CN104114086A - 生物体信息处理装置、生物体信息处理系统、生物体信息的压缩方法以及生物体信息的压缩处理程序 - Google Patents

生物体信息处理装置、生物体信息处理系统、生物体信息的压缩方法以及生物体信息的压缩处理程序 Download PDF

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Abstract

本发明的生物体信息处理装置(10)具备：峰检测部(13)，其检测在心动周期内产生的生物体信号的峰；波形截取部(14)，其基于峰检测部(13)的检测结果来截取在生物体信号的时间轴上相邻的两个峰之间的第一峰间生物体信号；以及重采样部(15)，其将第一峰间生物体信号变换为规定的采样数的第二峰间生物体信号。本发明的生物体信息处理装置(10)还具备：正交变换部(16)，其对第二峰间生物体信号进行正交变换来生成正交变换系数；差分处理部(17)，其生成时间轴上的正交变换系数的差分信号；以及编码部(18)，其对差分信号进行编码。

Description

生物体信息处理装置、生物体信息处理系统、生物体信息的压缩方法以及生物体信息的压缩处理程序
技术领域
本发明涉及例如具备对心电、脉搏波等生物体信息进行压缩的功能的生物体信息处理装置、生物体信息处理系统、生物体信息的压缩方法以及生物体信息的压缩处理程序。
背景技术
在压缩了心电信号等生物体信号的波形数据的情况下，生物体信号的波形显著劣化而有可能对医疗判断造成影响，因此一般不对生物体信号实施压缩处理。然而，最近远程医疗、生物体信息的存储等的机会也增加，还提出多种使用声音压缩技术压缩生物体信号并将压缩后的该生物体信息输出到外部的终端、存储器的技术(例如参照专利文献1、2)。
在专利文献1中提出了如下一种医疗用终端装置：将变换为数字数据的心电数据压缩，将压缩后的该心电数据经由电话线输出到医生侧的装置。另外，在专利文献2中提出了如下一种动态(holter)心电仪装置：通过小波变换编码方式将进行了数字变换后的心电数据压缩，将压缩后的该心电数据存储到外部的非易失性存储器。
专利文献1：日本特开2002-159451号公报
专利文献2：日本特开平8-299293号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，心电信号等生物体信号的波形通常是脉冲状的波形，因此为了高精度地解码压缩后的生物体信号，需要直到比较高的频带为止的信息。因此，在以往的声音压缩技术中，难以利用足够高的压缩率(例如比1/10高的压缩率)压缩生物体信息。另外，在经由通信网传送生物体信息的情况下，期望以更高的压缩率压缩生物体信息。
本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供能够以更高的压缩率压缩生物体信息的生物体信息处理装置、生物体信息处理系统、生物体信息的压缩方法以及生物体信息的压缩处理程序。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的第一生物体信息处理装置构成为具备：峰检测部，其检测在心动周期内产生的生物体信号的峰；波形截取部，其基于峰检测部的检测结果来截取在生物体信号的时间轴上相邻的两个峰之间的第一峰间生物体信号；重采样部，其将第一峰间生物体信号变换为规定的采样数的第二峰间生物体信号；正交变换部，其对第二峰间生物体信号进行正交变换来生成正交变换系数；差分处理部，其生成时间轴上的正交变换系数的差分信号；以及编码部，其对差分信号进行编码。
此外，本说明书中所述的“生物体信号(生物体信息)”例如是指如心电、脉搏等那样信号的振幅与心动周期同步地大致周期性地变动的生物体信号(生物体信息)。
另外，本发明的第二生物体信息处理装置构成为具备控制部，该控制部控制以下处理的动作：检测在心动周期内产生的生物体信号的峰；基于峰的检测结果来截取在生物体信号的时间轴上相邻的两个峰之间的第一峰间生物体信号；将第一峰间生物体信号变换为规定的采样数的第二峰间生物体信号；对第二峰间生物体信号进行正交变换来生成正交变换系数；生成时间轴上的正交变换系数的差分信号；以及对差分信号进行编码。
另外，本发明的生物体信息处理系统构成为具备本发明的上述第一生物体信息处理装置和从在编码部中进行编码所得到的信号中解码出生物体信号的生物体信息解码装置。
并且，在本发明的生物体信息的压缩方法以及压缩处理程序中，首先检测在心动周期内产生的生物体信号的峰。接着，基于峰的检测结果来截取在生物体信号的时间轴上相邻的两个峰之间的第一峰间生物体信号。接着，将第一峰间生物体信号变换为规定的采样数的第二峰间生物体信号。接着，对第二峰间生物体信号进行正交变换来生成正交变换系数。接着，生成时间轴上的正交变换系数的差分信号。然后，对差分信号进行编码。
发明的效果
如上所述，在本发明的生物体信息的压缩技术中，将从生物体信号截取出的第一峰间生物体信号变换(标准化)为规定的采样数的第二峰间生物体信号。并且，在本发明中，对标准化的第二峰间生物体信号的正交变换系数的差分信号实施编码处理，并压缩生物体信号。因此，根据本发明，能够以更高的压缩率压缩生物体信息。
