被験者の生物医学上のデータを測定するための装置及びリアルタイムに処理されたデータを用いて被験者を刺激するための方法
本発明は、被験者の生物医学上のデータを収集するための測定システムと、前記データを記録するための第１のハーウエアコンポーネントとを有する、前記データを測定するための装置に関する。本発明では、前記データを収集するための前記測定システムと前記データを記録するための第１のハーウエアコンポーネントとの間の接続線に、前記データを電気的に分離するための手段が配置されている。このようにすることで、少なくともデータ処理のためにデータを複製することが保証されている。こうして処理されたデータは、被験者のリアルタイム刺激を行うための方法に利用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の生物医学上のデータを測定するための装置と、リアルタイムに処理されたデータを用いて被験者を刺激するための方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチチャネルレコーダとして被験者のニューロン活動の電磁的相関性を時間に即して記録する機器は、従来技術として何年も前から存在している。典型的なものとしては、脳波計（ＥＥＧ）や脳磁計（ＭＥＧ）が挙げられる。
【０００３】
これらの機器は、複数の測定チャネルを有しており、信号検出だけでなく、データの保存及び評価にも適している。データの評価は、機器のオフラインモード、すなわち被験者からのデータ収集が行われていない時点に実施される。このために、機器によって収集されたデータは、ワークステーションに転送及び保存され、必要であればさらに処理される。
【０００４】
ロンゲンら（非特許文献１）によって、１４８チャネルの脳磁計を用いてデータセットを収集し、脳の３Ｄ再構築のために保存し、処理し、可視化することが公知である。この場合、短所として、進行中の被験者のデータ測定に合わせてリアルタイムにデータの処理及び評価を行うことができないという点がある。
【非特許文献１】H. Rongen, V. Hadamschek, M. Schiek (2005). Real-Time Data Acquisition and Online Signal Processing for Magnetoencephalography. IEEE-NPSS Real Time Conference 2005 (June 4-10, Stockholm, Sweden)の会議録 P5-7 に所収
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、被験者の生物医学上のデータをリアルタイムに記録及び処理することを保証する、前記データを測定するための装置を提供することである。本発明のもう１つの課題は、前記のように処理されたデータを利用するための方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、主請求項に記載の装置及び別の独立請求項に記載の方法によって解決される。有利な実施態様については、それぞれ関連する各請求項で明らかにする。
【０００７】
本装置は、主請求項の上位概念に従って、データを収集するための測定システムと、データを記録するための第１のハードウエアコンポーネントとを含む。測定システムと第１のハードウエアコンポーネントとの間に、データを伝送するための接続線が配置されている。本発明では、データを記録するための第１のハードウエアコンポーネントとデータを収集するための測定システムとの間の接続線に、データを電気的に分離するための手段が配置されている。
【０００８】
電気的に分離するためのこの手段によって、有利には、被験者とデータを収集するための測定システムとが、下流側に位置する、データを記録及び処理するためのその他のハードウエアコンポーネントから電気的に切り離される。これは、医療機器法と、ＭＤＤ９３／９４ＥＥＣの基本要件とによって要求されている。
【０００９】
これにより、下流側のハードウエアコンポーネントに電気的な障害が発生した場合にも、被験者が負傷することが防止される。データを収集するための測定システムも、当然ながら、障害に対して保護されている。
【００１０】
データを収集するための測定システムは、脳波計又は脳磁計の場合には、電極、測定チャネル及びその他の機器固有の構成要素、例えばセンサなどを含む。これらは、機器の供給業者によって異なる可能性がある。
【００１１】
被験者は、必ずしも人間である必要はない。各動物、特に哺乳動物が被験者であってもよい。当然、被験者の、生物学的に活動している脳断面あるいは組織断面を、本書で開示する方法によって検査、あるいは刺激することも可能である。
【００１２】
データを分離するための手段によって、有利には、データセットのデータを支障なく分離することと、少なくとも２つの同じデータセットにコピーすることとが保証される。
【００１３】
データを支障なく分離することによって、有利には、この分離工程が、データを収集するための測定システムに、従ってまた収集されたデータ自体にも影響を及ぼすことがなくなる。
【００１４】
従って、データ自体を支障なく分離することによって、データも被験者も全く影響を受けないままである。
【００１５】
測定システムにより収集されたデータが該手段によって３つ以上の同じデータセットに分離されるように、本発明に係る手段を具備する、本発明に係る装置を構成することが可能である。測定システムによって収集されたデータは、いずれにしろデータの分離によって変更されることはない。
【００１６】
測定システムと第１のハードウエアコンポーネントとの間の接続線は、特に有利には光導波路によって形成され、この光導波路には、本発明に係る手段として光導波路カプラが配置されている。
【００１７】
測定システムと第１のハードウエアコンポーネントとの間に光導波路の代わりに銅線を接続線として配置し、この接続線に、本発明に係る手段として電気絶縁増幅器を配置しておくことも可能である。
【００１８】
第１のハーウエアコンポーネントは、例えばワークステーションによって形成される。このワークステーションは、従来技術に従って、データを収集するための測定システムの測定工程を規則的に制御する。この目的のために、第１のハードウエアコンポーネントとデータを収集するための測定システムとの間に別の接続線が設けられている。
【００１９】
データを収集するための測定システム及び第１のハードウエアコンポーネント、ならびに該測定システムと該第１のハードウエアコンポーネントとの間の接続線は、脳波計（ＥＥＧ）又は脳磁計（ＭＥＧ）との関連において従来技術に含まれている。
【００２０】
接続線においてデータを電気的に分離するための手段によってこの種の機器は拡張されることで、データを第１のハードウエアコンポーネントに保存するだけでなく、第２のハードウエアコンポーネントでリアルタイムにさらに処理することが可能となる。
【００２１】
従って、有利には、測定システムによって収集されたデータを第１のハードウエアコンポーネントに記録し、長期的に保存する以外に、データを処理するための、さらに別の少なくとも１つの第２のハードウエアコンポーネントにリアルタイムに前記データを供給することができる。
【００２２】
本発明に係る、データを記録するための手段は、有利には、受動的手段として構成されている。従って、データを処理及び保存するための第２のハードウエアコンポーネントは、第１のハードウエアコンポーネントへの既存のデータストリームに能動的に介入することはなく、ただこのデータストリームを「聴く」だけである。第２のハードウエアコンポーネントは、データストリームに対して受動的に働く。
【００２３】
次に、データを分離するための手段は、データを収集するための測定システムからのデータストリームを２つの接続線に分離するように、データを被験者から収集するための測定システムから出る接続線に配置されている。本発明に係る手段から出るラインは、データを記録するための第１のハードウエアコンポーネントへデータストリームを転送する。さらに少なくとももう１つのデータストリームが、第２のデータコンポーネントへ転送される。
【００２４】
また、このようにして、同じ完全なデータセットが少なくとも第２のハードウエアコンポーネントに供給される。
【００２５】
第２のハードウエアコンポーネントは、リアルタイムでデータを処理し、受信データ及び処理されたデータを保存する。第２のハードウエアコンポーネントは、データを収集するための測定システムを制御することも可能である。
【００２６】
