JP2006141712A - Bioinformation measuring method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、生体情報測定方法および生体情報測定装置に関するものである。 The present invention relates to a biological information measuring method and a biological information measuring device.
従来、近赤外領域における光の吸収を利用した生体組織中のグルコース濃度等の生体情報を測定する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
この特許文献1は、生体組織や体液のような刻々と変化する生体成分中のグルコース濃度を定量する際に、他の生体成分の影響や、温度、散乱、光路長等の外乱要因を考慮することにより、グルコース濃度を精度よく定量分析するための定量方法を開示している。
そして、この定量方法においては、1組のスペクトルデータを得るために、128回のスペクトル測定を行い、その加算平均をとることで、スペクトルデータに重畳しているランダムノイズを除去することとしている。
This
In this quantification method, in order to obtain one set of spectrum data, 128 times of spectrum measurement are performed, and the addition noise averaging is performed to remove random noise superimposed on the spectrum data.
しかしながら、スペクトルデータに重畳するノイズはランダムノイズだけではないため、他の種々のノイズも重畳している。したがって、特許文献1に記載されたグルコース濃度測定方法においては、得られたスペクトルデータからはランダムノイズが除去されているものの、単に加算平均を計算しただけでは、ランダムノイズ以外のノイズを含んだ状態で平均化されたスペクトルデータが得られてしまい、測定精度を向上することができないという不都合が考えられる。
However, since the noise superimposed on the spectrum data is not limited to random noise, other various noises are also superimposed. Therefore, in the glucose concentration measurement method described in
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、スペクトルデータに直流成分として重畳するノイズを除去し、また、生体情報を演算するのに用いるスペクトルデータの品質をチェックして、演算される生体情報の精度を向上することができる生体情報測定方法および装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is calculated by removing noise superimposed as a direct current component on spectrum data and checking the quality of spectrum data used for calculating biological information. It is an object of the present invention to provide a biological information measuring method and apparatus capable of improving the accuracy of biological information.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体内に光を入射させ、生体外において検出される光の吸光特性データに基づいて生体情報を定量する生体情報測定方法であって、所定の波長帯域にわたる吸光特性データを複数回にわたって取得し、得られた複数の吸光特性データに対し、乗法的散乱補正または微分処理による前処理を施し、前処理された複数の吸光特性データの加算平均を演算し、得られた加算平均吸光特性データに基づいて生体情報を定量する生体情報測定方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention is a biological information measuring method for quantifying biological information based on light absorption characteristic data of light detected outside a living body by making light incident on the living body, and the light absorption characteristic data over a predetermined wavelength band is obtained a plurality of times. The pre-processing by multiplicative scattering correction or differential processing is applied to the obtained multiple light absorption characteristic data, and the arithmetic mean of the pre-processed light absorption characteristic data is calculated, and the resulting average light absorption is obtained. A biological information measuring method for quantifying biological information based on characteristic data is provided.
本発明によれば、所定の波長帯域にわたる吸光特性データを複数回にわたって取得し、取得された吸光特性データに対し、前処理を施す。前処理は乗法的散乱補正または微分処理であり、いずれも各吸光特性データに含まれる直流成分ノイズを除去することができる。この場合に、微分処理としては、1階微分以上の任意の微分処理でよい。また、2階微分処理することにより、前処理の前後の吸光特性データにおいてピーク位置を保存することができ、事後的なデータの対比を容易にすることができる。 According to the present invention, light absorption characteristic data over a predetermined wavelength band is acquired a plurality of times, and preprocessing is performed on the acquired light absorption characteristic data. The preprocessing is multiplicative scattering correction or differential processing, and both can remove DC component noise contained in each light absorption characteristic data. In this case, the differentiation process may be any differentiation process equal to or higher than the first-order differentiation. Further, by performing the second-order differentiation process, the peak position can be stored in the light absorption characteristic data before and after the pre-processing, and the subsequent data comparison can be facilitated.
