PupilMetrics Neuro アカデミー

概要と準備

この装置とは

PupilMetrics Neuro は対光反射（PLR）を記録し、脳幹と自律神経の機能を定量的かつ再現性のある測定値に変換します。両眼の完全な静的解析と、同じ記録を使って CNS に作用する薬剤が何をしているかを測る Drug Effect Monitor も備えています。すべての結果は端末に保存されるため、次回の来院と今回を比較できます。

これは研究用の装置です。FDA 510(k) の承認や CE マークの申請はしておらず、報告される内容はいずれも診断ではありません。すべての出力は、資格のある臨床医が臨床像全体の文脈の中で解釈する必要があります。

誰のためのもので、誰のためのものでないか

アプリのマニュアルはこれを一行で表しています。回復を測るための臨床モニタリング装置であり、告発のためのものではない。薬物の作用を扱うこのコースのすべてのモジュールが、この一行に立ち返ります。

必要なハードウェア

Neuro は Dino-Lite デジタルアイリスコープを中心に作られています。これは USB 接続の眼撮影装置で、その LED リングが照明と光刺激の両方を兼ねます。Windows では先に DNVideoX ドライバーをインストールし、アプリを起動する前にアイリスコープを接続してください。

Windows の有線アイリスコープの記録画面にはLED 象限テストがあります。各象限をタップし、どのランプが点くかを確認してください。点かない象限は波形には現れません。確認していない刺激は、信頼できない測定です。

代わりの選択肢は、WF-20 アダプター付きのワイヤレス Dino-Lite と、Android ではスマートフォン自体が閃光を出す背面カメラまたは前面カメラです。いずれも実際に得られたフレームレートを報告します。

対応環境

ライセンス

ライセンス画面で無料トライアルを開始をクリックするか、発行されたキーを入力してライセンスを有効化をクリックします。失敗した撮影は 20 回のトライアル解析に数えられません。

スキャンの流れ

カメラモード選択画面では、PLR のソースと Drug Effect Monitor が先に、その下に静的撮影のソースが表示されます。スタート画面のPLR Sessionsを押すと、記録した反射を直接開けます。患者フォームでは氏名、年齢、性別を入力します。主訴と施設名は任意で、施設名はセッションをまたいで記憶されます。年齢は正確に入力してください。PLR の参照範囲と、静的な瞳孔を比較する年齢帯が年齢によって決まります。

デスクトップのショートカット

使える画像を撮る

このモジュールでは、静的解析が使う静止画を扱います。反射の記録はモジュール 4 です。疑わしい静的結果のほとんどは画像に原因があります。ぼやけた撮影は数値の欠落を生むのではなく、自信ありげな誤った数値を生みます。そのほうが厄介です。

撮影の順番

アプリは右眼（OD）を先に、次に左眼（OS）を撮影します。解析には両方が必要です。

カメラの撮影元

品質関門

各フレームは 5 つの基準で同時に検査されます。基準を満たさない画像は解析に進みません。

赤 少なくとも 1 つの基準を満たしておらず、リアルタイムのメッセージがその基準を示します。琥珀 境界付近。少し調整すれば足ります。緑 すべての基準を満たし、自動で撮影されます。撮影後には、手動を含むすべてのモードで、別途「眼ではない」チェックが実行されます。

照明、構図、安定

• 照明。拡散した均一な光。アイリスコープ自身の LED リングが理想的です。ほかのランプを足すと角膜に反射が増えます。
• 構図。虹彩がフレーム幅の半分以上を占め、中央に来るようにします。フレームの端に近い瞳孔は、偏心の精度を直接損ないます。
• 距離。Dino-Lite なら眼から約 2〜3 cm。瞳孔縁がくっきりするまで調整します。ゾーン所見と P/I 比はこの縁から測られるからです。
• 安定。手か機器を固定し、患者には遠くの一点を見つめてもらいます。まばたきのフレームは関門が自動で弾きます。

