WO2013118398A1 - 生体情報処理装置、生体情報処理システム、生体情報の圧縮方法、及び、生体情報の圧縮処理プログラム - Google Patents

生体情報処理装置、生体情報処理システム、生体情報の圧縮方法、及び、生体情報の圧縮処理プログラム Download PDF

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    • A61B5/7278—Artificial waveform generation or derivation, e.g. synthesising signals from measured signals

Definitions

  • the present invention relates to a biological information processing apparatus, a biological information processing system, a biological information compression method, and a biological information compression processing program having a function of compressing biological information such as electrocardiogram and pulse wave.
  • Patent Document 1 proposes a medical terminal device that compresses electrocardiographic data converted into digital data and outputs the compressed electrocardiographic data to a doctor-side device via a telephone line.
  • Patent Document 2 proposes a Holter electrocardiograph apparatus that compresses digitally converted electrocardiogram data by a wavelet code conversion method and stores the compressed electrocardiogram data in an external nonvolatile memory. .
  • JP 2002-159451 A JP-A-8-299293
  • a first biological information processing apparatus includes a peak detection unit that detects a peak of a biological signal that occurs in a heartbeat cycle, and a detection result of the biological signal based on a detection result of the peak detection unit.
  • the peak of the biological signal generated in the heartbeat cycle is detected.
  • a first inter-peak biological signal between two adjacent peaks on the time axis of the biological signal is cut out.
  • the first inter-peak biosignal is converted into a second inter-peak biosignal having a predetermined number of samples.
  • orthogonal transform coefficients are generated by orthogonally transforming the second inter-peak biological signal.
  • a difference signal of orthogonal transform coefficients on the time axis is generated. Then, the difference signal is encoded.
  • FIG. 1 is a waveform diagram of an electrocardiogram signal.
  • FIG. 2 is a waveform diagram of an electrocardiogram signal cut out in the RR period.
  • 3A and 3B are waveform diagrams of electrocardiographic signals before and after the resampling process.
  • FIG. 4 is a diagram showing the time change characteristic of the orthogonal transform coefficient.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram of a biological information processing system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic block configuration diagram of a biological information processing apparatus (basic configuration example) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic block diagram of a biological information processing apparatus according to a modification.
  • FIG. 8 is a schematic block diagram of a biometric information decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a waveform example of an electrocardiogram signal.
  • the horizontal axis of the characteristics shown in FIG. 1 is a sample index on the time axis (that is, the horizontal axis is the time axis), and the vertical axis is the amplitude of the electrocardiogram signal S.
  • 3A and 3B show a waveform diagram of the electrocardiogram signal S before the resampling process and a waveform diagram of the electrocardiogram signal Sr after the resampling process, respectively.
  • the horizontal axis of the characteristics shown in FIGS. 3A and 3B is time, and the vertical axis is the amplitude of the electrocardiogram signal.
  • 3A and 3B show an example in which the number of samples N at the time of resampling is made smaller than the minimum value of the number of samples N 0 of the peak-to-peak electrocardiogram signal dS (n 0 ).
  • the generation period of the R wave peak P (RR) Period) is constant. That is, by re-sampling the peak-to-peak ECG signal dS (n 0 ) of the actual data, in the ECG signal Sr after the resampling process, the fluctuation of the R wave peak P occurrence position (RR period) Fluctuation) is removed. Further, by this resampling process, the waveform of the peak-to-peak electrocardiogram signal x (n) normalized in each RR period becomes similar to each other regardless of the time zone of the RR period.
  • the method for obtaining the difference signal dX (k) is arbitrary.
  • the orthogonal transformation coefficient X (k) at a predetermined time t and the time t ⁇ 1 immediately before the predetermined time t (the predetermined time t on the time axis) are simply determined.
  • the difference signal dX (k) may be a difference value from the orthogonal transform coefficient X (k) at time t + 1 (time one sample before) or immediately after time t + 1 (time one sample after the predetermined time t on the time axis).
  • a signal obtained by encoding the difference value using a technique such as DPCM (Differential Pulse Code Modulation) or ADPCM (Adaptive DPCM) may be used as the difference signal dX (k).
  • DPCM Different Pulse Code Modulation
  • ADPCM Adaptive DPCM
  • both the difference calculation process and the quantization (encoding) process are substantially performed on the orthogonal transform coefficient X (k), thereby further reducing the data amount. be able to.
  • the ECG information compression method of the present invention is a compression method that makes the most of the characteristics of the waveform shape of the ECG signal S in which substantially the same waveform is repeated approximately periodically.
  • a very high compression rate can be realized.
  • the compression rate of the conventional compression method is at most about 1/10, but the compression rate of the present invention can achieve a compression rate of about 1/100.
  • decoding processing is performed on the electrocardiogram signal Sc compressed according to the above principle, and time-series data of the differential signal dX (k) of the orthogonal transform coefficient X (k) is decoded.
  • the time series data of the differential signal dX (k) is decoded using a decoding process corresponding to the encoding process used when the electrocardiogram signal S is compressed.
  • the orthogonal transform coefficient X (k) is calculated from the time-series data of the decoded differential signal dX (k) (differential decoding process). At this time, the orthogonal transform coefficient X (k) is decoded using a decoding method corresponding to the method of calculating the differential signal dX (k) used when the electrocardiogram signal S is compressed.
  • the orthogonal transform coefficient X (k) is inversely orthogonal transformed.
  • the orthogonal transform coefficient X (k) in the frequency domain is converted into a normalized peak-to-peak electrocardiogram signal x (n) in the time domain.
  • normalized peak intervals using inverse orthogonal transform methods for example, IDCT (Inverse DCT), IMDCT (Inverse MDCT), etc.
  • An electrocardiogram signal x (n) is calculated.
  • the normalized peak-to-peak ECG signal x (n) is resampled with the number of samples N 0 of the actual data (dS (n 0 )) of the corresponding peak-to-peak ECG signal to obtain the peak-to-peak ECG signal.
  • Actual data (dS (n 0 )) is calculated.
  • the resampling method it is preferable to use the same method as the resampling method (for example, Lagrangian method, spline method, etc.) used when the electrocardiogram signal S is compressed.
  • the peak-to-peak ECG signal dS (n 0 ) obtained as described above is sequentially synthesized in time series, and the actual data of the ECG signal S is decoded.
  • FIG. 5 shows a schematic block configuration of a biological information processing system according to an embodiment of the present invention.
  • the biological information processing system 1 includes an electrocardiographic information transmission side device 2 and an electrocardiographic information reception side device 3.
  • the transmission-side device 2 is provided on the patient side
  • the reception-side device 3 is provided on the facility side such as a hospital that manages the health of the patient.
  • electrocardiogram information is transmitted from the transmission-side device 2 to the reception-side device 3 by wireless communication or wired communication will be described.
  • the electrocardiographic sensor 4 is attached to the patient and detects a patient's electrocardiographic signal. Then, the electrocardiographic sensor 4 outputs the detected electrocardiographic signal S (electrocardiographic information) to the biological information processing apparatus 10.
  • the biological information processing apparatus 10 can be configured by an apparatus such as a personal computer, a mobile communication terminal device, a dedicated information processing apparatus, or the like.
  • the biological information processing apparatus 10 acquires a patient's electrocardiographic signal S (electrocardiographic data) from the electrocardiographic sensor 4.
  • the biological information processing apparatus 10 compresses the acquired electrocardiogram signal S using the compression method described above.
  • the biological information processing apparatus 10 transmits the compressed electrocardiogram signal Sc to the reception-side apparatus 3 through communication.
  • the internal configuration and more detailed operation (function) of the biological information processing apparatus 10 will be described later.
  • the receiving side device 3 includes an output device 5 and a biometric information decoding device 20 electrically connected to the output device 5.
  • the biometric information decoding device 20 can be configured by a device such as a personal computer, a mobile communication terminal device, a dedicated information processing device, for example.
  • the biological information decoding apparatus 20 decodes the compressed signal (Sc) of the received electrocardiogram signal S using the above-described expansion and decoding method. Then, the biological information decoding device 20 outputs the decoded electrocardiogram signal S to the output device 5. Note that the internal configuration and more detailed operation (function) of the biometric information decoding device 20 will be described later.
  • the waveform cutout unit 14 performs actual data (dS) from the R wave peak P at a predetermined time to the next R wave peak P. (N 0 )) is output to the resampling unit 15.
  • the resampling unit 15 is connected to the orthogonal transformation unit 16 and outputs the normalized peak-to-peak electrocardiogram signal x (n) to the orthogonal transformation unit 16.
