JP2014176427A - Data analysis device and data analysis program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体から取得される体動や心拍に関する生体信号データに基づいて、心拍や呼吸波形のなどの生体信号に係る特徴量を解析するデータ解析装置及びデータ解析プログラムに関する。 The present invention relates to a data analysis apparatus and a data analysis program for analyzing feature quantities related to biological signals such as heartbeats and respiratory waveforms based on biological signal data related to body movements and heartbeats acquired from a living body.
従来、被験者の心電図データをウェーブレット変換することによって、心電図データに含まれる心拍波形を解析する技術が知られている(特許文献1)。ウェーブレット変換を用いれば、心電図データに不整脈波形が含まれる場合のように、解析対象データに完全な周期性が存在しない場合であっても、的確な周波数解析を実現することができる。 Conventionally, a technique for analyzing a heartbeat waveform included in electrocardiogram data by subjecting the electrocardiogram data of the subject to wavelet transform is known (Patent Document 1). If the wavelet transform is used, an accurate frequency analysis can be realized even when the analysis target data does not have complete periodicity as in the case where the electrocardiogram data includes an arrhythmia waveform.
特許文献1に記載の心電図信号処理方法は、心電図データを増幅して記録する。そして、記録した心電図データの中から心拍波形が存在する区間のデータを切り出し、この切り出し波形にウェーブレット変換を施す。この心電図信号処理方法は、ウェーブレット変換の結果の位相変化に基づいて、心拍波形の出現時刻を検出する。
The electrocardiogram signal processing method described in
ウェーブレット変換では、変換基準となる基本ウェーブレットを拡縮し、拡縮されたウェーブレット波形を時間軸方向に移動させながら、ウェーブレット波形と解析対象データとの相同性を参照する。ウェーブレット変換によれば、解析対象データに含まれるウェーブレット波形の時間情報と周波数情報とを同時に解析することが可能となる。 In the wavelet transform, the basic wavelet serving as a conversion reference is scaled, and the homology between the wavelet waveform and the analysis target data is referenced while moving the scaled wavelet waveform in the time axis direction. According to the wavelet transform, it is possible to simultaneously analyze time information and frequency information of a wavelet waveform included in analysis target data.
ウェーブレット変換の長所として、周波数特性を求める際に時間領域の情報が失われることがないことが挙げられる。それゆえ、特許文献1に記載の心電図信号処理方法は、ウェーブレット変換を用いることによって、心電図データに含まれる心拍波形の出現時刻を的確に検出することが可能となっている。
An advantage of wavelet transform is that time domain information is not lost when determining frequency characteristics. Therefore, the electrocardiogram signal processing method described in
なお本願発明の先行技術として、特許文献2に記載の生体振動周波数検出装置、及び特許文献3に記載の信号ピーク測定システムも挙げられる。
In addition, as a prior art of this invention, the biological vibration frequency detection apparatus described in
特許文献1の心電図信号処理方法では、基本ウェーブレットとして、代表的なGabor関数を採用している。他にも、基本ウェーブレットとして採用し得る関数として、メキシカンハット関数、アメリカンハット関数、フレンチハット関数、変形ガウシアン、Morlet関数、Daubechies関数などが周知である。
In the electrocardiogram signal processing method of
前述の通り、ウェーブレット変換は、基本ウェーブレットとの相同性に基づいて解析対象データに含まれる波形成分を解析する手法である。そのため、解析対象データに含まれる波形成分と基本ウェーブレットの形状とが類似している程、ウェーブレット変換による情報抽出結果は正確なものとなる。 As described above, the wavelet transform is a technique for analyzing the waveform component included in the analysis target data based on the homology with the basic wavelet. For this reason, the more similar the waveform component included in the analysis target data is with the shape of the basic wavelet, the more accurate the information extraction result by the wavelet transform.
一般に、心拍データに含まれる心拍波形は、例えば図10に示すような複雑な波形である。心拍波形は、心房の興奮を示すP波、心室の興奮を示すQRS波、興奮が収まったときの状態を示すT波、を組み合わせた複雑な波形から構成される。 In general, the heartbeat waveform included in the heartbeat data is a complicated waveform as shown in FIG. The heartbeat waveform is composed of a complex waveform that combines a P wave indicating atrial excitement, a QRS wave indicating ventricular excitement, and a T wave indicating a state when the excitement has subsided.