第２のハードウエアコンポーネントでのリアルタイムデータ処理によって、特に有利には、処理されたデータを被験者にリアルタイムにフィードバックすること、あるいは転送することによって該データを用いて被験者を刺激するための方法が実現可能となる。
【００２７】
本発明の１つの実施態様では、データを処理するための第２のハードウエアコンポーネントは、ＰＣＩマザーボードを含み、このボード上に、受信データと処理されたデータとをリアルタイムにデータ処理して保存するための構成要素が配置されている。このために、ＰＣＩマザーボードによってパーソナルコンピュータは拡張される。
【００２８】
この目的のために、ＰＣＩマザーボードは、有利には、データ収集／処理ユニットの素子あるいは構成要素を含み、また特に被験者に対するフィードバック信号を生成するための素子あるいは構成要素を含む。このために、ＰＣＩマザーボードは、高性能のリアルタイムデータ収集／処理ユニットを有する。さらに、ＰＣＩマザーボードは、当然ながら、保存のための他の構成要素と、データを収集するための測定システムを必要に応じて制御するための構成要素とを有する。
【００２９】
第２のハードウエアコンポーネントのＰＣＩマザーボードは、特に有利には、リアルタイムにデータ処理するためのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、例えばTexas Instruments社のＴＭＳ３２０ｃ６７１３を含む。
【００３０】
本発明の別の実施態様では、ＰＣＩマザーボードは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、例えばVirtex社のＸＣＶ３００を含む。
【００３１】
しかし、第２のハードウエアコンポーネントは、必ずしもフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む必要はない。
【００３２】
ただし、第２のハードウエアコンポーネントは、受信データを取得できるように、かつ、フィードバック信号の生成に必要な計算を測定システムによるデータ収集に合わせて実施できるように十分な性能を有していなければならない。また、データを処理するための第２のハードウエアコンポーネントは、測定システムによって収集及び処理されたデータを被験者に転送するのに必要な出力部を含む。
【００３３】
デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）に格納しておくことができる適切なアルゴリズムを用いて、測定システムによるデータの測定に合わせて、被験者を刺激するためのフィードバック信号が、処理されたデータから生成され、適切な接続線を介して被験者にフィードバックされる。
【００３４】
ＰＣＩマザーボードは、有利には、ＰＣＩバスインタフェースと、必要な入出力コンポーネントとを含む。
【００３５】
また、光導波路の場合には、光導波路インタフェースの他にアナログ及びデジタルの入出力部が含まれる。
【００３６】
従って、このデータ収集／処理ユニットは、データを収集するための測定システム、例えば脳磁計又は脳波計に結合するのに必要な全てのインタフェースを提供する。
【００３７】
第２のハードウエアコンポーネントを用いて、ＰＣＩマザーボード上のＦＰＧＡ及びＤＳＰに保存しておくことができるアルゴリズムによってデータは処理される。
【００３８】
測定データに基づく、第２のハードウエアコンポーネントで処理されたデータは、第３のハードウエアコンポーネントを介して、フィードバック信号として刺激のために被験者に転送される。これは、特に有利には、測定システムのデータ収集と第２のハードウエアコンポーネントでのデータ処理とに合わせて行われる。
【００３９】
その際、被験者への処理されたデータの転送は、固定的な既知の遅延時間、又は所定の可変的な既知の遅延時間だけ信号検出に対して遅らされており、その結果、現在時に収集され、処理された測定信号に基づいて被験者を刺激することができる。
【００４０】
このために、第３のハードウエアコンポーネントは、特に有利な実施態様では、刺激用ゴーグルを含む。
【００４１】
さらに、刺激用の第３のハードウエアコンポーネントは、例えば、視覚刺激を行うための光源の線形制御部を含む。
【００４２】
しかしまた、被験者から収集され、処理されたデータを用いて被験者を聴覚刺激することも可能である。
【００４３】
このために、第３のハードウエアコンポーネントは、有利には、第２のハードウエアコンポーネントのアナログ出力信号によって音量及び／又は周波数を制御できる音源を含む。聴覚信号は、スピーカ又はヘッドホンを介して被験者に供給されることで、被験者は刺激される。
【００４４】
本発明に係る装置を用いることによって、有利には、既存の測定システム及び機器、例えば脳波計や脳磁計を支障なく拡張することができ、これにより、これらのシステム及び機器は、被験者を電気刺激及び磁気刺激できるように拡張される。
【００４５】
これらの機器は、本発明では、リアルタイムでフィードバックを行うための構成要素を加えて拡張される。このために、市販のどのような測定システムでも、収集されたデータを電気的に分離するための、かつ、そのデータを処理するための本発明に係る手段を加えることによって拡張することができる。
【００４６】
被験者を刺激するための本発明に係る方法は、以下のステップ、すなわち、
ａ）被験者のデータを測定システムによって収集するステップ、
ｂ）収集したデータを電気的に分離し、データセットのコピーをリアルタイムデータ処理ユニットに供給するステップ、
ｃ）データをリアルタイムに処理するステップ、
ｄ）処理したデータを被験者に転送するステップ
を有する。
【００４７】
ｄ）における処理データは、アナログ信号の形式で被験者に転送される。
【００４８】
ステップａ）からｄ）は、複数回、例えば１秒間に１０００回程度、繰り返される。
【００４９】
本発明に係るこの方法によって、データは、線形変換又は非線形変換され、時間的に遅らせて被験者にフィードバックされる。その際、非線形変換によって、異なった時間のデータを互いに結び付けることができる。
【００５０】
本方法を実施するためには、本発明に係る装置が特に適している。本発明においては、これらの機器は、通例、ＭＥＧ又はＥＥＧオンラインシステム、すなわち、データを収集し、電気的に分離し、処理し、被験者に転送するためのシステムである。
【００５１】
市販のパーソナルコンピュータと組み合わせて、あるいは市販のパーソナルコンピュータを拡張して高性能のリアルタイムデータ収集／信号処理ユニットを用いることにより、必要な計算能力を実現でき、その結果、収集されたデータに基づいてフィードバック信号をリアルタイムに算出し、被験者を刺激するためにこれらの信号を再び出力することができる。
【００５２】
さらに、本発明について、２つの実施例と添付した図面とを用いて詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
図面内の同一の符号は、同一の素子あるいは構成要素を示す。
【実施例１】
【００５４】
図１には、左上部に、全部で１４８個の単位チャネルを具備するマルチチャネルＭＥＧ１１が、データを収集するための測定システムとして示されている。マルチチャネルＭＥＧ１１は、通常、光導波路１１ａを介して、第１のハードウエアコンポーネントであるワークステーション１２に直接接続されており、このワークステーションとしては、例えば、4D-Neuroimaging社のモデルＭａｇｎｉｓ２５００ＷＨが入手可能である。ワークステーション１２は、受信データを保存する機能を担う。オフラインモードでは、従来技術に従って、後の時点、すなわち測定システムによるデータ収集の後にデータが評価される。
【００５５】
さらに、ワークステーション１２は、測定システム１１を、その測定工程に関して制御する機能を担う。このために、ワークステーション１２と測定システム１１との間には別の接続線が配置されている（図示されていない）。
【００５６】
この市販の測定システム１１は、本発明では、光導波路カプラ１４を介して、リアルタイムデータ収集／信号処理ユニット１３ｂを具備する第２のハードウエアコンポーネント１３に接続されている。
【００５７】
ワークステーション１２を具備する既存のＭＥＧ測定システム１１にこのように支障なく結合するために、光導波路カプラ１４は、測定システム１１から出る光導波路１１ａに配置されている。
【００５８】
光導波路カプラ１４、２４における信号ルーティングと２つの出力部への入力光信号の分離とが、図２に示されている。