  • the resampling unit 15 is connected to the compressed data output unit 19 and outputs a resampling ratio Rn corresponding to the peak-to-peak electrocardiogram signal x (n) output to the orthogonal transform unit 16 to the compressed data output unit 19. .
  • the resampling unit 15 may output the number N 0 of samples of the corresponding peak-to-peak electrocardiogram signal dS (n 0 ) to the compressed data output unit 19 instead of the resampling ratio Rn.
  • the orthogonal transform unit 16 is connected to the difference processing unit 17 and outputs the generated orthogonal transform coefficient X (k) to the difference processing unit 17.
  • the control unit 12 includes an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit) that controls the entire operation of the biological information processing apparatus 10.
  • the control unit 12 controls the operation of each unit in the compression module unit 11 described above, that is, the operation of compression processing of electrocardiogram information.
  • FIG. 7 shows an example (modified example).
  • FIG. 7 is a schematic configuration block diagram of a biological information processing apparatus 30 according to a modification. Moreover, in the biological information processing apparatus 30 shown in FIG. 7, the same code
  • the quantization unit 32 quantizes (rounds off) the orthogonal transformation coefficient X (k) input from the orthogonal transformation unit 16 and converts it into a discrete integer value defined by a predetermined quantization step size. That is, the quantization unit 32 further discretizes the orthogonal transform coefficient X (k) input from the orthogonal transform unit 16 and reduces the data amount.
  • each unit in the compression module unit may be configured by hardware to realize the above-described ECG information compression processing.
  • the above-described embodiment is performed using a predetermined compression processing program (software).
  • the ECG information may be compressed.
  • the compression processing program is stored in a storage unit (not shown) such as a ROM (Read Only Memory) in the biological information processing apparatus.
  • the control unit 12 reads (decompresses) the compression processing program into a RAM (Random Access Memory) (not shown) and performs the above-described ECG information compression processing.
  • the compression processing program may be preinstalled in the storage unit, or the compression processing program may be separately mounted on the biological information processing apparatus from the outside and the above-described compression processing is executed. It may be configured. In the latter case, the compression processing program may be distributed from a medium such as an optical disk or a semiconductor memory, or may be downloaded via a transmission means such as the Internet.
  • FIG. 8 is an internal block configuration diagram of the biometric information decoding device 20.
  • FIG. 8 shows only the configuration mainly related to decompression and decoding processing of electrocardiogram information for the sake of simplicity.
  • the biological information decoding device 20 includes a decoding module unit 21 and a control unit 22.
  • the biometric information decoding device 20 transmits the compressed electrocardiogram signal Sc, the resampling ratio Rn, the initial value X0 (k) of the orthogonal transform coefficient X (k), etc. transmitted from the biometric information processing device 10. You may provide the memory
  • the differential signal dX (k) on the time axis is decoded.
  • the decoding unit 24 decodes the differential signal dX (k) using a decoding method corresponding to the encoding method used when the electrocardiogram signal S is compressed.
  • the decoding unit 24 is connected to the differential decoding unit 25 and outputs the decoded differential signal dX (k) to the differential decoding unit 25.
  • the differential decoding unit 25 includes time-series data of the differential signal dX (k) input from the decoding unit 24 and an initial value X0 (k) of the orthogonal transform coefficient X (k) input from the compressed data input unit 23. Based on the above, the orthogonal transformation coefficient X (k) is calculated. At this time, the differential decoding unit 25 decodes the orthogonal transform coefficient X (k) by using a decoding method corresponding to the calculation method of the differential signal dX (k) used when the electrocardiogram signal S is compressed. The differential decoding unit 25 is connected to the inverse orthogonal transform unit 26 and outputs the calculated orthogonal transform coefficient X (k) to the inverse orthogonal transform unit 26.
  • the inverse orthogonal transform unit 26 performs a predetermined inverse orthogonal transform process on the orthogonal transform coefficient X (k) input from the differential decoding unit 25, and converts the orthogonal transform coefficient X (k) (frequency domain signal) into a normal value.
  • the inverse orthogonal transform unit 26 calculates the peak-to-peak electrocardiogram signal x (n) using an inverse orthogonal transform method corresponding to the orthogonal transform method used when compressing the electrocardiogram signal S. Further, the inverse orthogonal transform unit 26 is connected to the resampling unit 27 and outputs the normalized peak-to-peak electrocardiogram signal x (n) to the resampling unit 27.
  • the resampling unit 27 receives the normalized peak-to-peak ECG signal x (n) input from the inverse orthogonal transform unit 26 and the peak-to-peak ECG signal x (n) input from the compressed data input unit 23.
  • the electric signal dS (n 0 ) (actual data) is decoded.
  • the resampling unit 27 is connected to the output device 5 and sequentially outputs the decoded peak-to-peak electrocardiogram signal dS (n 0 ) to the output device 5. Thereby, the decrypted electrocardiogram signal S is output from the biological information decoding device 20 to the output device 5.
  • each unit in the decoding module unit 21 may be configured by hardware to realize the above-described decoding processing of the electrocardiogram information.
  • the above-described processing is performed using a predetermined decoding processing program (software).
  • the decryption process of the electrocardiogram information may be executed.
  • the decoding processing program is stored in a storage unit such as a ROM (not shown) in the biometric information decoding device 20.
  • the control unit 22 reads (decompresses) the decoding process program into a RAM (not shown) and executes the above-described decoding process of the electrocardiogram information.
  • the decryption processing program may be preinstalled in the storage unit, or the decryption processing program may be separately installed in the biological information decryption device 20 from the outside and the decryption processing may be executed. You may make it the structure to carry out. In the latter case, the decoding processing program may be distributed from a medium such as an optical disk or a semiconductor memory, or may be downloaded via a transmission means such as the Internet.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of electrocardiographic information compression processing performed by the biological information processing apparatus 10.
  • the biological information processing apparatus 10 resamples the extracted peak-to-peak electrocardiogram signal dS (n 0 ) with a predetermined number of samples N using a technique such as a Lagrange method or a spline method (step S4).
  • a technique such as a Lagrange method or a spline method.
  • the electrocardiogram information (electrocardiogram signal S) is compressed in this way.
  • the biological information processing apparatus 10 then compresses the electrocardiogram signal S generated as described above (Sc), the resampling ratio Rn of the peak-to-peak electrocardiogram signal dS (n 0 ) for each RR period,
  • the initial value X0 (k) of the orthogonal transform coefficient X (k) is transmitted to the biometric information decoding device 20.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the electrocardiographic information decompression and decoding processing operations performed by the biometric information decoding apparatus 20.
  • the control unit 22 controls each unit in the decryption module unit 21, and the electrocardiogram described below. Perform information decompression and decoding operations.
  • the control unit 22 reads the decoding processing program into a RAM (not shown) and executes the expansion and decoding operations. To do.
  • the biological information decoding device 20 receives a transmission signal transmitted from the biological information processing device 10 and demodulates the received signal. Thereby, the biometric information decoding apparatus 20 uses the compressed data (Sc) of the electrocardiogram signal S, the re-sampling ratio Rn of the peak-to-peak electrocardiogram signal dS (n 0 ) for each RR period, and the orthogonal transform coefficient X ( An initial value X0 (k) of k) is acquired (step S11).
  • the biometric information decoding device 20 performs a predetermined decoding process on the compressed data (Sc) of the electrocardiogram signal S to generate a difference signal dX (k) of the orthogonal transform coefficient X (k) (step S12). ).
  • the compressed data (Sc) of the electrocardiogram signal S is decoded using a decoding method corresponding to the encoding method used when the electrocardiogram signal S is compressed. For example, when the entropy encoding method is used when the electrocardiogram signal S is compressed, the biological information decoding apparatus 20 decodes the compressed data using the entropy decoding method.
  • the biometric information decoding device 20 is based on the time series data of the difference signal dX (k) generated in step S12 and the initial value X0 (k) of the orthogonal transform coefficient X (k) acquired in step S11. Then, a predetermined differential decoding process is performed to calculate an orthogonal transform coefficient X (k) (step S13). At this time, the biological information decoding apparatus 20 calculates the orthogonal transform coefficient X (k) using a differential decoding method corresponding to the differential method used when the electrocardiogram signal S is compressed. For example, when the differential signal dX (k) is generated by ADPCM when the electrocardiogram signal S is compressed, the biological information decoding apparatus 20 decodes the orthogonal transform coefficient X (k) by ADPCM.
