[go: up one dir, main page]

WO2011090199A1 - 脳信号計測システム、生体内計測装置及び脳信号計測位置制御方法 - Google Patents

脳信号計測システム、生体内計測装置及び脳信号計測位置制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2011090199A1
WO2011090199A1 PCT/JP2011/051237 JP2011051237W WO2011090199A1 WO 2011090199 A1 WO2011090199 A1 WO 2011090199A1 JP 2011051237 W JP2011051237 W JP 2011051237W WO 2011090199 A1 WO2011090199 A1 WO 2011090199A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shape memory
stimulus
unit
shape
holding
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/051237
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
俊貴 山川
烈 山川
Original Assignee
国立大学法人九州工業大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人九州工業大学 filed Critical 国立大学法人九州工業大学
Priority to US13/575,023 priority Critical patent/US20120302857A1/en
Priority to JP2011550984A priority patent/JP5673962B2/ja
Publication of WO2011090199A1 publication Critical patent/WO2011090199A1/ja

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/40—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
    • A61B5/4076—Diagnosing or monitoring particular conditions of the nervous system
    • A61B5/4094—Diagnosing or monitoring seizure diseases, e.g. epilepsy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; Determining position of diagnostic devices within or on the body of the patient
    • A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/291—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/291—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]
    • A61B5/293—Invasive
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6867—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive specially adapted to be attached or implanted in a specific body part
    • A61B5/6868—Brain
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0526—Head electrodes
    • A61N1/0529—Electrodes for brain stimulation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods
    • A61B2017/00831—Material properties
    • A61B2017/00867—Material properties shape memory effect
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
    • A61B2562/043—Arrangements of multiple sensors of the same type in a linear array
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • A61B5/6851—Guide wires

