JP6732316B2 - Analysis device, analysis program - Google Patents

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Description

本発明は、被検体の血流を解析する技術に関する。 The present invention relates to a technique for analyzing blood flow of a subject.

ビッグデータやIoT(Internet of Things)の利用が拡大するのにともない、各種センシングデバイスが社会の様々な場面において利用され、様々な事象を様々な観点から計測して業務に活用する流れが拡大している。同様の流れは人の計測にも及んでいる。特に、脳や生体の変化をセンシングして、商品開発に活用する動きが加速している。 As the use of big data and IoT (Internet of Things) expands, various sensing devices are used in various scenes of society, and the flow of measuring various events from various viewpoints and utilizing them in business expands. ing. A similar flow extends to human measurement. In particular, the movement of sensing changes in the brain and living bodies and utilizing them for product development is accelerating.

人の血液中のヘモグロビンは、近赤外光を吸収する。したがって人の体内に近赤外光を照射すると、血流量の変化に応じて近赤外光の反射量が変化する。この性質を利用し、脳に対して外部から近赤外光を照射して、反射してくる近赤外光を計測し、受光量を分析することにより、非侵襲で脳活動の変化を観察することができる。さらに複数箇所を計測することにより、複数部位の脳活動を観察することができる。 Hemoglobin in human blood absorbs near infrared light. Therefore, when near-infrared light is irradiated into the human body, the reflection amount of near-infrared light changes according to the change in blood flow. Utilizing this property, the brain is irradiated with near-infrared light from the outside, the reflected near-infrared light is measured, and the amount of received light is analyzed to observe non-invasive changes in brain activity. can do. Furthermore, by measuring multiple locations, it is possible to observe brain activity at multiple locations.

センシングする近赤外光の反射量は、体動などによるノイズを含む。さらに脳血流量は脳活動以外による変化を含む。これらノイズを計測結果から除去するため、脳活動を解析する装置は一般に、ノイズ除去機能を備えている。 The amount of reflection of the near-infrared light to be sensed includes noise due to body movement and the like. In addition, cerebral blood flow includes changes due to other than brain activity. In order to remove these noises from the measurement result, a device that analyzes brain activity generally has a noise removal function.

下記特許文献1は、『被検体の測定部位より浅い皮膚血流等の浅部による不要な受光量情報を除去した脳血流等の測定部位による受光量情報を得ることができる光計測装置の提供。』を課題として、『複数の送光プローブ12と複数の受光プローブ13とを有する第一送受光部11を備え、第一送受光部11は、送光プローブ12と受光プローブ13とが交互に第一設定間隔で並べられた格子状に形成されている光計測装置1であって、第二送受光部15は、送光プローブ16と受光プローブ17との間の距離である第二設定間隔が、第一設定間隔より短くなるように形成されており、制御部20は、送光プローブ12から受光プローブ13への光の第一受光量情報を取得するとともに、送光プローブ16から受光プローブ17への光の第二受光量情報を取得し、第二受光量情報を用いて、第一受光量情報から不要な受光量情報を除去することを特徴とする。』という技術を開示している(要約参照)。 The following Patent Document 1 describes "an optical measuring device capable of obtaining light-reception amount information from a measurement site such as cerebral blood flow in which unnecessary light-reception amount information due to a shallow part such as skin blood flow shallower than a measurement site of a subject is removed. Offer. Is provided, the first light-transmitting/receiving unit 11 having a plurality of light-transmitting probes 12 and a plurality of light-receiving probes 13 is provided, and the first light-transmitting/receiving unit 11 has the light-transmitting probes 12 and the light-receiving probes 13 alternately. It is the optical measuring device 1 formed in the grid|lattice arrange|positioned at the 1st setting space|interval, The 2nd light transmission/reception part 15 is the distance between the light transmission probe 16 and the light reception probe 17, and 2nd setting space|interval. Is formed so as to be shorter than the first set interval, and the control unit 20 acquires the first received light amount information of the light from the light sending probe 12 to the light receiving probe 13 and also from the light sending probe 16 to the light receiving probe. It is characterized in that the second received light amount information of the light to 17 is acquired, and the unnecessary received light amount information is removed from the first received light amount information by using the second received light amount information. ] Technology is disclosed (see summary).

特開2009−148388号公報JP, 2009-148388, A

例えば脳が学習しているとき、その学習を実施している部分が活性化して血流が多く流れる。したがって血流量を測定することにより、脳の活動を推測することができる。脳の活動は瞬時的に生じるので、血流量を測定する際にもその瞬時値を正確に測定することが重要である。血流量の測定結果が同程度に脈動による瞬時的な血流変化を含んでいると、いずれに起因する血流変化かわからなくなり、脳の活動による血流量の瞬時値を正確に測定することの妨げになる。そこで特許文献1のような従来技術においては、脈拍による影響を差分演算によって除去していると考えられる。 For example, when the brain is learning, the part performing the learning is activated and a large amount of blood flows. Therefore, the activity of the brain can be estimated by measuring the blood flow rate. Since brain activity occurs instantaneously, it is important to measure the instantaneous value accurately when measuring the blood flow. If the measurement result of blood flow contains the same instantaneous blood flow change due to pulsation, it is not possible to know the change in blood flow due to any reason, and it is possible to accurately measure the instantaneous value of blood flow due to brain activity. Interfere. Therefore, in the conventional technique as disclosed in Patent Document 1, it is considered that the influence of the pulse is removed by the difference calculation.

