JP2009273539A - Method for extracting state variation from imaging data, system for visualizing state variation, and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空間的または平面的に配置された観測点で時系列に測定されたイメージングデータ処理方法、および、コンピュータプログラムに関する。より詳しくは、測定された信号を利用して、被測定物の定常状態からの状態変化点を抽出したり、状態変化の様子を可視化したりするデータ処理方法、および、コンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a method for processing imaging data measured in time series at observation points arranged spatially or planarly, and a computer program. More specifically, the present invention relates to a data processing method for extracting a state change point from a steady state of an object to be measured or visualizing a state change state using a measured signal, and a computer program.
従来から、解析対象の生体や工場内のシステムなどの被測定物から、空間的または平面的に配置された複数の観測点で時系列に測定された信号を解析し、被測定物中の状態変化が生じた点(部位、位置など)を抽出する手段や、各点間の関係性などを解析する手段がある。例えば、相互相関解析や回帰分析などを利用し、生体の臓器の任意の部位から時系列に測定した膜電位イメージングデータ、機能的磁気共鳴画像データ、脳波、筋電図、近赤外線スペクトロスコピーなどを解析して、被測定物における賦活部位の抽出や、各部位間の関係性などを解析する手段などが知られている。 Conventionally, signals measured in time series at multiple observation points arranged spatially or planarly from an object to be analyzed such as a living body to be analyzed or a system in a factory are analyzed, and the state in the object to be measured There are means for extracting points (parts, positions, etc.) where changes have occurred, and means for analyzing the relationship between the points. For example, using cross-correlation analysis or regression analysis, membrane potential imaging data, functional magnetic resonance image data, electroencephalogram, electromyogram, near-infrared spectroscopy, etc. measured in time series from any part of a living organ Means for analyzing and extracting the activation site in the measurement object, the relationship between each site, and the like are known.
相互相関解析は、一般的に以下のような手順で行われる。例えば、被測定物を2次元で捉え、2次元の被測定物上の観測座標(観測部位、観測位置など)を(i、j)とし、当該座標において時系列に測定されたデータをxt、測定データxtとの相関性を調べる時系列の参照データをytとすると、相関係数は以下の式で定義される。
分子は、2変数の共分散であり、分母は各変数の標準偏差である。当該式を利用して、例えば、参照データytを、2次元で捉えた被測定物上の座標(i´、j´)において時系列に測定されたデータとすると、2次元で捉えた被測定物上の座標(i、j)で特定される点(部位、位置など)と、座標(i´、j´)で特定される点(部位、位置など)の相関性を評価することができる。または、例えば、参照データytを、被測定物への入力または被測定物からの出力に関する時系列の信号データとすると、参照データytと相関の強い測定データxtが測定された被測定物上の座標(i、j)を特定することで、前記入力・出力に関する信号と相関を持つ点(入力信号・出力信号の影響を受けて状態変化が生じる部位)を特定することができる。 The numerator is a bivariate covariance, and the denominator is the standard deviation of each variable. Using the equation, for example, the reference data y t, the coordinates on the object to be measured captured in two dimensions (i', j') When measured data in time series in, captured by the two-dimensional object Evaluation of the correlation between a point (part, position, etc.) specified by coordinates (i, j) on a measurement object and a point (part, position, etc.) specified by coordinates (i ′, j ′). it can. Or, for example, reference to data y t, the input or when the time series signal data related to the output from the object to be measured, the measured strong measurement data x t correlated with reference data y t is measured to the object to be measured By specifying the coordinates (i, j) on the object, it is possible to specify a point that correlates with the signal related to the input / output (a portion where the state change is affected by the input signal / output signal).
また、回帰分析を利用して、時系列にデータを測定した点(部位、位置など)の状態変化を探ることができる。具体的には、自己回帰モデルを用いた白色化法などを利用することができる。自己回帰モデルは、ある時刻tにおける測定値ηtを過去のp個の測定値を用いて、線形結合と定数βで表現したものであり、以下の式で定義される。
εtは予測誤差であり、その分散をσt 2とする。観測点(部位、位置など)が定常状態にある時に(状態変化が起きていない時)、パラメータベクトルδ={α1,α2,α3,・・・αp,β, σt 2}を推定することで、その観測点(部位、位置など)の定常線形動力学特性を同定することができる。「数2」の式で特定される自己回帰モデルを測定データxtに適用し、算出した推定値と実測値の差である残差etは、以下の式で定義される。
残差の時系列データetで正規分布より外れている時間帯が、時系列ηtの線形動力学特性と異なる特性が時系列xtに発生した時間帯、すなわち観測点(部位、位置など)に状態変化が生じた時間帯として検知される。時系列に算出した残差データの集合を、状態変化を抽出するために利用する際、残差データのことを「イノベーション」と呼んだりする。 Time zone deviates from the normal distribution in the time-series data e t of the residual is, when the linear kinetics and different characteristics chronological x hours that occurred t series eta t, i.e. the observation point (site, location, etc. ) Is detected as the time zone when the state change occurred. When a set of residual data calculated in time series is used to extract state changes, the residual data is called “innovation”.
以上は、一変量の時系列についてのデータ処理方法について説明したが、多変量の時系列の場合も同様にしてデータを解析することができる。具体的には、変量の数をlとすると、ベクトルXt=(xt 1,xt 2,・・・xt l)と表現され、その係数行列をAi、切片ベクトルをβとすると、残差の時系列データetは、一変量の時系列の時と同様にして、以下の式で定義することができる。
前記は、観測点(部位、位置など)が周囲から受ける影響を考慮した外生変数型自己回帰分析などに応用できる。外生変数型自己回帰分析としては、例えば、観測点(部位、位置など)が近傍のみから受ける影響を考慮した自己回帰モデルとして、NEAREST−NEIGHBORS AUTOREGRESSIVE MODEL WITH EXTERNAL INPUTS(NNARX)などの手法が知られている。これは、観測点(部位、位置など)がl本の時系列があるグリッド上にあり、その近傍の時系列のみから影響を受けると仮定してなされるものである。具体的には、まず、ラプラシアン行列Lは、以下のように定義される。
Iは、l×lの単位行列、Nはl×lの行列であり、グリッド上において観測点(部位、位置など)を示す点lに対して、任意の点mが、点lに影響を及ぼす近傍の点である場合は「Nlm=1」、それ以外の点の場合は「Nlm=0」と定義される。kは、考慮する近傍のグリッドの数である。前記ラプラシアン行列Lを用いて算出されるXtの残差データet´は、以下のように定義することができる(なお、NNARXについては、非特許文献1から3などに詳細が開示されているので、ここでの詳細な説明は省略する。)。
従来から、前記のような手法などを用いて、生体や工場内のシステムなどから、空間的または平面的に配置された観測点で時系列に測定された信号の解析などがなされている。例えば、特許文献1のような、脳波の多次元相関分析方法などが開示されている。
しかしながら、従来の解析方法では、グリッド上の平面的・空間的配置を持つ多変量時系列データにおいて、その動力学的状態の転換を抽出し可視化する方法が確立されていない。すなわち、解析対象の被測定物(生体、工場内のシステムなど)において、状態変化が生じた点(部位、位置など)が時間軸に従いどのように変遷していくかを直観的に把握することは困難であった。 However, the conventional analysis method has not established a method for extracting and visualizing the change of the dynamic state in multivariate time series data having a planar and spatial arrangement on the grid. In other words, intuitively understand how the point (part, position, etc.) where the state change occurred in the measurement target object (biological body, factory system, etc.) changes along the time axis. Was difficult.
また、従来の相互相関解析や回帰分析を利用した解析により、状態変化が生じた点(部位、位置など)や各点間の関係性を統計量として表すことは可能であるが、これらの手法では、データの動力学的性質について評価することはできない。さらに、これらの手法での解析は、参照点や参照関数を定義する必要があり、その選択に任意性が残るという不都合があり、データの信頼度に多少欠ける点があった。 In addition, it is possible to represent the points (parts, positions, etc.) where the state change occurred and the relationship between each point as a statistic by analysis using conventional cross-correlation analysis or regression analysis. Thus, it is not possible to evaluate the dynamic properties of the data. Furthermore, the analysis by these methods requires that reference points and reference functions be defined, and there is an inconvenience that selection remains optional, and data reliability is somewhat lacking.
そこで、本発明では、前記のような不都合を解決することが可能なイメージングデータ処理方法、および、コンピュータプログラムを含んだイメージングデータ処理システムなどを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an imaging data processing method capable of solving the above inconveniences, an imaging data processing system including a computer program, and the like.
上記課題を解決するための手段として、以下のような発明などを提供する。 As means for solving the above problems, the following inventions are provided.
第一発明では、静止状態にある被測定物の各点が発する信号の時間変化を被測定物のイメージングデータと関連付けて記録した時間変化イメージングデータを取得する測定データ取得部と、測定データ取得部が取得した時間変化イメージングデータを複数の領域に区画した解析単位に分割する分割部と、分割された解析単位ごとに変化データを取得する解析単位変化データ取得部と、解析単位ごとに、解析単位変化データ取得部が取得した変化データから定常状態データを抽出する定常状態データ抽出部と、抽出した定常状態データに基づいて解析単位ごとに定常状態モデル関数を生成するモデル関数生成部と、生成した定常状態モデル関数を利用して、解析単位ごとに変化データとの残差データを時系列に算出する残差データ算出部を有するイメージングデータの状態変化抽出方法をもつイメージングデータ処理システムを提供する。 In the first invention, a measurement data acquisition unit for acquiring time-varying imaging data recorded by associating a time change of a signal emitted from each point of the measurement object in a stationary state with the imaging data of the measurement object; and a measurement data acquisition unit The time-varying imaging data acquired by the unit is divided into analysis units divided into multiple regions, the analysis unit change data acquisition unit acquires change data for each divided analysis unit, and the analysis unit for each analysis unit A steady state data extraction unit that extracts steady state data from the change data acquired by the change data acquisition unit, a model function generation unit that generates a steady state model function for each analysis unit based on the extracted steady state data, and Using a steady-state model function, there is a residual data calculator that calculates residual data with change data in time series for each analysis unit Providing imaging data processing system having a state change method for extracting the imaging data.
第二発明では、第一発明を基本とし、さらに、測定データ取得部において取得される繰返測定によって得られた複数セットの時間変化イメージングデータに基づいて残差データ算出部にて算出される複数セットの残差データを用いて、複数の領域に区画された時間変化イメージングデータの区画ごとに定常状態の残差データと他の残差検出時間帯の残差データの差の大きさを統計検定し、検定値を時系列に算出する検定値演算部を有するイメージングデータの状態変化抽出方法をもつイメージングデータ処理システムを提供する。 The second invention is based on the first invention and is further calculated by the residual data calculation unit based on a plurality of sets of time-varying imaging data obtained by repeated measurement acquired by the measurement data acquisition unit. Statistical analysis of the difference between the steady-state residual data and the residual data of other residual detection time zones for each section of time-varying imaging data partitioned into multiple regions using a set of residual data An imaging data processing system having an imaging data state change extraction method having a test value calculation unit for calculating test values in time series is provided.
第三発明では、第二発明を基本とし、さらに、時系列に算出した検定値を、被測定物のイメージングデータ上に時系列にマッピングする検定値マッピング部を有するイメージングデータの状態変化抽出方法をもつイメージングデータ処理システムを提供する。 The third invention is based on the second invention, and further includes an imaging data state change extraction method having a test value mapping unit that maps the test values calculated in time series onto the imaging data of the object to be measured. An imaging data processing system is provided.
第四発明では、静止状態にある被測定物の各点が発する信号の時間変化を被測定物のイメージングデータと関連付けて記録した時間変化イメージングデータを取得する測定データ取得ステップと、測定データ取得ステップで取得した時間変化イメージングデータを複数の領域に区画した解析単位に分割する分割ステップと、分割された解析単位ごとに変化データを取得する解析単位変化データ取得ステップと、解析単位ごとに、解析単位変化データ取得ステップが取得した変化データから定常状態データを抽出する定常状態データ抽出ステップと、抽出した定常状態データに基づいて解析単位ごとに定常状態モデル関数を生成するモデル関数生成ステップと、生成した定常状態モデル関数を利用して、解析単位ごとに変化データとの残差データを時系列に算出する残差データ算出ステップ有するイメージングデータの状態変化抽出方法をもつイメージングデータ処理システムの動作方法を提供する。 In the fourth invention, a measurement data acquisition step for acquiring time-varying imaging data recorded by associating a time change of a signal emitted from each point of the measurement object in a stationary state with the imaging data of the measurement object; and a measurement data acquisition step A step for dividing the time-varying imaging data acquired in step 1 into analysis units divided into multiple regions, an analysis unit change data acquisition step for obtaining change data for each divided analysis unit, and an analysis unit for each analysis unit A steady state data extraction step for extracting steady state data from the change data acquired by the change data acquisition step, a model function generation step for generating a steady state model function for each analysis unit based on the extracted steady state data, and Residual data with change data for each analysis unit using steady state model functions It provides an operating method of an imaging data processing system having a state change detection method for imaging data with residual data calculating step of calculating the time series.
