JP2010154998A - Device for time-series data analysis and computer readable recording medium having recorded with time-series data analysis program - Google Patents

Device for time-series data analysis and computer readable recording medium having recorded with time-series data analysis program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that though the inventors have proposed that a brain wave data spectrum can serve as an index, and that brain data spectrum tilt value should be used as an index of the subject's conditions, no progress has been made yet so as to distinguish the conditions of a subject by using only the tilt values, since the tilt varies according to the subject's conditions. <P>SOLUTION: A device for time-series data analysis is provided to solve this problem, which includes a segmental conditions input part, an analytic conditions input part, an optimum analytic conditions deriving part that under both segmental and analytic conditions input to respective input parts, analyzes all respective segments by maximum entropy and nonlinear minimum square methods under all analytic conditions, selects an appropriate optimum segment and appropriate analytic conditions based on all the analysis results and derives optimum segment length and lag values corresponding to them, and an analysis execution part to execute an analysis by the maximum entropy method, by using the optimum analytic conditions derived. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、脳波等の時系列データの解析装置及び時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。   The present invention relates to a time-series data analysis device such as an electroencephalogram and a computer-readable recording medium on which a time-series data analysis program is recorded.

発明者らは、ローレンツ、レスラー、ダフィングモデルの各非線形運動方程式に従うカオス時系列について、そのスペクトルがいずれも指数スペクトルであることを見出し、日本物理学会欧文誌(非特許文献1)に報告した。欧文誌への掲載は1995年である。この非特許文献1の和訳は、非特許文献2として1996年に掲載されている。   The inventors found that the chaos time series according to the Lorentz, Wrestler, and Duffing model nonlinear motion equations are all exponential spectra, and reported to the European Physical Society of Japan (Non-patent Document 1). . Published in European journals in 1995. This Japanese translation of Non-Patent Document 1 was published as Non-Patent Document 2 in 1996.

加えて、発明者らは非特許文献1において、一拍の脈波(血圧波形)データを同様の方法で解析し、そのスペクトルが指数スペクトルとなることを見出し、生理現象のカオス特性との関連を指摘した。非特許文献1はカオス時系列・生理現象等で指数スペクトルが広く注目される契機となった論文である。   In addition, the inventors analyzed non-patent document 1 pulse wave (blood pressure waveform) data by a similar method, found that the spectrum was an exponential spectrum, and related to the chaos characteristics of physiological phenomena. Pointed out. Non-Patent Document 1 is a paper that triggered the attention of the exponential spectrum due to chaos time series and physiological phenomena.

非特許文献1は発明者により作成された高精度な汎用時系列解析システムMemCalc(登録商標)を解析に使用し、カオス時系列のスペクトルを精確に計算することにより初めて得られた重要な知見であるが、以後、このMemCalc(登録商標)とその応用システムの普及と共に、発明者らのグループを含む多くの研究者・グループによって様々な時系列データ、とりわけ生体時系列データについてそのスペクトルの特徴が詳細に調べられるに至った。   Non-Patent Document 1 is an important finding obtained for the first time by accurately calculating the spectrum of a chaotic time series using the highly accurate general-purpose time series analysis system MemCalc (registered trademark) created by the inventor for analysis. However, with the spread of this MemCalc (registered trademark) and its application system, various time series data, especially biological time series data, have been characterized by various researchers and groups including our group. It came to be examined in detail.

そのような中でとりわけ興味深いのは非特許文献3に記載されている脳波データとその解析結果である。非特許文献3によると、頭皮にて測定した脳波データのスペクトルは注目周波数帯(1〜30Hz又は0.5〜30Hz)において指数スペクトルであり、且つ、その傾きは年齢や被験者の状態に応じて変化する、睡眠中も約1時間半周期の「睡眠のリズム」に応じて脳波スペクトルの傾きが変動する、また、麻酔の導入によってもスペクトルの傾きは変化する、等々の事実が明かにされてきた。   Particularly interesting among them are the electroencephalogram data and analysis results described in Non-Patent Document 3. According to Non-Patent Document 3, the spectrum of the electroencephalogram data measured on the scalp is an exponential spectrum in the frequency band of interest (1 to 30 Hz or 0.5 to 30 Hz), and its inclination changes depending on the age and the condition of the subject. The fact that the slope of the electroencephalogram spectrum fluctuates according to the “sleep rhythm” of about an hour and a half during sleep, and that the slope of the spectrum changes with the introduction of anesthesia has been revealed.

Norio OHTOMO,Kazuo TOKIWANO, Yukio TANAKA, Ayako SUMI, Saburou TERACHI and Hidetoshi KONNO,"Exponential Characteristics of Power Spectral Densities Caused by ChaoticPhenomena", Journal of the Physical Society of Japan, Vol.64, No.4(1995)pp.1104-1113.Norio OHTOMO, Kazuo TOKIWANO, Yukio TANAKA, Ayako SUMI, Saburou TERACHI and Hidetoshi KONNO, "Exponential Characteristics of Power Spectral Densities Caused by ChaoticPhenomena", Journal of the Physical Society of Japan, Vol. 64, No. 4 (1995) pp. 1104-1113. 細田嵯一監修、笠貫宏・大友詔雄編集、「生体時系列データ解析の新展開」、北海道大学図書刊行会、1996年12月25日、pp.139-155Supervised by Junichi Hosoda, edited by Hiroshi Kasanuki and Ikuo Otomo, "New Development of Biological Time Series Data Analysis", Hokkaido University Library Publications, December 25, 1996, pp.139-155 鷲見紋子、「MemCalcによる生体時系列データ解析の実際」、日本周術期時間医学研究会発表資料、2001年3月10日。Tomoko Tadami, “Actual analysis of biological time-series data using MemCalc”, published by Japan Perioperative Time Medical Society, March 10, 2001.

脳波データのスペクトルが指数スペクトルとなること、および、指数スペクトルの傾きが被験者の状態に従って変化することから、傾きの値を被験者の状態の指標として利用することがただちに期待される。   Since the spectrum of the electroencephalogram data becomes an exponential spectrum and the slope of the exponential spectrum changes according to the state of the subject, it is expected to immediately use the slope value as an index of the subject's state.

発明者は、これまでに脳波の指数スペクトルの傾きをリアルタイムに求める簡便なシステムMakin(商品名)およびMakin2(商品名)を開発してきており、多くの研究機関にて使用されていることから、この傾きの挙動に関するさまざまな知見が蓄積・報告されている。   The inventor has developed simple systems Makin (trade name) and Makin 2 (trade name) for obtaining the slope of the exponential spectrum of the electroencephalogram in real time, and has been used in many research institutions. Various knowledge about the behavior of this tilt has been accumulated and reported.

しかしながら現在のところ、この傾きの値のみをもって、被験者の各状態を判別するまでにはいたっていない。例えば、麻酔下と熟睡時の脳波の指数スペクトルの傾きはどちらも急峻であるが、傾きの値だけでは、その脳波が麻酔下のものであるか、熟睡中のものであるかを判別できない。また、睡眠ステージの判定で、技師により同じ睡眠ステージとされた複数の脳波の傾きが大きくばらつくことがままある、被験者ごとの差も大きいなどである。脳波データのスペクトルが指数形状を示すという顕著な特性を広く実用に供するためには、このような現状を打破する技術的な工夫が求められる。
本発明は、このような課題を解決することを目的とするものである。
However, at present, it is not possible to determine each state of the subject with only the value of the slope. For example, the slope of the exponential spectrum of the electroencephalogram under anesthesia and deep sleep is both steep, but it is impossible to determine whether the electroencephalogram is under anesthesia or during deep sleep only by the slope value. Further, in the determination of the sleep stage, the inclinations of a plurality of brain waves that are set to the same sleep stage by an engineer may remain largely varied, and the difference between subjects is also large. In order to use the remarkable characteristic that the spectrum of the electroencephalogram data shows an exponential shape widely and practically, technical ingenuity to overcome such a current situation is required.
The present invention aims to solve such problems.

上述した課題を解決するために、本発明では、原時系列データから切り出して解析するセグメントに関して、最短セグメント長と最長セグメント長及び最短・最長セグメントとその間の異なった長さのセグメントから構成される切り出すセグメントの総数又は最短・最長セグメント間の時間刻みを入力項目とするセグメント条件入力部と、
最小ラグ値と最大ラグ値及び最小・最大ラグ値間に設定する一連のラグ値の設定間隔を入力項目とする解析条件入力部と、
セグメント条件入力部に入力されたセグメント条件と、解析条件入力部に入力された解析条件に基づいて、全てのセグメントの夫々につき全ての解析条件にて最大エントロピー法及び非線形最小自乗法により解析を行って、全ての解析結果から適切な一つのセグメントと一つの解析条件の選択を行い、それに対応して最適セグメント長と最適ラグ値を導出する最適解析条件導出部と、
最適解析条件導出部において導出された最適解析条件を設定して最大エントロピー法による解析を実行する解析実行部とから構成した時系列データの解析装置を提案する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is composed of the shortest segment length, the longest segment length, the shortest / longest segment, and segments having different lengths between the segments that are cut out from the original time series data and analyzed. A segment condition input section with the total number of segments to be cut or the time increment between the shortest and longest segments as input items;
An analysis condition input unit having as input items a set interval of a series of lag values set between the minimum lag value and the maximum lag value and the minimum / maximum lag value;
Based on the segment conditions input to the segment condition input section and the analysis conditions input to the analysis condition input section, analysis is performed by the maximum entropy method and the nonlinear least squares method for all analysis conditions for all segments. Selecting an appropriate segment and an analysis condition from all analysis results, and deriving an optimum segment length and an optimum lag value correspondingly,
We propose a time-series data analysis device composed of an analysis execution unit that sets an optimal analysis condition derived in an optimal analysis condition deriving unit and executes an analysis by a maximum entropy method.

また本発明では、上記の解析装置において、最適解析条件導出部は、
セグメント条件入力部に入力された条件に基づいて原時系列データから、異なる長さの複数のセグメントを切り出してサンプルセグメントとして設定すると共に、解析条件入力部に入力された解析条件を読み出して設定する設定処理手段と、
設定処理手段により設定された全てのサンプルセグメントの夫々につき、全ての解析条件により最大エントロピー法を用いてパワースペクトル密度を算出する第1の処理手段と、
この第1の処理手段により得られたパワースペクトル密度の夫々につき、主要なスペクトルピークを抽出して、それらから非線形最小自乗法によりサンプルセグメントについての一般化三角多項式表現の諸量を算出する第2の処理手段と、
この第2の処理手段により得られた一般化三角多項式表現のサンプルセグメントデータに対する妥当性とパワースペクトル密度に対する整合性を判断して、妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現に対応する一つのサンプルセグメントを選択して、それに対応するセグメント長とラグ値を、最適セグメント長と最適ラグ値として導出する第3の処理手段とから構成した時系列データの解析装置を提案する。
In the present invention, in the above analysis device, the optimum analysis condition derivation unit is
Based on the conditions input to the segment condition input unit, a plurality of segments having different lengths are cut out from the original time series data and set as sample segments, and the analysis conditions input to the analysis condition input unit are read and set. Setting processing means;
A first processing means for calculating a power spectral density using a maximum entropy method according to all analysis conditions for each of all sample segments set by the setting processing means;
For each of the power spectral densities obtained by the first processing means, a main spectral peak is extracted, and various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression for the sample segment are calculated from them by the nonlinear least square method. Processing means,
The validity of the generalized trigonometric polynomial expression obtained by the second processing means with respect to the sample segment data and the consistency with respect to the power spectral density are judged, and one corresponding to the generalized trigonometric polynomial expression with high validity and consistency is obtained. A time-series data analyzing apparatus is proposed which comprises a third processing means for selecting one sample segment and deriving the corresponding segment length and lag value as the optimum segment length and optimum lag value.

また本発明では、上記の解析装置において、第2の処理手段は、第1の処理手段により算出されたパワースペクトル密度から、主要なスペクトルピークにつき、その個数、各ピーク周波数及び各ピークパワーを抽出し、上記個数を項数、各ピーク周波数の逆数を各三角項の周期の初期値として、残差の自乗和を最小にする非線形最小自乗法の計算により、一般化三角多項式表現の諸量を算出する構成とした時系列データの解析装置を提案する。   In the present invention, in the above analysis apparatus, the second processing means extracts the number, each peak frequency, and each peak power of main spectrum peaks from the power spectrum density calculated by the first processing means. Then, using the above number as the number of terms and the reciprocal of each peak frequency as the initial value of the period of each triangular term, the quantities of the generalized trigonometric polynomial expression are calculated by nonlinear least squares method that minimizes the sum of squares of the residuals. We propose a time-series data analysis device configured to calculate.

また本発明では、上記の解析装置において、第3の処理手段は、夫々のサンプルセグメントに関する一般化三角多項式表現の諸量における残差の標準偏差を設定値と比較して、設定値以上の一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第1の選別機能と、
非線形最小自乗法により決定された多項式の各項の周期を、パワースペクトル密度のピーク周波数の逆数から設定したその初期値と比較し、それらの差が設定値以上の一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第2の選別機能と、
非線形最小自乗法により決定された多項式の各項の振幅から求めたパワーの夫々を、パワースペクトル密度の対応するピークのパワーと逐一比較し、差が設定値以上の振幅を有する一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第3の選別機能とを有し、
第1、第2及び第3の選別機能による処理を順次行って妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現を選択する構成とした時系列データの解析装置を提案する。
In the present invention, in the above analysis apparatus, the third processing means compares the standard deviation of the residual in various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression for each sample segment with a set value, A first selection function that rejects the generalized trigonometric polynomial expression and selects other generalized trigonometric polynomial expressions as selection candidates;
Compare the period of each term of the polynomial determined by the nonlinear least squares method with its initial value set from the reciprocal of the peak frequency of the power spectral density, and reject the generalized triangular polynomial expression whose difference is greater than the set value And a second selection function using other generalized triangular polynomial expressions as selection candidates,
A generalized triangular polynomial expression that compares the power obtained from the amplitude of each term of the polynomial determined by the nonlinear least squares method with the power of the corresponding peak of the power spectral density one by one, and the difference has an amplitude greater than the set value And a third selection function with other generalized triangular polynomial expressions as selection candidates,
A time-series data analysis apparatus is proposed in which processing by the first, second, and third sorting functions is sequentially performed to select a generalized triangular polynomial expression having high validity and consistency.

また本発明では、上記の解析装置において、第3の処理手段は、第1、第2及び第3の選別機能による処理を順次行った後に、複数の一般化三角多項式表現が選択候補として残った場合において、残差の標準偏差の最も小さい一般化三角多項式表現を選択する第4の選別機能を有する構成とした時系列データの解析装置を提案する。   In the present invention, in the above analysis apparatus, the third processing means sequentially performs the processing by the first, second, and third selection functions, and then a plurality of generalized triangular polynomial expressions remain as selection candidates. In this case, a time-series data analyzing apparatus having a fourth selecting function for selecting a generalized triangular polynomial expression having the smallest standard deviation of the residual is proposed.

また本発明では、上記の解析装置において、第3の処理手段は、第1、第2及び第3又は第1、第2、第3及び第4の選別機能による処理を行った後に、選択された一般化三角多項式表現を有するサンプルセグメントが複数の残った場合に、最も長いサンプルセグメントを最適なサンプルセグメントとして選択する第5の選別機能を有し、第5の選別機能により選択されたサンプルセグメントを最適セグメントに、そのサンプルセグメントに対し、選択された一般化三角多項式表現に対応してパワースペクトル密度を計算したラグ値を最適ラグ値として選択する構成とした時系列データの解析装置を提案する。   In the present invention, in the above analysis apparatus, the third processing means is selected after performing the processing by the first, second and third or first, second, third and fourth sorting functions. A sample segment having a fifth sorting function for selecting the longest sample segment as the optimum sample segment when a plurality of sample segments having the generalized trigonometric polynomial representation remain, and selected by the fifth sorting function A time series data analysis device is proposed, in which the lag value calculated for the power spectrum density corresponding to the selected generalized trigonometric polynomial expression is selected as the optimal lag value for the sample segment. .

また本発明では、上記の解析装置において、解析実行部は、
最適解析条件導出部において導出され、解析条件設定手段に設定された最適セグメント長に基づいて原時系列データからセグメントを切り出すセグメント準備手段と、
準備されたセグメントに対して最適解析条件導出部において導出され、解析条件設定手段に設定された最適ラグ値を用いて最大エントロピー法によりパワースペクトル密度を算出するパワースペクトル密度算出手段と、
算出されたパワースペクトル密度の主たるピークの個数、各ピークの中心周波数及びピークパワーを抽出するピーク抽出手段と、
抽出されたピーク列から特徴量を抽出する特徴量抽出手段とから構成される時系列データの解析装置を提案する。
In the present invention, in the above analysis apparatus, the analysis execution unit is
Segment preparation means for cutting out segments from original time series data based on the optimum segment length derived by the optimum analysis condition derivation unit and set in the analysis condition setting means,
A power spectrum density calculating means for calculating a power spectrum density by a maximum entropy method using an optimum lag value derived in the optimum analysis condition derivation unit for the prepared segment and set in the analysis condition setting means;
Peak extraction means for extracting the number of main peaks of the calculated power spectral density, the center frequency and peak power of each peak;
A time-series data analysis device is proposed which comprises a feature quantity extraction means for extracting a feature quantity from an extracted peak sequence.

また本発明では、上記の解析装置において、解析条件設定手段は、最適解析条件導出部において導出された最適解析条件をそのまま設定する機能と、入力手段により入力された解析条件を設定する機能と、その選択機能を構成した時系列データの解析装置を提案する。   Further, in the present invention, in the above analysis apparatus, the analysis condition setting means includes a function for setting the optimum analysis conditions derived by the optimum analysis condition derivation unit as it is, a function for setting the analysis conditions input by the input means, We propose a time-series data analysis device with the selection function.