Definitions

  • the present invention relates to a brain signal measurement system, a biological information measurement device, and a brain signal measurement position control method, and in particular, a plurality of measurement means installed between a dura mater and a spider membrane to measure brain signals, and the plurality of measurements.
  • the present invention relates to a brain signal measurement system including a brain signal measurement device having a holding unit for holding means.
  • Brain signal measurement is used in various treatments, such as measuring brain signals during epileptic seizures.
  • brain signals are measured by placing electrodes on the surface of the patient's head, or by placing intracranial electrodes in the skull to measure brain signals.
  • Intracranial electrodes for measuring brain signals within the cranium generally include a subdural electrode placed on the surface of the brain and a deep brain electrode inserted into the deep part of the brain parenchyma (see Patent Document 1).
  • Patent Document 2 describes that a device is inserted percutaneously into a subarachnoid space from a certain entry site.
  • the nerve regulator assembly NMA is folded and held by an arm, inserted through the cannula to the vicinity of the corpus callosum, opened from the distal end opening of the cannula, and the NMA is expanded. It is described that it is arranged at a position.
  • Patent Document 4 describes that in order to measure a physiological signal in the heart, a catheter is inserted, the ring is expanded in the heart, and electrodes provided on the ring are arranged.
  • Patent Document 2 is basically a one-dimensional insertion by advancing and retreating with a guide wire or the like.
  • the plurality of electrodes need to be arranged three-dimensionally, and it is difficult to arrange the plurality of electrodes at desired positions by such one-dimensional adjustment.
  • the technique described in Patent Document 3 inserts NMA into a body while being deformed by sandwiching it with an arm made of a hard material, and relaxes the force by the arm near the arrangement position to restore the shape, and arranges the NMA in the body.
  • the arm made of a hard material is inserted to the vicinity of the arrangement position, and there is a risk of damaging the brain.
  • the ring is made of an elastic material. The ring exhibits a circular shape within the heart due to its elasticity. Therefore, there is a problem similar to the method described in Patent Document 3.
  • Such difficulty in installing a measuring means for measuring a signal in a living body is not limited to a brain signal, but also applies to, for example, measuring a signal of an implantable pacemaker or the like.
  • the present invention proposes a brain signal measurement system or the like that can place a plurality of measurement means for measuring signals in a living body with minimally invasive surgery and that can easily adjust the position where each measurement means is arranged. With the goal.
  • the invention according to claim 1 is a brain comprising a brain signal measuring device that is installed between the dura mater and the spider membrane and has a plurality of measuring means for measuring brain signals and a holding unit that holds the plurality of measuring means.
  • the holding unit has a shape memory characteristic due to a predetermined stimulus, and a shape memory part capable of changing positions of the plurality of measuring means by a shape change due to the shape memory characteristic; and the shape memory Other than the shape change that occurs in the shape memory unit by covering the shape memory unit with a stimulus introduction unit for applying a stimulus to the unit from the outside, and applying a predetermined stimulus from the outside to the shape memory unit It has a stimulus blocking unit that blocks the influence of a predetermined phenomenon to the outside, and is more flexible than the dura mater and the spider membrane in a state where no stimulus is given, and the shape memory unit is the holding unit But By inserting between the dura mater and the arachnoid membrane and giving a predetermined stimulus via the stimulus introduction unit by the stimulus applying device,
  • the invention according to claim 2 is the brain signal measurement system according to claim 1, wherein the shape memory unit is a shape memory alloy, and is heated to a predetermined temperature or higher so that the shape memory characteristic is obtained.
  • the stimulus changes in shape, and the stimulus given by the stimulus applying device is energization heating, and the stimulus blocking part is heat and an electrical insulator.
  • the invention according to claim 3 is the brain signal measurement system according to claim 1 or 2, wherein the measurement means has one end as an electrode, and is electrically connected to a measurement device, and the measurement result at the electrode is measured.
  • the transmission line is covered with a part other than the electrode, and at least a part of the transmission line other than the electrode is covered with the stimulation blocking part in addition to the covering.
  • the invention according to claim 4 is the brain signal measurement system according to any one of claims 1 to 3, wherein the shape storage unit stores the polygon in a polygon having vertices equal to or more than the number of the plurality of measurement units.
  • the measuring means is held at the apex of the polygon in the holding unit.
  • the invention according to claim 5 is the brain signal measurement system according to claim 4, wherein the shape storage unit is capable of photographing the shape memory unit from outside the body, and image processing is performed on image information photographed by the photographing unit, For the detected measuring means, the position of the measuring means is estimated from the detected position, and for the measuring means that are not detected, the position of the vertex is estimated from the polygon side information of the shape storage unit.
  • An imaging apparatus having position estimation processing means for estimating the position of the means is provided.
  • the invention according to claim 6 is an in-vivo measuring device having a plurality of measuring units installed in a predetermined space in the body and measuring signals, and a holding unit holding the plurality of measuring units, the holding unit
  • the unit has a shape memory characteristic due to a predetermined stimulus, a shape memory part capable of changing the positions of the plurality of measuring means by a shape change due to the shape memory characteristic, and a stimulus from the outside to the shape memory part
  • a stimulus introduction unit for covering the shape memory unit, and a predetermined phenomenon other than the shape change that occurs in the shape memory unit due to a predetermined stimulus applied to the shape memory unit from the outside.
  • the shape memory part has the holding part in the predetermined space in the body. Insertion It is, by the predetermined stimulus is applied via the stimulation introduction part by stimulating device changes to the previously stored processed shape by the shape memory properties, placing said plurality of measuring means.
  • the invention according to claim 7 is the holding in the brain signal measuring apparatus having a plurality of measuring means installed between the dura mater and the arachnoid membrane to measure brain signals, and a holding unit holding the plurality of measuring means.
  • a brain signal measurement position control method for controlling a part wherein the holding part has a shape memory characteristic by a predetermined stimulus, and a shape memory part capable of changing the positions of the plurality of measuring means by the shape memory characteristic;
  • a stimulus blocking unit that blocks an external influence of a predetermined phenomenon other than a change, and is softer than the dura mater and the arachnoid membrane in a state where no stimulus is applied;
  • Membrane and front Inserted between the arachnoid membranes, the shape memory part of the holding part is given a predetermined stimulus via the stimulus introduction part by the stimulus applying device
  • the present invention may be understood not only at the time of insertion but also at the time of removal. That is, it may be considered that the stimulus is not applied from the stimulus applying device to the shape memory unit, and the holding unit is removed from between the dura mater and the arachnoid membrane. Thereby, when removing, it can be set as the conditions similar to the state inserted in the body, and it can be set as a flexible state, without showing a shape memory characteristic. Therefore, it becomes possible to remove the brain signal measuring apparatus by a minimally invasive operation.
  • the one end is provided with an introduction pipe composed of a pair of parallel pipes inserted into the head, the holding portion is in a line shape, and one of the introduction pipes is inside the head.
  • an introduction pipe composed of a pair of parallel pipes inserted into the head
  • the holding portion is in a line shape
  • one of the introduction pipes is inside the head.
  • One that is inserted from the end that is not inserted and extends to the end that is inserted into the head, and the other tube of the introduction tube is inserted from the end that is inserted into the head and is not inserted into the head It is good also as what extends to the edge of.
  • the shape storage unit may include a photographing unit that can photograph from outside the body, and a photographing device that has a display unit that displays information photographed by the photographing unit.
  • the shape memory unit may be made of, for example, a shape memory alloy.
  • the material of the shape memory alloy is, for example, an alloy of titanium and nickel. The biocompatibility has already been proved, and many medical applications including bioimplantation use have been made. It may be an iron-based shape memory alloy.
  • the material of the measuring means is, for example, platinum (platinum) or an alloy of platinum and iridium. These have already been proven to be biocompatible, and many medical applications have been made as electrodes for catheters and pacemakers.
  • the material of the stimulus blocking part (insulating coating) is, for example, one using a fluororesin called PTFE. Some of these have already been proven to be biocompatible.
  • the present invention may be understood as a program for operating a computer as the position estimation processing means according to claim 5 and a computer-readable recording medium for recording the program. Furthermore, in this invention, you may make it provide the display part which displays the estimated position.
  • the display unit includes an input unit for inputting position information of each measuring unit and a comparing unit for comparing the input position information of each measuring unit with the estimated position information, and the display unit also displays the comparison result. You may make it do.
  • the holding unit holds a plurality of measuring means and is flexible when inserted into the body without being stimulated by the shape memory unit that connects the measuring means (for example, temperature).
  • the shape memory characteristic is indicated by the change
  • the temperature is flexible when the temperature is in the environment from room temperature to body temperature.
  • the body is inserted into a predetermined space such as between the dura mater and the spider membrane.
  • a predetermined stimulus is given to the shape storage unit in the body, and the shape storage unit changes to a shape that has been stored in advance, thereby arranging a plurality of measuring means.
  • the hole for insertion can be realized with a diameter of 1 cm or less, for example.
  • the holding part is more flexible than the dura and the arachnoid because, for example, there is a space between the dura and the arachnoid, so that the dura or the spider is removed from the holding part as the holding part is inserted. Even when a force is applied to the membrane, it means a hardness to such an extent that the insertion into the space between the dura mater and the spider membrane is continued.
  • the present invention has a stimulus introduction part and a stimulus blocking part, and the holding part is in a flexible state in which no stimulus is given when inserted into the body, and a stimulus is given to the shape memory part in the body. Is. Therefore, unlike the technique described in Patent Document 3, the portion inserted into the body is softer than, for example, the dura mater or the spider membrane in a state where no stimulus is given, and the risk of damaging these during insertion is low. .
  • the holding unit is once in a state of being given a stimulus, the holding unit is returned to a flexible state as a state where no stimulus is given again, the position of the holding unit is adjusted, and the stimulus is given again.
  • a position in a body can be adjusted easily. Therefore, it is possible to place the measurement means in a minimally invasive operation and easily adjust the positions of the plurality of measurement means in the body.
  • the shape to be stored is not limited to a convex shape or the like.
  • a shape in which a plurality of similar polygons are provided in a nested shape (spider web shape) is free.
  • various measurement means can be arranged.
  • the shape storage unit of the present invention makes it possible to arrange each measuring unit with a two-dimensional and three-dimensional spread, and the position of each measuring unit can be easily adjusted.
  • the shape change of the shape memory part can be more easily realized by applying the stimulation to the shape memory part using the energization heating.
  • the measuring means is a minute electrode peeled off from the transmission wire and wound around the holding portion, the spatial resolution can be improved. Furthermore, the cross section of the holding part can be made substantially the same between the part where the measuring means is provided and the part where the measuring means is not provided. Therefore, even if the shape memory unit changes the shape in the body, the possibility of damaging the dura mater and the arachnoid membrane is greatly reduced.
