2015 Fiscal Year Research-status Report
脳波ポワンカレプロットのヒステリシス解析を用いた即応的麻酔深度推定法の開発
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15K10518
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| Research Institution | Kyoto Prefectural University of Medicine |
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Principal Investigator |
林 和子 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 客員講師 (40285276)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 非線形解析 / poincare plot / return plot / 複雑系 / 脳波 / 麻酔深度 / カオス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
麻酔管理の質向上には、麻酔や意識の基盤に立脚した遅延のない麻酔深度推定法の開発が必要である．本研究は、ポアンカレプロット非線形解析法を脳波に応用して、複雑系システムである脳神経活動のヒステリシス(履歴効果)からその秩序性を定量解析し、遅延のない統一的な麻酔深度測定法を確立することを目的とした。
BISモニターより前頭誘導脳波を導出し、128Hzでアナログ/デジタル変換サンプリングして、ベースラインドリフト補正とバンドパスフィルター(0.5Hz-30Hz 成分抽出)処理後の前処理後の１０ 秒長の脳波信号を順次2 次元平面上にポワンカレプロットして、プロット集団分布の中心から，長軸（y=x 軸）方向のちらばりの標準偏差(SD2)とそれに直角に交わる短軸方向のちらばりの標準偏差（SD1）、及びその比率(SD1/SD2)を定量化に用いた。
また、BISモニターより導出した前頭誘導脳波から、リアルタイムに可能な脳波ポワンカレプロット解析装置を作成して、その分布を連続的に定量解析するポワンカレプロット定量化オンライン自動処理装置を作成した。そしてポワンカレプロット麻酔深度推定法の検討と、既存麻酔モニターと比較した即応性の評価を施行した．
その結果、ポワンカレプロット麻酔深度指標が吸入麻酔、及びプロポフォール麻酔深度をよく反映すること、特にSpectral Edge Frequency 95 （SEF95）と強い相関をもつこと、そして従来の麻酔深度モニターと比較して20秒程度、早く反応することが明らかになった。これらは、論文として発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
麻酔中の脳波データを記録して、事後に解析した結果から、ポワンカレプロットの変動指標（SD1/SD2）が、セボフルラン吸入麻酔濃度とよく相関することが明らかになり、この成果は、論文（Clin Neurophysiol 2015; 126:404-11) に掲載された。また、ポワンカレプロットの変動指標（SD1/SD2）をBIS値、脳波関連指標と比較したところ、麻酔深度やSpectral Edge Frequency 95 (SEF95)とよく相関することが明らかになり、この成果は、論文（Anaesthesia 2015; 70:310-17）に掲載された。
一方、ポワンカレプロット指標の持続的モニタイリングを可能にするため、BISモニターより導出した脳波を用い、matlabアプリケーションを活用して、リアルタイムモニタリング装置を試作した。この試作機を用いて、現在、リアルタイムモニタリングを行い、更なる検討を行っている。
一方で、近年、麻酔鎮静意識制御における脳波の1Hz以下の低周波成分の重要性が示唆されている。そこで、脳波の1Hz以下の低周波成分のみを抽出した脳波（高周波数遮断）を用いて、同様のポワンカレ分布を描出して、そのポワンカレプロット状態空間上のポイント間距離（Pindex）を算出したところ、これが有用な麻酔深度の指標と考えられた。従来の麻酔深度指標とPindexを比較したところ、BIS値と強い相関をもつことがわかった。この成果は、第63回麻酔科学会において、発表する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までの成果として得られたポワンカレプロット分布定量化の2つの指標、ばらつき度（SD1/SD2）とPindexを用いて、総合的にポワンカレプロットを用いた麻酔深度算定アルゴリズムの開発を検討する。
また、本麻酔深度算定法は、さまざまな麻酔薬一般に応用できる可能性がある．多種の作用機序を有する麻酔薬を用いて、本法の応用と適合性を検証する．
また、高齢者の脳波の周波数構成は低周波数成分優位であり、またα周波数帯域成分が小さいことが、報告されており、従って高齢者の麻酔深度を従来の麻酔深度指標用いて評価することには問題がある．そこで、認知症、高次脳機能障害等の症例を含む高齢者のポワンカレプロット麻酔深度測定法の応用に関して、検討する。
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| Causes of Carryover |
本年度に研究開始にあたり、新しく、本課題である脳波測定ポワンカレ指標解析用のパーソナルコンピュータと解析用の科学計算演算アプリケーションソフト（MATLAB）の新規ライセンスを科学研究費で取得購入予定であったが、性能は劣るが既に所有しているコンピュータと既存の古いライセンスを用いて、準備作業を行い、見通しが立った段階で、最新バージョンの高性能の解析用ＰＣと最新バージョンのMATLABライセンスと必要なオプションを購入する方が、研究が円滑にゆくと判断した。そのため、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度までに施行、試作してきたポワンカレ指標解析装置の現状から、今後の改良すべき点を把握してきた。それらを踏まえて、新規に解析用の高性能コンピュータの解析と必要なオプションを含めた最新バージョンのMATLABライセンスを取得し、研究を展開してゆきたい。
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