JP5809864B2 - Biological light measurement device, waveform analysis method - Google Patents
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Description
本発明は、近赤外光によって生体内部の血液量を非侵襲的に計測する生体光計測装置等に関するものである。 The present invention relates to a living body light measuring device and the like that noninvasively measures the blood volume inside a living body with near infrared light.
生体光計測装置とは、近赤外光が生体を通過する際にヘモグロビンに吸収されることを利用し、生体内部の血液循環、血行動態及びヘモグロビン変化等を計測する装置である。生体光計測装置では、被検者をほとんど拘束することなく、かつ、被検者に害を与えずに、生体内部の血液量を計測することができる。生体光計測装置を用いると、例えば、頭部の表面から2〜3cmの範囲の脳血液量変化を測定でき、脳賦活を簡便に捉えることができる。このような生体光計測装置による脳機能の測定手法は、光脳機能イメージング、fNIRS(functional near-infrared spectroscopy:機能的近赤外線スペクトロスコピィ)、光トポグラフィ(登録商標)等と呼ばれる。 The biological light measurement device is a device that measures the blood circulation, hemodynamics, hemoglobin change, and the like inside the living body by utilizing the absorption of near infrared light by hemoglobin when passing through the living body. In the biological light measurement device, the blood volume inside the living body can be measured with almost no restraint on the subject and no harm to the subject. When the biological light measurement device is used, for example, a change in cerebral blood volume in the range of 2 to 3 cm from the surface of the head can be measured, and brain activation can be easily grasped. Such a brain function measurement method using a biological optical measurement device is called optical brain functional imaging, fNIRS (functional near-infrared spectroscopy), optical topography (registered trademark), or the like.
生体光計測装置の医療分野における利用例としては、例えば、先進医療「光トポグラフィー検査を用いたうつ症状の鑑別診断補助」が挙げられる(非特許文献1参照)。この検査内容の概要は、(1)被検者が、生体光計測装置のプローブを装着した状態で、指定の頭文字から始まる日本語の単語をできる限り多く発話する検査課題(「言語流暢性課題」)を60秒間行う、(2)被検者が検査課題を行っている間、生体光計測装置が、被検者の前頭葉や側頭葉における脳活動状態の変化を波形として測定し、リアルタイムに画像化する、(3)更に、生体光計測装置又は医師が、データを解析し、検査課題に対する脳(特に、大脳皮質)の活性化状態がいずれの精神疾患のパターンに合致するかを判定することにより、臨床診断を補助して正確な鑑別診断を行う、というものである。 As an application example of the biological optical measurement device in the medical field, for example, advanced medical treatment “assistant diagnosis of depressive symptoms using optical topography examination” can be cited (see Non-Patent Document 1). The outline of this test is as follows: (1) A test task in which a subject speaks as many Japanese words as possible starting with a specified initial letter while wearing a probe of a biological light measurement device (“language fluency” (2) While the subject is performing the examination task, the biological light measurement device measures the change in the brain activity state in the frontal lobe and temporal lobe of the subject as a waveform, (3) Furthermore, the biological light measuring device or the doctor analyzes the data and determines which pattern of mental disease the activation state of the brain (especially the cerebral cortex) for the examination subject matches. By determining, an accurate differential diagnosis is performed by assisting clinical diagnosis.
また、生体光計測装置の医療分野における他の利用例としては、脳虚血診断等が挙げられる(非特許文献2参照)。非特許文献2では、酸素吸入課題に伴う酸素化ヘモグロビン(oxy-hemoglobin)濃度の変化を計測し、測定データに対して主成分分析を行うことが記載されている。そして、非特許文献2では、第1主成分の重み値(存在頻度)を用いて作成されたトポグラフィ画像(以下、「重み値トポグラフィ画像」と表記する。)の左右均一度が、治療前後で異なることが報告されている。非特許文献2の報告を詳細に見ると、重み値トポグラフィ画像の治療改善領域が一部であること、非治療側のヘモグロビン変化と重み値トポグラフィ画像も治療前後で変化していることが分かる。このように、ヘモグロビン変化やトポグラフィ画像を詳細に解析することによって、より多くの臨床所見が得られることが期待できる。また、第2主成分以降のヘモグロビン変化や重み値トポグラフィ画像も考慮することによって、脳機能領域ごとの特徴が得られることも期待できる。 Another example of the use of the biological optical measurement device in the medical field includes cerebral ischemia diagnosis (see Non-Patent Document 2). Non-Patent Document 2 describes that a change in oxygenated hemoglobin concentration associated with an oxygen inhalation task is measured and principal component analysis is performed on the measurement data. In Non-Patent Document 2, the left-right uniformity of the topography image (hereinafter, referred to as “weight value topography image”) created using the weight value (presence frequency) of the first principal component is measured before and after treatment. It is reported that it is different. When the report of Non-Patent Document 2 is viewed in detail, it can be seen that the treatment improvement region of the weight value topography image is a part, and that the hemoglobin change and the weight value topography image on the non-treatment side also change before and after the treatment. Thus, it can be expected that more clinical findings can be obtained by analyzing hemoglobin changes and topographic images in detail. It can also be expected that features for each brain functional region can be obtained by taking into account hemoglobin changes and weight value topography images after the second principal component.