しかし、基本ウェーブレットとして一般的に採用される前記周知関数の形状は、いずれも複雑な構成を有する心拍波形と十分に類似していない。それゆえ、このような周知関数を用いたウェーブレット変換は、心拍データに含まれる心拍波形の情報を的確に抽出する用途に最適な処理であるとは言い難い。 However, the shape of the well-known function generally adopted as a basic wavelet is not sufficiently similar to a heartbeat waveform having a complicated configuration. Therefore, it is difficult to say that the wavelet transform using such a well-known function is an optimal process for the purpose of accurately extracting the information of the heartbeat waveform included in the heartbeat data.
また、心拍データに含まれる心拍波形は、計測(導出)部位、体動、若しくは姿勢によって形状が変化するだけでなく、個々の被験者によって個人差の存在から微妙に異なる。ある特定の波形が被験者の心拍データを解析するための基本ウェーブレット波形として適しているとしても、その特定の波形が他の被験者の心拍データを解析するための基本ウェーブレット波形として適しているとは限らない。 In addition, the heartbeat waveform included in the heartbeat data not only changes in shape depending on the measurement (derivation) site, body movement, or posture, but also slightly differs depending on individual subjects from the existence of individual differences. Even if a specific waveform is suitable as a basic wavelet waveform for analyzing heart rate data of a subject, the specific waveform may not be suitable as a basic wavelet waveform for analyzing heart rate data of another subject. Absent.
したがって、特許文献1のように、画一的な関数を基本ウェーブレットとしてウェーブレット変換したのでは、被験者毎に異なり、かつ複雑な構成を有する心拍波形に的確に対応して、正確な情報抽出を行うことは困難である。
Therefore, as in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、対象とされる生体毎に異なり且つ複雑な構成を有する生体信号、例えば、心拍波形について、的確なウェーブレット変換を実行し、更に特徴量を的確に解析するデータ解析装置、及びデータ解析プログラムを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an accurate wavelet for a biological signal, for example, a heartbeat waveform, which is different for each target living body and has a complicated configuration. An object of the present invention is to provide a data analysis apparatus and a data analysis program that execute conversion and further accurately analyze a feature amount.
本発明の態様において、生体から検出される生体波形に対して自己相関処理を施して自己相関波形を作成する導出部と、前記自己相関波形の一部を切り出して切り出し波形を取得し、前記切り出し波形に基づいて基本ウェーブレット波形を生成し、更に、前記基本ウェーブレット波形に基づいて、前記生体波形をウェーブレット変換する変換部とを含むデータ解析装置を提供する。 In an aspect of the present invention, a derivation unit that performs autocorrelation processing on a biological waveform detected from a living body to create an autocorrelation waveform, cuts out a part of the autocorrelation waveform, acquires a cutout waveform, and Provided is a data analysis device that includes a basic wavelet waveform based on a waveform, and further includes a conversion unit that wavelet transforms the biological waveform based on the basic wavelet waveform.
本発明の態様において、コンピュータを、生体から検出される生体波形に対して自己相関処理を施して自己相関波形を作成する導出部と、前記自己相関波形の一部を切り出して切り出し波形を取得し、前記切り出し波形に基づいて基本ウェーブレット波形を生成し、更に、前記基本ウェーブレット波形に基づいて、前記生体波形をウェーブレット変換する変換部として機能させるデータ解析プログラムを提供する。 In an aspect of the present invention, a computer performs autocorrelation processing on a biological waveform detected from a living body to create an autocorrelation waveform, and cuts out a part of the autocorrelation waveform to obtain a cutout waveform. A data analysis program that generates a basic wavelet waveform based on the cut-out waveform and further functions as a conversion unit that performs wavelet transform on the biological waveform based on the basic wavelet waveform is provided.
本発明に係るデータ解析装置は、個体差、計測部位若しくは計測状況などに拠って不安定な状態にある生体信号について、その特徴量を的確に解析することができる。 The data analysis apparatus according to the present invention can accurately analyze the feature amount of a biological signal that is in an unstable state depending on individual differences, measurement sites, or measurement conditions.
