ChinL-R - のるぷろライトシステムズ

おとがい筋電極から
睡眠脳波は取れるか？
（小児への応用）
のるぷろライトシステムズ　大木　昇
質問・連絡先　大木　昇（のるぷろ）
Mail [email protected]
【　目　的　】
最近、小児の睡眠について関心が深まっ
ているが、正常小児の睡眠をPSG以外に
簡単に計測する手法がなく、小児睡眠
を脳波を含めて手軽に計測することで
研究が進むと考えられる。最近の高性
能PSG機器ではアース電極の他にシステ
ムリファレンス電極(以下R電極)を額に
装着する。このR電極とおとがい筋電極
間の電位には脳波が含まれていると思
われる。
今回、正常小児においておとがい筋とR
電極間の信号を取り出し、通常のC3,C4
の脳波と比較して、睡眠脳波として利
用できるかを比較し、その応用につい
て検討する 。
【　手法（収録）】
１．R電極を額の上部に装着する。　アースは額の下部とする。（Fig.1）
2. おとがい筋電極は通常PSGと同様に装着。
3. 通常のPSG比較できるように、C3 C4 O1 O2
LOG ROG ECGなども装着する。
4.
収録は高機能ポリグラフ装置ポリメイト　AP1132（デジテックス社製）を使用し、
サンプリング周波数500Hzでリモンタージュ
できるように電極単位で行った。
【　手法（波形表示）】
１．おとがいLとR電極の誘導（ChinL-R)を作成。　時定数を0.5秒、HFFを60Hzに設定する。
2．おとがいRとR電極の誘導（ChinR-R)を作成。　時定数を0.5秒、HFFを60Hzに設定する。
3. 通常のおとがい筋誘導も作成する。
4. おとがい筋誘導で時定数を0.5秒、HFFを　30Hzにした誘導をChinLとして作成する。
5. 従来の簡易法として検討されていたA1-A2誘
導を参考として0.5秒、HFFを60Hzで作成。
Fig.1　誘導法
R
ChinR-R 時定数 0.5sec HFF=30Hz
E
ChinL-R 時定数 0.5sec HFF=30Hz
Chin 時定数 0.03sec HFF=100Hz
ChinL 時定数 0.5sec HFF=30Hz
ChinR
ChinL
誘導波形例（バイオCAL時）
00:00:41
R
E
ChinR-R
ChinL-R
Chin
ChinL
C3-
C3-A2
50.0
C4-
C4-A1
50.0
ChinL-
ChinL-R
50.0
ChinR-
ChinR-R
50.0
O1-A2
50.0
O2-A1
50.0
A1-A2
50.0
LOG
100.0
ROG
ROG
100.0
Chin
Chin
25.0
ChinL
10.0
ECG
500.0
O1O2A1-A2
LOG
Chin
ECG
1sec/div
EyeLeftRight
目を左右に動かすバイオCAL
【　方
法 】
ボランティア小児（6才女児）を被験者として、
自宅にてポリメイト（AP1132)を使用して３回終
夜PSGを計測した。２回は比較のため通常のPSG
モンタージュパターンも併用したが３回目はお
とがい筋からの収録のみと画像収録を行った。
収録時期は2007年4月から7月である。
結果を波形で比較し、その違いを定性的に評価
すると同時に、10秒ごとの周波数パワーをFFT解
析算出、４帯域トレンドとして作成し、帯域パ
ワー値をC3,C4との相関を調べた。
覚醒時脳波
00:00:30
C3-A2
50.0
C4-A1
50.0
ChinL-R
ChinL-R
50.0
ChinR-R
ChinR-R
50.0
O1-A2
50.0
O2-A1
50.0
A1-A2
A1-A2
50.0
LOG
100.0
ROG
100.0
Chin
25.0
ChinL
ChinL
10.0
ECG
1000.0
1sec/div
α波は出現しにくいと思われる。周波数的にはβ波が優位である。
EOGの影響が出やすい。EMG成分が入ることも重要
A1-A2でも同様にαが少なくβが優位である。
STAGE１の脳波
00:05:00
C3-A2
50.
C4-A1
50.
ChinL-R
ChinL-R
50.
ChinR-R
ChinR-R
50.