  • the shape stored in the shape storage unit is a polygon, and the holding unit holds the measuring means at the apex thereof.
  • the measuring means is installed in the body, it is possible to take an image of the measuring means by, for example, intraoperative X-ray photography.
  • the measuring means itself is not always capable of photographing. Therefore, according to the invention according to claim 4 of the present application, even if the measuring means itself cannot be photographed, even if a part of the information indicating the sides of the polygon can be photographed, information on each vertex is obtained from the information and the photographing cannot be performed. It is possible to estimate the position of the measuring means. This further facilitates proper arrangement of the measuring means.
  • the position estimation processing of each measuring means may be realized in an apparatus using a computer or the like.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of processing for inserting the brain signal measuring device 21 of FIG. 1 into a hole 19 and arranging sensors 27 1 to 27 6 .
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of a peripheral portion 59 of sensors 33 4 to 33 6 in FIG. The experimental result of the contact impedance of an electrode-saline solution is shown. The experimental result of the electrical insulation degree between two electrodes is shown.
  • the head 1 has a hierarchical structure of the scalp 3, the skull 5, the dura mater 7, the arachnoid membrane 9, the blood vessel 11, the buffy coat 13, and the brain 15 in order from the outside.
  • the brain signal measuring device of the present invention is provided with a hole 19 that penetrates the scalp 3, the skull 5, and the dura mater 7, and is inserted between the dura mater 7 and the spider 9 using this hole 19.
  • the hole 19 can be realized with a diameter of 1 cm or less, for example.
  • FIGS. 2 (a) to 2 (c) are diagrams showing an outline of automatic deployment by energization heating by the brain signal measuring device 21 of the present invention (corresponding to the “brain signal measuring device” in the claims of the present application).
  • the brain signal measuring device 21 is two parallel pipes, one end of which is a pointed tip having a diameter of 1 cm or less and an introduction pipe 23 inserted into the head through the hole 19 and a line.
  • the other tube is inserted from the end inserted into the head, and the other tube is inserted from the end inserted into the head.
  • a holding portion 25 (corresponding to the “holding portion” in the claims of the present application) extending to the end not inserted into the head.
  • the holding unit 25 holds six sensors 27 (corresponding to “measurement means” in the claims).
  • the holding unit 25 includes an SMA guide that is a shape memory alloy (corresponding to a “shape memory unit” in the claims of the present application) and a heat shrinkable tube that is a thermal / electrical insulator that covers the SMA guide (the “stimulation block” in the claims of the present application). Part).
  • the material of the SMA guide is, for example, an alloy of titanium and nickel. The biocompatibility has already been proved, and many medical applications including bioimplantation use have been made. It may be an iron-based shape memory alloy.
  • the material of the sensor 27 is, for example, platinum (platinum) or an alloy of platinum and iridium. These have already been proven to be biocompatible, and many medical applications have been made as electrodes for catheters and pacemakers. In FIG.
  • the material of the heat-shrinkable tube is, for example, a material using a fluororesin called PTFE (for example, Teflon (registered trademark)). Some of these have already been proven to be biocompatible.
  • PTFE for example, Teflon (registered trademark)
  • the SMA guide is softer than the dura 7 and the spider 9 at least at room temperature to body temperature, and has a memory-treated shape when the temperature rises to a predetermined temperature or higher by energization heating.
  • the central portion of the SMA guide is stored in a regular hexagon, and the sensor 27 is held in the holding unit 25 corresponding to each vertex of the regular hexagon of the SMA guide.
  • the holding portion 25 is not taken out from the end of the introduction tube 23 that is inserted into the head, and the sensor 27 is attached to the introduction tube 23. Arrange and insert the inlet tube 23 into the hole 19.
  • the introduction tube 23 when the introduction tube 23 is inserted into the hole 19 and the end of the introduction tube 23 reaches 17 between the dura mater 7 and the spider 9, the introduction tube 23 is inserted into the hole 19.
  • the center portion of the holding portion 25 (at least the portion that is memorized in a regular hexagon) is inserted between the dura mater 7 and the spider membrane 9 from the end of the introduction tube 23 that is inserted into the head.
  • the power source 29 (corresponding to the “stimulation device” in the claims of the present application) energizes and heats the SMA guide of the holding unit 25, whereby the SMA guide of the holding unit 25 is stored. It changes to the shape of the processed regular hexagon. Each sensor 27 held at the apex moves to a predetermined position as the shape of the SMA guide changes. It is sufficient that the hole 19 has a diameter of 1 cm or less, and the electrode can be expanded so as to expand the ring after being inserted under the dura from such a hole, and the subdural electrode can be placed in a minimally invasive operation. .
  • the configuration of the brain signal measurement system 31 (corresponding to the “brain signal measurement system” in the claims) as an example of the present invention will be specifically described with reference to FIG.
  • the brain signal measurement system 31 includes a brain signal measurement device 37 that is installed between the dura mater and the arachnoid membrane and includes a plurality of sensors 33 that measure brain signals and a holding unit 35 that holds the plurality of sensors 33, and a holding unit.
  • the holding unit 35 includes a sensor holding unit 45 having a shape memory characteristic that is stored in a regular hexagon, and a stimulus introduction unit 47 that introduces a stimulus from the stimulus applying device 39 to the sensor holding unit 45.
  • the senor 33 is located at each vertex of the hexagon, and the sensor holding part 45 and the stimulus introduction part 47 are a shape memory alloy (SMA guide) that exhibits shape memory characteristics by heating (SMA guide of the sensor holding part 45).
  • SMA guide shape memory alloy
  • SMA guide of the sensor holding part 45 is covered with a heat shrinkable tube (corresponding to “stimulation blocking part” in the claims of the present application) which is a thermal / electrical insulator.
  • the stimulus applying device 39 applies a sensor to the sensor holding part 45 (see FIG. 2C) inserted into the body by heating from one end 49 to the other end 51 of the holding part 35, thereby heating the sensor.
  • the position of each sensor 33 is changed by changing the shape to the shape stored in advance by the shape memory characteristic of the holding unit 45. Electric heating is instantaneous heating with a current of about 1 to 2 A, and heat is not transmitted to the outside because the thermal conductivity of the insulator is low. Thereby, installation of the sensor 33 becomes easy. Moreover, since it is in a flexible state from room temperature to body temperature, it is easy to adjust and remove the position within the head. Therefore, it becomes easy to insert and remove the subdural electrode.
  • Measuring device 41 for sensor 33 1, 33 2 and 33 3 close to the edge 49 of the holding portion 35 to obtain a measurement result from the end 49, the sensor 33 4, 33 5 and 33 6 for the end 51 close to the other end 51 Get the measurement results.
  • the structure of the holding portion 35 in the periphery 59 of the sensors 33 4 , 33 5, and 33 6 will be specifically described later.
  • the imaging device 43 uses an imaging unit 53 (corresponding to the “imaging unit” in the claims of the present application) capable of imaging an SMA guide of the sensor holding unit 45 in the head, such as an intraoperative X-ray, and an imaging unit 53.
  • the detected image information is subjected to image processing, and the position of the sensor 33 is estimated from the detected position for the sensor 33 that can be directly detected, and the vertex of the sensor 33 that is not directly detected is determined from the polygon side information of the sensor holding unit 45
  • a position estimation processing unit 55 for estimating the position of the sensor 33 by estimating the position of the sensor 33 (corresponding to “position estimation processing means” in the claims of the present application), a shooting result of the shooting unit 53 and a position estimation result of the position estimation processing unit 55 Is provided.
  • the holding unit 35 includes an SMA guide 71 that is a shape memory alloy, and a heat shrinkable tube 73 that is a thermal / electrical insulator that covers the SMA guide 71.
  • the heat-shrinkable tube 73 is represented by a broken line in order to clarify the internal structure.
  • the coated platinum wires 77, 79 and 81 are coated with Teflon (registered trademark) and are for the sensors 33 6 , 33 5 and 33 4 , respectively.
  • a part of the coated platinum wires 77, 79 and 81 is covered with the heat shrinkable tube 73.
  • One end of the covered platinum wire 77 is electrically connected to the measuring device 41 in a covered state.
  • the other end, be pulled out of the heat shrinkable tube 73 at a location located hexagon vertex is a platinum wire 83 was peeled off the coating, wound on the outside of the heat shrinkable tube 75, which functions as a sensor 33 6 electrodes Use as By utilizing such electrode miniaturization, it is possible to improve the spatial resolution.
  • coated platinum wires 79 and 81 are respectively taken out of the heat shrinkable tube 73 at the positions located at the vertices of the hexagons to form platinum wires with the coating peeled off, and wound around the outside of the heat shrinkable tube 75. These are used as electrodes that function as sensors 33 5 and 33 4 , respectively.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along a cross section 85 in FIG.
  • the heat shrinkable tube 73 is provided with a heat-shrinkable tube 73 1 covering the SMA guide 71, located on the outside of the heat shrinkable tube 73 1, as a hierarchical structure of the heat shrinkable tube 73 2 covering with covering the platinum wire 73,79 and 81 Yes.
  • the wire diameter of the holding part 35 is 0.3 mm.
  • the material of the SMA guide 71 is Ni-Ti alloy 54.9 wt% (wt%: mass percent concentration), and the DC resistance value is about 23 ⁇ .
  • the sensor holding part 45 is stored in a regular hexagon with a side of 2 cm, and the stimulus introduction part 47 is 4 cm. The storage process is performed by heating at 370 ° C. for 40 minutes.
  • the heat shrinkable tube is made of a fluoropolymer and has a film thickness after shrinkage of 0.25 mm.
  • the memory shape is restored by applying a current of 0.2 mA to the SMA guide for about 2 seconds.
  • heating for 2 seconds hardly transfers heat outside the heat-shrinkable tube, and the brain cells are not damaged by the heat.
  • FIG. 5 is a graph showing experimental results of contact impedance of electrode-saline.
  • FIG. 6 is a graph showing experimental results of electrical insulation between two electrodes. 5 and 6, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents impedance (broken line) and phase lag (solid line).
  • EEG generated beneath the sensor 33 4, from the nerve cells is the signal source - transmitted to through the "electrode contact impedance saline" electrode (see Figure 5).
  • this electroencephalogram is also transmitted through a path “sensor 33 5 from the signal source via cerebrospinal fluid”.
  • the signal transmitted through the latter path is attenuated according to the distance between the signal source and the electrode. “Impedance between electrodes” represents the degree of attenuation (see FIG. 6).
  • the impedance between the electrodes is about 10 times the contact impedance of the electrodes and physiological saline. Therefore, it can be evaluated that an electroencephalogram directly under a certain sensor attenuates to about 1/10 at an adjacent electrode.
  • the contact impedance of the electrode-saline solution is sufficiently small in the signal frequency band of the electroencephalogram, and the electrical insulation between the two electrodes is a sufficiently high value. Therefore, it can be evaluated that the amplitude of the measured electroencephalogram is too small to be buried in noise, and that the electroencephalogram measured with different electrodes does not interfere.
  • storage part should just show shape memory characteristics, such as not only a shape memory alloy but shape memory resin, for example.
  • the applied stimulus is adjusted to the material.
  • the shape to be stored is not limited to a regular hexagon, and may be freely set, for example, a shape in which a plurality of similar polygons are provided in a nested shape (spider web shape).
  • the photographing apparatus 43 includes an input unit through which a user inputs position information of the sensor 33, and the position estimation processing unit 55 compares the input position information of the sensor 33 with the estimated position information, and displays the display unit 57. The comparison result may also be displayed.
  • the present invention includes a coated columnar transmission line and a cylindrical insulator that covers the transmission line, and one end of the transmission line is exposed to the outside of the insulator, and the coating is peeled off.
  • An electrode wound around the insulator on the same cross section of the insulator, and the other end of the signal measured by the electrode is cut off from the outside of the insulator and has an influence on the outside. It may be regarded as a measuring device that outputs by shutting off.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