附图说明
图1是心电信号的波形图。
图2是在R-R期间内截取出的心电信号的波形图。
图3A和图3B是重采样处理前和重采样处理后的心电信号的波形图。
图4是表示正交变换系数的时间变化特性的图。
图5是本发明的一个实施方式所涉及的生物体信息处理系统的概要结构框图。
图6是本发明的一个实施方式所涉及的生物体信息处理装置(基本结构例)的概要结构框图。
图7是变形例的生物体信息处理装置的概要结构框图。
图8是本发明的一个实施方式所涉及的生物体信息解码装置的概要结构框图。
图9是本发明的一个实施方式所涉及的生物体信息处理装置中的心电信息的压缩处理的过程的流程图。
图10是本发明的一个实施方式所涉及的生物体信息解码装置中的心电信息的解码处理的过程的流程图。
具体实施方式
下面，一边参照附图一边说明本发明的一个实施方式所涉及的生物体信息处理装置、生物体信息处理系统以及生物体信息的压缩方法的一例。此外，在以下的说明中，作为生物体信号，列举心电信号来进行说明，但本发明并不限定于此，本发明的压缩技术例如能够应用于如脉搏等那样振幅与心动周期同步地大致周期性地变动的任意的生物体信号，能够获得相同的效果。
<1.生物体信息的压缩以及解码的动作原理>
[心电信号的压缩原理]
首先，说明本发明的心电信息的压缩方法的原理。在图1中示出心电信号的波形例。此外，图1所示的特性的横轴是时间轴上的采样索引(Sampleindex)(即，横轴是时间轴)，纵轴是心电信号S的振幅。
通常，在心电信号S的波形中，如图1所示，R波的峰P(在心动周期内产生的峰)大致等间隔地产生。另外，关于在时间轴上(图1的横轴上)彼此相邻的两个R波的峰P之间(以下，称为R-R期间)的信号波形，也反复产生大致相同的波形。然而，R波的峰P的产生周期(R-R期间)并非始终固定，多少会发生变动。即，在R波的峰P的产生位置方面产生波动。在本发明中，去除该心电波形的波动，对去除波动后的心电信号S实施压缩处理。
具体地说，首先，从检测到的心电信号S中按每个R-R期间截取(抽取)心电信号。在图2中示出所截取出的R-R期间的心电信号dS(n0)(n0是时间轴上的采样索引(0～N0-1))的波形例。此外，图2所示的特性的横轴是时间轴上的采样索引n0，纵轴是心电信号的振幅。
如上所述，R波的峰P的产生位置存在波动，因此R-R期间也多少发生变动。因此，所截取的R-R期间的心电信号dS(n0)(以下称为峰间心电信号dS(n0))的采样数N0(取样数)也随着截取时间段发生变动。
在此，在本发明中，以规定的采样数N对峰间心电信号dS(n0)进行重采样(标准化)，使重采样处理后的所有峰间心电信号的采样数固定。此外，作为重采样方法，例如能够使用拉格朗日法、样条函数(Splines)法等方法。另外，重采样时的采样数N既可以比峰间心电信号dS(n0)的采样数N0大，也可以比峰间心电信号dS(n0)的采样数N0小。
在图3A和图3B中分别示出重采样处理前的心电信号S的波形图和重采样处理后的心电信号Sr的波形图。此外，图3A和图3B所示的特性的横轴是时间，纵轴是心电信号的振幅。另外，在图3A和图3B中示出使重采样时的采样数N比峰间心电信号dS(n0)的采样数N0的最小值小的情况的例子。
在将进行重采样(标准化)所得到的峰间心电信号(后述的x(n))按时间序列排列而得到的重采样处理后的心电信号Sr中，R波的峰P的产生周期(R-R期间)为固定。即，通过对实际数据的峰间心电信号dS(n0)进行重采样，能够在重采样处理后的心电信号Sr中去除上述R波的峰P的产生位置的波动(R-R期间的波动)。另外，通过该重采样处理，在各R-R期间进行标准化而得到的峰间心电信号x(n)的波形与R-R期间的时间段无关地成为彼此相似的形状。
接着，将标准化的峰间心电信号x(n)(n是时间轴上的采样索引(0～N-1))分割为规定数量(在后述的实施方式中为与标准化的峰间心电信号x(n)的采样数N相同的数量)的频带来进行正交变换。此时，作为正交变换的方法，例如能够使用DCT(Discrete Cosine Transform：离散余弦变换)，MDCT(ModifiedDCT：改进的离散余弦变换)、LOT(Lapped Orthogonal Transform：重叠正交变换)以及WHT(Walsh-Hadamard Transform：沃尔什·哈达玛变换)等方法。
通过上述正交变换处理，时间区域的峰间心电信号x(n)变换为频率区域的信号、即正交变换系数X(k)(k为分割得到的频带的索引)。如果像这样对标准化的峰间心电信号x(n)进行正交变换，则峰间心电信号x(n)中的高频成分变换为整数(DC成分)，因此变换为易于压缩的数据(能够进行高压缩的数据)。
另外，如上所述，标准化的峰间心电信号x(n)的波形与R-R期间的时间段无关地成为彼此相似的形状，因此在规定的R-R期间内计算出的正交变换系数X(k)与在该期间的前一或者后一R-R期间内计算出的正交变换系数X(k)之差变小。即，在每个R-R期间计算出的正交变换系数X(k)相对于时间连续且缓慢地变动。