【００５９】
用いられている光導波路カプラ１４、２４は、TEDIS社のマルチモードカプラ１×２−Ｇ６２．５／１２５である。
【００６０】
光導波路カプラ１４、２４は、ライン１１ａの光導波路ファイバとライン１４ｂ及び１４ｃの光導波路ファイバとをつなぐ光パッシブ型カプラである。この光導波路カプラは、測定システム１１から来る光導波路１１ａのための接続部と、第１のハードウエアコンポーネント１２及び第２のハードウエアコンポーネント１３へつながる光導波路１４ｃ及び１４ｂのための２つの接続部とを有する。従って、光導波路カプラ１４、２４は、対応するケーブルのコネクタを差し込むことによって、既存の脳磁計に簡単に導入することができる。
【００６１】
光導波路カプラ１４、２４は、測定システム１１におけるＭＥＧセンサ電子装置（図示されていない）から来るデータストリームを電気的に分離する。
【００６２】
光導波路カプラ１４、２４は、測定システム１１からのデータストリームを、ライン１１ａを介して２つの同一かつ完全なデータセットとして２つのライン１４ｃ及び１４ｂに分割する。従って、データストリームは、２つの不変の互いに同一のデータセットにコピーされ、光信号の形で光導波路カプラ１４、２４の２つの出力部へ導かれる。
【００６３】
両ハードウエアコンポーネント１２及び１３は、ＭＥＧ測定システム１１によって被験者から収集されたデータの完全セットを支障なく取得する。ライン１４ｃは、ワークステーション１２につながっており、このワークステーションにおいてデータが連続的に記録される。ライン１４ｂは、第２のハードウエアコンポーネント１３（図１の右下方）につながっており、このコンポーネントで、データは、リアルタイムに処理されて、被験者用の刺激信号を生成するために被験者へ転送される。
【００６４】
図３は、個々の構成要素あるいは素子を本発明に従って構成したＰＣＩマザーボード３３の回路図である。
【００６５】
リアルタイムにデータを処理するための第２のハードウエアコンポーネント１３は、パーソナルコンピュータ（図１の右下方を参照）を含む。パーソナルコンピュータは、汎用ＰＣＩマザーボード３３を加えて拡張されている。マザーボード３３は、とりわけフィールドプログラマブルゲートアレイ３３ａ（ＦＰＧＡ：Virtex社のＸＣＶ３００）とデジタルシグナルプロセッサ３５（ＤＳＰ Ｄモジュール：Texas Instruments社のＴＭＳ３２０ｃ６７１３）とを有する。自らの構成要素を具備するこのＰＣＩマザーボード３３は、第２のハードウエアコンポーネント１３におけるリアルタイムデータ収集／処理ユニット１３ｂである。
【００６６】
被験者用にフィードバック信号を生成するためには、測定システム１１によって測定されたデータをリアルタイムに処理する必要がある。
【００６７】
データ収集／処理ユニット１３ｂ（図１を参照）は、パーソナルコンピュータのＰＣＩ又はコンパクトＰＣＩ（ｃＰＣＩ）拡張バス３４を利用し、パーソナルコンピュータを拡張する。本発明に従って示された図３の実施形態は、ＰＣＩマザーボード３３に基づいている。このマザーボード３３は、ＰＣＩコントローラ３３ｂを介して、ＰＣＩバス又はｃＰＣＩバス３４とリアルタイムプロセッサユニット３５、３５ａとの間に接続を確立する。
【００６８】
プロセッサユニット３５、３５ａは、十分に大きなメインメモリ３５ａ、例えば少なくとも１６メガバイトのメインメモリを有するデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）３５を具備するモジュールを含む。デジタルシグナルプロセッサＤＳＰ３５は、自らのローカルデータバス３５ｂ（３２ビットデータ／アドレス）を介して、ＰＣＩマザーボード３３上の、プログラマブルハードウエアを有する素子、すなわちＦＰＧＡ３３ａとデータを交換できる。
【００６９】
入出力コンポーネントは、別のドーターボード上、すなわち入出力モジュール３６上に格納されている。入出力モジュール３６は、脳磁計の光導波路カプラ１４、２４（図１及び図２）に対する光導波路インタフェース３７を有し、さらに、被験者刺激用のアナログ出力部３８ならびにタイムスタンプ、いわゆるトリガ３９の入出力用のデジタル入出力部を有する。
【００７０】
フィールドプログラマブルゲートアレイ３３ａは、自らのハードウエア構成によってデータ収集／処理ユニット１３ｂ全体の入出力特性を決定し、ＪＴＡＧインタフェース３３ｃを介して設定される。
【００７１】
フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）３３ａは、内部にレジスタのリストを用意する。所定のアドレスを指定することによって、これらのレジスタの書き込み及び読み取りを行うことができる。
【００７２】
３２ビット浮動小数点ＤＳＰであるＴＭＳ３２０ｃ６７１３は、２２５ＭＨｚでクロック制御され、１秒間に１８００ＭＩＰＳ（百万命令）あるいは１３５０ＭＦＬＯＰＳ（百万浮動小数点演算）という理論上の計算能力を有する。
【００７３】
ＭＥＧオンラインシステムの第２のハードウエアコンポーネント１３のパーソナルコンピュータにおいて、導体１４ｂは、リアルタイムデータ収集ユニット１３ｂの光導波路コネクタ３７（ＳＣ／ＰＣデュプレックスコネクタ）に差し込まれる（図１の右下方を参照）。これにより、ＭＥＧ測定システム１１に対する全ての接続が確立されたことになる。
【００７４】
データ収集／処理ユニット１３ｂ用の入出力モジュール３６は、図４に示されている。
【００７５】
入出力モジュール３６は、ＭＥＧ測定システム１１に対するインタフェースを有する。ＭＥＧ測定システム１１によって光パルスとして入って来るデータは、光導波路１４ｂを介してモジュール３６のコネクタ３７に伝えられる。このモジュールは、ファイバオプティックトランシーバ４１を有する。ファイバオプティックトランシーバは、光信号を電気信号に変換する。このシリアルデータストリームは、ホットリンク受信機４２によってエラーの有無が検査され、パラレルデータバイトへと形成される。変換されたデータは、データバス４６を介して、処理をさらに行うためのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）３３ａ（図３を参照）に引き渡される。具備されたホットリンク送信機４２ａは、データ出力のためには用いられないままである。このことは、バス４６からホットリンク送信機４２ａへのデータストリームが中断されていることよって示されている。
【００７６】
さらに、入出力モジュール３６は、アナログ入力部、例えばコネクタ３９を含み、この入力部を通じて、受信データが、増幅器４３ａを介してアナログデジタル変換器４３（４チャネル、１２ビットＡＤＣ、＋／−１０ボルト）に伝えられる。
【００７７】
デジタル変換後、データは、データバス４６を介してＦＰＧＡ３３によって読み込まれる（図３を参照）。刺激のために出力される信号は、電気データとしてバス４６を介してデジタルアナログ変換器４４（４チャネル、１２ビットＡＤＣ、＋／−１０ボルト）に書き込まれる。生成されたアナログ信号は、増幅器４４ａで増幅された後、刺激のためにコネクタ３８へ出力される（図３を参照）。データは、コネクタ３８を介してオプティカルゴーグルを具備する第３のハードウエアコンポーネント１５へ伝えられる。
【００７８】
デジタル入出力部４５（１６ビットデジタル、入／出力）は、コネクタ３９へつながっており、タイムスタンプ（トリガ）の出力あるいは読み込みに利用される。
【００７９】
従って、ＭＥＧ測定システム１１から光刺激として入って来るデータは、光導波路素子３７（図３を参照）における光検出器によって受信され、デジタル信号に変換される。このデジタル信号は、ＦＰＧＡ３３ａへ伝えられる。データは、調整可能なフィルタを用いてＦＰＧＡ３３ａによって前処理され、適当な補正が行われた後、デジタルシグナルプロセッサ３５へ送られる。デジタルシグナルプロセッサ３５において、データは、被験者に利用できるように適合された適切なアルゴリズムによってリアルタイムに処理される。計算によって、刺激のための出力信号用のデータが用意される。これらのデータは、再びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）３３ａに書き込まれ、バス４６を介して入出力モジュール３６上のアナログ出力素子４４に至る。この信号は、新たに増幅器４４ａで増幅され、コネクタ３８を介して刺激信号として出力される。
【００８０】