また本発明では、上記の解析装置において、ピーク抽出手段は、パワースペクトル密度の全てのピークから求めたピーク間の平均間隔の数倍の範囲で、局所的に顕著なピークを求め、求められた顕著なピークに、平均間隔よりも短い間隔で隣接するピークを融合させて融合ピークを構成する第1の処理と、顕著なピークと融合ピーク以外の全てのピークを最寄りの顕著なピーク又は融合ピークに融合させる第2の処理とから主たるピークを抽出する構成とし、複数のピークを融合させる際には、融合の前後のピークパワーを保存すると共に、融合前の複数のピークのピークパワーにより按分して融合ピークの中心周波数を求める時系列データの解析装置を提案する。   Further, in the present invention, in the above analysis apparatus, the peak extraction means obtains a locally prominent peak in a range several times the average interval between peaks obtained from all peaks of the power spectral density, and is obtained. A first process that forms a fusion peak by fusing a prominent peak with an interval shorter than the average interval to form a fusion peak, and making all peaks other than the prominent peak and the fusion peak the nearest prominent peak or fusion peak The main peak is extracted from the second process to be fused, and when multiple peaks are merged, the peak power before and after the fusion is preserved, and the peak power of the multiple peaks before fusion is proportionally distributed. We propose a time-series data analysis device that determines the center frequency of the fusion peak.

また本発明では、上記の解析装置において、特徴量抽出手段は、ピーク抽出手段により抽出された複数の主たるピークのピークパワーの対数値とピーク周波数の組について、線形最小自乗法により、いわゆる指数スペクトルの傾向線の傾きとy切片を求める傾向線算出手段と、パワースペクトル密度算出手段により求めた全てのピークにつき、そのピークパワーの値を傾向線の示すパワー値で除して規格化を行って傾向線相対パワーを求める相対パワー算出手段と、周波数軸上に離散的に配置されたピークと、その相対ピークパワーにより、相対ピークパワー分布の特徴量を抽出する特徴量抽出手段とから構成した時系列データの解析装置を提案する。   Further, in the present invention, in the above analysis apparatus, the feature amount extracting means uses a so-called exponential spectrum by a linear least square method for a pair of log power and peak frequency of a plurality of main peaks extracted by the peak extracting means. The trend line calculation means for obtaining the slope and y intercept of the trend line, and for all the peaks obtained by the power spectrum density calculation means, the peak power value is divided by the power value indicated by the trend line and normalized. When it is composed of relative power calculation means for calculating trend line relative power, peaks discretely arranged on the frequency axis, and feature quantity extraction means for extracting the feature quantity of the relative peak power distribution from the relative peak power A data analysis device is proposed.

また本発明では、上記の解析装置において、時系列データは脳波のデータであり、特徴量抽出手段により抽出する特徴量は、通常1〜30Hz又は0.5〜30Hzの脳波スペクトルの注目周波数帯において相対ピークパワーを低周波数側から積算し、積算値が注目周波数帯の全相対ピークパワーの25%、50%、75%になる3つの周波数を含むことを提案する。   In the present invention, in the above analysis device, the time-series data is brain wave data, and the feature amount extracted by the feature amount extraction unit is usually a relative peak in the attention frequency band of the brain wave spectrum of 1 to 30 Hz or 0.5 to 30 Hz. It is proposed that power is integrated from the low frequency side, and that the integrated value includes three frequencies that are 25%, 50%, and 75% of the total relative peak power of the frequency band of interest.

次に本発明では、原時系列データから切り出して解析するセグメントに関して、最短セグメント長と最長セグメント長及び最短・最長セグメントとその間の異なった長さのセグメントから構成される切り出すセグメントの総数又は最短・最長セグメント間の時間刻みをセグメント条件として入力する過程と、
最小ラグ値と最大ラグ値及び最小・最大ラグ値間に設定する一連のラグ値の設定間隔を解析条件として入力する過程と、
入力されたセグメント条件と解析条件とに基づいて、全てのセグメントの夫々につき全ての解析条件にて最大エントロピー法及び非線形最小自乗法により解析を行って、全ての解析結果から適切な一つのセグメントと一つの解析条件の選択を行い、それに対応して最適セグメント長と最適ラグ値から成る解析条件を導出する過程と、
導出された最適解析条件を解析条件として設定して最大エントロピー法による解析を実行する過程とから構成した時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提案する。
Next, in the present invention, regarding the segment to be cut and analyzed from the original time series data, the shortest segment length and the longest segment length and the shortest / longest segment and the total number of segments to be cut or the shortest segment Entering the time step between the longest segments as the segment condition,
A process of inputting a set interval of a series of lag values set between the minimum lag value and the maximum lag value and the minimum and maximum lag values as an analysis condition,
Based on the input segment conditions and analysis conditions, all segments are analyzed using the maximum entropy method and nonlinear least squares method under all analysis conditions. The process of selecting one analysis condition and deriving the analysis condition consisting of the optimal segment length and the optimal lag value,
A computer-readable recording medium recording a time-series data analysis program composed of the process of executing the analysis by the maximum entropy method by setting the derived optimal analysis condition as the analysis condition is proposed.

また本発明では、上記の記録媒体において、解析条件を導出する過程は、
入力されたセグメント条件に基づいて原時系列データから、異なる長さの複数のセグメントを切り出してサンプルセグメントとして設定する過程と、
解析条件を設定する過程と、
設定された全てのサンプルセグメントの夫々につき、全ての設定された解析条件により最大エントロピー法を用いてパワースペクトル密度を算出する第1の処理過程と、
この第1の処理過程により得られたパワースペクトル密度の夫々につき、主要なスペクトルピークを抽出して、それらから非線形最小自乗法によりサンプルセグメントについての一般化三角多項式表現の諸量を算出する第2の処理過程と、
この第2の処理過程により得られた一般化三角多項式表現のサンプルセグメントデータに対する妥当性とパワースペクトル密度に対する整合性を判断して、妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現に対応する一つのサンプルセグメントを選択して、それに対応するセグメント長とラグ値を、最適セグメント長と最適ラグ値として導出する第3の処理過程とから構成した時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
In the present invention, in the recording medium, the process of deriving the analysis condition is
A process of cutting out a plurality of segments of different lengths from the original time series data based on the input segment conditions and setting them as sample segments,
The process of setting analysis conditions,
A first processing step of calculating a power spectral density using a maximum entropy method according to all set analysis conditions for each of all set sample segments;
A main spectrum peak is extracted for each of the power spectral densities obtained by the first processing step, and various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression for the sample segment are calculated from them by the nonlinear least square method. And the process of
The validity of the generalized trigonometric polynomial expression obtained by the second processing step with respect to the sample segment data and the consistency with respect to the power spectral density are judged, and one corresponding to the generalized trigonometric polynomial expression with high validity and consistency is obtained. A computer readable recording of a time series data analysis program consisting of a third process that selects one sample segment and derives the corresponding segment length and lag value as the optimum segment length and optimum lag value recoding media.

また本発明では、上記の記録媒体において、第2の処理過程は、第1の処理過程により算出されたパワースペクトル密度から、主要なスペクトルピークにつき、その個数、各ピーク周波数及び各ピークパワーを抽出する過程と、上記個数を項数、各ピーク周波数の逆数を各三角項の周期の初期値として、残差の自乗和を最小にする非線形最小自乗法の計算により、一般化三角多項式表現の諸量を算出する過程とを有する時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提案する。   In the present invention, in the above recording medium, the second processing step extracts the number, each peak frequency, and each peak power of main spectrum peaks from the power spectral density calculated by the first processing step. The generalized trigonometric polynomial expression is calculated by the non-linear least-squares method that minimizes the sum of squares of the residuals, with the number of terms as the number of terms and the reciprocal of each peak frequency as the initial value of the period of each triangular term. A computer-readable recording medium recording a time-series data analysis program having a process of calculating an amount is proposed.

また本発明では、上記の記録媒体において、第3の処理過程は、夫々のサンプルセグメントに関する一般化三角多項式表現の諸量における残差の標準偏差を設定値と比較して、設定値以上の一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第1の選別過程と、
非線形最小自乗法により決定された多項式の各項の周期を、パワースペクトル密度のピーク周波数の逆数から設定したその初期値と比較し、それらの差が設定値以上の一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第2の選別過程と、
非線形最小自乗法により決定された多項式の各項の振幅から求めたパワーの夫々を、パワースペクトル密度の対応するピークのパワーと逐一比較し、差が設定値以上の振幅を有する一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第3の選別過程とを有し、
第1、第2及び第3の選別過程による処理を順次行って妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現を選択することとした時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提案する。
In the present invention, in the above recording medium, the third processing step is to compare the standard deviation of the residual in various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression relating to each sample segment with the set value, and to determine the general value greater than the set value. A first selection process of rejecting the generalized trigonometric polynomial expression and selecting other generalized trigonometric polynomial expressions as selection candidates;
Compare the period of each term of the polynomial determined by the nonlinear least squares method with its initial value set from the reciprocal of the peak frequency of the power spectral density, and reject the generalized triangular polynomial expression whose difference is greater than the set value And a second selection process using other generalized triangular polynomial expressions as selection candidates,
A generalized triangular polynomial expression that compares the power obtained from the amplitude of each term of the polynomial determined by the nonlinear least squares method with the power of the corresponding peak of the power spectral density one by one, and the difference has an amplitude greater than the set value And a third selection process with other generalized triangular polynomial expressions as selection candidates,
A computer-readable recording medium on which is recorded a time series data analysis program in which a generalized trigonometric polynomial expression having high validity and consistency is selected by sequentially performing processes according to the first, second and third selection processes. Propose.

また本発明では、上記の記録媒体において、第3の処理過程は、第1、第2及び第3の選別過程による処理を順次行った後に、複数の一般化三角多項式表現が選択候補として残った場合において、残差の標準偏差の最も小さい一般化三角多項式表現を選択する第4の選別過程を有する時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提案する。   In the present invention, in the above recording medium, a plurality of generalized trigonometric polynomial expressions remain as selection candidates after sequentially performing the first, second, and third sorting processes in the third processing process. In this case, a computer-readable recording medium recording a time-series data analysis program having a fourth selection process for selecting a generalized triangular polynomial expression having the smallest standard deviation of the residual is proposed.

また本発明では、上記の記録媒体において、第3の処理過程は、第1、第2及び第3又は第1、第2、第3及び第4の選別過程による処理を順次行った後に、複数のサンプルセグメントが選択候補として残った場合において、最も長いサンプルセグメントを最適なサンプルセグメントとして選択する第5の選別過程を有し、第5の選別過程により選択されたサンプルセグメントを最適セグメントに、そのサンプルセグメントに対し、選択された一般化三角多項式表現に対応してパワースペクトル密度を計算したラグ値を最適ラグ値として選択する過程を有する時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提案する。   In the present invention, in the above recording medium, the third processing step includes a plurality of steps after sequentially performing the first, second and third or first, second, third and fourth sorting steps. If the sample segment remains as a candidate for selection, it has a fifth sorting process for selecting the longest sample segment as the optimal sample segment, and the sample segment selected by the fifth sorting process is selected as the optimal segment. A computer-readable recording medium recording a time-series data analysis program having a process of selecting a lag value obtained by calculating a power spectral density corresponding to a selected generalized trigonometric polynomial expression as an optimum lag value for a sample segment Propose.

また本発明では、上記の記録媒体において、解析実行過程は、
最適解析条件導出過程において導出され、解析条件設定手段に設定された最適セグメント長に基づいて原時系列データからセグメントを切り出すセグメント準備過程と、
準備されたセグメントに対して最適解析条件導出過程において導出され、解析条件設定手段に設定された最適ラグ値を用いて最大エントロピー法によりパワースペクトル密度を算出するパワースペクトル密度算出過程と、
算出されたパワースペクトル密度の主たるピークの個数、各ピークの中心周波数及びピークパワーを抽出するピーク抽出過程と、
抽出されたピーク列から特徴量を抽出する特徴量抽出過程とから成る時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提案する。
In the present invention, in the above recording medium, the analysis execution process is:
A segment preparation process for extracting a segment from original time series data based on the optimal segment length derived in the optimal analysis condition derivation process and set in the analysis condition setting means,
A power spectrum density calculation process for calculating a power spectrum density by a maximum entropy method using an optimum lag value set in the analysis condition setting means, which is derived in the optimum analysis condition derivation process for the prepared segment;
A peak extraction process for extracting the number of main peaks of the calculated power spectral density, the center frequency of each peak and the peak power;
A computer-readable recording medium recording a time-series data analysis program comprising a feature amount extraction process for extracting a feature amount from an extracted peak sequence is proposed.

また本発明では、上記の記録媒体において、解析条件設定手段は、最適解析条件導出過程において導出された最適解析条件をそのまま設定する機能と、入力手段により入力された解析条件を設定する機能と、その選択機能を構成したことを特徴とする請求項18に記載の時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提案する。   In the present invention, in the above recording medium, the analysis condition setting means includes a function for setting the optimum analysis condition derived in the optimum analysis condition derivation process as it is, a function for setting the analysis condition input by the input means, The computer-readable recording medium which recorded the time series data analysis program of Claim 18 characterized by comprising the selection function is proposed.

また本発明では、上記の記録媒体において、ピーク抽出過程は、
パワースペクトル密度の全てのピークからピーク間の平均間隔を求める過程と、求めた平均間隔の数倍の範囲で、局所的に顕著なピークを求める過程と、求められた顕著なピークに、平均間隔よりも短い間隔で隣接するピークを融合させて融合ピークを構成する過程とから成る第1の処理過程と、顕著なピークと融合ピーク以外の全てのピークを最寄りの顕著なピーク又は融合ピークに融合させる第2の処理過程とから成り、
第1の処理過程と第2の処理過程において、複数のピークを融合させる際には、融合の前後のピークパワーを保存すると共に、融合前の複数のピークのピークパワーにより按分して融合ピークの中心周波数を求めることとした時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提案する。
In the present invention, in the recording medium, the peak extraction process is
The process of obtaining the average interval between peaks from all the peaks of the power spectral density, the process of obtaining locally prominent peaks in the range of several times the obtained average interval, and the average interval between the obtained prominent peaks The first processing step, which consists of fusing adjacent peaks at shorter intervals to form a fusion peak, and fusing all peaks other than the prominent peak and the fusion peak into the nearest prominent peak or fusion peak And a second processing step
In the first processing step and the second processing step, when merging a plurality of peaks, the peak power before and after the fusion is preserved, and it is prorated according to the peak power of the plurality of peaks before the fusion. A computer-readable recording medium recording a time-series data analysis program for determining the center frequency is proposed.

また本発明では、上記の記録媒体において、特徴量抽出過程は、ピーク抽出過程において抽出された複数の主たるピークのピークパワーの対数値とピーク周波数の組について、線形最小自乗法によりいわゆる指数スペクトルの傾向線の傾きとy切片を求める傾向線算出過程と、パワースペクトル密度算出手段により求めた全てのピークにつき、そのピークパワーの値を傾向線の示すパワー値で除して規格化を行って傾向線相対パワーを求める相対パワー算出過程と、周波数軸上に離散的に配置されたピークと、その相対パワーにより、相対ピークパワー分布の特徴量を抽出する特徴量抽出過程とから成る時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提案する。   In the present invention, in the recording medium described above, the feature amount extraction process is performed by using a linear least square method for a pair of logarithmic values of peak powers and peak frequencies of a plurality of main peaks extracted in the peak extraction process. Trend line calculation process to find the slope and y-intercept of the trend line, and for all the peaks obtained by the power spectrum density calculation means, the peak power value is divided by the power value indicated by the trend line and normalized Time-series data consisting of a relative power calculation process for obtaining line relative power, a peak discretely arranged on the frequency axis, and a feature quantity extraction process for extracting the feature quantity of the relative peak power distribution based on the relative power. A computer-readable recording medium on which an analysis program is recorded is proposed.

また本発明では、上記の記録媒体において、時系列データは脳波のデータであり、特徴量抽出過程により抽出する特徴量は、通常1〜30Hz又は0.5〜30Hzの脳波スペクトルの注目周波数帯において相対ピークパワーを低周波数側から積算し、積算値が注目周波数帯の全相対ピークパワーの25%、50%、75%になる3つの周波数を含むこととした時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提案する。   In the present invention, in the above recording medium, the time series data is brain wave data, and the feature amount extracted by the feature amount extraction process is usually a relative peak in the attention frequency band of the brain wave spectrum of 1 to 30 Hz or 0.5 to 30 Hz. A computer reading that records the time series data analysis program that integrates power from the low frequency side and includes three frequencies where the integrated value is 25%, 50%, and 75% of the total relative peak power of the frequency band of interest. A possible recording medium is proposed.

本発明に係る解析装置及び解析プログラムによれば、最適解析条件導出部又は最適解析条件導出過程において、解析しようとする原時系列データのセグメントを最も良く再現する一般化三角多項式表現が得られるセグメント長とラグ値を導出し、これらを最適セグメント長及び最適ラグ値として、解析実行部又は解析実行過程において最大エントロピー法により解析を行うので、解析を行う原時系列データのセグメントは、その全長に渡り、一定の動的状態にある系(時系列データが脳波データの場合には脳)からの出力であることが期待され、そして時間軸上の脳波データ等の時系列データの挙動と周波数軸上のMEM-PSDの挙動が整合することが期待される。   According to the analysis apparatus and the analysis program according to the present invention, in the optimum analysis condition derivation unit or the optimum analysis condition derivation process, the segment that provides the generalized triangular polynomial expression that best reproduces the segment of the original time series data to be analyzed The length and lag values are derived, and these are used as the optimal segment length and optimal lag value for analysis by the maximum entropy method in the analysis execution unit or analysis execution process. It is expected that the output is from a system in a certain dynamic state (the brain when the time series data is brain wave data), and the behavior and frequency axis of the time series data such as brain wave data on the time axis The above MEM-PSD behavior is expected to be consistent.

従ってこのように確保された整合性の結果として、解析実行部又は解析実行過程において得られたスペクトルの傾きや区分パワー等の、時系列データを特徴付ける諸量に、従来法による場合に比べて、より信頼を置くことができる。   Therefore, as a result of the consistency ensured in this way, various quantities characterizing time-series data, such as the slope of the spectrum and the section power obtained in the analysis execution unit or analysis execution process, compared to the case of the conventional method, You can put more trust.