他方で、脈動は心拍によって血液が押し流される際に発生し、脈動間隔は心拍間隔と同等であることや、人の健康状態や心理状態などを反映していることが知られている。つまり、脳血流から脳活動と脈動間隔の両方が測定できると、一度により詳細な心身の活動を推測することができる。特許文献1のような従来技術においては、脳血流から脳活動を計測すると同時に脈動間隔を測定することは想定されていないので、脈拍による影響は除去されている。したがって従来技術をそのまま用いて脈動間隔を測定することは困難である。特許文献1のような差分演算を実施しないとしても、脳血流量の測定結果のうち脈拍を表す成分は信号強度が小さいので、やはり脈動間隔を測定することは困難である。 On the other hand, it is known that the pulsation occurs when blood is washed away by the heartbeat, the pulsation interval is equivalent to the heartbeat interval, and reflects the human health condition and psychological condition. That is, if both the brain activity and the pulsation interval can be measured from the cerebral blood flow, it is possible to infer more detailed physical and physical activity once. In the related art as disclosed in Patent Document 1, it is not assumed that the pulsation interval is measured at the same time as the brain activity is measured from the cerebral blood flow, so that the influence of the pulse is eliminated. Therefore, it is difficult to measure the pulsation interval using the conventional technique as it is. Even if the difference calculation as in Patent Document 1 is not carried out, it is still difficult to measure the pulsation interval because the component representing the pulse in the measurement result of the cerebral blood flow has a small signal intensity.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、血流量を精度よく測定するとともに、脈動間隔を併せて精度よく測定することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of accurately measuring a blood flow rate and also accurately measuring a pulsation interval.

本発明に係る解析装置は、被検体の内部のそれぞれ異なる深さにおいて反射した光を測定し、深さの異なる信号に脈動の成分が共通して含まれることを利用し、測定結果の差分に基づき前記被検体の脳活動による血流量を求めるとともに、測定結果の加算に基づき脈動による血流量の変化を強め、前記被検体の脈動間隔を精度よく求める。 The analysis apparatus according to the present invention measures the light reflected at different depths inside the subject, utilizing that the pulsation component is commonly included in the signals with different depths, and the difference in the measurement results Based on this, the blood flow rate due to the brain activity of the subject is obtained, and the change in the blood flow rate due to the pulsation is strengthened based on the addition of the measurement results, and the pulsation interval of the subject is obtained accurately.

本発明に係る解析装置によれば、被検体の血流量を精度よく測定するための測定結果を用いて、同被検体の脈動間隔を精度よく測定することができる。これにより、同一の測定部品により血流量と脈動間隔をともに精度よく求めることができる。 According to the analyzer of the present invention, the pulsation interval of the subject can be accurately measured using the measurement result for accurately measuring the blood flow rate of the subject. As a result, the blood flow rate and the pulsation interval can be accurately obtained by the same measurement component.

実施形態1に係る解析装置100の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of an analysis device 100 according to the first embodiment. 近赤外計測装置110の構成図である。It is a block diagram of the near-infrared measuring device 110. 近赤外計測装置110が計測する深さとその結果として得られる物理量の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the depth which the near-infrared measuring device 110 measures, and the physical quantity obtained as a result. プローブ1と2による測定結果を例示するグラフである。6 is a graph illustrating the measurement results obtained by the probes 1 and 2. 実施形態2における加算プログラム123の演算ブロック図である。7 is a calculation block diagram of an addition program 123 according to the second embodiment. FIG. 脈動間隔を求める処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the process which calculates|requires a pulsation interval. 実施形態3に係る解析装置100の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of an analysis device 100 according to a third embodiment. モデルデータ136が記述している内容を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the content which the model data 136 has described.

<実施の形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る解析装置100の構成図である。解析装置100は例えば生物の脳などの被検体に対して光を照射することによりその被検体の血流を解析する装置である。解析装置100は、近赤外計測装置110、後述する各プログラム、各プログラムが出力するデータを記憶する記憶装置、CPU(Central Processing Unit)140を備える。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a configuration diagram of an analysis device 100 according to the first embodiment of the present invention. The analysis device 100 is a device that analyzes the blood flow of a subject such as a brain of a living body by irradiating the subject with light. The analysis device 100 includes a near-infrared measurement device 110, each program described below, a storage device that stores data output by each program, and a CPU (Central Processing Unit) 140.

近赤外計測装置110は、被検体に対して光を照射し、被検体から反射された光を測定する装置である。近赤外計測装置110の具体的構成については後述する。近赤外計測装置110は、解析装置100の一部として構成することもできるし、解析装置100とは切り離して別個に構成した上で近赤外計測装置110による計測結果を解析装置100が取り込むようにしてもよい。 The near-infrared measuring device 110 is a device that irradiates a subject with light and measures the light reflected from the subject. The specific configuration of the near-infrared measuring device 110 will be described later. The near-infrared measuring device 110 can be configured as a part of the analyzing device 100, or can be configured separately from the analyzing device 100 and then the analyzing device 100 captures the measurement result by the near-infrared measuring device 110. You may do it.

CPU140は、解析装置100が備える各プログラムを実行する演算装置である。以下では記載の便宜上、各プログラムを動作主体として説明する場合があるが、実際にこれらプログラムを実行するのはCPU140であることを付言しておく。各プログラムは解析装置100が備える適当な記憶装置に格納することができる。各データを格納する記憶装置と同じであってもよいし別の記憶装置であってもよい。複数の記憶装置に分割して記憶してもよい。 The CPU 140 is an arithmetic device that executes each program included in the analysis device 100. For convenience of description, each program may be described below as an operating entity, but it should be added that the CPU 140 actually executes these programs. Each program can be stored in an appropriate storage device included in the analysis device 100. It may be the same as the storage device that stores each data, or may be a different storage device. It may be divided into a plurality of storage devices and stored.

計測結果取得プログラム121は、近赤外計測装置110から計測結果を表す信号またはデータを受け取り、必要に応じて整形などの処理を施した上で、血流データ131として記憶装置に格納する。以下に説明する各データは、血流データ131と同じ記憶装置に格納してもよいし別の記憶装置に格納してもよい。 The measurement result acquisition program 121 receives a signal or data representing the measurement result from the near-infrared measurement device 110, performs processing such as shaping as necessary, and then stores the blood flow data 131 in the storage device. Each data described below may be stored in the same storage device as the blood flow data 131 or in another storage device.

差分演算プログラム122は、血流データ131に対して後述する差分演算を実施することにより、被検体の血流量を算出し、その結果を差分データ132として記憶装置に格納する。 The difference calculation program 122 calculates the blood flow volume of the subject by performing a difference calculation to be described later on the blood flow data 131, and stores the result as difference data 132 in the storage device.