測定されたデータ及び算出されたデータは、さらに、ＰＣＩコントローラ３３ｂとＰＣＩバス３４とを介してパーソナルコンピュータ（図示されていない）へ伝送される。第２のハードウエアコンポーネントのパーソナルコンピュータに実装されたソフトウエアは、データあるいは信号をオンラインで表示し、これらを保存して、次の評価を実施することができる。これと関連して強調しておくべきことは、本例では、第１のハードウエアコンポーネントであるワークステーション１１が、データを収集するための測定システムを制御するという機能のみを担うという点である。
【００８１】
別の測定機能のために、例えば幾つかのＭＥＧチャネルの記録を行うために、１２ビット分解能を有する４つのアナログ入力部が利用できる。さらに、４つのアナログ出力部及び１６個のデジタル入出力チャネルが利用できる。アナログ出力部は、刺激実験用のアナログフィードバック信号を生成するために利用される。これにより、本方法によってリアルタイムに測定及び処理された脳活動に基づいて、被験者の刺激を行うことが可能となっている。このように本発明に係る方法によって、処理されたデータを線形変換又は非線形変換し、時間的に遅らせて被験者にフィードバックすることができる。その際、非線形変換は、異なった時間のデータを互いに結び付けることができる。
【００８２】
フィードバック時、刺激のために被験者に対して、現在時に測定されたデータから算出されたデータが送られる。このために、データ収集／処理ユニット１３ｂのリアルタイム性能が利用され、その際、各サンプリング時点に新しい刺激値を算出し、アナログインタフェースのチャネルに出力するという方法が用いられる。
【００８３】
その際、フィードバック信号あるいは刺激信号は、ＭＥＧセンサ又は脳内領域の電流密度特性によって導出される。従って、これらの実験のために、各サンプル時点について脳領域の電流密度特性をリアルタイムに算出しなければならない。次に、信号は帯域幅制限され、フィードバック信号が算出される。これらの算出は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）３５で行われる。
【実施例２】
【００８４】
第２の実施例は、実施例１と同じ装置であるが、第１のハードウエアコンポーネント、すなわちワークステーション１２を含まない構成である。
【００８５】
ワークステーション１２の代わりに、リアルタイムデータ収集／処理ユニット１３ｂが測定システム１１のデータの保存も行う。ユニット１３ｂは、これらのデータをリアルタイムに処理する。リアルタイムデータ収集／処理ユニット１３ｂは、収集され、処理されたデータを保存し、さらに、データを収集するための測定システム１１の測定工程を制御する。次に、この装置には、ただ１つの接続線１１ａだけが設けられており、この接続線を介して、リアルタイムデータ収集／処理ユニット１３ｂが、データを収集するための測定システム１１から信号を取得する。データの分離は必要ではない。なぜなら、データの保存及び処理ならびに測定システムの制御という各機能は、リアルタイムデータ収集／処理ユニット１３ｂのみによって引き受けられるからである。別のラインを介して、測定システムは、データ収集／処理ユニット１３ｂによって制御される（図示されていない）。
【００８６】
原則として、ＥＥＧオンラインシステムのデータを算出及びフィードバックするために、図に示された第２のハードウエアコンポーネントを利用することも、もちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係るＭＥＧオンラインシステムの模式図である。
【図２】データを電気的に分離するための、本発明に係る手段としての光導波路カプラとその接続部とを示す。
【図３】種々の素子を具備する、第２のハードウエアコンポーネントのＰＣＩマザーボードの回路図である。
【図４】ＰＣＩマザーボードの入出力モジュールの回路図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の生物医学上のデータを測定するための装置と、リアルタイムに処理されたデータを用いて被験者を刺激するための方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチチャネルレコーダとして被験者のニューロン活動の電磁的相関性を時間に即して記録する機器は、従来技術として何年も前から存在している。典型的なものとしては、脳波計（ＥＥＧ）や脳磁計（ＭＥＧ）が挙げられる。
【０００３】
これらの機器は、複数の測定チャネルを有しており、信号検出だけでなく、データの保存及び評価にも適している。データの評価は、機器のオフラインモード、すなわち被験者からのデータ収集が行われていない時点に実施される。このために、機器によって収集されたデータは、ワークステーションに転送及び保存され、必要であればさらに処理される。
【０００４】
ロンゲンら（非特許文献１）によって、１４８チャネルの脳磁計を用いてデータセットを収集し、脳の３Ｄ再構築のために保存し、処理し、可視化することが公知である。この場合、短所として、進行中の被験者のデータ測定に合わせてリアルタイムにデータの処理及び評価を行うことができないという点がある。
【非特許文献１】H. Rongen, V. Hadamschek, M. Schiek (2005). Real-Time Data Acquisition and Online Signal Processing for Magnetoencephalography. IEEE-NPSS Real Time Conference 2005 (June 4-10, Stockholm, Sweden)の会議録 P5-7 に所収
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、被験者の生物医学上のデータをリアルタイムに記録及び処理することを保証する、前記データを測定するための装置を提供することである。本発明のもう１つの課題は、前記のように処理されたデータを利用するための方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、主請求項に記載の装置及び別の独立請求項に記載の方法によって解決される。有利な実施態様については、それぞれ関連する各請求項で明らかにする。
【０００７】
本装置は、主請求項の上位概念に従って、データを収集するための測定システムと、データを記録するための第１のハードウエアコンポーネントとを含む。測定システムと第１のハードウエアコンポーネントとの間に、データを伝送するための接続線が配置されている。本発明では、データを記録するための第１のハードウエアコンポーネントとデータを収集するための測定システムとの間の接続線に、データを電気的に分離するための手段が配置されている。
【０００８】
電気的に分離するためのこの手段によって、有利には、被験者とデータを収集するための測定システムとが、下流側に位置する、データを記録及び処理するためのその他のハードウエアコンポーネントから電気的に切り離される。これは、医療機器法と、ＭＤＤ９３／９４ＥＥＣの基本要件とによって要求されている。
【０００９】
これにより、下流側のハードウエアコンポーネントに電気的な障害が発生した場合にも、被験者が負傷することが防止される。データを収集するための測定システムも、当然ながら、障害に対して保護されている。
【００１０】
データを収集するための測定システムは、脳波計又は脳磁計の場合には、電極、測定チャネル及びその他の機器固有の構成要素、例えばセンサなどを含む。これらは、機器の供給業者によって異なる可能性がある。
【００１１】
被験者は、必ずしも人間である必要はない。各動物、特に哺乳動物が被験者であってもよい。当然、被験者の、生物学的に活動している脳断面あるいは組織断面を、本書で開示する方法によって検査、あるいは刺激することも可能である。
【００１２】
データを分離するための手段によって、有利には、データセットのデータを支障なく分離することと、少なくとも２つの同じデータセットにコピーすることとが保証される。
【００１３】
データを支障なく分離することによって、有利には、この分離工程が、データを収集するための測定システムに、従ってまた収集されたデータ自体にも影響を及ぼすことがなくなる。
【００１４】
従って、データ自体を支障なく分離することによって、データも被験者も全く影響を受けないままである。
【００１５】
測定システムにより収集されたデータが該手段によって３つ以上の同じデータセットに分離されるように、本発明に係る手段を具備する、本発明に係る装置を構成することが可能である。測定システムによって収集されたデータは、いずれにしろデータの分離によって変更されることはない。
