DE60123172T2

DE60123172T2 - Vorrichtung zur Diagnose von Aufmerksamkeitsstörungen

Info

Publication number: DE60123172T2
Application number: DE60123172T
Authority: DE
Inventors: Richard N. Rochester Blazey; Peter A. Rochester Parks; David L. Rochester Patton
Original assignee: Mclean Hospital Corp
Current assignee: Mclean Hospital Corp
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2021-06-09
Also published as: DE60123172D1; EP1166711A3; US6394963B1; EP1166711A2; JP2002102178A; EP1166711B1; ATE339913T1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Technik zum Diagnostizieren von Aufmerksamkeitsstörungen (ADD) und insbesondere auf eine Technik zum Messen der Körperoberflächentemperatur einer Person, um Werte zu bestimmen, die ADD angeben.
Die ADD (mit und ohne Hyperaktivität) ist die häufigste Nervenverhaltensstörung der Kindheit und gehört zu den am weitesten verbreiteten Gesundheitszuständen, die Kinder im Schulalter betreffen. Es sind zwischen 4 % und 12 % der Kinder im Schulalter (mehrere Millionen) betroffen. Jährlich werden 3 Mrd. $ im Interesse von Schülern mit ADD ausgegeben. Darüber hinaus ist festgestellt worden, dass in der allgemeinen Bevölkerung 9,2 % Männer und 2,9 % Frauen ein Verhalten aufweisen, das mit ADD vereinbar ist. Es können mehr als 10 Millionen Erwachsene betroffen sein.
ADD ist eine schwer zu diagnostizierende Störung. Die Kernsymptome der ADD bei Kindern enthalten Unaufmerksamkeit, Hyperaktivität und Impulsivität. ADD-Kinder können erhebliche Funktionsprobleme wie etwa schulische Schwierigkeiten, schwache schulische Leistungen, schlechte Beziehungen zur Familie und zu Gleichrangigen und niedriges Selbstwertgefühl erfahren. Erwachsene mit ADD haben häufig eine Geschichte, in der sie Arbeiten verlieren, impulsiver Aktionen, schweren Missbrauchs und Scheidungen. Falls die ADD nicht im frühen Alter erfasst wird, bleibt sie häufig undiagnostiziert, und sie betrifft viele Erwachsene, die den Zustand möglicherweise nicht kennen. Die ADD hat viele ähnlich aussehende Ursachen (familiäre Situationen, Motivationen) und gleichzeitige krankhafte Zustände (Depression, Angst, Lernbehinderungen).
Die Diagnose der ADD umfasst den Prozess der Eliminierung unter Verwendung schriftlicher und mündlicher Tests. Allerdings gibt es keinen objektiven, unabhängigen gültigen Test für die ADD. Es sind verschiedene objektive Techniken vorgeschlagen worden, die aber noch keine Akzeptanz erreicht haben. Diese enthalten:

1. Von Forschern der University of California, San Diego, wurde festgestellt, dass das Konvergenzinsuffizienz genannte Augenproblem bei Kindern mit ADD dreimal häufiger als bei anderen Kindern ist.
2. Von Psychiatern am McLean-Krankenhaus in Belmont, Massachusetts, wurde die Infrarotverfolgung zur Messung schwer zu erfassender Bewegungen von Kindern während Aufmerksamkeitstests, kombiniert mit der Funktions-MRI-Abbildung des Gehirns, verwendet, um ADD bei einer kleinen Gruppe von Kindern zu diagnostizieren (Nature Medicine, Bd. 6, Nr. 4, April 2000, S. 470-473).
3. Auf dem EEG-Biofeedback beruhende Techniken für die Diagnose und Behandlung von ADD sind von Lubar beschrieben worden (Biofeedback and Self-Regulation, Bd. 16, Nr. 3, 1991, S. 201-225).
4. Das US-Patent 5.913.310, erteilt am 22. Juni 1999, Erfinder Brown, offenbart ein Videospiel für die Diagnose und Behandlung von ADD.
5. Das US-Patent 5.377.100, erteilt am 27. Dezember 1994, Erfinder Pope u. a., offenbart ein Verfahren der Verwendung eines Videospiels, gekoppelt mit der Gehirnwellenerfassung, zur Behandlung von Patienten mit ADD.
6. Dr. Albert Rizzo vom Integrated Media Systems Center von der University of Southern California verwendet Virtual-Reality-Techniken für die Erfassung und Behandlung von ADD.