第五発明では、第四発明を基本とし、さらに、測定データ取得ステップにおいて取得される繰返測定によって得られた複数セットの時間変化イメージングデータに基づいて残差データ算出ステップにて算出される複数セットの残差データを用いて、複数の領域に区画された時間変化イメージングデータの区画ごとに定常状態の残差データと他の残差検出時間帯の残差データの差の大きさを統計検定し、検定値を時系列に算出する検定値演算ステップを有するイメージングデータの状態変化抽出方法をもつイメージングデータ処理システムの動作方法を提供する。 The fifth invention is based on the fourth invention and is further calculated in the residual data calculation step based on a plurality of sets of time-varying imaging data obtained by repeated measurement acquired in the measurement data acquisition step. Statistical analysis of the difference between the steady-state residual data and the residual data of other residual detection time zones for each section of time-varying imaging data partitioned into multiple regions using a set of residual data And a method of operating an imaging data processing system having a method for extracting changes in state of imaging data having a test value calculation step for calculating test values in time series.
第六発明では、第五発明を基本とし、さらに、時系列に算出した検定値を、被測定物のイメージングデータ上に時系列にマッピングする検定値マッピングステップを有するイメージングデータの状態変化抽出方法をもつイメージングデータ処理システムの動作方法を提供する。 According to a sixth aspect of the invention, there is provided an imaging data state change extraction method based on the fifth aspect, further comprising a test value mapping step of mapping the test value calculated in time series onto the imaging data of the object to be measured. A method for operating an imaging data processing system is provided.
本発明のイメージングデータ処理システムを用いたデータ処理方法により、被測定物(生体、工場内のシステムなど)における状態変化が生じた点(部位、位置など)を、時系列に抽出することができる。また、状態変化が生じた点(部位、位置など)がどのように変遷していくかを直観的に把握することができるようになる。 By the data processing method using the imaging data processing system of the present invention, it is possible to extract points (parts, positions, etc.) where a state change has occurred in an object to be measured (biological body, factory system, etc.) in time series. . In addition, it becomes possible to intuitively understand how the point (part, position, etc.) where the state change occurs changes.
また、本発明では、従来技術のように、任意に定める参照点を用いないので、状態変化点の抽出の信頼性が高くなる。さらに、複数回測定した複数のデータを用いてデータ処理を行うことが可能であるので、測定回数を増やすほどその信頼度を高くすることが可能である。 Further, according to the present invention, unlike the prior art, since the arbitrarily determined reference point is not used, the reliability of the state change point extraction is increased. Furthermore, since data processing can be performed using a plurality of data measured a plurality of times, the reliability can be increased as the number of measurements is increased.
さらに、本発明は、被測定物から空間的または平面的に配置された観測点で時系列に測定されたあらゆるデータに対して適用可能であるので、様々な用途での利用が期待される。 Furthermore, since the present invention can be applied to any data measured in time series from observation points arranged spatially or planarly from the object to be measured, it is expected to be used in various applications.
また、本発明は、加算平均法によらず、各々の測定ごとに計算した残差をすべての測定を通して統計検定を行うので、動力学的状態の変化を信頼度として評価することができる。 Further, according to the present invention, a statistical test is performed on all the residuals calculated for each measurement without using the averaging method, so that the change in the dynamic state can be evaluated as the reliability.
さらに、本発明は、振幅情報で生体活動を検知できないデータでも、その生体活動をデータの時間軸上の動力学的状態変化点として検出することができる。 Furthermore, the present invention can detect the biological activity as a dynamic state change point on the time axis of the data even if the data cannot detect the biological activity based on the amplitude information.
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施しうる。
<本実施形態の概要>
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these embodiment at all, and can be implemented with various aspects in the range which does not deviate from the summary.
<Outline of this embodiment>
本発明のイメージングデータ処理システムを用いたデータ処理方法は、被測定物(例、心臓、脳、工場内のシステム、など)から任意の事象(例:呼吸、外的ストレス、爆音など)が生じた際の時間変化イメージングデータ(例:膜電位イメージングデータ、サーモグラフィー、など)を1回以上測定したデータを取得すると、当該データを利用して、被測定物の各点(部位、位置など)の状態変化を時系列に抽出することができる。また、図1に示すように、任意の事象により生じた、被測定物の各点(部位、位置など)の状態変化の変遷を直観的に把握することができるようにマッピング表示することを特徴とする。
<本実施形態の機能的構成>
In the data processing method using the imaging data processing system of the present invention, an arbitrary event (eg, breathing, external stress, explosive sound, etc.) occurs from an object to be measured (eg, heart, brain, factory system, etc.). When data obtained by measuring time-varying imaging data (eg, membrane potential imaging data, thermography, etc.) at least once is acquired, each point (part, position, etc.) of the object to be measured is used by using the data. State changes can be extracted in time series. In addition, as shown in FIG. 1, the mapping is displayed so that the state change of each point (part, position, etc.) of the measured object caused by an arbitrary event can be intuitively grasped. And
<Functional configuration of this embodiment>
本実施形態のイメージングデータ処理システムの機能ブロックの一例を図2に示す。図2に示すように、本実施形態の「イメージングデータ処理システム」(0200)は、「測定データ取得部」(0201)と、「分割部」(0202)と、「解析単位変化データ取得部」(0203)と、「定常状態データ抽出部」(0204)と、「モデル関数生成部」(0205)と、「残差データ算出部」(0206)を有する。また、「検定値演算部」(0207)を有してもよい。さらに、「検定値マッピング部」(0208)を有してもよい。 An example of functional blocks of the imaging data processing system of this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the “imaging data processing system” (0200) of the present embodiment includes a “measurement data acquisition unit” (0201), a “division unit” (0202), and an “analysis unit change data acquisition unit”. (0203), “steady state data extraction unit” (0204), “model function generation unit” (0205), and “residual data calculation unit” (0206). Moreover, you may have a "test value calculation part" (0207). Furthermore, you may have a "test value mapping part" (0208).
ここで、本装置の機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの両方として実現され得る。具体的には、コンピュータを利用するものであれば、CPUやRAM、バス、あるいは二次記憶装置(ハードディスクや不揮発性メモリ、CD−ROMやDVD−ROMなどの記憶メディアとそれらメディアの読取ドライブなど)、印刷機器や表示装置、その他の外部周辺装置などのハードウェア構成部やその外部周辺機器用のI/Oポート、それらハードウェアを制御するためのドライバプログラムやその他アプリケーションプログラム、情報入力に利用されるユーザインターフェイスなどが挙げられる。 Here, the functional blocks of the apparatus may be realized as hardware, software, or both hardware and software. Specifically, if a computer is used, a CPU, a RAM, a bus, or a secondary storage device (a storage medium such as a hard disk, a non-volatile memory, a CD-ROM or a DVD-ROM, and a read drive for the medium) ), Hardware components such as printing devices, display devices, and other external peripheral devices, I / O ports for the external peripheral devices, driver programs for controlling these hardware, other application programs, and information input User interface.
またこれらハードウェアやソフトウェアは、RAM上に展開したプログラムをCPUで演算処理したり、メモリやハードディスク上に保持されているデータや、インターフェイスを介して入力されたデータなどを加工、蓄積、出力処理したり、あるいは各ハードウェア構成部の制御を行ったりするために利用される。また、この発明は装置として実現できるのみでなく、方法としても実現可能である。また、このような発明の一部をソフトウェアとして構成することができる。さらに、そのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品、および同製品を記憶媒体に固定した記憶媒体も、当然にこの発明の技術的な範囲に含まれる(本明細書の全体を通じて同様である)。 In addition, these hardware and software processes the programs developed on the RAM with the CPU, and processes, stores, and outputs data stored on the memory and hard disk, and data input via the interface. Or used to control each hardware component. The present invention can be realized not only as an apparatus but also as a method. A part of the invention can be configured as software. Further, a software product used for causing a computer to execute such software, and a storage medium in which the product is fixed to a storage medium are naturally included in the technical scope of the present invention (the same applies throughout this specification). Is).
以下、本実施形態の「イメージングデータ処理システム」(0200)の、「測定データ取得部」(0201)と、「分割部」(0202)と、「解析単位変化データ取得部」(0203)と、「定常状態データ抽出部」(0204)と、「モデル関数生成部」(0205)と、「残差データ算出部」(0206)と、「検定値演算部」(0207)と、「検定値マッピング部」(0208)の機能的構成について詳細に説明する。 Hereinafter, the “measurement data acquisition unit” (0201), “dividing unit” (0202), “analysis unit change data acquisition unit” (0203) of the “imaging data processing system” (0202) of the present embodiment, “Steady state data extraction unit” (0204), “Model function generation unit” (0205), “Residual data calculation unit” (0206), “Test value calculation unit” (0207), “Test value mapping” The functional configuration of the “part” (0208) will be described in detail.
「測定データ取得部」(0201)は、静止状態にある被測定物の各点が発する信号の時間変化を被測定物のイメージングデータと関連付けて記録した時間変化イメージングデータを取得するよう構成されている。ここで、「被測定物」は、脳、心臓、肺などの生体中の臓器の他、工場内のシステムなど、空間的または平面的に配置された観測点で時系列に信号を計測可能なあらゆるものが該当する。被測定物の「各点」とは、脳、心臓などの被測定物を任意に平面的または空間的にグリッド上に区画した際の各区画に位置する部位や、工場内のシステムなどの被測定物を任意に平面的または空間的にグリッド上に区画した際の各区画の位置などが該当する。「静止状態にある被測定物」とは、時間変化イメージングデータを測定可能な状態におかれた被測定物と同等の意味である。すなわち、被測定物が脳、心臓など生体の臓器の場合には、生きた状態の被測定物を、測定装置下に留置または固定した状態をさす。また、工場内のシステムなどの場合には、システム内の機器などの配置を固定した状態をさす。「被測定物の各点が発する信号」とは、被測定物から時系列に測定可能なあらゆるデータが該当し、例えば、生体から測定可能な膜電位、筋電位、脳波などの電気信号や、工場内のシステムの温度などが該当する。「時間変化イメージングデータ」とは、前記のような被測定物をイメージングデータ(被測定物を任意の構図で捉えた画像)上で平面的または空間的なグリッド上に区画し、各区画に対応する被測定物上の点(部位、位置など)から測定された信号の時間変化データを、イメージングデータ上の各区画と関連付けて記録したデータのことである。 The “measurement data acquisition unit” (0201) is configured to acquire time-varying imaging data recorded by associating a temporal change of a signal emitted from each point of the measurement object in a stationary state with the imaging data of the measurement object. Yes. Here, the “measurement object” can measure signals in time series at observation points arranged in space or in a plane, such as a system in a factory, in addition to an organ in a living body such as a brain, heart, or lung. Everything is applicable. “Each point” of an object to be measured refers to a part located in each section when an object to be measured such as a brain or heart is arbitrarily or planarly or spatially partitioned on a grid, or a system such as a system in a factory. This corresponds to the position of each section when the measurement object is arbitrarily divided on the grid in a planar or spatial manner. The “measurement object in a stationary state” has the same meaning as the measurement object placed in a state where time-varying imaging data can be measured. That is, when the object to be measured is a living organ such as a brain or a heart, it means a state in which the object to be measured is placed or fixed under the measuring apparatus. Further, in the case of a system in a factory, it means a state in which the arrangement of devices in the system is fixed. `` Signal emitted from each point of the object to be measured '' refers to any data that can be measured in time series from the object to be measured, for example, electrical signals such as membrane potential, myoelectric potential, and electroencephalogram that can be measured from a living body, This applies to the temperature of the system in the factory. “Time-varying imaging data” means that the object to be measured as described above is partitioned on a planar or spatial grid on the imaging data (an image of the object to be measured in an arbitrary composition) and corresponds to each section This is data recorded by associating time-change data of a signal measured from a point (part, position, etc.) on an object to be measured in association with each section on imaging data.