　生体内に低侵襲な手術で信号を計測する複数の計測手段を留置でき、さらに、各計測手段を配置する位置を容易に調整可能な脳信号計測システム等を提案する。脳信号計測装置（２１）は、硬膜とクモ膜の間に設置されて脳信号を計測する複数のセンサ（２７）と、センサ（２７）を保持する保持部（２５）を有する。センサ（２７）の間は、形状記憶特性を有し、熱・電気的絶縁体が覆う形状記憶部により接続されている。センサ（２７）は、頭皮等、頭蓋骨及び硬膜を貫通する穴より導入管（２３）を用いて挿入され、硬膜とクモ膜の間に挿入される。この穴は、直径１ｃｍ以下で実現可能である。電源（２９）による通電加熱により保持部（２５）の形状記憶部が記憶処理された正六角形となることにより、センサ（２７）の位置が変更して、低侵襲な手術で硬膜下電極の留置が可能となる。

Description

脳信号計測システム、生体内計測装置及び脳信号計測位置制御方法
　本発明は、脳信号計測システム、生体情報計測装置及び脳信号計測位置制御方法に関し、特に、硬膜とクモ膜の間に設置されて脳信号を計測する複数の計測手段と、前記複数の計測手段を保持する保持部とを有する脳信号計測装置を備える脳信号計測システム等に関する。
　脳信号の計測は、例えばてんかん発作時の脳信号を計測するなど、様々な治療で用いられる。脳信号の計測は、一般的には、患者の頭表面に電極を配置して行う場合と、頭蓋内に頭蓋内電極を配置して脳信号を計測する場合がある。頭蓋内で脳信号を計測する頭蓋内電極として、一般的に、脳表面に留置する硬膜下電極と、脳実質内深部に刺入する脳深部電極がある（特許文献１参照）。
　硬膜下電極の留置は、一般的には、電極を配置する部分の開頭手術をして行われる。なお、特許文献２には、装置を、クモ膜下腔中に、ある一定の進入部位から経皮的に挿入することが記載されている。また、特許文献３には、アームで神経調整器組立体ＮＭＡを折り曲げて保持させ、套管を介して脳梁付近まで挿入し、套管の遠位端開口から開放してＮＭＡを広げ、目標位置に配置することが記載されている。特許文献４には、心臓における生理的信号を測定するために、カテーテルを挿入して、心臓内でリングを広げ、リングに設けられた電極を配置することが記載されている。
特開２００９－４５３６８号公報 特表２００４－５３４５９０号公報 米国特許出願公開第２００５／０２８８７６０号明細書 特表２００１－５０２１８９号公報
　しかしながら、従来の開頭手術をして硬膜下電極を留置する場合、広範囲の開頭手術であるため、侵襲性が高い。さらに、設置だけでなく除去の場合にも全身麻酔が必要となるため、所定の期間内に、少なくとも２回は、広範囲の開頭手術を行うことが必要となる。そのため、患者に多大な負担がかかる。さらに、このような広範囲の開頭手術には全身麻酔が必要となるため、麻酔医などの多くの医師の確保が必要となる。硬膜下電極の設置手術は、侵襲性の高さという患者への影響だけでなく、医師の事前のスケジュール調整の困難さという点でも、行うことが困難なものとなっていた。
　さらに、特許文献２に記載の手法は、基本的に、ガイドワイヤ等で、前進・後退により一次元的に挿入するものである。複数の電極は三次元的に配置する必要があり、このような一次元的な調整で複数の電極を所望の位置に配置することは困難である。
　さらに、特許文献３に記載の手法は、ＮＭＡを硬い材質のアームで挟んで変形させたまま体内へ挿入し、配置位置付近でアームによる力を緩めて形状を復元して、ＮＭＡを体内へ配置するものである。硬い材質のアームは、配置位置付近まで挿入されることとなり、脳を傷つけるおそれがある。さらに、アームからＮＭＡを離して体内に配置した後は、ＮＭＡの位置を調整することは困難となる。特許文献４に記載の手法では、リングは弾性材料で作成される。リングは、その弾性により心臓内で円形形状を呈する。そのため、特許文献３に記載の手法と同様の問題がある。
　このような生体内で信号を計測する計測手段の設置の困難さは、脳信号に限らず、例えば体内埋め込み式ペースメーカ等の信号を計測する場合等にも当てはまる。
　そこで、本願発明は、生体内に低侵襲な手術で信号を計測する複数の計測手段を留置でき、さらに、各計測手段を配置する位置を容易に調整可能な脳信号計測システム等を提案することを目的とする。
　請求項１に係る発明は、硬膜とクモ膜の間に設置されて脳信号を計測する複数の計測手段と、前記複数の計測手段を保持する保持部とを有する脳信号計測装置を備える脳信号計測システムであって、前記保持部は、所定の刺激による形状記憶特性を有し、前記形状記憶特性による形状変化により前記複数の計測手段の位置を変更可能な形状記憶部と、前記形状記憶部に対して外部から刺激を与えるための刺激導入部と、前記形状記憶部を覆い、前記形状記憶部に対して外部から所定の刺激が与えられることにより前記形状記憶部において生じる形状変化以外の所定の現象が外部へ与える影響を遮断する刺激遮断部を有し、刺激を与えられていない状態では前記硬膜及び前記クモ膜よりも柔軟なものであり、前記形状記憶部は、前記保持部が前記硬膜と前記クモ膜の間に挿入されて、刺激付与装置により前記刺激導入部を介して所定の刺激が与えられることにより、前記形状記憶特性により予め記憶処理された形状へ変化して、前記複数の計測手段を配置する。
　請求項２に係る発明は、請求項１記載の脳信号計測システムであって、前記形状記憶部は、形状記憶合金であり、加熱されて所定の温度以上となることにより、前記形状記憶特性により形状が変化し、前記刺激付与装置が与える刺激は通電加熱であり、前記刺激遮断部は、熱及び電気的絶縁体である。
　請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の脳信号計測システムであって、前記計測手段は、一方の端が電極であり、計測装置に電気的に接続されて前記電極における計測結果を伝達可能な伝達線であって、前記伝達線は、前記電極以外の部分は被覆されており、前記電極以外の前記伝達線の少なくとも一部は、被覆に加えて前記刺激遮断部により覆われることにより、外部からの影響を遮断され及び外部への影響を遮断して、前記電極における計測結果を伝達可能であり、前記電極は、前記伝達線の被覆を剥離して前記保持部の外側に巻き付けたものである。
　請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の脳信号計測システムであって、前記形状記憶部は、前記複数の計測手段の個数以上の頂点を有する多角形に記憶処理されており、前記各計測手段は、前記保持部において、前記多角形の頂点に保持される。
　請求項５に係る発明は、請求項４記載の脳信号計測システムであって、前記形状記憶部を体外から撮影可能な撮影部と、前記撮影部により撮影された画像情報を画像処理して、検出した前記計測手段については、検出した位置により当該計測手段の位置を推定し、検出されない前記計測手段については、前記形状記憶部の多角形の辺の情報から頂点の位置を推定して当該計測手段の位置と推定する位置推定処理手段を有する撮影装置を備える。
　請求項６に係る発明は、体内の所定の空間に設置されて信号を計測する複数の計測手段と、前記複数の計測手段を保持する保持部とを有する生体内計測装置であって、前記保持部は、所定の刺激による形状記憶特性を有し、前記形状記憶特性による形状変化により前記複数の計測手段の位置を変更可能な形状記憶部と、前記形状記憶部に対して外部から刺激を与えるための刺激導入部と、前記形状記憶部を覆い、前記形状記憶部に対して外部から所定の刺激が与えられることにより前記形状記憶部において生じる形状変化以外の所定の現象が外部へ与える影響を遮断する刺激遮断部を有し、刺激を与えられていない状態では前記体内の所定の空間の外壁よりも柔軟なものであり、前記形状記憶部は、前記保持部が前記体内の所定の空間に挿入されて、刺激付与装置により前記刺激導入部を介して所定の刺激が与えられることにより、前記形状記憶特性により予め記憶処理された形状へ変化して、前記複数の計測手段を配置する。
　請求項７に係る発明は、硬膜とクモ膜の間に設置されて脳信号を計測する複数の計測手段と、前記複数の計測手段を保持する保持部とを有する脳信号計測装置における前記保持部を制御する脳信号計測位置制御方法であって、前記保持部は、所定の刺激による形状記憶特性を有し、前記形状記憶特性により前記複数の計測手段の位置を変更可能な形状記憶部と、前記形状記憶部に対して外部から刺激を与えるための刺激導入部と、前記形状記憶部を覆い、前記形状記憶部に対して外部からの刺激が与えられることにより前記形状記憶部において生じる形状変化以外の所定の現象が外部へ与える影響を遮断する刺激遮断部を有し、刺激を与えられていない状態では前記硬膜及び前記クモ膜よりも柔軟なものであり、前記保持部が前記硬膜と前記クモ膜の間に挿入され、前記保持部の前記形状記憶部が、刺激付与装置により前記刺激導入部を介して所定の刺激を与えられることにより、前記形状記憶特性により予め記憶処理された形状へ変化して、前記複数の計測手段を配置するステップを含む。