加算プログラム123は、血流データ131に対して後述する加算演算を実施することにより、被検体の脈動間隔を算出し、その結果を加算データ133として記憶装置に格納する。 The addition program 123 calculates the pulsation interval of the subject by performing an addition operation described later on the blood flow data 131, and stores the result as addition data 133 in the storage device.

特徴量算出プログラム124は、差分データ132が記述している被検体の血流量に対して、例えば(a)血流量の単位時間当たりの変化率、(b)所定期間における血流量の最大値、(c)所定期間における血流量の最小値、(d)血流量の最大値と最小値との間の差分、(e)血流量の極値間の時間間隔、などのような特徴量のうち少なくともいずれかを算出する。特徴量算出プログラム124は、算出結果を血流量データ134として記憶装置に格納する。 The feature amount calculation program 124, for example, with respect to the blood flow amount of the subject described by the difference data 132, (a) the rate of change of the blood flow amount per unit time, (b) the maximum value of the blood flow amount in a predetermined period, Of the feature quantities such as (c) minimum value of blood flow in a predetermined period, (d) difference between maximum and minimum values of blood flow, (e) time interval between extreme values of blood flow, etc. Calculate at least one. The feature amount calculation program 124 stores the calculation result as blood flow amount data 134 in the storage device.

特徴量算出プログラム125は、加算データ133が記述している被検体の脈動間隔に対して、例えば(a)脈動間隔の単位時間当たりの変化率、(b)所定期間における脈動間隔の最大値、(c)所定期間における脈動間隔の最小値、(d)脈動間隔の最大値と最小値との間の差分、(e)脈動間隔の極値間の時間間隔、などのような特徴量のうち少なくともいずれかを算出する。特徴量算出プログラム125は、算出結果を脈動間隔データ135として記憶装置に格納する。 The feature amount calculation program 125, for example, with respect to the pulsation interval of the subject described by the addition data 133, (a) the rate of change of the pulsation interval per unit time, (b) the maximum value of the pulsation interval in a predetermined period, Among the feature quantities such as (c) minimum value of pulsation interval in a predetermined period, (d) difference between maximum value and minimum value of pulsation interval, (e) time interval between extreme values of pulsation interval, etc. Calculate at least one. The feature amount calculation program 125 stores the calculation result as pulsation interval data 135 in the storage device.

図2は、近赤外計測装置110の構成図である。近赤外計測装置110は、2以上の計測部111、制御部112、通信部113を備える。図2においては便宜上、2つの計測部111−1と111−2について符号を付与した。各計測部は、被検体200の体表のそれぞれ異なる位置に取り付けられ、その位置において計測を実施する。 FIG. 2 is a configuration diagram of the near-infrared measuring device 110. The near-infrared measuring device 110 includes two or more measuring units 111, a control unit 112, and a communication unit 113. In FIG. 2, for convenience, reference numerals are given to the two measuring units 111-1 and 111-2. Each measurement unit is attached to a different position on the body surface of the subject 200 and performs measurement at that position.

各計測部111は、それぞれ2以上のプローブを備える。図2においては、被検体200の頭蓋骨よりも体表に近い深さの血流を測定するプローブ1と、被検体200の頭蓋骨よりも体内に近い深さ(被検体200の頭部を測定する場合は脳内)の血流を測定するプローブ2を備える構成を示した。各プローブはそれぞれ発光部(光照射部)と受光部(光検出器)を備える。発光部が被検体200に対して照射した光が被検体200から反射され、受光部がその反射光を検出する。 Each measuring unit 111 includes two or more probes. In FIG. 2, a probe 1 that measures blood flow at a depth closer to the body surface than the skull of the subject 200, and a depth closer to the inside of the body than the skull of the subject 200 (the head of the subject 200 is measured. In the case shown, the probe 2 for measuring blood flow is shown. Each probe includes a light emitting unit (light emitting unit) and a light receiving unit (light detector). The light emitted from the light emitting unit to the subject 200 is reflected from the subject 200, and the light receiving unit detects the reflected light.

制御部112は、各計測部111の動作を制御するとともに、各計測部111による測定結果を取得する。通信部113は、各計測部111による測定結果を記述したデータまたは信号を、外部装置(図1においては解析装置100)に対して出力する。 The control unit 112 controls the operation of each measuring unit 111 and acquires the measurement result by each measuring unit 111. The communication unit 113 outputs data or a signal describing the measurement result of each measuring unit 111 to an external device (analyzing device 100 in FIG. 1).

図3は、近赤外計測装置110が計測する深さとその結果として得られる物理量の関係を示す模式図である。ここでは被検体200の脳内の血流を測定することを想定する。浅い位置(脳に達していない深さ)と深い位置(脳内)いずれの測定結果も、被検体200の脈拍によって影響されるので、ともに脈拍を表す成分を含んでいる。他方で脳内の血流変動は、脳内に達する深さのプローブから主に得られると考えられるので、プローブ2は脳内の血流変動を表す成分をさらに含んでいる。各プローブが検出するノイズは互いに異なる。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the depth measured by the near-infrared measuring device 110 and the resulting physical quantity. Here, it is assumed that the blood flow in the brain of the subject 200 is measured. The measurement results at both the shallow position (depth not reaching the brain) and the deep position (in the brain) are affected by the pulse of the subject 200, and thus both include a component representing the pulse. On the other hand, it is considered that the blood flow fluctuation in the brain is mainly obtained from the probe having a depth reaching the brain, and thus the probe 2 further includes a component representing the blood flow fluctuation in the brain. The noise detected by each probe is different.