Obgleich gezeigt worden ist, dass die Spektraleigenschaften der Hauttemperatur bei normalen Testpersonen mit Stress zusammenhängende Änderungen der vasomotorischen Oberflächenaktivität angeben, gibt es keine Offenbarung der Verwendung von Änderungen der Hauttemperaturantwort zur Hilfe bei der Diagnose von ADD. (Siehe: Biofeeback and Self-Regulation, Bd. 20, Nr. 4, 1995.)
US 5 771 261 offenbart eine Vorrichtung für die Beurteilung der Wirkungen von geistigem Stress, die die Messung periodischer Änderungen der Hautdurchblutung umfasst. Dynamikbereichstelethermometrie (DAT) misst unter Verwendung einer fern angebrachten Infrarotkamera die Viszeralnervenaktivität, indem sie die Modulation der Hautdurchblutung überwacht und quantitativ analysiert. Die Vorrichtung kann verwendet werden, um die Anforderungen einer Vielzahl psychiatrischer und psychologischer Bewertungsprobleme einschließlich Depression, Arzneimittelabhängigkeit und Demenz sowie psychologischer Lernbehinderungen zu erfüllen.
Liebert zeigt in J. of Child and adolescent psychopharmacology, Bd. 9, 2, 1999, dass es keine deutliche Korrelation zwischen Hyperaktivität oder Aggression, die Symptome von ADD sind, und der Körpertemperatur gibt.
Somit besteht ein Bedarf an einer einfachen, preiswerten und zuverlässigen Technik zur Hilfe bei der Diagnose der ADD.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Lösung zu den Problemen und zur Erfüllung der oben diskutierten Erfordernisse geschaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen, ob eine Person Aufmerksamkeitsstörungen (ADD) hat, gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Die Erfindung besitzt die folgenden Vorteile.

