is the degree of true net income that can be achieved by using a unique IH detection method beyond two extreme approaches (ie, treating for all and not treating for everyone) I plan to measure it. The net benefit gains listed in Table 3 show that the semi-supervised IH detection method is significantly better than the other methods and that the PI based IH detection approach to all treatment and no treatment for anyone It clearly proves that it does not go better.
[0080] 図7は、グレイゾーンサンプルの連続尺度ラベル推定がy軸上にあり、対応するICP値がx軸上にある、第2の交差検証実験の結果を可視化している。連続尺度ラベル推定は、対応するICP値が増加すると増加する傾向にあり、それらの間の相関係数は、2e−4のp値で0.55であった。 [0080] FIG. 7 visualizes the results of a second cross validation experiment in which the continuous scale label estimate of the gray zone sample is on the y-axis and the corresponding ICP value is on the x-axis. Continuous measure label estimates tended to increase as the corresponding ICP values increased, and the correlation coefficient between them was 0.55 with a p value of 2e-4.
[0081] (4)における正則化パラメータαは、その複雑さ、即ち、 The regularization parameter α in (4) has its complexity,
に罰則をかけることによって最小二乗解apの過剰適合を避けるためにある。あるアプローチでは、このパラメータは、トレーニングデータセットの中で個別の交差検証を行うことによって最適化され得る。代わりに、予備的なデータセット上でSRKDAをテストすることによって、我々は、その値が小さく(<0.01)ある限り、正則化パラメータαがSRKDAの性能に大きくは影響しないことを学習した。従って、この中に記載される臨床データセットと分析等のあるアプローチにおいて、αは0.01に設定される。 In order to avoid overfitting the least squares solution ap by penalizing In one approach, this parameter may be optimized by performing individual cross validation in the training data set. Instead, by testing SRKDA on a preliminary data set, we learned that the regularization parameter α does not significantly affect the performance of SRKDA as long as its value is small (<0.01) . Thus, in one approach, such as the clinical data set and analysis described herein, α is set to 0.01.
[0082] この中に記載される臨床データの分析のために用いられるアプローチ等のあるアプローチにおいて、幾つかの構造的特徴間の相関はありそうであるが、特徴選択方法は用いられない。従って、あるアプローチにおいて、特徴間の相関を利用する特徴選択方法が実装される。SRKDA等の非線形カーネルベースの分類方法は、特徴選択または特徴重み付けが分類の目的のために不必要であるように、高次元データを分類することにおいて効果的である。本データについて、特徴選択技法はIH検出方法のための顕著な性能改善は提供しなかった。しかし、図3に示されたように、ECG−QRSと最初のトロフとの間の時間遅延は、正確なIH検出のための1つの最も重要な特徴であったことが注記されるべきである。我々のシミュレーション研究から単にこの特徴を除外することによって、IH検出の性能は、平均で〜10%まで劣化した。その程度にIH検出の性能に影響した特徴の他のサブセットはなかった。 [0082] In certain approaches, such as those used for analysis of clinical data described herein, although correlations between some structural features are likely, feature selection methods are not used. Thus, in one approach, a feature selection method is implemented that exploits the correlation between features. Non-linear kernel based classification methods such as SRKDA are effective in classifying high dimensional data such that feature selection or feature weighting is unnecessary for the purpose of classification. For this data, feature selection techniques did not provide significant performance improvement for IH detection methods. However, it should be noted that the time delay between the ECG-QRS and the first trof was one of the most important features for accurate IH detection, as shown in FIG. . By simply excluding this feature from our simulation studies, the performance of IH detection degraded to -10% on average. There was no other subset of features that affected the performance of IH detection to that extent.
[0083] 図5と6における我々の交差検証結果は、CBFV PIが、パルス構造メトリクスの完全な組を用いることに比較して、上昇したICPをあまり良くは反映しないことを、明瞭に示している。報告されたPI−ICP相関性質における変化は、CBFV PIが動脈血圧や年齢を含む多くの他の要因によって影響されるという事実に帰し得る。加えて、この研究では3つの非常に異なる患者の個体群があって、それがPI−ICP関係を更に混乱させている。我々のアプローチの優れた性能は、SRKDAモデルが、IPC状態に関連しない要因によって殆ど混乱されない、構造的メトリクスの与えられた組から判別可能な特徴を暗黙的に選択することができ得ることを示している。 [0083] Our cross-validation results in FIGS. 5 and 6 clearly show that CBFV PI does not reflect well on elevated ICP as compared to using the complete set of pulse structure metrics. There is. Changes in reported PI-ICP correlation properties can be attributed to the fact that CBFV PI is influenced by many other factors, including arterial blood pressure and age. In addition, there are three very different patient populations in this study, which further disrupts the PI-ICP relationship. The superior performance of our approach shows that the SRKDA model can implicitly select discriminable features from a given set of structural metrics that are hardly disrupted by factors not related to IPC status ing.
[0084] 図5に示されているように、半教師ありIH検出方法の性能(即ち、予測精度)は、近い近隣(または、サンプル)kの数が増加すると改善される。この認定は、重み行列Wが大きなkでよりより密になり、ラベル付けされていないサンプルとラベル付けされているサンプルの中での固有のデータ構造が、SRKDAの予測力を改善するために、より広い範囲にわたって探索され得るとの事実を指摘することによって説明され得る。デシジョンカーブ分析は、半教師ありIH検出方法が大きなkでもってより良く働くとのアイデアをサポートする図6と表3の結果となる。 [0084] As shown in FIG. 5, the performance (ie, prediction accuracy) of the semi-supervised IH detection method improves as the number of near neighbors (or samples) k increases. The qualification is that the unique data structure in the sample whose weight matrix W is more dense with larger k and is labeled as unlabeled sample improves the predictive power of SRKDA. It can be explained by pointing out the fact that it can be searched over a wider range. The decision curve analysis results in Figure 6 and Table 3 supporting the idea that the semi-supervised IH detection method works better with large k.