以下、添付の図面を参照して、第1の実施形態のデータ解析装置を説明する。 Hereinafter, a data analysis apparatus according to a first embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.
本実施形態に係るデータ解析装置は、生体から発せられる生体波形(生体信号)を解析するデータ解析装置であり、特に、生体の部位、生体の体動、若しくは生体の姿勢によって変動が生じるだけでなく、個々の生体に拠る個体差からも変動が生じる生体波形(生体信号)を解析するデータ解析装置である。以下では、本実施形態に係るデータ解析装置は、例として、被験者の心拍データを解析するデータ解析装置として説明を進める。 The data analysis apparatus according to the present embodiment is a data analysis apparatus that analyzes a biological waveform (biological signal) emitted from a living body, and in particular, only changes occur due to the body part, the body movement of the living body, or the posture of the living body. It is a data analysis device that analyzes a biological waveform (biological signal) that varies due to individual differences due to individual living bodies. Hereinafter, the data analysis device according to the present embodiment will be described as a data analysis device that analyzes heartbeat data of a subject as an example.
[1−1.データ解析装置の構成]
図1を参照して、本実施形態のデータ解析装置の構成について説明する。同図に示されるように、データ解析装置1は、センサ2、制御部3、RAM4、ROM5、入力制御IF6、出力制御IF7、キーボード8、マウス9、モニタ10、バス20を備えている。
[1-1. Configuration of data analysis device]
With reference to FIG. 1, the structure of the data analysis apparatus of this embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 1, the
センサ2は、マイクロ波を用いて被験者の体表の動きを検出するセンサである。センサ2は、被験者の体表(例えば、心臓の位置する胸部分)に所定の周波数及び強度を備えるマイクロ波を照射し、被験者の体表にて反射されたマイクロ波の変化を検出する。センサ2は、例えば、反射されたマイクロ波の周波数変化、位相変化、若しくは強度変化などを検出するセンサである。センサ2は、反射されたマイクロ波の周波数、位相、若しくは強度等の変化量を検出することによって、被験者の体表の動きを検出する。センサ2は、検出した体表の動きをアナログの変位信号として出力する。
The
センサ2は、マイクロ波レーダを用いることにより、被験者の衣類を透過して、心拍に伴う体表上の微細な動きを捉える。データ解析装置1は、このようなセンサ2を用いることにより、自動車の運転中や睡眠中であっても、被験者の体表に一切触れずに心拍データを取得することができる。これにより、データ解析装置1は、日常環境下での心拍データの取得や解析に好適に用いることが可能である。
The
制御部3は、データ解析装置1全体の制御動作を司る制御回路である。制御部3は、マイクロプロセッサなどにより実現される。制御部3は、ROM5に格納された制御プログラムに基づいて、データ解析装置1の制御動作を実行する。
The
RAM4は、制御部3の制御のもとに、心拍データ、各種の測定データ、算出データ、一時的な計算結果等を格納するランダムアクセスメモリである。
The
ROM5は、前述の制御プログラムを格納する読み出し専用メモリである。
The
入力制御IF6は、センサ2からの入力信号やその他の入力デバイスからの入力信号を制御するインタフェース回路である。入力制御IF6には、キーボード8、マウス9が接続されている。
The
出力制御IF7は、外部機器に対する信号を出力制御するインタフェース回路である。出力制御IF7には、モニタ10が接続されている。
The
キーボード8若しくはマウス9は、例えば心拍データの取得、解析、表示などに関して使用者からの指示入力を受け付ける入力装置である。
The
モニタ10は、心拍データやその解析データ、使用者に対する案内メッセージなどの情報を表示するディスプレイモニタである。
The
バス20は、データ解析装置1の内部の各部材を電気的に繋ぎ、信号の授受を実行するバスラインである。