プローブ1による測定結果とプローブ2による測定結果はともに脈拍を表す成分を含んでいるので、これらの差分をとることにより、血流変動を表す成分を残すことができる。差分演算プログラム122はこのことを利用して、プローブ2の測定結果からプローブ1の測定結果を減算することにより、血流変動を表す差分データ132を算出する。血流変動から血流量を求める処理は、差分演算プログラム122が実施して差分データ132に記録してもよいし、特徴量算出プログラム124が実施して血流量データ134に記録してもよい。本実施形態1においては差分演算プログラム122が実施するものとする。 Since both the measurement result by the probe 1 and the measurement result by the probe 2 include the component representing the pulse, the component representing the blood flow fluctuation can be left by taking the difference between them. Utilizing this, the difference calculation program 122 subtracts the measurement result of the probe 1 from the measurement result of the probe 2 to calculate the difference data 132 representing the blood flow fluctuation. The process of obtaining the blood flow rate from the blood flow fluctuation may be performed by the difference calculation program 122 and recorded in the difference data 132, or may be performed by the feature amount calculation program 124 and recorded in the blood flow rate data 134. In the first embodiment, the difference calculation program 122 is executed.

プローブ1による測定結果とプローブ2による測定結果を加算することにより、脈拍を表す成分を強調することができる。加算結果には血流変動を表す成分も含まれるが、脈拍を表す成分は被検体200の脈動間隔に対応する周波数成分を特に強く有していると考えられるので、脈拍を表す成分の信号強度を充分に確保できれば、これを抽出することは比較的容易である。加算プログラム123は、このことを利用して、プローブ1と2の測定結果を加算することにより、脈拍を表す加算データ133を算出する。脈拍を表す成分から脈動間隔を求める処理は、加算プログラム123が実施して加算データ133に記録してもよいし、特徴量算出プログラム125が実施して脈動間隔データ135に記録してもよい。本実施形態1においては加算プログラム123が実施するものとする。 By adding the measurement result of the probe 1 and the measurement result of the probe 2, the component representing the pulse can be emphasized. Although the addition result includes a component representing blood flow fluctuation, it is considered that the component representing the pulse has a frequency component corresponding to the pulsation interval of the subject 200 particularly strongly, and thus the signal strength of the component representing the pulse is included. If it can be sufficiently secured, it is relatively easy to extract it. Utilizing this, the addition program 123 adds the measurement results of the probes 1 and 2 to calculate the addition data 133 representing the pulse. The process of obtaining the pulsation interval from the component representing the pulse may be executed by the addition program 123 and recorded in the addition data 133, or may be executed by the feature amount calculation program 125 and recorded in the pulsation interval data 135. In the first embodiment, the addition program 123 is executed.

図4は、プローブ1と2による測定結果を例示するグラフである。プローブ1と2ともに脈拍を表す成分を含んでいるが、その成分の信号強度は測定結果全体の信号強度と比較すると小さい。プローブ1と2による測定結果を加算することにより、図4の右下に示すように脈拍を表す成分を強調することができる、またこれらの差分を求めることにより、図4の右上に示すように血流変動を表す成分を鮮明にすることができる。 FIG. 4 is a graph illustrating the measurement results of the probes 1 and 2. Both the probes 1 and 2 include a component representing a pulse, but the signal intensity of that component is smaller than the signal intensity of the entire measurement result. By adding the measurement results of the probes 1 and 2, the component representing the pulse can be emphasized as shown in the lower right of FIG. 4, and by obtaining the difference between them, as shown in the upper right of FIG. It is possible to make the component representing the blood flow fluctuation clear.

<実施の形態1:まとめ>
本実施形態1に係る解析装置100は、それぞれ異なる深さについて脈動の成分が共通することを利用し、測定結果の差分を求めることにより脈動の成分を除いて血流量を求め、加算することにより脈動の成分を強めて脈動間隔を求める。これにより、血流量を測定することを想定した装置構成を用いて、脈動間隔を精度よく求めることができる。
<Embodiment 1: Summary>
The analysis apparatus 100 according to the first embodiment utilizes the fact that the pulsation component is common for different depths, and by obtaining the difference between the measurement results, the blood flow volume is obtained by removing the pulsation component, and by adding The pulsation component is strengthened to obtain the pulsation interval. As a result, the pulsation interval can be accurately obtained by using the device configuration that is supposed to measure the blood flow rate.

<実施の形態2>
本発明の実施形態2では、血流量や脈動間隔を求める前に、近赤外計測装置110による測定結果を改善する手法について説明する。改善に関する構成を除いて解析装置100は実施形態1と同様の構成を備えるので、以下では主に差異点について説明する。
<Second Embodiment>
In the second embodiment of the present invention, a method of improving the measurement result by the near-infrared measuring device 110 before obtaining the blood flow rate and the pulsation interval will be described. Since the analysis apparatus 100 has the same configuration as that of the first embodiment except the configuration related to the improvement, the differences will be mainly described below.

図5は、本実施形態2における加算プログラム123の演算ブロック図である。被検体200上のプローブの位置によっては、必ずしも明瞭な計測結果が得られない可能性がある。そこで加算プログラム123は、各計測部111から取得した計測結果のS/N比を求め、S/N比が良好な計測結果のみを加算する。S/N比の判定は信号処理において複数の技術が知られており、1つの例として、フーリエ変換等によって信号の各周波数成分を算出し、脈動の周波数(約0.5〜3Hz)の周波数成分の強度のピークと、それ以外の周波数成分の強度の比をS/N比とすることができ、計測した複数の信号のS/N比のばらつきから、正規分布を仮定した標準偏差の2倍の範囲内である信号を良好であるとして採用する。 FIG. 5 is a calculation block diagram of the addition program 123 according to the second embodiment. Depending on the position of the probe on the subject 200, a clear measurement result may not always be obtained. Therefore, the addition program 123 calculates the S/N ratio of the measurement result acquired from each measurement unit 111, and adds only the measurement result having a good S/N ratio. A plurality of techniques for signal-to-noise ratio determination are known in signal processing, and as one example, each frequency component of a signal is calculated by Fourier transform or the like to determine the frequency of pulsation (about 0.5 to 3 Hz). The ratio of the intensity peaks of the components and the intensity of the other frequency components can be used as the S/N ratio, and from the variation of the S/N ratios of the measured signals, the standard deviation of 2 can be obtained assuming a normal distribution. A signal within the double range is adopted as good.