　なお、本願発明を、挿入時におけるものだけでなく、除去時におけるものとして捉えてもよい。すなわち、刺激付与装置から形状記憶部へ刺激が与えられていない状態とし、保持部を硬膜とクモ膜の間から抜去するものとして捉えてもよい。これにより、除去する場合に、体内へ挿入される状態と同様の条件とすることができ、形状記憶特性を示さずに柔軟な状態とすることができる。そのため、低侵襲の手術で脳信号計測装置を除去することが可能となる。
　また、本願発明において、一方の端が頭内部に挿入される並行する一対の管から構成される導入管を備え、保持部は、ライン状であり、導入管の一方の管について、頭内部に挿入されない方の端から挿通して頭内部に挿入される方の端に延び、さらに、導入管の他方の管について、頭内部に挿入される方の端から挿通して頭内部に挿入されない方の端に延びるものとしてもよい。このような導入管を用いて配置することにより、形状記憶部を通電加熱等する場合にも、留置処理がさらに容易になる。
　さらに、本願発明において、形状記憶部を体外から撮影可能な撮影部と、撮影部による撮影された情報を表示する表示部を有する撮影装置を備えるようにしてもよい。
　さらに、形状記憶部は、例えば形状記憶合金により作成されてもよい。形状記憶合金の材料は、例えばチタンとニッケルの合金である。これは生体適合性も既に証明されており、生体埋め込み用途も含め医療応用が多数なされている。なお、鉄系形状記憶合金などであってもよい。また、計測手段の材料は、例えば、白金（プラチナ）、白金とイリジウムの合金である。これらも、既に生体適合性が証明されており、カテーテルやペースメーカ用の電極として多数医療応用がなされている。また、刺激遮断部（絶縁被覆）の材料は、例えば、ＰＴＦＥというフッ素樹脂を使用したものである。これも、既に生体適合性が証明済みのものが存在する。
　さらに、本願発明を、コンピュータを請求項５記載の位置推定処理手段として動作させるためのプログラム及びこのプログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。さらに、本願発明において、推定した位置を表示する表示部を備えるようにしてもよい。また、利用者が各計測手段の位置情報を入力する入力手段と、入力された各計測手段の位置情報と推定された位置情報を比較する比較手段を備え、表示部は、その比較結果も表示するようにしてもよい。
　本願発明によれば、保持部は、複数の計測手段を保持し、計測手段の間を接続する形状記憶部に刺激が与えられずに体内へ挿入される状態では柔軟な状態であり（例えば温度変化により形状記憶特性を示す場合に、温度が室温から体温までの環境にある状態では柔軟な状態であり）、この状態で体内の例えば硬膜とクモ膜の間などの所定の空間に挿入され、体内で形状記憶部に所定の刺激が与えられて、形状記憶部が予め記憶処理した形状へ変化することにより、複数の計測手段を配置する。この挿入するための穴は、例えば直径１ｃｍ以下で実現可能である。ここで、保持部が硬膜とクモ膜よりも柔軟であるとは、例えば、硬膜とクモ膜の間に空間が存在することから、保持部の挿入にともない、保持部から硬膜やクモ膜に力が加えられたとしても、硬膜とクモ膜の間の空間への挿入が継続される程度の硬さを意味するものである。
　また、本願発明は、刺激導入部及び刺激遮断部を有し、保持部は、体内への挿入時には刺激が与えられていない状態として柔軟な状態であり、体内において形状記憶部に刺激が与えられるものである。そのため、特許文献３記載の技術と異なり、体内へ挿入される部分は、刺激が与えられていない状態で例えば硬膜やクモ膜よりも柔軟な状態であり、挿入時にこれらを傷つける危険性が低い。
　さらに、保持部は、一旦刺激が与えられた状態とされたとしても、再度、刺激を与えられていない状態として柔軟な状態へと戻し、保持部の位置を調整して、再度、刺激が与えられた状態とすることにより、体内において位置を容易に調整することができる。そのため、低侵襲な手術で計測手段を留置し、さらに、体内において複数の計測手段の位置を容易に調整することが可能となる。
　また、本願発明において、記憶処理される形状は、凸形状などに限られるものではなく、例えば、相似形の複数の多角形を入れ子状に設けたもの（くもの巣状）とするなど、自由に設定することができる。これにより、様々な計測手段の配置が可能となる。このように、本願発明の形状記憶部により二次元的・三次元的な広がりで各計測手段を配置することが可能となり、各計測手段の位置が容易に調整可能となる。
　さらに、本願請求項２に係る発明によれば、通電加熱を利用して形状記憶部に対する刺激を与えることにより、形状記憶部の形状変化がさらに容易に実現可能となる。
　さらに、本願請求項３に係る発明によれば、計測手段が、伝達線の被覆を剥離して保持部の外側に巻き付けた微小な電極であるから、空間分解能を向上させることができる。さらに、保持部の断面を、計測手段が設けられている部分と設けられていない部分で、ほぼ同一のものとすることが可能となる。そのため、体内で形状記憶部が形状の変更をしても、硬膜やクモ膜を傷つける可能性は大幅に低下する。
　さらに、本願請求項４に係る発明は、形状記憶部に記憶する形状を多角形とし、保持部においてその頂点に計測手段を保持させる。体内に計測手段を設置する場合、例えば術中Ｘ線撮影等により計測手段そのものを撮影して行うことは可能である。しかし、常に計測手段そのものが撮影できるとは限らない。そのため、本願請求項４に係る発明によれば、仮に計測手段そのものは撮影できなくとも、多角形の辺を示す情報が一部でも撮影できれば、その情報から各頂点の情報を求め、撮影できなかった計測手段の位置を推定することが可能となる。これにより、計測手段の適切な配置がさらに容易になる。
　さらに、本願請求項５に係る発明にあるように、各計測手段の位置推定処理は、コンピュータを用いた装置等において実現するようにしてもよい。
頭部１の断面と本願発明の一例である脳信号計測装置２１を挿入するための穴１９の概要を示す図である。 図１の脳信号計測装置２１を穴１９に挿入してセンサ２７1～２７6を配置する処理の概要を示す図である。 本願発明の一例である脳信号計測システム３１の概要を示すブロック図である。 図３のセンサ３３4～３３6の周辺部５９の概要を示す図である。 電極－生理食塩水の接触インピーダンスの実験結果を示す。 ２つの電極間の電気的絶縁度の実験結果を示す。
　以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、この実施例に限定されるものではない。
　まず、図１及び図２を参照して、本願発明の一例である脳信号計測装置２１における６個のセンサ２７1～２７6（以下、添え字について、複数を意味する場合は「６個のセンサ２７」等と省略する。）を配置する処理の概要について説明する。
　図１にあるように、頭部１は、外部から、順に、頭皮等３、頭蓋骨５、硬膜７、クモ膜９、血管１１、軟膜１３及び脳１５の階層構造である。硬膜７とクモ膜９の間１７は、実際はほとんど隙間がない状況ではあるが、電極等を配置することは可能である。本願発明の脳信号計測装置は、頭皮等３、頭蓋骨５及び硬膜７を貫通する穴１９が設けられ、この穴１９を用いて、硬膜７とクモ膜９の間１７に挿入される。穴１９は、例えば直径１ｃｍ以下で実現可能である。
　図２（ａ）～（ｃ）は、本願発明の脳信号計測装置２１（本願請求項の「脳信号計測装置」に対応）による通電加熱による自動展開の概要を示す図である。脳信号計測装置２１は、２本の並行する管であり、一方の端が直径１ｃｍ以下の尖頭で穴１９より頭内部に挿入される導入管２３と、ライン状であり、導入管の一方の管について、頭内部に挿入されない方の端から挿通して頭内部に挿入される方の端に延び、さらに、導入管の他方の管について、頭内部に挿入される方の端から挿通して頭内部に挿入されない方の端に延びる保持部２５（本願請求項の「保持部」に対応）を備える。保持部２５は、６個のセンサ２７（本願請求項の「計測手段」に対応）を保持する。保持部２５は、形状記憶合金であるＳＭＡガイド（本願請求項の「形状記憶部」に対応）と、ＳＭＡガイドを覆う熱・電気的絶縁体である熱収縮チューブ（本願請求項の「刺激遮断部」に対応）を備える。ＳＭＡガイドの材料は、例えばチタンとニッケルの合金である。これは生体適合性も既に証明されており、生体埋め込み用途も含め医療応用が多数なされている。なお、鉄系形状記憶合金などであってもよい。また、センサ２７の材料は、例えば、白金（プラチナ）、白金とイリジウムの合金である。これらも、既に生体適合性が証明されており、カテーテルやペースメーカ用の電極として多数医療応用がなされている。図４では、白金を例に説明している。また、熱収縮チューブの材料は、例えば、ＰＴＦＥというフッ素樹脂を使用したものである（例えば、テフロン（登録商標）である。）。これも、既に生体適合性が証明済みのものが存在する。
　本実施例では、ＳＭＡガイドは、少なくとも室温～体温では硬膜７及びクモ膜９よりも柔軟であり、通電加熱により所定の温度以上となったときに記憶処理された形状となるものである。ここで、ＳＭＡガイドの中央部分は正六角形に記憶処理されており、センサ２７は、保持部２５において、ＳＭＡガイドの正六角形の各頂点に対応して保持されているとする。