また本発明に係る解析装置及び解析プログラムによれば、従来の脳波解析における諸量に加え、スペクトルのもっとも基本的な特長を、その傾向線の傾きと共に、注目周波数帯における相対ピークパワー(傾向線に対する各ピークパワーの相対強度)の積算値が注目周波数帯における総和の1/4、1/2、3/4となる周波数の組を加えてより詳細に記述するため、従来法では判別し得ない系(脳)の動的状態に関する知見を得ることができる。   Further, according to the analysis apparatus and the analysis program according to the present invention, in addition to the various quantities in the conventional electroencephalogram analysis, the most basic features of the spectrum, along with the inclination of the trend line, the relative peak power (trend line) in the frequency band of interest. Since the integrated value of the relative intensity of each peak power) is described in more detail by adding a set of frequencies that are 1/4, 1/2, 3/4 of the sum in the frequency band of interest, it can be distinguished by the conventional method. It is possible to obtain knowledge about the dynamic state of a non-system (brain).

次に本発明に係る時系列データの解析装置の最良の形態を、添付図面を参照して説明する。
まず、図1は本発明に係る解析装置の全体構成を模式的に示した説明図であり、解析装置は、概ね、原時系列データ1から切り出して解析するセグメントに関して、最短セグメント長と最長セグメント長及び最短・最長セグメントとその間の異なった長さのセグメントから構成される切り出すセグメントの総数又は最短・最長セグメント間の時間刻みを入力項目とするセグメント条件入力部2と、最小ラグ値と最大ラグ値及び最小・最大ラグ値間に設定する一連のラグ値の設定間隔を入力項目とする解析条件入力部3と、セグメント条件入力部2に入力されたセグメント条件と、解析条件入力部3に入力された解析条件に基づいて、全てのセグメントの夫々につき全ての解析条件にて最大エントロピー法及び非線形最小自乗法により解析を行って、全ての解析結果から適切な一つのセグメントと一つの解析条件の選択を行い、それに対応して最適セグメント長と最適ラグ値を導出する最適解析条件導出部4と、最適解析条件導出部4において導出された最適解析条件に基づいて最大エントロピー法による解析を実行する解析実行部5とから構成されている。
Next, the best mode of an apparatus for analyzing time series data according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the overall configuration of an analysis apparatus according to the present invention. The analysis apparatus generally includes a shortest segment length and a longest segment with respect to a segment that is cut out from the original time series data 1 and analyzed. Segment condition input unit 2 with the total number of segments to be cut out consisting of long and shortest / longest segments and segments of different lengths between them or the time increment between shortest / longest segments as input items, minimum lag value and maximum lag Analysis condition input unit 3 having as input items a set interval of a series of lag values set between the minimum and maximum lag values, the segment condition input to segment condition input unit 2, and the input to analysis condition input unit 3 Based on the analysis conditions specified, analysis is performed by the maximum entropy method and the nonlinear least squares method under all analysis conditions for each segment. Then, an appropriate segment and an analysis condition are selected from all the analysis results, and an optimum analysis condition derivation unit 4 for deriving an optimum segment length and an optimum lag value, and an optimum analysis condition derivation unit 4 And an analysis execution unit 5 that executes an analysis by the maximum entropy method based on the optimal analysis condition derived in FIG.

そして、この実施の形態においては、最適解析条件導出部4は、セグメント条件入力部2に入力された条件に基づいて原時系列データ1から、異なる長さの複数のセグメントを切り出してサンプルセグメントとして設定すると共に、解析条件入力部3に入力された解析条件を読み出して設定する設定処理手段6と、設定処理手段6により設定された全てのサンプルセグメントの夫々につき、全ての解析条件により最大エントロピー法を用いてパワースペクトル密度を算出する第1の処理手段7と、この第1の処理手段7により得られたパワースペクトル密度の夫々につき、主要なスペクトルピークを抽出して、それらから非線形最小自乗法によりサンプルセグメントについての一般化三角多項式表現の諸量を算出する第2の処理手段8と、この第2の処理手段8により得られた一般化三角多項式表現のサンプルセグメントデータに対する妥当性とパワースペクトル密度に対する整合性を判断して、妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現に対応する一つのサンプルセグメントを選択して、それに対応するセグメント長とラグ値を、最適セグメント長と最適ラグ値として導出する第3の処理手段9とから構成されている。   In this embodiment, the optimum analysis condition deriving unit 4 cuts out a plurality of segments having different lengths from the original time series data 1 based on the conditions input to the segment condition input unit 2 as sample segments. Setting processing means 6 for reading and setting the analysis condition input to the analysis condition input unit 3 and setting the maximum entropy method for all sample segments set by the setting processing means 6 according to all analysis conditions The first processing means 7 for calculating the power spectral density by using the above and the main spectral peak for each of the power spectral densities obtained by the first processing means 7 are extracted, and the nonlinear least square method is extracted therefrom. Second processing means 8 for calculating various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression for the sample segment, and The validity of the generalized trigonometric polynomial expression obtained by the second processing means 8 with respect to the sample segment data and the consistency with respect to the power spectral density are judged, and one corresponding to the generalized trigonometric polynomial expression having high validity and consistency. It comprises third processing means 9 for selecting one sample segment and deriving the corresponding segment length and lag value as the optimum segment length and optimum lag value.

そして更に、この実施の形態においては、解析実行部5は、最適解析条件導出部4において導出された最適セグメント長に基づいて原時系列データ1からセグメントを切り出すセグメント準備手段10と、準備されたセグメントに対して最適解析条件導出部4において導出された最適ラグ値を用いて最大エントロピー法によりパワースペクトル密度を算出するパワースペクトル密度算出手段11と、算出されたパワースペクトル密度の主たるピークの個数、各ピークの中心周波数及びピークパワーを抽出するピーク抽出手段12と、抽出されたピーク列から特徴量を抽出する特徴量抽出手段13とから構成されている。   Furthermore, in this embodiment, the analysis execution unit 5 is prepared with segment preparation means 10 for cutting out segments from the original time series data 1 based on the optimum segment length derived by the optimum analysis condition deriving unit 4 Power spectrum density calculating means 11 for calculating the power spectral density by the maximum entropy method using the optimum lag value derived by the optimum analysis condition deriving unit 4 for the segment, the number of main peaks of the calculated power spectral density, The peak extraction unit 12 extracts the center frequency and peak power of each peak, and the feature amount extraction unit 13 extracts a feature amount from the extracted peak train.

また図示は省略しているが、解析実行部5には、解析条件設定手段を構成しており、この解析条件設定手段は、最適解析条件導出部4において導出された最適解析条件をそのまま設定する機能と、入力手段(図示省略)により入力された解析条件を設定する機能と、その選択機能を構成することができる。   Although not shown, the analysis execution unit 5 includes an analysis condition setting unit, and the analysis condition setting unit sets the optimum analysis condition derived by the optimum analysis condition deriving unit 4 as it is. A function, a function for setting an analysis condition input by an input means (not shown), and a selection function thereof can be configured.

次に以上の構成の本発明に係る時系列データの解析装置の動作を、解析する時系列データを脳波データとした場合につき、以下に説明する。   Next, the operation of the time-series data analysis apparatus according to the present invention having the above-described configuration will be described in the case where the time-series data to be analyzed is brain wave data.

まずスペクトルの傾きとは、時系列を構成するパワーの周波数分布の傾向線の「傾き」を意味する。上述した指数スペクトルの場合には、スペクトルを片対数表示したとき、その傾向線は直線となり、文字通り、この直線の傾きがスペクトルの傾きとなる。   First, the slope of the spectrum means the “slope” of the trend line of the frequency distribution of the power constituting the time series. In the case of the exponential spectrum described above, when the spectrum is displayed semilogarithmically, the trend line is a straight line, and literally, the slope of this straight line is the slope of the spectrum.

図4は2秒間の脳波データとそのスペクトル密度の一例を示すもので、(a)が脳波データ、(b)がスペクトル密度である。図から分かるように、脳波は、僅か2秒の間に大きく変動しており、そしてそのスペクトルは多数のピークからなり、且つ、それらは注目周波数帯(1〜30Hz又は0.5〜30Hz)において指数減衰する。尚、この図は、原時系列データとしての長大な脳波データから、2秒間のデータをセグメントとして切り出して解析した結果を示すものである。   FIG. 4 shows an example of electroencephalogram data for 2 seconds and its spectral density. (A) is the electroencephalogram data, and (b) is the spectral density. As can be seen, the electroencephalogram fluctuates significantly in just 2 seconds, and its spectrum consists of many peaks, which are exponentially attenuated in the frequency band of interest (1-30Hz or 0.5-30Hz) To do. This figure shows the result of cutting out and analyzing 2-second data as segments from long-term electroencephalogram data as original time series data.

従来は、セグメントとして解析するデータ長をどのように決定すべきかについては明確な問題意識はなく、専ら、解析の都合によりデータ長(データ点数)が決定されている。即ち、スペクトルの計算には主としてFFTが用いられているので、解析するデータとしては、それに適した2の巾乗の点数のデータに決定されるといった具合である。   Conventionally, there is no clear problem awareness as to how to determine the data length to be analyzed as a segment, and the data length (data points) is determined exclusively for the convenience of analysis. That is, since FFT is mainly used for the calculation of the spectrum, the data to be analyzed is determined to be data of a power of 2 suitable for it.

他方、そもそも時系列データのスペクトルの傾きを求めるということは、その時系列データを発生した系の動的状態に関する最も基本的、根本的な指標を求めることであり、一括して解析する時系列データのセグメント長(時間)にわたって、系の動的状態が一定であることを前提とすべきである。例えば、極端な例であるが、癲癇の発作の直前と発作直後のデータを共に含むセグメントのデータを一括して解析しても、その解析結果としてのスペクトルの傾きに積極的な意味を求めることはできない。図5はこのような場合の脳波データの一例を示すもので、20秒長のデータ中、前半と後半で明らかに状態が異なっていることが分かる。   On the other hand, to determine the slope of the spectrum of time series data in the first place is to obtain the most basic and fundamental index regarding the dynamic state of the system that generated the time series data. It should be assumed that the dynamic state of the system is constant over the segment length (time). For example, in an extreme example, even if the data of a segment that includes both data immediately before and after a seizure is collectively analyzed, it is necessary to obtain positive meaning for the slope of the spectrum as the analysis result. I can't. FIG. 5 shows an example of electroencephalogram data in such a case, and it can be seen that the state is clearly different between the first half and the second half of the 20-second data.

時系列データのスペクトルの傾きを有効利用しようとするならば、解析すべき時系列データ、この場合、脳波データは、スペクトルを求める区間、即ち、セグメントにおいて同じ動的状態にあることが求められる。本発明の解析装置においては、以下の動作により、一定の動的状態にあると見做される最適セグメント長を含めた最適な解析条件を求め、これによって最適な解析を行うことができるのである。   If the inclination of the spectrum of the time series data is to be used effectively, the time series data to be analyzed, in this case, the electroencephalogram data, is required to be in the same dynamic state in the section for obtaining the spectrum, that is, the segment. In the analysis apparatus of the present invention, the optimum analysis conditions including the optimum segment length that is considered to be in a certain dynamic state can be obtained and the optimum analysis can be performed by the following operations. .

まず最適解析条件導出部4の動作を示す図2において、セグメント条件入力部2には、同じ状態にあるか否かを調べるセグメントの最短の長さと、最長の長さと、これらの最短・最長セグメントと、その間の異なった長さのセグメントから構成される切り出すセグメントの総数N又は最短・最長セグメント間の時間刻みを予め入力する。   First, in FIG. 2 showing the operation of the optimum analysis condition deriving unit 4, the segment condition input unit 2 includes the shortest length of the segment to check whether it is in the same state, the longest length, and these shortest / longest segments. And the total number N of segments to be cut out composed of segments of different lengths between them or the time increment between the shortest and longest segments is input in advance.

脳波の解析においては、注目周波数帯は1〜30Hz又は0.5〜30Hzであるので、最短セグメント長としては、下限周波数の逆数のオーダーの長さ、例えば2秒を入力する。また、一般に脳波を目視にて判定する場合には30秒長毎に行われるが、脳波はさまざまに変動し、30秒の全時間に渡って全域で同じ状態を示すわけではないので、最長セグメント長としては、30秒の数分の一、例えば5秒を入力する。更に切り出すセグメントの総数Nは、例えば0.5秒長刻みで調べようとする場合には、2〜5秒長に設定するセグメント数は7個となる。従ってセグメント条件入力部2には、セグメントの総数Nを入力するようにしても良いし、時間刻みを入力するようにしても良い。   In the electroencephalogram analysis, the frequency band of interest is 1 to 30 Hz or 0.5 to 30 Hz. Therefore, the length of the order of the reciprocal of the lower limit frequency, for example, 2 seconds is input as the shortest segment length. In general, when the brain wave is visually determined, it is performed every 30 seconds, but the brain wave varies in various ways and does not show the same state throughout the entire time of 30 seconds. For the length, enter a fraction of 30 seconds, for example, 5 seconds. Further, the total number N of segments to be cut out is set to 2 to 5 seconds when the number of segments set to 2 to 5 seconds is 7 for example. Therefore, the segment condition input unit 2 may be input with the total number N of segments, or may be input with time increments.

次に解析条件入力部3には、セグメント条件入力部2に入力されたセグメント条件に従って設定される複数のサンプルセグメントを、解析実行部5において、どのような解析条件、即ち、最大エントロピー法による解析におけるラグ値で解析するのかを予め入力する。   Next, in the analysis condition input unit 3, a plurality of sample segments set according to the segment condition input in the segment condition input unit 2 are analyzed in the analysis execution unit 5 by any analysis condition, that is, the maximum entropy method. Whether to analyze with the lag value at is input in advance.

解析条件としてのラグ値は、最大エントロピー法による多数の時系列データの解析結果から得られた知見から、その範囲等を得て、入力することができる。例えば、脳波データの場合には、ラグ値をデータ長の50〜75%の範囲で変化させるものとし、この場合、最小ラグ値(のセグメントデータ点数に対する割合)は0.5、最大ラグ値は0.75と入力する。そして、ラグ値を5%きざみに計算するならばラグ値設定間隔は0.05と入力する。   The lag value as the analysis condition can be input by obtaining the range and the like from the knowledge obtained from the analysis results of a large number of time series data by the maximum entropy method. For example, in the case of EEG data, the lag value is changed in the range of 50 to 75% of the data length. In this case, the minimum lag value (ratio to the number of segment data points) is 0.5, and the maximum lag value is 0.75. input. If the lag value is calculated in increments of 5%, the lag value setting interval is input as 0.05.

尚、図2における原時系列データ1は、採取した脳波データの全体またはその一部で、少なくとも上記最長セグメント長よりも長ければ良い。   Note that the original time series data 1 in FIG. 2 may be the whole or a part of the collected electroencephalogram data and should be at least longer than the longest segment length.

次に最適解析条件導出部4では、まず前記設定処理手段6に相当するステップS6において、セグメント条件入力部2に入力された条件に基づいて原時系列データ1から、異なる長さの複数のセグメントを切り出してサンプルセグメントとして設定すると共に、解析条件入力部3に入力された解析条件、即ちラグ値の条件を読み出して設定する。   Next, in the optimum analysis condition deriving unit 4, first, in step S6 corresponding to the setting processing means 6, a plurality of segments having different lengths are derived from the original time series data 1 based on the conditions input to the segment condition input unit 2. Is extracted and set as a sample segment, and the analysis condition input to the analysis condition input unit 3, that is, the lag value condition is read and set.

符号D1は設定処理手段6に設定された内容を示すもので、原時系列データ1から切り出されて設定された総数N個のサンプルセグメント(1〜N)と、各サンプルセグメント毎に複数のラグ値(1-1〜1-M1,1-1〜1-M2,…,1-1〜1-MN)が設定されている。 Reference numeral D1 indicates the contents set in the setting processing means 6, and a total of N sample segments (1 to N) cut out from the original time series data 1 and set, and a plurality of lags for each sample segment. Values (1-1 to 1 -M 1 , 1-1 to 1 -M 2 ,..., 1-1 to 1-M N ) are set.

ここで、サンプルセグメントは長いものが短いものを包含するように原時系列データから切り出されて設定される。その場合、夫々の異なった長さのサンプルセグメントは、始点、中央部又は終点のいずれかを合わせて切り出すようにすることができる。   Here, the sample segment is set by being cut out from the original time series data so that the long one includes the short one. In that case, the sample segments of different lengths can be cut out together with either the start point, the central portion or the end point.

次に最適解析条件導出部4では、第1の処理手段7に相当するステップS7において、D1の各サンプルセグメント(1〜N)の夫々について、設定された複数のラグ値(1-1〜1-M1,1-1〜1-M2,…,1-1〜1-MN)で、次式に従って最大エントロピー法によるMEM-PSDの計算処理が行われる。

Figure 2010154998
ここで、Bm(f)はラグ値mにて計算した周波数fにおけるスペクトル密度、Δtはサンプリング間隔、Pmとγm(k)はm次のバーグの係数である。 Next, in the optimal analysis condition deriving unit 4, in step S7 corresponding to the first processing means 7, a plurality of set lag values (1-1 to 1) are set for each of the sample segments (1 to N) of D1. -M 1 , 1-1 to 1 -M 2 ,..., 1-1 to 1-M N ), MEM-PSD calculation processing by the maximum entropy method is performed according to the following equation.
Figure 2010154998
Here, Bm (f) is a spectral density at the frequency f calculated with the lag value m, Δt is a sampling interval, and Pm and γm (k) are m-th order Burg coefficients.

例えば非特許文献4や、本件出願人による先願、特願2008-256418の明細書及び図面に示されるように、最大エントロピー法(MEM)では、任意の点数のデータを解析することができ、従って、FFTによる解析とは異なり、サンプルセグメントの設定において、元の時系列データ、この場合、脳波データのサンプリング周波数やデータ点数の制約は受けない。
常磐野和男・大友詔雄・田中幸雄著、「最大エントロピー法による時系列解析 …MemCalcの理論と実際…」、第1版、北海道大学図書刊行会、2002年6月25日
For example, as shown in Non-Patent Document 4, the prior application by the applicant of the present application, and the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2008-256418, the maximum entropy method (MEM) can analyze data of an arbitrary score, Therefore, unlike the analysis by FFT, the setting of the sample segment is not limited by the original time-series data, in this case, the sampling frequency or the number of data points of the electroencephalogram data.
Kazuo Joban, Ikuo Otomo, Yukio Tanaka, “Time Series Analysis by Maximum Entropy Method… Theory and Practice of MemCalc…”, 1st Edition, Hokkaido University Library Publications, June 25, 2002

こうしてステップS7における処理により符号D2に示されるように、複数のパワースペクトル密度(PSD1-1,PSD1-2,…,PSD1-M1);(PSD1-1,PSD1-2,…,PSD1-M2);…;(PSD1-1,PSD1-2,…,PSD1-MN)が得られる。 Thus, as indicated by reference numeral D2 by the processing in step S7, a plurality of power spectral densities (PSD1-1, PSD1-2,..., PSD1-M 1 ); (PSD1-1, PSD1-2,..., PSD1-M 2 );... (PSD1-1, PSD1-2,..., PSD1-M N ) are obtained.