加算プログラム123は、各計測部111から取得した計測結果のうち、脈拍を表す周波数成分のスペクトル(脈拍に対応する周波数範囲のスペクトル)を算出する。加算プログラム123は、算出したスペクトルが所定閾値以上の計測結果のみを選択し、その他の計測結果は破棄する。以後は実施形態1と同様である。図5に示す例においては、計測箇所1と4のS/N比が良好であるので、加算プログラム123はこれらの計測結果のみを残し、その他は破棄する。脈拍を表す成分は、被検体200の生物種によって定まるが、人間であれば概ね20Hz〜200Hz程度であろう。 The addition program 123 calculates the spectrum of the frequency component representing the pulse (the spectrum of the frequency range corresponding to the pulse) among the measurement results acquired from each measurement unit 111. The addition program 123 selects only the measurement result of which the calculated spectrum is equal to or more than the predetermined threshold, and discards the other measurement results. The subsequent steps are the same as in the first embodiment. In the example shown in FIG. 5, since the S/N ratios of the measurement points 1 and 4 are good, the addition program 123 leaves only these measurement results and discards the others. The component representing the pulse is determined by the biological species of the subject 200, but if it is a human, it will be about 20 Hz to 200 Hz.

被検体200が生物の脳である場合、脳は部位によって働きが異なるので、それぞれ異なる部位の活動を測定するため、頭部の複数個所に計測部111を配置してそれぞれの部位の活動を測定する場合がある。図5で説明する手法は、このような複数個所の測定結果を得る場合において、測定結果を複数得られることを利用してS/N比を向上させることができる。 When the subject 200 is a brain of a living thing, the brain functions differently depending on the site, and therefore, in order to measure the activity of each different site, the measurement units 111 are arranged at a plurality of positions on the head to measure the activity of each site. There is a case. The method described with reference to FIG. 5 can improve the S/N ratio by utilizing the fact that a plurality of measurement results can be obtained when obtaining the measurement results at such a plurality of locations.

図6は、脈動間隔を求める処理を説明する概念図である。一般に脳の血流量を求める際には、瞬時値を正確に求めることが重要であり、測定頻度が高いことは求められない場合がある。他方で脈動間隔は常に変化するので、脈動間隔を正確に測定するためには測定頻度を多くすることが必要である。本発明においては血流量を測定するための構成を利用するので、サンプリング周波数が低いデータを用いて脈動間隔を求めることになる。そうすると図6右上のように、脈動間隔(図6のRR間隔)を誤って求める可能性がある。 FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a process of obtaining the pulsation interval. In general, when obtaining the blood flow in the brain, it is important to obtain the instantaneous value accurately, and it may not be required that the measurement frequency is high. On the other hand, since the pulsation interval constantly changes, it is necessary to increase the measurement frequency in order to measure the pulsation interval accurately. In the present invention, since the configuration for measuring the blood flow is used, the pulsation interval is obtained using the data having the low sampling frequency. Then, as shown in the upper right of FIG. 6, the pulsation interval (RR interval in FIG. 6) may be erroneously obtained.

そこで加算プログラム123は、加算データ133に対してサンプリング間隔を補間する。例えば公知のカーブフィッティングなどの手法を用いて近似曲線を求めることにより計測結果を補間することができる。これにより、図6右下に示すように正しい脈動間隔を求めることができる。 Therefore, the addition program 123 interpolates the sampling interval for the addition data 133. For example, the measurement result can be interpolated by obtaining an approximate curve using a known method such as curve fitting. As a result, the correct pulsation interval can be obtained as shown in the lower right part of FIG.

図6において、信号強度の極大値間の間隔を脈動間隔として取り扱ってもよいし、極小値間の間隔を脈動間隔として取り扱ってもよい。ただし、血液が光を吸収するので血流が多いとき受光強度が下がることを利用して測定を実施する場合は、信号強度の極小値を用いるほうが好適である。心臓が収縮するときは弛緩するときと比較して心臓の動きが急峻なので、信号強度の極小値付近の信号波形も急峻となり(収縮期は血流が増えるので光がより多く吸収されて信号強度は下がる)、極小値を特定しやすいからである。 In FIG. 6, the interval between the maximum values of the signal intensity may be treated as a pulsation interval, or the interval between the minimum values may be treated as a pulsation interval. However, it is preferable to use the minimum value of the signal intensity when the measurement is performed by utilizing the fact that the received light intensity decreases when blood flow is large because blood absorbs light. When the heart contracts, the movement of the heart is steeper than when it is relaxed, so the signal waveform near the minimum value of the signal intensity is also steep (the systolic blood flow increases, so more light is absorbed and the signal intensity increases. This is because it is easy to identify the minimum value.

被検体200が生物の脳である場合、脳血流量を測定するために必要な計測部111のサンプリング周波数は、概ね32Hzまたはこれ以下である。図6で説明する手法は、そのようなサンプリング周波数が小さい場合においても、脈動間隔を的確に測定することができる。 When the subject 200 is a living brain, the sampling frequency of the measurement unit 111 required for measuring the cerebral blood flow is approximately 32 Hz or less. The method described with reference to FIG. 6 can accurately measure the pulsation interval even when such a sampling frequency is small.

<実施の形態3>
本発明の実施形態3では、血流量データ134と脈動間隔データ135を用いて被検体200の生理的状態を解析する手法について説明する。その他の構成は実施形態1〜2と同様なので、以下では差異点について主に説明する。
<Third Embodiment>
In the third embodiment of the present invention, a method of analyzing the physiological state of the subject 200 using the blood flow rate data 134 and the pulsation interval data 135 will be described. Since other configurations are similar to those of the first and second embodiments, the differences will be mainly described below.

図7は、本実施形態3に係る解析装置100の構成図である。本実施形態3において解析装置100は、実施形態1〜2で説明した構成に加えてモデルデータ136と出力プログラム126を備える。 FIG. 7 is a configuration diagram of the analysis device 100 according to the third embodiment. In the third embodiment, the analysis device 100 includes model data 136 and an output program 126 in addition to the configurations described in the first and second embodiments.