　図２（ａ）を参照して、導入管２３を穴１９に挿入する時点では、導入管２３の頭内部に挿入される側の端から保持部２５を出さず、センサ２７を導入管２３に配置して、導入管２３を穴１９に挿入する。
　次に、図２（ｂ）を参照して、導入管２３を穴１９に挿入して、導入管２３の端が硬膜７とクモ膜９の間１７に到達すると導入管２３を穴１９に固定し、導入管２３の頭内部に挿入される側の端から保持部２５の中央部分（少なくとも正六角形に記憶処理されている部分）を硬膜７とクモ膜９の間１７に挿入する。
　次に、図２（ｃ）を参照して、電源２９（本願請求項の「刺激付与装置」に対応）が保持部２５のＳＭＡガイドを通電加熱することにより、保持部２５のＳＭＡガイドは記憶処理された正六角形の形状へと変化する。その頂点に保持された各センサ２７は、ＳＭＡガイドの形状変更に伴い、所定の位置へと移動する。穴１９は直径１ｃｍ以下のもので足り、このような穴から硬膜下に挿入後、輪を広げるように電極を展開することができ、低侵襲な手術で硬膜下電極を留置可能となる。
　続いて、図３を参照して、本願発明の一例である脳信号計測システム３１（本願請求項の「脳信号計測システム」に対応）の構成について、具体的に説明する。
　脳信号計測システム３１は、硬膜とクモ膜の間に設置されて脳信号を計測する複数のセンサ３３と複数のセンサ３３を保持する保持部３５とを有する脳信号計測装置３７と、保持部３５のＳＭＡガイドに刺激を付与する刺激付与装置３９と、センサ３３の計測結果を受信する計測装置４１と、体外からＸ線等により撮影して表示する撮影装置４３を備える。
　保持部３５は、正六角形に記憶処理された形状記憶特性を有するセンサ保持部４５と、センサ保持部４５に刺激付与装置３９からの刺激を導入する刺激導入部４７を備える。
　本実施例では、センサ３３は六角形の各頂点に位置し、センサ保持部４５及び刺激導入部４７は、加熱により形状記憶特性を示す形状記憶合金（ＳＭＡガイド）（センサ保持部４５のＳＭＡガイドが本願請求項の「形状記憶部」に対応）が、熱・電気的絶縁体である熱収縮チューブ（本願請求項の「刺激遮断部」に対応）により覆われたものであるとする。
　刺激付与装置３９は、体内に挿入されたセンサ保持部４５（図２（ｃ）参照）に対して、保持部３５の一方の端４９から他方の端５１へ通電して加熱することにより、センサ保持部４５の形状記憶特性により予め記憶処理された形状へ変化させて、各センサ３３の位置を変更する。通電加熱は、１～２Ａ程度の電流で瞬時加熱するものであり、絶縁体の熱伝導率は低いので、外部に熱は伝わらない。これにより、センサ３３の設置が容易となる。また、室温～体温では柔軟な状態となるため、頭部内での位置の調整や抜去も容易である。よって、硬膜下電極の挿入・抜去が容易となる。
　計測装置４１は、保持部３５の端４９に近いセンサ３３1、３３2及び３３３について端４９から計測結果を得、他方の端５１に近いセンサ３３4、３３5及び３３6について端５１から計測結果を得る。図４を参照して、センサ３３4、３３5及び３３6の周辺５９の保持部３５の構造については、後に具体的に説明する。
　撮影装置４３は、術中Ｘ線写真など、頭部内のセンサ保持部４５のＳＭＡガイドを体外から撮影可能な撮影部５３（本願請求項の「撮影部」に対応）と、撮影部５３により撮影された画像情報を画像処理して、直接検出可能なセンサ３３については検出した位置によりセンサ３３の位置を推定し、直接検出されないセンサ３３についてはセンサ保持部４５の多角形の辺の情報から頂点の位置を推定してセンサ３３の位置を推定する位置推定処理部５５（本願請求項の「位置推定処理手段」に対応）と、撮影部５３の撮影結果及び位置推定処理部５５の位置推定結果を表示する表示部５７を備える。
　続いて、図４を参照して、センサ３３4、３３5及び３３6の周辺５９の保持部３５の構造について、より具体的に説明する。
　保持部３５は、形状記憶合金であるＳＭＡガイド７１と、ＳＭＡガイド７１を覆う熱・電気的絶縁体である熱収縮チューブ７３を備える。なお、図４（ａ）では、内部の構造を明確化するため、熱収縮チューブ７３は、破線で表現している。
　被覆白金線７７、７９及び８１は、テフロン（登録商標）により被覆されたものであり、それぞれ、センサ３３6、３３5及び３３4のためのものである。被覆白金線７７、７９及び８１の一部は、熱収縮チューブ７３に覆われている。被覆白金線７７の一方の端は、被覆された状態で測定装置４１に電気的に接続される。他方の端は、六角形の頂点に位置する場所において熱収縮チューブ７３の外に出され、被覆を剥離した白金線８３とされ、熱収縮チューブ７５の外側に巻き付け、センサ３３6として機能する電極として利用する。このような電極の微細化を利用することにより、空間分解能の向上を図ることが可能となる。皮膜白金線７９及び８１も、同様に、それぞれ、六角形の頂点に位置する場所において熱収縮チューブ７３の外に出され、被覆を剥離した白金線とされ、熱収縮チューブ７５の外側に巻き付け、それぞれ、センサ３３5及び３３4として機能する電極として利用する。
　図４（ｂ）は、図４（ａ）の断面８５における断面図である。ここで、熱収縮チューブ７３は、ＳＭＡガイド７１を覆う熱収縮チューブ７３1と、熱収縮チューブ７３1の外側にあり、被覆白金線７３、７９及び８１とともに覆う熱収縮チューブ７３2の階層構造としている。
　脳信号計測装置３７の具体例について説明する。保持部３５の線径は０．３ｍｍである。ＳＭＡガイド７１の材質はＮｉ－Ｔｉ合金５４．９ｗｔ％（ｗｔ％：質量パーセント濃度）であり、直流抵抗値は約２３Ωである。センサ保持部４５は１辺２ｃｍの正六角形に記憶処理されており、刺激導入部４７は４ｃｍである。記憶処理は、３７０℃で、４０分間熱することにより行う。熱収縮チューブは、フルオロポリマー製で、収縮後膜厚が０．２５ｍｍである。
　上記の材質・形状・記憶処理条件の場合、２７℃の空気中においては、ＳＭＡガイドに０．２ｍＡの電流を約２秒間流すことで記憶形状に回復する。一方、２秒間の加熱では熱収縮チューブの外には熱はほとんど伝わらず、熱で脳細胞に損傷を与えることはない。
　図５は、電極－生理食塩水の接触インピーダンスの実験結果を示すグラフである。図６は、２つの電極間の電気的絶縁度の実験結果を示すグラフである。図５及び図６において、横軸は周波数であり、縦軸はインピーダンス（破線）及び位相遅れ（実線）である。
　この実験は、髄液や神経細胞などを包括的に模擬する生理食塩水中で行っている。電極と電極の間は生理食塩水で満たされており、電気的に接続していることになる。以下では、ある脳波が隣接する２つのセンサにより検出される場合として、図３のセンサ３３4とセンサ３３5を例にして説明する。
　センサ３３4の真下で発生した脳波は、信号源である神経細胞から「電極－生理食塩水の接触インピーダンス」を介して電極へと伝わる（図５参照）。しかし、この脳波は、同様に「信号源から髄液を経由してセンサ３３5」という経路でも伝わる。ただし、後者の経路で伝わった信号は、信号源と電極との距離などに応じて減衰する。「電極－電極間のインピーダンス」はこの減衰する具合を表す（図６参照）。
　本実験では、脳波の信号周波数帯域において、電極と生理食塩水の接触インピーダンスに比べ、電極間のインピーダンスが１０倍程度である。よって、あるセンサの直下の脳波について、隣接する電極では、１０分の１程度にまで減衰するものと評価することができる。このように、電極－生理食塩水の接触インピーダンスは脳波の信号周波数帯域において十分小さく、また、２つの電極間の電気的絶縁度は十分高い値となっている。そのため、測定した脳波の振幅が小さすぎてノイズに埋もれることはなく、さらに、異なる電極で測定した脳波が混信することもないと評価することができる。
　なお、形状記憶部は、形状記憶合金だけでなく、例えば、形状記憶樹脂等の形状記憶特性を示すものであればよい。この場合、与えられる刺激は、材料に合わせたものとする。また、記憶される形状も、正六角形に限らず、例えば、相似形の複数の多角形を入れ子状に設けたもの（くもの巣状）など、自由に設定してよい。
　また、撮影装置４３は、利用者がセンサ３３の位置情報を入力する入力部を備え、位置推定処理部５５は、入力されたセンサ３３の位置情報と推定した位置情報を比較し、表示部５７は、その比較結果も表示するようにしてもよい。
　さらに、本願発明を、被覆された柱状の伝達線と、前記伝達線を覆う筒状の絶縁体とを備え、前記伝達線の一方の端は、前記絶縁体の外部へ出され、被覆を剥離して前記絶縁体の同一断面上で前記絶縁体に巻き付けた電極であり、他方の端は、前記電極が計測した信号を、前記絶縁体の外部からの影響を遮断され及び外部への影響を遮断して出力する計測装置として捉えてもよい。
　２１　脳信号計測装置、２３　導入管、２５、保持部、２７1，・・・，２７6　センサ、２９　電源、３１　脳信号計測システム、３３1，・・・，３３6　センサ、３５　保持部、３７　脳信号計測装置、３９　刺激付与装置、４３　撮影装置、４５　センサ保持部、４７　刺激導入部、５３　撮影部、５５　位置推定処理部