  • the biological information decoding apparatus 20 performs a predetermined inverse orthogonal transform process on the orthogonal transform coefficient X (k), and the orthogonal transform coefficient X (k) (frequency domain signal) is normalized to the peak center. It is converted into an electric signal x (n) (time domain signal) (step S14). At this time, the biological information decoding apparatus 20 calculates the normalized peak-to-peak electrocardiogram signal x (n) using an inverse orthogonal transform method corresponding to the orthogonal transform method used when compressing the electrocardiogram signal S. To do.
  • the biometric information decoding device 20 executes the normalized peak-to-peak ECG signal x (n) based on the resampling ratio Rn of the peak-to-peak ECG signal dS (n 0 ) acquired in step S11. Re-sampling is performed with the number of data samples N 0 (step S15). Thereby, the peak-to-peak electrocardiogram signal dS (n 0 ) (actual data) is decoded.
  • the peak-to-peak electrocardiogram signal dS (n 0 ) is synthesized in chronological order, and the electrocardiogram signal S is decoded.
  • the electrocardiogram information (electrocardiogram signal S) is decoded in this way.
  • the actual data (dS (n 0 )) of the peak-to-peak ECG signal is normalized, and the fluctuation of the peak position of the R wave generated in the actual data of the ECG signal S (R ⁇ R fluctuation).
  • the differential signal (d) of the orthogonal transformation coefficient X (k) of the normalized peak-to-peak electrocardiogram signal x (n) is subjected to encoding processing to compress the electrocardiogram signal S. Therefore, the biological information processing apparatus 10 and the biological information processing system 1 according to the present embodiment can compress the biological information with an even higher compression rate.
  • the system for transmitting the compressed data (Sc) of the electrocardiogram signal S by communication between the biological information processing apparatus 10 and the biological information decoding apparatus 20 has been described as an example. Is not limited to this.
  • the biological information processing apparatus 10 and the biological information decoding apparatus 20 are provided integrally, and the compressed data (Sc) is directly modulated without modulating the compressed data (Sc) of the electrocardiogram signal S.
  • the present invention can also be applied to a biological information processing system configured to transmit data to the biological information decoding device 20, and similar effects can be obtained.
  • the compressed data output unit 19 of the biological information processing apparatus 10 and the compressed data input unit 23 of the biological information decoding apparatus 20 are configured by, for example, an I / O (Input / Output) interface, and both are electrically directly connected. Just connect.
  • a storage unit is provided instead of the compressed data output unit 19, and the compressed ECG signal Sc, the peak-to-peak ECG signal dS (n 0 ) resampling ratio Rn, and The data of the initial value X0 (k) of the orthogonal transform coefficient X (k) may be stored in the storage unit without being transmitted to the outside.
  • SYMBOLS 1 ... Biological information processing system, 2 ... Transmission side apparatus, 3 ... Reception side apparatus, 4 ... Electrocardiographic sensor, 5 ... Output device, 10 ... Biological information processing apparatus, 11 ... Compression module part, 12 ... Control part, 13 ... Peak detection unit, 14 ... waveform cutout unit, 15 ... resampling unit, 16 ... orthogonal transform unit, 17 ... difference processing unit, 18 ... encoding unit, 19 ... compressed data output unit, 20 ... biological information decoding device, 21 ... Decoding module unit, 22 ... control unit, 23 ... compressed data input unit, 24 ... decoding unit, 25 ... differential decoding unit, 26 ... inverse orthogonal transform unit, 27 ... resampling unit

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Abstract

　本発明の生体情報処理装置１０は、心拍周期で発生する生体信号のピークを検出するピーク検出部１３と、ピーク検出部１３の検出結果に基づいて、生体信号の時間軸上で隣り合う２つのピークの間の第１ピーク間生体信号を切り出す波形切り出し部１４と、第１ピーク間生体信号を所定のサンプル数の第２ピーク間生体信号に変換するリサンプリング部１５とを備える。さらに、本発明の生態情報処理装置１０は、第２ピーク間生体信号を直交変換して直交変換係数を生成する直交変換部１６と、時間軸上における直交変換係数の差分信号を生成する差分処理部１７と、差分信号を符号化する符号化部１８とを備える。

Description

生体情報処理装置、生体情報処理システム、生体情報の圧縮方法、及び、生体情報の圧縮処理プログラム