ここで、「時間変化イメージングデータ」を測定する手段としては以下のような手段が考えられる。例えば、生体の臓器などを被測定物とする場合には、膜電位感受性色素を用いて、被測定物の各部位が発する光をCCDカメラにより複数の静止イメージで撮影する手段などが考えられる。膜電位感受性色素とは、色素を塗布した点(部位)の膜電位の変化に応じて、吸光度や蛍光強度が変化する特徴を有した色素である。すなわち、当該色素を塗布した被測定物の静止イメージをCCDカメラで所定時間おきに複数撮影し、被測定物の各点(部位)に塗布された前記色素の光量変化を記録することで、被測定物の各点(部位)が発する信号の時間変化(膜電位の時間変化)を記録することができる。このような膜電位感受性色素としては、styryl系化合物、cyanine系化合物、oxonol系化合物、rhodamine誘導体など多種存在するが、測定部位や測定条件などを考慮して使い分けることができる。かかる場合、被測定物の各点が発する信号の時間変化を関連付ける被測定物のイメージングデータとして、CCDカメラにより撮影された被測定物の静止イメージを利用することで、容易に、各点が発する信号の時間変化を被測定物のイメージングデータと関連付けて記録することができる。 Here, as the means for measuring the “time-varying imaging data”, the following means can be considered. For example, when a biological organ or the like is used as a measurement object, a means for photographing a light emitted from each part of the measurement object with a CCD camera as a plurality of still images using a membrane potential sensitive dye can be considered. The membrane potential sensitive dye is a dye having a characteristic that the absorbance and the fluorescence intensity change in accordance with the change in the membrane potential at the point (part) where the dye is applied. That is, a plurality of still images of the object to be measured coated with the dye are photographed every predetermined time with a CCD camera, and the change in the amount of light of the dye applied to each point (part) of the object to be measured is recorded. It is possible to record a time change (a time change of membrane potential) of a signal emitted from each point (part) of the measurement object. As such a membrane potential sensitive dye, there are various types such as a stylyl compound, a cyanine compound, an oxonol compound, and a rhodamine derivative, and these can be used properly in consideration of a measurement site and measurement conditions. In such a case, each point is easily generated by using a still image of the measurement object photographed by the CCD camera as imaging data of the measurement object that correlates a time change of a signal emitted from each point of the measurement object. The time change of the signal can be recorded in association with the imaging data of the object to be measured.
その他、生体の臓器などを被測定物とする場合の時間変化イメージングデータの測定手段としては、例えば、まず、被測定物のイメージングデータを用意し、イメージングデータ上で被測定物を平面的または空間的な任意のグリッド上に区画する。そして、各区画に対応する被測定物の部位ごとに、電極などを用いて、脳波、筋電図などを測定する。そして、測定したデータを、イメージングデータの各区画と関連付けて記録するようにしてもよい。 As another means for measuring time-varying imaging data when a biological organ or the like is used as an object to be measured, for example, first, imaging data of the object to be measured is prepared, and the object to be measured is planar or spatial on the imaging data. Partition on any arbitrary grid. Then, an electroencephalogram, an electromyogram, or the like is measured using an electrode or the like for each part of the object to be measured corresponding to each section. Then, the measured data may be recorded in association with each section of the imaging data.
なお、膜電位感受性色素を利用する手段は、前記のように電極などを利用して部位ごとに電位変化を測定する手段に比べて、ノイズ成分が多くなるというデメリットがある反面、被測定物の複数の部位の電位変化を同時に測定できるというメリットを有する。一方の電極などを利用して部位ごとに電位変化を測定する手段は、膜電位感受性色素を利用する手段に比べて、ノイズ成分が少なくなるというメリットを有する反面、被測定物の複数の部位の電位変化を同時に測定するのが困難であるというデメリットがある。よって、測定手段としては、被測定物の種類、区画する領域の数、などに応じて使い分けるのが望ましい。 The means using the membrane potential sensitive dye has a demerit that the noise component increases as compared with the means for measuring the potential change for each part using the electrode as described above. It has the merit that the potential change of a plurality of parts can be measured simultaneously. The means for measuring the potential change for each part using one electrode or the like has the merit that the noise component is smaller than the means using the membrane potential sensitive dye, but on the other hand, the means for measuring a plurality of parts of the object to be measured. There is a demerit that it is difficult to measure potential changes at the same time. Therefore, it is desirable to use the measuring means properly according to the type of the object to be measured, the number of areas to be partitioned, and the like.
その他、工場内のシステムなどを被測定物とする場合の時間変化イメージングデータの測定手段としては、例えば、サーモグラフィーなどを用いて、工場内のシステムの温度変化を測定してもよい。かかる場合も、サーモグラフィーにより撮影された被測定物の静止イメージを利用することで、容易に、各点が発する信号の時間変化を被測定物のイメージングデータと関連付けて記録することができる。 In addition, as a means for measuring time-varying imaging data when a system in a factory or the like is an object to be measured, temperature change of the system in the factory may be measured using, for example, thermography. Even in such a case, by using a still image of the measurement object photographed by thermography, it is possible to easily record the time change of the signal generated by each point in association with the imaging data of the measurement object.
なお、前記測定手段は一例であり、本発明の時間変化イメージングデータは、その他の手段により、被測定物から測定された時間変化イメージングデータであってもよい。 The measuring means is an example, and the time-varying imaging data of the present invention may be time-varying imaging data measured from the object to be measured by other means.
測定データ取得部(0201)は、前記のような時間変化イメージングデータを1回以上測定したデータを取得する。ここでの測定回数は、任意の事象(例:呼吸、外的ストレス、電気刺激、爆音など)が1回生じた際に被測定物の各点(部位、位置など)が発する信号の時間変化を測定するのを1回とする。具体的には、例えば、1回の呼吸(1回吸って1回吐く動作)が生じた際に脳の解析対象の各部位が発する信号の時間変化を測定するのを1回とする。なお、測定データ取得部(0201)が取得するデータの測定回数としては特段制限されず、例えば、1回、2回、10回、30回、100回、それ以上でもよい。しかし、以下で説明する「検定値演算部」(0207)の統計検定を考慮すると、おおよそ30回以上であることが望ましい。また、複数回測定したデータは、「1回ごとに測定されたデータ」であってもよいし、「複数回連続的に測定されたデータ」であってもよい。「1回ごとに測定されたデータ」とは、「測定開始→任意の事情→測定終了」→「測定開始→任意の事象→測定終了」→「・・・」のようにして複数回の時間変化イメージングデータを測定する場合などである。かかる場合、時間変化イメージングデータは、測定回ごとに分類されて保存される。一方、「複数回連続的に測定されたデータ」とは、「測定開始→任意の事象→任意の事象→・・・測定終了」のようにして複数回の時間変化イメージングデータを測定する場合などである。かかる場合、時間変化イメージングデータは、測定回ごとに分類されず、保存される。 The measurement data acquisition unit (0201) acquires data obtained by measuring the time-varying imaging data as described above once or more. The number of measurements here is the time change of the signal generated by each point (part, position, etc.) of the measured object when an arbitrary event (eg, breathing, external stress, electrical stimulation, explosion sound, etc.) occurs once. Is measured once. Specifically, for example, it is assumed that a time change of a signal generated by each part to be analyzed in the brain when one breath (an action of inhaling once and exhaling) occurs is regarded as one time. The number of measurements of data acquired by the measurement data acquisition unit (0201) is not particularly limited, and may be, for example, 1, 2, 10, 30, 100, or more. However, considering the statistical test of the “test value calculation unit” (0207) described below, it is desirable that the number is approximately 30 or more. The data measured a plurality of times may be “data measured every time” or “data measured continuously a plurality of times”. “Data measured every time” means “measurement start → arbitrary circumstances → measurement end” → “measurement start → arbitrary event → measurement end” → “...”. For example, when measuring change imaging data. In such a case, the time-varying imaging data is classified and stored for each measurement time. On the other hand, “data measured continuously multiple times” means “measurement start → any event → any event → ... end of measurement”, etc. It is. In such a case, the time-varying imaging data is stored without being classified for each measurement time.
ここで、測定データ取得部(0201)が前記のような時間変化イメージングデータを取得する手段としては特段制限されず、例えば、同一機器の内部メモリに保存されている時間変化イメージングデータを取り出すことで取得してもよいし、または、時間変化イメージングデータを保存している外部機器との有線/無線の通信により、取得してもよい。 Here, the means by which the measurement data acquisition unit (0201) acquires the time-varying imaging data as described above is not particularly limited, and for example, by extracting the time-varying imaging data stored in the internal memory of the same device. It may be acquired, or may be acquired by wired / wireless communication with an external device that stores time-varying imaging data.
「分割部」(0202)は、測定データ取得部が取得した時間変化イメージングデータを、複数の領域に区画した解析単位に分割するよう構成されている。「解析単位」とは、被測定物から測定された時間変化イメージングデータを用いて状態変化の抽出などの解析を行う最小の単位であり、被測定物のイメージングデータを任意の数の領域に区画し、1つの区画において測定された時間変化イメージングデータを1つの解析単位とする。分割部(0202)が、取得した時間変化イメージングデータを解析単位に分割する手段としては特段制限されないが、以下のようなものであってもよい。 The “dividing unit” (0202) is configured to divide the time-varying imaging data acquired by the measurement data acquiring unit into analysis units divided into a plurality of regions. “Analysis unit” is the smallest unit for performing analysis such as state change extraction using time-varying imaging data measured from the object under measurement, and divides the image data of the object under measurement into an arbitrary number of areas. The time-varying imaging data measured in one section is used as one analysis unit. The means for the dividing unit (0202) to divide the acquired time-varying imaging data into analysis units is not particularly limited, but may be as follows.
例えば、時間変化イメージングデータが被測定物を2次元で捉えたデータ(例:被測定物の表面のみのイメージングデータ)である場合には、CCDカメラやサーモグラフィーなどにより撮影した静止イメージをピクセルごとに区画することで実現してもよい。そして、各区画(ピクセル)に対応する時間変化イメージングデータを、1つの解析単位として分割してもよい。かかる場合、分割部は(0202)は、ピクセル数(L×M(ピクセル))に応じて、時間変化イメージングデータをL×M(個)の解析単位(区画)に分割する。 For example, when the time-varying imaging data is data obtained by capturing the object to be measured in two dimensions (eg, imaging data only on the surface of the object to be measured), a still image captured by a CCD camera or a thermography is captured for each pixel. You may implement | achieve by dividing. Then, the time-varying imaging data corresponding to each section (pixel) may be divided as one analysis unit. In this case, the dividing unit (0202) divides the temporal change imaging data into L × M (pieces) analysis units (sections) according to the number of pixels (L × M (pixels)).
その他、時間変化イメージングデータが被測定物を3次元で捉えたデータ(例:被測定物を複数にスライスして得た試料の表面の静止イメージ)である場合にも、CCDカメラやサーモグラフィーなどにより撮影した静止イメージをピクセルごとに区画することで実現できる。なお、かかる場合には、分割部(0202)は、時間変化イメージングデータを、スライス(N枚にスライス)した試料ごとにも分割し、L×M×N(個)の解析単位(区画)に分割する。 In addition, even when time-varying imaging data is data that captures the object to be measured in three dimensions (eg, a still image of the surface of the sample obtained by slicing the object to be measured), a CCD camera or thermography This can be achieved by dividing the captured still image into pixels. In such a case, the dividing unit (0202) also divides the time-varying imaging data into the sliced (N sliced) samples, and divides them into L × M × N (units) analysis units (sections). To divide.
また、時間変化イメージングデータが電極などを利用してイメージングデータの各区画に対応する被測定物上の点(部位、位置など)ごとに信号(電位変化など)を測定したものである場合には、時間変化イメージングデータは、区画ごとのデータとして保存されている。よって、かかる場合には、分割部(0202)は、前記区画に従い、1つの区画の時間変化イメージングデータを、1つの解析単位として分割することができる。 In addition, when the time-varying imaging data is obtained by measuring a signal (potential change, etc.) for each point (part, position, etc.) on the object to be measured corresponding to each section of the imaging data using electrodes etc. The time-varying imaging data is stored as data for each section. Therefore, in such a case, the dividing unit (0202) can divide the time-varying imaging data of one section as one analysis unit according to the section.