【００１６】
測定システムと第１のハードウエアコンポーネントとの間の接続線は、特に有利には光導波路によって形成され、この光導波路には、本発明に係る手段として光導波路カプラが配置されている。
【００１７】
測定システムと第１のハードウエアコンポーネントとの間に光導波路の代わりに銅線を接続線として配置し、この接続線に、本発明に係る手段として電気絶縁増幅器を配置しておくことも可能である。
【００１８】
第１のハーウエアコンポーネントは、例えばワークステーションによって形成される。このワークステーションは、従来技術に従って、データを収集するための測定システムの測定工程を規則的に制御する。この目的のために、第１のハードウエアコンポーネントとデータを収集するための測定システムとの間に別の接続線が設けられている。
【００１９】
データを収集するための測定システム及び第１のハードウエアコンポーネント、ならびに該測定システムと該第１のハードウエアコンポーネントとの間の接続線は、脳波計（ＥＥＧ）又は脳磁計（ＭＥＧ）との関連において従来技術に含まれている。
【００２０】
接続線においてデータを電気的に分離するための手段によってこの種の機器は拡張されることで、データを第１のハードウエアコンポーネントに保存するだけでなく、第２のハードウエアコンポーネントでリアルタイムにさらに処理することが可能となる。
【００２１】
従って、有利には、測定システムによって収集されたデータを第１のハードウエアコンポーネントに記録し、長期的に保存する以外に、データを処理するための、さらに別の少なくとも１つの第２のハードウエアコンポーネントにリアルタイムに前記データを供給することができる。
【００２２】
本発明に係る、データを記録するための手段は、有利には、受動的手段として構成されている。従って、データを処理及び保存するための第２のハードウエアコンポーネントは、第１のハードウエアコンポーネントへの既存のデータストリームに能動的に介入することはなく、ただこのデータストリームを「聴く」だけである。第２のハードウエアコンポーネントは、データストリームに対して受動的に働く。
【００２３】
次に、データを分離するための手段は、データを収集するための測定システムからのデータストリームを２つの接続線に分離するように、データを被験者から収集するための測定システムから出る接続線に配置されている。本発明に係る手段から出るラインは、データを記録するための第１のハードウエアコンポーネントへデータストリームを転送する。さらに少なくとももう１つのデータストリームが、第２のデータコンポーネントへ転送される。
【００２４】
また、このようにして、同じ完全なデータセットが少なくとも第２のハードウエアコンポーネントに供給される。
【００２５】
第２のハードウエアコンポーネントは、リアルタイムでデータを処理し、受信データ及び処理されたデータを保存する。第２のハードウエアコンポーネントは、データを収集するための測定システムを制御することも可能である。
【００２６】
第２のハードウエアコンポーネントでのリアルタイムデータ処理によって、特に有利には、処理されたデータを被験者にリアルタイムにフィードバックすること、あるいは転送することによって該データを用いて被験者を刺激するための方法が実現可能となる。
【００２７】
本発明の１つの実施態様では、データを処理するための第２のハードウエアコンポーネントは、ＰＣＩマザーボードを含み、このボード上に、受信データと処理されたデータとをリアルタイムにデータ処理して保存するための構成要素が配置されている。このために、ＰＣＩマザーボードによってパーソナルコンピュータは拡張される。
【００２８】
この目的のために、ＰＣＩマザーボードは、有利には、データ収集／処理ユニットの素子あるいは構成要素を含み、また特に被験者に対するフィードバック信号を生成するための素子あるいは構成要素を含む。このために、ＰＣＩマザーボードは、高性能のリアルタイムデータ収集／処理ユニットを有する。さらに、ＰＣＩマザーボードは、当然ながら、保存のための他の構成要素と、データを収集するための測定システムを必要に応じて制御するための構成要素とを有する。
【００２９】
第２のハードウエアコンポーネントのＰＣＩマザーボードは、特に有利には、リアルタイムにデータ処理するためのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、例えばTexas Instruments社のＴＭＳ３２０ｃ６７１３を含む。
【００３０】
本発明の別の実施態様では、ＰＣＩマザーボードは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、例えばVirtex社のＸＣＶ３００を含む。
【００３１】
しかし、第２のハードウエアコンポーネントは、必ずしもフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む必要はない。
【００３２】
ただし、第２のハードウエアコンポーネントは、受信データを取得できるように、かつ、フィードバック信号の生成に必要な計算を測定システムによるデータ収集に合わせて実施できるように十分な性能を有していなければならない。また、データを処理するための第２のハードウエアコンポーネントは、測定システムによって収集及び処理されたデータを被験者に転送するのに必要な出力部を含む。
【００３３】
デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）に格納しておくことができる適切なアルゴリズムを用いて、測定システムによるデータの測定に合わせて、被験者を刺激するためのフィードバック信号が、処理されたデータから生成され、適切な接続線を介して被験者にフィードバックされる。
【００３４】
ＰＣＩマザーボードは、有利には、ＰＣＩバスインタフェースと、必要な入出力コンポーネントとを含む。
【００３５】
また、光導波路の場合には、光導波路インタフェースの他にアナログ及びデジタルの入出力部が含まれる。
【００３６】
従って、このデータ収集／処理ユニットは、データを収集するための測定システム、例えば脳磁計又は脳波計に結合するのに必要な全てのインタフェースを提供する。
【００３７】
第２のハードウエアコンポーネントを用いて、ＰＣＩマザーボード上のＦＰＧＡ及びＤＳＰに保存しておくことができるアルゴリズムによってデータは処理される。
【００３８】
測定データに基づく、第２のハードウエアコンポーネントで処理されたデータは、第３のハードウエアコンポーネントを介して、フィードバック信号として刺激のために被験者に転送される。これは、特に有利には、測定システムのデータ収集と第２のハードウエアコンポーネントでのデータ処理とに合わせて行われる。
【００３９】
その際、被験者への処理されたデータの転送は、固定的な既知の遅延時間、又は所定の可変的な既知の遅延時間だけ信号検出に対して遅らされており、その結果、現在時に収集され、処理された測定信号に基づいて被験者を刺激することができる。
【００４０】
このために、第３のハードウエアコンポーネントは、特に有利な実施態様では、刺激用ゴーグルを含む。
【００４１】
さらに、刺激用の第３のハードウエアコンポーネントは、例えば、視覚刺激を行うための光源の線形制御部を含む。
【００４２】
しかしまた、被験者から収集され、処理されたデータを用いて被験者を聴覚刺激することも可能である。
【００４３】
このために、第３のハードウエアコンポーネントは、有利には、第２のハードウエアコンポーネントのアナログ出力信号によって音量及び／又は周波数を制御できる音源を含む。聴覚信号は、スピーカ又はヘッドホンを介して被験者に供給されることで、被験者は刺激される。
【００４４】
本発明に係る装置を用いることによって、有利には、既存の測定システム及び機器、例えば脳波計や脳磁計を支障なく拡張することができ、これにより、これらのシステム及び機器は、被験者を電気刺激及び磁気刺激できるように拡張される。
【００４５】
これらの機器は、本発明では、リアルタイムでフィードバックを行うための構成要素を加えて拡張される。このために、市販のどのような測定システムでも、収集されたデータを電気的に分離するための、かつ、そのデータを処理するための本発明に係る手段を加えることによって拡張することができる。
【００４６】
被験者を刺激するための本発明に係る方法は、以下のステップ、すなわち、
ａ）被験者のデータを測定システムによって収集するステップ、