そして、吸光特性データを加算平均することにより、さらにランダムノイズを除去することができる。この場合に、加算平均の基になる吸光特性データからは前処理により直流成分ノイズが除去されているので、加算平均の結果得られる加算平均吸光特性データに直流成分ノイズが含められてしまうことが防止され、加算平均吸光特性データに基づいて定量される生体情報の精度を向上することができる。 Then, random noise can be further removed by averaging the light absorption characteristic data. In this case, since the DC component noise is removed by the preprocessing from the light absorption characteristic data that is the basis of the addition average, the DC component noise may be included in the addition average absorption characteristic data obtained as a result of the addition average. The accuracy of the biological information that is prevented and quantified based on the addition average light absorption characteristic data can be improved.
上記発明においては、前記前処理に先立って、取得された吸光特性データに対しスムージングを施すことが好ましい。
スムージングにより、小さい振幅で細かく変動するノイズを平滑化して、前処理によってそのような細かいノイズが顕在化されてしまうことを防止できる。したがって、前処理の効果を効率的に発揮させることができる。
In the above invention, it is preferable to smooth the acquired light absorption characteristic data prior to the pretreatment.
By smoothing, noise that fluctuates finely with a small amplitude can be smoothed, and such fine noise can be prevented from being revealed by preprocessing. Therefore, the effect of pre-processing can be exhibited efficiently.
また、上記発明においては、取得された複数の吸光特性データを複数組にグループ化し、各組の吸光特性データに対し加算平均を施した後に、得られた各組の加算平均吸光特性データに対し標準偏差を演算し、得られた標準偏差値に基づいて、加算平均吸光特性データの品質を評価することとしてもよい。 Further, in the above invention, the obtained plurality of light absorption characteristic data is grouped into a plurality of sets, and after adding and averaging each set of light absorption characteristic data, the obtained average light absorption characteristic data of each set is obtained. The standard deviation may be calculated, and the quality of the addition average light absorption characteristic data may be evaluated based on the obtained standard deviation value.
前処理により、吸光特性データの直流成分ノイズが除去され、加算平均によりランダムノイズが除去されるが、それによっても除去しきれないノイズが、最終的に生体情報を定量するための吸光特性データとして残ることが考えられる。本発明によれば、複数組にグループ化された吸光特性データの各グループ事に計算した加算平均吸光特性データについて標準偏差を演算することにより、データのばらつきに基づいて加算平均吸光特性データの品質を評価することができる。評価の結果、データが所定値よりばらついている場合には、そのことを表示しあるいは再測定が必要である旨を表示等することにより、ばらつきの大きなデータに基づいて生体情報が定量されてしまうことを未然に防止することができる。 Pre-processing removes DC component noise from the light absorption characteristics data, and random noise is removed by averaging. However, noise that cannot be removed by this will eventually be used as light absorption characteristics data to quantify biological information. It is possible to remain. According to the present invention, by calculating the standard deviation for the addition average absorption characteristic data calculated for each group of the absorption characteristic data grouped into a plurality of sets, the quality of the addition average absorption characteristic data based on the data variation Can be evaluated. As a result of evaluation, if the data varies from a predetermined value, the fact that the data is displayed or that re-measurement is necessary is displayed, so that the biological information is quantified based on the data having a large variation. This can be prevented beforehand.
また、本発明は、光源と、該光源からの光を生体内に入射させ、生体外に戻る光を受光する測定ヘッドと、該測定ヘッドにより受光された光に基づいて所定の波長帯域にわたる吸光特性データを取得するデータ取得部と、取得された複数の吸光特性データに対し、乗法的散乱補正または微分処理を施す前処理部と、前処理された複数の吸光特性データの加算平均を演算する加算平均部と、得られた加算平均吸光特性データに基づいて生体情報を定量する生体情報定量部とを備える生体情報測定装置を提供する。 The present invention also provides a light source, a measurement head that receives light from the light source into a living body and receives light returning to the outside of the living body, and an absorption over a predetermined wavelength band based on the light received by the measuring head. A data acquisition unit that acquires characteristic data, a preprocessing unit that performs multiplicative scattering correction or differential processing on the plurality of acquired light absorption characteristic data, and an arithmetic average of the plurality of preprocessed light absorption characteristic data Provided is a biological information measuring device including an addition average unit and a biological information quantification unit that quantifies biological information based on the obtained addition average light absorption characteristic data.