なお、前記分割の手段はあくまで一例であり、その他の手段により、時間変化イメージングデータを解析単位に分割してもよい。例えば、一つのピクセルを一つの解析単位とするのではなく、複数のピクセル(例:矩形を構成するように隣接したp2個のピクセル:pは自然数)の時間変化イメージングデータを一つの解析単位としてもよい。 The division means is merely an example, and the time-varying imaging data may be divided into analysis units by other means. For example, instead of using one pixel as one analysis unit, time-varying imaging data of a plurality of pixels (for example, p 2 pixels adjacent to form a rectangle: p is a natural number) is one analysis unit. It is good.
ここで、分割部(0202)は、測定データ取得部(0201)が取得した時間変化イメージングデータが複数回測定した時間変化イメージングデータであった場合には、時間変化イメージングデータを測定回ごとに分割するように構成してもよい。分割の手段としては、以下のようなものであってもよい。 Here, when the time change imaging data acquired by the measurement data acquisition unit (0201) is the time change imaging data measured a plurality of times, the division unit (0202) divides the time change imaging data for each measurement time. You may comprise. The dividing means may be as follows.
例えば、複数回測定した時間変化イメージングデータが、「複数回連続的に測定されたデータ」(「測定開始→任意の事象→任意の事象→・・・測定終了」)である場合には、一回の測定における測定時間を定めて(例:5sec/回)時間変化イメージングデータを測定するようにする。そして、分割部(0202)は、取得した時間変化イメージングデータの時間長を識別し、予め保持しておいた測定時間(例:5sec/回)を利用して、測定回数(R回)を算出してもよい。そして、分割部(0202)は、取得した時間変化イメージングデータを、最初から所定時間(測定時間)間隔でR個のグループに分割するように構成してもよい。 For example, when the time-varying imaging data measured a plurality of times is “data continuously measured a plurality of times” (“measurement start → any event → any event → ・ ・ ・ end of measurement”), The measurement time in each measurement is determined (for example, 5 sec / time), and time-varying imaging data is measured. Then, the dividing unit (0202) identifies the time length of the acquired time-varying imaging data, and calculates the number of times of measurement (R times) using the measurement time (eg, 5 sec / time) stored in advance. May be. The dividing unit (0202) may be configured to divide the acquired time-varying imaging data into R groups at predetermined time (measurement time) intervals from the beginning.
なお、複数回測定した時間変化イメージングデータが、「1回ごとに測定されたデータ」(「測定開始→任意の事情→測定終了」→「測定開始→任意の事象→測定終了」→「・・・)である場合には、時間変化イメージングデータはすでに測定回ごとに分割されているので、分割部(0202)は、複数回測定した時間変化イメージングデータを測定回ごとに分割する必要はない。 In addition, time-varying imaging data measured multiple times is "data measured every time" ("measurement start-> arbitrary circumstances-> measurement end"-> "measurement start-> arbitrary event-> measurement end"-> "... In the case of ()), since the time-varying imaging data has already been divided for each measurement time, the dividing unit (0202) does not need to divide the time-change imaging data measured a plurality of times for each measurement time.
分割部(0202)は、測定データ取得部(0201)が複数回測定した時間変化イメージングデータを取得した場合には、1回の測定の、1つの区画の時間変化イメージングデータを1つの解析単位として分割する。すなわち、測定データ取得部(0201)が、被測定物を3次元で捉え、R回測定した時間変化イメージングデータを取得した場合には、R×L×M×N個の解析単位に分割することとなる。 When acquiring the time-varying imaging data measured a plurality of times by the measurement data acquiring unit (0201), the dividing unit (0202) uses the time-varying imaging data of one section of one measurement as one analysis unit. To divide. That is, when the measurement data acquisition unit (0201) captures the object to be measured in three dimensions and acquires time-varying imaging data measured R times, it is divided into R × L × M × N analysis units. It becomes.
「解析単位変化データ取得部」(0203)は、分割された解析単位ごとに変化データを取得するよう構成されている。「変化データ」とは、被測定物の各点(部位、位置など)から測定された信号(電気信号など)の時間変化に関するデータである。すなわち、時間変化イメージングデータが、膜電位感受性色素を利用して生体の臓器の各部位の光量変化を測定したものである場合には、変化データは各部位の光量変化を示すデータが該当する。また、時間変化イメージングデータが、電極などを用いて生体の臓器の各部位の電位を測定していたものである場合には、変化データは各部位の電位変化が該当する。また、時間変化イメージングデータが、サーモグラフィーを用いて工場内のシステムの温度変化を測定したものである場合には、各位置の温度変化を示すデータが該当する。ここで、一つの解析単位が、複数のピクセルで特定される場合には、変化データは、複数のピクセルから取得された複数の変化データの平均値などとしてもよい。 The “analysis unit change data acquisition unit” (0203) is configured to acquire change data for each divided analysis unit. “Change data” is data relating to temporal changes in signals (electrical signals and the like) measured from each point (part, position, etc.) of the object to be measured. That is, when the time-change imaging data is obtained by measuring a change in the amount of light at each part of a living organ using a membrane potential sensitive dye, the change data corresponds to data indicating a change in the amount of light at each part. In addition, when the time-change imaging data is obtained by measuring the potential of each part of a living organ using an electrode or the like, the change data corresponds to the potential change of each part. Further, when the time change imaging data is obtained by measuring the temperature change of the system in the factory using thermography, the data indicating the temperature change at each position is applicable. Here, when one analysis unit is specified by a plurality of pixels, the change data may be an average value of a plurality of change data acquired from the plurality of pixels.
なお、1つの解析単位から取得される変化データのデータ数は、測定条件により異なる。すなわち、例えば、1回の測定で、0.02secごとに、256枚の静止イメージを記録した時間変化イメージングデータの場合には、1つの解析単位から256個の変化データが取得される。電極などにより電位を測定した場合も同様に、1回の測定で記録したデータ数分の変化データが取得される。 Note that the number of pieces of change data acquired from one analysis unit varies depending on measurement conditions. That is, for example, in the case of time-varying imaging data in which 256 still images are recorded every 0.02 sec in one measurement, 256 pieces of change data are acquired from one analysis unit. Similarly, when the potential is measured with an electrode or the like, change data corresponding to the number of data recorded in one measurement is acquired.
「定常状態データ抽出部」(0204)は、解析単位ごとに、解析単位変化データ取得部が取得した変化データから定常状態データを抽出するよう構成されている。「定常状態データ」とは、被測定物が定常状態(任意の事象が生じた際の影響を受けていない状態)にある際の変化データである。変化データの中から定常状態データを特定して抽出する手段としては、以下のようなものであってもよい。例えば、1回で測定する時間変化イメージングデータは、任意の事象が生じる前後に十分な時間(例:3sec)をとって測定するようにする。そして、定常状態データ抽出部(0204)は、解析単位変化データ取得部(0203)が取得した変化データの中から、最初の所定時間(例:0.52sec)分の変化データを定常状態データとして取得するように構成してもよい。 The “steady state data extraction unit” (0204) is configured to extract steady state data from the change data acquired by the analysis unit change data acquisition unit for each analysis unit. The “steady state data” is change data when the object to be measured is in a steady state (a state that is not affected when an arbitrary event occurs). Means for identifying and extracting the steady state data from the change data may be as follows. For example, time-varying imaging data measured at a time is measured by taking a sufficient time (eg, 3 sec) before and after an arbitrary event occurs. Then, the steady state data extraction unit (0204) uses the change data for the first predetermined time (eg, 0.52 sec) as the steady state data from the change data acquired by the analysis unit change data acquisition unit (0203). You may comprise so that it may acquire.
その他の手段としては、例えば、1回で測定する時間変化イメージングデータは、任意の事象が生じた際に影響を受ける時間幅よりも、任意の事象が生じた際の影響を受けていない時間幅を十分長くとって測定するようにする。そして、定常状態抽出部(0204)は、変化データの平均値を算出すると、その平均値から最も乖離した変化データを特定し、当該データを中心にした所定の時間幅(任意にあらかじめ設定)に含まれるデータ以外の変化データを定常状態データとして取得するように構成してもよい。 As another means, for example, time-varying imaging data measured at one time is not affected by the occurrence of any event, rather than being affected by the occurrence of any event. Take a long enough to measure. Then, when the average value of the change data is calculated, the steady state extraction unit (0204) specifies the change data that deviates most from the average value, and sets a predetermined time width (arbitrarily set in advance) centered on the data. You may comprise so that change data other than the data contained may be acquired as steady state data.
「モデル関数生成部」(0205)は、抽出した定常状態データに基づいて、解析単位ごとに定常状態モデル関数を生成するよう構成されている。「定常状態モデル関数」とは、自己回帰モデル、自己回帰移動平均モデル、状態空間モデルなどのダイナミックモデル式であり、最小二乗法やカルマンフィルタを用いた最尤法などの統計的手法により算出される。解析単位ごとに算出する定常状態モデル関数は、その解析単位で特定される1つの区画(部位、位置など)の変化データのみを利用して算出される単変量のモデル式であってもよいし、または、その解析単位で特定される1つの区画の周辺の区画(部位、位置など)の影響を考慮して算出される多変量の外生変数型モデル式であってもよい。これらのモデル式は、従来技術を利用して算出可能であるので、ここでの詳細な説明は省略する。なお、外生変数型モデル式を算出する場合は、その解析単位で特定される1つの区画(部位、位置など)の近傍の区画(部位、位置など)のみの影響を考慮したNEAREST−NEIGHBORS AUTOREGRESSIVE MODEL WITH EXTERNAL INPUTS(NNARX)などの手法を用いて、多変量のモデル式を算出してもよい。当該手法の詳細については、非特許文献1から3に記述されているので、ここでの詳細な説明は省略する。 The “model function generation unit” (0205) is configured to generate a steady state model function for each analysis unit based on the extracted steady state data. A “steady state model function” is a dynamic model expression such as an autoregressive model, an autoregressive moving average model, or a state space model, and is calculated by a statistical method such as a least squares method or a maximum likelihood method using a Kalman filter. . The steady state model function calculated for each analysis unit may be a univariate model formula calculated using only change data of one section (part, position, etc.) specified by the analysis unit. Alternatively, it may be a multivariate exogenous variable type model formula calculated in consideration of the influence of surrounding sections (parts, positions, etc.) of one section specified by the analysis unit. Since these model formulas can be calculated using the prior art, a detailed description thereof is omitted here. When calculating the exogenous variable type model formula, NEEAREST-NEIGBORS AUTOREGRESIVE considering the effect of only the section (part, position, etc.) in the vicinity of one section (part, position, etc.) specified in the analysis unit. A multivariate model equation may be calculated using a technique such as MODEL WITH EXTERNAL INPUTS (NNARX). The details of the method are described in Non-Patent Documents 1 to 3, and thus detailed description thereof is omitted here.
なお、モデル関数生成部(0205)は、解析単位ごとに定常状態モデル関数を生成する。すなわち、例えば、分割部(0202)で分割された解析単位がR×L×M×N(個)の場合、モデル関数生成部(0205)は、R×L×M×N(個)の定常状態モデル関数を生成することとなる。 The model function generation unit (0205) generates a steady state model function for each analysis unit. That is, for example, when the analysis unit divided by the dividing unit (0202) is R × L × M × N (pieces), the model function generating unit (0205) is R × L × M × N (pieces) stationary. A state model function will be generated.
「残差データ算出部」(0206)は、生成した定常状態モデル関数を利用して、解析単位ごとに変化データとの残差データを時系列に算出するよう構成されている。すなわち、残差データ算出部(0206)は、解析単位ごとに生成した定常状態モデル関数を利用して、解析単位ごとに推定値と実測値の差である残差データを算出する。 The “residual data calculation unit” (0206) is configured to calculate residual data with change data in time series for each analysis unit by using the generated steady state model function. That is, the residual data calculation unit (0206) calculates residual data that is a difference between the estimated value and the actual measurement value for each analysis unit, using the steady state model function generated for each analysis unit.