ｂ）収集したデータを電気的に分離し、データセットのコピーをリアルタイムデータ処理ユニットに供給するステップ、
ｃ）データをリアルタイムに処理するステップ、
ｄ）処理したデータを被験者に転送するステップ
を有する。
【００４７】
ｄ）における処理データは、アナログ信号の形式で被験者に転送される。
【００４８】
ステップａ）からｄ）は、複数回、例えば１秒間に１０００回程度、繰り返される。
【００４９】
本発明に係るこの方法によって、データは、線形変換又は非線形変換され、時間的に遅らせて被験者にフィードバックされる。その際、非線形変換によって、異なった時間のデータを互いに結び付けることができる。
【００５０】
本方法を実施するためには、本発明に係る装置が特に適している。本発明においては、これらの機器は、通例、ＭＥＧ又はＥＥＧオンラインシステム、すなわち、データを収集し、電気的に分離し、処理し、被験者に転送するためのシステムである。
【００５１】
市販のパーソナルコンピュータと組み合わせて、あるいは市販のパーソナルコンピュータを拡張して高性能のリアルタイムデータ収集／信号処理ユニットを用いることにより、必要な計算能力を実現でき、その結果、収集されたデータに基づいてフィードバック信号をリアルタイムに算出し、被験者を刺激するためにこれらの信号を再び出力することができる。
【００５２】
さらに、本発明について、２つの実施例と添付した図面とを用いて詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
図面内の同一の符号は、同一の素子あるいは構成要素を示す。
【実施例１】
【００５４】
図１には、左上部に、全部で１４８個の単位チャネルを具備するマルチチャネルＭＥＧ１１が、データを収集するための測定システムとして示されている。マルチチャネルＭＥＧ１１は、通常、光導波路１１ａを介して、第１のハードウエアコンポーネントであるワークステーション１２に直接接続されており、このワークステーションとしては、例えば、4D-Neuroimaging社のモデルＭａｇｎｉｓ２５００ＷＨが入手可能である。ワークステーション１２は、受信データを保存する機能を担う。オフラインモードでは、従来技術に従って、後の時点、すなわち測定システムによるデータ収集の後にデータが評価される。
【００５５】
さらに、ワークステーション１２は、測定システム１１を、その測定工程に関して制御する機能を担う。このために、ワークステーション１２と測定システム１１との間には別の接続線が配置されている（図示されていない）。
【００５６】
この市販の測定システム１１は、本発明では、光導波路カプラ１４を介して、リアルタイムデータ収集／信号処理ユニット１３ｂを具備する第２のハードウエアコンポーネント１３に接続されている。
【００５７】
ワークステーション１２を具備する既存のＭＥＧ測定システム１１にこのように支障なく結合するために、光導波路カプラ１４は、測定システム１１から出る光導波路１１ａに配置されている。
【００５８】
光導波路カプラ１４、２４における信号ルーティングと２つの出力部への入力光信号の分離とが、図２に示されている。
【００５９】
用いられている光導波路カプラ１４、２４は、TEDIS社のマルチモードカプラ１×２−Ｇ６２．５／１２５である。
【００６０】
光導波路カプラ１４、２４は、ライン１１ａの光導波路ファイバとライン１４ｂ及び１４ｃの光導波路ファイバとをつなぐ光パッシブ型カプラである。この光導波路カプラは、測定システム１１から来る光導波路１１ａのための接続部と、第１のハードウエアコンポーネント１２及び第２のハードウエアコンポーネント１３へつながる光導波路１４ｃ及び１４ｂのための２つの接続部とを有する。従って、光導波路カプラ１４、２４は、対応するケーブルのコネクタを差し込むことによって、既存の脳磁計に簡単に導入することができる。
【００６１】
光導波路カプラ１４、２４は、測定システム１１におけるＭＥＧセンサ電子装置（図示されていない）から来るデータストリームを電気的に分離する。
【００６２】
光導波路カプラ１４、２４は、測定システム１１からのデータストリームを、ライン１１ａを介して２つの同一かつ完全なデータセットとして２つのライン１４ｃ及び１４ｂに分割する。従って、データストリームは、２つの不変の互いに同一のデータセットにコピーされ、光信号の形で光導波路カプラ１４、２４の２つの出力部へ導かれる。
【００６３】
両ハードウエアコンポーネント１２及び１３は、ＭＥＧ測定システム１１によって被験者から収集されたデータの完全セットを支障なく取得する。ライン１４ｃは、ワークステーション１２につながっており、このワークステーションにおいてデータが連続的に記録される。ライン１４ｂは、第２のハードウエアコンポーネント１３（図１の右下方）につながっており、このコンポーネントで、データは、リアルタイムに処理されて、被験者用の刺激信号を生成するために被験者へ転送される。
【００６４】
図３は、個々の構成要素あるいは素子を本発明に従って構成したＰＣＩマザーボード３３の回路図である。
【００６５】
リアルタイムにデータを処理するための第２のハードウエアコンポーネント１３は、パーソナルコンピュータ（図１の右下方を参照）を含む。パーソナルコンピュータは、汎用ＰＣＩマザーボード３３を加えて拡張されている。マザーボード３３は、とりわけフィールドプログラマブルゲートアレイ３３ａ（ＦＰＧＡ：Virtex社のＸＣＶ３００）とデジタルシグナルプロセッサ３５（ＤＳＰ Ｄモジュール：Texas Instruments社のＴＭＳ３２０ｃ６７１３）とを有する。自らの構成要素を具備するこのＰＣＩマザーボード３３は、第２のハードウエアコンポーネント１３におけるリアルタイムデータ収集／処理ユニット１３ｂである。
【００６６】
被験者用にフィードバック信号を生成するためには、測定システム１１によって測定されたデータをリアルタイムに処理する必要がある。
【００６７】
データ収集／処理ユニット１３ｂ（図１を参照）は、パーソナルコンピュータのＰＣＩ又はコンパクトＰＣＩ（ｃＰＣＩ）拡張バス３４を利用し、パーソナルコンピュータを拡張する。本発明に従って示された図３の実施形態は、ＰＣＩマザーボード３３に基づいている。このマザーボード３３は、ＰＣＩコントローラ３３ｂを介して、ＰＣＩバス又はｃＰＣＩバス３４とリアルタイムプロセッサユニット３５、３５ａとの間に接続を確立する。
【００６８】
プロセッサユニット３５、３５ａは、十分に大きなメインメモリ３５ａ、例えば少なくとも１６メガバイトのメインメモリを有するデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）３５を具備するモジュールを含む。デジタルシグナルプロセッサＤＳＰ３５は、自らのローカルデータバス３５ｂ（３２ビットデータ／アドレス）を介して、ＰＣＩマザーボード３３上の、プログラマブルハードウエアを有する素子、すなわちＦＰＧＡ３３ａとデータを交換できる。
【００６９】
入出力コンポーネントは、別のドーターボード上、すなわち入出力モジュール３６上に格納されている。入出力モジュール３６は、脳磁計の光導波路カプラ１４、２４（図１及び図２）に対する光導波路インタフェース３７を有し、さらに、被験者刺激用のアナログ出力部３８ならびにタイムスタンプ、いわゆるトリガ３９の入出力用のデジタル入出力部を有する。
【００７０】
フィールドプログラマブルゲートアレイ３３ａは、自らのハードウエア構成によってデータ収集／処理ユニット１３ｂ全体の入出力特性を決定し、ＪＴＡＧインタフェース３３ｃを介して設定される。
【００７１】
フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）３３ａは、内部にレジスタのリストを用意する。所定のアドレスを指定することによって、これらのレジスタの書き込み及び読み取りを行うことができる。
【００７２】
３２ビット浮動小数点ＤＳＰであるＴＭＳ３２０ｃ６７１３は、２２５ＭＨｚでクロック制御され、１秒間に１８００ＭＩＰＳ（百万命令）あるいは１３５０ＭＦＬＯＰＳ（百万浮動小数点演算）という理論上の計算能力を有する。
【００７３】
ＭＥＧオンラインシステムの第２のハードウエアコンポーネント１３のパーソナルコンピュータにおいて、導体１４ｂは、リアルタイムデータ収集ユニット１３ｂの光導波路コネクタ３７（ＳＣ／ＰＣデュプレックスコネクタ）に差し込まれる（図１の右下方を参照）。これにより、ＭＥＧ測定システム１１に対する全ての接続が確立されたことになる。
【００７４】
データ収集／処理ユニット１３ｂ用の入出力モジュール３６は、図４に示されている。