The
制御部3は、A/D変換部11およびウェーブレット解析部12を備えている。
The
A/D変換部11は、センサ2から出力されるアナログの体表変位信号を所定のサンプリングレードに基づいてデジタルの体表変位波形W1(図3参照)に変換する信号変換部である。このサンプリングレードは、例えば、1kHzに設定される。A/D変換部11はデジタルの体表変位波形W1をウェーブレット解析部12に出力する。
The A /
ウェーブレット解析部12は、A/D変換部11から出力された体表変位波形W1をウェーブレット解析することにより、心拍波形の特徴量を抽出する機能ブロックである。ウェーブレット解析部12は、フィルタ13、自己相関導出部14、ウェーブレット変換部15、及び特徴量解析抽出部16を備えている。
The
フィルタ13は、A/D変換部12から出力される体表変位波形W1のうち所定の範囲の信号を通過させ、その他の信号を遮断するデジタルフィルタである。例えば、フィルタ13は、体表変位波形W1のうち特定周波数帯域の信号を通過させ、その他周波数帯域の信号を遮断するバンドパスフィルタであってもよい。フィルタ13は、通過したフィルタ通過波形W2(図3参照)を自己相関導出部14に出力する。
The
自己相関導出部14は、フィルタ通過波形W2から自己相関波形W3(図3参照)を得る機能ブロックである。自己相関波形W3を得る処理の詳細については後述する。
The
ウェーブレット変換部15は、自己相関導出部14にて得られた自己相関波形W3から
ウェーブレット変換波形W6(図3参照)を得る機能ブロックである。
The
特徴量解析抽出部16は、ウェーブレット変換部15による変換結果であるウェーブレット変換波形W6に基づいて、心拍波形の特徴量を正確に抽出する。心拍波形の特徴量には、心拍波形の出現時刻、心拍波形間の時間間隔、心拍波形の周波数等を含む。
The feature amount
特徴量解析抽出部16は、これら特徴量の抽出結果から、例えば、心拍波形のR波を特定する。ウェーブレット変換結果の特徴量の解析結果は、時間的に正確な情報となっている。これにより、データ解析装置1は、不整脈等の存在も効果的に検出することができる。
The feature amount
特徴量解析抽出部16は、上記心拍波形の特徴量の抽出結果に基づいて、心拍波形W7を新たに生成する。この心拍波形W7をモニタ10に表示することによって、使用者は、心拍波形W7を最終的な解析結果の一つとして確認することが可能となる。
The feature amount
[1−2.データ解析装置の動作フロー]
次に、図2のフローチャートを用いて、本実施形態に係る心拍データのためのデータ解析装置1の動作フローを処理毎に説明する。
[1-2. Operation flow of data analyzer]
Next, the operation flow of the
センサ2は、マイクロ波を被験者の体表(例えば、心臓の位置する胸部分)に照射して、反射波の変化を検出し、検出した変化から被験者の体表の変位をアナログの体表変位信号として導出する(S11)。センサ2から被験者にマイクロ波を照射するときは、受信する反射波が安定するようにセンサ2を配置することが好ましい。
The
A/D変換部12は、S11で導出され、アナログ信号として出力された被験者の体表変位をアナログ信号からデジタル信号に変換する(S12)。
The A /
フィルタ13は、S12で変換されたデジタル信号からなる波形W1のうち、例えば、心拍波形の領域周波数(例えば、0.6〜2Hz)のみを通過させる(S13)。
The
センサ2を用いて得られる体表変位信号には、心拍起因の体表変位以外のものが多く含まれる。心拍以外の理由によって、被験者の体表が変位する原因としては、例えば、呼吸による体表の律動などが挙げられる。
The body surface displacement signal obtained by using the
心拍による体表の動きは、0.1〜0.2mm程度の大きさであるのに対して、呼吸による体表の動きは数cm程度の大きさに及ぶ。したがって、心拍による体表変位の情報は、呼吸による体表変位の情報に埋もれやすい。その他、被験者が静止していない場合には、体動もノイズ(アーチファクト)として現れる。 The movement of the body surface due to the heartbeat is about 0.1 to 0.2 mm, whereas the movement of the body surface due to breathing is about several centimeters. Therefore, the information on the body surface displacement due to the heartbeat is easily buried in the information on the body surface displacement due to respiration. In addition, when the subject is not stationary, body movement also appears as noise (artifact).