Claims (7)

  1. 　硬膜とクモ膜の間に設置されて脳信号を計測する複数の計測手段と、前記複数の計測手段を保持する保持部とを有する脳信号計測装置を備える脳信号計測システムであって、
    　前記保持部は、
    　　所定の刺激による形状記憶特性を有し、前記形状記憶特性による形状変化により前記複数の計測手段の位置を変更可能な形状記憶部と、
    　　前記形状記憶部に対して外部から刺激を与えるための刺激導入部と、
    　　前記形状記憶部を覆い、前記形状記憶部に対して外部から所定の刺激が与えられることにより前記形状記憶部において生じる形状変化以外の所定の現象が外部へ与える影響を遮断する刺激遮断部を有し、
    　　刺激を与えられていない状態では前記硬膜及び前記クモ膜よりも柔軟なものであり、
    　前記形状記憶部は、前記保持部が前記硬膜と前記クモ膜の間に挿入されて、刺激付与装置により前記刺激導入部を介して所定の刺激が与えられることにより、前記形状記憶特性により予め記憶処理された形状へ変化して、前記複数の計測手段を配置する、脳信号計測システム。
  2. 　前記形状記憶部は、形状記憶合金であり、加熱されて所定の温度以上となることにより、前記形状記憶特性により形状が変化し、
    　前記刺激付与装置が与える刺激は通電加熱であり、
    　前記刺激遮断部は、熱及び電気的絶縁体である、請求項１記載の脳信号計測システム。
  3. 　前記計測手段は、一方の端が電極であり、計測装置に電気的に接続されて前記電極における計測結果を伝達可能な伝達線であって、
    　前記伝達線は、前記電極以外の部分は被覆されており、前記電極以外の前記伝達線の少なくとも一部は、被覆に加えて前記刺激遮断部により覆われることにより、外部からの影響を遮断され及び外部への影響を遮断して、前記電極における計測結果を伝達可能であり、
    　前記電極は、前記伝達線の被覆を剥離して前記保持部の外側に巻き付けたものである、請求項１又は２記載の脳信号計測システム。
  4. 　前記形状記憶部は、前記複数の計測手段の個数以上の頂点を有する多角形に記憶処理されており、
    　前記各計測手段は、前記保持部において、前記多角形の頂点に保持される、請求項１から３のいずれかに記載の脳信号計測システム。
  5. 　前記形状記憶部を体外から撮影可能な撮影部と、
    　前記撮影部により撮影された画像情報を画像処理して、
    　　検出した前記計測手段については、検出した位置により当該計測手段の位置を推定し、
    　　検出されない前記計測手段については、前記形状記憶部の多角形の辺の情報から頂点の位置を推定して当該計測手段の位置と推定する位置推定処理手段
    を有する撮影装置を備える請求項４記載の脳信号計測システム。
  6. 　体内の所定の空間に設置されて信号を計測する複数の計測手段と、前記複数の計測手段を保持する保持部とを有する生体内計測装置であって、
    　前記保持部は、
    　　所定の刺激による形状記憶特性を有し、前記形状記憶特性による形状変化により前記複数の計測手段の位置を変更可能な形状記憶部と、
    　　前記形状記憶部に対して外部から刺激を与えるための刺激導入部と、
    　　前記形状記憶部を覆い、前記形状記憶部に対して外部から所定の刺激が与えられることにより前記形状記憶部において生じる形状変化以外の所定の現象が外部へ与える影響を遮断する刺激遮断部を有し、
    　　刺激を与えられていない状態では前記体内の所定の空間の外壁よりも柔軟なものであり、
    　前記形状記憶部は、前記保持部が前記体内の所定の空間に挿入されて、刺激付与装置により前記刺激導入部を介して所定の刺激が与えられることにより、前記形状記憶特性により予め記憶処理された形状へ変化して、前記複数の計測手段を配置する、生体内計測装置。
  7. 　硬膜とクモ膜の間に設置されて脳信号を計測する複数の計測手段と、前記複数の計測手段を保持する保持部とを有する脳信号計測装置における前記保持部を制御する脳信号計測位置制御方法であって、
    　前記保持部は、
    　　所定の刺激による形状記憶特性を有し、前記形状記憶特性により前記複数の計測手段の位置を変更可能な形状記憶部と、
    　　前記形状記憶部に対して外部から刺激を与えるための刺激導入部と、
    　　前記形状記憶部を覆い、前記形状記憶部に対して外部からの刺激が与えられることにより前記形状記憶部において生じる形状変化以外の所定の現象が外部へ与える影響を遮断する刺激遮断部を有し、
    　　刺激を与えられていない状態では前記硬膜及び前記クモ膜よりも柔軟なものであり、
    　前記保持部が前記硬膜と前記クモ膜の間に挿入され、前記保持部の前記形状記憶部が、刺激付与装置により前記刺激導入部を介して所定の刺激を与えられることにより、前記形状記憶特性により予め記憶処理された形状へ変化して、前記複数の計測手段を配置するステップを含む脳信号計測位置制御方法。
PCT/JP2011/051237 2010-01-25 2011-01-24 脳信号計測システム、生体内計測装置及び脳信号計測位置制御方法 WO2011090199A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/575,023 US20120302857A1 (en) 2010-01-25 2011-01-24 Brain signal measurement system and measurement system
JP2011550984A JP5673962B2 (ja) 2010-01-25 2011-01-24 脳信号計測システム及び計測システム