例えば、1回の測定でT個のデータを記録するとし(例:1回の測定でT個の静止イメージを記録)、r回目(1≦r≦R|r、R:自然数)の測定における3次元のグリッド上の(l、m、n)で特定される区画(1≦l≦L、1≦m≦M、1≦n≦N|l、m、n、L、M、N:自然数)において、実際に計測された変化データの中の最初からt番目(1≦t≦T|t、T:自然数)の変化データをxt lmnrとする(以下に出てくる、r、R、l、L、m、M、n、N、t、T、については、特別な言及がない限り、当該前提と同様である。)。かかる場合、NNARXの手法を用い、「(l、m、n)で特定される区画は、(l1≦l≦l2、m1≦m≦m2、n1≦n≦n2|l1、l2、m1、m2、n1、n2:自然数)で特定される区画のみから影響を受けると仮定」を条件に生成した定常状態モデル関数を利用して算出したr回目の(l、m、n)で特定される解析単位の残差データet lmnrは、以下の式により計算することができる。
残差データ算出部(0206)は、数7で示される算出式などを用いて、解析単位ごとに、定常状態モデル関数を利用して算出された推定値と実際に測定された変化データとの差である残差データを時系列に算出する。ここで、残差データ算出部(0206)が算出する残差データの数は、前記を前提にすると、R×L×M×N×T(個)の残差データを算出することとなる。 The residual data calculation unit (0206) uses, for example, the calculation formula shown in Equation 7 to calculate the estimated value calculated using the steady state model function and the actually measured change data for each analysis unit. Residual data that is the difference is calculated in time series. Here, assuming the above, the number of residual data calculated by the residual data calculation unit (0206) is R × L × M × N × T (pieces) of residual data.
なお、算出した残差データは、図3に示すように、マッピング表示してもよい。図3は、ある区画(l、m、n)で算出されたR×T(個)の残差データを、マッピングしたものである。縦軸は測定回数を示し、r回に対応する。横軸は時間を示しているが、T個のデータを均等時間(p(sec))おきに記録した場合、横軸はデータを記録した順番t番目に対応させることもできる。すなわち、図3は、ある区画(l、m、n)で算出された残差データの大小を、測定回数ごとに、測定の時間軸に沿って、色の濃淡により示したものである。図中、白い部分は残差の大きい部分であり、色が濃い部分は残差の小さい部分を示している。当該図より被測定物の(l、m、n)で特定される区画(部位、位置など)においては、測定開始から1.0sec〜2.0secの間に大きい残差が算出されており、これは、複数回の測定において同様の傾向であることが読み取れる。すなわち、当該図より、被測定物の(l、m、n)で特定される区画(部位、位置など)は、測定開始から1.0sec〜2.0secの間に、何らかの要因により、比較的大きな状態変化(電位変化)が起きていることが直感的に把握できる。 The calculated residual data may be displayed as a mapping as shown in FIG. FIG. 3 is a mapping of R × T (pieces) residual data calculated in a certain section (l, m, n). The vertical axis represents the number of measurements, and corresponds to r times. Although the horizontal axis indicates time, when T pieces of data are recorded at equal time intervals (p (sec)), the horizontal axis can correspond to the order t in which the data is recorded. In other words, FIG. 3 shows the magnitude of the residual data calculated in a certain section (l, m, n) by color shading along the measurement time axis for each measurement count. In the figure, the white portion is a portion with a large residual, and the dark portion indicates a portion with a small residual. From the figure, in the section (part, position, etc.) specified by (l, m, n) of the object to be measured, a large residual is calculated between 1.0 sec and 2.0 sec from the start of measurement, It can be read that this is the same tendency in a plurality of measurements. That is, from the figure, the section (part, position, etc.) specified by (l, m, n) of the object to be measured is relatively relatively between 1.0 sec and 2.0 sec from the start of measurement due to some factor. It can be intuitively understood that a large state change (potential change) has occurred.
「検定値演算部」(0207)は、測定データ取得部において取得される繰返測定によって得られた複数セットの時間変化イメージングデータに基づいて残差データ算出部にて算出される複数セットの残差データを用いて、複数の領域に区画された時間変化イメージングデータの区画ごとに定常状態の残差データと他の残差検出時間帯の残差データの差の大きさを統計検定し、検定値を時系列に算出するよう構成されている。 The “test value calculation unit” (0207) is a plurality of sets of residual data calculated by the residual data calculation unit based on the multiple sets of time-varying imaging data obtained by repeated measurement acquired by the measurement data acquisition unit. Using the difference data, statistically test the magnitude of the difference between the residual data in the steady-state residual data and the residual data in other residual detection time zones for each section of the time-varying imaging data partitioned into multiple regions. It is configured to calculate values in time series.
ここで、時間変化イメージングデータの「セット数」は、任意の事象(例:呼吸、外的ストレス、爆音など)が1回生じた際に被測定物の各点(部位、位置など)が発する信号の時間変化を記録した時間変化イメージングデータを1セットの時間変化イメージングデータとして考える。すなわち、「繰返測定によって得られた複数セットの時間変化イメージングデータ」とは、前記を複数回繰返測定して取得した時間変化イメージングデータのことである。当該前提は、以下のすべての「セット数」において同様である。 Here, the “number of sets” of time-varying imaging data is generated by each point (part, position, etc.) of the measured object when an arbitrary event (eg, breathing, external stress, explosion sound, etc.) occurs once. Time-varying imaging data in which signal temporal changes are recorded is considered as a set of time-varying imaging data. That is, “a plurality of sets of time-varying imaging data obtained by repeated measurement” refers to time-varying imaging data obtained by repeatedly measuring the above. This assumption is the same for all “number of sets” below.
「複数セットの残差データ」とは、複数回の測定分の時間変化イメージングデータ(複数セットの時間変化イメージングデータ)を利用して、測定回ごとに(セットごとに)算出された残差データが該当する。具体的には、1回の測定の時間変化データ(1セットの時間変化イメージングデータ)を利用して定常状態モデル関数を生成し、その定常状態モデル関数を利用して1セット分の残差データが算出される。そして、前記処理を複数回の測定分の時間変化イメージングデータすべてに対して行い、複数セットの残差データが算出される。 “Multiple sets of residual data” means residual data calculated for each measurement (for each set) using time-varying imaging data for multiple measurements (multiple sets of time-varying imaging data) Is applicable. Specifically, a steady state model function is generated using time change data (one set of time change imaging data) of one measurement, and one set of residual data is generated using the steady state model function. Is calculated. Then, the process is performed on all time-varying imaging data for a plurality of measurements, and a plurality of sets of residual data are calculated.
検定値演算部(0207)は、複数セットの残差データを、複数の領域に区画された時間変化イメージングデータの区画ごとにグループ化し、その区画の定常状態の残差データと他の残差検出時間帯の残差データの差の大きさを統計検定する。以下、その詳細について説明する。
<検定値演算部の統計検定>
<<区画ごとに、「定常状態の残差データ」と「他の残差検出時間帯の残差データ」を抽出>>
The test value calculation unit (0207) groups a plurality of sets of residual data for each section of time-varying imaging data partitioned into a plurality of areas, and detects the residual data in the steady state of the section and other residuals. Statistically test the magnitude of the difference in the residual data for the time zone. The details will be described below.
<Statistical test of test value calculation part>
<< Extract "Residual data in steady state" and "Residual data in other residual detection time zones" for each section >>
まず、検定値演算部(0207)は、すべてのセット(R回測定分)の残差データの中から、(l、m、n)で特定される区画の残差データ(R×T(個))を取り出す。そして、取り出したR×T(個)の残差データの中から、定常状態の残差データAlmn={a1、a2、・・・、ai}を抽出する。定常状態の特定手段は、前記した「定常状態データ抽出部」(0204)と同様の手段により、特定することができる。具体的には、検定値演算部(0207)は、測定開始から所定時間(例:0.52sec)分の残差データを定常状態の残差データとして抽出してもよい。これは、図3における、Aの枠で囲った部分の残差データが該当する。次に、検定値演算部(0207)は、他の残差検出時間帯の残差データBh lmn={b1、b2、・・・、bj}を抽出する。「他の残差検出時間帯」とは、1回の測定時間内の任意の時間帯であり、図3における、Bの枠で囲った部分の残差データなどが該当する。ここで、図3中、Bの枠の位置はあくまで一例であり、検定値演算部(0207)は、測定開始時間から測定終了時間までBの枠を時間軸に沿って順にスライド移動しながら、「他の残差検出時間帯」を順に特定する。そして、特定した時間帯の残差データを抽出する。この時、他の残差検出時間帯(図3中、枠B)が、定常状態の時間帯(図3中、枠A)と重なってもよい。なお、「他の残差検出時間帯」の時間幅(図3中のBの枠の時間軸上の幅)は任意の設計事項である。しかし、なるべく小さい時間幅に設定するのが好ましい。
<<「定常状態の残差データ」の代表値と「他の残差検出時間帯の残差データ」の代表値の大きさの差を統計検定>>
First, the test value calculation unit (0207) calculates the residual data (R × T (pieces) of the section specified by (l, m, n) from the residual data of all sets (measured R times). )). Then, steady state residual data A lmn = {a 1 , a 2 ,..., A i } is extracted from the extracted R × T (pieces) residual data. The steady state specifying means can be specified by means similar to the above-described “steady state data extraction unit” (0204). Specifically, the test value calculation unit (0207) may extract residual data for a predetermined time (eg, 0.52 sec) from the start of measurement as residual data in a steady state. This corresponds to the residual data of the portion surrounded by the frame A in FIG. Next, the test value calculation unit (0207) extracts residual data B h lmn = {b 1 , b 2 ,..., B j } in other residual detection time zones. The “other residual detection time zone” is an arbitrary time zone within one measurement time, and corresponds to the residual data of the portion surrounded by the frame B in FIG. Here, in FIG. 3, the position of the frame of B is merely an example, and the test value calculation unit (0207) slides the frame of B sequentially along the time axis from the measurement start time to the measurement end time, The “other residual detection time zones” are identified in order. Then, residual data in the specified time zone is extracted. At this time, another residual detection time zone (frame B in FIG. 3) may overlap with the steady-state time zone (frame A in FIG. 3). The time width of “other residual detection time zone” (the width on the time axis of the frame B in FIG. 3) is an arbitrary design matter. However, it is preferable to set the time width as small as possible.
<< Statistical test of difference between representative value of "residual data in steady state" and representative value of "residual data in other residual detection time period">>
次に、検定値演算部(0207)は、定常状態の残差データAlmn={a1、a2、・・・、ai}の代表値と、他の残差検出時間帯の残差データBh lmn={b1、b2、・・・、bj}の代表値の差の大きさに、所定の有意水準以上の有意性があるか検討するため、統計検定する。統計検定の手法としては、例えば、t検定などのパラメトリック検定を用いることができる。以下、t検定による統計検定を簡易に説明する。 Next, the test value calculation unit (0207) calculates the residual values of the residual data A lmn = {a 1 , a 2 ,..., A i } in the steady state and other residual detection time zones. In order to examine whether the magnitude of the difference between the representative values of the data B h lmn = {b 1 , b 2 ,..., B j } has a significance of a predetermined significance level or higher, a statistical test is performed. As a statistical test method, for example, a parametric test such as a t test can be used. Hereinafter, a statistical test by the t test will be briefly described.
まず、t検定の場合、それぞれの残差データの代表値として、それぞれの残差データの平均値を適用することができる。具体的には、残差データAlmnの代表値Almn´は、(a1+a2+・・・+ai)/iで算出される。また、残差データBh lmnの代表値Bh lmn´は、(b1+b2+・・・+bj)/jで算出される。そして、残差データAlmnとBh lmnのそれぞれの不遍分散をUA lmn、UBh lmnとすると、検定値th lmnは、以下の式で算出される。
検定値演算部(0207)は、時間軸に沿って「他の残差検出時間帯」を順に特定しながら、それぞれの時間帯の検定値th lmnを算出し、格納していく。そして、すべての「他の残差検出時間帯」の検定値th lmnを算出すると、他の区画(例:(l、m、n+1))を特定し、同様にして検定値th lmn+1を算出する。その後、すべての区画に対して、前記のような検定値th lmnの算出処理を行う。 The test value calculation unit (0207) calculates and stores the test value t h lmn of each time zone while sequentially specifying “other residual detection time zones” along the time axis. When the test values t h lmn of all “other residual detection time zones” are calculated, other sections (eg, (l, m, n + 1)) are specified, and the test values t h lmn + are similarly determined. 1 is calculated. Thereafter, the calculation processing of the test value t h lmn as described above is performed for all the sections.