1. Es wird eine Technik zum Diagnostizieren von ADD geschaffen, die einfach, preiswert und zuverlässig ist.

1 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein Blockschaltplan eines Systems, das die vorliegende Erfindung enthält.
3-5 sind graphische Ansichten, die nützlich bei der Erläuterung der vorliegenden Erfindung sind.
6 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Histogramm des Phasenrauschens.
Gemäß der Erfindung ist festgestellt worden, dass in der Schwankung der Temperatur der Haut, wie sie bei den Extremitäten wie etwa bei einer Fingerspitze gemessen wird, eine Signatur der ADD verborgen ist. Biofeedback-Praktiker verwenden die Messung der Handtemperatur seit langem, um Testpersonen beim Management ihrer Physiologie zu helfen, indem sie den Blutfluss zu den Extremitäten steuern. Die Literatur berichtet, dass bei Patienten mit ADD häufig ein verringerter Blutfluss zum Gehirn festgestellt wird.
Wie in 1 gezeigt ist, sitzt eine Testperson 10 auf einem Stuhl 12 und beobachtet einen Bildschirm 14. Die Testperson ist in einem inaktiven Zustand in Ruhe. Durch einen Sensor 18 wird die Temperatur einer Fingerspitze 16 der Testperson 10 gemessen. Die Temperaturablesungen werden an ein Modul 20 geliefert.
Wie in 2 gezeigt ist, enthält das Modul 20 eine Temperaturabtastschaltung 22, einen Datenspeicher 24, einen Datenprozessor 26 und eine Ausgabe 28 wie etwa eine Anzeige.
Zunächst wird in 1 die Fingerspitzentemperatur während eines Intervalls aufgezeichnet, in dem die Testperson 10 gebeten wurde, für eine Zeitdauer von etwa 10 Minuten stillzusitzen. Durch 22 werden die Temperaturdaten in einem Zeitintervall Δt abgetastet, was eine Liste von N Temperaturabtastwerten erzeugt, die im Speicher 24 gespeichert werden. Die N Abtastwerte werden in Gruppen von m Abtastwerten aufgeteilt, wobei jede Gruppe einem gegebenen Zeitfenster der Breite δt (~32-64 s) entspricht, die über das gesamte Datensammlungs-Zeitintervall Δt in der Zeit (~50 s) äquidistant sind. Daraufhin werden die Daten von jedem Fenster im Prozessor 26 durch einen Fast-Fourier-Transformations-Algorithmus (FFT-Algorithmus) geleitet, was 2^m-1 Datenpunkte erzeugt, die im Frequenzraum äquidistant sind. Die Werte sind komplexe Zahlen mit der Form FFF(fn) = A(fn) + B(fn)iwobei i die √–1 ist. Daraufhin wird aus der Gleichung
die Phase Φ(f_n) und aus
der Absolutwert M(f_n) ermittelt.
Die 3 bzw. 4, die einen nicht von der Erfindung eingeschlossenen Aspekt zeigen, veranschaulichen graphisch die Phasentransformation für eine normale Testperson und für eine Person, bei der ADD diagnostiziert wird, sowie für eine normale Testperson. Das Absolutbetragsspektrum unterliegt drastischen Ände rungen, wobei es sich im Wesentlichen von einer hyperbolischen Kurve zu einer flachen Antwort ändert, während gleichzeitig die Phase ein Rauschbündel zeigt, das hier Phasenrauschen genannt wird. 7 zeigt Histogramme der Phasenrauschdaten, die von Testpersonen mit diagnostizierter ADD und von normalen Testpersonen genommen wurden. Es wird das Phasenrauschen während des Zeitfensters Δt gemessen. Die Daten in 7 sind ein Histogramm der Standardabweichung σ des Phasenrauschens während 10 dieser Fenster, die über die 10-Minuten-Dauer der Experimentperiode äquidistant sind. Testpersonen mit einer Diagnose von ADD zeigen allgemein ein erheblich höheres Phasenrauschen als normale Testpersonen, wie aus der Tatsache hervorgeht, dass es viel mehr Abtastwerte bei hohen Werten des hier als eine Phasenrauschmetrik verwendeten σ als für die normalen Testpersonen gibt.
Das Folgende ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung:
Ursprungsdaten
Die Ursprungsdaten T_i,k(t) sind die Temperatur, die während der 10-Minuten-Grundlinienperiode, die jeder Sitzung des VIBE-Projekts vorausging, bei einer Fingerspitze genommen wurden. Die Sitzungen wurden über eine Periode von Wochen oder Monaten genommen. Einige Testpersonen hatten nicht mehr als 2 Sitzungen und einige nicht weniger als 5 Sitzungen. k wird zur Darstellung der Sitzung verwendet.
Fenster
Bevor die Fourier-Transformationsoperation ausgeführt wurde, wurden die Daten für jede Sitzung in eine Reihe von Fenstern aufgeteilt. Die Fensterbreite wird w genannt. In den in 5 berichteten Daten war die Fensterbreite 64 Sekunden, wobei es über die 600-s-Grundlinie, die den Bereich von 100-500 s überspannt, 10 Fenster gab, die in 50-s-Intervallen (die Fensterüberlappung) beabstandet waren. Die Fensterzahl in einer Sitzung ist mit dem Buchstaben j bezeichnet. Ein FFT-Algorithmus berechnet für jedes Fenster die Fourier-Transformierte F(f). Der Absolutbetrag und die Phase dieser Transformation sind wie oben gegeben definiert. Der Bereich der Absolutbetragänderung während eines Fensters ist unten gegeben, wobei f_max und f_min die Frequenzen sind, bei denen der Absolutbetrag am größten bzw. am kleinsten ist (es wird angemerkt, dass die Gleich spannungskomponente mit der Frequenz null ausgeschlossen ist).
Sitzungsmittelwert und -standardabweichung
Der mittlere Absolutbetragbereich für die Testperson i während der Sitzung k wird aus Gleichung 1.0 ermittelt, wobei m die Anzahl der Fenster in der Sitzung ist.
Die entsprechende Standardabweichung ist
Kombination dieser Sitzungsmittelwerte und -standardabweichungen über alle Sitzungen n, die eine Testperson besuchte, ergibt den Ensemblemittelwert μ_i und die Ensemblestandardabweichung σ_i
wobei dementsprechend die Ensemblestandardabweichung
ist.
Diagramm
5 ist ein Diagramm, das alle Testpersonendaten in einer Datenbank vergleicht. Die Kurve zeigt für jede Testperson den Ensemblemittelwert μ, der aus Gleichung 1.2 gegeben ist, und die 1-Standardabweichungs-Grenzen, die durch die Gleichungen 1.4 und 1.5 gegeben sind. Mhi = μi + σi (1.4) Mli = μi – σi (1.5)
Diagnose
Die Diagnose erfolgt aus dem Diagramm, indem ein Schwellenpegel für einen der Parameter eingestellt wird. Unter diesem Grenzwert wird die Testperson mit ADD diagnostiziert und über dem Grenzwert wird die Testperson normal genannt. In dem Diagramm ist der Grenzwert auf einen Wert von μ_i von 3,0 eingestellt worden, der ein falsches Negatives (Testperson mit > 3,0, die sagt, dass sie ADD hat) und zwei falsche Positive (Testpersonen, die kleiner als 3,0 sind und keine Diagnose von ADD berichten) liefert.
6 veranschaulicht eine schematische Ansicht einer Testperson und einer Vorrichtung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine Testperson 110, die einen Bildschirm 120 betrachtet, wobei sie einen Kopfhörer 130 trägt, der über einen Draht 140 mit einer Schallerzeugungsvorrichtung 150 verbunden ist. Über einen Fingertemperatursensor 160, der über einen Draht 170 mit einer Steuer- und Aufzeichnungsvorrichtung 180 verbunden ist, wird die Hauttemperatur der Testperson 110 überwacht. Der Kopfhörer 130 kann verwendet werden, um Umgebungsrauschen nicht durchzulassen oder um weißes Rauschen zu erzeugen, das den Audiostimulus von der Umgebung während des Tests verringern oder beseitigen soll.
Die Erfindung ist insbesondere anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen davon ausführlich beschrieben worden, wobei aber im Anwendungsbereich der Erfindung selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen ausgeführt werden können.