図8は、モデルデータ136が記述している内容を説明する概念図である。人間の感情を快/不快の軸と活性/不活性の軸の相対的な関係性によって2次元的に表現した感情モデルが、Russelの2次元感情モデルとして知られている。モデルデータ136は、この感情モデルと解析装置100による測定結果との間の対応関係を記述するデータである。 FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining the contents described in the model data 136. An emotion model that expresses human emotions two-dimensionally by a relative relationship between pleasant/unpleasant axes and active/inactive axes is known as Russel's two-dimensional emotion model. The model data 136 is data that describes the correspondence relationship between the emotion model and the measurement result by the analysis device 100.

具体的には、モデルデータ136は、公知の事例をもとに、心拍間隔、及び同等の値である脈動間隔を快/不快と対応付けるとともに、前頭葉血流を活性/不活性と対応付け、心拍間隔あるいは脈動間隔が短いほど快が大きく、前頭葉血流が多いほど脳が活性であると仮定する。モデルデータ136は、心拍間隔あるいは脈動間隔と前頭葉血流によって表される2次元空間と、Russelの2次元感情モデルにおける各感情との間の対応関係を、適当なデータ形式により記述する。特徴量算出プログラム124または125は、血流量データ134と脈動間隔データ135がそれぞれ記述している血流量と脈動間隔を用いてモデルデータ136を照会することにより、2軸の相対的な関係から、図8の2次元の感情モデルの中における位置付けがわかり、被検体200の感情を推定することができる。 Specifically, the model data 136 associates the heartbeat interval and the equivalent pulsation interval with pleasantness/discomfort based on known cases, and correlates the frontal lobe blood flow with active/inactive, It is assumed that the shorter the interval or pulsation interval, the greater the comfort, and the more frontal blood flow, the more active the brain. The model data 136 describes the correspondence relationship between the two-dimensional space represented by the heartbeat interval or the pulsation interval and the frontal lobe blood flow and each emotion in the Russell two-dimensional emotion model in an appropriate data format. The feature amount calculation program 124 or 125 inquires the model data 136 using the blood flow rate and the pulsation interval described by the blood flow rate data 134 and the pulsation interval data 135, respectively, and thereby, from the relative relationship of the two axes, The position in the two-dimensional emotion model of FIG. 8 is known, and the emotion of the subject 200 can be estimated.

脈動間隔は常に経時変化しており、その変化は副交感神経の活動に由来するものと、交感・副交感神経の双方の活動に由来するものがあることが知られている。具体的には、脈動間隔の経時波形の周波数スペクトルにおいて、ある周波数以上の成分は主に副交感神経の活動に由来するものであり、その周波数未満の成分は交感・副交感神経の双方の活動に由来するものであると仮定することができる。特徴量算出プログラム125は、このことを利用して、被検体200の生理的状態を推測することができる。 It is known that the pulsation interval is constantly changing with time, and that the change is caused by the activity of the parasympathetic nerve and that of both the sympathetic and parasympathetic nerves. Specifically, in the frequency spectrum of the temporal waveform of the pulsation interval, components above a certain frequency are mainly derived from the activity of the parasympathetic nerve, and components below that frequency are derived from the activity of both the sympathetic and parasympathetic nerves. Can be assumed to be. The feature amount calculation program 125 can estimate the physiological state of the subject 200 by utilizing this.

例えば特徴量算出プログラム125は、脈動間隔の周波数スペクトルのうち、閾値周波数以上のパワースペクトルの合計HF(閾値周波数以上のパワースペクトル波形の面積)と、閾値周波数未満のパワースペクトルの合計LF(閾値周波数未満のパワースペクトル波形の面積)の比(LF/HF)を求める。LF/HFが小さければ副交感神経が優位であり、大きければ交感神経が優位であるといえる。これにより、例えば被検体200のストレス状態を推測することができる。 For example, the feature amount calculation program 125 includes, in the frequency spectrum of the pulsation interval, the total HF of power spectra above the threshold frequency (the area of the power spectrum waveform above the threshold frequency) and the total LF of power spectra below the threshold frequency (the threshold frequency. The ratio (LF/HF) of the power spectrum waveform area of less than is obtained. It can be said that the parasympathetic nerve is dominant when the LF/HF is small, and the sympathetic nerve is dominant when the LF/HF is large. Thereby, for example, the stress state of the subject 200 can be estimated.

1例として、被検体200が椅子に座っている状態と椅子から立ち上がる動作を交互に繰り返させて脈動間隔の周波数スペクトルを測定する検査が挙げられる。一般に座っているときは副交感神経が優位になるのでHFが増え、立っているときは交感神経が優位になるのでLFが増える。座っていてもHFがあまり高まらない(LF/HFが低下しない)被検体200は、ストレスが多いと推測される。 As an example, there is an examination in which the state in which the subject 200 is sitting on a chair and the operation of standing up from the chair are alternately repeated to measure the frequency spectrum of the pulsation interval. Generally, when the person is sitting, the parasympathetic nerve is dominant, so that HF is increased, and when the person is standing, the sympathetic nerve is dominant, so that LF is increased. It is presumed that the subject 200 whose HF does not increase much (sitting LF/HF does not decrease) even when sitting is stressful.

出力プログラム126は、各プログラムによる演算結果を、適当なフォーマットで出力する。例えば、(a)血流量データ134が記述している血流量や脈動間隔データ135が記述している脈動間隔を、時間軸に沿ったグラフ形式で出力する、(b)特徴量算出プログラム124と125が算出した特徴量をそのグラフと併記する、(c)モデルデータ136に基づく感情推定結果または2次元グラフを出力する、(d)LF/HFの値やこれに基づく被検体200の生理的状態の推定結果を出力する、などが考えられる。 The output program 126 outputs the calculation result of each program in an appropriate format. For example, (a) a feature amount calculation program 124 for outputting the blood flow rate described by the blood flow rate data 134 and the pulsation interval described by the pulsation interval data 135 in a graph format along the time axis. The feature amount calculated by 125 is written together with the graph, (c) the emotion estimation result based on the model data 136 or a two-dimensional graph is output, (d) the value of LF/HF and the physiological value of the subject 200 based on this value. It is possible to output the estimation result of the state.