そして、検定値演算部(0207)は、すべての区画の検定値th lmnの算出処理を行うと、その中から、所定の有意水準以上の検定値のみを抽出し、その検定値の区画(l、m、n)、および、測定開始からの時間帯を特定する情報と関連付けて、ユーザに出力可能に保存する。ユーザは、当該情報を参照することで、被測定物において一定水準以上の有意性がある状態変化が生じた点(部位、位置など)、および、時間帯を識別することができる。また、その状態変化の大きさを検出することもできる。なお、前記抽出した検定値と関連付けられる「測定開始からの時間帯」は、1回の時間変化イメージングデータの測定で、T個のデータを均等時間(p(sec))おきに記録した場合に、t番目に記録した変化データの測定開始からの時間帯は、p×t(sec)で特定することができる。 Then, when the test value calculation unit (0207) performs the calculation process of the test value t h lmn of all the sections, only the test values having a predetermined significance level or higher are extracted from the calculation values, and the test value sections ( l, m, n) and information specifying the time zone from the start of measurement are stored so as to be output to the user. By referring to the information, the user can identify a point (a part, a position, etc.) where a state change having a certain level of significance or more has occurred in the object to be measured and a time zone. It is also possible to detect the magnitude of the state change. The “time zone from the start of measurement” associated with the extracted test value is a case where T data is recorded at equal time intervals (p (sec)) in one time-varying imaging data measurement. The time zone from the start of measurement of the change data recorded in the tth position can be specified by p × t (sec).
ここで、前記はt検定による統計検定について説明したが、その他に、サロゲート法などのノンパラメトリック検定などを利用することもできる。これらの検定を使い分ける条件としては、例えば、「定常状態の残差データの数と、他の残差検出時間帯の残差データの数がともに30以上であり、かつ、それらの分布がともに正規分布とみなすことが可能な場合には、パラトメリック検定を、それ以外の場合には、ノンパラメトリック検定を利用する。」のようなものであってもよい。しかし、前記条件はあくまで一般的目安であり、必ず当該条件に従って検定方法を選択しなければいけないというものではない。なお、サロゲート法については、一般的に知られている技術であるので、ここでの詳細な説明は省略する。 Here, the statistical test based on the t-test has been described above. However, a non-parametric test such as a surrogate method can also be used. A condition for properly using these tests is, for example, “the number of residual data in steady state and the number of residual data in other residual detection time zones are both 30 or more, and their distributions are both normal. If a distribution can be considered, a parametric test is used. In other cases, a non-parametric test is used. " However, the above conditions are just general guidelines, and it is not always necessary to select a test method according to the conditions. Since the surrogate method is a generally known technique, a detailed description thereof is omitted here.
「検定値マッピング部」(0208)は、時系列に算出した検定値を、被測定物のイメージングデータ上に時系列にマッピングするよう構成されている。すなわち、検定値マッピング部(0208)は、算出した検定値の中から、所定の有意水準以上の有意性を有する検定値のみを抽出すると、その検定値に対応する区間(l、m、n)、および、測定開始からの時間帯(p×t)を特定する。そして、測定開始からの時間帯ごとに、被測定物のイメージングデータ上の各区間に、抽出した検定値をマッピングする。マッピングの手法としては、カラープロットや等高線プロットなどが考えられる。図4に、時系列(測定開始からの時間帯(p×t)ごと)に、被測定物のイメージングデータ上に所定の有意水準以上の検定値をマッピングした図の一例を示す。図中、上側の4つの図が、被測定物のイメージングデータ上に所定の有意水準以上の有意性を有する検定値をマッピングした図である。図は、任意の4つの時間帯において、マッピングしたものを示している。当然に、他の時間帯においても、同様の手法により、マッピング図を作成することが可能である。図の下側は、被測定物に対して生じた任意の事象に関するデータである。図4のように、任意の事象との時間帯を合わせて表示することで、任意の事象に対応した、被測定物における状態変化点の変遷が、直観的に把握することができる。また、図4中、上側に示したマッピング図は、図のように示すだけでなく、時間軸に従い、スライド表示などしてもよい。このように表示することで、被測定物の状態変化点の変遷が、より直観的に把握しやすくなる。なお、所定の有意水準の値としては特段制限されず、測定対象、および、実験内容などに応じ、任意に設定可能である。参考までに、生体などから発する電気信号を検定する場合には、95%以上であることが望ましい。
<本実施形態のハードウェア構成>
The “test value mapping unit” (0208) is configured to map the test values calculated in time series on the imaging data of the object to be measured in time series. That is, when the test value mapping unit (0208) extracts only test values having significance equal to or higher than a predetermined significance level from the calculated test values, an interval (l, m, n) corresponding to the test value is extracted. And the time zone (p × t) from the start of measurement. Then, for each time zone from the start of measurement, the extracted test value is mapped to each section on the imaging data of the object to be measured. As a mapping method, a color plot or a contour plot can be considered. FIG. 4 shows an example of a diagram in which test values of a predetermined significance level or higher are mapped onto the imaging data of the object to be measured in time series (every time zone (p × t) from the start of measurement). In the figure, the upper four figures are diagrams in which test values having significance of a predetermined significance level or higher are mapped on the imaging data of the object to be measured. The figure shows the mapping in any four time zones. Of course, it is possible to create a mapping diagram in other time zones by the same method. The lower side of the figure is data relating to any event that has occurred on the device under test. As shown in FIG. 4, by displaying the time zone with an arbitrary event together, it is possible to intuitively grasp the transition of the state change point in the measured object corresponding to the arbitrary event. In addition, the mapping diagram shown on the upper side in FIG. 4 is not only shown as shown in the figure, but may be displayed in a sliding manner along the time axis. By displaying in this way, the transition of the state change point of the object to be measured can be grasped more intuitively. Note that the value of the predetermined significance level is not particularly limited, and can be arbitrarily set according to the measurement target, the experiment content, and the like. For reference, when testing an electrical signal emitted from a living body or the like, it is preferably 95% or more.
<Hardware configuration of this embodiment>
図5は、上記機能的構成をハードウェアとして実現した際の構成の一例を表す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration when the functional configuration is realized as hardware.
以下に、図5のハードウェア図を用いて、本実施形態を実現する手段の一例を説明する。図に示すように、本実施形態のイメージングデータ処理システムは、「測定データ取得部」、「分割部」、「解析単位変化データ取得部」、「定常状態データ抽出部」、「モデル関数生成部」、「残差データ算出部」、「検定値演算部」、「検定値マッピング部」などを構成する「CPU」(0501)、「主記憶装置」(0502)、「プログラム記憶装置」(0503)、「2次記憶装置」(0504)、「ユーザI/F」(0505)、「外部機器I/F」(0506)、「ディスプレイ」(0507)、「バス」(0508)などを備えている。 Hereinafter, an example of means for realizing the present embodiment will be described with reference to the hardware diagram of FIG. As shown in the figure, the imaging data processing system of this embodiment includes a “measurement data acquisition unit”, a “division unit”, an “analysis unit change data acquisition unit”, a “steady state data extraction unit”, and a “model function generation unit”. , “Residual data calculation unit”, “test value calculation unit”, “test value mapping unit”, etc., “CPU” (0501), “main storage device” (0502), “program storage device” (0503) ), “Secondary storage device” (0504), “user I / F” (0505), “external device I / F” (0506), “display” (0507), “bus” (0508), etc. Yes.
主記憶装置(0502)は、プログラム実行中に動的にデータ書換可能な記憶装置である。主記憶装置(0502)はプログラム記憶装置(0503)に記憶されているプログラムを実行するために必要なスタックやヒープ等のワーク領域を提供する。また主記憶装置(0502)は、測定データ取得プログラムに従い取得した時間変化イメージングデータや、分割プログラムに従い解析単位ごとに分割された時間変化イメージングデータから解析単位ごとに取得した変化データや、定常状態モデル関数生成プログラムに従い解析単位ごとに生成した定常状態モデル関数や、残差データ算出プログラムに従い定常状態モデル関数を利用して解析単位ごとに算出した残差データや、統計検定プログラムに従い区画ごとにグループ化された残差データや、区画ごとにグループ化された残差データを利用して区画ごとに算出された検定値データや、算出された検知値データの中から取り出された所定の有意水準以上の検定値データや、検定値マッピングプログラムに従いマッピングデータ上に所定の有意水準以上の検定値データをマッピングされたデータなどを保持したりする。 The main storage device (0502) is a storage device capable of dynamically rewriting data during program execution. The main storage device (0502) provides a work area such as a stack and a heap necessary for executing the program stored in the program storage device (0503). The main memory (0502) also includes time-varying imaging data acquired according to the measurement data acquisition program, change data acquired for each analysis unit from time-varying imaging data divided for each analysis unit according to the division program, and a steady state model. Grouped for each partition according to the steady state model function generated for each analysis unit according to the function generation program, residual data calculated for each analysis unit using the steady state model function according to the residual data calculation program, and statistical test program Data obtained from the test data calculated for each partition using the residual data grouped for each partition, or the detected value data calculated from the calculated detection value data. According to the test value data or the test value mapping program Or hold such mapped data the significance level or more test value data.
2次記憶装置(0504)はプログラム実行中に動的にデータ書換可能な記憶装置であり、信号処理装置の電源が切れても、記憶しているデータが消去されない。2次記憶装置は、統計検定における所定の有意水準を定める有意水準データや、所定の有意水準以上の検定値をマッピングするためのマッピングデータなどを保持する。 The secondary storage device (0504) is a storage device that can dynamically rewrite data during program execution. Even if the signal processing device is turned off, stored data is not erased. The secondary storage device holds significance level data that defines a predetermined significance level in the statistical test, mapping data for mapping test values that are equal to or higher than the predetermined significance level, and the like.
ユーザI/F(0505)は、ユーザからデータ処理の指示信号などを受信する。外部機器I/F(0506)は、有線または無線で外部機器と通信し、被測定物から測定された時間変化イメージングデータなどを受信したりする。ディスプレイ(0507)は、ユーザの指示信号の入力を誘導するようなインターフェイスを文字・静止画像・動画像などで表示したり、処理データをマッピングしたマッピングデータを表示したりする。 The user I / F (0505) receives a data processing instruction signal and the like from the user. The external device I / F (0506) communicates with the external device by wire or wireless, and receives time-varying imaging data measured from the object to be measured. The display (0507) displays an interface that guides the input of the user's instruction signal with characters, still images, moving images, and the like, or displays mapping data that maps processing data.
以下、本実施形態のイメージングデータ処理システムが、繰返測定によって得られた複数セットの時間変化イメージングデータを取得し、当該データを利用して、被測定物の状態変化点を高精度に抽出し、結果をマッピングする処理の一例について説明する。 Hereinafter, the imaging data processing system of the present embodiment acquires a plurality of sets of time-varying imaging data obtained by repeated measurement, and extracts the state change point of the measurement object with high accuracy using the data. An example of processing for mapping the results will be described.
まず、ユーザI/F(0505)を介して、データ処理を開始する指示信号を受信すると、主記憶装置(0502)のワーク領域に展開された測定データ取得プログラムに従い、外部機器I/F(0506)を介して、被測定物から測定したデータである時間変化イメージングデータを取得し、主記憶装置(0502)のデータ領域に格納する。この時、図5中には記載していないが、本システムの中にHDDなどを有しておき、そこに保存しておいた時間変化イメージングデータを取得するようにしてもよい。 First, when an instruction signal for starting data processing is received via the user I / F (0505), the external device I / F (0506) is executed in accordance with the measurement data acquisition program developed in the work area of the main storage device (0502). ) To obtain time-varying imaging data, which is data measured from the object to be measured, and store it in the data area of the main memory (0502). At this time, although not shown in FIG. 5, the system may include an HDD or the like, and the time-varying imaging data stored therein may be acquired.
次に、主記憶装置(0502)のワーク領域に展開された分割プログラムに従い、取得した時間変化イメージングデータを解析単位ごとに分割する。具体的には、まず、時間変化イメージングデータを測定回数ごとにR個のグループに分割する。そして、被測定物を複数の領域(L×M×N)に区画し、合計R×L×M×N個の解析単位に分割する。その後、主記憶装置(0502)のワーク領域に展開された定常状態モデル関数生成プログラムに従い、解析単位ごとに時系列の変化データを取得すると、その中から所定の時間幅の定常状態変化データを抽出する。そして、抽出した定常状態変化データを利用して、NNARXなどを用いて、解析単位ごとに自己回帰モデル(定常状態モデル関数)を生成し、主記憶装置(0502)のデータ領域に格納する。 Next, the acquired time-varying imaging data is divided for each analysis unit in accordance with the division program developed in the work area of the main storage device (0502). Specifically, first, time-varying imaging data is divided into R groups for each number of measurements. Then, the object to be measured is partitioned into a plurality of regions (L × M × N) and divided into a total of R × L × M × N analysis units. After that, according to the steady state model function generation program developed in the work area of the main storage device (0502), when time series change data is obtained for each analysis unit, steady state change data of a predetermined time width is extracted from the time series change data. To do. Then, using the extracted steady-state change data, an autoregressive model (steady-state model function) is generated for each analysis unit using NNARX or the like, and stored in the data area of the main memory (0502).