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen, ob eine Person Aufmerksamkeitsstörungen (ADD) hat, wobei die Vorrichtung umfasst: a) Mittel zum Abtasten der Körperoberflächenhaut-Temperatur einer Testperson während eines vorgegebenen Zeitintervalls, um N abgetastete Köperoberflächenhaut-Temperaturdaten zu liefern; b) Mittel zum Analysieren der Schwankungen der abgetasteten Köperoberflächenhaut-Temperaturdaten während einer Anzahl von Fenstern unter Verwendung eines schnellen Fourier-Transformations-Algorithmus, um für jedes Fenster Phasen- und Absolutwertdaten zu erzeugen; c) Mittel zum Berechnen des größten und des kleinsten Absolutwerts aus den Absolutwertdaten für jedes Fenster, wobei die Gleichstromkomponente ausgeschlossen wird und die Differenz zwischen dem genannten größten und dem genannten kleinsten Absolutwert einen Absolutwertbereich definiert; d) Mittel zum Berechnen des mittleren Absolutwertbereichs und der entsprechenden Standardabweichung aus den Absolutwertbereichen; e) Mittel zum Berechnen des Werts eines im Voraus gewählten Parameters, der angibt, ob die Testperson ADD hat, aus dem mittleren Absolutwertbereich und aus der entsprechenden Standardabweichung.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der Mittel vorgesehen sind zum Aufteilen der N abgetasteten Köperoberflächenhaut-Temperaturdaten in m Abtastwerte, die Fenstern entsprechen, die in der Zeit über das genannte Zeitintervall äquidistant sind, und zum Verarbeiten der Daten aus jedem Fenster mit einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) zum Erzeugen von 2^m-1 im Frequenzraum äquidistanten Datenpunkten des Absolutwerts, um den entsprechenden mittleren Absolutwertbereich und die entsprechende Standardabweichung zu berechnen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner Mittel zum Vergleichen des Werts des genannten im Voraus gewählten Parameters mit einem Schwellenpegel, der angibt, ob die genannte Testperson ADD hat, umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die genannten Mittel zum Abtasten ein Sensor zum Abtasten der Hauttemperatur wenigstens einer Extremität der genannten Testperson sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die genannte Vorrichtung einen Sensor enthält, um die Hauttemperatur wenigstens eines Fingers der genannten Testperson abzutasten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die Mittel zum Verringern oder Beseitigen eines Audiostimulus aus der Umgebung während des genannten Zeitintervalls enthält.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die genannten Mittel zum Verringern oder Beseitigen eines Audiostimulus ein Kopfhörer sind.