しかしながら、現状では、生体光計測装置の医療分野における利用例の報告が十分とは言えず、前述したように詳細に解析を行った報告は見られない。従って、生体光計測装置によって計測された酸素化ヘモグロビン(oxy-hemoglobin)、脱酸素化ヘモグロビン(deoxy-hemoglobin)、これらの和である総ヘモグロビン(total-hemoglobin)等(以下、これらを総称するときは、単に「ヘモグロビン」と表記する。)の波形を詳細かつ効率的に確認する手法も、十分に考案されていない。 However, at present, it cannot be said that there are sufficient reports on examples of use of the biological optical measurement device in the medical field, and no reports have been analyzed in detail as described above. Therefore, oxygenated hemoglobin (oxy-hemoglobin), deoxy-hemoglobin, and total hemoglobin (total-hemoglobin), which is the sum of these, measured by a living body light measurement device (hereinafter collectively referred to as “total”) Is simply written as “hemoglobin”), and a method for confirming the waveform in detail and efficiently has not been devised sufficiently.
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、ヘモグロビン波形を詳細かつ効率的に確認できる生体光計測装置等を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a biological light measurement device and the like that can confirm a hemoglobin waveform in detail and efficiently.
前述した目的を達成するために第1の発明は、近赤外光を被検者に照射する照射プローブ、及び前記被検者の内部を通過した前記近赤外光を検出する検出プローブが配置され、前記被検者に装着される装着部と、前記照射プローブと前記検出プローブの間の部位である計測チャネルごとにヘモグロビン波形を計測し、計測結果を表示する装置本体部と、から構成される生体光計測装置であって、計測された一部又は全部の前記ヘモグロビン波形の類似性に基づいて複数のクラスタに分類する分類手段と、前記クラスタを代表する波形であるクラスタ波形を生成する生成手段と、前記クラスタ波形とともに、前記計測チャネルと前記クラスタとの対応付けを示す情報であるクラスタ分布を表示する表示手段と、計測結果を識別する情報である識別情報ごとに前記クラスタ波形及び前記クラスタ分布を記憶する記憶手段と、を備え、前記表示手段は、異なる複数の前記識別情報について前記クラスタ波形及び前記クラスタ分布を表示する、並びに/或いは、異なる2つの前記識別情報における前記クラスタ分布の差分を表示することを特徴とする生体光計測装置である。 In order to achieve the above-described object, the first invention is provided with an irradiation probe for irradiating a subject with near-infrared light, and a detection probe for detecting the near-infrared light that has passed through the inside of the subject. And an apparatus main body that measures a hemoglobin waveform for each measurement channel that is a part between the irradiation probe and the detection probe and displays a measurement result. A biological light measurement device for classifying a plurality of clusters based on similarity of some or all of the measured hemoglobin waveforms, and generating a cluster waveform that is a waveform representative of the clusters means, together with the cluster waveform is information for identifying a display unit, the measurement result to display the correspondence cluster distribution information indicating a between the measuring channel and the cluster identification And a storage means for storing the cluster waveform and the cluster distributions for each information, the display means displays the cluster waveform and said cluster distributions for plurality of different identification information, and / or two different wherein a biological light measuring device which is characterized that you show the differences of the cluster distribution in the identification information.
第2の発明は、近赤外光を被検者に照射する照射プローブ、及び前記被検者の内部を通過した前記近赤外光を検出する検出プローブが配置され、前記被検者に装着される装着部と、前記照射プローブと前記検出プローブの間の部位である計測チャネルごとにヘモグロビン波形を計測し、計測結果を表示する装置本体部と、から構成される生体光計測装置が実行する波形解析方法であって、計測された一部又は全部の前記ヘモグロビン波形の類似性に基づいて複数のクラスタに分類する分類ステップと、前記クラスタを代表する波形であるクラスタ波形を生成する生成ステップと、前記クラスタ波形とともに、前記計測チャネルと前記クラスタとの対応付けを示す情報であるクラスタ分布を表示する表示ステップと、計測結果を識別する情報である識別情報ごとに前記クラスタ波形及び前記クラスタ分布を記憶する記憶ステップと、を含み、前記表示ステップは、異なる複数の前記識別情報について前記クラスタ波形及び前記クラスタ分布を表示する、並びに/或いは、異なる2つの前記識別情報における前記クラスタ分布の差分を表示する
ことを特徴とする波形解析方法である。
According to a second aspect of the present invention, an irradiation probe that irradiates a subject with near-infrared light and a detection probe that detects the near-infrared light that has passed through the subject are arranged and attached to the subject. A living body optical measurement device configured to include a mounted portion and a device main body portion that measures a hemoglobin waveform for each measurement channel that is a portion between the irradiation probe and the detection probe and displays a measurement result. A waveform analysis method, a classification step for classifying into a plurality of clusters based on the similarity of some or all of the measured hemoglobin waveforms, and a generation step for generating a cluster waveform that is a waveform representative of the clusters; , together with the cluster waveform, and a display step of displaying the correspondence cluster distribution information indicating a between the measuring channel and the cluster, the information identifying the measurement result Comprising: a storage step of storing the cluster waveform and the cluster distributions for each that identification information, and said display step displays the cluster waveform and said cluster distributions for plurality of different identification information, and / or different Displays the difference of the cluster distribution in the two pieces of identification information
That it is a waveform analysis method characterized.