出力プログラム126による出力形式は、例えば画面出力であれば適当なフォーマットの画像や文字であり、データとして出力するのであれば適当なデータフォーマットに整形したデータである。 The output format of the output program 126 is, for example, an image or a character in an appropriate format for screen output, and data shaped into an appropriate data format for output as data.

<本発明の変形例について>
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
<Regarding Modifications of the Present Invention>
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for the purpose of explaining the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Further, with respect to a part of the configuration of each embodiment, other configurations can be added/deleted/replaced.

以上の実施形態において、各プログラムのうち2以上を一体としてもよい。例えば差分演算プログラム122と特徴量算出プログラム124を1つのプログラム(第1解析部)として構成し、加算プログラム123と特徴量算出プログラム125を1つのプログラム(第2解析部)として構成してもよい。さらにこれらをモジュールとして構成し、別のプログラム(解析部)が呼び出すように構成してもよい。 In the above embodiment, two or more of the programs may be integrated. For example, the difference calculation program 122 and the feature amount calculation program 124 may be configured as one program (first analysis unit), and the addition program 123 and the feature amount calculation program 125 may be configured as one program (second analysis unit). .. Further, these may be configured as modules and configured to be called by another program (analyzing unit).

以上の実施形態において、各プログラムに代えて、これらの機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアを用いて、同等の機能を実現することもできるし、実施形態で説明したようにソフトウェアとして実装することもできる。 In the above embodiments, instead of each program, hardware such as a circuit device that implements these functions can be used to realize equivalent functions, or the software can be implemented as described in the embodiments. You can also

以上の実施形態においては、被検体200として生物の脳活動を測定することを説明したが、その他の生体被検体についても同様に、異なる深さの測定結果を用いて、血流量と脈動間隔を測定することができる。例えば筋肉の血流量を測定するとともに脈動間隔を測定する場合は、筋肉の中心付近の深さを測定するとともに表皮近傍の深さを測定すればよい。被検体200が人間の脳である場合、プローブ1は概ね体表から1cm程度の深さを測定し、プローブ2は概ね体表から3cm程度の深さを測定する。 In the above embodiments, the brain activity of the living thing is measured as the subject 200, but similarly for other living body subjects, the blood flow rate and the pulsation interval are determined using the measurement results of different depths. Can be measured. For example, when measuring the blood flow in a muscle and measuring the pulsation interval, the depth near the center of the muscle and the depth near the epidermis may be measured. When the subject 200 is a human brain, the probe 1 measures a depth of about 1 cm from the body surface, and the probe 2 measures a depth of about 3 cm from the body surface.

100:解析装置
110:近赤外計測装置
111:計測部
121:計測結果取得プログラム
122:差分演算プログラム
123:加算プログラム
124:特徴量算出プログラム
125:特徴量算出プログラム
126:出力プログラム
131:血流データ
132:差分データ
133:加算データ
134:血流量データ
135:脈動間隔データ
136:モデルデータ
140:CPU
200:被検体
100: Analysis device 110: Near infrared measuring device 111: Measuring unit 121: Measurement result acquisition program 122: Difference calculation program 123: Addition program 124: Feature amount calculation program 125: Feature amount calculation program 126: Output program 131: Blood flow Data 132: Difference data 133: Addition data 134: Blood flow rate data 135: Pulsation interval data 136: Model data 140: CPU
200: subject

Claims (10)