[0085] サンプルレベル上での提案のIH検出方法の性能は、セッションレベル上での性能よりも顕著に低かった。1つの可能な説明は、CBFVがCBF自己調節能により遅延した仕方でICPに上昇に応答し得ることである。急性ICP上昇が起こる場合、固有の低利的遅延が、CBFVパルス構造変化を見るために避けられない。その遅延は、通常、損傷を受けていない自己調節能について10−20sである。従って、あるアプローチにおいて、IH検出はセッションレベル上で用いられる。 [0085] The performance of the proposed IH detection method at the sample level was significantly lower than the performance at the session level. One possible explanation is that CBFV can respond to the rise to ICP in a delayed manner by CBF autoregulation. When acute ICP elevation occurs, an inherent low interest rate delay is inevitable to see CBFV pulse structure changes. The delay is usually 10-20 s for undamaged autoregulation. Thus, in one approach, IH detection is used on session level.
[0086] デシジョンカーブ分析はモデルの有用性に専念しているが、ROC曲線分析は、所与の予測モデルの精度にのみ焦点を合わせられている。結果として、後者に基づく最適動作点は、前者に基づく最適動作点とは全く異なっている。典型的に、ROC曲線に基づく最適動作点は、Youden率(即ち、感度+特異度−1)が最大化される動作点である。この最適な動作点と対応する閾値は、最適精度動作点と最適精度閾値paと呼ばれる。しかし、最適精度閾値paをもった予測モデルの純益は、ptが最適精度敷地から離れるとすぐに、2つの極端なアプローチの純益以下に落ちる。この最適動作点と対応する閾値は、最適純益動作点と最適純益閾値と呼ばれる。ROC曲線上での最適純益動作点は、その傾斜が以下に等しい点として決定される。 While decision curve analysis is devoted to the utility of the model, ROC curve analysis is focused only on the accuracy of a given prediction model. As a result, the optimal operating point based on the latter is quite different from the optimal operating point based on the former. Typically, the optimal operating point based on the ROC curve is the operating point where Youden's modulus (ie sensitivity + specificity -1) is maximized. Threshold corresponding to the optimum operating point, called the Optimal precision operating point and optimum accuracy threshold p a. However, the net benefit of the prediction model with the optimal accuracy threshold p a falls below the net benefits of the two extreme approaches as soon as p t leaves the optimal accuracy site. The optimal operating point and the corresponding threshold are referred to as the optimal net profit operating point and the optimal net profit threshold. The optimal net operating point on the ROC curve is determined as the point whose slope is equal to
ここで、 here,
は全ての陽性サンプルの部分である。この最適純益動作点は、それがptの特異値において純益を最大にするという意味で「最適(optimal)」である。 Is a portion of all positive samples. The optimum net operating point is "ideal (optimal)" in the sense that it maximizes the net in the singular values of p t.
[0087] 図8は、半教師あり200IH検出方法のROC曲線上の3つの異なる動作点を示し、赤の点はpa=0.12をもった最適精度動作点のものであり、緑の点はpt=0.2の最適純益動作点のものであり、青の点はpt=0.4の最適純益動作点のものである。pa=0.12をもった半教師あり200IH検出方法は、最適精度性能をもたらし得る。しかし、それは、ptが0.12に近いときのみ、全てに対して処置する、または、誰に対しても処置しない、のアプローチより良好な純益をもたらし得、それは、ptの高い値が選択された場合、事実上無用である。図8は、なぜ、高い感度の予測モデルがptの小さい値でもって好適とされ、他方で、高い特異度の予測モデルがptの大きい値で好適とされるか、を良く示している。 [0087] FIG. 8 shows three different operating points on the ROC curve of the semi-supervised 200 IH detection method, where the red point is that of the optimal accuracy operating point with p a = 0.12 and is green The point of is that of the optimum net profit operating point of p t = 0.2, and the blue point is that of the optimum net profit operating point of p t = 0.4. The semi-supervised 200 IH detection method with p a = 0.12 can provide optimal accuracy performance. However, it is when p t is close to 0.12 only treated for all, or not be treated to everyone, can lead to better net than approach, it is highly p t value When selected, it is virtually useless. Figure 8 is why, predictive models of high sensitivity is to be preferred with a small value of p t, on the other hand, the prediction model of high specificity indicates good or, is to be preferred in a large value of p t .
[0088] この中に記載されたIH診断ツールは、適当なptが異なり得る臨床用途の多様な組において用いられ得る。かくして、IH診断を得ることの意図された用途に合うために異なるモデルとそれらの動作点を選択するためにデシジョンカーブ分析を行うことは、非常に有用である。 [0088] The IH diagnostic tools described herein may be used in various sets of clinical applications where the appropriate pt may vary. Thus, it is very useful to perform decision curve analysis to select different models and their operating points to suit the intended use of obtaining IH diagnostics.
[0089] しかし、我々の結果は、異種の患者個体群からのデータを扱うことについて、CBFVパルスの構造的メトリクスの組を用いることがPI等の単一のメトリクスを用いることより有望であることを示したが、脳損傷および水頭症の患者からのデータを用いてトレーニングされたSRKDAモデルが、IIH患者個体群に推定し得るかどうかを調べることに関心が残る。 However, our results show that using a set of CBFV pulse structural metrics is more promising than using a single metric such as PI for dealing with data from disparate patient populations However, interest remains in examining whether the SRKDA model trained using data from patients with brain injury and hydrocephalus can be extrapolated to IIH patient populations.
[0090] 20mmHgのICPレベルは、IHの実例を定義するための従来の閾値である。しかし、それは、やや恣意的であり、多くの偽陽性刑法の原因となる傾向にある。あるアプローチにおいて、この中に書かれたシステムと方法は、ICP範囲を3つのグループに分割する:平常(<15mmHg)、グレイゾーン(15−30mmHg)、および、IH(>30mmHg)。SRKDAアルゴリズムを採用することによって、グレイゾーンサンプルがラベルなしデータとして扱われる半教師あり学習アプローチが、伝統的な教師あり学習アプローチよりIH検出にとってより適していることを実証した。 [0090] An ICP level of 20 mm Hg is a conventional threshold to define an illustration of IH. However, it is somewhat arbitrary and tends to be the cause of many false positive criminal laws. In one approach, the systems and methods described herein divide the ICP range into three groups: normal (<15 mm Hg), gray zones (15-30 mm Hg), and IH (> 30 mm Hg). By adopting the SRKDA algorithm, we demonstrate that semi-supervised learning approaches in which gray zone samples are treated as unlabeled data are more suitable for IH detection than traditional supervised learning approaches.