在此，图4示出正交变换系数X(k)的时间变化特性的一例。图4是通过MDCT对标准化的峰间心电信号x(n)进行正交变换时得到的正交变换系数X(k)的时间变化特性。此外，图4所示的特性的横轴是时间，纵轴是MDCT系数(X(k))的值。另外，图4所示的特性是将对每个R-R期间计算出的各MDCT系数按时间序列依次标绘而得到的特性，在图4中示出k＝0～7的各MDCT系数的时间变化特性。如根据图4也能明确那样，获知通过利用MDCT对标准化的峰间心电信号x(n)进行正交变换，能够使该正交变换系数X(k)(MDCT系数)的值相对于时间连续且缓慢地变动。
接着，在本发明中，在时间轴上计算正交变换系数X(k)的差分信号dX(k)。如上所述，正交变换系数X(k)的值相对于时间连续且缓慢地变动，因此通过该差分处理而获得的差分信号dX(k)的时间序列数据不是差分信号dX(k)的值按每一次采样发生变动那样的数据，而是成为相同值的差分信号dX(k)在规定期间连续地排列那样的数据。即，差分信号dX(k)的时间序列数据的形式为通过以往已知的编码处理能够容易地以更高的压缩率进行压缩的形式。
此外，差分信号dX(k)的求法是任意的，例如，可以简单地将规定时刻t的正交变换系数X(k)与该时刻t的前一时刻t-1(在时间轴上比规定时刻t早一次采样的时刻)或者该时刻t的后一时刻t+1(在时间轴上比规定时刻t晚一次采样的时刻)的正交变换系数X(k)的差值设为差分信号dX(k)。另外，也可以将例如利用DPCM(Differential Pulse Code Modulation：差分脉码调制)、ADPCM(Adaptive DPCM：自适应差分脉码调制)等方法对该差值进行编码而得到的信号设为差分信号dX(k)。在利用了DPCM或者ADPCM方法的情况下，实质上对正交变换系数X(k)进行差分运算处理和量化(编码)处理这两种处理，因此能够进一步减少数据量。
然后，对如上所述那样求出的正交变换系数X(k)的差分信号dX(k)的时间序列数据例如实施熵编码处理(霍夫曼编码、算术编码、LZH编码、LZSS编码等)等以往已知的可逆的编码处理。在本发明中，基于上述原理来压缩心电信息。
如上所述，本发明的心电信息的压缩方法是最大限度地有效利用了形状基本相同的波形大致周期性地重复的心电信号S的波形形状的特征的压缩方法，与以往的压缩方法(不以规定的采样数N对峰间心电信号dS(n0)进行标准化的方法)相比，能够实现非常高的压缩率。例如，以往的压缩方法的压缩率即使高也是1/10左右，但在本发明的压缩方法中，能够实现1/100左右的压缩率。
[心电信息的扩展以及解码原理]
接着，对压缩后的心电信号Sc的扩展以及解码方法的原理进行说明。在本发明中，基本上实施与上述心电信号S的压缩处理相反的处理来进行压缩后的心电信号Sc的扩展以及解码。
首先，对利用上述原理压缩后的心电信号Sc进行解码处理，对正交变换系数X(k)的差分信号dX(k)的时间序列数据进行解码。此外，此时利用与压缩心电信号S时使用的编码处理对应的解码处理来对差分信号dX(k)的时间序列数据进行解码。
接着，根据解码后的差分信号dX(k)的时间序列数据来计算正交变换系数X(k)(差分解码处理)。此外，此时利用与压缩心电信号S时使用的差分信号dX(k)的计算方法对应的解码方法对正交变换系数X(k)进行解码。
接着，对正交变换系数X(k)进行逆正交变换。由此，将频率区域的正交变换系数X(k)变换为时间区域的标准化的峰间心电信号x(n)。此外，此时利用与压缩心电信号S时使用的正交变换方法对应的逆正交变换方法(例如，IDCT(DCT逆变换)、IMDCT(MDCT逆变换)等)来计算标准化的峰间心电信号x(n)。
接着，利用相应的峰间心电信号的实际数据(dS(n0))的采样数N0对标准化的峰间心电信号x(n)进行重采样，来计算峰间心电信号的实际数据(dS(n0))。此外，此时作为重采样方法，优选利用与压缩心电信号S时使用的重采样方法(例如拉格朗日法、样条函数法等)相同的方法。而且，将如上述那样求出的峰间心电信号dS(n0)依次按时间序列进行合成，来对心电信号S的实际数据进行解码。
<2.生物体信息处理系统(生物体信息处理装置)的结构例>
接着，对用于实现上述心电信息的压缩以及解码的动作原理的生物体信息处理系统、生物体信息处理装置以及生物体信息解码装置的一个结构例进行说明。
[生物体信息处理系统]
在图5中示出本发明的一个实施方式所涉及的生物体信息处理系统的概要结构框图。生物体信息处理系统1具备心电信息的发送侧装置2和心电信息的接收侧装置3。在图5所示的例子中，例如发送侧装置2设置在患者侧，接收侧装置3设置在进行患者的健康管理的医院等设施侧。此外，在本实施方式中，对通过无线通信或者有线通信从发送侧装置2向接收侧装置3传送心电信息的例子进行说明。
发送侧装置2具有心电传感器4以及与该心电传感器4电连接的生物体信息处理装置10。
心电传感器4安装于患者来检测患者的心电信号。然后，心电传感器4将检测到的心电信号S(心电信息)输出到生物体信息处理装置10。