被検体の血流を解析する解析装置であって、
前記被検体に対して光を照射する光照射部、
前記被検体から反射された前記光を検出する光検出器、
前記光検出器が前記光を検出することにより取得した信号強度を解析する解析部、
を備え、
前記解析部は、
前記被検体の第1深度において反射した前記光を前記光検出器が検出することにより取得した第1信号強度と、前記被検体の第2深度において反射した前記光を前記光検出器が検出することにより取得した第2信号強度との間の差分を算出し、前記差分を用いて前記血流の血流量を算出する、第1解析部、
前記第1信号強度と前記第2信号強度を加算し、前記加算によって得られた信号強度を用いて前記血流の脈動間隔を算出する、第2解析部、
を有することを特徴とする解析装置。
An analyzer for analyzing blood flow of a subject, comprising:
A light irradiation unit that irradiates the subject with light,
A photodetector for detecting the light reflected from the subject,
An analysis unit that analyzes the signal intensity acquired by the photodetector detecting the light,
Equipped with
The analysis unit is
The photodetector detects a first signal intensity obtained by the photodetector detecting the light reflected at the first depth of the subject, and the light reflected at the second depth of the subject. A first analysis unit that calculates a difference between the acquired second signal intensity and the calculated blood flow volume using the difference.
A second analysis unit for adding the first signal strength and the second signal strength and calculating the pulsation interval of the blood flow using the signal strength obtained by the addition;
An analysis device having:
前記第2解析部は、
前記加算によって得られた信号強度を時間軸に沿って補間することにより、前記光検出器が検出した信号強度の極大値または極小値を複数取得し、前記取得した極大値または極小値の間隔を用いて、前記脈動間隔を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の解析装置。
The second analysis unit,
By interpolating the signal intensity obtained by the addition along the time axis, a plurality of maximum values or minimum values of the signal intensity detected by the photodetector are obtained, and the interval between the obtained maximum values or minimum values is set. The analysis apparatus according to claim 1, wherein the pulsation interval is calculated using the pulsation interval.
前記解析装置は、複数の前記光検出器を備え、
前記第2解析部は、各前記光検出器が前記光を検出することにより取得した信号強度のうち、前記血流の脈動に対応する周波数範囲におけるものとそれ以外の周波数範囲におけるものとの比を、S/N比として算出し、
前記第2解析部は、前記算出したS/N比が予め設定した閾値の範囲内である前記第1および第2信号強度のみを前記加算の対象として用いる
ことを特徴とする請求項1記載の解析装置。
The analysis device comprises a plurality of the photodetectors,
The second analysis unit is a ratio of signal intensity obtained by detecting the light by each photodetector, to a frequency range corresponding to the pulsation of the blood flow and a frequency range other than that. Is calculated as the S/N ratio,
The said 2nd analysis part uses only the said 1st and 2nd signal strength in which the said calculated S/N ratio is within the range of the preset threshold value as the object of the said addition. Analyzer.
前記解析部は、前記脈動間隔の周波数スペクトルを算出し、
前記解析部は、前記周波数スペクトルのうち所定周波数以上の領域におけるパワースペクトルと前記所定周波数未満の領域におけるパワースペクトルとの比を、前記解析の結果として出力する
ことを特徴とする請求項1記載の解析装置。
The analysis unit calculates a frequency spectrum of the pulsation interval,
The analysis unit outputs, as the result of the analysis, a ratio of a power spectrum in a region above a predetermined frequency to a power spectrum in a region below the predetermined frequency in the frequency spectrum. Analyzer.
前記光照射部は、前記被検体として生物の頭部に対して前記光を照射し、
前記解析装置はさらに、前記生物の血流量、前記生物の脈動間隔、および前記生物が有している感情の間の対応関係を記述した感情モデルデータを格納する記憶部を備え、
前記解析部は、前記算出した前記血流量と、前記算出した脈動間隔とを用いて、前記感情モデルデータを照会することにより、前記生物が有している感情を推定する
ことを特徴とする請求項1記載の解析装置。
The light irradiation section irradiates the light to the head of an organism as the subject,
The analysis device further includes a storage unit that stores emotion model data describing a correspondence relationship between the blood flow rate of the organism, the pulsation interval of the organism, and the emotions of the organism,
The analysis unit estimates the emotion possessed by the living thing by referring to the emotion model data by using the calculated blood flow rate and the calculated pulsation interval. Item 1. The analysis device according to item 1.
前記第1解析部は、前記血流量の単位時間当たりの変化率、所定期間における前記血流量の最大値、所定期間における前記血流量の最小値、前記最大値と前記最小値との間の差分、前記血流量の極値間の時間間隔、のうち少なくともいずれかを算出する
ことを特徴とする請求項1記載の解析装置。
The first analysis unit is configured to calculate a change rate of the blood flow rate per unit time, a maximum value of the blood flow rate in a predetermined period, a minimum value of the blood flow rate in a predetermined period, and a difference between the maximum value and the minimum value. The analysis apparatus according to claim 1, wherein at least one of a time interval between extreme values of the blood flow is calculated.
前記第2解析部は、前記脈動間隔の単位時間当たりの変化率、所定期間における前記脈動間隔の最大値、所定期間における前記脈動間隔の最小値、前記最大値と前記最小値との間の差分、前記脈動間隔の極値間の時間間隔、のうち少なくともいずれかを算出する
ことを特徴とする請求項1記載の解析装置。
The second analysis unit is a change rate of the pulsation interval per unit time, a maximum value of the pulsation interval in a predetermined period, a minimum value of the pulsation interval in a predetermined period, a difference between the maximum value and the minimum value. The analysis device according to claim 1, wherein at least one of a time interval between extreme values of the pulsation interval is calculated.
前記解析装置はさらに、前記解析部による処理結果を前記解析装置の外部に対して出力する出力部を備える
ことを特徴とする請求項1記載の解析装置。
The analysis device according to claim 1, further comprising an output unit that outputs a processing result of the analysis unit to the outside of the analysis device.
前記被検体は、生物の脳であり、
前記光照射部は、前記生物の頭蓋骨よりも体表に近い深さを焦点として光を照射する第1照射部と、前記生物の頭蓋骨よりも体内に近い深さを焦点として光を照射する第2照射部とを有し、
前記第1解析部は、前記差分によって前記脳のなかの血流量を算出し、
前記第2解析部は、前記加算によって前記生物の脈動間隔を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の解析装置。
The subject is the brain of a living being,
The light irradiating unit irradiates light with a focus at a depth closer to the body surface than the skull of the creature, and a first irradiating unit with light at a depth closer to the body than the skull of the organism. Has two irradiation parts,
The first analysis unit calculates the blood flow in the brain by the difference,
The analysis apparatus according to claim 1, wherein the second analysis unit calculates the pulsation interval of the living thing by the addition.
被検体の血流を解析する処理をコンピュータに実行させる解析プログラムであって、前記コンピュータに、
前記被検体に対して光を照射することにより前記被検体から反射された前記光を光検出器が検出することにより取得した信号強度を取得するステップ、
前記信号強度を解析する解析ステップ、
を実行させ、
前記解析ステップにおいては、前記コンピュータに、
前記被検体の第1深度において反射した前記光を前記光検出器が検出することにより取得した第1信号強度と、前記被検体の第2深度において反射した前記光を前記光検出器が検出することにより取得した第2信号強度との間の差分を算出し、前記差分を用いて前記血流の血流量を算出する、第1解析ステップ、
前記第1信号強度と前記第2信号強度を加算し、前記加算によって得られた信号強度を用いて前記血流の脈動間隔を算出する、第2解析ステップ、
を実行させることを特徴とする解析プログラム。
An analysis program for causing a computer to execute a process of analyzing blood flow of a subject, wherein the computer
A step of obtaining the signal intensity obtained by detecting the light reflected from the subject by irradiating the subject with light,
An analysis step of analyzing the signal strength,
Run
In the analysis step, the computer,
The photodetector detects a first signal intensity obtained by the photodetector detecting the light reflected at the first depth of the subject, and the light reflected at the second depth of the subject. A difference between the second signal intensity acquired by calculating the difference, and calculating the blood flow rate of the blood flow using the difference, a first analysis step,
A second analysis step of adding the first signal strength and the second signal strength and calculating the pulsation interval of the blood flow using the signal strength obtained by the addition;
An analysis program which is characterized by executing.
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