次いで最適解析条件導出部4では、第2の処理手段8に相当するステップS8において、ステップS7において得られたパワースペクトル密度D2の夫々につき、主要なスペクトルピークを抽出して、それらから非線形最小自乗法によりサンプルセグメントについての、次式に示される一般化三角多項式表現の諸量を算出する。

Figure 2010154998
ここで、x(t)は時刻におけるサンプルセグメントデータ(観測値)、a0は水準値、Mは項数、ajはj番目の三角項の振幅、Tjは周期、φjは頂位位相、ε(t)は残差(最小自乗あてはめ誤差)である。 Next, the optimum analysis condition deriving unit 4 extracts main spectral peaks for each of the power spectral densities D2 obtained in step S7 in step S8 corresponding to the second processing means 8, and performs nonlinear minimum self-conversion from them. Various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression shown in the following equation are calculated for the sample segment by multiplication.
Figure 2010154998
Where x (t) is the sample segment data (observed value) at the time, a 0 is the level value, M is the number of terms, a j is the amplitude of the j-th triangular term, T j is the period, φ j is the top The phase, ε (t), is the residual (least square fitting error).

一般化三角多項式表現を得る計算は、上記文献等に記載されているが、次の手順により行われる。
(1) 最初にMEM-PSDから主要なスペクトルピークについて、その個数、各ピーク周波数、および各ピークパワーが取り出される。
(2) 一般化三角多項式の項数Mを、主要なスペクトルピークの個数と等しく置き、各三角項の周期Tjの初期値を、対応するピークのピーク周波数の逆数に取り、この初期値から始めて、ε(t)の自乗和を最小にする非線形最小自乗法(非線形LSF)によりサンプルセグメントデータを一般化三角多項式で記述し、一般化三角多項式表現の諸量a0,aj,Tj,φj(j=1〜M)を得ることができる。
The calculation for obtaining the generalized trigonometric polynomial expression is described in the above document and the like, but is performed by the following procedure.
(1) First, the number, each peak frequency, and each peak power of main spectrum peaks are extracted from the MEM-PSD.
(2) Put the number of terms M of the generalized trigonometric polynomial equal to the number of main spectral peaks, take the initial value of the period T j of each triangular term as the reciprocal of the peak frequency of the corresponding peak, and from this initial value First, sample segment data is described by generalized trigonometric polynomials by nonlinear least square method (nonlinear LSF) that minimizes the sum of squares of ε (t), and various quantities a 0 , a j , T j of generalized trigonometric polynomial expressions , phi j can be obtained (j = 1~M).

以上の手順により、各サンプルセグメントについての複数のMEM-PSDが計算され、各サンプルセグメントについて、夫々複数の一般化三角多項式表現が得られる。図2の符号D3は、こうしてN個のサンプルセグメント毎に、複数個得られる一般化三角多項式表現(GTP1-1,GTP1-2,…,GTP1-M1);(GTP1-1,GTP1-2,…,GTP1-M2);…;(GTP1-1,GTP1-2,…,GTP1-MN)を示すものである。 By the above procedure, a plurality of MEM-PSDs for each sample segment are calculated, and a plurality of generalized triangular polynomial expressions are obtained for each sample segment. 2 is obtained for each of N sample segments, a plurality of generalized triangular polynomial expressions (GTP1-1, GTP1-2,..., GTP1-M 1 ); (GTP1-1, GTP1-2) , ..., GTP1-M 2 ); ...; (GTP1-1, GTP1-2, ..., GTP1-M N ).

次いで最適解析条件導出部4では、第3の処理手段9に相当するステップS9において、ステップS8により得られた複数の一般化三角多項式表現D3の夫々につき、サンプルセグメントデータに対する妥当性とパワースペクトル密度に対する整合性を判断して、妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現が選択される。   Next, in the optimum analysis condition deriving unit 4, in step S9 corresponding to the third processing means 9, the validity and power spectral density for the sample segment data for each of the plurality of generalized triangular polynomial expressions D3 obtained in step S8. A generalized trigonometric polynomial expression having high validity and consistency is selected.

第3の処理手段9に相当するステップS9は、まず、夫々のサンプルセグメントに関する一般化三角多項式表現の諸量における残差の標準偏差を設定値と比較して、設定値以上の一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第1の選別過程と、非線形最小自乗法により決定された多項式の各項の周期を、パワースペクトル密度のピーク周波数の逆数から設定したその初期値と比較し、それらの差が設定値以上の一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第2の選別過程と、非線形最小自乗法により決定された多項式の各項の振幅から求めたパワーの夫々を、パワースペクトル密度の対応するピークのパワーと逐一比較し、差が設定値以上の振幅を有する一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第3の選別過程とを有し、第1、第2及び第3の選別過程による処理を順次行って妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現を選択する。   Step S9 corresponding to the third processing means 9 first compares the standard deviation of the residual in various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression for each sample segment with the set value, and generalized trigonometric polynomials greater than the set value. While rejecting the expression, the period of each term of the polynomial determined by the first selection process using other generalized triangular polynomial expressions as selection candidates and the nonlinear least squares method is the reciprocal of the peak frequency of the power spectral density. A second selection process in which a generalized trigonometric polynomial expression whose difference is equal to or greater than the set value is rejected, and a generalized trigonometric polynomial expression other than that is selected as a selection candidate, and a nonlinear minimum Each power obtained from the amplitude of each polynomial term determined by the square method is compared with the corresponding peak power of the power spectral density one by one, and the difference is greater than the set value. And a third selection process in which other generalized trigonometric polynomial expressions are selected as candidates for selection, and sequentially performs the processes of the first, second, and third selection processes. Go to select a generalized trigonometric polynomial representation that is highly relevant and consistent.

また第3の処理手段9に相当するステップS9は、第1、第2及び第3の選別過程による処理を順次行った後に、複数の一般化三角多項式表現が選択候補として残った場合においては、第4の選別過程を構成して、残差の標準偏差の最も小さい一般化三角多項式表現を選択することができる。   Further, step S9 corresponding to the third processing means 9 includes a case where a plurality of generalized trigonometric polynomial expressions remain as selection candidates after sequentially performing the processes according to the first, second and third selection processes. A fourth screening process can be configured to select a generalized triangular polynomial representation with the smallest standard deviation of the residual.

更に第3の処理手段9に相当するステップS9は、第1、第2及び第3又は第1、第2、第3及び第4の選別過程による処理を行った後に、選択された一般化三角多項式表現が複数の残った場合に、最も長いサンプルセグメントを最適なサンプルセグメントとして選択する第5の選別過程を構成し、第5の選別過程により選択されたサンプルセグメントを最適セグメントに、そのサンプルセグメントに対し、選択された一般化三角多項式表現に対応してパワースペクトル密度を計算したラグ値を最適ラグ値として選択し、こうして最適セグメント長と最適ラグ値から成る解析条件D4を導出することができる。   Further, step S9 corresponding to the third processing means 9 includes the first, second and third or first, second, third and fourth sorting processes, and then the selected generalized triangle. When a plurality of polynomial expressions remain, a fifth sorting process is selected to select the longest sample segment as the optimum sample segment, and the sample segment selected by the fifth sorting process is set as the optimum segment. On the other hand, the lag value obtained by calculating the power spectral density corresponding to the selected generalized trigonometric polynomial expression is selected as the optimum lag value, and thus the analysis condition D4 composed of the optimum segment length and the optimum lag value can be derived. .

以上の処理においては、最長セグメント長を5秒に設定しているが、このセグメント長は、脳波データに対する実用上の長さであり、この最大セグメント長を含め、セグメント条件及び解析条件は、時系列データに応じて適宜に設定できる。一定の動的状態にあると見做されるサンプルセグメント長は、長ければ長い程、得られる解析結果がより安定した値となることが期待され、この選択は、上述した第5の選別過程により行われる。   In the above processing, the maximum segment length is set to 5 seconds, but this segment length is a practical length for EEG data, and the segment conditions and analysis conditions including this maximum segment length are It can be set as appropriate according to the series data. It is expected that the longer the sample segment length that is considered to be in a certain dynamic state, the more stable the obtained analysis result will be. This selection is made by the above-described fifth selection process. Done.

図6は以上の処理により、5秒長の脳波データを一般化三角多項式で表現した例を示し、(a)は脳波データ、(b)は一般化三角多項式表現、(c)は三角項の和で表し得なかった残差である。   FIG. 6 shows an example in which the electroencephalogram data having a length of 5 seconds is expressed by a generalized trigonometric polynomial, (a) is an electroencephalogram data, (b) is a generalized trigonometric polynomial expression, and (c) is a triangular term. This is the residual that could not be expressed as a sum.

この図に示されるように、(b)の一般化三角多項式表現は(a)の脳波データを良く再現しており、(c)の残差は小さく、値ゼロの周りに分布しており、且つ時間依存もない。こうして本発明の処理により、非線形最小自乗法の初期値を与えるパワースペクトル密度(MEM-PSD)が精確に算出されていることが分かる。   As shown in this figure, the generalized trigonometric polynomial representation of (b) reproduces the electroencephalogram data of (a) well, the residual of (c) is small and distributed around the value zero, And there is no time dependency. Thus, it can be seen that the power spectral density (MEM-PSD) that gives the initial value of the nonlinear least squares method is accurately calculated by the processing of the present invention.

本発明では、このように最適解析条件導出部4において、原時系列データの一部分を最も良く再現する一般化三角多項式表現が得られるセグメント長とラグ値を導出するので、次に解析実行部で解析を行う原時系列データのセグメントは、その全長に渡り、一定の動的状態にある系(この場合、脳)からの出力であることが期待される。それは、最適解析条件導出部4の第3の処理手段9に相当するステップS9において、サンプルセグメントデータに対する妥当性とパワースペクトル密度に対する整合性を判断して、妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現を選択しているからであり、このことから一般化三角多項式の全ての三角項がセグメントデータ長にわたり、一定の振幅で存在しつづけていることを期待できるからである。   In the present invention, the optimum analysis condition derivation unit 4 derives the segment length and lag value from which the generalized trigonometric polynomial expression that best reproduces a part of the original time series data is derived. The segment of the original time series data to be analyzed is expected to be the output from the system (in this case, the brain) in a certain dynamic state over its entire length. In step S9 corresponding to the third processing means 9 of the optimum analysis condition deriving unit 4, the validity for the sample segment data and the consistency for the power spectral density are judged, and the generalized triangle having high validity and consistency is obtained. This is because the polynomial expression is selected, and from this, it can be expected that all the triangular terms of the generalized triangular polynomial continue to exist with a constant amplitude over the segment data length.

このことを以下に例示により具体的に説明する。
まず、ある周期Tと振幅aをもつモード(三角項)がセグメントの全領域において存在するとき、そのモードのパワーはa2/2であり、また、MEM-PSDの対応するスペクトルピークのパワーもa2/2となることが期待される。他方、セグメントデータの前半にのみ、このモードが存在するときは、スペクトルピークのパワーは半減してa2/4となることが期待される。また、このモードの振幅は、他のモードとの兼ね合いから、その挙動を正確に予測することはできないが、すくなくともaとは異なる値となり、且つ、ピークパワーから期待される値と偶然に一致する可能性は極めて小さい。従って、各モードの振幅と対応するMEM-PSDのピークパワーの対応の良否を判断することにより、セグメント全長に渡り、脳波データが同じ動的状態の系(=脳)からの出力と見なし得るか否かの目安を付けることができる。
This will be specifically described below by way of example.
First, when the mode with a certain period T and amplitude a (Sankakuko) is present in the entire region of the segment, the power of that mode is a 2/2, also the power of the corresponding spectral peak of MEM-PSD it is expected to become a 2/2. On the other hand, only the first half of the segment data, when this mode is present, the power of the spectral peak is expected to be a 2/4 by half. In addition, the amplitude of this mode cannot be accurately predicted from the balance with other modes, but at least it is a value different from a and coincides with the value expected from the peak power by chance. The possibility is extremely small. Therefore, by determining whether the amplitude of each mode corresponds to the peak power of the corresponding MEM-PSD, can the EEG data be regarded as an output from the same dynamic state system (= brain) over the entire segment length? You can give an indication of whether or not.

図7、図8は、以上の処理により、2秒長201点の人工の時系列データを一般化三角多項式で表現した例を示し、(a)は時系列データ、(b)は一般化三角多項式表現、(c)は三角項の和で表し得なかった残差である。   7 and 8 show an example in which artificial time-series data having a length of 2 seconds and 201 points are expressed by generalized trigonometric polynomials, (a) is time-series data, and (b) is generalized triangles. Polynomial expression, (c) is a residual that could not be expressed as a sum of triangular terms.

図7の時系列データは、5,10,15,20Hzの4つの三角項に雑音を重畳して得たデータであり、各モードの振幅は全長に渡ってそれぞれ10,7,5,3である。一方、図8の時系列データは、図7のデータから、後半の1秒間のみ、10Hzのモードが欠落したデータである。   The time-series data in FIG. 7 is data obtained by superimposing noise on four triangular terms of 5, 10, 15, and 20 Hz, and the amplitude of each mode is 10, 7, 5, and 3 over the entire length. is there. On the other hand, the time series data of FIG. 8 is data in which the 10 Hz mode is missing from the data of FIG.

図7と図8を比較すると、図7の場合には、図6の場合と同様に、(b)の一般化三角多項式表現は(a)の時系列データを良く再現しており、(c)の残差は小さく、値ゼロの周りに分布しており、且つ時間依存もないのに対して、領域の後半で10Hzのモードが欠落した図8の(a)の時系列データでは、(b)に示すようにそのモードの当てはめがうまくいかず、(c)に示されるように大きな残差が残ってしまう。   When FIG. 7 is compared with FIG. 8, in the case of FIG. 7, as in the case of FIG. 6, the generalized trigonometric polynomial expression of (b) reproduces the time series data of (a) well, and (c ) Is small, distributed around the value zero, and is not time-dependent. On the other hand, in the time series data of FIG. As shown in b), the fitting of the mode is not successful, and a large residual remains as shown in (c).

図9(a)、(b)は、夫々図7、図8の時系列データに関し、最適解析条件導出部4の第3の処理手段9に相当するステップS9における処理結果としての4つの三角項のパラメータを示すものである。   FIGS. 9A and 9B relate to the time-series data of FIGS. 7 and 8, respectively, and four triangular terms as processing results in step S9 corresponding to the third processing means 9 of the optimum analysis condition deriving unit 4. FIG. These parameters are shown.

図から分かるように、後半に10Hzのモードが欠落している場合には、モードの本来の振幅7.0(パワー24.5)に対して、3.62(パワー6.55)と小さな値を示している。尚、10HzのMEM-PSDのピークパワーは、図7の欠落のない時系列データの場合には25.6、図8の欠落のある時系列データの場合には12.9と計算される。   As can be seen from the figure, when the 10 Hz mode is missing in the second half, the value is as small as 3.62 (power 6.55) with respect to the original amplitude 7.0 (power 24.5) of the mode. The peak power of the 10 Hz MEM-PSD is calculated to be 25.6 in the case of time series data without omission in FIG. 7, and 12.9 in the case of time series data with omission in FIG.

以上のことから本発明では、上述したように、解析実行部で解析を行う原時系列データのセグメントは、その全長に渡り、一定の動的状態にある系からの出力であることが期待される。換言すると、本発明は、一般化三角多項式の各項の振幅とMEM-PSDのピークパワーの整合性に基づき、セグメント長にわたる脳波データの動的安定性を判定する方法を提供する。   From the above, in the present invention, as described above, the segment of the original time series data analyzed by the analysis execution unit is expected to be output from the system in a certain dynamic state over the entire length. The In other words, the present invention provides a method for determining the dynamic stability of the electroencephalogram data over the segment length based on the consistency between the amplitude of each term of the generalized trigonometric polynomial and the peak power of the MEM-PSD.

次に解析実行部5の動作を図3を参照して以下に説明する。
まず解析実行部5では、セグメント準備手段10に相当するステップS10において、最適解析条件導出部4において導出した最適解析条件D4中の、最適セグメント長に基づいて原時系列データ1、即ち、長大な脳波データから解析するセグメントD5を切り出す。上述したとおり、この切り出されたセグメントD5は、その全長に渡り、一定の動的状態にある系からの出力であることが期待される。
Next, the operation of the analysis execution unit 5 will be described below with reference to FIG.
First, in step S10 corresponding to the segment preparation means 10, the analysis execution unit 5 selects the original time-series data 1 based on the optimum segment length in the optimum analysis condition D4 derived by the optimum analysis condition derivation unit 4, that is, a long A segment D5 to be analyzed is cut out from the electroencephalogram data. As described above, the segment D5 thus cut out is expected to be an output from the system in a certain dynamic state over its entire length.

次いでパワースペクトル密度算出手段11に相当するステップS11において、最適解析条件導出部4において導出した最適解析条件D4中の、最適ラグ値に基づいて、切り出されたセグメントD5に対して、最大エントロピー法によりパワースペクトル密度(MEM-PSD)D6を算出する。   Next, in step S11 corresponding to the power spectrum density calculating means 11, the segment D5 extracted based on the optimum lag value in the optimum analysis condition D4 derived by the optimum analysis condition deriving unit 4 is subjected to the maximum entropy method. The power spectral density (MEM-PSD) D6 is calculated.