上記では、心拍波形の情報を含む領域周波数として、0.6〜2Hzを例示したが、更に狭い周波数帯域に絞ってノイズを減少させたいときは、心拍数の多い者や心拍数の少ないスポーツ選手など幅広い被験者を想定して、1分間あたり30〜180拍(0.5〜3Hz)の信号のみを通過させるように、フィルタ13を設定するとよい。
In the above, 0.6 to 2 Hz is exemplified as the region frequency including information on the heartbeat waveform. However, when it is desired to reduce noise by narrowing down to a narrower frequency band, a person with a high heart rate or a sports player with a low heart rate. Assuming a wide range of subjects, the
フィルタ13を通過させることにより、A/D変換部12から出力される体表変位波形W1から心拍以外の呼吸や体動に起因するノイズを相当程度除去することができる。
By allowing the
自己相関導出部14は、フィルタ13を通過したフィルタ通過波形W2の自己相関を取り、心拍波形の標本データとなる自己相関波形W3を作成する(S14)。
The
自己相関処理には、元信号から周期性の強い成分を抽出し、ランダムノイズを低減する機能がある。フィルタ通過波形W2に含まれる心拍波形には周期性が含まれる。したがって、フィルタ通過波形W2から得られる自己相関波形W3は、心拍波形成分を抽出したものとなり、心拍波形の良好な標本データとなる。 Auto-correlation processing has a function of extracting random components from the original signal and reducing random noise. The heartbeat waveform included in the filter passing waveform W2 includes periodicity. Therefore, the autocorrelation waveform W3 obtained from the filter passing waveform W2 is obtained by extracting the heartbeat waveform component, and becomes favorable sample data of the heartbeat waveform.
データ解析装置1は、心拍波形が複雑であり更に個々の被験者毎に異なるものであっても、常に的確な心拍波形の標本データを得ることができる。自己相関処理のランダムノイズ低減機能によって、自己相関波形W3は、体動や雑音成分などの影響を大きく受けないものとなる。
The
自己相関導出部14において、フィルタ通過波形W2から自己相関波形W3を得る際、所定区間のフィルタ通過波形W2の値をf0,f1,・・・,fNとすると、自己相関信号ρ(j)は、次の数1の式によって表される。
自己相関信号ρ(j)の示す自己相関波形W3の形状を安定的な波形とするためには、自己相関処理の対象となるフィルタ通過波形W2のデジタル信号f0,f1,・・・,fnのデータ長を、例えば、想定する基準波形の長さの数倍から数十倍程度の期間とすることが好ましい。 In order to make the shape of the autocorrelation waveform W3 indicated by the autocorrelation signal ρ (j) a stable waveform, the digital signals f 0 , f 1 ,. The data length of f n is preferably set to a period of several times to several tens of times the length of the assumed reference waveform.
一般には、自己相関処理の対象となるフィルタ通過波形W2のデジタル信号f0,f1,・・・,fnのデータ長を長く設定することにより、データの情報量を増やして、自己相関信号ρ(j)の波形安定化を図ることができる。 In general, by setting the data length of the digital signals f 0 , f 1 ,..., F n of the filtered waveform W2 to be subjected to autocorrelation processing to be long, the amount of data information is increased, and the autocorrelation signal It is possible to stabilize the waveform of ρ (j).
もっとも、自己相関処理の対象となるフィルタ通過波形W2のデジタル信号f0,f1,・・・,fnのデータ長を長く設定し過ぎると、心拍より周波数の低い呼吸や体動の影響が強くなり、心拍の情報精度が劣化する。また、同データ長をあまりに長く設定し過ぎると、データが時間的に平均化されて、ウェーブレット変換の反応が遅くなり、心拍波形をリアルタイムで捉え難くなる。 However, if the data lengths of the digital signals f 0 , f 1 ,..., F n of the filter passage waveform W2 to be subjected to autocorrelation processing are set too long, the influence of respiration and body movements having a frequency lower than that of the heartbeat may occur. It becomes stronger and the information accuracy of heartbeat deteriorates. If the data length is set too long, the data will be averaged over time, the wavelet transform response will be slow, and the heartbeat waveform will be difficult to capture in real time.