次に、主記憶装置(0502)のワーク領域に展開された残差データ算出プログラムに従い、解析単位ごとに生成した定常状態モデル関数を利用して、解析単位ごとに時系列の残差データを算出する。そして、解析単位ごとに算出した残差データを、区画ごとにグループ化して(L×M×N個のグループ)、区画毎残差データとして主記憶装置(0502)のデータ領域に格納する。 Next, according to the residual data calculation program developed in the work area of the main storage device (0502), the time series residual data is calculated for each analysis unit using the steady state model function generated for each analysis unit. To do. Then, the residual data calculated for each analysis unit is grouped for each partition (L × M × N groups) and stored in the data area of the main storage device (0502) as residual data for each partition.
次に、主記憶装置(0502)のワーク領域に展開された統計検定プログラムに従い、区画ごとに残差データの統計検定を行う。具体的には、まず、一つの区画の区画毎残差データを取り出すと、その中から定常状態の残差データを抽出する。次に、他の残差検出時間帯を特定して残差データを抽出し、それぞれの代表値を算出する。そして、その代表の差の大きさをt検定などの手法により統計検定し、検定値を算出する。その後、他の残差検出時間帯を時間軸に従って順に特定していく。前記検定値算出処理をすべての他の残差検出時間帯に対して実施すると、算出した時系列の検定値を検定値データとして主記憶装置(0502)のデータ領域に格納する。そして、前記処理をすべての区画毎残差データに対して実施し、算出したデータを区画毎検定値データとして格納する。その後、2次記憶装置(0504)に保存していた有意水準データを取り出すと、区画毎検定値データの中から、有意水準データで特定される所定の有意水準以上に該当する検定値データのみを抽出し、区画毎有意水準検定値データとして、主記憶装置(0502)のデータ領域に格納する。当該データは、ユーザからの求めに応じて、ディスプレイ(0507)などに数値データなどのより表示してもよい。 Next, according to a statistical test program developed in the work area of the main memory (0502), a statistical test of residual data is performed for each partition. Specifically, first, when the residual data for each section of one section is taken out, the residual data in the steady state is extracted therefrom. Next, residual data is extracted by specifying other residual detection time zones, and respective representative values are calculated. The magnitude of the representative difference is statistically tested by a technique such as t-test to calculate a test value. Thereafter, other residual detection time zones are specified in order according to the time axis. When the test value calculation process is performed for all other residual detection time zones, the calculated time-series test values are stored in the data area of the main memory (0502) as test value data. And the said process is implemented with respect to all the residual data for every division, and the calculated data are stored as verification value data for every division. Thereafter, when the significance level data stored in the secondary storage device (0504) is taken out, only the test value data corresponding to the predetermined significance level or more specified by the significance level data is selected from the test value data for each section. Extracted and stored in the data area of the main memory (0502) as the significant level test value data for each section. The data may be displayed as numerical data on a display (0507) or the like according to a request from the user.
次に、主記憶装置(0502)のワーク領域に展開された検定値マッピングプログラムに従い、2次記憶装置(0504)からマッピングデータを取り出すと、マッピングデータ上に、時間変化イメージングデータに含まれる被測定物の静止イメージを展開し、また、区画毎有意水準検定値データを利用して、時系列に、所定の有意水準以上の検定値の大きさを、被測定物のイメージングデータ上の所定の区画に識別可能にマッピングする。そして、マッピングしたデータをディスプレイ(0507)を介して出力する。
<本実施形態の処理の流れ>
Next, when mapping data is taken out from the secondary storage device (0504) according to the test value mapping program developed in the work area of the main storage device (0502), the measured data included in the time-varying imaging data on the mapping data Expand the static image of the object, and use the significance level test value data for each compartment to show the size of the test value that is greater than or equal to the prescribed significance level in time series. To be identifiable. Then, the mapped data is output through the display (0507).
<Processing flow of this embodiment>
本実施形態の処理の流れの一例を図6〜10のフローチャートに示す。図6は、取得した時間変化イメージングデータを利用して、解析単位ごとに残差データを時系列に算出する処理の一例である。図7は、取得した複数セットの時間変化イメージングデータを利用して、被測定物の状態変化点を高精度に時系列に抽出し、マッピングする処理の一例である。そして、図8〜10は、本実施形態の一部の処理の流れの一例である。 An example of the processing flow of this embodiment is shown in the flowcharts of FIGS. FIG. 6 shows an example of processing for calculating residual data in time series for each analysis unit using the acquired time-varying imaging data. FIG. 7 shows an example of a process of extracting and mapping the state change points of the object to be measured in a time series with high accuracy using the acquired multiple sets of time-change imaging data. 8 to 10 are examples of a part of the processing flow of the present embodiment.
なお、本実施形態のイメージングデータ処理システムのデータ処理方法は、以下のような流れでデータの取得を行い、データの処理を行うような単純方法であってもよいし、または、以下のような流れを電子計算機の一連の動作方法として実現したものであってもよい。
<<残差データを時系列に算出する処理の流れ(図6)>>
Note that the data processing method of the imaging data processing system of the present embodiment may be a simple method of acquiring data and processing data according to the following flow, or the following The flow may be realized as a series of operation methods of the electronic computer.
<< Flow of processing to calculate residual data in time series (Fig. 6) >>
まず、外部機器や内臓HDDなどから、被測定物を測定した時間変化イメージングデータを取得する(S0601)。その後、時間変化イメージングデータを、測定回ごとに複数の領域に区画した解析単位に分割する(S0602)。この時、測定回数が1回の場合には、時間変化イメージングデータを測定回ごとに分割する作業は行わず、複数の領域に区画した解析単位に分割することとなる。 First, time-varying imaging data obtained by measuring an object to be measured is acquired from an external device or a built-in HDD (S0601). Thereafter, the time-change imaging data is divided into analysis units divided into a plurality of regions for each measurement time (S0602). At this time, when the number of times of measurement is one time, the time-varying imaging data is not divided into each measurement time, and is divided into analysis units divided into a plurality of regions.
そして、解析単位ごとに定常状態のデータを利用して、NNARXなどの手法を用い、自己回帰モデル(定常状態モデル関数)を生成する(S0603)。その後、解析単位ごとに生成した定常状態モデル関数を利用して、解析単位ごとに残差データを算出する(S0604)。
<<被測定物の状態変化点を時系列に抽出しマッピングする処理の流れ(図7)>>
Then, an autoregressive model (steady state model function) is generated using a technique such as NNARX using steady state data for each analysis unit (S0603). Thereafter, residual data is calculated for each analysis unit using the steady state model function generated for each analysis unit (S0604).
<< Flow of processing to extract and map state change points of DUT in time series (Fig. 7) >>
まず、外部機器や内臓HDDなどから、被測定物を複数回繰返測定したデータである複数セットの時間変化イメージングデータを取得する(S0701)。その後、時間変化イメージングデータを、セットごとに(測定回ごとに)複数の領域に区画した解析単位に分割する(S0702)。 First, a plurality of sets of time-varying imaging data, which is data obtained by repeatedly measuring an object to be measured a plurality of times, is acquired from an external device or a built-in HDD (S0701). Thereafter, the temporal change imaging data is divided into analysis units divided into a plurality of regions for each set (for each measurement time) (S0702).
そして、解析単位ごとに定常状態のデータを利用して、NNARXなどの手法を用い、自己回帰モデル(定常状態モデル関数)を生成する(S0703)。その後、解析単位ごとに生成した定常状態モデル関数を利用して、解析単位ごとに残差データを算出する(S0704)。 Then, an autoregressive model (steady state model function) is generated using a technique such as NNARX using steady state data for each analysis unit (S0703). After that, residual data is calculated for each analysis unit using the steady state model function generated for each analysis unit (S0704).
そして、解析単位ごとに算出した残差データを、区画ごとにグループ化し(S0705)、区画ごとに残差データの統計検定を行う(S0706)。その後、統計検定の結果を被測定物のイメージングデータ上に、時系列にマッピング表示する(S0707)。 Then, the residual data calculated for each analysis unit is grouped for each section (S0705), and the residual data is statistically tested for each section (S0706). Thereafter, the result of the statistical test is mapped and displayed in time series on the imaging data of the object to be measured (S0707).
以下、前記所理の流れの中の、ステップS0703、S0704、S0706の詳細について説明する。
<<定常状態モデル関数の生成:ステップS0703(図8)>>
Hereinafter, the details of steps S0703, S0704, and S0706 in the flow of reason will be described.
<< Generation of Steady State Model Function: Step S0703 (FIG. 8) >>
まず、1つの解析単位を特定すると(S0801)、その解析単位の変化データ(例:電位変化、光量変化、温度変化)を取得する(S0802)。そして、その中から定常状態のデータを抽出する(S0803)。次に、抽出した定常状態データを利用して、NNARXなどの手法を用い、自己回帰モデル(定常状態モデル関数)を生成する(S0804)。 First, when one analysis unit is specified (S0801), change data (for example, potential change, light amount change, temperature change) of the analysis unit is acquired (S0802). Then, steady state data is extracted from the list (S0803). Next, an autoregressive model (steady state model function) is generated using a method such as NNARX using the extracted steady state data (S0804).
その後、前記処理(S0801〜S0804)をすべての解析単位の定常状態モデル関数を生成するまで繰り返す(S0805)。
<<残差データの算出:S0704(図9)>>
Thereafter, the above processing (S0801 to S0804) is repeated until a steady state model function of all analysis units is generated (S0805).
<< Calculation of residual data: S0704 (FIG. 9) >>
まず、1つの解析単位を特定すると(S0901)、時間軸に従い1つの変化データを抽出する(S0902)。そして、生成した定常状態モデル関数を利用して推定値を算出し(S0903)、残差データを算出する(S0904)。前記処理(S0902〜S0904)をすべての変化データの残差データを時系列に算出するまで繰り返す(S0905)。 First, when one analysis unit is specified (S0901), one change data is extracted along the time axis (S0902). Then, an estimated value is calculated using the generated steady state model function (S0903), and residual data is calculated (S0904). The above processing (S0902-S0904) is repeated until residual data of all change data is calculated in time series (S0905).
その後、前記処理(S0901〜S0905)をすべての解析単位の残差データを算出するまで繰り返す(S0906)。
<<統計検定:S0706(図10)>>
Thereafter, the above processing (S0901 to S0905) is repeated until residual data of all analysis units is calculated (S0906).
<< Statistical test: S0706 (Fig. 10) >>
まず、1つの区画を特定すると(S1001)、その区画の残差データの中から定常状態の残差データを抽出し(S1002)、代表値を算出する(S1003)。そして、時間軸に従い、その区画の残差データの中から、1つの残差検出時間帯を特定し(S1004)、その残差検出時間帯の残差データを抽出すると(S1005)、代表値を算出する(S1004)。その後、定常状態の代表値と、1つの残差検出時間帯の代表値の差の大きさを統計検定し(S1007)、検定値を格納する(S1008)。前記処理(S1004〜S1008)をすべての残差検出時間帯の検定値を算出するまで繰り返す(S1009)。 First, when one section is specified (S1001), residual data in a steady state is extracted from the residual data of the section (S1002), and a representative value is calculated (S1003). Then, according to the time axis, one residual detection time zone is specified from the residual data of the section (S1004), and when the residual data of the residual detection time zone is extracted (S1005), the representative value is obtained. Calculate (S1004). Thereafter, a statistical test is performed on the difference between the representative value in the steady state and the representative value in one residual detection time zone (S1007), and the test value is stored (S1008). The processing (S1004 to S1008) is repeated until test values for all residual detection time zones are calculated (S1009).
そして、すべての残差検出時間帯の検定値を算出すると、所定の有意水準以上の検定値のみを抽出する(S1010)。 When the test values for all the residual detection time zones are calculated, only test values that are equal to or higher than a predetermined significance level are extracted (S1010).