[0091] 記載されたもの、および、フロー図に示されたものなどの上記ステップは、図に示されたり記載されたりした順番や流れに限定されない任意の順番または流れで実行され、または、行われることが理解されるべきである。あるアプローチでは、ステップは除外され得る。あるアプローチでは、ステップは加えられ、または、組み合され得る。追加として、または、代替として、上記ステップのいくつかは、待ち時間や処理時間を減らすために、適当な場合にはほぼ同時に、または、並列に実行され、または、行われ得る。 [0091] The above steps such as described and shown in the flow diagram may be performed in any order or flow, not limited to the order or flow shown or described in the figure or row It should be understood that In one approach, steps may be excluded. In one approach, steps may be added or combined. Additionally or alternatively, some of the above steps may be performed or performed substantially simultaneously, or in parallel where appropriate, to reduce latency and processing time.
[0092] この中に開示された方法論は、好ましくは、脳の血流をモニタリングすることによって潜在的な脳の外傷を検出するように設計された経頭蓋ドプラ(Transcranial Doppler:TCD)システムを有した超音波トランスデューサ位置決め機構を用いることによって可能とされる。これは、患者の頭のどちらかの側に超音波トランスデューサを位置決めし、超音波ドプラフロー信号を最大化するためにトランスデューサを最適に位置決めすることによって達成される。 [0092] The methodology disclosed herein preferably has a Transcranial Doppler (TCD) system designed to detect potential brain trauma by monitoring brain blood flow. This is made possible by using an ultrasonic transducer positioning mechanism. This is accomplished by positioning the ultrasound transducer on either side of the patient's head and optimally positioning the transducer to maximize the ultrasound Doppler flow signal.
[0093] 使用において、超音波トランスデューサ位置決め機構(Ultrasonic Transducer Positioning mechanism:UTPM)は、患者の頭の両方の側のこめかみ領域に隣接して置かれる。患者の頭と耳たぶの上方の交線は、機構の筐体の置き場所のための基準のランドマークを与える。示されるようなハンドヘルドプローブが用いられ得るが、頭に対する筐体の位置は、分離したヘッドギア器具への取付け具を介して、望むように維持される。 [0093] In use, the Ultrasonic Transducer Positioning Mechanism (UTPM) is placed adjacent to the temple area on both sides of the patient's head. The line of intersection above the patient's head and earlobe provides a reference landmark for the placement of the mechanism's housing. Although a hand-held probe as shown may be used, the position of the housing relative to the head is maintained as desired via attachment to a separate headgear device.
[0094] 超音波トランスデューサ位置決め機構は、最小の骨による減衰と脳の動脈への超音波照射の零度の角度を介して最良のドプラフロー信号を与えるために、患者の頭の上の最適な場所を求める。即ち、機構は、機構の駆動回路へのXYZ + XY傾斜コマンドを介して信号最大化に努めるプロセッシングユニットの指示のもとにトランスデューサを位置決めする。好ましくは、機構は、自立したスキャンと位置決めをすることができる。 [0094] The ultrasonic transducer positioning mechanism provides an optimal location on the patient's head to provide the best Doppler flow signal through minimal bone attenuation and a zero degree angle of ultrasound to the brain's arteries. Ask. That is, the mechanism positions the transducer under the direction of the processing unit seeking signal maximization via XYZ + XY tilt commands to the drive circuitry of the mechanism. Preferably, the mechanism is capable of free standing scanning and positioning.
[0095] 図10と11は、この中に記載されたCBFVの生データを集めることにおける使用のためのポータブル経頭蓋ドプラデバイス20の正面図と背面図である。デバイス20は、タッチセンサ付のLCDであってよいディスプレイスクリーン24をもった、従来のスマートホンと非常に似た大きさと形状を有する本体22を含む。超音波プローブ26がデバイスの背部のホルスタ28の中に収納され、磁気的に固定され得る。様々な制御部が、上側パネル30、または、スクリーン24の下側のボタン32として与えられ得る。ポータブルデバイスはいずれかの手で動作し、ディスプレイスクリーン24は所与の方向に調整され得る。専門家は、ホルスタ28から超音波プローブ26を抜き、それを患者の頭の上の領域、典型的にはこめかみの一方の辺り、に当てる。そして、CBFVの生データの測定が時間期間の間に採られ、記録される。同じプロセススキャンが異なる場所で繰り返され、完全に非侵襲である。好ましくは、胎児の超音波プローブのために典型的に用いられるような超音波カップリングゲルが、患者への快適さを増すため、および、表皮と真皮とを通した超音波の伝達を向上するために用いられる。
[0095] Figures 10 and 11 are front and back views of a portable
[0096] 図12は、その正面にディスプレイスクリーン42を有する自動化されたTCDヘッドセット40を示す。より具体的には、ヘッドセット40は、両側に2つの超音波プローブ44と、2つのプローブを接続するように正面の周囲に伸びるヘッドバンド46とを含む。図12Aと12Bに見られるように、TCDヘッドセット40は、プローブ44が両方のこめかみに位置付けられ、患者の頭蓋にぴったり合う。プローブ44は、中大脳動脈(middle cerebral artery:MCA)を自動位置決めすることができるTCDスキャナをその中に含む。望ましくは、ヘッドセット46は弾性であり、プローブ44の内側の面がこめかみとの良好な接触をつくるように、ヘッドセットが、様々な異なる頭の大きさの頭の正面上に引っかかるようにしてぴったり合うことを可能にする。再び、好ましくは、潤滑ゲルが、音響伝達を向上するために用いられる。
FIG. 12 shows an
[0097] 図13は、患者によって装着され、前頭ストラプ52、後部ストラップ54、および、頭蓋ストラップ56を有する、他の例示のTCDヘッドセット50の側面図である。ストラップ52、54、56は、頭の上にヘッドセットを固定する助けとなり、特に、一対の往復するTCDスキャナ58の両方のこめかみとの良好な接触を確実にする。TCDスキャナ58は、3つのストラップ52、54、56の交差点における接合部材60に、動きの矢印によって示されたように、前方向と後ろ方向への往復のために設けられる。一実施形態において、TCDスキャナ58は、XYスキャン平面に垂直なZ軸を中心として、各方向に約60度回転する。示されていないが、接合部材60の中の小型モータが、スキャナ58の動きを可能にする。