本発明により、ヘモグロビン波形を詳細かつ効率的に確認できる生体光計測装置等を提供することができる。特に、本発明に係る生体光計測装置等によれば、ヘモグロビン波形の類似性に基づいてヘモグロビン波形を分類するので、主成分分析等のようにヘモグロビン波形の特徴成分を分離しないことから、分類された波形群の分布を示す画像によって、脳機能領域での特徴を明瞭に確認することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a living body light measurement device or the like that can confirm a hemoglobin waveform in detail and efficiently. In particular, according to the biological light measurement device and the like according to the present invention, since the hemoglobin waveform is classified based on the similarity of the hemoglobin waveform, the characteristic component of the hemoglobin waveform is not separated as in the principal component analysis, etc. The feature in the brain function area can be clearly confirmed by the image showing the distribution of the waveform group.
本発明の適用範囲は、診断目的(鑑別診断等)や検査内容(検査課題等)等によって限定されるものではない。本発明は、生体光計測装置によって取得される計測データ(ヘモグロビン波形)であれば適用することができる。以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。 The scope of application of the present invention is not limited by the purpose of diagnosis (differential diagnosis or the like) or the content of inspection (examination subject or the like). The present invention can be applied to any measurement data (hemoglobin waveform) acquired by a biological light measurement device. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
最初に、図1及び図2を参照しながら、生体光計測装置1のハードウエア構成について説明する。尚、図1及び図2に示す生体光計測装置1のハードウエア構成は一例である。本発明は、生体光計測装置1のハードウエア構成によって限定されるものではない。 First, the hardware configuration of the biological light measurement device 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Note that the hardware configuration of the biological light measurement device 1 shown in FIGS. 1 and 2 is an example. The present invention is not limited by the hardware configuration of the biological light measurement device 1.
図1に示すように、生体光計測装置1は、装置本体部2及び装着部3によって構成されている。装置本体部2と装着部3は、送信用光ファイバ4及び受信用光ファイバ5によって接続されている。生体光計測装置1による計測の間、装着部3は被検者19の頭部に装着される。 As shown in FIG. 1, the biological light measurement device 1 includes a device main body 2 and a mounting portion 3. The apparatus main body 2 and the mounting portion 3 are connected by a transmission optical fiber 4 and a reception optical fiber 5. During the measurement by the biological light measurement device 1, the mounting unit 3 is mounted on the head of the subject 19.
図2に示すように、装着部3には、近赤外光(可視から赤外の波長領域の光)を被検者19に照射する照射プローブ21、及び被検者19の内部を通過した近赤外光を検出する検出プローブ22が、それぞれ複数個配置されている。大脳皮質の情報を頭皮の上から検出する為には、頭皮上での照射位置と検出位置との間隔が30mm程度離れていることが必要である。その為、照射プローブ21及び検出プローブ22は、30mm間隔で交互に正方格子状に配置される。生体中での光伝播特性から、照射位置と検出位置の各中点では大脳皮質が感度良く計測できるため、隣接した照射プローブ21及び検出プローブ22の間の部位を計測チャネル23とする。 As shown in FIG. 2, the mounting portion 3 has passed through an irradiation probe 21 that irradiates the subject 19 with near-infrared light (light in the visible to infrared wavelength region) and the inside of the subject 19. A plurality of detection probes 22 for detecting near-infrared light are arranged. In order to detect information on the cerebral cortex from the top of the scalp, it is necessary that the distance between the irradiation position on the scalp and the detection position is about 30 mm apart. Therefore, the irradiation probes 21 and the detection probes 22 are alternately arranged in a square lattice pattern at intervals of 30 mm. Since the cerebral cortex can be measured with high sensitivity at each midpoint between the irradiation position and the detection position from the light propagation characteristics in the living body, the region between the adjacent irradiation probe 21 and detection probe 22 is set as the measurement channel 23.
図2では、被検者19が装着部3を装着している様子を模式的に示している。被検者19は、右側頭部の一部、前頭上部及び左側頭部の一部を覆うように、装着部3を装着している。 FIG. 2 schematically shows a state in which the subject 19 is wearing the mounting portion 3. The subject 19 wears the wearing part 3 so as to cover a part of the right head, a part of the upper front, and a part of the left head.
図2に示す装着部3の拡大模式図では、内部が「×」の円が照射プローブ21、内部が「●」の円が検出プローブ22を示している。そして、照射プローブ21及び検出プローブ22の間の小さい点が、計測チャネル23を示している。図2に示す例では、装着部3は52個の計測チャネル23(CH1〜CH52)を有している。尚、本発明は計測チャネル23の個数に限定されない。 In the enlarged schematic view of the mounting portion 3 shown in FIG. 2, the circle with “x” inside indicates the irradiation probe 21, and the circle with “●” inside indicates the detection probe 22. A small point between the irradiation probe 21 and the detection probe 22 indicates the measurement channel 23. In the example illustrated in FIG. 2, the mounting unit 3 includes 52 measurement channels 23 (CH1 to CH52). Note that the present invention is not limited to the number of measurement channels 23.
図1の説明に戻る。装置本体部2は、計測部6及びコンピュータ7から構成される。計測部6及びコンピュータ7は、1つの筐体に格納されても良いし、別々の筐体に格納されても良い。 Returning to the description of FIG. The apparatus main body 2 includes a measuring unit 6 and a computer 7. The measurement unit 6 and the computer 7 may be stored in one housing or may be stored in separate housings.