瞳孔近くの反射

反射が瞳孔縁から瞳孔半径の 20% より近くにあると、アプリは結果カード、PDF、保存されたスキャンに警告を表示します。解析はそのまま実行され、何も伏せられませんが、その眼の縁の所見は虹彩ではなく光によるものかもしれません。警告はリスクのある画像に印を付けるものです。影響を受けたすべての画像を拾えるわけではありません。

スマートフォンと取り込み写真

スマートフォンは縦向きに持ち、目がフレームいっぱいに入るようにします。取り込みを含むすべての撮影経路は、4:3 トリミングの段階で終わります。取り込んだ写真ではこれが見た目以上に重要です。検出器はフレーム幅の決まった割合の位置で虹彩の縁を探すため、腕を伸ばした距離から撮った、中央に小さな虹彩が写る写真では、縁がその探索範囲の外に出てしまいます。目の周りでトリミングすれば範囲内に戻ります。画像を拡大しても割合は変わらないので戻りません。

静的測定値を読む

2 つの処理系を、意図して

各画像は 2 つの独立した解析を通ります。従来型のコンピュータビジョン処理は、フル解像度のピクセルで瞳孔と虹彩の境界を見つけます。ML モデルは虹彩を中心とした 224×224 の切り出しを見て、較正済みの線形フィット（R² = 0.856）を通じて P/I 比だけを予測します。いま読んでいる P/I がどちらから得られたかは、結果カードに表示されます。両者が食い違うと信頼度は下がり、その食い違い自体が有用な情報になります。

P/I 比（瞳孔 ÷ 虹彩 × 100）

ミリメートル表示は換算値です

アプリが測っているのは比です。画像にはスケールの基準がないため、アプリはミリメートルを直接測れません。静的なミリメートル値はすべて、比に想定の虹彩径を掛けたものです。成人と 10 代では 12.0 mm、幼児ではそれより小さい値です。実際の成人の虹彩は約 10.2〜13.0 mm です。ミリメートルの列は範囲を比較できるようにするための約束事と考え、比を測定値としてください。

瞳孔は年齢とともに小さくなるため、結果は年齢層とも比較されます。

ゾーン所見：扁平化と突出

瞳孔縁は、ゾーンごとに自身の中央値半径と比較されます。扁平化は、そのゾーンで縁が内側に引き込まれていることを意味します。突出は、外側へ張り出していることを意味します。各眼で、それぞれ最大 4 件まで報告されます。

各所見には、その区域、時計上の範囲、偏差が示されます。マニュアルは瞳孔縁を、各時計位置における括約筋の内向きの牽引（副交感神経）と散大筋の外向きの牽引（交感神経）のつり合いとして読みます。この読み方と、各区域に結び付けられる領域は、研究から導かれた理論的枠組みであり、検証済みの診断基準ではありません。偏差は測定値です。その意味は仮説です。

形、位置、対称性

瞳孔不同は、換算したミリメートル差で等級付けされます。パーセントポイントでの P/I 差 × 12.0 mm ÷ 100 です。比較するのは同じもの同士だけです。一方の眼の P/I が ML モデル、もう一方が従来型処理から得られた場合、比較には両眼とも従来型の値を使います。混在したペアでは、2 つの瞳孔ではなく 2 つの手法の差を測ることになるからです。

ハイブリッド信頼度と等級

1 つのスコアが、撮影品質（20%）、従来型の信頼度（35%）、ML の妥当性（20%）、2 つの P/I 値の一致度（25%）を組み合わせます。等級はそこから決まります。A は 85% 以上、B は 70% 以上、C は 55% 以上、D はそれ未満です。3 つの上限があり、平均が良くても弱い部分が隠れないようにしています。従来型の検出が弱いとスコアは 40% まで、撮影品質が悪いと 50% まで、2 つの P/I 値が大きく食い違うと 35% までに制限されます。