[0097] FIG. 13 is a side view of another
[0098] 3つのストラップ52、54、56のシステムは、ヘッドセット50を所定位置に保つことにおいて、極めて効果的である。頭蓋ストラップ56は、調節可能とするためにVelcro(登録商標)の切れ目を含み、後部ストラップ54は望ましくは弾性で、各接合部材60上の一対の締めノブ62と前頭ストラップ52の中央における締めノブ64が、X−Y較正のためのスキャナ58の位置の微細な調節を可能にする。頭蓋ストラップ56は、一度固定されたヘッドセット50のあごと関連する筋肉の動きによる移動を制限する助けとなる。
[0098] The system of three
[0099] ケーブル66は、タブレットコンピュータ等の制御ユニットへの接続のために接合部材60に取り付けられ得、または、システムは無線であってもよい。望ましくは、各スキャナ58は、内側の接触面への潤滑ゲルの挿入のために、好ましくは導管へのへこんだ誘導路によって形成された注入ポート68を含む。これは、ゲルの散らばった付与を減少させる助けとなる。好ましい実施形態において、各スキャナ58の内側のTCDセンサは、音響的な接触を最適化するために、Z方向に、または、こめかみに向かって、および、こめかみから離れる方向に、ずらされ得る。
The
[00100] 図14Aは、患者の頭の側部上のソフトマウンティング脚102上に位置された例示のTCDヘッドセット100の斜視図である。患者の頭の2つの大きさ、小さいSと大きいL、が、患者の異なる大きさに対するヘッドセット100の調節可能範囲を示すために輪郭線の中に示される。外側のハウジング104は、ヘッドセット100の内側のコンポーネントを可視化するために見せかけで示される。
[00100] FIG. 14A is a perspective view of an
[00101] 図14Bは、明瞭化のために装着者の頭の外形に対する外側のハウジング104を示し、また、ストラップ110によって第1のセットに接続された患者の頭の反対の側上の第2のヘッドセット100を示す。好ましくは、各ヘッドセット100は、頭に対してセットのクッションとなり、また、頭と外側のハウジング104との間に幾分かのスペースを与えるために、小さな吸引リングに似た複数のマウンティング脚102を有する。望ましくは、各側部に3つのマウンティング脚102がある。ヘッドセット100は、ストラップ110に張力をかけることによって固定される。示されているように、1つの前頭ストラップ110があり、または、上述したように、後部の周りに1つと頭蓋上に1つがあってもよい。
[00101] FIG. 14B shows the
[00102] 図15Aと15Bを参照して、図14Aと14BのTCDヘッドセットの側面方向から見た図が、ハウジング102が取り除かれた状態で示される。ハウジングの中には、スキャナ120が、一対の斜めのレール124上をスライドするキャリッジ122上に設けられる。キャリッジ122は、小さい歯とかみ合う駆動ギアを回す小型モータを含む。モータ130は、遠隔で、または、配線によって制御され得、従って、キャリッジ122は、レール124に沿って斜めに動かされ得る。
[00102] Referring to Figures 15A and 15B, a side view of the TCD headset of Figures 14A and 14B is shown with the
[00103] キャリッジ122上に設けられたTCDスキャナ120は、対象者のこめかみの領域上を動かされ得る。ヘッドセット100は、望ましくは、破線の四角の領域150によって示されたような約2平方インチ(sq in)の領域をスキャンすることができる。領域150の全体をカバーするために、レール124の上側端は、ほぼ水平な経路に沿って側方に並進運動するフレーム部材152に旋回可能に付く。より具体的には、フレーム部材152上の旋回点154は、ピストン/シリンダ関係でシリンダ158によって動かされ得る並進運動ロッド156に接続する。代替的にシリンダ158は、旋回点154の反対側のロッド156の端部に係合する小型モータを含み得、それを側方に並進運動する。この動きを達成するためのいくつかの方法があるが、各々は、ターゲット領域150上のXY平面におけるスキャナ140の協調された2次元の動きのためのキャリッジ122の動きと共に制御される。
[00103] The
[00104] 加えて、キャリッジ122上の動きのために設けられたスキャナ140を取り囲むロボットアームが、好ましくはステッパモータ160によって作動されるZ軸変位デバイスを有する。ロボットアームは、更に、一貫した信号品質のために、皮膚に対するスキャナ140の十分な圧力を維持する圧力センサ(図示されず)を装備される。この一定の圧力は、患者の動きに関連した変動問題のいくつかとTCDに対処する助けとなる。
In addition, the robotic arm surrounding the
[00105] 好ましい機構に関して、XYZ軸+XY傾斜に沿った並進直線運動は、ローカルなモータ制御ユニット(Motion Control Unit:MCU)によって駆動されるステッパモータの使用を介して達成される。サーボフィードバックが、ステップのコマンド数が達成されていることを確実にするために与えられる。サーボフィードバック信号は、逆起電力(reverse EMF)またはMCUに与えられるエンコーダ信号の形をとる。 [00105] With respect to the preferred mechanism, translational linear motion along the XYZ axis + XY tilt is achieved through the use of a stepper motor driven by a local Motor Control Unit (MCU). Servo feedback is provided to ensure that the command number of steps has been achieved. The servo feedback signal is in the form of a reverse EMF or an encoder signal provided to the MCU.
[00106] コマンドセット: XYZ軸+XY傾斜の動きは、TPUプロセッサを介して制御される。任意の軸に沿った動きのためのコマンドは、各軸に沿って動かされるために、ステップの増加数を示す符号付きの整数の形式である。好ましくは、傾斜/旋回運動の制御もある。 [00106] Command Set: The movement of XYZ axis + XY tilt is controlled via TPU processor. The commands for movement along any axis are in the form of a signed integer indicating the incremental number of steps to be moved along each axis. Preferably there is also control of the tilting / pivoting movement.
[00107] いくつかの頭の大きさに合うことができるユニットが、広範な採用のために重要である。ヘッドマウントが正しく合わない場合、TCDプローブは最適な信号を獲得できない。開示された設計は、ヘッドセットの固定(anchoring)とロボット機構を分離してこの懸念に対処している。これは、ユーザが、信号に達するための超音波機構へのインパクト無しで、任意の大きさの頭にヘッドセットを合わせることを可能にする。 [00107] Units that can fit several head sizes are important for widespread adoption. If the head mounts do not fit properly, the TCD probe can not obtain an optimal signal. The disclosed design addresses this concern by separating headset anchoring and robotics. This allows the user to fit the headset to a head of any size without impact on the ultrasound mechanism to reach the signal.