生物体信息处理装置10例如能够由个人计算机、便携式通信终端设备以及专用的信息处理装置等装置构成。生物体信息处理装置10从心电传感器4获取患者的心电信号S(心电数据)。接着，生物体信息处理装置10利用上述压缩方法将获取到的心电信号S压缩。然后，生物体信息处理装置10通过通信将压缩后的心电信号Sc发送到接收侧装置3。此外，后面说明生物体信息处理装置10的内部结构以及更为详细的动作(功能)。
接收侧装置3具有输出装置5以及与该输出装置5电连接的生物体信息解码装置20。
输出装置5例如能够由对解码后的心电信号S进行图像显示的显示装置、打印输出心电信号S的打印装置等装置构成。
生物体信息解码装置20例如能够由个人计算机、便携式通信终端设备、专用的信息处理装置等装置构成。生物体信息解码装置20利用上述扩展以及解码方法对接收到的心电信号S的压缩信号(Sc)进行解码。然后，生物体信息解码装置20将解码后的心电信号S输出到输出装置5。此外，后面说明生物体信息解码装置20的内部结构以及更为详细的动作(功能)。
[生物体信息处理装置]
(1)基本结构例
接着，一边参照图6一边说明生物体信息处理装置10内部的基本结构以及各部的功能。此外，图6是生物体信息处理装置10的内部结构框图。另外，为了简化说明，在图6中主要仅示出与心电信息的压缩处理有关的结构。
生物体信息处理装置10具备压缩模块部11和控制部12。此外，生物体信息处理装置10也可以具备存储部，该存储部存储压缩后的心电信号Sc、后述的重采样比Rn以及后述的正交变换系数X(k)的初始值X0(k)等数据。
压缩模块部11具备峰检测部13、波形截取部14、重采样部15、正交变换部16、差分处理部17、编码部18以及压缩数据输出部19(发送部)。
峰检测部13与心电传感器4(参照图5)相连接，检测从心电传感器4输入的心电信号S的R波的峰P(参照图1)。此外，关于峰检测部13中的检测心电信号S的R波的峰P的方法，利用在以往的信号处理中利用的任意的方法。另外，峰检测部13与波形截取部14相连接，将峰P的检测结果输出到波形截取部14。例如，峰检测部13将在与R波的峰P对应的定时产生脉冲的波形信号作为峰P的检测结果输出到波形截取部14。
波形截取部14与心电传感器4和峰检测部13相连接，基于从峰检测部13输入的心电信号S的R波的峰P的检测结果来截取例如图2所示那样的峰间心电信号dS(n0)(第一峰间生物体信号)。另外，波形截取部14与重采样部15相连接，将截取出的峰间心电信号dS(n0)输出到重采样部15。具体地说，波形截取部14基于从峰检测部13输入的峰检测结果，将从规定时刻的R波的峰P至下一个R波的峰P之间的实际数据(dS(n0))输出到重采样部15。
重采样部15例如利用拉格朗日法、样条函数法等方法将从波形截取部14输入的采样数N0的峰间心电信号dS(n0)变换(重采样)为规定的采样数N(例如N＝512)的峰间心电信号x(n)(第二峰间生物体信号)。另外，重采样部15还计算峰间心电信号dS(n0)的重采样比Rn(＝n0/N)。
重采样部15与正交变换部16相连接，将标准化的峰间心电信号x(n)输出到正交变换部16。另外，重采样部15与压缩数据输出部19相连接，将与输出到正交变换部16的峰间心电信号x(n)对应的重采样比Rn输出到压缩数据输出部19。此外，此时重采样部15也可以代替重采样比Rn而向压缩数据输出部19输出相应的峰间心电信号dS(n0)的采样数N0。
正交变换部16例如利用DCT、MDCT等方法，以规定数量的频带对从重采样部15输入的标准化的峰间心电信号x(n)进行分割并进行正交变换，来生成正交变换系数X(k)(k＝0～N-1)。此外，在本实施方式中，以与该采样数N相同数量的频带对标准化的峰间心电信号x(n)进行分割。另外，正交变换部16与差分处理部17相连接，将生成的正交变换系数X(k)输出到差分处理部17。
差分处理部17生成从正交变换部16输入的正交变换系数X(k)的时间轴上的差分信号dX(k)。另外，差分处理部17与编码部18相连接，将生成的差分信号dX(k)输出到编码部18。并且，差分处理部17与压缩数据输出部19相连接，将在时间轴上最初处理的峰心电信号x(n)的正交变换系数X(k)、即正交变换系数X(k)的初始值X0(k)输出到压缩数据输出部19。此外，在生物体信息解码装置20中，在根据差分信号dX(k)对正交变换系数X(k)进行解码时使用该正交变换系数X(k)的初始值X0(k)。
编码部18对从差分处理部17输入的正交变换系数X(k)的差分信号dX(k)例如实施熵编码处理等规定的编码处理，来对差分信号dX(k)进行编码。另外，编码部18与压缩数据输出部19相连接，将编码后的信号、即压缩后的心电信号Sc输出到压缩数据输出部19。
压缩数据输出部19对从编码部18输入的压缩后的心电信号Sc、从重采样部15输入的重采样比Rn以及从差分处理部17输入的正交变换系数X(k)的初始值X0(k)实施规定的调制来生成发送信号。然后，压缩数据输出部19将生成的发送信号发送到生物体信息解码装置20。此外，此时压缩数据输出部19可以按每个R-R期间向生物体信息解码装置20发送相应的发送信号，也可以将从编码部18输入的压缩后的心电信号Sc的数据存储规定期间后，汇总这些数据并发送到生物体信息解码装置20。