尚、このように解析実行部5において解析する時系列データのセグメント長及びその解析条件は、上述したように最適解析条件導出部4において導出した最適解析条件D4を用いる他、対象時系列データまたは類似の時系列データに対して、既に最適解析条件導出部4の動作により、十分な知見が蓄積されている場合には、それらの値を直接指定することもできる。   As described above, the segment length of the time series data analyzed by the analysis execution unit 5 and the analysis conditions thereof use the optimum analysis condition D4 derived by the optimum analysis condition derivation unit 4 as described above, If sufficient knowledge has already been accumulated for similar time-series data by the operation of the optimum analysis condition deriving unit 4, these values can also be directly specified.

次いで解析実行部5は、ピーク抽出手段12に相当するステップS12において、パワースペクトル密度を特徴づける諸量D7、即ち、パワースペクトル密度の主たるピークの個数、各ピークの中心周波数及びピークパワーを抽出する。   Next, in step S12 corresponding to the peak extraction unit 12, the analysis execution unit 5 extracts various amounts D7 characterizing the power spectral density, that is, the number of main peaks of the power spectral density, the center frequency of each peak, and the peak power. .

次いで特徴量抽出手段13に相当するステップS13a,S13b,S13cにより、特徴量の抽出が行われる。   Next, feature amounts are extracted by steps S13a, S13b, and S13c corresponding to the feature amount extraction means 13.

まず傾向線算出手段に相当するステップS13aでは、ピーク抽出手段12に相当するステップS12において抽出された複数の主たるピークのピークパワーの対数値とピーク周波数の組について、線形最小自乗法により、いわゆる指数スペクトルの傾向線の傾きとy切片D8を求める。   First, in step S13a corresponding to the trend line calculating means, a so-called exponent is obtained by a linear least square method for a set of logarithmic values of peak powers and peak frequencies of a plurality of main peaks extracted in step S12 corresponding to the peak extracting means 12. The inclination of the spectrum trend line and the y-intercept D8 are obtained.

次いで相対パワー算出手段に相当するステップS13bでは、パワースペクトル密度算出手段11に相当するステップS11により求めた全てのピークにつき、そのピークパワーの値を、傾向線の示すパワー値で除して規格化を行って傾向線相対パワーの一連D9を求める。   Next, in step S13b corresponding to the relative power calculation means, for all the peaks obtained in step S11 corresponding to the power spectral density calculation means 11, the peak power values are divided by the power value indicated by the trend line and normalized. To obtain a series D9 of trend line relative powers.

そして特徴量抽出手段13に相当するステップS13cにおいて、周波数軸上に離散的に配置されたピークと、その相対ピークパワーにより、相対ピークパワー分布の特徴量D10が求められ、次いでステップS13dにより特徴量D11が出力される。   In step S13c corresponding to the feature quantity extraction means 13, the feature quantity D10 of the relative peak power distribution is obtained from the peaks discretely arranged on the frequency axis and the relative peak power, and then the feature quantity is obtained in step S13d. D11 is output.

以上の処理過程において注意すべきは、パワースペクトル密度算出手段11に相当するステップS11での計算が、最適解析条件導出部4において導出した最適解析条件D4、または十分な知見の蓄積により最適値と思われる値を直接指定して行われるため、計算の結果としてのスペクトルの主要ピークの一連は、即ち、セグメントデータを記述する一般化三角多項式表現の各項と見做されることである。換言すれば、本発明では、最適解析条件導出部4において得られた最適セグメント長と最適ラグ値を用いて計算されたMEM-PSDの主たるピーク列を、セグメントデータを記述する一般化三角多項式の各項と見做す手続きを提供する。   It should be noted in the above process that the calculation in step S11 corresponding to the power spectrum density calculating means 11 is the optimum analysis condition D4 derived by the optimum analysis condition deriving unit 4 or the optimum value by accumulating sufficient knowledge. Since a possible value is directly specified, a series of main peaks of the spectrum as a result of calculation is regarded as each term of a generalized trigonometric polynomial expression describing segment data. In other words, in the present invention, the main peak sequence of the MEM-PSD calculated using the optimum segment length and the optimum lag value obtained by the optimum analysis condition derivation unit 4 is represented by a generalized trigonometric polynomial describing the segment data. Providing a procedure for each item.

即ち、上述した傾向線算出手段に相当するステップS13aにおいては、主たるピークの(中心周波数, ピークパワー)の一連について、その傾向線を計算しているのであり、即ち、一般化三角多項式の各項の作る離散的なパワー分布の傾向線を計算しているのであって、全周波数帯に連続的に分布するパワースペクトル密度の傾向線を計算しているのではない。こうしてステップS13の処理の結果として、符号D8の傾向線と傾き、およびy切片が得られ、この傾きの値が、従来法による脳波スペクトルの傾きの値に対応する。   That is, in step S13a corresponding to the above-described trend line calculation means, the trend line is calculated for a series of main peaks (center frequency, peak power), that is, each term of the generalized triangular polynomial. However, it does not calculate the trend line of the power spectral density that is continuously distributed in all frequency bands. Thus, as a result of the processing in step S13, the trend line and inclination of the code D8 and the y-intercept are obtained, and the value of this inclination corresponds to the value of the inclination of the electroencephalogram spectrum according to the conventional method.

ここで、上述したステップS13cにおける処理では、後述するように、注目周波数帯(1〜30Hz又は0.5〜30Hz)に含まれる相対ピークパワーを低周波数側から積算し、積算値が注目周波数帯での全相対ピークパワーの25%、50%、75%になる3つの周波数を抽出して結果D10を得ることができる。ステップS13cの処理は、謂わば最小値と最大値を除いた五数要約の類である。この特徴量は本発明の解析装置において初めて提案されるもので、これらを含む一連の結果D11がステップS13dの出力処理により出力される。   Here, in the processing in step S13c described above, as will be described later, the relative peak power included in the target frequency band (1 to 30 Hz or 0.5 to 30 Hz) is integrated from the low frequency side, and the integrated value is obtained in the target frequency band. The result D10 can be obtained by extracting three frequencies that are 25%, 50%, and 75% of the total relative peak power. The process of step S13c is a so-called quintuplet summarization excluding the minimum value and the maximum value. This feature amount is proposed for the first time in the analysis apparatus of the present invention, and a series of results D11 including these are output by the output processing in step S13d.

加えて、図3中には明記していないが、本発明では、高精度のMEM-PSDを得ることができるので、脳波スペクトルにかかわる従来法の特徴量については、それらをすべて計算することができる。具体的にはδ、θ、α、β各周波数(1〜4Hz、4〜8Hz、8〜13Hz、13〜30Hz)の区分パワー(単位はμV2)、SMF(Spectral
Mid Frequency、1〜30Hzでパワーの積算値が50%となる周波数)、SEF90(Spectral Edge Frequency、おなじく90%となる周波数)等であり、これらの諸量も脳波の判定においては重要である。
In addition, although not clearly shown in FIG. 3, in the present invention, since a highly accurate MEM-PSD can be obtained, it is possible to calculate all the feature amounts of the conventional method related to the electroencephalogram spectrum. it can. Specifically, δ, θ, α, β each frequency (1-4Hz, 4-8Hz, 8-13Hz, 13-30Hz) division power (unit: μV 2 ), SMF (Spectral
Mid Frequency, the frequency at which the integrated value of power is 50% at 1 to 30 Hz), SEF 90 (Spectral Edge Frequency, the frequency at which 90% is the same), etc., and these quantities are also important in determining the electroencephalogram .

以上のようにして解析実行部5において、切り出された一つのセグメントの解析が完了した場合には、図示を省略している上位の制御手段の指示により、次のセグメントの解析処理を行う。通常、制御手段は、解析実行部5が順次解析するセグメントが原時系列データ1を網羅するように制御するが、解析する時系列データによっては、間隔が開くような処理を可能とすることもできる。   When the analysis execution unit 5 completes the analysis of one segment that has been cut out as described above, the analysis processing for the next segment is performed in accordance with an instruction from a higher-level control unit that is not shown. Normally, the control means controls so that the segment sequentially analyzed by the analysis execution unit 5 covers the original time series data 1, but depending on the time series data to be analyzed, processing that opens an interval may be possible. it can.

一方、より高精度の解析を行うためには、セグメントの一回の解析毎に、最適解析条件導出部4により、最適セグメント長と最適ラグ値を得て、それに従って解析することが望ましいのであるが、最適セグメント長と最適ラグ値を求める処理には多くのCPUパワー等を必要とし、また、通常、脳波は20チャネルまたはそれ以上のチャネルにわたり同時測定されるので、リアルタイムに最適セグメント長と最適ラグ値を、1回毎に更新することは事実上、不可能である。   On the other hand, in order to perform analysis with higher accuracy, it is desirable to obtain the optimum segment length and the optimum lag value by the optimum analysis condition derivation unit 4 for each analysis of the segment, and analyze it accordingly. However, the processing to find the optimal segment length and optimal lag value requires a lot of CPU power, etc., and the brain wave is usually measured simultaneously over 20 channels or more, so the optimal segment length and the optimal It is virtually impossible to update the lag value every time.

従って、上位の制御手段は、解析実行部5の連続処理を妨げない範囲で、最適解析条件導出部4を間欠的に動作させ、結果を必要に応じて解析実行部5に渡すように構成するのが現実的である。   Therefore, the upper control means is configured to intermittently operate the optimum analysis condition deriving unit 4 within a range not to interfere with the continuous processing of the analysis execution unit 5 and to pass the result to the analysis execution unit 5 as necessary. Is realistic.

尚、原時系列データからセグメントを順次切り出して解析を行う場合、その切り出し方としては、(a) セグメントを隙間なく切り出す、(b)
セグメントを一部重複して切り出す、又は(c) 隙間の有無・重複の有無にかかわらず、例えばセグメント中央時刻が一定間隔に並ぶように切り出すというような種々の方法を適用することができるが、セグメント長が可変である本発明においては、(c) の方法が取り扱いやすい方法である。
In addition, when performing analysis by sequentially segmenting segments from original time series data, the segmentation method is (a) segment segment without gaps, (b)
Various methods can be applied, such as cutting out a segment partially overlapping, or (c) regardless of the presence / absence of a gap, for example, cutting out so that the segment center times are arranged at regular intervals. In the present invention in which the segment length is variable, the method (c) is easy to handle.

(c)の方法を適用した結果として、セグメント間に隙間ができたとしても、数秒長のセグメントを数秒間隔で解析し、秒のオーダーの系の変動を問題にするかぎり、実用上の不都合は生じない。これは、例えば血圧は一拍ごとに決まるものであるが、1日で10万拍におよぶ全ての脈拍の血圧(最高血圧と最低血圧)を知らなくても、その日のおよその血圧の判断ができることに相当する。   As a result of applying the method of (c), even if a gap is created between the segments, as long as a segment of several seconds is analyzed at intervals of several seconds and the fluctuation of the system on the order of seconds is a problem, there is no practical inconvenience. Does not occur. This is because, for example, blood pressure is determined every beat, but even if you do not know the blood pressure of all the pulses that reach 100,000 beats per day (maximum blood pressure and minimum blood pressure), you can determine the approximate blood pressure of the day. It corresponds to what can be done.

次に解析実行部5の動作において、MEM-PSDから特徴量D10を得るまでの手順を上述と同様に脳波データに適用した具体例につき説明する。
まず図10は解析実行部5のステップS11において得られたMEM-PSDの例を示すものである。
図10で横軸は周波数(Hz)、縦軸はスペクトル密度(μV2/Hz)であり、スペクトルは0〜30Hzの周波数帯で片対数表示されている。
上述したとおりパワースペクトル密度算出手段11に相当するステップS11での計算が、最適解析条件導出部4において導出した最適解析条件D4、または十分な知見の蓄積により最適値と思われる値を直接指定して行われているため、図10のMEM-PSDは、原時系列データ1としての長大な脳波データからセグメントデータ長にわたり安定して存在する動的構造を取り出したものと期待できる。すなわち、解析対象の脳波データx(t)は、上述と同様に次式のように記述され、

Figure 2010154998
且つ、MEM-PSDの主要なピークについて、その個数が上式の項数Mに、各ピークの中心周波数(の逆数)とピークパワーがそれぞれ上式各項の周期Tjとパワーaj 2/2に対応し得ると期待される。 Next, in the operation of the analysis execution unit 5, a specific example in which the procedure for obtaining the feature quantity D10 from the MEM-PSD is applied to the electroencephalogram data in the same manner as described above will be described.
First, FIG. 10 shows an example of the MEM-PSD obtained in step S11 of the analysis execution unit 5.
In FIG. 10, the horizontal axis represents the frequency (Hz), the vertical axis represents the spectral density (μV 2 / Hz), and the spectrum is semilogarithmically displayed in the frequency band of 0 to 30 Hz.
As described above, the calculation in step S11 corresponding to the power spectrum density calculation means 11 directly specifies the optimum analysis condition D4 derived by the optimum analysis condition deriving unit 4, or a value that is considered to be the optimum value by accumulating sufficient knowledge. Therefore, the MEM-PSD in FIG. 10 can be expected to extract a dynamic structure that exists stably over the segment data length from the long electroencephalogram data as the original time series data 1. That is, the electroencephalogram data x (t) to be analyzed is described as
Figure 2010154998
And, the major peak of MEM-PSD, the number of terms M of the number is above formula, the center frequency (the inverse of) of the peaks and peak power and the period Tj of each term on the type each power a j 2/2 It is expected that it can respond to.

次いでステップS12における処理により、主たるピークの個数・各ピークの中心周波数とパワーの一連D7が取り出される。この処理は、x(t)の項数Mと周期Tj、振幅ajの一連を定めるという視点で行われる。この際、一般化三角多項式のM個の三角項の重畳によりセグメントデータに存在する30Hzまでの動的構造を特定周波数帯に偏らずに精粗なく記述できることが必要である。尚、ここで30Hzまでと限定するのは、脳波のスペクトル解析において通常1〜30Hz又は0.5〜30Hzの構造が問題とされるからである。これは、
A. 局所的に顕著なピークを取り出す。
B. 顕著なピークと近接ピークを一つにまとめ、融合ピークとする。
C. 微弱ピークを直近の顕著なピーク又は融合ピークにまとめる。
ことにより実行される。顕著なピークと融合ピークの個数の和がMである。
Next, a series D7 of the number of main peaks, the center frequency of each peak and the power is extracted by the processing in step S12. This process is performed from the viewpoint of determining a series of the number M of terms of x (t), the period T j , and the amplitude a j . At this time, it is necessary to be able to describe the dynamic structure up to 30 Hz existing in the segment data without being biased to a specific frequency band by superimposing M triangular terms of the generalized triangular polynomial. Here, the reason for limiting to 30 Hz is that the structure of 1 to 30 Hz or 0.5 to 30 Hz is usually a problem in brain wave spectrum analysis. this is,
A. Extract locally prominent peaks.
B. Combine prominent peaks and adjacent peaks into a fusion peak.
C. Summarize the weak peaks into the most prominent or fused peaks.
Is executed. The sum of the number of prominent peaks and fused peaks is M.

以下に具体的手続を説明する。
1.ピークの取り出し
上記のMEM-PSDには30Hzまでの周波数帯に都合40個のピークが認められる(周波数ゼロのピークを除く)。最初にすべてのピークについて、中心周波数とピークパワーが取り出される。尚、ピークパワーはピーク直前の極小値を与える周波数から直後の同様の周波数までのMEM-PSDの積分値である。表1がこうして得たピークの一連を示す表である。

Figure 2010154998
The specific procedure is explained below.
1. Peak extraction The above MEM-PSD has 40 peaks in the frequency band up to 30Hz (except for the zero frequency peak). First, for all peaks, the center frequency and peak power are extracted. The peak power is an integral value of MEM-PSD from the frequency that gives the minimum value immediately before the peak to the same frequency immediately after the peak. Table 1 is a table showing a series of peaks thus obtained.
Figure 2010154998

2. 局所的に顕著なピークと近接ピークの判別
つぎに表1のスペクトルピークについて平均ピーク間隔を求め、平均間隔の数倍の範囲で局所的に顕著なピークを求める。表1のピーク番号に続いて「※」印の付けられたピーク(ピーク番号2、5、7など)がこうして見いだされた局所的に顕著なピークである。
更にこの顕著なピークの全てについて、平均間隔よりも短い位置に存在する隣接ピークがあればそれを近接ピークとする。表1のピーク番号に続いて「N」印の付けられたピーク(ピーク番号8、11、14など)である。
2. Discrimination between locally prominent peaks and adjacent peaks Next, find the average peak interval for the spectral peaks in Table 1, and find locally prominent peaks in the range several times the average interval. Peaks marked with “*” following the peak numbers in Table 1 (peak numbers 2, 5, 7, etc.) are locally prominent peaks thus found.
Further, regarding all of the prominent peaks, if there is an adjacent peak located at a position shorter than the average interval, it is set as a proximate peak. Peaks in Table 1 followed by “N” (peak numbers 8, 11, 14, etc.).