計測部6は、レーザダイオード8、検出器9、ロックインアンプ10及びAD変換11から構成される。レーザダイオード8(光源部)は、複数の波長の光を放射する複数の光モジュールを備える。また、レーザダイオード8は、発振周波数の異なる複数の発振器によって構成される発振部を備えており、各光モジュールにそれぞれ異なる変調を与える。レーザダイオード8から放射される複数波長の光は、送信用光ファイバ4を通り、照射プローブ21から被検者19の頭部に照射される。 The measuring unit 6 includes a laser diode 8, a detector 9, a lock-in amplifier 10, and an AD conversion 11. The laser diode 8 (light source unit) includes a plurality of optical modules that emit light having a plurality of wavelengths. The laser diode 8 includes an oscillating unit composed of a plurality of oscillators having different oscillating frequencies, and applies different modulations to the respective optical modules. Light of a plurality of wavelengths emitted from the laser diode 8 passes through the transmission optical fiber 4 and is irradiated on the head of the subject 19 from the irradiation probe 21.
検出器9は、検出プローブ22によって検出され、受信用光ファイバ5を通る光を、光量に対応する電気信号に変換する光電変換素子(フォトダイオード、光電子増倍管等)を備える。光電変換素子としてフォトダイオードを用いる場合には、高感度な光計測が実現できるアバランシェフォトダイオードが好適である。 The detector 9 includes a photoelectric conversion element (a photodiode, a photomultiplier tube, or the like) that converts the light detected by the detection probe 22 and passing through the receiving optical fiber 5 into an electric signal corresponding to the amount of light. When a photodiode is used as the photoelectric conversion element, an avalanche photodiode capable of realizing highly sensitive optical measurement is preferable.
ロックインアンプ10は、検出器9からの電気信号を入力し、照射位置及び波長に対応した変調信号を選択的に検出する。ロックインアンプ10については、例えば、特許第3599426号公報、特許第3839202号公報等に記載されている為、詳細な説明は省略する。 The lock-in amplifier 10 receives an electrical signal from the detector 9 and selectively detects a modulation signal corresponding to the irradiation position and wavelength. Since the lock-in amplifier 10 is described in, for example, Japanese Patent No. 3599426, Japanese Patent No. 3839202, and the like, detailed description thereof is omitted.
AD変換器11は、ロックインアンプ10からのアナログ信号を入力し、デジタル信号に変換する。AD変換器11によって変換されたデジタル信号は、コンピュータ7に出力される。 The AD converter 11 receives the analog signal from the lock-in amplifier 10 and converts it into a digital signal. The digital signal converted by the AD converter 11 is output to the computer 7.
コンピュータ7は、デジタルボード12、制御部13、記憶部14、表示部15、入力部16等から構成される。デジタルボード12は、AD変換器11からの信号を入力する為のインタフェースである。 The computer 7 includes a digital board 12, a control unit 13, a storage unit 14, a display unit 15, an input unit 16, and the like. The digital board 12 is an interface for inputting a signal from the AD converter 11.
制御部13は、CPU、ROM、RAM等を備え、生体光計測装置1の各種装置を制御する。特に、制御部13は、デジタルボード12を介して入力される信号(又は記憶部14に記憶されている信号)から、計測チャネル23ごとに複数波長の検出光量を用いて、脳活動に伴う酸素化ヘモグロビン(oxy-hemoglobin)、脱酸素化ヘモグロビン(deoxy-hemoglobin)、これらの和である総ヘモグロビン(total-hemoglobin)の時間的な変化をヘモグロビン波形(図4のヘモグロビン波形31x等を参照)として計測し、計測結果を表示部15に表示する。この計測方法および画像化方法は、例えば、特許第3599426号公報等に記載されている為、詳細な説明は省略する。 The control unit 13 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and controls various devices of the biological light measurement device 1. In particular, the control unit 13 uses the detected light amounts of a plurality of wavelengths for each measurement channel 23 from the signal input via the digital board 12 (or the signal stored in the storage unit 14) to detect oxygen associated with brain activity. As a hemoglobin waveform (refer to the hemoglobin waveform 31x, etc. in FIG. 4), the temporal change of oxy-hemoglobin, deoxy-hemoglobin, and the total hemoglobin, which is the sum of these, Measure and display the measurement result on the display unit 15. Since this measurement method and imaging method are described in, for example, Japanese Patent No. 3599426, detailed description is omitted.
記憶部14は、例えば、内蔵のハードディスク装置、外付のハードディスク装置、各種の記憶媒体(USBメモリ等)であり、デジタルボード12を介して入力される信号や、制御部13による処理結果を記憶する。尚、記憶部14に記憶されるデータは、病院内やネットワーク上のサーバ(不図示)等に記憶させても良い。 The storage unit 14 is, for example, a built-in hard disk device, an external hard disk device, or various storage media (USB memory or the like), and stores signals input via the digital board 12 and processing results by the control unit 13. To do. The data stored in the storage unit 14 may be stored in a hospital (not shown) or a server on a network.