控制部12由控制生物体信息处理装置10的动作整体的例如CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)等运算装置构成。而且，在本实施方式中，控制部12对上述压缩模块部11内的各部的动作、即心电信息的压缩处理的动作进行控制。
(2)变形例
当从压缩数据输出部19向生物体信息解码装置20传送发送信号时，预先规定传送路径的信息传送量，在从压缩数据输出部19输出的发送信号的信息量超过该信息传送量的情况下，优选对标准化的峰间心电信号x(n)的正交变换系数X(k)进一步实施量化处理。
在图7中示出其一例(变形例)。此外，图7是变形例的生物体信息处理装置30的概要结构框图。另外，在图7所示的生物体信息处理装置30中，对与图6所示的上述实施方式(基本结构例)的生物体信息处理装置10相同的结构附加相同的附图标记来表示。
如通过图7与图6的比较所明确那样，该例的生物体信息处理装置30的结构是以下结构：在上述实施方式的生物体信息处理装置10中，在正交变换部16与差分处理部17之间设置有量化部32。在该例中，除压缩模块部31内的量化部32以外的结构与上述实施方式的生物体信息处理装置10的对应的结构相同。
量化部32将从正交变换部16输入的正交变换系数X(k)量化(四舍五入)，变换为以规定的量化步长规定的离散的整数值。即，量化部32对从正交变换部16输入的正交变换系数X(k)进一步进行离散化来减少其数据量。
如上所述，在该例的结构中，能够利用量化部32进一步减少发送信号的数据量，因此在预先规定信息传送量的系统中，也能够容易地将心电信息从压缩数据输出部19发送到生物体信息解码装置20。
此外，在图7所示的例子中，说明了对正交变换系数X(k)实施量化处理的例子，但本发明并不限定于此，也可以对正交变换系数X(k)的差分信号dX(k)实施量化处理。在该情况下，量化部32设置在差分处理部17与编码部18之间。另外，在差分处理部17中例如利用ADPCM等方法计算差分信号dX(k)的情况下，在差分处理部17内实质上进行量化处理，因此也可以不设置量化部32。
在上述实施方式和上述变形例中，可以用硬件构成压缩模块部内的各部，来实现上述心电信息的压缩处理，但也可以用规定的压缩处理程序(软件)执行上述心电信息的压缩处理。在该情况下，在生物体信息处理装置内的未图示的例如ROM(Read Only Memory：只读存储器)等存储部中存储压缩处理程序。而且，在执行压缩处理时，控制部12向未图示的RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)读出(展开)压缩处理程序来实施上述心电信息的压缩处理。
另外，在使用压缩处理程序的情况下，既可以设为将压缩处理程序预先安装于存储部的结构，也可以设为从外部通过另外的途径对生物体信息处理装置安装压缩处理程序来执行上述压缩处理的结构。在后者的情况下，既可以设为从光盘、半导体存储器等介质发布压缩处理程序的结构，也可以设为经由因特网等传送单元进行下载的结构。
[生物体信息解码装置]
接着，一边参照图8一边说明生物体信息解码装置20的内部结构以及各部的功能。此外，图8是生物体信息解码装置20的内部结构框图。另外，为了简化说明，在图8中主要仅示出与心电信息的扩展以及解码处理有关的结构。
生物体信息解码装置20具备解码模块部21和控制部22。此外，生物体信息解码装置20也可以具备存储部，该存储部存储从生物体信息处理装置10发送的压缩后的心电信号Sc、重采样比Rn以及正交变换系数X(k)的初始值X0(k)等数据。
解码模块部21具备压缩数据输入部23(接收部)、解码部24、差分解码部25、逆正交变换部26以及重采样部27。
压缩数据输入部23接收从生物体信息处理装置10(压缩数据输出部19)发送的压缩后的心电信号Sc、重采样比Rn以及正交变换系数X(k)的初始X0(k)的数据，并对该接收信号进行解调。
压缩数据输入部23与解码部24相连接，将解调后的心电信号S的压缩数据(Sc)输出的解码部24。另外，压缩数据输入部23与重采样部27相连接，将解调后的重采样比Rn的数据输出到重采样部27。并且，压缩数据输入部23与差分解码部25相连接，将解调后的正交变换系数X(k)的初始值X0(k)输出到差分解码部25。
解码部24对从压缩数据输入部23输入的压缩后的心电信号Sc实施规定的解码处理，对正交变换系数X(k)(k＝0～N-1)的时间轴上的差分信号dX(k)进行解码。此外，此时解码部24利用与压缩心电信号S时使用的编码方法对应的解码方法对差分信号dX(k)进行解码。另外，解码部24与差分解码部25相连接，将解码后的差分信号dX(k)输出到差分解码部25。