瞳孔対光反射

静止画は瞳孔のある一瞬を示します。反射は、経路がどう応答するかを示します。瞳孔がどれだけ早く縮み始め、どれだけ深くどれだけ速く縮み、どう回復するかです。これが Neuro の中核です。PLR の結果には専用の画面と履歴があり、静的解析とは統合されません。別の測定だからです。

経路と、頭部外傷後にそれが重要な理由

縮瞳の経路は中脳を通ります。瞳孔を再び広げる交感神経の経路は、視床下部から上部脊髄へ下り、再び目へ戻ります。文献は反射と脳損傷を 3 つの形で結び付けています。

• 脳幹の直接損傷。視蓋前核とエディンガー・ウェストファル核は中脳にあり、脳震盪の回転力にさらされます。軽度のびまん性軸索損傷は、潜時の測定可能な遅れと関連しており、臨床症状が現れる前のこともあります。
• 頭蓋内圧の上昇。鉤がヘルニアを起こすと CN III を圧迫します。記述されている早期の徴候は緩慢で左右非対称な反射で、瞳孔が肉眼で異常に見える前に瞳孔測定で捉えられることがあります。
• 皮質による調節の喪失。前頭葉は刺激の繰り返しに対して反射を弱めます。その影響が失われると、過度の慣れや逆説的な感作と関連します（モジュール 5）。

これらは文献上の関連であり、アプリが下す判定ではありません。アプリは反射を測定します。それを損傷と結び付けるのは、あなたの臨床判断です。

ソース

標準的な記録シーケンス

どの PLR ソースも同じシーケンスを使うため、2 週間あけた 2 回の記録を比較できます。すべてのフレームで瞳孔が検出され、まばたきは補間され、指標を算出する前に波形にローパスフィルターがかけられます。12 秒という長さにより、閃光終了の 6 秒後に光照射後反応を測る余地が残ります（モジュール 5）。

なぜ 3 秒の暗所か

閃光の前に、すべての光がまるまる 3 秒間消されます。これは埋め草ではありません。振幅を測定可能にしているのがこの暗所です。

• 杆体が暗順応を始め、網膜の感度が上がります。
• 散大筋が交感神経の駆動で最大に達します。
• 瞳孔が本来の暗順応時の直径に達します。
• そのため振幅は毎回同じ出発点から測定されます。

実時間のタイムスタンプと実測フレームレート

USB カメラは公称どおりのフレームレートを出しません。アプリはレートを仮定する代わりに、各フレームに撮影時の実時間を記録してそれを読み取るため、レートが揺らいでもベースラインと応答が正しく割り当てられます。レポートには、実際に得られたフレームレートと時間分解能（フレーム間隔の 95 パーセンタイル）が記載されます。30 fps では 1 フレームは約 33 ms で、フレーム落ちのときには 27〜131 ms の間隔が観測されています。1〜2 フレームより小さい潜時の差には意味がありません。潜時が重要な作業には 60〜120 fps が必要です。

パラメータごとの判定

潜時、縮瞳、最大縮瞳速度、T75 回復、PIPR 振幅は、それぞれ患者の年齢群（18〜40、41〜60、61 以上）の参照範囲と比較され、正常、境界、異常のいずれかが付きます。

• 正常：基準範囲内（平均 ± 2 SD）。
• 境界：その外側だが、平均から 3 SD 以内。
• 異常：3 SD を超える。

速度と PIPR は小さすぎるときだけ、T75 は回復に時間がかかりすぎるときだけフラグが立ちます。年齢が入力されていない場合、範囲は 18〜40 の成人群に戻り、黙って既定値を使うのではなく、結果にその旨が表示されます。18〜40 歳の成人の限界値は次のとおりです。

各範囲には、レポート上でエビデンスタグが付きます。公表（査読済み研究 Bitsios ら 1996 年による）、補間（公表された 2 つの年齢群の間にある 41〜60 群）、推定（すべての速度と PIPR の範囲）です。推定範囲に付いた境界や異常のフラグは、所見ではなく仮説として扱ってください。