[00108] ヘッドセットの実施形態の各々は、使用後に全ての超音波カップリングゲルを除かれることができる。好ましくは、ふき取りまたは他の同様なデバイスが、機構の中の異物の蓄積から機構を保護するために与えられる。選択される材料は、医者のオフィスや臨床現場でルーチン的に用いられる水、イソプロピルアルコール、他の洗浄剤での線上に耐えなければならない。好ましい形態では、ヘッドセットは、10オンスよりも重くてはいけない。 [00108] Each of the headset embodiments can remove all ultrasound coupling gels after use. Preferably, a wipe or other similar device is provided to protect the mechanism from the accumulation of foreign matter in the mechanism. The material chosen should withstand the line with water, isopropyl alcohol and other cleaning agents routinely used in the doctor's office or clinical setting. In the preferred form, the headset should not be heavier than 10 ounces.
[00109] 以上は、単に、本開示の原理の例示であり、システム、デバイス、および、方法は、限定ではなく例示の目的のために提示される記載された実施形態以外によって実施可能である。この中に記載されたシステム、デバイス、および、方法は、TCDを用いたIHの非侵襲診断について示されているが、他の診断、または、治療手続き、脳性マラリア、軽度/中程度の外傷性脳損傷、および、その他を含む生理学上の用途の外の手続きを含む、他の手続きにおいて使用されるためのシステム、デバイス、および、方法に適用され得る。 [00109] The foregoing is merely illustrative of the principles of the present disclosure, and systems, devices, and methods can be practiced other than the described embodiments, which are presented for purposes of illustration and not limitation. The systems, devices, and methods described herein are indicated for non-invasive diagnosis of IH using TCD, but other diagnoses or treatment procedures, cerebral malaria, mild / moderate traumatic It may be applied to systems, devices and methods to be used in other procedures, including procedures outside of physiological applications, including brain injury and others.
[00110] ある実施形態において、記載されたシステムと方法は、ICPにおける増加がない、軽度や中程度のTBIの診断のために用いられ得る。基礎をなす生理機能は異なるが、核となる分析は同じである。軽度なTBIに続く脳の血行動態の変化、幾つかの研究によって、良く文献化されている。これらの変化の生理学的原因は、脳のある領域における増加した代謝要求に因る局部的な血流変化から、脳の血管系または脳自身における破壊に因るCBFの変化(高い頭蓋内圧−ICPによる減少した局所弾性率(decreased compliance)等)まで広がる。 [00110] In certain embodiments, the systems and methods described can be used for the diagnosis of mild and moderate TBI without an increase in ICP. The underlying physiological functions are different but the core analysis is the same. Mild TBI followed by changes in brain hemodynamics, which are well documented by several studies. The physiological causes of these changes are local blood flow changes due to increased metabolic demand in certain areas of the brain, changes in CBF due to destruction in the cerebral vasculature or the brain itself (high intracranial pressure-ICP To a reduced local elastic modulus (e.g., decreased compliance).
[00111] 例えば、Jaffres氏等による研究(Jaffres, P., et al., Transcranial Doppler to detect on admission patients at risk for neurological deterioration following mild and moderate brain trauma. Intensive Care Med, 2005. 31 (6): p. 785-90)は、予後の目的のために、救急室において、軽度と中程度のTBIにけるCBFVの拍動指数(Pulsatility Index:PI)の使用を調査し、彼らの結果は、PIのみで、二次的神経機能低下(secondary neurological deterioration:SND)を有した患者を有しない患者から識別できることを示した。Bouzat氏等による研究(Bouzat, P., et al., Transcranial Doppler to screen on admission patients with mild to moderate traumatic brain injury. Neurosurgery, 2011. 68(6): p. 1603-9; discussion 1609-10)は、これらの結果を確証し、SNDを発現させる患者を特定することにおいて95%の全体精度を奉公した。 [00111] For example, a study by Jaffres et al. (Jaffres, P., et al., Transcranial Doppler to detect on admission patients at risk for neurological determination following mild and moderate brain trauma. Intensive Care Med, 2005. 31 (6): p. 785-90) investigated the use of the Pulsatility Index (PI) of CBFV in mild and moderate TBI in the emergency room for prognostic purposes, and their results It has been shown that only can be distinguished from those who do not have patients with secondary neurological deterioration (SND). Research by Bouzat et al. (Bouzat, P., et al., Transcranial Doppler to screen patients with mild to moderate traumatic brain injury. Neurosurgery, 2011. 68 (6): p. 1603-9; discussion 1609-10) Confirmed these results and committed 95% overall accuracy in identifying patients that express SND.
[00112] 更に、多くの研究が、軽度なTBIにおける生理的欠損の可能性のある根本的原因、CBFにおける減少を調査した(例えば、Giza, C. と D.A. Hovda, The Neurometabolic Cascade of Concussion. J Athl Train, 2001. 36(3): p. 228-235、Grindel, S.H., Epidemiology and pathophysiology of minor traumatic brain injury. Curr Sports Med Rep, 2003. 2(1 ): p. 1 8-23、を参照)。 [00112] In addition, a number of studies have investigated a decrease in CBF, a possible underlying cause of physiological defects in mild TBI (eg, Giza, C. and DA Hovda, The Neurometabolic Cascade of Concussion. J. Athl Train, 2001. 36 (3): p. 228-235, Grindel, SH, Epidemiology and pathophysiology of minor traumatic brain injury. Curr. See Sports Med Rep, 2003. 2 (1): p. 1 8-23. ).