差分解码部25基于从解码部24输入的差分信号dX(k)的时间序列数据和从压缩数据输入部23输入的正交变换系数X(k)的初始值X0(k)来计算正交变换系数X(k)。此外，此时差分解码部25利用与压缩心电信号S时使用的差分信号dX(k)的计算方法对应的解码方法对正交变换系数X(k)进行解码。另外，差分解码部25与逆正交变换部26相连接，将计算出的正交变换系数X(k)输出到逆正交变换部26。
逆正交变换部26对从差分解码部25输入的正交变换系数X(k)实施规定的逆正交变换处理，将正交变换系数X(k)(频率区域的信号)变换为标准化的峰间心电信号x(n)(时间区域的信号)。此外，此时逆正交变换部26利用与压缩心电信号S时使用的正交变换方法对应的逆正交变换方法来计算峰间心电信号x(n)。另外，逆正交变换部26与重采样部27相连接，将标准化的峰间心电信号x(n)输出到重采样部27。
重采样部27基于从逆正交变换部26输入的标准化的峰间心电信号x(n)和从压缩数据输入部23输入的与该峰间心电信号x(n)对应的R-R期间的重采样比Rn(＝n0/N)，以采样数N0对该峰间心电信号x(n)进行重采样，来对相应的峰间心电信号dS(n0)(实际数据)进行解码。另外，重采样部27与输出装置5相连接，将解码后的峰间心电信号dS(n0)依次输出到输出装置5。由此，解码后的心电信号S从生物体信息解码装置20被输出到输出装置5。
此外，在上述实施方式中，可以用硬件构成解码模块部21内的各部来实现上述心电信息的解码处理，但也可以用规定的解码处理程序(软件)来执行上述心电信息的解码处理。在该情况下，在生物体信息解码装置20内的未图示的例如ROM等存储部中存储解码处理程序。而且，在执行解码处理时，控制部22向未图示的RAM读出(展开)解码处理程序来实施上述心电信息的解码处理。
另外，在使用解码处理程序的情况下，既可以设为将解码处理程序预先安装于存储部的结构，也可以设为从外部通过其他途径对生物体信息解码装置20安装解码处理程序并执行上述解码处理的结构。在后者的情况下，既可以设为从光盘、半导体存储器等介质发布解码处理程序的结构，也可以设为经由因特网等传送单元进行下载的结构。
<3.生物体信息处理系统的动作例>
[压缩动作]
接着，一边参照图9一边简单地说明本实施方式的生物体信息处理系统1(生物体信息处理装置10)的心电信息的压缩处理动作。此外，图9是表示在生物体信息处理装置10中进行的心电信息的压缩处理动作的过程的流程图。
此外，在本实施方式中，在用硬件构成生物体信息处理装置10内的压缩模块部11的情况下，控制部12控制压缩模块部11内的各部来执行以下说明的心电信息的压缩动作。另外，在使用压缩处理程序执行以下说明的心电信息的压缩动作的情况下，控制部12向RAM(未图示)读出压缩处理程序来执行压缩动作。
在心电信息的压缩动作中，首先，如图9所示，生物体信息处理装置10从心电传感器4获取心电信号S(步骤S1)。接着，生物体信息处理装置10检测所获取到的心电信号S的R波的峰P(步骤S2)。接着，生物体信息处理装置10基于步骤S2中的心电信号S的R波的峰P的检测结果从心电信号S截取峰间心电信号dS(n0)(步骤S3)。
接着，生物体信息处理装置10例如利用拉格朗日法、样条函数法等方法，以规定的采样数N对截取出的峰间心电信号dS(n0)进行重采样(步骤S4)。通过该重采样处理，能够生成标准化的峰间心电信号x(n)，去除在心电信号S的实际数据中产生的R波的峰位置的波动(R-R期间的波动)。
接着，生物体信息处理装置10例如利用DCT、MDCT等方法将标准化的峰间心电信号x(n)分割为与该采样数N相同数量的频带来进行正交变换(步骤S5)。在本实施方式中，在标准化的峰间心电信号x(n)中去除了在心电信号S的实际数据中产生的R波的峰位置的波动(R-R期间的波动)，因此如在图4中所说明那样，在步骤S5中生成的正交变换系数X(k)的值相对于时间连续且缓慢地变动。
接着，生物体信息处理装置10生成正交变换系数X(k)的时间轴上的差分信号dX(k)(步骤S6)。通过该差分处理来生成能够容易地以更高的压缩率进行压缩的数据形式的差分信号dX(k)的时间序列数据。接着，生物体信息处理装置10例如利用熵编码方法等以往已知的编码方法对差分信号dX(k)进行编码(步骤S7)。
在本实施方式中，以这种方式压缩心电信息(心电信号S)。然后，生物体信息处理装置10将如上述那样生成的心电信号S的压缩数据(Sc)、每个R-R期间的峰间心电信号dS(n0)的重采样比Rn以及正交变换系数X(k)的初始值X0(k)发送到生物体信息解码装置20。
此外，在具备如图7所示的量化部32的生物体信息处理装置30(变形例)中，在上述步骤S5与上述步骤S6之间或者上述步骤S6与上述步骤S7之间进行量化处理。具体地说，生物体信息处理装置30对在步骤S5中生成的正交变换系数X(k)或者在步骤S6中生成的差分信号dX(k)实施量化处理。
[扩展以及解码动作]
接着，一边参照图10一边简单地说明本实施方式的生物体信息处理系统1(生物体信息解码装置20)的心电信息的扩展以及解码处理动作。此外，图10是表示在生物体信息解码装置20中进行的心电信息的扩展以及解码处理动作的过程的流程图。