【００７５】
入出力モジュール３６は、ＭＥＧ測定システム１１に対するインタフェースを有する。ＭＥＧ測定システム１１によって光パルスとして入って来るデータは、光導波路１４ｂを介してモジュール３６のコネクタ３７に伝えられる。このモジュールは、ファイバオプティックトランシーバ４１を有する。ファイバオプティックトランシーバは、光信号を電気信号に変換する。このシリアルデータストリームは、ホットリンク受信機４２によってエラーの有無が検査され、パラレルデータバイトへと形成される。変換されたデータは、データバス４６を介して、処理をさらに行うためのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）３３ａ（図３を参照）に引き渡される。具備されたホットリンク送信機４２ａは、データ出力のためには用いられないままである。このことは、バス４６からホットリンク送信機４２ａへのデータストリームが中断されていることよって示されている。
【００７６】
さらに、入出力モジュール３６は、アナログ入力部、例えばコネクタ３９を含み、この入力部を通じて、受信データが、増幅器４３ａを介してアナログデジタル変換器４３（４チャネル、１２ビットＡＤＣ、＋／−１０ボルト）に伝えられる。
【００７７】
デジタル変換後、データは、データバス４６を介してＦＰＧＡ３３によって読み込まれる（図３を参照）。刺激のために出力される信号は、電気データとしてバス４６を介してデジタルアナログ変換器４４（４チャネル、１２ビットＡＤＣ、＋／−１０ボルト）に書き込まれる。生成されたアナログ信号は、増幅器４４ａで増幅された後、刺激のためにコネクタ３８へ出力される（図３を参照）。データは、コネクタ３８を介してオプティカルゴーグルを具備する第３のハードウエアコンポーネント１５へ伝えられる。
【００７８】
デジタル入出力部４５（１６ビットデジタル、入／出力）は、コネクタ３９へつながっており、タイムスタンプ（トリガ）の出力あるいは読み込みに利用される。
【００７９】
従って、ＭＥＧ測定システム１１から光刺激として入って来るデータは、光導波路素子３７（図３を参照）における光検出器によって受信され、デジタル信号に変換される。このデジタル信号は、ＦＰＧＡ３３ａへ伝えられる。データは、調整可能なフィルタを用いてＦＰＧＡ３３ａによって前処理され、適当な補正が行われた後、デジタルシグナルプロセッサ３５へ送られる。デジタルシグナルプロセッサ３５において、データは、被験者に利用できるように適合された適切なアルゴリズムによってリアルタイムに処理される。計算によって、刺激のための出力信号用のデータが用意される。これらのデータは、再びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）３３ａに書き込まれ、バス４６を介して入出力モジュール３６上のアナログ出力素子４４に至る。この信号は、新たに増幅器４４ａで増幅され、コネクタ３８を介して刺激信号として出力される。
【００８０】
測定されたデータ及び算出されたデータは、さらに、ＰＣＩコントローラ３３ｂとＰＣＩバス３４とを介してパーソナルコンピュータ（図示されていない）へ伝送される。第２のハードウエアコンポーネントのパーソナルコンピュータに実装されたソフトウエアは、データあるいは信号をオンラインで表示し、これらを保存して、次の評価を実施することができる。これと関連して強調しておくべきことは、本例では、第１のハードウエアコンポーネントであるワークステーション１１が、データを収集するための測定システムを制御するという機能のみを担うという点である。
【００８１】
別の測定機能のために、例えば幾つかのＭＥＧチャネルの記録を行うために、１２ビット分解能を有する４つのアナログ入力部が利用できる。さらに、４つのアナログ出力部及び１６個のデジタル入出力チャネルが利用できる。アナログ出力部は、刺激実験用のアナログフィードバック信号を生成するために利用される。これにより、本方法によってリアルタイムに測定及び処理された脳活動に基づいて、被験者の刺激を行うことが可能となっている。このように本発明に係る方法によって、処理されたデータを線形変換又は非線形変換し、時間的に遅らせて被験者にフィードバックすることができる。その際、非線形変換は、異なった時間のデータを互いに結び付けることができる。
【００８２】
フィードバック時、刺激のために被験者に対して、現在時に測定されたデータから算出されたデータが送られる。このために、データ収集／処理ユニット１３ｂのリアルタイム性能が利用され、その際、各サンプリング時点に新しい刺激値を算出し、アナログインタフェースのチャネルに出力するという方法が用いられる。
【００８３】
その際、フィードバック信号あるいは刺激信号は、ＭＥＧセンサ又は脳内領域の電流密度特性によって導出される。従って、これらの実験のために、各サンプル時点について脳領域の電流密度特性をリアルタイムに算出しなければならない。次に、信号は帯域幅制限され、フィードバック信号が算出される。これらの算出は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）３５で行われる。
【実施例２】
【００８４】
第２の実施例は、実施例１と同じ装置であるが、第１のハードウエアコンポーネント、すなわちワークステーション１２を含まない構成である。
【００８５】
ワークステーション１２の代わりに、リアルタイムデータ収集／処理ユニット１３ｂが測定システム１１のデータの保存も行う。ユニット１３ｂは、これらのデータをリアルタイムに処理する。リアルタイムデータ収集／処理ユニット１３ｂは、収集され、処理されたデータを保存し、さらに、データを収集するための測定システム１１の測定工程を制御する。次に、この装置には、ただ１つの接続線１１ａだけが設けられており、この接続線を介して、リアルタイムデータ収集／処理ユニット１３ｂが、データを収集するための測定システム１１から信号を取得する。データの分離は必要ではない。なぜなら、データの保存及び処理ならびに測定システムの制御という各機能は、リアルタイムデータ収集／処理ユニット１３ｂのみによって引き受けられるからである。別のラインを介して、測定システムは、データ収集／処理ユニット１３ｂによって制御される（図示されていない）。
【００８６】
原則として、ＥＥＧオンラインシステムのデータを算出及びフィードバックするために、図に示された第２のハードウエアコンポーネントを利用することも、もちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係るＭＥＧオンラインシステムの模式図である。
【図２】データを電気的に分離するための、本発明に係る手段としての光導波路カプラとその接続部とを示す。
【図３】種々の素子を具備する、第２のハードウエアコンポーネントのＰＣＩマザーボードの回路図である。
【図４】ＰＣＩマザーボードの入出力モジュールの回路図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の生物医学上のデータを収集するための測定システム（１１）と、前記データを記録するための第１のハーウエアコンポーネント（１２）と、前記データを前記測定システム（１１）から前記第１のハードウエアコンポーネント（１２）に伝送するための少なくとも１つの接続線（１１ａ、１４ｃ）とを有する、前記データを測定するための装置において、
前記データを収集するための前記測定システム（１１）と前記データを記録するための前記第１のハーウエアコンポーネント（１２）との間における前記接続線（１１ａ、１４ｃ）に、前記データを電気的に分離するための手段（１４、２４）が配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記データを記録するための受動的手段（１４、２４）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記データを分離するための受動的手段として光導波路カプラ（１４、２４）又は電気絶縁増幅器を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記データをリアルタイムに処理するための第２のハードウエアコンポーネント（１３、１３ｂ）を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第２のハードウエアコンポーネント（１３）が、リアルタイムデータ収集／処理ユニット（１３ｂ）を含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記リアルタイムデータ収集／処理ユニット（１３ｂ）の構成要素が、ＰＣＩマザーボード（３３）上に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第２のハードウエアコンポーネント（１３）の前記リアルタイムデータ収集／処理ユニット（１３ｂ）が、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：３３ａ）を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記第２のハードウエアコンポーネント（１３）の前記リアルタイムデータ収集／処理ユニット（１３ｂ）が、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：３５）を含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