　本発明は、例えば心電、脈波等の生体情報を圧縮する機能を備える生体情報処理装置、生体情報処理システム、生体情報の圧縮方法、及び、生体情報の圧縮処理プログラムに関する。
　心電信号等の生体信号の波形データを圧縮した場合、生体信号の波形が著しく劣化して医療判断に影響を及ぼす可能性があるので、一般には、生体信号に対して圧縮処理を施さない。しかしながら、最近では、遠隔医療や生体情報の記憶などの機会も増え、生体信号を、音声圧縮技術を用いて圧縮し、該圧縮された生体情報を外部の端末やメモリに出力する技術も種々提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
　特許文献１には、デジタルデータに変換された心電データを圧縮し、該圧縮された心電データを、電話回線を介して医者側の装置に出力する医療用端末装置が提案されている。また、特許文献２には、デジタル変換された心電データをウエイブレット符号変換方式により圧縮し、該圧縮された心電データを外部の不揮発メモリに記憶するホルター心電計装置が提案されている。
特開２００２－１５９４５１号公報 特開平８－２９９２９３号公報
　ところで、心電信号等の生体信号の波形は、通常、インパルス状の波形であるので、圧縮された生体信号を精度良く復号するには、比較的高い周波数帯域までの情報が必要となる。それゆえ、従来の音声圧縮技術では、十分高い圧縮率（例えば１／１０より高い圧縮率）で生体情報を圧縮することは困難である。また、生体情報を、通信網を介して伝送する場合には、さらに高い圧縮率で生体情報を圧縮することが求められる。
　本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、より一層高い圧縮率で生体情報を圧縮することができる生体情報処理装置、生体情報処理システム、生体情報の圧縮方法、及び、生体情報の圧縮処理プログラムを提供することである。
　上記課題を解決するために、本発明の第１の生体情報処理装置は、心拍周期で発生する生体信号のピークを検出するピーク検出部と、ピーク検出部の検出結果に基づいて、生体信号の時間軸上で隣り合う２つのピークの間の第１ピーク間生体信号を切り出す波形切り出し部と、第１ピーク間生体信号を所定のサンプル数の第２ピーク間生体信号に変換するリサンプリング部と、第２ピーク間生体信号を直交変換して直交変換係数を生成する直交変換部と、時間軸上における直交変換係数の差分信号を生成する差分処理部と、差分信号を符号化する符号化部とを備える構成とする。
　なお、本明細書でいう「生体信号（生体情報）」とは、例えば心電や脈拍等のように、心拍周期に同期して信号の振幅が略周期的に変動する生体信号（生体情報）のことをいう。
　また、本発明の第２の生体情報処理装置は、心拍周期で発生する生体信号のピークを検出する処理、ピークの検出結果に基づいて、生体信号の時間軸上で隣り合う２つのピークの間の第１ピーク間生体信号を切り出す処理、第１ピーク間生体信号を所定のサンプル数の第２ピーク間生体信号に変換する処理、第２ピーク間生体信号を直交変換して直交変換係数を生成する処理、時間軸上における直交変換係数の差分信号を生成する処理、及び、差分信号を符号化する処理の動作を制御する制御部を備える構成とする。
　また、本発明の生体情報処理システムは、本発明の上記第１の生体情報処理装置と、符号化部で符号化された信号から生体信号を復号する生体情報復号装置とを備える構成とする。
　さらに、本発明の生体情報の圧縮方法及び圧縮処理プログラムでは、まず、心拍周期で発生する生体信号のピークを検出する。次いで、ピークの検出結果に基づいて、生体信号の時間軸上で隣り合う２つのピークの間の第１ピーク間生体信号を切り出す。次いで、第１ピーク間生体信号を所定のサンプル数の第２ピーク間生体信号に変換する。次いで、第２ピーク間生体信号を直交変換して直交変換係数を生成する。次いで、時間軸上における直交変換係数の差分信号を生成する。そして、差分信号を符号化する。
　上述のように、本発明の生体情報の圧縮技術では、生体信号から切り出された第１ピーク間生体信号を、所定のサンプル数の第２ピーク間生体信号に変換（正規化）する。さらに、本発明では、正規化された第２ピーク間生体信号の直交変換係数の差分信号に対して、符号化処理を施し、生体信号を圧縮する。それゆえ、本発明によれば、より一層高い圧縮率で生体情報を圧縮することができる。
図１は、心電信号の波形図である。 図２は、Ｒ－Ｒ期間で切り出された心電信号の波形図である。 図３Ａ及び３Ｂは、リサンプリング処理前及びリサンプリング処理後の心電信号の波形図である。 図４は、直交変換係数の時間変化特性を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る生体情報処理システムの概略ブロック構成図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る生体情報処理装置（基本構成例）の概略ブロック構成図である。 図７は、変形例の生体情報処理装置の概略ブロック構成図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る生体情報復号装置の概略ブロック構成図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る生体情報処理装置における心電情報の圧縮処理の手順を示すフローチャートである。 図１０は、本発明の一実施形態に係る生体情報復号装置における心電情報の復号処理の手順を示すフローチャートである。
　以下に、本発明の一実施形態に係る生体情報処理装置、生体情報処理システム、及び、生体情報の圧縮手法の一例を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、生体信号として、心電信号を例に挙げ説明するが、本発明はこれに限定されず、本発明の圧縮技術は、例えば脈拍等のように、心拍周期に同期して振幅が略周期的に変動する任意の生体信号に適用可能であり、同様の効果が得られる。
＜１．生体情報の圧縮及び復号の動作原理＞
［心電信号の圧縮原理］
　まず、本発明における心電情報の圧縮手法の原理を説明する。図１に、心電信号の波形例を示す。なお、図１に示す特性の横軸は、時間軸上のサンプルインデックスであり（すなわち、横軸は時間軸である）、縦軸は、心電信号Ｓの振幅である。
　通常、心電信号Ｓの波形では、図１に示すように、Ｒ波のピークＰ（心拍周期で発生するピーク）は、ほぼ等間隔で発生する。また、時間軸上（図１の横軸上）において、互いに隣り合う２つのＲ波のピークＰ間（以下、Ｒ－Ｒ期間という）の信号波形も、ほぼ同じ波形が繰り返し発生する。しかしながら、Ｒ波のピークＰの発生周期（Ｒ－Ｒ期間）は常に一定ではなく、多少変動する。すなわち、Ｒ波のピークＰの発生位置には、揺らぎが生じる。本発明では、この心電波形の揺らぎを取り除き、揺らぎを取り除いた心電信号Ｓに対して圧縮処理を施す。
　具体的には、まず、検出された心電信号Ｓから、Ｒ－Ｒ期間毎に心電信号を切り出す（抽出する）。図２に、切り出されたＲ－Ｒ期間の心電信号ｄＳ（ｎ０）（ｎ０は時間軸上のサンプルインデックス（０～Ｎ０－１））の波形例を示す。なお、図２に示す特性の横軸は、時間軸上のサンプルインデックスｎ０であり、縦軸は、心電信号の振幅である。
　上述のように、Ｒ波のピークＰの発生位置には揺らぎが存在するので、Ｒ－Ｒ期間も多少変動する。それゆえ、切り出されるＲ－Ｒ期間の心電信号ｄＳ（ｎ０）（以下、ピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）という）のサンプル数Ｎ０（サンプリング数）も切り出す時間帯によって変動する。
　そこで、本発明では、ピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）を、所定のサンプル数Ｎでリサンプリングし（正規化し）、リサンプリング処理後の全てのピーク間心電信号のサンプル数を一定にする。なお、リサンプリング手法としては、例えば、ラグランジュ法、スプライン法等の手法を用いることができる。また、リサンプリング時のサンプル数Ｎは、ピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）のサンプル数Ｎ０より大きくてもよいし、小さくてもよい。
　図３Ａ及び３Ｂに、それぞれ、リサンプリング処理前の心電信号Ｓの波形図、及び、リサンプリング処理後の心電信号Ｓｒの波形図を示す。なお、図３Ａ及び３Ｂに示す特性の横軸は、時間であり、縦軸は、心電信号の振幅である。また、図３Ａ及び３Ｂには、リサンプリング時のサンプル数Ｎを、ピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）のサンプル数Ｎ０の最小値より小さくした場合の例を示す。
　リサンプリング（正規化）されたピーク間心電信号（後述のｘ（ｎ））を時系列に並べたリサンプリング処理後の心電信号Ｓｒでは、Ｒ波のピークＰの発生周期（Ｒ－Ｒ期間）は一定となる。すなわち、実データのピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）をリサンプリングすることにより、リサンプリング処理後の心電信号Ｓｒでは、上述したＲ波のピークＰの発生位置の揺らぎ（Ｒ－Ｒ期間の揺らぎ）が取り除かれる。また、このリサンプリング処理により、各Ｒ－Ｒ期間で正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）の波形は、Ｒ－Ｒ期間の時間帯に関係なく、互いに似通った形状になる。
　次いで、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）（ｎは時間軸上のサンプルインデックス（０～Ｎ－１））を、所定数（後述の実施形態では、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）のサンプル数Ｎと同じ数）の周波数帯域に分割して直交変換する。この際、直交変換の手法としては、例えばＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）、ＭＤＣＴ（Modified DCT）、ＬＯＴ（Lapped Orthogonal Transform）、ＷＨＴ（Walsh-Hadamard Transform）等の手法を用いることができる。