此外，在本实施方式中，在用硬件构成生物体信息解码装置20内的解码模块部21的情况下，控制部22控制解码模块部21内的各部来执行以下说明的心电信息的扩展以及解码动作。另外，在使用解码处理程序执行以下说明的心电信息的扩展以及解码动作的情况下，控制部22向RAM(未图示)读出解码处理程序并执行扩展以及解码动作。
在心电信息的扩展以及解码动作中，首先，如图10所示，生物体信息解码装置20接收从生物体信息处理装置10发送来的发送信号并对该接收信号进行解调。由此，生物体信息解码装置20获取心电信号S的压缩数据(Sc)、每个R-R期间的峰间心电信号dS(n0)的重采样比Rn以及正交变换系数X(k)的初始值X0(k)(步骤S11)。
接着，生物体信息解码装置20对心电信号S的压缩数据(Sc)实施规定的解码处理，生成正交变换系数X(k)的差分信号dX(k)(步骤S12)。此外，此时利用与压缩心电信号S时使用的编码方法对应的解码方法对心电信号S的压缩数据(Sc)进行解码。例如，在压缩心电信号S时使用了熵编码方法的情况下，生物体信息解码装置20使用熵解码方法来对压缩数据进行解码。
接着，生物体信息解码装置20基于在步骤S12中生成的差分信号dX(k)的时间序列数据和在步骤S11中获取到的正交变换系数X(k)的初始值X0(k)来实施规定的差分解码处理，计算正交变换系数X(k)(步骤S13)。此外，此时生物体信息解码装置20利用与压缩心电信号S时使用的差分方法对应的差分解码方法来计算正交变换系数X(k)。例如，在压缩心电信号S时利用ADPCM生成差分信号dX(k)的情况下，生物体信息解码装置20利用ADPCM对正交变换系数X(k)进行解码。
接着，生物体信息解码装置20对正交变换系数X(k)实施规定的逆正交变换处理，将正交变换系数X(k)(频率区域的信号)变换为标准化的峰间心电信号x(n)(时间区域的信号)(步骤S14)。此外，此时生物体信息解码装置20利用与压缩心电信号S时使用的正交变换方法对应的逆正交变换方法来计算标准化的峰间心电信号x(n)。例如，在压缩心电信号S时利用MDCT生成正交变换系数X(k)的情况下，生物体信息解码装置20利用IMDCT将正交变换系数X(k)变换为峰间心电信号x(n)。
然后，生物体信息解码装置20基于在步骤S11中获取到的峰间心电信号dS(n0)的重采样比Rn，以实际数据的采样数N0对标准化的峰间心电信号x(n)进行重采样(步骤S15)。由此，解码出峰间心电信号dS(n0)(实际数据)。
之后，将峰间心电信号dS(n0)按时间序列顺序进行合成，解码出心电信号S。在本实施方式中，以这种方式对心电信息(心电信号S)进行解码。
如上所述，在本实施方式中，将峰间心电信号的实际数据(dS(n0))标准化来去除在心电信号S的实际数据中产生的R波的峰位置的波动(R-R期间的波动)。然后，进一步对标准化的峰间心电信号x(n)的正交变换系数X(k)的差分信号(d)实施编码处理，来压缩心电信号S。因此，在本实施方式的生物体信息处理装置10和生物体信息处理系统1中，能够以更高的压缩率压缩生物体信息。
此外，在上述实施方式中，以通过通信来在生物体信息处理装置10与生物体信息解码装置20之间传送心电信号S的压缩数据(Sc)的系统为例进行了说明，但本发明并不限定于此。
例如，本发明还能够应用于如下结构的生物体信息处理系统且能够获得相同的效果，在该系统中将生物体信息处理装置10与生物体信息解码装置20一体设置，不对心电信号S的压缩数据(Sc)进行调制而将压缩数据(Sc)直接从生物体信息处理装置10传送到生物体信息解码装置20。在该情况下，例如用I/O(Input/Output：输入/输出)接口构成生物体信息处理装置10的压缩数据输出部19和生物体信息解码装置20的压缩数据输入部23并将二者直接电连接即可。
另外，也可以设为以下结构：例如代替在生物体信息处理装置10中设置压缩数据输出部19而在生物体信息处理装置10中设置存储部，不将压缩后的心电信号Sc、峰间心电信号dS(n0)的重采样比Rn以及正交变换系数X(k)的初始值X0(k)的数据传送到外部，而是存储到该存储部。
附图标记说明
1：生物体信息处理系统；2：发送侧装置；3：接收侧装置；4：心电传感器；5：输出装置；10：生物体信息处理装置；11：压缩模块部；12：控制部；13：峰检测部；14：波形截取部；15：重采样部；16：正交变换部；17：差分处理部；18：编码部；19：压缩数据输出部；20：生物体信息解码装置；21：解码模块部；22：控制部；23：压缩数据输入部；24：解码部；25：差分解码部；26：逆正交变换部；27：重采样部。

Claims (15)

1.一种生物体信息处理装置，具备：
峰检测部，其检测在心动周期内产生的生物体信号的峰；
波形截取部，其基于上述峰检测部的检测结果来截取在上述生物体信号的时间轴上相邻的两个上述峰之间的第一峰间生物体信号；
重采样部，其将上述第一峰间生物体信号变换为规定的采样数的第二峰间生物体信号；
正交变换部，其对上述第二峰间生物体信号进行正交变换来生成正交变换系数；