[00113] スポーツ関連の脳震盪をした子供における位相コントラスト血管造影法を用いたMaugans氏等による重要な研究(Maugans, T.A., et al., Pediatric sports-related concussion produces cerebral blood flow alterations. Pediatrics, 2012. 129(1): p. 28-37)は、2つの主な結果を報告している。第1に、軽度なTBIの72時間以内の11−15歳の子供におけるCBFの著しい減少。第2に、受傷後14と30日後に、14日後には無症状にもかかわらず、それぞれ、患者の27%と64%しか平常なCBF範囲に戻らなかった。更に、Gall氏等による関連した研究(Gall, B., W.S. Parkhouse, and D. Goodman, Exercise following a sport induced concussion. Br J Sports Med, 2004. 38(6): p. 773-7)は、脳震盪後のホッケイ選手が、脳震盪後の症状が無いにも拘らず、運動によってストレスがかけられたとき、特異な心拍数応答を示したと報告した。両方の研究は、アスリートが無症状であるにも拘らず、更なる傷害または活性が持続されている場合に有害であり得る生理学的な欠損が残ることを明らかにした。最後に、Len氏等による研究(Len, T.K., et al., Cerebrovascular reactivity impairment after sport-induced concussion. Med Sci Sports Exerc, 2011. 43(12): p. 2241 -8)において、軽度なTBIは、対照群と比較して、脳血管反応性(cerebrovascular reactivity:CVR)にマイナスにインパクトを与えることが示された。結果は、CVRテストが、脳震盪を起こしたアスリートと脳震盪を起こしていないアスリートとを識別したことを示した。これらの結果は、ストレスをかけられたときの無症状の個体が生理的な変化を表すことを示したGall氏等の結果に共鳴した。
[00113] An important study by Maugans et al. Using phase contrast angiography in children with sports-related concussion (Maugans, TA, et al., Pediatric sports-related concussion produces cerebral blood flow alterations. Pediatrics, 2012. 129 (1): p. 28-37) report two main results. First, a marked reduction in CBF in children aged 11-15 years within 72 hours of mild TBI. Second, only 14% and 64% of patients returned to the
[00114] 軽度なTBIの基礎をなす生理機能を調べる1つのアプローチは、脳血管系における変化を悪化させるために刺激を与え、変化をより正確に定量化するために我々の記載されたフレームワークを用いることである。刺激は、動脈血圧における変化(運動、レッグカフ、医薬品、等)、動脈血供給での二酸化炭素(carbon-dioxide:CO2)濃度における変化、または、脳の特定領域における代謝を変えることによるローカル(即ち、光のフラッシュが後頭葉を刺激する)を含む様々な異なる方法で与えられ得る。 [00114] One approach to examining the underlying physiological functions of mild TBI is to stimulate to aggravate changes in the cerebrovascular system and to describe the changes more accurately in our described framework To use. The stimulation may be a change in arterial blood pressure (exercise, leg cuffs, medications, etc.), a change in carbon-dioxide (CO2) concentration in the arterial blood supply, or local by changing metabolism in specific areas of the brain (ie A flash of light can be given in a variety of different ways, including to stimulate the occipital lobe.
[00115] 1つの技法では、脳血管床は、CO2の動脈血濃度(arterial blood concentrations of CO2:PaCO2)における変化に非常に敏感である。増加された動脈のCO2レベル(人の呼吸を押さえることから等)は、増加された脳の血流による、上流の大きな脳動脈における増加された速度に帰結する細動脈拡張を引き起こす。反対に、減少したCO2(過呼吸を介して)は、CBFにおける減少を引き起こす細動脈収縮により、減少されたCBFVの結果となる。 [00115] In one design, cerebrovascular bed, arterial concentration of CO 2 (arterial blood concentrations of CO 2: PaCO 2) is very sensitive to changes in. Increased arterial CO 2 levels (such as from suppressing human respiration) cause arteriolar dilation resulting in increased velocity in the large cerebral artery upstream by increased cerebral blood flow. Conversely, decreased CO2 (via hyperpnea) results in decreased CBFV due to arteriolar contraction causing a decrease in CBF.
[00116] 脳血管反応性(Cerebrovascular reactivity:CVR)は、PaCO2における変化によるCBFVの変化を記述する。CVRテストのゴールは、脳の抵抗細動脈の血管拡張または血管収縮容量を評価するためにあり、重度のTBI、偏頭痛、長期の宇宙飛行、脳卒中、および、頸動脈狭窄症の後に害されることが示されている。より最近になって、CVRは、Len氏等(後段)によって、軽度のTBIにおける生理的機能不全のマーカとしての潜在性を示している。彼らの研究において、脳震盪と対照の対象者の両方が、CVRを調べるために、呼吸を押さえることと過呼吸とを用いて研究された。脳震盪患者における変化をはっきりさせるための生理的なストレスとして運動を用いたGall氏等の研究と同様に、Len氏等は、繰り返しの呼吸押さえと過呼吸とから、平均CBFVダイナミクスにおける変化を示した。しかし、CBFVデータは、分析から全ての形態学的な情報を除いて、1Hzでサンプリングされた。本応用では、Len氏等によって利用されたCVRテストは、平均速度に対してだけでなく、CBFV波形の形全体に対する影響を考慮に入れるために拡張される。患者は、CO2レベルを上げるために彼または彼女の呼吸を押さえるよう求められ、CBFVがモニタされる。反対に、患者は、CO2レベルを下げるために過呼吸するよう求められ、CBFVがモニタされる。Len氏等のように平均速度「のみ」を用いてCVRを観察することは、不完全な描写を与える。 [00116] cerebrovascular reactivity (Cerebrovascular reactivity: CVR) describes the change in CBFV due to changes in PaCO 2. The goal of the CVR test is to assess the vasodilator or vasoconstrictor capacity of the resistive arterioles of the brain and to be harmed after severe TBI, migraine, long-term space flight, stroke, and carotid artery stenosis It is shown. More recently, CVR has been shown by Len et al. (Later) to have potential as a marker of physiological dysfunction in mild TBI. In their study, both concussion and control subjects were studied with respiratory depression and hyperpnea to examine CVR. Similar to Gall et al.'S study using exercise as a physiological stress to clarify changes in concussion patients, Len et al showed changes in mean CBFV dynamics from repeated breath hold and hyperpnea . However, CBFV data were sampled at 1 Hz, excluding all morphological information from the analysis. In this application, the CVR test utilized by Len et al. Is extended to take into account not only the mean velocity but also the overall shape of the CBFV waveform. Patients are asked to press his or her breathing to increase the CO 2 level, CBFv is monitored. Conversely, the patient is asked to hyperbreathe to lower the CO 2 levels and CBFV is monitored. Observing CVR using average velocity "only" as in Len et al. Gives an incomplete depiction.