その後、前記処理(S1001〜S1010)をすべての区画の残差データに対して行うまで繰り返す。
<本実施形態を利用した具体的実施例>
<<実施例の目的>>
Thereafter, the processing (S1001 to S1010) is repeated until it is performed on the residual data of all sections.
<Concrete examples using this embodiment>
<< Purpose of Examples >>
図11の左図は、ラットの脳を腹側から見た写真であり、右図は、その一部の拡大模式図である。図中、四角(1101)で囲った領域には、pFRGなどの呼吸関連部位が存在し、C4脊髄神経・横隔神経へ出力信号が送られることが知られている。本実施例では、呼吸に応じて、四角(1101)で囲った領域内の神経細胞の賦活状態がどのように変遷していくのかを算出し、直観的に把握可能にマッピングすることを目的とする。
<<時間変化イメージングデータ>>
The left figure of FIG. 11 is a photograph of the rat brain as seen from the ventral side, and the right figure is a partial enlarged schematic view thereof. In the figure, it is known that a region related to respiration such as pFRG exists in a region surrounded by a square (1101), and an output signal is sent to the C4 spinal nerve and phrenic nerve. The purpose of this embodiment is to calculate how the activation state of the nerve cells in the area enclosed by the square (1101) changes according to respiration, and to intuitively map it so that it can be grasped intuitively. To do.
<< Time-varying imaging data >>
本実施例では、膜電位感受性色素を利用し、CCDカメラにより、呼吸が起きた際の被測定物(脳)の表面の光量変化を複数の静止イメージで記録した。静止イメージは、100×100ピクセルで、0.02secおきに、256点記録した。1回の呼吸(1回吸って、1回吐く)に応じて、1回測定(256点)するようにし、前記を合計27回測定した。1回の測定においては、呼吸が生じる前に十分な時間(1sec程度)を確保するようにした。また、C4からも電気信号を測定し、その信号の立ち上がりを利用して同期をとることで、複数回測定したデータの呼吸の位相が揃うようにした。参考までに、C4から測定したデータを図12に示す。図中、上側が測定データであり、下側は、上側のデータに対して周波数解析を行った後のデータである。
<<解析単位に分割>>
In this example, a membrane potential sensitive dye was used, and the change in the amount of light on the surface of the object to be measured (brain) when breathing occurred was recorded as a plurality of still images by a CCD camera. The still image was 100 × 100 pixels, and 256 points were recorded every 0.02 sec. In response to one breath (inhaled once and exhaled once), measurement was performed once (256 points), and the above was measured a total of 27 times. In one measurement, a sufficient time (about 1 sec) was secured before breathing occurred. In addition, the electrical signal was measured from C4, and synchronization was made using the rising edge of the signal so that the phases of respiration of the data measured multiple times were aligned. For reference, data measured from C4 is shown in FIG. In the figure, the upper side is measurement data, and the lower side is data after frequency analysis is performed on the upper data.
<< Division into analysis units >>
本実施例では、被測定物の表面を2次元で捉えた時間変化イメージングデータを解析した。すなわち解析単位の分割処理としては、まず、時間変化イメージングデータを測定回数ごとに27個のグループに分割し、静止イメージ上の被測定物をL×M個の領域に区画した。具体的には、静止画像のピクセル数に応じて、100×100個の領域に区画した。すなわち、本実施例では、時間変化イメージングデータを27×100×100個の解析単位に分割した。
<<定常状態モデル関数の生成>>
In this example, time-varying imaging data obtained by capturing the surface of the object to be measured in two dimensions was analyzed. That is, as analysis unit division processing, time-varying imaging data was first divided into 27 groups for each number of measurements, and the object to be measured on the still image was partitioned into L × M regions. Specifically, the area was divided into 100 × 100 areas according to the number of pixels of the still image. That is, in this embodiment, the time-varying imaging data is divided into 27 × 100 × 100 analysis units.
<< Generation of steady state model function >>
本実施例では、NNARXの手法を用いて定常状態モデル関数を生成した。まず、影響を考慮する近傍は、周辺に位置する8つのピクセルのみとし、モデルのラグは3とした。そして、測定開始から0.52sec間を定常状態とした。
<<残差データの算出>>
In this embodiment, the steady state model function is generated using the NNARX method. First, the neighborhood that considers the influence is only 8 pixels located in the vicinity, and the lag of the model is 3. Then, the steady state was set for 0.52 sec from the start of measurement.
<< Calculation of residual data >>
前記生成した定常状態モデル関数を利用して、解析単位ごとに時系列の残差データを算出した。1つの解析単位につき、256個の残差データが算出された。 Using the generated steady state model function, time series residual data was calculated for each analysis unit. 256 residual data were calculated for each analysis unit.
図3に、一つの区画(ピクセル)の残差データの時間変化をマッピングした図を示す。縦軸は、測定回数に該当し、横軸は時間軸に該当する。図は、256個×27回分の残差データをマッピングしている。図中、色の濃い部分が残差の小さいことを示し、色の白い部分が残差の大きいことを示している。当該図より、すべての回の測定において、大体1.0sec〜2.0secの間に、大きい残差が算出されていることがわかる。すなわち、大体1.0sec〜2.0secの間に、当該区画(ピクセル)に対応する被測定物の部位で状態変化が起きていることがわかる。
<<残差の統計検定>>
FIG. 3 shows a diagram in which the temporal change of the residual data of one section (pixel) is mapped. The vertical axis corresponds to the number of measurements, and the horizontal axis corresponds to the time axis. In the figure, 256 × 27 residual data are mapped. In the figure, a dark portion indicates that the residual is small, and a white portion indicates that the residual is large. From the figure, it can be seen that a large residual is calculated in approximately 1.0 sec to 2.0 sec in all measurements. That is, it can be seen that the state change occurs at the site of the object to be measured corresponding to the section (pixel) in about 1.0 sec to 2.0 sec.
<< Statistical test of residual >>
本実施例では、測定開始から0.52sec間を定常状態とし、他の残差検出時間帯は、0.02sec単位で、測定開始から時間軸に従って順に特定した。図3中、四角Aで囲った部分が定常状態の残差データに該当し、四角Bで囲った部分が、一つの他の残差検出時間帯の残差データに該当する。すなわち、定常状態の残差データは、26×27点の残差データを有し、1つの残差検出時間帯の残差データは1×27点の残差データを有する。 In this embodiment, the steady state is set for 0.52 sec from the start of measurement, and the other residual detection time zones are specified in order of 0.02 sec in accordance with the time axis from the start of measurement. In FIG. 3, a portion surrounded by a square A corresponds to residual data in a steady state, and a portion surrounded by a square B corresponds to residual data in one other residual detection time zone. That is, the residual data in the steady state has 26 × 27 points of residual data, and the residual data in one residual detection time zone has 1 × 27 points of residual data.
定常データと他の残差データは,正規分布とみなすことができ、データ数もおおむね30以上あるので、t検定を用いて統計検定を行った。なお、所定の有意水準としては、業界の慣行に従い、95%を適用した。
<<検定値のマッピング>>
The stationary data and the other residual data can be regarded as a normal distribution, and the number of data is approximately 30 or more, so the statistical test was performed using the t test. As the predetermined significance level, 95% was applied in accordance with industry practice.
<< Mapping of test values >>
図4に、検定値を時系列にマッピングした様子を示す。図中、上側が、被測定物のイメージングデータ上に、所定の有意水準以上の検定値をマッピングしたものであり、下側は、呼吸のタイミングを示すためにプロットしたC4信号である。図中、上側は、それぞれの時間帯において、所定の有意水準以上の大きさの残差が算出された部位をプロットしたものである。なお、図中の4つの時間帯はあくまで一例であり、その他の時間帯においても、同様のマッピング図を表示することができる。また、これらのマッピング図をスライド表示などすることも可能である。 FIG. 4 shows how the test values are mapped in time series. In the figure, the upper side is obtained by mapping the test value of a predetermined significance level or higher on the imaging data of the object to be measured, and the lower side is a C4 signal plotted to show the timing of respiration. In the figure, the upper part is a plot of the portion where the residual having a magnitude of a predetermined significance level or more is calculated in each time zone. Note that the four time zones in the figure are merely examples, and similar mapping diagrams can be displayed in other time zones. Also, these mapping diagrams can be displayed in a slide display.
図4より、C4信号がピークを迎える前に賦活する部位、同期して賦活する部位、2.5secほど遅れて賦活する部位を容易に把握することができる。
<発明の効果>
From FIG. 4, it is possible to easily grasp a site that is activated before the C4 signal reaches a peak, a site that is activated in synchronization, and a site that is activated with a delay of about 2.5 seconds.
<Effect of invention>
本発明のイメージングデータ処理システムおよびそのデータ処理方法により、測定した被測定物(生体、工場内のシステムなど)のイメージングデータ上で、状態変化点を高精度に時系列に抽出することができる。また、状態変化点が時間軸に従いどのように変遷していくかを直観的に把握することができるようになる。 According to the imaging data processing system and the data processing method of the present invention, the state change points can be extracted with high accuracy in time series on the imaging data of the measured object to be measured (such as a living body or a factory system). In addition, it becomes possible to intuitively understand how the state change point changes along the time axis.
0201 処理データ取得部
0202 分割部
0203 解析単位変化データ取得部
0204 定常状態データ抽出部
0205 モデル関数生成部
0206 残差データ算出部
0207 検定値演算部
0208 検定値マッピング部
0201 Processing data acquisition unit 0202 Division unit 0203 Analysis unit change data acquisition unit 0204 Steady state data extraction unit 0205 Model function generation unit 0206 Residual data calculation unit 0207 Test value calculation unit 0208 Test value mapping unit
Claims (6)
測定データ取得部が取得した時間変化イメージングデータを複数の領域に区画した解析単位に分割する分割部と、
分割された解析単位ごとに変化データを取得する解析単位変化データ取得部と、
解析単位ごとに、解析単位変化データ取得部が取得した変化データから定常状態データを抽出する定常状態データ抽出部と、
抽出した定常状態データに基づいて解析単位ごとに定常状態モデル関数を生成するモデル関数生成部と、
生成した定常状態モデル関数を利用して、解析単位ごとに変化データとの残差データを時系列に算出する残差データ算出部を有するイメージングデータの状態変化抽出方法をもつイメージングデータ処理システム。 A measurement data acquisition unit for acquiring time-varying imaging data recorded by associating a time change of a signal emitted from each point of the measurement object in a stationary state with the imaging data of the measurement object;
A division unit that divides the time-varying imaging data acquired by the measurement data acquisition unit into analysis units divided into a plurality of regions,
An analysis unit change data acquisition unit for acquiring change data for each divided analysis unit;
For each analysis unit, a steady state data extraction unit that extracts steady state data from the change data acquired by the analysis unit change data acquisition unit;
A model function generator that generates a steady state model function for each analysis unit based on the extracted steady state data;
An imaging data processing system having an imaging data state change extraction method including a residual data calculation unit that calculates residual data with change data in a time series for each analysis unit using a generated steady state model function.
測定データ取得ステップで取得した時間変化イメージングデータを複数の領域に区画した解析単位に分割する分割ステップと、
分割された解析単位ごとに変化データを取得する解析単位変化データ取得ステップと、
解析単位ごとに、解析単位変化データ取得ステップが取得した変化データから定常状態データを抽出する定常状態データ抽出ステップと、
抽出した定常状態データに基づいて解析単位ごとに定常状態モデル関数を生成するモデル関数生成ステップと、
生成した定常状態モデル関数を利用して、解析単位ごとに変化データとの残差データを時系列に算出する残差データ算出ステップ有するイメージングデータの状態変化抽出方法をもつイメージングデータ処理システムの動作方法。 A measurement data acquisition step for acquiring time-varying imaging data recorded by associating a time change of a signal emitted from each point of the measurement object in a stationary state with the imaging data of the measurement object;
A division step of dividing the time-varying imaging data acquired in the measurement data acquisition step into analysis units divided into a plurality of regions;
An analysis unit change data acquisition step for acquiring change data for each divided analysis unit;
For each analysis unit, a steady state data extraction step for extracting steady state data from the change data acquired by the analysis unit change data acquisition step;
A model function generation step for generating a steady state model function for each analysis unit based on the extracted steady state data;
Method of operating an imaging data processing system having a state change extraction method of imaging data having a residual data calculation step for calculating residual data with change data in a time series for each analysis unit using the generated steady state model function .
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