PLR のミリメートル値はすべて一つのスケールから得られます。想定の水平虹彩径 11.5 mm を、ピクセル単位の虹彩径の中央値で割ったものです。基準径と最小径、最大速度、PIPR 振幅はこの仮定に比例し、既定値が使われたときは結果に表示されます。潜時、縮瞳率、T75 は時間または比なので、この仮定の影響を受けません。

等級

各記録には、縮瞳振幅、潜時、回復、検出信頼度から算出される A〜D のグレードが付きます。反射が検出されなかった場合や信号が弱すぎた場合、グレードは D です。フレームの 30% 以上が品質のために棄却された場合、グレードは 1 段階下がります。D は所見より先に撮影上の問題を示しています。部屋を暗くし、暗所ベースラインを待ち、目を中央に合わせ、休憩してから記録し直してください。

PMi 指数は実験的です

PMi は PLR の項目群を 0〜5 の一つのスコアにまとめたもので、なじみのある神経系指数の尺度のように読めるよう作られています。5 は完全に正常、4 未満は境界、3 未満は異常です。設計上、監査可能です。計算式、重み、基準値はアプリのソースコードで公開されており、すべての記録でスコアが項目ごとに分解されて返されます。

PMi = 5 · exp(−0.35 · z̄)

各パラメータは、年齢で調整した基準値に対する方向性のある z スコアを受け取り、病的な方向への偏差だけが減点されます。z スコアは加重平均でまとめられます。縮瞳振幅と最大速度の重みが最も大きく、次に潜時と T75、PIPR 振幅が最も小さくなります。欠けている項目や品質基準に満たない項目は除かれ、残りの重みが再正規化されます。使える項目が少なくとも 3 つ必要です。それより少ないとカードは誤解を招く数値の代わりに「利用不可」と表示し、撮影品質が悪い場合はカード自体が表示されません。

Drug Effect Monitor

Drug Effect Monitor は同じ反射の記録を、非侵襲的な薬力学的エンドポイントとして使います。CNS に作用する用量が何をしているかの客観的な根拠を、その用量に責任を持つ医師に示すものです。Neuro に組み込まれており、単独の Android アプリとしても提供されています。誰かが何を摂取したかを突き止めようとする人のためのものではありません。

答えるために存在する問い

• この患者のオピオイド用量は、期待される程度の中枢作用を生んでいるか。
• 手術後、麻酔は本来どおりに覚めつつあるか？
• ICU の鎮静レベルは適切か、それともこの患者は過剰投与になっていないか？
• この選手の鎮痛薬は、有効な神経学的診察ができるほど十分に抜けているか？
• この向精神薬は測定可能な自律神経作用を生んでいるか。

報告しないこと

薬物を特定することはありません。小さく反応の鈍い瞳孔は、次のどれとも同じように一致します。

• 術後疼痛に対するモルヒネ 15 mg、4 時間ごと
• オピオイド使用障害に対するメサドン 1 日 80 mg
• 薬物療法としてのブプレノルフィン 8 mg
• 不眠のため市販薬として服用したジフェンヒドラミン 50 mg
• 緑内障に対するピロカルピン点眼
• 3 時間しか眠っておらず、ひどく疲れている患者

陽性のパターンにはすべて、見分けのつかない所見を生む薬剤の一覧が表示されます。交絡要因なしの表示はありません。

プロトコル

休止を短くしないでください。瞳孔が回復していないと振幅は試行ごとに下がり、慣れのように見えますが、慣れではありません。

3 回の試行と慣れ指数

健康で薬の影響のない脳では、同じ閃光を繰り返すと縮瞳振幅がわずかに下がります。CNS 作用薬はこの調節を乱しますが、それは 1 回の試行では分かりません。3 本の曲線は一つの時間軸に描かれるので、形、立ち上がり、深さ、回復を直接比べられます。