本発明によれば、光源から発せられた光が測定ヘッドを介して生体内に入射させられ、生体外に戻る光が受光される。データ取得部の作動により、受光された光に基づいて所定の波長帯域にわたる吸光特性データが取得され、前処理部の作動により、複数の吸光特性データに対して乗法的散乱補正または微分処理が施される。前処理された吸光特性データは、加算平均部の作動により加算平均され、生体情報定量部の作動により、加算平均吸光特性データに基づいて生体情報が定量される。 According to the present invention, the light emitted from the light source is incident on the living body via the measurement head, and the light returning to the outside of the living body is received. Absorption characteristic data over a predetermined wavelength band is acquired based on the received light by the operation of the data acquisition unit, and multiplicative scattering correction or differential processing is performed on the plurality of absorption characteristic data by the operation of the preprocessing unit. Is done. The preprocessed light absorption characteristic data is added and averaged by the operation of the addition average unit, and the biological information is quantified based on the addition average light absorption characteristic data by the operation of the biological information quantification unit.
定量された生体情報は、前処理により直流成分ノイズが除去され、加算平均によってランダムノイズが除去された加算平均吸光特性データに基づいて定量されるので、高い精度で定量されることになる。 The quantified biological information is quantified with high accuracy because the quantified biological information is quantified based on the addition average light absorption characteristic data from which the DC component noise is removed by the preprocessing and the random noise is removed by the addition average.
上記発明においては、前記前処理に先立って、取得された吸光特性データに対しスムージングを施すスムージング部を備えることとしてもよい。
スムージング部の作動により、前処理に先立って吸光特性データが平滑化されるので、小さい振幅で細かく変動するノイズが平滑化され、前処理の効果を効率的に発揮させることができる。
In the said invention, it is good also as providing the smoothing part which performs smoothing with respect to the acquired light absorption characteristic data prior to the said pre-processing.
Since the light absorption characteristic data is smoothed prior to the preprocessing by the operation of the smoothing unit, the noise that fluctuates finely with a small amplitude is smoothed, and the effect of the preprocessing can be efficiently exhibited.
また、上記発明においては、前記加算平均部が、取得された複数の吸光特性データを複数組にグループ化して、各組の吸光特性データに対し加算平均を施し、得られた各組の加算平均吸光特性データに対し標準偏差を演算する標準偏差演算部と、得られた標準偏差値に基づいて、加算平均吸光特性データの品質を評価するデータ品質評価部とを備えることが好ましい。 Further, in the above invention, the addition averaging unit groups the acquired plurality of light absorption characteristic data into a plurality of sets, performs an addition average on the light absorption characteristic data of each set, and obtains the average of each set obtained. It is preferable to include a standard deviation calculation unit that calculates a standard deviation for the light absorption characteristic data and a data quality evaluation unit that evaluates the quality of the addition average light absorption characteristic data based on the obtained standard deviation value.
標準偏差演算部の作動により加算平均の結果得られた加算平均吸光特性データの標準偏差が演算されデータ品質評価部の作動によってその品質が評価される。したがって、前処理および加算平均によっても除去し切れなかったノイズの存在によってばらつきのある加算平均吸光特性データに基づいて生体情報が定量されてしまうことを防止することができる。 The standard deviation of the addition average light absorption characteristic data obtained as a result of the addition averaging is calculated by the operation of the standard deviation calculation unit, and the quality is evaluated by the operation of the data quality evaluation unit. Therefore, it is possible to prevent the biological information from being quantified based on the addition average light absorption characteristic data that varies due to the presence of noise that could not be removed even by preprocessing and addition averaging.
本発明によれば、加算平均だけでは除去しきれない直流成分ノイズを効果的に除去して、生体情報を精度よく定量することができるという効果を奏する。また、予期しないノイズにより、不正確な生体情報が定量されてしまう不都合を未然に防止することができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to effectively remove direct current component noise that cannot be removed only by addition averaging, and to accurately quantify biological information. In addition, it is possible to prevent inconvenience that inaccurate biological information is quantified due to unexpected noise.