表示部15は、液晶ディスプレイ等のモニタであり、制御部13による処理結果などを表示する。入力部16は、マウスやキーボードなどの入力装置である。表示部15及び入力部16は、ユーザ(医者等)とコンピュータ7との対話処理を実現するユーザインタフェースの役割を果たす。尚、表示部15及び入力部16は、例えば、タッチパネル型ディスプレイ等のように一体であっても良い。 The display unit 15 is a monitor such as a liquid crystal display, and displays a processing result by the control unit 13. The input unit 16 is an input device such as a mouse or a keyboard. The display unit 15 and the input unit 16 serve as a user interface that realizes an interactive process between the user (such as a doctor) and the computer 7. In addition, the display part 15 and the input part 16 may be integrated like a touchscreen type display etc., for example.
次に、図3のフローチャートに対して、図4〜図11を適宜参照しながら、生体光計測装置1の処理の詳細について説明する。尚、生体光計測装置1は、図4〜図11に示す処理結果を得る為に、必要に応じて、図3に示す処理順序の一部を変えたり、処理の一部を複数回実行したり、処理の一部を省略したりしている。以下では、混乱を避ける為に、図3に記載されている順に処理内容を説明する。 Next, the details of the process of the biological light measurement apparatus 1 will be described with reference to FIGS. In addition, in order to obtain the processing results shown in FIGS. 4 to 11, the biological light measurement device 1 changes a part of the processing order shown in FIG. 3 or executes a part of the processing a plurality of times as necessary. Or omit some of the processing. In the following, in order to avoid confusion, the processing contents will be described in the order described in FIG.
図3に示すように、生体光計測装置1の制御部13は、被検者19のヘモグロビン波形を計測し、RAMや記憶部14等に記憶する(S1)。図4に示すように、制御部13は、計測結果に対して、計測結果を一意に識別する識別情報30xを付与し、計測結果ごとに記憶する。図4では、被検者「S」、計測開始時刻「2011年7月1日13時10分10秒」の計測結果に対して、計測ID「1002」が付与されている。 As shown in FIG. 3, the control unit 13 of the biological light measurement apparatus 1 measures the hemoglobin waveform of the subject 19 and stores it in the RAM, the storage unit 14 or the like (S1). As illustrated in FIG. 4, the control unit 13 assigns identification information 30 x that uniquely identifies the measurement result to the measurement result, and stores the measurement result for each measurement result. In FIG. 4, the measurement ID “1002” is assigned to the measurement result of the subject “S” and the measurement start time “July 1, 2011 13:10:10”.
尚、図4では今回の計測結果を示し、図6では前回の計測結果を示している。これらを区別する為に、今回の計測結果に関する要素の符号には「x」、前回の計測結果に関する要素の符号には「y」を付けることにする。また、これらを区別せずに総称する場合には、「x」や「y」を付けないことにする。 FIG. 4 shows the current measurement result, and FIG. 6 shows the previous measurement result. In order to distinguish these, “x” is added to the code of the element related to the current measurement result, and “y” is added to the code of the element related to the previous measurement result. Further, when these are collectively referred to without being distinguished, “x” and “y” are not added.
図4に示すように、ヘモグロビン波形31xは、計測チャネル23ごとに計測される。ヘモグロビン波形31xは、横軸が計測開始時刻からの経過時間(秒)、縦軸が計測値(mM・mm)のグラフとして表示される。計測値(mM・mm)は、ヘモグロビン濃度(mM)と長さ(mm)の積であるヘモグロビン濃度長である。計測値は、例えば、0.1秒ごとにサンプリングされる。図4に示す例では、横軸が0秒〜125秒、縦軸が−0.2〜+0.4の範囲となっている。尚、経過時間が10秒と70秒における縦方向の点直線は、図9、図10に示す特徴量算出区間37の開始時間と終了時間を示している。 As shown in FIG. 4, the hemoglobin waveform 31 x is measured for each measurement channel 23. The hemoglobin waveform 31x is displayed as a graph of the elapsed time (seconds) from the measurement start time on the horizontal axis and the measurement value (mM · mm) on the vertical axis. The measured value (mM · mm) is a hemoglobin concentration length that is a product of the hemoglobin concentration (mM) and the length (mm). The measured value is sampled every 0.1 seconds, for example. In the example shown in FIG. 4, the horizontal axis is in the range of 0 to 125 seconds, and the vertical axis is in the range of −0.2 to +0.4. Note that the vertical dotted lines at the elapsed time of 10 seconds and 70 seconds indicate the start time and end time of the feature amount calculation section 37 shown in FIGS.
図3の説明に戻る。制御部13は、計測された一部又は全部のヘモグロビン波形31の類似性(特に、波形全体の類似性)に基づいて複数のクラスタに分類し、クラスタ分布32を算出する(S2)。クラスタとは、データ解析手法の1つであるクラスタリング手法によって、データの集合から、何らかの尺度によって切り分けられたデータの部分集合を意味する。クラスタリング手法では、部分集合に含まれるデータが、ある共通の特徴(本発明の実施の形態では、波形全体の類似性)を持つように分類される。クラスタ数は、最小値が2個、最大値が計測チャネル23の個数である。また、クラスタ分布32とは、計測チャネル23とクラスタとの対応付けを示す情報である。 Returning to the description of FIG. The control unit 13 classifies into a plurality of clusters based on the similarity (particularly, the similarity of the entire waveform) of some or all of the measured hemoglobin waveforms 31, and calculates the cluster distribution 32 (S2). A cluster means a subset of data that is separated from a data set by some scale by a clustering technique, which is one of data analysis techniques. In the clustering method, the data included in the subset is classified so as to have a certain common characteristic (similarity of the entire waveform in the embodiment of the present invention). As for the number of clusters, the minimum value is two and the maximum value is the number of measurement channels 23. The cluster distribution 32 is information indicating the association between the measurement channel 23 and the cluster.