　上述した直交変換処理により、時間領域のピーク間心電信号ｘ（ｎ）は、周波数領域の信号、すなわち、直交変換係数Ｘ（ｋ）（ｋは分割された周波数帯域のインデックス）に変換される。このように正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）を直交変換すると、ピーク間心電信号ｘ（ｎ）中の高周波成分は整数（ＤＣ成分）に変換されるので、圧縮し易いデータ（高圧縮可能なデータ）に変換される。
　また、上述のように、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）の波形は、Ｒ－Ｒ期間の時間帯に関係なく、互いに似通った形状になるので、所定のＲ－Ｒ期間で算出された直交変換係数Ｘ（ｋ）と、その直前又は直後のＲ－Ｒ期間で算出された直交変換係数Ｘ（ｋ）との差は小さくなる。すなわち、Ｒ－Ｒ期間毎に算出される直交変換係数Ｘ（ｋ）は、時間に対して連続的にかつ緩やかに変動する。
　ここで、図４に、直交変換係数Ｘ（ｋ）の時間変化特性の一例を示す。図４は、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）をＭＤＣＴにより直交変換した際に得られる直交変換係数Ｘ（ｋ）の時間変化特性である。なお、図４に示す特性の横軸は、時間であり、縦軸は、ＭＤＣＴ係数（Ｘ（ｋ））の値である。また、図４に示す特性は、Ｒ－Ｒ期間毎に算出される各ＭＤＣＴ係数を時系列で順次プロットした特性であり、図４には、ｋ＝０～７の各ＭＤＣＴ係数の時間変化特性を示す。図４からも明らかなように、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）をＭＤＣＴにより直交変換することにより、その直交変換係数Ｘ（ｋ）（ＭＤＣＴ係数）の値が時間に対して連続的にかつ緩やかに変動することが分かる。
　次いで、本発明では、時間軸上において、直交変換係数Ｘ（ｋ）の差分信号ｄＸ（ｋ）を算出する。上述のように、直交変換係数Ｘ（ｋ）の値は時間に対して連続的にかつ緩やかに変動するので、この差分処理により得られる差分信号ｄＸ（ｋ）の時系列データは、差分信号ｄＸ（ｋ）の値が１サンプル毎に変動するようなデータでなく、同じ値の差分信号ｄＸ（ｋ）が、所定期間、連続して並ぶようなデータとなる。すなわち、差分信号ｄＸ（ｋ）の時系列データの形態は、従来既知の符号化処理により、より高い圧縮率で容易に圧縮可能な形態となる。
　なお、差分信号ｄＸ（ｋ）の求め方は、任意であり、例えば、単純に、所定時刻ｔの直交変換係数Ｘ（ｋ）と、その直前の時刻ｔ－１（時間軸上において所定時刻ｔより１サンプル前の時刻）又は直後の時刻ｔ＋１（時間軸上において所定時刻ｔより１サンプル後の時刻）の直交変換係数Ｘ（ｋ）との差分値を差分信号ｄＸ（ｋ）としてもよい。また、その差分値を、例えば、ＤＰＣＭ（Differential Pulse Code Modulation）、ＡＤＰＣＭ（Adaptive DPCM）等の手法を用いて符号化した信号を差分信号ｄＸ（ｋ）としてもよい。ＤＰＣＭ又はＡＤＰＣＭの手法を用いた場合には、実質、直交変換係数Ｘ（ｋ）に対して差分演算処理及び量子化（符号化）処理の両方を行うことになるので、データ量をより低減することができる。
　そして、上述のようにして求められた直交変換係数Ｘ（ｋ）の差分信号ｄＸ（ｋ）の時系列データに対して、例えば、エントロピー符号化処理（ハフマン符号、算術符号、ＬＺＨ符号、ＬＺＳＳ符号など）等の従来既知の可逆の符号化処理を施す。本発明では、上記原理により、心電情報を圧縮する。
　上述のように、本発明の心電情報の圧縮手法は、ほぼ同じ形状の波形が略周期的に繰り返される心電信号Ｓの波形形状の特徴を最大限活用した圧縮手法であり、従来の圧縮手法（ピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）を所定のサンプル数Ｎで正規化しない手法）に比べて、非常に高い圧縮率を実現することができる。例えば、従来の圧縮手法の圧縮率は高くても１／１０程度であるが、本発明の圧縮手法では、１／１００程度の圧縮率を実現することができる。
［心電情報の伸張及び復号原理］
　次に、圧縮された心電信号Ｓｃの伸張及び復号手法の原理を説明する。本発明では、基本的には、上述した心電信号Ｓの圧縮処理と逆の処理を施して、圧縮された心電信号Ｓｃの伸張及び復号を行う。
　まず、上記原理で圧縮された心電信号Ｓｃに対して、復号化処理を行い、直交変換係数Ｘ（ｋ）の差分信号ｄＸ（ｋ）の時系列データを復号する。なお、この際、心電信号Ｓの圧縮時に用いた符号化処理に対応する復号化処理を用いて、差分信号ｄＸ（ｋ）の時系列データを復号する。
　次いで、復号化された差分信号ｄＸ（ｋ）の時系列データから直交変換係数Ｘ（ｋ）を算出する（差分復号処理）。なお、この際、心電信号Ｓの圧縮時に用いた差分信号ｄＸ（ｋ）の算出手法に対応する復号手法を用いて、直交変換係数Ｘ（ｋ）を復号する。
　次いで、直交変換係数Ｘ（ｋ）を逆直交変換する。これにより、周波数領域の直交変換係数Ｘ（ｋ）を時間領域の正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）に変換する。なお、この際、心電信号Ｓの圧縮時に用いた直交変換手法に対応する逆直交変換手法（例えば、ＩＤＣＴ（Inverse DCT）、ＩＭＤＣＴ（Inverse MDCT）等）を用いて、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）を算出する。
　次いで、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）を、対応するピーク間心電信号の実データ（ｄＳ（ｎ０））のサンプル数Ｎ０でリサンプリングして、ピーク間心電信号の実データ（ｄＳ（ｎ０））を算出する。なお、この際、リサンプリング手法として、心電信号Ｓの圧縮時に用いたリサンプリング手法（例えばラグランジュ法、スプライン法等）と同じ手法を用いることが好ましい。そして、上述のようにして求められたピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）を、順次、時系列で合成して、心電信号Ｓの実データを復号する。
＜２．生体情報処理システム（生体情報処理装置）の構成例＞
　次に、上述した心電情報の圧縮及び復号の動作原理を実現するための、生体情報処理システム、生体情報処理装置、及び、生体情報復号装置の一構成例を説明する。
［生体情報処理システム］
　図５に、本発明の一実施形態に係る生体情報処理システムの概略ブロック構成を示す。生体情報処理システム１は、心電情報の送信側装置２と、心電情報の受信側装置３とを備える。図５に示す例では、例えば、送信側装置２が患者側に設けられ、受信側装置３が患者の健康管理を行う病院等の施設側に設けられる。なお、本実施形態では、無線通信又は有線通信により、送信側装置２から受信側装置３に心電情報を伝送する例を説明する。
　送信側装置２は、心電センサ４と、該心電センサ４に電気的に接続された生体情報処理装置１０とを有する。
　心電センサ４は、患者に取り付けられ、患者の心電信号を検出する。そして、心電センサ４は、検出された心電信号Ｓ（心電情報）を生体情報処理装置１０に出力する。
　生体情報処理装置１０は、例えばパーソナルコンピュータ、携帯通信端末機器、専用の情報処理装置等の装置で構成することができる。生体情報処理装置１０は、心電センサ４から患者の心電信号Ｓ（心電データ）を取得する。次いで、生体情報処理装置１０は、取得された心電信号Ｓを、上述した圧縮手法を用いて圧縮する。そして、生体情報処理装置１０は、圧縮された心電信号Ｓｃを通信により、受信側装置３に送信する。なお、生体情報処理装置１０の内部構成及びより詳細な動作（機能）については、後で述べる。
　受信側装置３は、出力装置５と、該出力装置５に電気的に接続された生体情報復号装置２０とを有する。
　出力装置５は、例えば、復号された心電信号Ｓを画像表示する表示装置や、心電信号Ｓを印刷出力する印刷装置などの装置で構成することができる。
　生体情報復号装置２０は、例えばパーソナルコンピュータ、携帯通信端末機器、専用の情報処理装置等の装置で構成することができる。生体情報復号装置２０は、受信した心電信号Ｓの圧縮信号（Ｓｃ）を、上述した伸張及び復号手法を用いて復号する。そして、生体情報復号装置２０は、復号された心電信号Ｓを出力装置５に出力する。なお、生体情報復号装置２０の内部構成及びより詳細な動作（機能）については、後で述べる。
［生体情報処理装置］
（１）基本構成例
　次に、生体情報処理装置１０内部の基本構成及び各部の機能を、図６を参照しながら説明する。なお、図６は、生体情報処理装置１０の内部ブロック構成図である。また、図６には、説明を簡略化するため、主に、心電情報の圧縮処理に関与する構成のみを示す。
　生体情報処理装置１０は、圧縮モジュール部１１と、制御部１２とを備える。なお、生体情報処理装置１０は、圧縮された心電信号Ｓｃ、後述のリサンプリング比Ｒｎ、及び、後述の直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）等のデータを記憶する記憶部を備えていてもよい。
　圧縮モジュール部１１は、ピーク検出部１３と、波形切り出し部１４と、リサンプリング部１５と、直交変換部１６と、差分処理部１７と、符号化部１８と、圧縮データ出力部１９（送信部）とを備える。
　ピーク検出部１３は、心電センサ４（図５参照）に接続され、心電センサ４から入力される心電信号ＳのＲ波のピークＰ（図１参照）を検出する。なお、ピーク検出部１３における心電信号ＳのＲ波のピークＰの検出手法は、従来の信号処理で用いられる任意の手法が用いられる。また、ピーク検出部１３は、波形切り出し部１４に接続され、ピークＰの検出結果を波形切り出し部１４に出力する。例えば、ピーク検出部１３は、Ｒ波のピークＰに対応するタイミングでパルスが発生する波形の信号を、ピークＰの検出結果として波形切り出し部１４に出力する。