O1-A2
50.
O2-A1
50.
A1-A2
A1-A2
50.
LOG
100
ROG
100
Chin
25.
ChinL
ChinL
10.
ECG
100
1sec/div
連続したVertex Sharpは出現していない。
θ波は一部出現。 EMGでマスクされている可能性がある。
A1-A2では明確な波形がでていない。
STAGE２の脳波
04:00:00
Spindle
C3-A2
50.0
C4-A1
50.0
ChinL-R
ChinL-R
50.0
ChinR-R
ChinR-R
50.0
O1-A2
50.0
K-Complex1
O2-A1
K-Complex2
A1-A2
50.0
A1-A2
50.0
LOG
100.0
ROG
100.0
Chin
25.0
ChinL
ChinL
10.0
ECG
1000.0
1sec/div
Spindleは出現しない。K-Complexは逆相にでるものとでないものがある。
A1-A2では明確な波形がでていない。
STAGE3,4の脳波
02:21:30
C3-A2
50.0
C4-A1
50.0
ChinL-R
ChinL-R
ChinR-R
50.0
ChinR-R
50.0
O1-A2
50.0
O2-A1
50.0
A1-A2
A1-A2
50.0
LOG
100.0
ROG
100.0
Chin
25.0
ChinL
ChinL
10.0
ECG
1000.0
1sec/div
δ波は逆相に出現する。振幅は若干低めに出る。C3,C4に入っているα波はでない。
ChinLに小さな波形が入る。A1-A2ではδ波はでてこない。
REMの脳波
06:09:45
C3-A2
C4-A1
ChinL-R
ChinL-R
ChinR-R
ChinR-R
O1-A2
O2-A1
A1-A2
A1-A2
LOG
ROG
Chin
ChinL
ChinL
ECG
1sec/div
REMsに同期してδ様の波形が入る。この波形は立ち上がりが急なことが特徴。
ChinLにもREMｓに同期して小さな波形が入る。A1-A2では波がでてこない。
睡眠段階ごとのおとがい誘導波形一覧
Wake
ST1
ST2
ST3,4
REM
ChinL-R
Chin
ChinL
【　結果
】
1.３回の終夜計測でおとがい筋誘導から脳波をと
りだし表示させることができた。(Fig.2)
2.各睡眠段階で特徴ある波形が導出されたが、こ
れまでのR&K判定で利用する特徴波形とは異なる
のでそのまま睡眠段階判定には利用できない。。
3.A1-A2誘導のみでは特徴的な波形が少ないため、
明確な睡眠段階の判定ができなかった。
4.10秒ごとの周波数解析トレンドを描くと、睡眠
リズムを示すトレンドを描くことができる。
5.帯域パワーの相関を調べるとδ波とθ波の相関
が高い傾向が見られた。
α波とδ波の終夜トレンド　（１夜目）
C3-A2 [sqrt(Power)]
500
C3-A2
α
δ
375
250
125
0
1h
2h
3h
4h
ChinL-R [sqrt(Power)]
500
5h
α
6h
δ波のパワーは小さい
7h
8h
7h
8h
δ
375
ChinL-R 250
125
0
1h
2h
3h
4h
5h
6h
REM時にδ波パワーが少し大きいのはREMｓが入るため
β波とθ波の終夜トレンド　（１夜目）
C3-A2 [sqrt(Power)]
500
β
θ
375
C3-A2
250
125
0
1h
2h
3h
4h
ChinL-R [sqrt(Power)]
500
5h
6h
β
7h
8h
7h
8h
θ
375
ChinL-R 250
125
0
1h
2h
3h
4h
5h
6h
α波とδ波の終夜トレンド　（２夜目）
C3-A2 [sqrt(Power)]
500
C3-A2
α
δ
0.0
375
250
125
0
1h
2h
3h
ChinL-R [sqrt(Power)]
500
4h
5h
α
6h
7h
δ
0.0
375
ChinL-R 250
125
0
1h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
β波とθ波の終夜トレンド　（２夜目）
C3-A2 [sqrt(Power)]
500
β
θ
0.0
375
C3-A2
250
125
0
1h
2h
3h
ChinL-R [sqrt(Power)]
500
4h
β
5h
6h
θ
7h
0.0
375
ChinL-R 250
125
0
1h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
α波とδ波の終夜トレンド　（３夜目）
ChinL-R [sqrt(Power)]
500
α
δ
375
ChinL-R250
125
0
1h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
8h
β波とθ波の終夜トレンド　（３夜目）
ChinL-R [sqrt(Power)]
500
β
θ
375
ChinL-R250