したがって、上記のデータ長を長くし過ぎず、例えば、想定する基準波形の長さの数倍から数十倍程度の期間分のデジタル信号f0,f1,・・・,fnに基づいて、自己相関信号ρ(j)の示す自己相関波形W3を作成すると、波形の安定化を図ることができる。 Therefore, the data length is not excessively long, and is based on, for example, digital signals f 0 , f 1 ,..., F n for a period of several to several tens of times the length of the assumed reference waveform. When the autocorrelation waveform W3 indicated by the autocorrelation signal ρ (j) is created, the waveform can be stabilized.
上記数1の式によって得られる自己相関信号ρ(j)の示す自己相関波形W3は、時間とともに減衰する波形となる。ウェーブレット変換部15は、自己相関波形W3から代表的な波形部分を切り出す加工処理を行って切り出し波形W4(図3参照)を得る。ここで、代表的な波形部分とは、例えば、自己相関波形W3における、一つの極大値ピークから次の極大値ピークまでの波形部分である。
The autocorrelation waveform W3 indicated by the autocorrelation signal ρ (j) obtained by the
ウェーブレット変換部15は、離散的なデジタルデータから構成される切り出し波形W4を、補間したり、所与の波形関数にフィッティングしたりすることにより、基本ウェーブレット波形W5(図3参照)を生成する(S15)。
The
例えば、ウェーブレット変換部15は、心拍波形のP波、QRS波、T波を模した波形を組み合わせたパラメータ関数を予め準備しておき、切り出し波形W4に合わせて各パラメータを調整する。このようなパラメータ調整により、切り出し波形W4に対応する基本ウェーブレット波形W5を生成することができる。
For example, the
このようにして、データ解析装置1は、被験者の心拍波形と類似性の高い的確な基本ウェーブレット波形W5を生成した上で、これを用いてウェーブレット変換を実行する。すなわち、被験者の心拍波形が複雑であっても、又は、一般的な被験者と異なる個性的な心拍波形であっても、基本ウェーブレット波形W5として的確な標本データを生成することが可能となる。
In this manner, the
ウェーブレット変換部15は、基本ウェーブレット波形W5に基づいて、フィルタ通過波形W2をウェーブレット変換する(S16)。
The
これにより、ウェーブレット変換部15は、ウェーブレット変換波形W6(図3参照)を得る。ウェーブレット変換波形W6は、心拍波形の特徴量を正確に反映している。
Thereby, the
特徴量解析抽出部16は、ウェーブレット変換波形W6から心拍波形の特徴量を抽出する(S17)。具体的には、特徴量解析抽出部16は、ウェーブレット変換波形W6に基づいてP波の検出、Q波とT波との間隔(QT間隔)、S波とT波との間隔(ST間隔)、基線の等電位レベルの計測などを実行する。
The feature amount
データ解析装置1は、波形の細かな時間的変化や揺らぎも検出でき、心拍変動指標、不整脈等の診断に適用可能である。
The
[1−3.波形処理の実例]
図3は、本実施形態のデータ解析装置1の波形処理(W1〜W7)のフローを纏めて示したフローチャートである。
[1-3. Example of waveform processing]
FIG. 3 is a flowchart summarizing the flow of waveform processing (W1 to W7) of the
A/D変換部12から出力された体表変位波形W1から、フィルタ13によるフィルタ処理が施されたフィルタ通過波形W2が得られる。
From the body surface displacement waveform W1 output from the A /
図4は、体表変位波形W1の実例を示すグラフである。同図に示されるように、A/D変換部12から出力された体表変位波形W1は、高周波のノイズを含む複雑な波形をしている。体表変位波形W1は、前述のように呼吸や体動の影響を大きく受けており、そのままでは有効な解析を行うことができない。
FIG. 4 is a graph showing an example of the body surface displacement waveform W1. As shown in the figure, the body surface displacement waveform W1 output from the A /
これに対して、図5は、図4の体表変位波形W1に対応するフィルタ通過波形W2を示すグラフである。同図に示されるように、高周波のノイズが除去され、比較的滑らかな波形となっている。フィルタ通過波形W2では、呼吸や体動由来の成分は大幅に減少している。 On the other hand, FIG. 5 is a graph showing a filter passage waveform W2 corresponding to the body surface displacement waveform W1 of FIG. As shown in the figure, high-frequency noise is removed and a relatively smooth waveform is obtained. In the filter passing waveform W2, the components derived from respiration and body movement are greatly reduced.