3. 局所的に顕著なピークと近接ピークの融合
次に近接ピークを顕著なピークにまとめる。顕著なピークの前後に近接ピークがあれば、それらをすべて一つにまとめる。このとき、融合ピークのパワーはもとの複数のピークパワーの和とする。また、融合ピークの中心周波数はもとの複数のピークの中心周波数にそれぞれのピークパワーの重みをつけて足し込んだ周波数とする。顕著なピークと近接ピークのパワーが9対1のとき、融合ピークの中心周波数は顕著なピークの中心周波数から近接ピーク側に、近接ピークまでの周波数間隔の1/10隔たった周波数となる。
表2がこうして得た、近接ピークが取り除かれたピークの一覧である。ピークの個数は40個から29個に減少している。

Figure 2010154998
3. Fusion of locally prominent peaks and proximate peaks Next, consolidate prominent peaks into prominent peaks. If there are proximate peaks before and after the prominent peaks, combine them all together. At this time, the power of the fusion peak is the sum of the plurality of peak powers. The center frequency of the fusion peak is a frequency obtained by adding the weights of the respective peak powers to the center frequencies of the plurality of peaks. When the power of the prominent peak and the proximate peak is 9 to 1, the center frequency of the fusion peak is a frequency that is 1/10 of the frequency interval to the proximate peak from the prominent peak center frequency to the proximate peak side.
Table 2 is a list of peaks obtained in this manner, with adjacent peaks removed. The number of peaks has decreased from 40 to 29.
Figure 2010154998

4. 微弱ピークの顕著なピーク・融合ピークへの融合
つぎに、微弱ピーク(顕著なピーク・融合ピーク以外のピーク)をすべて、もよりの(周波数軸上で距離の近い)顕著なピーク・融合ピークへまとめる。このときも、近接ピークの融合の場合と同様、融合の前後でピークパワーを保存し、かつ、融合したピークの中心周波数は融合される全てのピークの中心周波数とパワーから決定する。
表3がこうして得た結果D9である。表3に示すように、最終的に得られたピークは14個である。尚、表3には各ピークパワーの常用対数値を付記している。

Figure 2010154998
4. Fusion of weak peaks into prominent peaks / fused peaks Next, all of weak peaks (peaks other than prominent peaks / fused peaks) are marked (with close distance on the frequency axis). Summarize into peaks. At this time, as in the case of the fusion of adjacent peaks, the peak power is preserved before and after the fusion, and the center frequency of the fused peaks is determined from the center frequency and power of all the peaks to be fused.
Table 3 shows the result D9 thus obtained. As shown in Table 3, the number of peaks finally obtained is 14. In Table 3, common logarithmic values of each peak power are added.
Figure 2010154998

次に以上のようにして得られた14個の主たるピーク(この場合、融合ピークと融合されなかった顕著なピーク)から、その傾きを求める。14個の(周波数、パワーの常用対数)の組について線形最小自乗法によりもとめた傾向線、傾き、y切片は、夫々表4のとおりである。

Figure 2010154998
Next, the inclination is obtained from the 14 main peaks obtained in the above manner (in this case, significant peaks not fused with the fusion peak). Table 4 shows the trend lines, slopes, and y-intercepts determined by the linear least squares method for the 14 pairs (common logarithm of frequency and power).
Figure 2010154998

つぎに、ステップS13bにおいて、表1のピークの一連を各ピーク周波数位置における傾向線の値で除して傾向線相対ピークパワーの一連を得る。ここに、表4の傾向線は片対数表示における直線なので、ピーク中心周波数での傾向線の値を10の巾乗倍し、その値で各ピークパワーを除することに注意する。表5が結果D9に相当するものである。表5の結果は、表1の顕著なピークに加え、近接ピークと微弱ピークの全てについても計算を行っている。

Figure 2010154998
Next, in step S13b, the series of peaks in Table 1 is divided by the value of the trend line at each peak frequency position to obtain a series of trend line relative peak powers. Here, since the trend line in Table 4 is a straight line in semi-logarithmic display, it is noted that the value of the trend line at the peak center frequency is multiplied by 10 to divide each peak power by that value. Table 5 corresponds to the result D9. In addition to the prominent peaks in Table 1, the results in Table 5 are also calculated for all adjacent peaks and weak peaks.
Figure 2010154998

発明者は、本発明においてRSEF25、RSMF、RSEF75という3つの新しい特徴量を導入した。これらはそれぞれ表5の百分比においてその値が25%、50%、75%を超える周波数として求める。表5よりすなわち、4.2Hz、4.2Hz、19.1Hzである。こうして結果D10の
相対ピークパワー積算値が全積算値の1/4、1/2、3/4となる周波数が求まる。相対ピークパワーは周波数軸上に離散的に局在するため、このようにRSEF25とRSMFの値が共に4.2Hzと一致することがある。
このように、新しい特徴量RSEF25、RSMF、RSEF75は周波数軸上に離散的に存在するピークとピークパワーを利用して計算する点が重要である。他方、旧来の特徴量SMF、SEF90は周波数軸上に連続的に変動するスペクトルについて計算される量である。
Inventors, RSEF 25, RSMF, introduced three new feature quantity that RSEF 75 in the present invention. These are obtained as frequencies whose values exceed 25%, 50%, and 75% in the percentages of Table 5, respectively. From Table 5, that is, 4.2 Hz, 4.2 Hz, and 19.1 Hz. In this way, the frequency at which the relative peak power integrated value of the result D10 is 1/4, 1/2, 3/4 of the total integrated value is obtained. Since the relative peak power is discretely localized on the frequency axis, the values of RSEF 25 and RSMF may coincide with 4.2 Hz in this way.
Thus, it is important that the new feature quantities RSEF 25 , RSMF, and RSEF 75 are calculated using peaks and peak powers that are discretely present on the frequency axis. On the other hand, the conventional feature amounts SMF and SEF 90 are amounts calculated for a spectrum that continuously varies on the frequency axis.

尚、以上の処理において、肝要な点は傾向線を求めるための主たるピーク(この場合、融合ピークと、融合されなかった顕著なピーク)とそのパワーの一連を求める手続きである。即ち、本発明者らは、多数の脳波時系列を解析した結果、また、レスラー、ダフィング、ローレンツ等のカオスモデル時系列を解析した結果、これらのスペクトルは全周波数帯にわたり、局所的に顕著なピークがほぼ一様に並ぶとの知見を得て、この知見に沿って以上の手続きが構成されたものである。   In the above processing, an important point is a procedure for obtaining a main peak (in this case, a fusion peak and a prominent peak that has not been fused) and a power for obtaining a trend line. That is, as a result of analyzing a large number of electroencephalogram time series, and as a result of analyzing a chaotic model time series such as wrestler, duffing, and Lorentz, these spectra are locally significant over the entire frequency band. The knowledge that the peaks are almost uniformly arranged was obtained, and the above procedure was constructed based on this knowledge.

例えば表1でピーク番号3番と40番は、本手続きでは3番が微弱ピーク、40番が顕著なピークとされるが、そのパワーは3番のほうが大きい。微弱ピークは局所的に顕著なピークに対してパワーが微弱なピークである。顕著なピークと微弱ピークをそのように判別することにより、30Hzまでの全周波数帯でほぼ均等に分布する局所的に主要なピーク群を取り出すことができる。   For example, peak numbers 3 and 40 in Table 1 are considered to be weak peaks in this procedure and peak 40 is the most prominent peak in this procedure. A weak peak is a peak with weak power with respect to a locally remarkable peak. By distinguishing the prominent peak and the weak peak in this way, it is possible to extract locally main peak groups that are distributed almost evenly in the entire frequency band up to 30 Hz.

次に本発明による解析例を説明する。
最初に安静閉眼・熟睡・睡眠覚醒・麻酔下の4とおりの脳波データの解析を行った。以下では比較を容易にするために、最適セグメント長と最適ラグ値は各データについて探索を行った後、全データを共に満足する値としてセグメントデータ長を3秒、ラグ値を70%に統一して解析を行った。なお、データの種類毎に異なるセグメントデータ長と異なるラグ値を用いた場合でも、それが最適セグメント長と最適ラグ値ならば以下の結論は変更されない。
図11の(a)は安静閉眼時の脳波データ、(b)はそのMEM-PSDであり、また図12の(a)は熟睡時(睡眠ステージ3または4)の脳波データ、(b)はそのMEM-PSDである。
また、図13の(a)は睡眠覚醒(Arousal)時の脳波データ、(b)はそのMEM-PSDであり、図14の(a)は麻酔下の脳波データ、(b)はそのMEM-PSDである。
そして表6は、本発明による解析結果の一覧である。

Figure 2010154998
Next, an analysis example according to the present invention will be described.
First, we analyzed four types of EEG data: resting eyes, deep sleep, sleep awakening, and anesthesia. In the following, for easy comparison, after searching for the optimum segment length and optimum lag value for each data, the segment data length is unified to 3 seconds and the lag value to 70% as a value satisfying all data. Analysis. Even when a different segment data length and a different lag value are used for each data type, the following conclusions are not changed as long as they are the optimum segment length and the optimum lag value.
(A) in FIG. 11 is EEG data at resting eyes, (b) is the MEM-PSD, (a) in FIG. 12 is EEG data during deep sleep (sleep stage 3 or 4), (b) That MEM-PSD.
13A shows brain wave data during sleep arousal (Arousal), FIG. 13B shows its MEM-PSD, FIG. 14A shows EEG data under anesthesia, and FIG. 13B shows its MEM-PSD. PSD.
Table 6 is a list of analysis results according to the present invention.
Figure 2010154998

表本体の上から5行の「スペクトルの傾き」「RSMF」「RSEF75-RSEF25」「RSEF25」「RSEF75」が特に本発明の解析装置に特徴的な解析量である。また、本発明の解析装置における高精度MEM-PSDから計算された「SMF」「SEF90」等の諸量も有用である。上述したように本発明ではセグメントデータが同じ状態にある系(=脳)からの出力であると期待できるから、すべての特徴量は系の状態を正しく反映した値として評価することができる。 “Spectral slope”, “RSMF”, “RSEF 75- RSEF 25 ”, “RSEF 25 ”, and “RSEF 75 ” in the top five rows of the table body are particularly characteristic amounts of analysis for the analyzer of the present invention. Various quantities such as “SMF” and “SEF 90 ” calculated from the high-precision MEM-PSD in the analysis apparatus of the present invention are also useful. As described above, according to the present invention, it can be expected that the segment data is an output from a system (= brain) in the same state, and therefore all feature values can be evaluated as values that correctly reflect the state of the system.

安静閉眼時の脳波データの解析結果であるが、まず、スペクトルの傾きは-0.060と緩やかである。RSMFは10.0Hzであり、相対ピークパワー列の中心がα帯域(8〜13Hz)に位置する。そしてこの中心周波数のまわりに0.1Hzの巾で相対ピークパワーの50%が集中している(RSEF75-RSEF25の値)。仮に相対ピークパワーが全周波数帯(1〜30Hz)に均等に分布するならば、RSEF75-RSEF25は14.5Hzとなるから、0.1Hz巾という値は安静閉眼時には中心周波数の周りに相対パワーが集中していることを意味する。SMFは10.1Hzであり、SEF90は11.0Hzである。両者の差はわずか0.9Hzであり、αピークがパワーのほとんどを担っていることがわかる。α周波数帯のパワーは(1〜30Hzの)トータルパワーの83%であり、δ・θ・β周波数帯の値に比べ突出している。 This is the analysis result of EEG data when the eyes are resting. First, the slope of the spectrum is -0.060, which is gentle. RSMF is 10.0 Hz, and the center of the relative peak power train is located in the α band (8 to 13 Hz). Around this center frequency, 50% of the relative peak power is concentrated with a width of 0.1 Hz (value of RSEF 75 -RSEF 25 ). If assumed relative peak power is evenly distributed to all frequency bands (1~30Hz), because RSEF 75 -RSEF 25 becomes 14.5 Hz, a value of 0.1Hz width is relative power around the center frequency at rest closed eyes It means being concentrated. SMF is 10.1 Hz and SEF 90 is 11.0 Hz. The difference between the two is only 0.9 Hz, and it can be seen that the α peak bears most of the power. The power in the α frequency band is 83% of the total power (1 to 30 Hz), which is more prominent than the values in the δ · θ · β frequency band.

一方、睡眠ステージ3または4と判定される熟睡時にはスペクトルの傾きが-0.170と急峻になる。RSMFは17.7Hz、RSEF75-RSEF25は12.8Hzであり、これらの値は相対ピークが全周波数帯(1〜30Hz)にほぼ均一に分布していることを示す。すなわち、急峻なスペクトル勾配上に、多数のスペクトルピークが並び、かつ、突出したピークを持たない状態を示す。スペクトルの勾配が急峻であるからSMFは3.3Hzと低周波数側に移動する。また、周波数の低い順にδ、θ、α、β周波数帯のパワー比は57.3%、31.3%、10.0%、1.1%と急減する。 On the other hand, at the time of deep sleep determined as sleep stage 3 or 4, the slope of the spectrum becomes steep -0.170. RSMF is 17.7 Hz and RSEF 75 -RSEF 25 is 12.8 Hz, and these values indicate that the relative peaks are almost uniformly distributed in the entire frequency band (1 to 30 Hz). That is, it shows a state in which a large number of spectral peaks are arranged on a steep spectral gradient and there are no protruding peaks. Since the spectral gradient is steep, SMF moves to the low frequency side of 3.3Hz. In addition, the power ratio in the δ, θ, α, and β frequency bands rapidly decreases to 57.3%, 31.3%, 10.0%, and 1.1% in order of increasing frequency.

そこで、安静閉眼時と睡眠覚醒時との区別が付くか否かを検討する。表で睡眠覚醒と判定された脳波データのスペクトルの傾きは-0.070と緩やかであり、安静閉眼時の値-0.060に近い。他方、RSEF75-RSEF25は11.2Hzと、相対ピークが全周波数帯に均一に分布する場合の値となって、安静閉眼時(0.1Hz)とはまったく異なる。即ち、両者は厳密に区別される。このことはδ〜β周波数帯のパワー比からも見て取れる。θとα周波数帯のパワー比がほぼ等しいものの、δからβまで周波数の順に区分パワーが漸減しており、安静閉眼時のα周波数帯のパワー比が突出している状況と対照的である。SMFは4.6Hzと低周波数側にあり、SEF90とSMFの差は9.1Hzと安静閉眼時の値0.9Hzと明らかに異なる。 Therefore, it is examined whether or not it is possible to distinguish between resting eyes closed and sleep awakening. The slope of the spectrum of the electroencephalogram data determined to be sleep-wake in the table is -0.070, which is gentle, close to the value of -0.060 when the eyes are at rest. On the other hand, RSEF 75 -RSEF 25 is 11.2 Hz, which is a value when the relative peaks are uniformly distributed in the entire frequency band, and is completely different from that at resting eyes (0.1 Hz). That is, the two are strictly distinguished. This can also be seen from the power ratio in the δ to β frequency band. This is in contrast to the situation in which the power ratio in the α frequency band is almost the same, but the section power gradually decreases in order of frequency from δ to β, and the power ratio in the α frequency band when the eyes are at rest is prominent. SMF is on the low frequency side at 4.6 Hz, and the difference between SEF 90 and SMF is clearly different from 9.1 Hz and 0.9 Hz at resting eyes.

他方、麻酔下の脳波データの傾きは-0.194と急峻であり、RSMFは6.6Hz、RSEF75-RSEF25は10.1Hzである。同様に急峻な傾き(-0.170)をもつ熟睡時と比較するとRSMFが17.7Hz(熟睡時)から6.6Hzと低周波数側に大きく移動していることが特徴的である。また、δ周波数帯のパワー比が83.4%と突出し、SMFも2.5Hzと小さな値となるが、これらの傾向そのものは熟睡時に類似である。すなわち、麻酔下と熟睡時の脳波はRSMFにもっとも大きな違いが見いだされた。 On the other hand, the slope of the electroencephalogram data under anesthesia is as steep as -0.194, RSMF is 6.6 Hz, and RSEF 75 -RSEF 25 is 10.1 Hz. Similarly, when compared to a deep sleep with a steep slope (-0.170), RSMF is characterized by a large shift from 17.7 Hz (deep sleep) to 6.6 Hz on the low frequency side. The power ratio in the δ frequency band is prominent at 83.4%, and the SMF is also as small as 2.5 Hz, but these tendencies are similar during deep sleep. That is, the most significant difference was found in RSMF between anesthesia and deep sleep.

次に麻酔の導入後、その麻酔の程度に応じた変化をこれら特徴量から捉えることが可能であるか否かを検討する。このことを確認するため、追加の解析を行った。図15と図16は、夫々麻酔導入直後と麻酔導入中のデータを示すもので、(a)が脳波データ、(b)がそれらのMEM-PSDである。これらの夫々の後に、上述した図14の麻酔下の脳波データが続いている。   Next, after the introduction of anesthesia, it will be examined whether or not changes according to the degree of anesthesia can be grasped from these feature amounts. Additional analyzes were performed to confirm this. FIGS. 15 and 16 show data immediately after anesthesia introduction and during anesthesia introduction, respectively, where (a) is electroencephalogram data and (b) is their MEM-PSD. Each of these is followed by the electroencephalogram data under anesthesia shown in FIG.

表7は第二列の麻酔の導入開始から第四列の麻酔下まで、麻酔深度が漸増するデータの、本発明の解析装置による解析結果の一覧である。

Figure 2010154998
Table 7 is a list of results of analysis by the analyzer of the present invention of data in which the depth of anesthesia gradually increases from the start of introduction of anesthesia in the second row to under anesthesia in the fourth row.
Figure 2010154998

表7に関し、まず、スペクトルの傾きであるが、麻酔導入直後の-0.020、麻酔導入中の-0.078と順次傾きを増し、最終的に麻酔下の急峻な値-0.194に至る。
スペクトルの傾きの変化に対し、RSMF、RSEF75-RSEF25の解析結果は特徴的である。RSMFは麻酔導入直後から12.7Hzと大きな値を示し、麻酔導入中の11.5Hzを経て、麻酔下の6.6Hzと低い周波数に至る。RSEF75-RSEF25は8.6Hz、12.6Hz、10.1Hzとほぼ一定値となる。すなわち相対ピーク列は麻酔導入後直ちに全周波数帯に均等に分布したうえで、十分な麻酔下ではRSMFが低周波数側に移動する。
他方、傾向(曲)線で規格化しないδ〜SMF90までの挙動は麻酔の程度によって変化する。SMFは麻酔導入後の9.5Hzから7.6Hz、2.5Hzと順次低周波数側に移る。また、SEF90も順次低周波数側に移動し、最終的に麻酔下の5.6Hzに至る。これらの変化はスペクトルの傾きの変化を反映したものとして捉えることができる。
同様にδ〜β周波数帯のパワー比も、スペクトルの傾きの変化から推測されるように、α周波数帯付近に主たるパワーをもつ状態からδ周波数帯に圧倒的パワーをもつ状態へと変動する。
Regarding Table 7, first, the slope of the spectrum is -0.020 immediately after the induction of anesthesia, -0.078 during the induction of anesthesia, and the slope is gradually increased to finally reach a steep value -0.194 under anesthesia.
The analysis results of RSMF and RSEF 75 -RSEF 25 are characteristic for changes in the slope of the spectrum. RSMF shows a large value of 12.7 Hz immediately after the induction of anesthesia, passes through 11.5 Hz during induction of anesthesia, and reaches a low frequency of 6.6 Hz under anesthesia. RSEF 75 -RSEF 25 has almost constant values of 8.6Hz, 12.6Hz and 10.1Hz. That is, the relative peak train is evenly distributed over the entire frequency band immediately after the induction of anesthesia, and RSMF moves to the low frequency side under sufficient anesthesia.
On the other hand, the behavior from δ to SMF 90 that is not normalized by the trend (curved) line varies depending on the degree of anesthesia. SMF moves from 9.5Hz after induction of anesthesia to 7.6Hz, 2.5Hz in order to the low frequency side. SEF 90 also moves to the lower frequency side, and finally reaches 5.6 Hz under anesthesia. These changes can be understood as reflecting changes in the slope of the spectrum.
Similarly, the power ratio in the δ to β frequency band also fluctuates from a state having main power in the vicinity of the α frequency band to a state having overwhelming power in the δ frequency band, as estimated from changes in the slope of the spectrum.