125
0
1h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
8h
ChinとHR変動　（３夜目）
Chin [Abs Mean]
20
15
10
5
0
1h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
8h
1h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
8h
ECG [Abs Mean]
150
112
75
37
0
帯域パワーの相関 （１夜目）　C3-A2とChinL-Rの散布図
β波相関
α波相関
80000
80000
y = 0.4316x + 3817.1
R2 = 0.3653
y = 0.3188x + 6021.3
R2 = 0.2351
70000
60000
60000
50000
50000
ChinL-R
ChinL-R
70000
40000
40000
30000
30000
20000
20000
10000
10000
0
0
0
10000
20000
30000
40000
C3-A2
50000
60000
70000
0
80000
10000
20000
30000
40000
C3-A2
50000
60000
70000
80000
θ波相関
δ波相関
140000
400000
y = 0.3712x + 18589
R2 = 0.3355
350000
y = 0.5401x + 3451.1
R2 = 0.558
120000
300000
100000
ChinL-R
ChinL-R
250000
200000
80000
60000
150000
40000
100000
20000
50000
0
0
0
50000
100000
150000
200000
C3-A1
250000
300000
350000
400000
0
20000
40000
60000
80000
C3-A2
100000
120000
140000
帯域パワー値の相関 （２夜目）　C3-A2とChinL-Rの散布図
α波相関
β波相関
80000
80000
y = 0.4446x + 3156.3
R2 = 0.171
60000
60000
50000
50000
40000
y = 0.355x + 5187.9
R2 = 0.1082
70000
ChinL-R
ChinL-R
70000
40000
30000
30000
20000
20000
10000
10000
0
0
0
10000
20000
30000
40000
C3-A2
50000
60000
70000
0
80000
10000
20000
δ波相関
30000
40000
C3-A2
50000
60000
70000
80000
θ波相関
400000
200000
y = 0.4828x + 14592
R2 = 0.1959
350000
y = 0.5024x + 3834
R2 = 0.3487
300000
150000
ChinL-R
ChinL-R
250000
200000
100000
150000
50000
100000
50000
0
0
0
50000
100000
150000
200000
C3-A2
250000
300000
350000
400000
0
50000
100000
C3-A2
150000
200000
帯域パワー値の相関係数
C3-(ChinL-R)
1日目-α波
1日目-β波
1日目-δ波
1日目-θ波
２日目-α波
２日目-β波
２日目-δ波
２日目-θ波
0.604
0.485
0.579
0.747
0.414
0.329
0.442
0.590
C4-(ChinR-R)
0.501
0.435
0.510
0.662
0.349
0.275
0.520
0.565
δ波とθ波の相関が高い。高振幅波形を捕らえていると考えられる。
α波は計測条件で相関が変わっている（2日目は全体に悪い傾向）
δ波で左上に外れるのはREMｓが混入するため！
【　考察
】
1.おとがい筋誘導では、R電極がある前頭部にでて
くる高振幅な脳波（δ波やθ波）を広くとらえ
ることができる。
2.δ波は振幅は下がるが出現傾向は正確に反映し
ている。
3.α波やVertexSharpなど後頭や頭頂にでる波形は
捕らえにくい。逆に眼球運動が入ることでREM判
定に利用できる。
4.周波数パワーでは相関がよくないが、それは眼
球運動が一部入るためと、前頭に出にくい波形
があるためと考えられる。
【　結論　】
1.おとがい筋誘導で、脳波及びおとがい筋電図を
同時記録することができた。時定数を変えるこ
とでおとがい筋に混入するREMsも見分けること
が可能だった。
2.睡眠段階の判定には、R&Kで判定する波形と特徴
と異なるのでそのまま睡眠段階判定には利用で
きない。独自の波形を定義する必要がある。
3.今後、正常な大人でもこの方法で睡眠状態を把
握できるかを検討する。