自己相関導出部14は、フィルタ通過波形W2に前述の自己相関処理を施して自己相関波形W3を得る。ウェーブレット変換部15は、自己相関波形W3から代表的な波形部分を切り出すことにより、切り出し波形W4を得る(図3参照)。
The
図6は、切り出し波形W4の一例を示すグラフである。前述のように、切り出し波形W4は、時間とともに減衰する自己相関波形W3の中から代表的な波形部分、すなわち心拍波形の標本データとして適切な波形部分を切り出したものとなっている。切り出し波形W4は、被験者毎に異なる形状を示す。 FIG. 6 is a graph showing an example of the cut-out waveform W4. As described above, the cutout waveform W4 is obtained by cutting out a typical waveform portion from the autocorrelation waveform W3 that decays with time, that is, a suitable waveform portion as sample data of the heartbeat waveform. The cut-out waveform W4 shows a different shape for each subject.
ウェーブレット変換部15は、離散的なデジタルデータから構成される切り出し波形W4を、補間したり、所与の波形関数にフィッティングしたりすることにより、基本ウェーブレット波形W5を生成する(図3参照)。
The
図7は、基本ウェーブレット波形W5を示すグラフである。基本ウェーブレット波形W5は、例えば連続的な関数で表現することもできる。 FIG. 7 is a graph showing the basic wavelet waveform W5. The basic wavelet waveform W5 can also be expressed by a continuous function, for example.
ウェーブレット変換部15は、基本ウェーブレット波形W5に基づいて、フィルタ通過波形W2をウェーブレット変換し、ウェーブレット変換波形W6を得る(図3参照)。
The
図8は、ウェーブレット変換波形W6を示すグラフである。特徴量解析抽出部16は、ウェーブレット変換波形W6に基づいて特徴量解析を実行する。
FIG. 8 is a graph showing the wavelet transform waveform W6. The feature amount
特徴量解析抽出部16は、特徴量解析の結果に基づいて、フィルタ通過波形W2に含まれる心拍波形W7を生成する。
The feature amount
図9は、特徴量解析抽出部16によって生成された心拍波形W7の例を示すグラフである。データ解析装置1は、非接触によって心拍データを取得しているにも関わらず、自然な心拍波形を再現していることがわかる。
FIG. 9 is a graph showing an example of the heartbeat waveform W7 generated by the feature amount
なお、図4乃至図8のグラフにおいて、横軸は時間を示しているが、横軸の絶対値には、実時間と対応するような意味を持たせず、単なるポイントとして説明した。 In the graphs of FIGS. 4 to 8, the horizontal axis indicates time, but the absolute value of the horizontal axis does not have a meaning corresponding to real time, and is described as a mere point.
以上のデータ解析装置1によれば、被験者毎に異なり、かつ複雑な構成を有する心拍波形に的確に対応したウェーブレット変換を実行し、心拍データに含まれる心拍波形の情報をより正確に分析することができる。
According to the
なお、本実施形態のデータ解析装置は、コンピュータによって実現してもよい。この場合には、コンピュータを前記制御部として動作させることにより、データ解析装置をコンピュータにて実現させるデータ解析プログラムも、本発明の範疇に含まれる。 Note that the data analysis apparatus of the present embodiment may be realized by a computer. In this case, a data analysis program that causes the data analysis apparatus to be realized by the computer by operating the computer as the control unit is also included in the scope of the present invention.
すなわち、上記の実施形態において、データ解析装置1に備えられる各部(各ブロック)、特に制御部3を、CPU等のプロセッサを用いてソフトウェアによって実現してもよい。この場合、データ解析装置1は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU、上記プログラムを格納したROM、上記プログラムを展開するRAM、上記プログラムおよび各種データを格納する記憶装置(記録媒体)などを備えている。
That is, in the above-described embodiment, each unit (each block) provided in the
本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるデータ解析装置1の制御プログラム(データ解析プログラム)のプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体をデータ解析装置1に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。
An object of the present invention is to record a program code (execution format program, intermediate code program, source program) of a control program (data analysis program) of the
上記の記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。 Examples of the recording medium include tape systems such as magnetic tapes and cassette tapes, disk systems including magnetic disks such as hard disks and optical disks such as CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R, and IC cards (memory). A card system such as an optical card) or a semiconductor memory system such as a mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM.