以上のことから、本発明の解析装置は、脳波データから安静閉眼・睡眠覚醒・熟睡・麻酔下の各状態を判別し、また麻酔の導入にともなう経時的変化を正確に判別することができることが分かる。   From the above, the analysis device of the present invention can discriminate each state under resting eyes, sleep awakening, deep sleep, and anesthesia from the electroencephalogram data, and can accurately discriminate changes with time due to the introduction of anesthesia. I understand.

本発明は以上の通りであり、従来方法による解析装置とは、下記各項において相違している。
1.解析対象とするセグメントデータ
(本発明)
同じ状態にあることが期待される2〜5秒長のデータ。可変長、または固定することも可。固定する場合は事前に最適セグメント長の一連を調べ、短いほうの長さに設定する。
(従来方法)
サンプリング周波数と解析方法(FFT)により定まる2の巾乗の点数のデータからなる長さ。固定長。
The present invention is as described above, and differs from the analysis apparatus according to the conventional method in the following items.
1. Segment data to be analyzed (present invention)
2-5 seconds long data expected to be in the same state. Variable length or fixed. When fixing, examine a series of optimum segment lengths in advance and set the shorter one.
(Conventional method)
Length consisting of data of 2 power points determined by sampling frequency and analysis method (FFT). Fixed length.

2.スペクトル計算法
(本発明)
最大エントロピー法(MEM)。MEMを採用することによりセグメント長(=データ点数)を任意に設定できる。
(従来方法)
FFT。高速だが無限長データを前提とした方法のため、スペクトルにはセグメント長に由来する多数の偽ピークの混入が不可避。
2. Spectral calculation method (present invention)
Maximum entropy method (MEM). By adopting MEM, the segment length (= number of data points) can be set arbitrarily.
(Conventional method)
FFT. Because it is a method that assumes high-speed but infinite length data, it is inevitable that the spectrum contains many false peaks derived from the segment length.

3.指数スペクトルの傾きの計算方法
最適セグメント長と最適ラグ値により得たMEM-PSDの主要なピークについて、中心周波数とピークパワーの一連の作る傾きを求める。上述したとおり、セグメント長とラグ値の最適化によって、セグメントデータを一般化三角多項式で記述した場合の各項のパワーの周波数分布の傾きを求めることに相当する。
(従来方法)
処理を搭載しないか、または、セグメント長に由来する偽のピークを含め、すべてのピーク点から求める、または、すべての計算点から求める。
3. Method of calculating the slope of the exponential spectrum For the main peak of the MEM-PSD obtained from the optimum segment length and optimum lag value, obtain a series of slopes of center frequency and peak power. As described above, this corresponds to finding the slope of the power frequency distribution of each term when segment data is described by a generalized triangular polynomial by optimizing the segment length and lag value.
(Conventional method)
No processing is carried out, or it is obtained from all peak points including a false peak derived from the segment length, or obtained from all calculation points.

4.抽出する脳波スペクトルのその他の特徴量。
(本発明)
従来法によるすべての特徴量を含み、加えて、指数スペクトルの傾向(曲)線で規格化した相対ピークパワー列、相対ピークパワーの積算値が全積算値の1/4となる周波数RSEF25(Relative Spectral Edge Frequency 25)、1/2となる周波数RSMF(Relative
Spectral Mid Frequency)、3/4となる周波数RSEF75。これら3つの量は本発明で導入されたものであり、セグメントデータを記述する一般化三角多項式の各項のパワーの積算値に相当する。
(従来方法)
δ、θ、α、β周波数帯(1〜4、4〜8、8〜13、13〜30Hz)の区分パワー、SMF(Spectral Mid Frequency、1〜30Hzでスペクトルの積算値が50%となる周波数)、SEF90(Spectral
Edge Frequency 90、同じく積算値が90%となる周波数)。
4). Other features of the extracted electroencephalogram spectrum.
(Invention)
In addition to all the features by the conventional method, in addition to the relative peak power sequence normalized by the trend (curved) curve of the exponential spectrum, the frequency RSEF 25 (the integrated value of the relative peak power is 1/4 of the total integrated value) Relative Spectral Edge Frequency 25), 1/2 frequency RSMF (Relative
Spectral Mid Frequency), a frequency RSEF 75 of 3/4. These three quantities are introduced in the present invention and correspond to the integrated values of the powers of the respective terms of the generalized triangular polynomial describing the segment data.
(Conventional method)
δ, θ, α, β Frequency bands (1 to 4, 4 to 8, 8 to 13, 13 to 30 Hz), segmented power, SMF (Spectral Mid Frequency, frequency at which the integrated value of spectrum is 50% at 1 to 30 Hz ), SEF 90 (Spectral
Edge Frequency 90, also the frequency at which the integrated value is 90%).

そして本発明では、従来の方法と比較して、上述したような差違を有するため、次のような特徴がある。
(1) 最適セグメント長の脳波データを扱うことにより、常に一定の動的状態にあると推定される「動的に安定なデータ」の解析が行われることが期待される。
(2) 加えて最適ラグ値によりスペクトルが計算されるため、得られたMEM-PSDは元のセグメントデータの一般化三角多項式表現に対応すると期待される。すなわち時間軸上の脳波データの挙動と周波数軸上のMEM-PSDの挙動が整合することが期待される。
(3) このように確保された整合性の結果として、得られたスペクトルの傾きや区分パワー等の諸量に、従来法による場合に比べてより信頼を置くことができる。
(4) 従来の脳波解析における諸量に加え、本発明ではスペクトルのもっとも基本的な特長をその傾向(曲)線の傾きだけではなく、傾きと相対ピーク列の作る諸量(相対ピークパワーの積算値が1/4、1/2、3/4となる周波数)の組として記述するため、従来は判別し得ない系(=脳)の動的状態に関する知見を得ることができる。
And in this invention, since it has the difference as mentioned above compared with the conventional method, it has the following characteristics.
(1) By dealing with electroencephalogram data of the optimal segment length, it is expected that analysis of “dynamically stable data” that is always assumed to be in a constant dynamic state will be performed.
(2) In addition, since the spectrum is calculated with the optimal lag value, the obtained MEM-PSD is expected to correspond to the generalized trigonometric polynomial representation of the original segment data. That is, it is expected that the behavior of EEG data on the time axis matches the behavior of MEM-PSD on the frequency axis.
(3) As a result of the consistency ensured in this way, it is possible to place more confidence in various quantities such as the slope of the obtained spectrum and the segmental power than in the conventional method.
(4) In addition to the quantities in the conventional electroencephalogram analysis, in the present invention, the most fundamental feature of the spectrum is not only the inclination of the trend (curved) line, but also the quantities created by the slope and the relative peak sequence (relative peak power Since it is described as a set of frequencies at which the integrated values are 1/4, 1/2, and 3/4), knowledge about the dynamic state of the system (= brain) that cannot be distinguished conventionally can be obtained.

本発明に係る解析装置の実施の形態を模式的に表した全体構成の説明図である。It is explanatory drawing of the whole structure which represented typically Embodiment of the analyzer which concerns on this invention. 本発明に係る解析装置の一部の構成と、その処理の流れを模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the one part structure of the analyzer which concerns on this invention, and the flow of the process. 本発明に係る解析装置の他の一部の構成と、その処理の流れを模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the structure of the other part of the analyzer which concerns on this invention, and the flow of the process. 脳波とそのスペクトルの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of an electroencephalogram and its spectrum. 前半と後半で明らかに状態が異なる20秒の脳波データを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electroencephalogram data of 20 seconds from which a state clearly differs in the first half and the second half. 5秒長の脳波データと、その一般化三角多項式表現及び残差を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electroencephalogram data of 5 second length, its generalized trigonometric polynomial expression, and a residual. 人工の時系列データと、本発明による解析結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the artificial time series data and the analysis result by this invention. 図7のデータの後半において一部のモードが欠落した人工の時系列データと、本発明による解析結果を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing artificial time-series data in which some modes are lost in the second half of the data in FIG. 7 and the analysis results according to the present invention. 図7と図8のデータの夫々に対する三角項のパラメータを示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating triangular term parameters for each of the data in FIG. 7 and FIG. 8. 解析実行部において得られたMEM-PSDの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of MEM-PSD obtained in the analysis execution part. 安静閉眼時の脳波データ及びそのMEM-PSDの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the electroencephalogram data at the time of resting eyes closed, and its MEM-PSD. 熟睡時の脳波データ及びそのMEM-PSDの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the electroencephalogram data at the time of deep sleep and its MEM-PSD. 睡眠覚醒時の脳波データ及びそのMEM-PSDの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the electroencephalogram data at the time of sleep awakening, and its MEM-PSD. 麻酔下の脳波データ及びそのMEM-PSDの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the electroencephalogram data under anesthesia, and its MEM-PSD. 麻酔導入直後の脳波データ及びそのMEM-PSDの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the electroencephalogram data immediately after anesthesia introduction, and its MEM-PSD. 麻酔導入中の脳波データ及びそのMEM-PSDの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the electroencephalogram data during anesthesia induction, and its MEM-PSD.

符号の説明Explanation of symbols

1 原時系列データ
2 セグメント条件入力部
3 解析条件入力部
4 最適解析条件導出部
5 解析実行部
6 設定処理手段
7 第1の処理手段
8 第2の処理手段
9 第3の処理手段
10 セグメント準備手段
11 パワースペクトル密度算出手段
12 ピーク抽出手段
13 特徴量抽出手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Original time series data 2 Segment condition input part 3 Analysis condition input part 4 Optimal analysis condition derivation part 5 Analysis execution part 6 Setting processing means 7 First processing means 8 Second processing means 9 Third processing means 10 Segment preparation Means 11 Power spectral density calculation means 12 Peak extraction means 13 Feature quantity extraction means

Claims (22)