HI = (試行 1 − 試行 3) ÷ 試行 1 × 100%

この指数には少なくとも 2 回の試行が必要です。それより少ないと N/A と表示されます。

パターン分類

試行を平均し、決まった規則をこの順に適用します。安静時 P/I は暗所ベースラインでの瞳孔・虹彩比、縮瞳は応答の振幅です。

速度に基づく 2 つのパターンには、各閃光後 2.5 秒間に有効なフレームが少なくとも 6 つ必要です。フレームレートがそれより低いと提示されず、結果にその旨が表示されます。速度のしきい値は暫定とされています。1 台の機器の素面でのベースライン記録（計 21 件）から得たもので、薬物や物質の影響下にあると確認された記録では検証されていません。

不確定は、実際によく出る結果であり、失敗ではありません。常に何かの分類を返す規則は、推測しているだけです。

文献が各分類と結び付けていること

• CNS 抑制薬。オピオイド、ベンゾジアゼピン、バルビツール酸系、アルコール、コリン作動薬は、脳幹の自律神経回路を抑制します。オピオイドはエディンガー・ウェストファル核を介して、両側性で用量依存的な針先瞳孔を生じます。ベンゾジアゼピンは主に動態を遅くし、潜時が延び速度が下がりますが、治療用量では顕著な縮瞳は起こしません。
• CNS 刺激薬。アンフェタミンとコカインは散大筋への交感神経作用で安静時の瞳孔を大きくしますが、反射そのものは速いままです。
• 抗コリン薬。散瞳薬の点眼、スコポラミン、三環系抗うつ薬、一部の抗ヒスタミン薬は括約筋を遮断します。瞳孔が大きく反射が抑えられることが、刺激薬との違いです。
• 大麻。THC は縮瞳を完全には抑えずに遅くします。振幅はあまり変わらず、最大速度が下がります。アルコールと鎮静薬は両方を下げます。

PIPR：薬の作用か、構造的な損傷か？

明るい閃光が終わった後も、メラノプシンを含む網膜神経節細胞（ipRGC）は 5〜10 秒間発火を続け、瞳孔を小さく保ちます。この光照射後瞳孔反応（PIPR）は、標準の PLR 記録で閃光終了の 1 秒後と 6 秒後に測定されます。マニュアルはこれを反射とあわせて読みます。

これは文献に基づく解釈の枠組みで、PIPR の範囲は推定値です。アプリは PIPR を測定してフラグを付けます。Drug Effect Monitor 自体の試行では PIPR は計算されないので、標準の記録から取ってください。読み方はあなたに委ねられます。

実装された倫理的枠組み

• 必須の薬剤フラグ。陽性の CNS パターンには必ず薬物干渉フラグが付きます。同じ所見を生む処方薬の一覧です。解釈には患者の服薬歴が必要です。
• 閉じられない免責表示。すべての結果画面に、このツールは薬物スクリーニング、法執行、雇用目的には検証されていないと記されています。
• パターンであり、特定ではない。アプリが示すのは薬力学的なパターンです。解釈は医師が行います。
• 別々に保存。モニターのセッションはパターンのラベルも含めて専用の履歴に保存され、スキャンデータベースには決して保存されません。氏名は任意です。反射を測るのに身元は必要ありません。

目の照らし方

各セッションは照明を記録します。アイリスコープの LED リング、スマートフォン画面の赤いベースライン領域、画面の閃光のみ、背面のライトのいずれかです。赤い領域があると、カメラはベースラインで瞳孔をほとんど縮ませずに捉えられます。赤い光は短い波長よりはるかに縮瞳を起こしにくいからです。異なる照明で記録したセッションは比較できず、履歴はそれらを一本の線で結ぶのではなく、その旨を示します。照明を記録していない古いセッションは、推測ではなく「未記録」と表示されます。

履歴、経時的モニタリング、エクスポート

3 種類の記録を別々に保存

完了した解析はすべて自動的に端末に保存されます。保存し忘れる手順はありません。スキャン履歴は、デスクトップでは Ctrl + H、またはスタート画面から開きます。タブは静的、PLR、薬物モニターの 3 つです。同じ測定ではないため、別々になっています。