　波形切り出し部１４は、心電センサ４及びピーク検出部１３に接続され、ピーク検出部１３から入力される、心電信号ＳのＲ波のピークＰの検出結果に基づいて、例えば図２に示すようなピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）（第１ピーク間生体信号）を切り出す。また、波形切り出し部１４は、リサンプリング部１５に接続され、切り出されたピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）をリサンプリング部１５に出力する。具体的には、波形切り出し部１４は、ピーク検出部１３から入力されるピーク検出結果に基づいて、所定時刻のＲ波のピークＰから次のＲ波のピークＰまでの間の実データ（ｄＳ（ｎ０））をリサンプリング部１５に出力する。
　リサンプリング部１５は、例えば、ラグランジュ法、スプライン法等の手法を用いて、波形切り出し部１４から入力されるサンプル数Ｎ０のピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）を、所定のサンプル数Ｎ（例えばＮ＝５１２）のピーク間心電信号ｘ（ｎ）（第２ピーク間生体信号）に変換（リサンプリング）する。また、リサンプリング部１５は、ピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）のリサンプリング比Ｒｎ（＝Ｎ０／Ｎ）も算出する。
　リサンプリング部１５は、直交変換部１６に接続され、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）を直交変換部１６に出力する。また、リサンプリング部１５は、圧縮データ出力部１９に接続され、直交変換部１６に出力されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）に対応するリサンプリング比Ｒｎを圧縮データ出力部１９に出力する。なお、この際、リサンプリング部１５は、リサンプリング比Ｒｎの代わりに、対応するピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）のサンプル数Ｎ０を圧縮データ出力部１９に出力してもよい。
　直交変換部１６は、例えばＤＣＴ、ＭＤＣＴ等の手法を用いて、リサンプリング部１５から入力される正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）を所定数の周波数帯域で分割して直交変換し、直交変換係数Ｘ（ｋ）（ｋ＝０～Ｎ－１）を生成する。なお、本実施形態では、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）を、そのサンプル数Ｎと同じ数の周波数帯域で分割する。また、直交変換部１６は、差分処理部１７に接続され、生成された直交変換係数Ｘ（ｋ）を差分処理部１７に出力する。
　差分処理部１７は、直交変換部１６から入力される直交変換係数Ｘ（ｋ）の時間軸上の差分信号ｄＸ（ｋ）を生成する。また、差分処理部１７は、符号化部１８に接続され、生成された差分信号ｄＸ（ｋ）を符号化部１８に出力する。さらに、差分処理部１７は、圧縮データ出力部１９に接続され、時間軸上で最初に処理するピーク心電信号ｘ（ｎ）の直交変換係数Ｘ（ｋ）、すなわち、直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）を圧縮データ出力部１９に出力する。なお、この直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）は、生体情報復号装置２０において、差分信号ｄＸ（ｋ）から直交変換係数Ｘ（ｋ）を復号する際に用いられる。
　符号化部１８は、差分処理部１７から入力される直交変換係数Ｘ（ｋ）の差分信号ｄＸ（ｋ）に対して、例えばエントロピー符号化処理等の所定の符号化処理を施し、差分信号ｄＸ（ｋ）を符号化する。また、符号化部１８は、圧縮データ出力部１９に接続され、符号化された信号、すなわち、圧縮された心電信号Ｓｃを圧縮データ出力部１９に出力する。
　圧縮データ出力部１９は、符号化部１８から入力される圧縮された心電信号Ｓｃ、リサンプリング部１５から入力されるリサンプリング比Ｒｎ、及び、差分処理部１７から入力される直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）に対して、所定の変調を施して送信信号を生成する。そして、圧縮データ出力部１９は、生成された送信信号を生体情報復号装置２０に送信する。なお、この際、圧縮データ出力部１９は、Ｒ－Ｒ期間毎に、対応する送信信号を生体情報復号装置２０に送信してもよいし、符号化部１８から入力された圧縮された心電信号Ｓｃのデータを、所定期間、蓄積した後、それらのデータをまとめて生体情報復号装置２０に送信してもよい。
　制御部１２は、生体情報処理装置１０の動作全体を制御する例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置で構成される。そして、本実施形態では、制御部１２は、上述した圧縮モジュール部１１内の各部の動作、すなわち、心電情報の圧縮処理の動作を制御する。
（２）変形例
　圧縮データ出力部１９から生体情報復号装置２０に送信信号を伝送する際、伝送路の情報伝送量が予め規定されており、圧縮データ出力部１９から出力する送信信号の情報量がその情報伝送量を超えるような場合には、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）の直交変換係数Ｘ（ｋ）に対して、さらに量子化処理を施すことが好ましい。
　図７にその一例（変形例）を示す。なお、図７は、変形例の生体情報処理装置３０の概略構成ブロック図である。また、図７に示す生体情報処理装置３０において、図６に示す上記実施形態（基本構成例）の生体情報処理装置１０と同じ構成には、同じ符号を付して示す。
　図７と図６との比較から明らかなように、この例の生体情報処理装置３０の構成は、上記実施形態の生体情報処理装置１０において、直交変換部１６と、差分処理部１７との間に量子化部３２を設けた構成である。この例において、圧縮モジュール部３１内の量子化部３２以外の構成は、上記実施形態の生体情報処理装置１０の対応する構成と同様である。
　量子化部３２は、直交変換部１６から入力される直交変換係数Ｘ（ｋ）を、量子化（四捨五入）して、所定の量子化ステップサイズで規定される離散的な整数値に変換する。すなわち、量子化部３２は、直交変換部１６から入力される直交変換係数Ｘ（ｋ）をさらに離散化し、そのデータ量を低減する。
　上述のように、この例の構成では、量子化部３２により、送信信号のデータ量をさらに低減することができるので、情報伝送量が予め規定されているシステムにおいても、容易に心電情報を圧縮データ出力部１９から生体情報復号装置２０に送信することができる。
　なお、図７に示す例では、直交変換係数Ｘ（ｋ）に対して量子化処理を施す例を説明したが、本発明はこれに限定されず、直交変換係数Ｘ（ｋ）の差分信号ｄＸ（ｋ）に対して、量子化処理を施してもよい。この場合には、量子化部３２は、差分処理部１７と符号化部１８との間に設けられる。また、差分処理部１７において例えばＡＤＰＣＭ等の手法を用いて差分信号ｄＸ（ｋ）を算出する場合には、差分処理部１７内で、実質、量子化処理が行われるので量子化部３２を設けなくてもよい。
　上記実施形態及び上記変形例では、圧縮モジュール部内の各部をハードウェアで構成して、上述した心電情報の圧縮処理を実現してもよいが、所定の圧縮処理プログラム（ソフトウェア）を用いて上述した心電情報の圧縮処理を実行してもよい。この場合には、生体情報処理装置内の図示しない例えばＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部に、圧縮処理プログラムを格納する。そして、圧縮処理実行時には、制御部１２が図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）に圧縮処理プログラムを読み出して（展開して）上述した心電情報の圧縮処理を実施する。
　また、圧縮処理プログラムを用いる場合には、圧縮処理プログラムを予め記憶部に実装した構成にしてもよいし、外部から別途、生体情報処理装置に圧縮処理プログラムを実装して上記圧縮処理を実行する構成にしてもよい。後者の場合、圧縮処理プログラムを、光ディスクや半導体メモリなどの媒体から配布する構成にしてもよいし、インターネットなどの伝送手段を介してダウンロードする構成にしてもよい。
［生体情報復号装置］
　次に、生体情報復号装置２０の内部構成及び各部の機能を、図８を参照しながら説明する。なお、図８は、生体情報復号装置２０の内部ブロック構成図である。また、図８には、説明を簡略化するため、主に、心電情報の伸張及び復号処理に関与する構成のみを示す。
　生体情報復号装置２０は、復号モジュール部２１と、制御部２２とを備える。なお、生体情報復号装置２０は、生体情報処理装置１０から送信される、圧縮された心電信号Ｓｃ、リサンプリング比Ｒｎ、及び、直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）等のデータを記憶する記憶部を備えていてもよい。
　復号モジュール部２１は、圧縮データ入力部２３（受信部）と、復号化部２４と、差分復号部２５と、逆直交変換部２６と、リサンプリング部２７とを備える。
　圧縮データ入力部２３は、生体情報処理装置１０（圧縮データ出力部１９）から送信される、圧縮された心電信号Ｓｃ、リサンプリング比Ｒｎ、及び、直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期Ｘ０（ｋ）のデータを受信し、その受信信号を復調する。