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010013482 2010-01-25
JP2010-013482 2010-01-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011090199A1 true WO2011090199A1 (ja) 2011-07-28

Family

ID=44307000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/051237 WO2011090199A1 (ja) 2010-01-25 2011-01-24 脳信号計測システム、生体内計測装置及び脳信号計測位置制御方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20120302857A1 (ja)
JP (1) JP5673962B2 (ja)
WO (1) WO2011090199A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013056150A (ja) * 2011-08-18 2013-03-28 Sorin Crm Sas 冠状静脈網に植込み可能な左心腔用のマルチエリアペーシングリード

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5900167B2 (ja) * 2012-06-01 2016-04-06 ソニー株式会社 生体信号測定装置、生体信号測定用装具及び生体信号測定装置セット
US11944456B2 (en) * 2018-01-31 2024-04-02 Kyocera Corporation Ceramic guide, ceramic guide device, and cermic guide module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02102204U (ja) * 1989-01-31 1990-08-14
JPH07507709A (ja) * 1993-04-07 1995-08-31 カーディアック　パスウェイズ　コーポレイション 心室マッピング及び切除を行う装置及び方法
JPH08266497A (ja) * 1995-03-30 1996-10-15 Riken Densen Kk 多電極プローブにおける長尺母材の被覆方法
JP2002191571A (ja) * 2000-12-26 2002-07-09 Hisayuki Mukai 電極カテーテル

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4592372A (en) * 1984-05-22 1986-06-03 Cordis Corporation Pacing/sensing electrode sleeve and method of forming same
CA2039088A1 (en) * 1990-07-20 1992-01-21 Mark A. Rydell Polypectome snare with bipolar electrodes
US6205361B1 (en) * 1998-02-10 2001-03-20 Advanced Bionics Corporation Implantable expandable multicontact electrodes
US7660621B2 (en) * 2000-04-07 2010-02-09 Medtronic, Inc. Medical device introducer
US20030125786A1 (en) * 2000-07-13 2003-07-03 Gliner Bradford Evan Methods and apparatus for effectuating a lasting change in a neural-function of a patient
AUPS226402A0 (en) * 2002-05-13 2002-06-13 Advanced Metal Coatings Pty Limited An ablation catheter
US7689260B2 (en) * 2003-11-06 2010-03-30 The Regents Of The University Of Colorado Shape-memory polymer coated electrodes
US7937160B2 (en) * 2004-12-10 2011-05-03 Boston Scientific Neuromodulation Corporation Methods for delivering cortical electrode leads into patient's head
WO2007005641A2 (en) * 2005-07-01 2007-01-11 Proteus Biomedical, Inc. Deployable epicardial electrode and sensor array
US20070088412A1 (en) * 2005-10-13 2007-04-19 Intelifuse, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware System and device for heating or cooling shape memory surgical devices
JP5126710B2 (ja) * 2007-08-22 2013-01-23 国立大学法人大阪大学 頭蓋内電極構造体およびその製造方法
WO2009052423A1 (en) * 2007-10-17 2009-04-23 Neuronexus Technologies Three-dimensional system of electrode leads

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02102204U (ja) * 1989-01-31 1990-08-14
JPH07507709A (ja) * 1993-04-07 1995-08-31 カーディアック　パスウェイズ　コーポレイション 心室マッピング及び切除を行う装置及び方法
JPH08266497A (ja) * 1995-03-30 1996-10-15 Riken Densen Kk 多電極プローブにおける長尺母材の被覆方法
JP2002191571A (ja) * 2000-12-26 2002-07-09 Hisayuki Mukai 電極カテーテル

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013056150A (ja) * 2011-08-18 2013-03-28 Sorin Crm Sas 冠状静脈網に植込み可能な左心腔用のマルチエリアペーシングリード

Also Published As

Publication number Publication date
JP5673962B2 (ja) 2015-02-18
JPWO2011090199A1 (ja) 2013-05-23
US20120302857A1 (en) 2012-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11491323B2 (en) Visual prosthesis employing ventricular or endovascular neural electrode arrays
JP5927176B2 (ja) 神経組織と相互作用するためのデバイス、ならびにそれを作製および使用する方法
US11331136B2 (en) Flexible polymer electrode for MRI-guided positioning and radio frequency ablation
JP6605208B2 (ja) 編組ワイヤを介した信号伝送を備えるマルチアーム・カテーテル
CN107874828A (zh) 使用应变消除元件的适形于器官的篮状导管
JP6932835B2 (ja) 電気刺激の臨床効果を推定するシステム及び方法
US20250065109A1 (en) Conformal electrode arrays for electrophysiologic recording and neural stimulation within the cerebral ventricles and cerebral vasculature
JP5673962B2 (ja) 脳信号計測システム及び計測システム
EP3744244A1 (en) Flexible brain probe over guidewire
US12035919B2 (en) Real-time monitoring of fluid flow with flow sensing element in an aneurysm and associated devices, systems, and methods
CN205055188U (zh) 植入式神经电刺激电极组件及其电极导管
US20180085571A1 (en) Implanted electrical lead for pacemaker
Scheunemann et al. Concept and first Implementation of an intracochlearly navigated Electrode Array for Cochlear Implantation
CN112006680A (zh) 脑信号跟踪
Yamakawa et al. Subdural electrocorticogram measurement with a minimally-invasive procedure using an SMA-manipulated microelectrode array
CN118284365A (zh) 癫痫诊断用的信息处理装置、血管内器件、癫痫诊断用的信息处理方法、以及癫痫诊断用的计算机程序
Hou et al. Capacitance measures during cochlear implants electrode array positioning
KR102144041B1 (ko) 의료용 삽입 장치 및 이를 포함하는 신경감지 시스템
WO2023075912A1 (en) Systems and methods for selective heat-induced neuromodulation
CN112969428A (zh) 用于从受试者体内获取记录的装置、系统和方法
Yamakawa et al. Minimally-invasive epileptogenic focus detection using the subdural electrodes manipulated by the shape-memory-alloy thin wire

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11734805

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011550984

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13575023

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11734805

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1