スタート画面のPLR Sessionsで、記録した反射を直接開けます。上部には検出率、つまり反射が検出された記録の割合が表示されます。低い検出率は撮影環境についての事実であり、目に見える場所にあるべきものです。

回復は軌跡であって、一度の読み値ではありません

脳損傷からの回復は、数日、数週、数か月にわたって進みます。曖昧な測定値一つでは多くを語れません。記録全体を通した傾向が多くを語ります。PLR経時的トレンドは患者のセッションを通して各パラメータを表示し、各点がその背後のセッションと値を示します。Drug Effect Monitor には専用のシリアルトレンドモニタリングがあります。回復中の経過に期待されること：

• 瞳孔径が正常化する：自律神経の緊張が戻りつつある。
• 振幅が改善する：副交感神経の経路が回復しつつある。
• 瞳孔不同が消える：左右の対称性が戻る。
• 慣れが正常化する：皮質–中脳の回路が戻りつつある。

同じ条件どうしで比べる

経過の質は、あなたの一貫性で決まります。毎回の来院で、同じソース、同じ部屋の照明、同じ眼で記録してください。静的スキャンでは同じ機器、距離、フレーミングを使います。Serial Scan Timelineは両眼それぞれの P/I、楕円度、ハイブリッド信頼度を表示し、そのサムネイル列によって各点はそれを生んだ画像からワンクリックの距離にあります。信頼度が下がりながら動いている経過は、患者ではなく撮影について何かを語っています。

書き出し

PDF自動保存は既定ではオフです。設定でオンにすると、解析が終わるたびにレポートが書き出されます。すべてローカルに書き込まれます。同期は一切行われないため、患者の記録を別のパソコンに移すには、ファイルを自分で移す必要があります。

限界、習慣、トラブルシューティング

記録ごとの手順

1. 氏名だけでなく年齢も入力します。年齢が PLR の参照範囲と静的な年齢帯を決めます。
2. 起動前にアイリスコープを接続します。Windows では LED 象限テストを行います。
3. 部屋を暗くし、患者に遠くの一点を見てもらいます。
4. 暗所ベースラインを最後まで待ちます。目は中央で動かさないようにします。
5. 数値より先にグレードを確認します。D なら患者を休ませ、記録し直します。
6. Drug Effect Monitor では、パターンを読む前に服薬歴を確認します。
7. PDF を書き出し、JSON を一緒に保管します。履歴の記録はすでに保存されています。

何が測定され、何が測定されていないか

• 医療機器ではありません。510(k) の承認も CE マークもありません。すべての出力は研究と記録のためのものです。
• 基準となる瞳孔計との比較で検証されていません。Bland–Altman の一致限界を用いた方法比較研究、検査–再検査の再現性（級内相関）、基準となる標準に対するフラグの感度と特異度、物理単位での刺激仕様は、まだいずれもありません。研究ではなく臨床で使うには、この 4 つすべてが必要です。
• ミリメートルは測定ではなく換算です。測定値は比の方です。
• 刺激が重要です。縮瞳、速度、PIPR は光の強度、波長、持続時間、そして順応状態に強く依存します。お使いの刺激が、公表された範囲の測定に使われた刺激と異なる場合、比較は目安にとどまります。公表を目的とするデータセットには、刺激の仕様を必ず記録してください。
• 推定範囲は仮説です。速度と PIPR の範囲はすべて推定です。PMi は実験的なものです。
• パターンは特定ではありません。広い薬剤クラスと一致する生理的状態を表すものです。物質を特定せず、診断にもなりません。

トラブルシューティング

臨床判断が必要です

臨床的文脈全体の中での医師の解釈なしに、いかなる出力にも基づいて行動してはいけません。PLR の指標は多くの情報の一つにすぎません。この装置は、信じられるより測られることを望んでいます。結果が目に見えるものと食い違うときは、どちらかを信じる前に波形と撮影画像を確認してください。