クラスタリング手法は、階層的手法(最短距離手法など)と、分割最適化手法(k平均法など)に分けられる。階層的手法は、最も距離が近いクラスタ間の逐次的な併合を繰り返すことによって階層構造を生成する手法である。階層的手法は、外乱(ノイズ等)に弱く、実データではあまり良い結果が得られない傾向がある。そこで、本発明の実施の形態では、外乱に対して頑健な分割最適化手法であるk平均法を採用する。k平均法は、入力データ群を分割するクラスタ数を予めk個と設定して分割し、これを初期状態として分割を繰り返し実行することで、より良い分割を探し出す手法である。但し、本発明は、k平均法に限定されるものではない。 Clustering methods are classified into hierarchical methods (such as the shortest distance method) and division optimization methods (such as k-average method). The hierarchical method is a method of generating a hierarchical structure by repeating sequential merging between clusters having the closest distance. Hierarchical methods are vulnerable to disturbances (noise, etc.), and there is a tendency that good results cannot be obtained with actual data. Therefore, in the embodiment of the present invention, the k-average method, which is a division optimization method that is robust against disturbance, is employed. The k-average method is a method of searching for a better division by dividing the input data group by setting the number of clusters to be k in advance, and repeatedly performing the division using this as an initial state. However, the present invention is not limited to the k-average method.
まず、制御部13は、計測されたヘモグロビン波形31の全体から、例えば、アーチファクト等と考えられるヘモグロビン波形31を除外し、分類対象を決める。尚、アーチファクトの原因は、光ファイバの動き、被検者19の頭部位置の変化、被検者19の側頭筋の動きなどがある。アーチファクトの判定については、例えば、非特許文献1に記載されている。 First, the control unit 13 excludes, for example, the hemoglobin waveform 31 considered to be an artifact or the like from the entire measured hemoglobin waveform 31, and determines a classification target. The cause of the artifact includes the movement of the optical fiber, the change in the head position of the subject 19, the movement of the temporal muscle of the subject 19, and the like. The artifact determination is described in Non-Patent Document 1, for example.
次に、制御部13は、分類対象のヘモグロビン波形31の計測値を、計測チャネル23ごとに正規化(zスコア化)する。正規化処理では、例えば、計測区間全体(0〜125秒)の計測値の平均値及び標準偏差を用いる。サンプリング間隔が0.1秒の場合、計測区間全体(0〜125秒)の計測値は1250個である。 Next, the control unit 13 normalizes (z scores) the measurement values of the hemoglobin waveform 31 to be classified for each measurement channel 23. In the normalization process, for example, the average value and standard deviation of the measurement values of the entire measurement section (0 to 125 seconds) are used. When the sampling interval is 0.1 second, the number of measurement values in the entire measurement section (0 to 125 seconds) is 1250.
次に、制御部13は、計測チャネル23ごとの正規化された計測値のベクトルデータ(前述した例であれば、1250次元のベクトルデータ)を入力データ集合とし、k平均法を用いて、複数のクラスタに分類する。クラスタ数、反復回数及び初期値(初期状態における各クラスタの代表データ)は、例えば、予め記憶部14等に記憶されているデフォルト値、又はユーザによって入力部16から入力される入力値を用いれば良い。k平均法は、公知のクラスタリング手法である為、詳細な説明を省略する。 Next, the control unit 13 uses vector data of normalized measurement values for each measurement channel 23 (in the above example, 1250-dimensional vector data) as an input data set, and uses a k-average method to calculate a plurality of data. Class. As the number of clusters, the number of iterations, and the initial value (representative data of each cluster in the initial state), for example, a default value stored in advance in the storage unit 14 or an input value input from the input unit 16 by the user can be used. good. Since the k-average method is a known clustering method, detailed description thereof is omitted.
図4に示すクラスタ分布32xは、計測チャネル23ごとに小領域を配置し、計測チャネル23同士の位置関係を2次元的に示している。また、クラスタ分布32xは、クラスタごとに小領域の形態(形状、模様、色彩、又はこれらの組合せ等)を変えている。図4では、第1クラスタを内部が「+」の模様の小円とし、第2クラスタを内部が黒色の小円として示している。 The cluster distribution 32x shown in FIG. 4 arranges a small region for each measurement channel 23 and shows the positional relationship between the measurement channels 23 two-dimensionally. Moreover, the cluster distribution 32x changes the form (shape, pattern, color, or combination thereof) of the small regions for each cluster. In FIG. 4, the first cluster is shown as a small circle with a “+” inside, and the second cluster is shown as a black small circle inside.