差分处理部，其生成时间轴上的上述正交变换系数的差分信号；以及
编码部，其对上述差分信号进行编码。
2.根据权利要求1所述的生物体信息处理装置，其特征在于，
还具备发送部，该发送部将在上述编码部中进行编码所得到的信号发送到外部装置。
3.根据权利要求1或2所述的生物体信息处理装置，其特征在于，
还具备量化部，该量化部将上述正交变换系数或者上述差分信号量化。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的生物体信息处理装置，其特征在于，
上述生物体信号的峰是心电信号的R波的峰。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的生物体信息处理装置，其特征在于，
由上述波形截取部截取的上述第一峰间生物体信号的采样数与进行截取的时间段相应地发生变化。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的生物体信息处理装置，其特征在于，
上述重采样部利用拉格朗日法或者样条函数法将上述第一峰间生物体信号变换为上述规定的采样数的上述第二峰间生物体信号。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的生物体信息处理装置，其特征在于，
上述重采样部计算上述第一峰间生物体信号的重采样比。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的生物体信息处理装置，其特征在于，
上述正交变换部使用DCT、MDCT、LOT以及WHT中的任一种方法将上述第二峰间生物体信号分割为规定数量的频带来进行正交变换，由此生成上述正交变换系数。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的生物体信息处理装置，其特征在于，
上述差分处理部生成规定时刻的上述正交变换系数与时间轴上比该规定时刻早一次采样的时刻或者比该规定时刻晚一次采样的时刻的上述正交变换系数的差值，来作为上述差分信号。
10.根据权利要求1～8中的任一项所述的生物体信息处理装置，其特征在于，
上述差分处理部计算规定时刻的上述正交变换系数与时间轴上比该规定时刻早一次采样的时刻或者比该规定时刻晚一次采样的时刻的上述正交变换系数的差值，利用DPCM或者ADPCM的方法对该差值进行编码，生成进行该编码所得到的信号作为上述差分信号。
11.一种生物体信息处理装置，具备控制部，该控制部控制以下处理的动作：
检测在心动周期内产生的生物体信号的峰；基于上述峰的检测结果来截取在上述生物体信号的时间轴上相邻的两个上述峰之间的第一峰间生物体信号；将上述第一峰间生物体信号变换为规定的采样数的第二峰间生物体信号；对上述第二峰间生物体信号进行正交变换来生成正交变换系数；生成时间轴上的上述正交变换系数的差分信号；以及对上述差分信号进行编码。
12.一种生物体信息处理系统，具备生物体信息处理装置和生物体信息解码装置，
其中，该生物体信息处理装置具有：峰检测部，其检测在心动周期内产生的生物体信号的峰；波形截取部，其基于上述峰检测部的检测结果来截取在上述生物体信号的时间轴上相邻的两个上述峰之间的第一峰间生物体信号；重采样部，其将上述第一峰间生物体信号变换为规定的采样数的第二峰间生物体信号；正交变换部，其对上述第二峰间生物体信号进行正交变换来生成正交变换系数；差分处理部，其生成时间轴上的上述正交变换系数的差分信号；以及编码部，其对上述差分信号进行编码，
该生物体信息解码装置从在上述编码部中进行编码所得到的信号中解码出上述生物体信号。
13.根据权利要求12所述的生物体信息处理系统，其特征在于，
上述生物体信息处理装置还具有发送部，该发送部将在上述编码部中进行编码所得到的信号发送到上述生物体信息解码装置，
上述生物体信息解码装置具有接收部，该接收部接收从上述生物体信息处理装置发送的上述进行编码所得到的信号。
14.一种生物体信息的压缩方法，包括以下步骤：
检测在心动周期内产生的生物体信号的峰；
基于上述峰的检测结果来截取在上述生物体信号的时间轴上相邻的两个上述峰之间的第一峰间生物体信号；
将上述第一峰间生物体信号变换为规定的采样数的第二峰间生物体信号；
对上述第二峰间生物体信号进行正交变换来生成正交变换系数；
生成时间轴上的上述正交变换系数的差分信号；以及
对上述差分信号进行编码。
15.一种生物体信息的压缩处理程序，安装于生物体信息处理装置并使该生物体信息处理装置执行以下处理：
检测在心动周期内产生的生物体信号的峰；
基于上述峰的检测结果来截取在上述生物体信号的时间轴上相邻的两个上述峰之间的第一峰间生物体信号；
将上述第一峰间生物体信号变换为规定的采样数的第二峰间生物体信号；
对上述第二峰间生物体信号进行正交变换来生成正交变换系数；
生成时间轴上的上述正交变换系数的差分信号；以及
对上述差分信号进行编码。
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