原時系列データから切り出して解析するセグメントに関して、最短セグメント長と最長セグメント長及び最短・最長セグメントとその間の異なった長さのセグメントから構成される切り出すセグメントの総数又は最短・最長セグメント間の時間刻みを入力項目とするセグメント条件入力部と、
最小ラグ値と最大ラグ値及び最小・最大ラグ値間に設定する一連のラグ値の設定間隔を入力項目とする解析条件入力部と、
セグメント条件入力部に入力されたセグメント条件と、解析条件入力部に入力された解析条件に基づいて、全てのセグメントの夫々につき全ての解析条件にて最大エントロピー法及び非線形最小自乗法により解析を行って、全ての解析結果から適切な一つのセグメントと一つの解析条件の選択を行い、それに対応して最適セグメント長と最適ラグ値を導出する最適解析条件導出部と、
最適解析条件導出部において導出された最適解析条件を解析条件として設定して最大エントロピー法による解析を実行する解析実行部とから構成したことを特徴とする時系列データの解析装置。
For the segment that is cut out from the original time series data and analyzed, the total number of segments to be cut or the time increment between the shortest and longest segments, consisting of the shortest and longest segment lengths, the shortest and longest segments, and segments of different lengths between them The segment condition input part with
An analysis condition input unit having as input items a set interval of a series of lag values set between the minimum lag value and the maximum lag value and the minimum / maximum lag value;
Based on the segment conditions input to the segment condition input section and the analysis conditions input to the analysis condition input section, analysis is performed by the maximum entropy method and the nonlinear least squares method for all analysis conditions for all segments. Selecting an appropriate segment and an analysis condition from all analysis results, and deriving an optimum segment length and an optimum lag value correspondingly,
An analysis device for time-series data, characterized in that it comprises an analysis execution unit for executing an analysis by a maximum entropy method by setting an optimum analysis condition derived in an optimum analysis condition deriving unit as an analysis condition.
最適解析条件導出部は、
セグメント条件入力部に入力された条件に基づいて原時系列データから、異なる長さの複数のセグメントを切り出してサンプルセグメントとして設定すると共に、解析条件入力部に入力された解析条件を読み出して設定する設定処理手段と、
設定処理手段により設定された全てのサンプルセグメントの夫々につき、全ての解析条件により最大エントロピー法を用いてパワースペクトル密度を算出する第1の処理手段と、
この第1の処理手段により得られたパワースペクトル密度の夫々につき、主要なスペクトルピークを抽出して、それらから非線形最小自乗法によりサンプルセグメントについての一般化三角多項式表現の諸量を算出する第2の処理手段と、
この第2の処理手段により得られた一般化三角多項式表現のサンプルセグメントデータに対する妥当性とパワースペクトル密度に対する整合性を判断して、妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現に対応する一つのサンプルセグメントを選択して、それに対応するセグメント長とラグ値を、最適セグメント長と最適ラグ値として導出する第3の処理手段とから構成したことを特徴とする請求項1に記載の時系列データの解析装置。
The optimal analysis condition derivation unit
Based on the conditions input to the segment condition input unit, a plurality of segments having different lengths are cut out from the original time series data and set as sample segments, and the analysis conditions input to the analysis condition input unit are read and set. Setting processing means;
A first processing means for calculating a power spectral density using a maximum entropy method according to all analysis conditions for each of all sample segments set by the setting processing means;
For each of the power spectral densities obtained by the first processing means, a main spectral peak is extracted, and various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression for the sample segment are calculated from them by the nonlinear least square method. Processing means,
The validity of the generalized trigonometric polynomial expression obtained by the second processing means with respect to the sample segment data and the consistency with respect to the power spectral density are judged, and one corresponding to the generalized trigonometric polynomial expression with high validity and consistency is obtained. 3. The time series according to claim 1, wherein the sample sequence is composed of third processing means for selecting one sample segment and deriving the corresponding segment length and lag value as the optimum segment length and optimum lag value. Data analysis device.
第2の処理手段は、第1の処理手段により算出されたパワースペクトル密度から、主要なスペクトルピークにつき、その個数、各ピーク周波数及び各ピークパワーを抽出し、上記個数を項数、各ピーク周波数の逆数を各三角項の周期の初期値として、残差の自乗和を最小にする非線形最小自乗法の計算により、一般化三角多項式表現の諸量を算出する構成としたことを特徴とする請求項2に記載の時系列データの解析装置。 The second processing means extracts the number, each peak frequency, and each peak power for the main spectrum peak from the power spectral density calculated by the first processing means, and the number is the number of terms and each peak frequency. The amount of the generalized triangular polynomial expression is calculated by calculating the nonlinear least square method that minimizes the sum of the squares of the residuals with the reciprocal of Item 3. The time-series data analysis device according to Item 2. 第3の処理手段は、夫々のサンプルセグメントに関する一般化三角多項式表現の諸量における残差の標準偏差を設定値と比較して、設定値以上の一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第1の選別機能と、
非線形最小自乗法により決定された多項式の各項の周期を、パワースペクトル密度のピーク周波数の逆数から設定したその初期値と比較し、それらの差が設定値以上の一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第2の選別機能と、
非線形最小自乗法により決定された多項式の各項の振幅から求めたパワーの夫々を、パワースペクトル密度の対応するピークのパワーと逐一比較し、差が設定値以上の振幅を有する一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第3の選別機能とを有し、
第1、第2及び第3の選別機能による処理を順次行って妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現を選択する構成としたことを特徴とする請求項2又は3に記載の時系列データの解析装置。
The third processing means compares the standard deviation of the residual in various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression for each sample segment with the set value, rejects the generalized trigonometric polynomial expression greater than the set value, and otherwise A first selection function using a generalized trigonometric polynomial expression of
Compare the period of each term of the polynomial determined by the nonlinear least squares method with its initial value set from the reciprocal of the peak frequency of the power spectral density, and reject the generalized triangular polynomial expression whose difference is greater than the set value And a second selection function using other generalized triangular polynomial expressions as selection candidates,
A generalized triangular polynomial expression that compares the power obtained from the amplitude of each term of the polynomial determined by the nonlinear least squares method with the power of the corresponding peak of the power spectral density one by one, and the difference has an amplitude greater than the set value And a third selection function with other generalized triangular polynomial expressions as selection candidates,
4. The time series according to claim 2, wherein a generalized trigonometric polynomial expression having high validity and consistency is selected by sequentially performing processing by the first, second, and third sorting functions. Data analysis device.
第3の処理手段は、第1、第2及び第3の選別機能による処理を順次行った後に、複数の一般化三角多項式表現が選択候補として残った場合において、残差の標準偏差の最も小さい一般化三角多項式表現を選択する第4の選別機能を有する構成としたことを特徴とする請求項4に記載の時系列データの解析装置。 The third processing means has the smallest standard deviation of the residual when a plurality of generalized triangular polynomial expressions remain as selection candidates after sequentially performing the processing by the first, second, and third selection functions 5. The time-series data analysis apparatus according to claim 4, wherein the apparatus has a fourth selection function for selecting a generalized triangular polynomial expression. 第3の処理手段は、第1、第2及び第3又は第1、第2、第3及び第4の選別機能による処理を行った後に、選択された一般化三角多項式表現を有するサンプルセグメントが複数残った場合に、最も長いサンプルセグメントを最適なサンプルセグメントとして選択する第5の選別機能を有し、第5の選別機能により選択されたサンプルセグメントを最適セグメントに、そのサンプルセグメントに対し、選択された一般化三角多項式表現に対応してパワースペクトル密度を計算したラグ値を最適ラグ値として選択する構成としたことを特徴とする請求項4又は5に記載の時系列データの解析装置。 The third processing means performs processing by the first, second and third or first, second, third and fourth sorting functions, and then the sample segment having the selected generalized trigonometric polynomial expression is obtained. When there are multiple remaining samples, it has a fifth sorting function that selects the longest sample segment as the optimal sample segment, and the sample segment selected by the fifth sorting function is selected as the optimal segment for that sample segment. 6. The time-series data analyzing apparatus according to claim 4, wherein a lag value obtained by calculating a power spectral density corresponding to the generalized trigonometric polynomial expression is selected as an optimum lag value. 解析実行部は、
最適解析条件導出部において導出され、解析条件設定手段に設定された最適セグメント長に基づいて原時系列データからセグメントを切り出すセグメント準備手段と、
準備されたセグメントに対して最適解析条件導出部において導出され、解析条件設定手段に設定された最適ラグ値を用いて最大エントロピー法によりパワースペクトル密度を算出するパワースペクトル密度算出手段と、
算出されたパワースペクトル密度の主たるピークの個数、各ピークの中心周波数及びピークパワーを抽出するピーク抽出手段と、
抽出されたピーク列から特徴量を抽出する特徴量抽出手段とから構成されることを特徴とする請求項1〜6までのいずれか1項に記載の時系列データの解析装置。
The analysis execution unit
Segment preparation means for cutting out segments from original time series data based on the optimum segment length derived by the optimum analysis condition derivation unit and set in the analysis condition setting means,
A power spectrum density calculating means for calculating a power spectrum density by a maximum entropy method using an optimum lag value derived in the optimum analysis condition derivation unit for the prepared segment and set in the analysis condition setting means;
Peak extraction means for extracting the number of main peaks of the calculated power spectral density, the center frequency and peak power of each peak;
The time-series data analysis apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the time-series data analysis apparatus includes: feature quantity extraction means for extracting a feature quantity from the extracted peak sequence.
解析条件設定手段は、最適解析条件導出部において導出された最適解析条件をそのまま設定する機能と、入力手段により入力された解析条件を設定する機能と、その選択機能を構成したことを特徴とする請求項7に記載の時系列データの解析装置。 The analysis condition setting means comprises a function for setting the optimum analysis condition derived by the optimum analysis condition deriving unit as it is, a function for setting the analysis condition input by the input means, and a selection function thereof. The time-series data analysis device according to claim 7. ピーク抽出手段は、パワースペクトル密度の全てのピークから求めたピーク間の平均間隔の数倍の範囲で、局所的に顕著なピークを求め、求められた顕著なピークに、平均間隔よりも短い間隔で隣接するピークを融合させて融合ピークを構成する第1の処理と、顕著なピークと融合ピーク以外の全てのピークを最寄りの顕著なピーク又は融合ピークに融合させる第2の処理とから主たるピークを抽出する構成とし、複数のピークを融合させる際には、融合の前後のピークパワーを保存すると共に、融合前の複数のピークのピークパワーにより按分して融合ピークの中心周波数を求めることを特徴とする請求項7に記載の時系列データの解析装置。 The peak extraction means obtains a locally significant peak in the range of several times the average interval between peaks obtained from all the peaks of power spectral density, and the shorter than the average interval, the obtained remarkable peak is obtained. The main peak from the first process of fusing adjacent peaks to form a fused peak and the second process of fusing all the peaks other than the prominent peak and the fused peak to the nearest prominent peak or fused peak When combining multiple peaks, the peak power before and after the fusion is preserved, and the center frequency of the fusion peak is determined by dividing the peak power before the fusion. The time-series data analysis device according to claim 7. 特徴量抽出手段は、ピーク抽出手段により抽出された複数の主たるピークのピークパワーの対数値とピーク周波数の組について、線形最小自乗法により、いわゆる指数スペクトルの傾向線の傾きとy切片を求める傾向線算出手段と、パワースペクトル密度算出手段により求めた全てのピークにつき、そのピークパワーの値を傾向線の示すパワー値で除して規格化を行って傾向線相対パワーを求める相対パワー算出手段と、周波数軸上に離散的に配置されたピークと、その相対ピークパワーにより、相対ピークパワー分布の特徴量を抽出する特徴量抽出手段とから構成したことを特徴とする請求項7〜9までのいずれか1項に記載の時系列データの解析装置。 The feature quantity extraction means tends to obtain the slope and y intercept of the so-called exponential spectrum trend line by the linear least square method for the pair of log power and peak frequency of the plurality of main peaks extracted by the peak extraction means. Line power calculating means, and relative power calculating means for obtaining a trend line relative power by dividing the peak power value by the power value indicated by the trend line for every peak obtained by the power spectral density calculating means, And a feature amount extracting means for extracting a feature amount of a relative peak power distribution from the peaks discretely arranged on the frequency axis and the relative peak power thereof. The time-series data analysis device according to any one of the above items. 時系列データは脳波のデータであり、特徴量抽出手段により抽出する特徴量は、通常1〜30Hz又は0.5〜30Hzの脳波スペクトルの注目周波数帯において相対ピークパワーを低周波数側から積算し、積算値が注目周波数帯の全相対ピークパワーの25%、50%、75%になる3つの周波数を含むことを特徴とする請求項7に記載の時系列データの解析装置。 The time series data is brain wave data, and the feature quantity extracted by the feature quantity extraction means is the sum of the relative peak powers from the low frequency side, usually in the frequency band of interest of the brain wave spectrum of 1 to 30 Hz or 0.5 to 30 Hz. 8. The time-series data analysis apparatus according to claim 7, comprising: three frequencies that are 25%, 50%, and 75% of the total relative peak power of the frequency band of interest. 原時系列データから切り出して解析するセグメントに関して、最短セグメント長と最長セグメント長及び最短・最長セグメントとその間の異なった長さのセグメントから構成される切り出すセグメントの総数又は最短・最長セグメント間の時間刻みをセグメント条件として入力する過程と、
最小ラグ値と最大ラグ値及び最小・最大ラグ値間に設定する一連のラグ値の設定間隔を解析条件として入力する過程と、
入力されたセグメント条件と解析条件とに基づいて、全てのセグメントの夫々につき全ての解析条件にて最大エントロピー法及び非線形最小自乗法により解析を行って、全ての解析結果から適切な一つのセグメントと一つの解析条件の選択を行い、それに対応して最適セグメント長と最適ラグ値から成る解析条件を導出する過程と、
導出された最適解析条件を解析条件として設定して最大エントロピー法による解析を実行する過程とから構成したことを特徴とする時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
For the segment that is cut out from the original time series data and analyzed, the total number of segments that are composed of the shortest and longest segment lengths, the shortest and longest segments, and segments of different lengths between them, or the time increment between the shortest and longest segments As a segment condition,
A process of inputting a set interval of a series of lag values set between the minimum lag value, the maximum lag value, and the minimum / maximum lag value as an analysis condition,
Based on the input segment conditions and analysis conditions, all segments are analyzed by the maximum entropy method and nonlinear least squares method under all analysis conditions. The process of selecting one analysis condition and deriving the analysis condition consisting of the optimal segment length and the optimal lag value,
A computer-readable recording medium on which a time series data analysis program is recorded, characterized in that it comprises a process of executing analysis by a maximum entropy method by setting the derived optimum analysis conditions as analysis conditions.
解析条件を導出する過程は、
入力されたセグメント条件に基づいて原時系列データから、異なる長さの複数のセグメントを切り出してサンプルセグメントとして設定する過程と、
解析条件を設定する過程と、
設定された全てのサンプルセグメントの夫々につき、全ての設定された解析条件により最大エントロピー法を用いてパワースペクトル密度を算出する第1の処理過程と、
この第1の処理過程により得られたパワースペクトル密度の夫々につき、主要なスペクトルピークを抽出して、それらから非線形最小自乗法によりサンプルセグメントについての一般化三角多項式表現の諸量を算出する第2の処理過程と、
この第2の処理過程により得られた一般化三角多項式表現のサンプルセグメントデータに対する妥当性とパワースペクトル密度に対する整合性を判断して、妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現に対応する一つのサンプルセグメントを選択して、それに対応するセグメント長とラグ値を、最適セグメント長と最適ラグ値として導出する第3の処理過程とから構成したことを特徴とする請求項12に記載の時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
The process of deriving analysis conditions is
A process of cutting out a plurality of segments of different lengths from the original time series data based on the input segment conditions and setting them as sample segments,
The process of setting analysis conditions,
A first processing step of calculating a power spectral density using a maximum entropy method according to all set analysis conditions for each of all set sample segments;
A main spectrum peak is extracted for each of the power spectral densities obtained by the first processing step, and various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression for the sample segment are calculated from them by the nonlinear least square method. And the process of
The validity of the generalized trigonometric polynomial expression obtained by the second processing step with respect to the sample segment data and the consistency with respect to the power spectral density are judged, and one corresponding to the generalized trigonometric polynomial expression with high validity and consistency is obtained. 13. The time series according to claim 12, comprising a third processing step of selecting one sample segment and deriving the corresponding segment length and lag value as the optimum segment length and optimum lag value. A computer-readable recording medium on which a data analysis program is recorded.
第2の処理過程は、第1の処理過程により算出されたパワースペクトル密度から、主要なスペクトルピークにつき、その個数、各ピーク周波数及び各ピークパワーを抽出する過程と、上記個数を項数、各ピーク周波数の逆数を各三角項の周期の初期値として、残差の自乗和を最小にする非線形最小自乗法の計算により、一般化三角多項式表現の諸量を算出する過程とを有することを特徴とする請求項13に記載の時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 The second processing step is a step of extracting the number, each peak frequency and each peak power of the main spectrum peak from the power spectral density calculated in the first processing step, A process of calculating various quantities of a generalized triangular polynomial expression by calculating a nonlinear least-squares method that minimizes the sum of squares of the residuals, using an inverse of the peak frequency as an initial value of the period of each triangular term. A computer-readable recording medium on which the time-series data analysis program according to claim 13 is recorded. 第3の処理過程は、夫々のサンプルセグメントに関する一般化三角多項式表現の諸量における残差の標準偏差を設定値と比較して、設定値以上の一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第1の選別過程と、
非線形最小自乗法により決定された多項式の各項の周期を、パワースペクトル密度のピーク周波数の逆数から設定したその初期値と比較し、それらの差が設定値以上の一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第2の選別過程と、
非線形最小自乗法により決定された多項式の各項の振幅から求めたパワーの夫々を、パワースペクトル密度の対応するピークのパワーと逐一比較し、差が設定値以上の振幅を有する一般化三角多項式表現を棄却すると共に、それ以外の一般化三角多項式表現を選択候補とする第3の選別過程とを有し、
第1、第2及び第3の選別過程による処理を順次行って妥当性と整合性の高い一般化三角多項式表現を選択することを特徴とする請求項12又は13に記載の時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
The third processing step compares the standard deviation of the residual in various quantities of the generalized trigonometric polynomial expression for each sample segment with the set value, rejects the generalized trigonometric polynomial expression greater than the set value, and otherwise A first selection process using a generalized trigonometric polynomial expression of
Compare the period of each term of the polynomial determined by the nonlinear least squares method with its initial value set from the reciprocal of the peak frequency of the power spectral density, and reject the generalized triangular polynomial expression whose difference is greater than the set value And a second selection process using other generalized triangular polynomial expressions as selection candidates,
A generalized triangular polynomial expression that compares the power obtained from the amplitude of each term of the polynomial determined by the nonlinear least squares method with the power of the corresponding peak of the power spectral density one by one, and the difference has an amplitude greater than the set value And a third selection process with other generalized triangular polynomial expressions as selection candidates,
The time series data analysis according to claim 12 or 13, wherein the generalized trigonometric polynomial expression having high validity and consistency is selected by sequentially performing the processes of the first, second and third selection processes. A computer-readable recording medium on which a program is recorded.
第3の処理過程は、第1、第2及び第3の選別過程による処理を順次行った後に、複数の一般化三角多項式表現が選択候補として残った場合において、残差の標準偏差の最も小さい一般化三角多項式表現を選択する第4の選別過程を有することを特徴とする請求項15に記載の時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 In the third processing step, the standard deviation of the residual is the smallest when a plurality of generalized triangular polynomial expressions remain as selection candidates after sequentially performing the processing in the first, second, and third selection steps. The computer-readable recording medium recording the time series data analysis program according to claim 15, further comprising a fourth selection process of selecting a generalized trigonometric polynomial expression. 第3の処理過程は、第1、第2及び第3又は第1、第2、第3及び第4の選別過程による処理を行った後に、選択された一般化三角多項式表現が複数の残った場合に、最も長いサンプルセグメントを最適なサンプルセグメントとして選択する第5の選別過程を有し、第5の選別過程により選択されたサンプルセグメントを最適セグメントに、そのサンプルセグメントに対し、選択された一般化三角多項式表現に対応してパワースペクトル密度を計算したラグ値を最適ラグ値として選択する構成としたことを特徴とする請求項15又は16に記載の時系列データの解析装置。 In the third processing step, a plurality of selected generalized trigonometric polynomial expressions remain after processing by the first, second and third or first, second, third and fourth sorting steps If there is a fifth sorting process in which the longest sample segment is selected as the optimal sample segment, the sample segment selected by the fifth sorting process is selected as the optimal segment, and the selected general segment is selected for the sample segment. 17. The time-series data analysis device according to claim 15, wherein a lag value obtained by calculating a power spectral density corresponding to a generalized trigonometric polynomial expression is selected as an optimum lag value. 解析実行過程は、
最適解析条件導出過程において導出され、解析条件設定手段に設定された最適セグメント長に基づいて原時系列データからセグメントを切り出すセグメント準備過程と、
準備されたセグメントに対して最適解析条件導出過程において導出され、解析条件設定手段に設定された最適ラグ値を用いて最大エントロピー法によりパワースペクトル密度を算出するパワースペクトル密度算出過程と、
算出されたパワースペクトル密度の主たるピークの個数、各ピークの中心周波数及びピークパワーを抽出するピーク抽出過程と、
抽出されたピーク列から特徴量を抽出する特徴量抽出過程とから成ることを特徴とする請求項12〜17までのいずれか1項に記載の時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
The analysis execution process
A segment preparation process for extracting a segment from original time series data based on the optimal segment length derived in the optimal analysis condition derivation process and set in the analysis condition setting means,
A power spectrum density calculation process for calculating a power spectrum density by a maximum entropy method using an optimum lag value set in the analysis condition setting means, which is derived in the optimum analysis condition derivation process for the prepared segment;
A peak extraction process for extracting the number of main peaks of the calculated power spectral density, the center frequency of each peak and the peak power;
18. A computer-readable recording program for analyzing time-series data according to any one of claims 12 to 17, characterized by comprising a feature quantity extraction process for extracting a feature quantity from the extracted peak sequence. recoding media.
解析条件設定手段は、最適解析条件導出過程において導出された最適解析条件をそのまま設定する機能と、入力手段により入力された解析条件を設定する機能と、その選択機能を構成したことを特徴とする請求項18に記載の時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 The analysis condition setting means comprises a function for setting the optimum analysis condition derived in the optimum analysis condition derivation process as it is, a function for setting the analysis condition input by the input means, and a selection function thereof. A computer-readable recording medium on which the time-series data analysis program according to claim 18 is recorded. ピーク抽出過程は、
パワースペクトル密度の全てのピークからピーク間の平均間隔を求める過程と、求めた平均間隔の数倍の範囲で、局所的に顕著なピークを求める過程と、求められた顕著なピークに、平均間隔よりも短い間隔で隣接するピークを融合させて融合ピークを構成する過程とから成る第1の処理過程と、顕著なピークと融合ピーク以外の全てのピークを最寄りの顕著なピーク又は融合ピークに融合させる第2の処理過程とから成り、
第1の処理過程と第2の処理過程において、複数のピークを融合させる際には、融合の前後のピークパワーを保存すると共に、融合前の複数のピークのピークパワーにより按分して融合ピークの中心周波数を求めることを特徴とする請求項18に記載の時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
The peak extraction process is
The process of obtaining the average interval between peaks from all the peaks of the power spectral density, the process of obtaining locally prominent peaks in the range of several times the obtained average interval, and the average interval between the obtained prominent peaks The first processing step, which consists of fusing adjacent peaks at shorter intervals to form a fusion peak, and fusing all peaks other than the prominent peak and the fusion peak into the nearest prominent peak or fusion peak And a second processing step
In the first processing step and the second processing step, when a plurality of peaks are fused, the peak power before and after the fusion is preserved, and the peak powers of the plurality of peaks before the fusion are prorated and distributed. The computer-readable recording medium recording the time-series data analysis program according to claim 18, wherein a center frequency is obtained.
特徴量抽出過程は、ピーク抽出過程において抽出された複数の主たるピークのピークパワーの対数値とピーク周波数の組について、線形最小自乗法によりいわゆる指数スペクトルの傾向線の傾きとy切片を求める傾向線算出過程と、パワースペクトル密度算出手段により求めた全てのピークにつき、そのピークパワーの値を傾向線の示すパワー値で除して規格化を行って傾向線相対パワーを求める相対パワー算出過程と、周波数軸上に離散的に配置されたピークと、その相対パワーにより、相対ピークパワー分布の特徴量を抽出する特徴量抽出過程とから成ることを特徴とする請求項18〜20のいずれか1項に記載の時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 The feature extraction process is a trend line for determining the slope and y-intercept of the so-called exponential spectrum trend line by the linear least squares method for the combination of the logarithmic value and peak frequency of the peak power of the plurality of main peaks extracted in the peak extraction process A calculation process and a relative power calculation process for calculating a trend line relative power by dividing the peak power value by the power value indicated by the trend line for all peaks obtained by the power spectral density calculation means, 21. The method according to any one of claims 18 to 20, comprising a peak discretely arranged on the frequency axis and a feature amount extraction step of extracting a feature amount of a relative peak power distribution based on the relative power. A computer-readable recording medium on which the time series data analysis program described in 1 is recorded. 時系列データは脳波のデータであり、特徴量抽出過程により抽出する特徴量は、通常1〜30Hz又は0.5〜30Hzの脳波スペクトルの注目周波数帯において相対ピークパワーを低周波数側から積算し、積算値が注目周波数帯の全相対ピークパワーの25%、50%、75%になる3つの周波数を含むことを特徴とする請求項18に記載の時系列データの解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 The time series data is brain wave data, and the feature quantity extracted by the feature quantity extraction process is the sum of the relative peak power from the low frequency side, usually in the target frequency band of the brain wave spectrum of 1 to 30 Hz or 0.5 to 30 Hz. 19. The computer-readable record recording the time-series data analysis program according to claim 18, characterized in that includes three frequencies that are 25%, 50%, and 75% of the total relative peak power of the frequency band of interest. Medium.
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