一般に、ヘモグロビン波形31の特徴を、波形から直接、正確に読み取る為には、かなりの習熟度が必要となる。また、計測チャネル23の個数が多くなると、習熟度が高いユーザであっても非常に時間がかかる。例えば、主成分分析等によってヘモグロビン波形31の特徴成分を分離することもできるが、かえって直観的な理解を妨げる場合もある。 In general, in order to accurately read the characteristics of the hemoglobin waveform 31 directly from the waveform, a considerable level of proficiency is required. Further, when the number of measurement channels 23 increases, even a highly skilled user takes a very long time. For example, the characteristic component of the hemoglobin waveform 31 can be separated by principal component analysis or the like, but it may hinder intuitive understanding.
一方、本発明の実施の形態では、生体光計測装置1の制御部13が自動的にクラスタ分布32を算出するので、習熟度が低いユーザや計測チャネル23の個数が多い場合も、時間をかけずに測定結果を判読することができる。更に、図4に示すクラスタ分布32xでは、計測チャネル23同士の位置関係が示された画像にクラスタリングの結果が重畳されているので、脳機能領域での特徴を明瞭に確認することができる。また、クラスタ分布32は、波形全体の類似性に基づいて分類された結果なので、直観的な理解を妨げることがない。 On the other hand, in the embodiment of the present invention, since the control unit 13 of the biological light measurement device 1 automatically calculates the cluster distribution 32, it takes time even when the user has a low level of proficiency or the number of measurement channels 23 is large. Measurement results can be read without Furthermore, in the cluster distribution 32x shown in FIG. 4, since the clustering result is superimposed on the image showing the positional relationship between the measurement channels 23, the features in the brain function region can be clearly confirmed. Further, since the cluster distribution 32 is a result of classification based on the similarity of the entire waveform, it does not hinder intuitive understanding.
図5には、クラスタ分布32の他の表示例を示している。図5(a)は、ブロードマン脳地図に、クラスタ分布32を重畳した合成画像の模式図である。ブロードマン脳地図とは、コルビニアン・ブロードマンによる大脳新皮質の解剖学・細胞構築学的区分の通称である。ブロードマンの原典では、大脳皮質組織の神経細胞を染色して可視化し(特許図面の制約の為、図5ではグレースケールに変換している。)、組織構造が均一である部分をひとまとまりの領域として区分して、1から52までの番号が振られている。 FIG. 5 shows another display example of the cluster distribution 32. FIG. 5A is a schematic diagram of a composite image in which the cluster distribution 32 is superimposed on the Broadman brain map. Broadman brain map is a common name for the anatomy and cytostructural division of the cerebral neocortex by Corbinian Broadman. In Broadman's original text, neurons in the cerebral cortex tissue are stained and visualized (in order to limit the patent drawing, it is converted to gray scale in FIG. 5), and a part of the tissue structure is uniform. Numbers from 1 to 52 are assigned as areas.
図5(a)では、可読性を確保する為、一部の計測チャネル23(CH28、CH29、CH38、CH39、CH49)に対するクラスタリング結果のみを示している。図5(a)を見ると、ブロードマン脳地図における10野と46+47野との脳機能領域の境界が、クラスタ分布32として明瞭に表現されていることが分かる。図5(a)に示す合成画像であれば、解剖学・細胞構築学的区分と対比してクラスタリング結果を確認することができる。 FIG. 5A shows only the clustering results for some measurement channels 23 (CH28, CH29, CH38, CH39, CH49) in order to ensure readability. As can be seen from FIG. 5A, the boundary of the brain function area between 10 fields and 46 + 47 fields in the Broadman brain map is clearly expressed as the cluster distribution 32. In the case of the composite image shown in FIG. 5A, the clustering result can be confirmed in comparison with the anatomy / cytostructural division.
図5(b)は、不特定多数の脳画像(MRI画像など)に基づいて生成された平均脳画像に、クラスタ分布32を重畳した合成画像の模式図である。図5(b)では、平均脳画像の形状に合わせて計測チャネル23に対応する小領域を変形し、変形した小領域を平均脳画像に重畳している。図5(b)の合成画像は回転することができる。つまり、図5(b)では左側頭部を正面としているが、ユーザが入力部16を介して指示することによって、右側頭部を正面とすることができる。図5(b)に示す合成画像であれば、被検者19自身のMRI画像がなくても生成することができ、より直観的に脳機能領域での特徴を確認することができる。 FIG. 5B is a schematic diagram of a composite image in which the cluster distribution 32 is superimposed on an average brain image generated based on an unspecified number of brain images (such as MRI images). In FIG. 5B, the small area corresponding to the measurement channel 23 is deformed according to the shape of the average brain image, and the deformed small area is superimposed on the average brain image. The composite image in FIG. 5B can be rotated. That is, in FIG. 5B, the left head is the front, but when the user gives an instruction via the input unit 16, the right head can be the front. The composite image shown in FIG. 5B can be generated without the subject's 19 MRI image, and the features in the brain function area can be confirmed more intuitively.
図5(c)は、被検者19のMRI画像に、クラスタ分布32を重畳した合成画像の模式図である。図5(c)の合成画像も回転することができる。図5(c)に示す合成画像であれば、より正確に脳機能領域での特徴を確認することができる。 FIG. 5C is a schematic diagram of a composite image in which the cluster distribution 32 is superimposed on the MRI image of the subject 19. The composite image in FIG. 5C can also be rotated. With the composite image shown in FIG. 5C, the feature in the brain function area can be confirmed more accurately.