　圧縮データ入力部２３は、復号化部２４に接続され、復調された心電信号Ｓの圧縮データ（Ｓｃ）を復号化部２４に出力する。また、圧縮データ入力部２３は、リサンプリング部２７に接続され、復調されたリサンプリング比Ｒｎのデータをリサンプリング部２７に出力する。さらに、圧縮データ入力部２３は、差分復号部２５に接続され、復調された直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）を差分復号部２５に出力する。
　復号化部２４は、圧縮データ入力部２３から入力される、圧縮された心電信号Ｓｃに対して所定の復号化処理を施し、直交変換係数Ｘ（ｋ）（ｋ＝０～Ｎ－１）の時間軸上の差分信号ｄＸ（ｋ）を復号する。なお、この際、復号化部２４は、心電信号Ｓの圧縮時に用いた符号化手法に対応する復号化手法を用いて、差分信号ｄＸ（ｋ）を復号する。また、復号化部２４は、差分復号部２５に接続され、復号された差分信号ｄＸ（ｋ）を差分復号部２５に出力する。
　差分復号部２５は、復号化部２４から入力される差分信号ｄＸ（ｋ）の時系列データ、及び、圧縮データ入力部２３から入力される直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）に基づいて、直交変換係数Ｘ（ｋ）を算出する。なお、この際、差分復号部２５は、心電信号Ｓの圧縮時に用いた差分信号ｄＸ（ｋ）の算出手法に対応する復号手法を用いて、直交変換係数Ｘ（ｋ）を復号する。また、差分復号部２５は、逆直交変換部２６に接続され、算出された直交変換係数Ｘ（ｋ）を逆直交変換部２６に出力する。
　逆直交変換部２６は、差分復号部２５から入力される直交変換係数Ｘ（ｋ）に対して所定の逆直交変換処理を施し、直交変換係数Ｘ（ｋ）（周波数領域の信号）を、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）（時間領域の信号）に変換する。なお、この際、逆直交変換部２６は、心電信号Ｓの圧縮時に用いた直交変換手法に対応する逆直交変換手法を用いて、ピーク間心電信号ｘ（ｎ）を算出する。また、逆直交変換部２６は、リサンプリング部２７に接続され、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）をリサンプリング部２７に出力する。
　リサンプリング部２７は、逆直交変換部２６から入力される正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）と、圧縮データ入力部２３から入力される、該ピーク間心電信号ｘ（ｎ）に対応するＲ－Ｒ期間のリサンプリング比Ｒｎ（＝Ｎ０／Ｎ）とに基づいて、該ピーク間心電信号ｘ（ｎ）を、サンプル数Ｎ０でリサンプリングし、対応するピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）（実データ）を復号する。また、リサンプリング部２７は、出力装置５に接続され、復号されたピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）を、順次、出力装置５に出力する。これにより、復号された心電信号Ｓが、生体情報復号装置２０から出力装置５に出力される。
　なお、上記実施形態では、復号モジュール部２１内の各部をハードウェアで構成して、上述した心電情報の復号処理を実現してもよいが、所定の復号処理プログラム（ソフトウェア）を用いて上述した心電情報の復号処理を実行してもよい。この場合には、生体情報復号装置２０内の図示しない例えばＲＯＭ等の記憶部に、復号処理プログラムを格納する。そして、復号処理実行時には、制御部２２が図示しないＲＡＭに復号処理プログラムを読み出して（展開して）上述した心電情報の復号処理を実施する。
　また、復号処理プログラムを用いる場合には、復号処理プログラムを予め記憶部に実装した構成にしてもよいし、外部から別途、生体情報復号装置２０に復号処理プログラムを実装して上記復号処理を実行する構成にしてもよい。後者の場合、復号処理プログラムを、光ディスクや半導体メモリなどの媒体から配布する構成にしてもよいし、インターネットなどの伝送手段を介してダウンロードする構成にしてもよい。
＜３．生体情報処理システムの動作例＞
［圧縮動作］
　次に、本実施形態の生体情報処理システム１（生体情報処理装置１０）における、心電情報の圧縮処理動作を、図９を参照しながら、簡単に説明する。なお、図９は、生体情報処理装置１０で行う心電情報の圧縮処理動作の手順を示すフローチャートである。
　なお、本実施形態において、生体情報処理装置１０内の圧縮モジュール部１１をハードウェアで構成した場合には、制御部１２が圧縮モジュール部１１内の各部を制御して、以下に説明する心電情報の圧縮動作を実行する。また、以下に説明する心電情報の圧縮動作を、圧縮処理プログラムを用いて実行する場合には、制御部１２がＲＡＭ（不図示）に圧縮処理プログラムを読み出して圧縮動作を実行する。
　心電情報の圧縮動作では、まず、図９に示すように、生体情報処理装置１０は、心電センサ４から心電信号Ｓを取得する（ステップＳ１）。次いで、生体情報処理装置１０は、取得された心電信号ＳのＲ波のピークＰを検出する（ステップＳ２）。次いで、生体情報処理装置１０は、ステップＳ２における心電信号ＳのＲ波のピークＰの検出結果に基づいて、心電信号Ｓからピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）を切り出す（ステップＳ３）。
　次いで、生体情報処理装置１０は、例えばラグランジュ法、スプライン法等の手法を用いて、切り出されたピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）を、所定のサンプル数Ｎでリサンプリングする（ステップＳ４）。このリサンプリング処理により、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）が生成され、心電信号Ｓの実データに発生するＲ波のピーク位置の揺らぎ（Ｒ－Ｒ期間の揺らぎ）を取り除くことができる。
　次いで、生体情報処理装置１０は、例えば、ＤＣＴ、ＭＤＣＴ等の手法を用いて、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）を、そのサンプル数Ｎと同じ数の周波数帯域に分割して直交変換する（ステップＳ５）。本実施形態では、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）において、心電信号Ｓの実データに発生するＲ波のピーク位置の揺らぎ（Ｒ－Ｒ期間の揺らぎ）が取り除かれているので、ステップＳ５で生成された直交変換係数Ｘ（ｋ）の値は、図４で説明したように、時間に対して連続的にかつ緩やかに変動する。
　次いで、生体情報処理装置１０は、直交変換係数Ｘ（ｋ）の時間軸上の差分信号ｄＸ（ｋ）を生成する（ステップＳ６）。この差分処理により、より一層高い圧縮率で容易に圧縮可能なデータ形態の差分信号ｄＸ（ｋ）の時系列データが生成される。次いで、生体情報処理装置１０は、例えばエントロピー符号化手法等の従来既知の符号化手法を用いて、差分信号ｄＸ（ｋ）を符号化する（ステップＳ７）。
　本実施形態では、このようにして、心電情報（心電信号Ｓ）を圧縮する。そして、生体情報処理装置１０は、上述のようにして生成された心電信号Ｓの圧縮データ（Ｓｃ）、Ｒ－Ｒ期間毎のピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）のリサンプリング比Ｒｎ、及び、直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）を生体情報復号装置２０に送信する。
　なお、図７に示すような量子化部３２を備える生体情報処理装置３０（変形例）では、上記ステップＳ５と上記ステップＳ６との間、又は、上記ステップＳ６と上記ステップＳ７との間で量子化処理を行う。具体的は、生体情報処理装置３０は、ステップＳ５で生成された直交変換係数Ｘ（ｋ）、又は、ステップＳ６で生成された差分信号ｄＸ（ｋ）に対して、量子化処理を施す。
［伸張及び復号動作］
　次に、本実施形態の生体情報処理システム１（生体情報復号装置２０）における、心電情報の伸張及び復号処理動作を、図１０を参照しながら、簡単に説明する。なお、図１０は、生体情報復号装置２０で行う心電情報の伸張及び復号処理動作の手順を示すフローチャートである。
　なお、本実施形態において、生体情報復号装置２０内の復号モジュール部２１をハードウェアで構成した場合には、制御部２２が復号モジュール部２１内の各部を制御して、以下に説明する心電情報の伸張及び復号動作を実行する。また、以下に説明する心電情報の伸張及び復号動作を、復号処理プログラムを用いて実行する場合には、制御部２２がＲＡＭ（不図示）に復号処理プログラムを読み出して伸張及び復号動作を実行する。
　心電情報の伸張及び復号動作では、まず、図１０に示すように、生体情報復号装置２０は、生体情報処理装置１０から送信された送信信号を受信し、その受信信号を復調する。これにより、生体情報復号装置２０は、心電信号Ｓの圧縮データ（Ｓｃ）、Ｒ－Ｒ期間毎のピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）のリサンプリング比Ｒｎ、及び、直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）を取得する（ステップＳ１１）。
　次いで、生体情報復号装置２０は、心電信号Ｓの圧縮データ（Ｓｃ）に対して所定の復号化処理を施し、直交変換係数Ｘ（ｋ）の差分信号ｄＸ（ｋ）を生成する（ステップＳ１２）。なお、この際、心電信号Ｓの圧縮時に用いた符号化手法に対応する復号化手法を用いて、心電信号Ｓの圧縮データ（Ｓｃ）を復号する。例えば、心電信号Ｓの圧縮時にエントロピー符号化手法を用いた場合には、生体情報復号装置２０は、エントロピー復号化手法を用いて圧縮データを復号する。
　次いで、生体情報復号装置２０は、ステップＳ１２で生成された差分信号ｄＸ（ｋ）の時系列データ、及び、ステップＳ１１で取得された直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）に基づいて、所定の差分復号処理を施し、直交変換係数Ｘ（ｋ）を算出する（ステップＳ１３）。なお、この際、生体情報復号装置２０は、心電信号Ｓの圧縮時に用いた差分手法に対応する差分復号手法を用いて、直交変換係数Ｘ（ｋ）を算出する。例えば、心電信号Ｓの圧縮時にＡＤＰＣＭにより差分信号ｄＸ（ｋ）を生成した場合には、生体情報復号装置２０は、ＡＤＰＣＭにより直交変換係数Ｘ（ｋ）を復号する。