処理されたデータを前記第２のハードウエアコンポーネント（１３）から取得し、かつ、前記被験者に転送する第３のハードウエアコンポーネント（１５）を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第３のハードウエアコンポーネント（１５）が、刺激用ゴーグル及び／又は音源を含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置としての脳波計又は脳磁計。
【請求項１２】
下記ステップ、すなわち、
ａ）被験者の生物医学上のデータを測定システム（１１）によって収集するステップ、
ｂ）前記収集したデータを電気的に前記測定システム（１１）から分離し、コピーするステップ、
ｃ）前記データのコピーを処理するステップ、
ｄ）前記処理したデータをリアルタイムに前記被験者に転送するステップ
を有する、被験者から収集したデータによって該被験者のリアルタイム刺激を行うための方法。
【請求項１３】
前記ステップａ）からｄ）を繰り返すことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記収集及び処理されたデータのコピーをそれぞれ連続的に保存する請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記データを線形変換又は非線形変換し、時間的に遅らせて前記被験者にフィードバックすることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置を用いる、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１】
被験者の生物医学上のデータを収集するための測定システム（１１）と、前記データを記録するための第１のハーウエアコンポーネント（１２）と、前記データを前記測定システム（１１）から前記第１のハードウエアコンポーネント（１２）に伝送するための少なくとも１つの接続線（１１ａ、１４ｃ）とを有する、前記データを測定するための装置において、
前記データを収集するための前記測定システム（１１）と前記データを記録するための前記第１のハーウエアコンポーネント（１２）との間における前記接続線（１１ａ、１４ｃ）に、前記データを電気的に分離するための手段（１４、２４）が配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記データを記録するための受動的手段（１４、２４）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記データを分離するための受動的手段として光導波路カプラ（１４、２４）又は電気絶縁増幅器を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記データをリアルタイムに処理するための第２のハードウエアコンポーネント（１３、１３ｂ）を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第２のハードウエアコンポーネント（１３）が、リアルタイムデータ収集／処理ユニット（１３ｂ）を含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記リアルタイムデータ収集／処理ユニット（１３ｂ）の構成要素が、ＰＣＩマザーボード（３３）上に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第２のハードウエアコンポーネント（１３）の前記リアルタイムデータ収集／処理ユニット（１３ｂ）が、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：３３ａ）を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記第２のハードウエアコンポーネント（１３）の前記リアルタイムデータ収集／処理ユニット（１３ｂ）が、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：３５）を含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
処理されたデータを前記第２のハードウエアコンポーネント（１３）から取得し、かつ、前記被験者に転送する第３のハードウエアコンポーネント（１５）を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第３のハードウエアコンポーネント（１５）が、刺激用ゴーグル及び／又は音源を含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置としての脳波計又は脳磁計。
【請求項１２】
下記ステップ、すなわち、
ａ）被験者の生物医学上のデータを測定システム（１１）によって収集するステップ、
ｂ）前記収集したデータを電気的に前記測定システム（１１）から分離し、コピーするステップ、
ｃ）前記データのコピーを処理するステップ、
ｄ）前記処理したデータをリアルタイムに前記被験者に転送するステップ
を有する、被験者から収集したデータによって該被験者のリアルタイム刺激を行うための方法。
【請求項１３】
前記ステップａ）からｄ）を繰り返すことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記収集及び処理されたデータのコピーをそれぞれ連続的に保存する請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記データを線形変換又は非線形変換し、時間的に遅らせて前記被験者にフィードバックすることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置を用いる、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００９−５３５０７１（Ｐ２００９−５３５０７１Ａ）
【公表日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５０４５５６（Ｐ２００９−５０４５５６）
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００７／０００５３９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１１８４４３
【国際公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（３９００３５４４８）フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング (100)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００７／０００５３９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１１８４４３
【国際公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（３９００３５４４８）フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング (100)
【Ｆターム（参考）】
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