データ解析装置1を通信ネットワークと接続可能に構成する場合には、通信ネットワークを介して上記プログラムコードを供給してもよい。
When the
データ解析装置1の各ブロックは、ソフトウェアを用いて実現されるものに限られない。各ブロックは、ハードウェアロジックによって構成されるものであってもよい。各ブロックは、処理の一部を行うハードウェアと、ハードウェアの制御や残余の処理を行うソフトウェアを実行する演算手段とを組み合わせたものであってもよい。
Each block of the
なお、上記においては、マイクロ波を利用するセンサ2を用いて、被験者の体表の動きを非接触で検出して解析するデータ解析装置1を例示した。しかし、本発明は、このように非接触で心拍データを解析するものに限られず、被験者の身体に接触して心拍データを取得するデータ解析装置にも適用できる。
In addition, in the above, the data-
更に、本発明は、心拍データを検出して解析するデータ解析装置のみならず、生体が発する生体信号を検出して解析するデータ解析装置にも適用され得る。 Furthermore, the present invention can be applied not only to a data analysis apparatus that detects and analyzes heartbeat data, but also to a data analysis apparatus that detects and analyzes a biological signal emitted from a living body.
1 データ解析装置
2 センサ
3 制御部
4 RAM
5 ROM
6 入力制御IF
7 出力制御IF
8 キーボード
9 マウス
10 モニタ
11 A/D変換部
12 ウェーブレット解析部
13 バンドパスフィルタ
14 自己相関導出部
15 ウェーブレット変換部
16 特徴量解析抽出部
1
5 ROM
6 Input control IF
7 Output control IF
8
Claims (6)
前記自己相関波形の一部を切り出して切り出し波形を取得し、前記切り出し波形に基づいて基本ウェーブレット波形を生成し、更に、前記基本ウェーブレット波形に基づいて、前記生体波形をウェーブレット変換する変換部と
を含むデータ解析装置。 A derivation unit that creates an autocorrelation waveform by performing autocorrelation processing on a biological waveform detected from a living body;
A part of the autocorrelation waveform is cut out to obtain a cutout waveform, a basic wavelet waveform is generated based on the cutout waveform, and further, a conversion unit that wavelet transforms the biological waveform based on the basic wavelet waveform; Including data analysis equipment.
請求項1に記載のデータ解析装置。 The data analysis apparatus according to claim 1, wherein the conversion unit generates a basic wavelet waveform by interpolating the cut-out waveform or fitting to a predetermined waveform function.
前記導出部は、前記センサが検出した生体波形に対して自己相関処理を施して自己相関波形を作成する
請求項1又は2に記載のデータ解析装置。 Furthermore, a sensor for detecting a biological waveform from a living body is included,
The data analysis apparatus according to claim 1, wherein the derivation unit performs autocorrelation processing on the biological waveform detected by the sensor to create an autocorrelation waveform.
請求項1又は2に記載のデータ解析装置。 Furthermore, the data analysis apparatus of Claim 1 or 2 containing the analysis part which extracts the feature-value of the said biological waveform by which the said wavelet transform was carried out.
請求項4に記載のデータ解析装置。 The data analysis apparatus according to claim 4, wherein the feature quantity of the biological waveform extracted by the analysis unit is an appearance time and a time interval of the biological waveform.
生体から検出される生体波形に対して自己相関処理を施して自己相関波形を作成する導出部と、
前記自己相関波形の一部を切り出して切り出し波形を取得し、前記切り出し波形に基づいて基本ウェーブレット波形を生成し、更に、前記基本ウェーブレット波形に基づいて、前記生体波形をウェーブレット変換する変換部
として機能させるデータ解析プログラム。 Computer
A derivation unit that creates an autocorrelation waveform by performing autocorrelation processing on a biological waveform detected from a living body;
A part of the autocorrelation waveform is cut out to obtain a cutout waveform, a basic wavelet waveform is generated based on the cutout waveform, and further, functions as a conversion unit that wavelet transforms the biological waveform based on the basic wavelet waveform Data analysis program
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