　次いで、生体情報復号装置２０は、直交変換係数Ｘ（ｋ）に対して所定の逆直交変換処理を施し、直交変換係数Ｘ（ｋ）（周波数領域の信号）を、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）（時間領域の信号）に変換する（ステップＳ１４）。なお、この際、生体情報復号装置２０は、心電信号Ｓの圧縮時に用いた直交変換手法に対応する逆直交変換手法を用いて、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）を算出する。例えば、心電信号Ｓの圧縮時にＭＤＣＴにより直交変換係数Ｘ（ｋ）を生成した場合には、生体情報復号装置２０は、ＩＭＤＣＴにより直交変換係数Ｘ（ｋ）をピーク間心電信号ｘ（ｎ）に変換する。
　そして、生体情報復号装置２０は、ステップＳ１１で取得されたピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）のリサンプリング比Ｒｎに基づいて、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）を、実データのサンプル数Ｎ０でリサンプリングする（ステップＳ１５）。これにより、ピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）（実データ）が復号される。
　その後、ピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）は時系列順に合成され、心電信号Ｓが復号される。本実施形態では、このようにして、心電情報（心電信号Ｓ）を復号する。
　上述のように、本実施形態では、ピーク間心電信号の実データ（ｄＳ（ｎ０））を正規化して、心電信号Ｓの実データに発生するＲ波のピーク位置の揺らぎ（Ｒ－Ｒ期間の揺らぎ）を取り除く。そして、さらに、正規化されたピーク間心電信号ｘ（ｎ）の直交変換係数Ｘ（ｋ）の差分信号（ｄ）に対して、符号化処理を施し、心電信号Ｓを圧縮する。それゆえ、本実施形態の生体情報処理装置１０及び生体情報処理システム１では、より一層高い圧縮率で生体情報を圧縮することができる。
　なお、上記実施形態では、生体情報処理装置１０と生体情報復号装置２０との間で、心電信号Ｓの圧縮データ（Ｓｃ）を通信により伝送するシステムを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。
　例えば、生体情報処理装置１０と生体情報復号装置２０とが一体的に設けられ、心電信号Ｓの圧縮データ（Ｓｃ）を変調せずに、圧縮データ（Ｓｃ）を直接、生体情報処理装置１０から生体情報復号装置２０に伝送するような構成の生体情報処理システムにも本発明は適用可能であり、同様の効果が得られる。この場合には、生体情報処理装置１０の圧縮データ出力部１９及び生体情報復号装置２０の圧縮データ入力部２３を例えば、Ｉ／Ｏ（Input/Output）インターフェースで構成し、両者を電気的に直接接続すればよい。
　また、例えば、生体情報処理装置１０において、圧縮データ出力部１９の代わりに記憶部を設け、圧縮された心電信号Ｓｃ、ピーク間心電信号ｄＳ（ｎ０）のリサンプリング比Ｒｎ、及び、直交変換係数Ｘ（ｋ）の初期値Ｘ０（ｋ）のデータを、外部に伝送せず、該記憶部に蓄積する構成にしてもよい。
　１…生体情報処理システム、２…送信側装置、３…受信側装置、４…心電センサ、５…出力装置、１０…生体情報処理装置、１１…圧縮モジュール部、１２…制御部、１３…ピーク検出部、１４…波形切り出し部、１５…リサンプリング部、１６…直交変換部、１７…差分処理部、１８…符号化部、１９…圧縮データ出力部、２０…生体情報復号装置、２１…復号モジュール部、２２…制御部、２３…圧縮データ入力部、２４…復号化部、２５…差分復号部、２６…逆直交変換部、２７…リサンプリング部

Claims (15)

  1. 　心拍周期で発生する生体信号のピークを検出するピーク検出部と、
    　前記ピーク検出部の検出結果に基づいて、前記生体信号の時間軸上で隣り合う２つの前記ピークの間の第１ピーク間生体信号を切り出す波形切り出し部と、
    　前記第１ピーク間生体信号を所定のサンプル数の第２ピーク間生体信号に変換するリサンプリング部と、
    　前記第２ピーク間生体信号を直交変換して直交変換係数を生成する直交変換部と、
    　時間軸上における前記直交変換係数の差分信号を生成する差分処理部と、
    　前記差分信号を符号化する符号化部と
    　を備える生体情報処理装置。
  2. 　さらに、前記符号化部で符号化された信号を外部装置に送信する送信部を備える
    　請求項１に記載の生体情報処理装置。
  3. 　さらに、前記直交変換係数又は前記差分信号を量子化する量子化部を備える
    　請求項１又は２に記載の生体情報処理装置。
  4. 　前記生体信号のピークが、心電信号のＲ波のピークである
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の生体情報処理装置。
  5. 　前記波形切り出し部により切り出される前記第１ピーク間生体信号のサンプル数は、切り出される時間帯に応じて変化する
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の生体情報処理装置。
  6. 　前記リサンプリング部は、ラグランジュ法又はスプライン法により、前記第１ピーク間生体信号を前記所定のサンプル数の前記第２ピーク間生体信号に変換する
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の生体情報処理装置。
  7. 　前記リサンプリング部は、前記第１ピーク間生体信号のリサンプリング比を算出する
    　請求項１～６のいずれか一項に記載の生体情報処理装置。
  8. 　前記直交変換部は、ＤＣＴ、ＭＤＣＴ、ＬＯＴ及びＷＨＴのいずれかの手法を用いて前記第２ピーク間生体信号を所定数の周波数帯域に分割して直交変換し、これにより、前記直交変換係数を生成する
    　請求項１～７のいずれか一項に記載の生体情報処理装置。
  9. 　前記差分処理部は、所定時刻における前記直交変換係数と、時間軸上において該所定時刻より１サンプル前の時刻又は該所定時刻より１サンプル後の時刻における前記直交変換係数との差分値を前記差分信号として生成する
    　請求項１～８のいずれか一項に記載の生体情報処理装置。
  10. 　前記差分処理部は、所定時刻における前記直交変換係数と、時間軸上において該所定時刻より１サンプル前の時刻又は該所定時刻より１サンプル後の時刻における前記直交変換係数との差分値を算出し、該差分値をＤＰＣＭ又はＡＤＰＣＭの手法により符号化し、該符号化された信号を前記差分信号として生成する
    　請求項１～８のいずれか一項に記載の生体情報処理装置。
  11. 　心拍周期で発生する生体信号のピークを検出する処理、前記ピークの検出結果に基づいて、前記生体信号の時間軸上で隣り合う２つの前記ピークの間の第１ピーク間生体信号を切り出す処理、前記第１ピーク間生体信号を所定のサンプル数の第２ピーク間生体信号に変換する処理、前記第２ピーク間生体信号を直交変換して直交変換係数を生成する処理、時間軸上における前記直交変換係数の差分信号を生成する処理、及び、前記差分信号を符号化する処理の動作を制御する制御部を備える生体情報処理装置。
  12. 　心拍周期で発生する生体信号のピークを検出するピーク検出部、前記ピーク検出部の検出結果に基づいて、前記生体信号の時間軸上で隣り合う２つの前記ピークの間の第１ピーク間生体信号を切り出す波形切り出し部、前記第１ピーク間生体信号を所定のサンプル数の第２ピーク間生体信号に変換するリサンプリング部、前記第２ピーク間生体信号を直交変換して直交変換係数を生成する直交変換部、時間軸上における前記直交変換係数の差分信号を生成する差分処理部、及び、前記差分信号を符号化する符号化部を有する生体情報処理装置と、
    　前記符号化部で符号化された信号から前記生体信号を復号する生体情報復号装置と
    　を備える生体情報処理システム。
  13. 　前記生体情報処理装置が、前記符号化部で符号化された信号を前記生体情報復号装置に送信する送信部を有し、
    　前記生体情報復号装置が、前記生体情報処理装置から送信された前記符号化された信号を受信する受信部を有する
    　請求項１２に記載の生体情報処理システム。
  14. 　心拍周期で発生する生体信号のピークを検出することと、
    　前記ピークの検出結果に基づいて、前記生体信号の時間軸上で隣り合う２つの前記ピークの間の第１ピーク間生体信号を切り出すことと、
    　前記第１ピーク間生体信号を所定のサンプル数の第２ピーク間生体信号に変換することと、
    　前記第２ピーク間生体信号を直交変換して直交変換係数を生成することと、
    　時間軸上における前記直交変換係数の差分信号を生成することと、
    　前記差分信号を符号化することと
    　を含む生体情報の圧縮方法。
  15. 　心拍周期で発生する生体信号のピークを検出する処理と、
    　前記ピークの検出結果に基づいて、前記生体信号の時間軸上で隣り合う２つの前記ピークの間の第１ピーク間生体信号を切り出す処理と、
    　前記第１ピーク間生体信号を所定のサンプル数の第２ピーク間生体信号に変換する処理と、
    　前記第２ピーク間生体信号を直交変換して直交変換係数を生成する処理と、
    　時間軸上における前記直交変換係数の差分信号を生成する処理と、
    　前記差分信号を符号化する処理とを生体情報処理装置に実装して実行させる生体情報の圧縮処理プログラム。
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