[00117] 幾つかの実施形態は本システムや方法の例であることを記載したが、当技術に技量を有する者は、この中に記載されたシステムや方法の真意や範囲の中にある追加の実施形態を認識するであろう。修正や変形は、本開示の範囲から逸脱しないで、開示された実施形態に対してなされるであろう。当技術に技量を有する者は、この中に開示された実施形態の応用が変わることを理解するであろう。従って、追加や修正は、本開示の本質から逸脱しないでなされることができる。この点で、そのような変更が、依然として、本開示の範囲の中にはいることが意図される。変更や修正は、この開示をレビューした後、当技術に技量を有する者に生じるであろう。開示された特徴は、この中に開示された1つまたはそれより多くの他の特徴との組み合わせや下位の組み合わせ(subcombination)(複数の従属の組み合わせや下位の組み合わせを含む)において実装され得る。上に記載され、または、示された様々な特徴は、それらの任意のコンポーネントを含んで、他のシステムの中に組み合されたり、統合されたりされ得る。更に、ある特徴は、除かれたり、実装されなかったりしてもよい。従って、この開示は、特定の実施形態に限定されないが、本開示の真意や範囲の中にはいる修正を包含するように意図される。
以下に、本願出願時に添付された特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1]
患者における病理上の頭蓋内圧状態を診断するための非侵襲な方法であって、
前記患者の頭蓋領域の中に配された少なくとも1つの血管からの脳の血流速度を示す生のデータを非侵襲に収集することのステップを備え、
前記方法は、
以前に検証された脳の血流速度波形のデータベースを用いて、前記生のデータを構造的特徴に変換することと、
以前に特定された病理上の頭蓋内圧状態を用いて、前記構造的特徴を分類することと、
前記分類のステップに基づいて、診断を勧告することと、
によって特徴づけられる方法。
[C2]
前記病理上の頭蓋内圧状態は、中程度の外傷性脳損傷(TBI)、重度のTBI、脳卒中、脳浮腫、突発性頭蓋内圧亢進、脳性マラリアからなるグループから選択される、[C1]に記載の方法。
[C3]
前記診断でもって、以前に特定された軽度な外傷性脳損傷(mTBI)状態のデータベースを更新するステップを更に備える、[C1]に記載の方法。
[C4]
生のデータを非侵襲に収集することの前記ステップは、経頭蓋ドプラを用いることを含む、[C1]に記載の方法。
[C5]
生のデータを非侵襲に収集することの前記ステップは、超音波トランシーバによって生成され、反射された超音波を処理することを含み、
前記反射された超音波は、ドプラ波形分析を用いて処理される、
[C1]に記載の方法。
[C6]
生のデータを非侵襲に収集することの前記ステップは、MRIシステム、CTスキャナ、圧力変換器、光撮像素子、および、近赤外線撮像素子の内の1つを用いることを含む、[C1]に記載の方法。
[C7]
診断を勧告することの前記ステップは、平常、傷害の疑いあり、および、確定的な傷害の内の少なくとも1つを勧告することを含む、[C1]に記載の方法。
[C8]
前記構造的特徴は少なくとも1つのピークを含む、[C1]に記載の方法。
[C9]
前記構造的特徴は、少なくとも1つのサブピークを更に含む、[C8]に記載の方法。
[C10]
更に、前記患者に刺激を与えることを更に備え、
前記構造的特徴は、前記刺激への対象の応答率の指標である、[C1]に記載の方法。
[C11]
前記刺激は、前記患者の動脈の二酸化炭素(CO 2 )濃度を変えることを含む、[C10]に記載の方法。
[C12]
前記刺激は、目に対する光刺激のレベルを変えることを含む、[C10]に記載の方法。
[C13]
前記刺激は、対象の動脈血圧レベルを変えることを含む、[C10]に記載の方法。
[C14]
生のデータを非侵襲に収集することの前記ステップは、少なくとも1つの血管を探知し、前記生のデータを測定するためにヘッドセットデバイスを用いることを含む、[C1]に記載の方法。
[C15]
前記ヘッドセットデバイスは、圧力センサを含み、前記患者の頭に対してスキャナプローブによって及ぼされる圧力を制御するためにプロセッサと通信する、[C14]に記載の方法。
[00117] While some embodiments have been described as being examples of the present systems and methods, those skilled in the art will appreciate that the intent and scope of the systems and methods described herein are within the purview Will recognize an embodiment of Modifications and variations will be made to the disclosed embodiments without departing from the scope of the present disclosure. Those skilled in the art will understand that the application of the embodiments disclosed herein will vary. Thus, additions and modifications can be made without departing from the essence of the present disclosure. In this regard, such modifications are still intended to be within the scope of the present disclosure. Changes and modifications will occur to those skilled in the art after reviewing this disclosure. The disclosed features may be implemented in combination or subcombination (including combinations of multiple sub-subsets or subcombinations) with one or more other features disclosed herein. The various features described or illustrated above, including their optional components, may be combined or integrated into other systems. Furthermore, certain features may be excluded or not implemented. Thus, the disclosure is not intended to be limited to particular embodiments, but is intended to cover modifications within the spirit and scope of the present disclosure.
In the following, the invention described in the claims attached at the time of filing of the present application is appended.
[C1]
A non-invasive method for diagnosing pathological intracranial pressure status in a patient, comprising:
Non-invasively collecting raw data indicative of cerebral blood flow velocity from at least one blood vessel disposed in the cranial region of said patient;
The method is
Converting the raw data into structural features using a previously validated database of cerebral blood flow velocity waveforms;
Classifying the structural features using previously identified pathological intracranial pressure conditions;
Recommending a diagnosis based on the step of classification;
Characterized by
[C2]
The pathological intracranial pressure status is described in [C1], which is selected from the group consisting of moderate traumatic brain injury (TBI), severe TBI, stroke, brain edema, spontaneous elevated intracranial pressure, cerebral malaria the method of.
[C3]
The method according to [C1], further comprising the step of updating the database of mild traumatic brain injury (mTBI) status identified previously with said diagnosis.
[C4]
The method according to [C1], wherein said step of non-invasively collecting raw data comprises using a transcranial doppler.
[C5]
Said step of non-invasively collecting raw data comprises processing the ultrasound waves generated and reflected by the ultrasound transceiver,
The reflected ultrasound is processed using Doppler waveform analysis,
The method described in [C1].