以下、本発明の第1の実施形態に係る生体情報測定装置1および方法について、図1〜図3を参照して説明する。
本実施形態に係る生体情報測定装置1は、図1に示されるように、グルコース濃度測定装置であって、ハロゲンランプからなる光源2と、該光源2から発せられた光を生体Aに入射させ、生体Aからの戻り光を受光する測定ヘッド3と、該測定ヘッド3により受光された光を分光するグレーティングのような分光器4と、分光された光をスペクトルデータとして検出するリニアアレイセンサのような光検出器5と、該光検出器5により検出されたスペクトルデータに基づいて、生体情報を定量する演算部6と、該演算部6により定量された生体情報を表示するモニタ7とを備えている。図中、符号8,9は集光レンズ、符号10,11は光ファイバである。
Hereinafter, a biological
As shown in FIG. 1, the biological
光検出器5は、1回の測定において、例えば、128組のスペクトルデータを検出するように構成されている。
前記演算部6は、図2に示されるように、スムージング部12と、前処理部13と、加算平均部14と、生体情報定量部15とを備えている。
スムージング部12は、例えば、サビツキーゴーレー法、スプライン補間等の任意の方法によって、全てのスペクトルデータをそれぞれ平滑化するよう構成されている。
前処理部13は、例えば、スムージング処理された全てのスペクトルデータを、それぞれ波長で2階微分するように構成されている。
The
As shown in FIG. 2, the
The
For example, the
前記加算平均部14は、前処理された128組全てのスペクトルデータを加算してその平均値を演算するように構成されている。
前記生体情報定量部15は、加算平均部14において演算された加算平均スペクトルデータに基づいて多変量解析を行い、グルコース濃度を定量するように構成されている。
The
The biological
このように構成された本実施形態に係る生体情報測定装置1を用いた生体情報測定方法について、図3を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体情報測定方法によれば、スペクトルデータを光検出器5により測定し(ステップS1)、得られたスペクトルデータに対してスムージング処理を演算する(ステップS2)。次いで、スムージング処理が施されたスペクトルデータについて2階微分処理が施される(ステップS3)。そして、上記ステップS1〜S3が128回繰り返されることにより、128組の微分処理されたスペクトルデータが得られる(ステップS4)。
A biological information measuring method using the biological
According to the biological information measuring method according to the present embodiment, spectrum data is measured by the photodetector 5 (step S1), and a smoothing process is calculated on the obtained spectrum data (step S2). Next, the second-order differentiation process is performed on the spectrum data that has been subjected to the smoothing process (step S3). Then, by repeating the above steps S1 to
その後、得られた128組の微分処理されたスペクトルデータに基づいて加算平均処理が演算される(ステップS5)。これにより、加算平均スペクトルデータが得られるので、得られた加算平均スペクトルデータに基づいて生体情報が定量されることになる(ステップS6)。 Thereafter, the averaging process is calculated based on the obtained 128 sets of differentiated spectrum data (step S5). Thereby, since addition average spectrum data is obtained, biological information is quantified based on the obtained addition average spectrum data (step S6).
本実施形態に係る生体情報測定装置1および方法によれば、光検出器5により検出されたスペクトルデータをそのまま加算平均して生体情報定量の基礎とする従来の方法と比較すると、加算平均に先立って、スペクトルデータを波長で2階微分する前処理(ステップS3)を行っているので、各スペクトルデータに内在している直流成分ノイズを除去することができる。したがって、直流成分ノイズが除去された加算平均スペクトルデータに基づいて生体情報を定量できるので、より精度の高い生体情報を得ることができるという利点がある。
According to the biological
さらに、本実施形態に係る生体情報測定装置1および方法によれば、前処理工程(ステップS3)に先立って、スペクトルデータがスムージング処理(ステップS2)されているので、スペクトルデータから小刻みな変動が除去されている。したがって、前処理工程(ステップS3)によって微分処理が施されても、小刻みな変動がノイズとして顕在化されてしまうことを防止できる。したがって、微分処理による弊害を抑制しつつ、直流成分ノイズを除去するという微分処理の効果を最大限に発揮させることができるという利点がある。
Furthermore, according to the biological
また、本実施形態に係る生体情報測定装置1および方法によれば、前処理(ステップS3)として波長による2階微分処理を行うこととしたが、直流成分ノイズを除去する目的からすれば、1階以上の微分処理であれば足りる。本発明のように2階微分処理することにより、検出された生のスペクトルデータにおけるピーク位置を保持しながら直流成分ノイズを除去することができる。その結果、前処理(ステップS3)の前後におけるスペクトルデータの波形どうしをピーク位置を目印として容易に対応づけることができるという利点がある。
Further, according to the biological
なお、上記実施形態においては、前処理(ステップS3)として2階微分処理を行うこととしたが、これに代えて、乗法的散乱補正(MSC:Multiplicative
Scattering Correction)を採用してもよい。MSCによれば、スペクトルデータの波形の特徴を残したまま、直流成分を除去することができるという利点がある。
また、上記実施形態においては、1回の測定に際して128組のスペクトルデータを検出することとしたが、これに限定されるものではなく、任意の複数組のスペクトルデータを用いることにしてもよいことは言うまでもない。
In the above embodiment, the second-order differentiation process is performed as the pre-process (step S3). Instead, multiplicative scattering correction (MSC: Multiplicative
Scattering Correction) may be adopted. According to the MSC, there is an advantage that the DC component can be removed while keeping the characteristics of the waveform of the spectrum data.
In the above embodiment, 128 sets of spectral data are detected in one measurement. However, the present invention is not limited to this, and any plural sets of spectral data may be used. Needless to say.
次に、本発明の第2の実施形態に係る生体情報測定装置1′および方法について、図4および図5を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る生体情報測定装置1と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
Next, a biological
In the description of the present embodiment, the same reference numerals are given to portions having the same configuration as the biological
本実施形態に係る生体情報測定装置1′は、図4に示されるように、加算平均部14′において第1の実施形態に係る生体情報測定装置1と相違し、また、標準偏差演算部16と品質評価部17とをさらに備えている点においても第1の実施形態に係る生体情報測定装置1と相違している。
As shown in FIG. 4, the biological
本実施形態における加算平均部14′は、上記前処理部13において前処理を施された複数組のスペクトルデータを複数のグループにグループ分けして、各グループ毎に加算平均処理を施すように構成されている。例えば、図5に示されるように、1回の測定に際して、128×6組のスペクトルデータを検出し、それを128個ずつ6組のグループにグループ分けして、128個毎に加算平均処理を施し6個の加算平均スペクトルデータを得るようになっている(ステップS10)。
The addition averaging unit 14 'in the present embodiment is configured to divide a plurality of sets of spectrum data preprocessed by the preprocessing
前記標準偏差演算部16は、上記において算出された6個の加算平均スペクトルデータに基づいて、公知の方法により標準偏差値σを計算するようになっている(ステップS11)。
また、前記品質評価部17は、上記により得られた標準偏差値σが、所定のしきい値σ0より大きいか否かを判定するようになっている(ステップS12)。そして、得られた標準偏差値σが所定のしきい値σ0より小さい場合には、グループ毎に得られた加算平均スペクトルデータのばらつきが少なく、ノイズの少ない測定が行われたものとして、生体情報を定量するステップ(ステップS6)に進行させるようになっている。一方、得られた標準偏差値が、所定のしきい値より大きい場合には、グループ毎に加算平均スペクトルデータのばらつきが大きいと判断できるため、再測定を行うように報知するように構成されている(ステップS13)。
The standard
In addition, the
このように構成された本実施形態に係る生体情報測定装置1′によれば、品質評価部17の作動により、グループ毎に得られた加算平均スペクトルデータにばらつきがあると判断されたときには、そのまま生体情報が定量されてしまうことが未然に防止される。
すなわち、スムージング処理(ステップS2)、前処理(ステップS3)および加算平均処理(ステップS5)によって、多くのノイズが除去されるが、なおも除去されることなく残るノイズによって加算平均スペクトルデータに大きなばらつきが生じた場合に、不正確な生体情報が定量されてしまうことを防止して、生体情報を精度よく定量することが可能となる。
なお、本実施形態においては、スペクトルデータの検出数を128×6組としたが、これに限定されるものではない。
According to the biological
That is, a lot of noise is removed by the smoothing process (step S2), the pre-process (step S3), and the addition averaging process (step S5). When variation occurs, it is possible to prevent inaccurate biometric information from being quantified and to quantify the biometric information with high accuracy.