[C6]
The step of non-invasively acquiring raw data includes using one of an MRI system, a CT scanner, a pressure transducer, an optical imaging device, and a near infrared imaging device, in [C1] Method described.
[C7]
The method according to [C1], wherein said step of recommending a diagnosis comprises recommending at least one of normal, suspected injury and definitive injury.
[C8]
The method of [C1], wherein the structural feature comprises at least one peak.
[C9 ]
The method of [C8], wherein the structural feature further comprises at least one subpeak.
[C10]
Furthermore, further comprising providing stimulation to the patient,
The method of [C1], wherein the structural feature is an indicator of a subject's response rate to the stimulus.
[C11]
The method according to [C10], wherein the stimulation comprises changing the carbon dioxide (CO 2 ) concentration of the artery of the patient .
[C12]
The method of [C10], wherein the stimulation comprises changing the level of light stimulation to the eye.
[C13]
The method of [C10], wherein the stimulation comprises changing arterial blood pressure levels in the subject.
[C14]
The method according to [C1], wherein said step of non-invasively collecting raw data comprises using at least one blood vessel and using a headset device to measure said raw data.
[C15]
The method according to [C14], wherein the headset device includes a pressure sensor and communicates with a processor to control the pressure exerted by the scanner probe on the patient's head.
Claims (16)
前記ヘッドセットが前記ユーザの頭の上に設けられたときに前記ユーザの頭の面に対して位置付けられるように構成されるプローブであり、前記ヘッドセットは、前記ヘッドセットにより生成されたエネルギーが前記プローブにより前記ユーザの頭に集中するように、前記ユーザの頭の上に設けられるように構成される、プローブと、
前記ヘッドセットが前記ユーザの頭の上に設けられたときに前記ユーザの頭の前記面のこめかみの領域を横切って位置づけられるように構成される複数のレールと、
前記複数のレールに結合されたキャリッジであり、
前記キャリッジはモータを備え、
前記プローブは前記キャリッジ上に設けられ、
前記モータは、前記キャリッジを動かすことによって、前記キャリッジを、前記プローブを運びながら、前記ユーザの頭の前記面上を前記複数のレールに沿って側方に、および、前記ユーザの頭の前記面に対して垂直に動かすよう構成される、
キャリッジと、
前記複数のレールの端部に取り付けられるフレーム部材と、
前記こめかみの領域上の前記プローブの2次元の動きが与えられるように前記複数のレールの前記端部を動かすために、経路に沿って前記フレーム部材を駆動するように構成される駆動機構と
を備えるヘッドセット。 A headset for detecting a neurological condition of a user,
A probe configured to be positioned relative to the face of the user's head when the headset is placed on the head of the user, the headset generating energy generated by the headset A probe configured to be provided on the head of the user such that the probe is focused on the head of the user;
A plurality of rails configured to be positioned across the area of the temples of the face of the user's head when the headset is mounted on the user's head;
A carriage coupled to the plurality of rails ;
The carriage comprises a motor
The probe is provided on the carriage,
The motor, by moving the carriage, the carriage, while carrying the probe, laterally along the upper the surface of the head of the user to the plurality of rails, and the surface of the head of the user Configured to move perpendicular to
With the carriage,
A frame member attached to an end of the plurality of rails;
A drive mechanism configured to drive the frame member along a path to move the end of the plurality of rails to provide two dimensional movement of the probe over the region of the temple; a headset with
前記ヘッドセットがユーザの頭に固定されたとき、前記プローブが、前記ユーザの頭の前記面に沿って、前記ユーザの前記こめかみの領域上を側方に移動するように、前記キャリッジを駆動するよう構成された第1のモータと、
前記ユーザの頭の前記面に垂直な軸に沿って前記キャリッジ上に設けられた前記プローブをずらすように、変位デバイスを駆動する第2のモータと、
を備える、請求項1、請求項2、請求項3、または、請求項4のいずれか一項に記載のヘッドセット。 The motor attached to the carriage is:
When the headset is fixed to the user's head, the probe, along the surface of the head of the user, so as to move on the area of the temple of the user laterally, to drive the carriage A first motor configured as
To displace the probe provided on the carriage along an axis perpendicular to the surface of the head of the user, and a second motor for driving the displacement device,
The headset according to any one of claims 1, 2, 3, or 4, which comprises
前記接触面は、前記ヘッドセットがユーザの頭に設けられたとき、前記ユーザの頭の前記面に接触するよう構成される、
請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載のヘッドセット。 The probe comprises an injection port configured to direct a lubricating gel to the contact surface of the probe,
The contact surface is configured to contact the surface of the user's head when the headset is provided on the user's head.
The headset according to any one of claims 1 to 7.
前記圧力センサは、前記プローブにより及ぼされる圧力に基づいて、前記ユーザの頭の前記面に対する前記プローブの圧力を感知するように構成される、
請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載のヘッドセット。 Further comprising a pressure sensor coupled to the probe,
The pressure sensor is configured to sense the pressure of the probe against the surface of the user's head based on the pressure exerted by the probe.
Headset according to any one of claims 1 to 11.
前記ヘッドセットは、前記ステッパモータに結合されたモータ制御ユニット(MCU)を更に備える、
請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載のヘッドセット。 The motor comprises a stepper motor,
The headset further comprises a motor control unit (MCU) coupled to the stepper motor.
Headset according to any one of claims 1 to 12.
前記頭蓋ストラップに沿った複数の接合部材における複数の締めノブと、
を更に備え、
前記締めノブは、前記ユーザの頭の上の前記ヘッドセットの締め具合を調節するよう構成される、
請求項1ないし請求項13のいずれか一項に記載のヘッドセット。 A cranial strap coupled to the probe;
A plurality of clamping knobs at a plurality of coaptation members along the skull strap;
And further
The tightening knob is configured to adjust the tightening of the headset on the user's head,
The headset according to any one of claims 1 to 13 .
前記ヘッドセットによって受け取られる信号をモニタリングするためのデバイスと無線で通信するよう構成される手段
を更に備える、請求項1ないし請求項15のいずれか一項に記載のヘッドセット。 A cable for connecting to a device for monitoring the signal received by the headset and / or
The headset further comprises means configured to communicate with devices wirelessly for monitoring signals received by, a headset according to any one of claims 1 to 15.
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