In the present embodiment, the number of detected spectral data is 128 × 6 sets, but the present invention is not limited to this.
A 生体
1,1′ 生体情報測定装置
2 光源
3 測定ヘッド
5 光検出器(データ取得部)
12 スムージング部(スムージング処理部)
13 前処理部
14、14′ 加算平均部
15 生体情報定量部
16 標準偏差演算部
17 データ品質評価部
A living
12 Smoothing part (smoothing processing part)
13
Claims (6)
所定の波長帯域にわたる吸光特性データを複数回にわたって取得し、
得られた複数の吸光特性データに対し、乗法的散乱補正または微分処理による前処理を施し、
前処理された複数の吸光特性データの加算平均を演算し、
得られた加算平均吸光特性データに基づいて生体情報を定量する生体情報測定方法。 A biological information measurement method for quantifying biological information on the basis of light absorption characteristic data of light detected outside the living body by making light incident on the living body,
Absorbance characteristics data over a predetermined wavelength band is acquired multiple times,
Pre-processing by multiplicative scattering correction or differential processing is applied to the obtained multiple light absorption characteristics data,
Calculate the average of multiple pre-processed light absorption characteristics data,
A biological information measuring method for quantifying biological information based on the obtained addition average light absorption characteristic data.
各組の吸光特性データに対し加算平均を施した後に、
得られた各組の加算平均吸光特性データに対し標準偏差を演算し、
得られた標準偏差値に基づいて、加算平均吸光特性データの品質を評価する請求項1または請求項2に記載の生体情報測定方法。 Group multiple acquired absorption characteristics data into multiple sets,
After performing the average of the light absorption characteristics of each set,
Calculate the standard deviation for each set of averaged absorption characteristics data,
The biological information measuring method according to claim 1 or 2, wherein the quality of the addition average light absorption characteristic data is evaluated based on the obtained standard deviation value.
該光源からの光を生体内に入射させ、生体外に戻る光を受光する測定ヘッドと、
該測定ヘッドにより受光された光に基づいて所定の波長帯域にわたる吸光特性データを取得するデータ取得部と、
取得された複数の吸光特性データに対し、乗法的散乱補正または微分処理を施す前処理部と、
前処理された複数の吸光特性データの加算平均を演算する加算平均部と、
得られた加算平均吸光特性データに基づいて生体情報を定量する生体情報定量部とを備える生体情報測定装置。 A light source;
A measurement head that receives light from the light source into the living body and receives light returning from the living body; and
A data acquisition unit that acquires light absorption characteristic data over a predetermined wavelength band based on light received by the measurement head;
A pre-processing unit that performs multiplicative scattering correction or differential processing on the acquired plurality of light absorption characteristic data,
An averaging means for calculating an average of a plurality of pre-processed light absorption characteristics data;
A biological information measuring device comprising a biological information quantification unit that quantifies biological information based on the obtained addition average light absorption characteristic data.
得られた各組の加算平均吸光特性データに対し標準偏差を演算する標準偏差演算部と、
得られた標準偏差値に基づいて、加算平均吸光特性データの品質を評価するデータ品質評価部とを備える請求項4または請求項5に記載の生体情報測定装置。 The addition averaging unit groups a plurality of acquired light absorption characteristic data into a plurality of sets, and performs an addition average for each set of light absorption characteristic data,
A standard deviation calculation unit for calculating a standard deviation for each set of averaged absorption characteristics data obtained, and
The biological information measuring device according to claim 4, further comprising a data quality evaluation unit that evaluates the quality of the addition average light absorption characteristic data based on the obtained standard deviation value.
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