図3の説明に戻る。制御部13は、クラスタごとにクラスタ波形33を生成する(S3)。クラスタ波形33は、クラスタを代表する波形であり、例えば、各クラスタに含まれるヘモグロビン波形31の各サンプリング点における平均値をグラフ化したものである。また、クラスタ波形33は、例えば、各クラスタに含まれるヘモグロビン波形31の各サンプリング点における中央値、最頻値、最小値、最大値、最頻値等をグラフ化したものでも良い。また、クラスタ波形33は、1つだけではなく、複数の基準値(例えば、最小値、中央値、最大値等)をグラフ化したものであっても良い。 Returning to the description of FIG. The control unit 13 generates a cluster waveform 33 for each cluster (S3). The cluster waveform 33 is a waveform representing a cluster, and is, for example, a graph of an average value at each sampling point of the hemoglobin waveform 31 included in each cluster. Further, the cluster waveform 33 may be, for example, a graph showing the median value, mode value, minimum value, maximum value, mode value, etc. at each sampling point of the hemoglobin waveform 31 included in each cluster. Further, the cluster waveform 33 is not limited to one, but may be a graph of a plurality of reference values (for example, minimum value, median value, maximum value, etc.).
図4には、第1クラスタ波形33ax、第2クラスタ波形33bxが示されている。図4に示すように、クラスタ波形は、クラスタ数だけ存在することから、これらを区別する為に、第1クラスタに関する要素の符号には「a」、第2クラスタに関する要素の符号には「b」を付けることにする。また、これらを区別せずに総称する場合には、「a」や「b」を付けないことにする。 FIG. 4 shows a first cluster waveform 33ax and a second cluster waveform 33bx. As shown in FIG. 4, since there are as many cluster waveforms as the number of clusters, in order to distinguish these, “a” is used for the element code relating to the first cluster, and “b” is used for the element code relating to the second cluster. ". Further, when these are collectively referred to without being distinguished, “a” and “b” are not added.
図4に示すように、計測チャネル23の個数分のヘモグロビン波形31を全て表示する為には、各波形の表示サイズを小さくしなければならず、視認性が悪くなる。また、計測チャネル23の個数分のヘモグロビン波形31を判読するよりも、クラスタ数分のクラスタ波形33を判読する方が効率的である。 As shown in FIG. 4, in order to display all the hemoglobin waveforms 31 corresponding to the number of measurement channels 23, the display size of each waveform must be reduced, and the visibility is deteriorated. Further, it is more efficient to read the cluster waveforms 33 corresponding to the number of clusters than to read the hemoglobin waveforms 31 corresponding to the number of measurement channels 23.
図3の説明に戻る。制御部13は、クラスタごとにクラスタ特徴量38を算出する(S4)。クラスタ特徴量38は、クラスタ波形33の特徴量である。波形の特徴量としては、例えば、積分値、平均値、標準偏差、重心値、傾き値などがある。積分値は、特徴量算出区間37を積分した値である。平均値は、特徴量算出区間37における計測値の平均値である。標準偏差は、特徴量算出区間37における計測値の平均値である。重心値は、計測開始時刻から計測終了時刻までの全体を通して、計測値の正方向の面積が半分になる時間である。傾き値は、特徴量算出区間37の開始時間から所定時間(例えば、5秒)の傾きである。特徴量算出区間37=検査課題の実施区間の場合、積分値が検査課題中の反応の大きさ、重心値が検査全体を通して見た場合の反応タイミング、傾き値が反応の速さ(初期賦活)を示している。 Returning to the description of FIG. The control unit 13 calculates a cluster feature 38 for each cluster (S4). The cluster feature amount 38 is a feature amount of the cluster waveform 33. Examples of the waveform feature amount include an integral value, an average value, a standard deviation, a centroid value, and an inclination value. The integral value is a value obtained by integrating the feature amount calculation section 37. The average value is an average value of measurement values in the feature amount calculation section 37. The standard deviation is an average value of measured values in the feature amount calculation section 37. The center-of-gravity value is the time during which the area of the measured value in the positive direction is halved throughout the entire period from the measurement start time to the measurement end time. The inclination value is an inclination of a predetermined time (for example, 5 seconds) from the start time of the feature amount calculation section 37. In the case where the feature amount calculation section 37 is an inspection task execution section, the integral value is the magnitude of the response in the inspection task, the centroid value is the reaction timing when viewed through the entire inspection, and the slope value is the reaction speed (initial activation) Is shown.
また、制御部13は、識別情報30ごとに、クラスタ分布32、クラスタ波形33、クラスタ特徴量38を記憶部14に記憶する(S5)。そして、制御部13は、クラスタ分布32、クラスタ波形33、クラスタ特徴量38を表示部15に表示する(S6)。表示態様には、単独表示、比較表示、差分表示などがある。単独表示では、単一の計測結果(複数の計測チャネル23のヘモグロビン波形31)を詳細かつ効率的に確認できる。比較表示や差分表示では、治療による経時的変化や疾患等に起因した複数の計測結果同士の差異を詳細かつ効率的に確認することができる。 Further, the control unit 13 stores the cluster distribution 32, the cluster waveform 33, and the cluster feature amount 38 in the storage unit 14 for each identification information 30 (S5). Then, the control unit 13 displays the cluster distribution 32, the cluster waveform 33, and the cluster feature amount 38 on the display unit 15 (S6). Examples of display modes include single display, comparison display, and difference display. In the single display, a single measurement result (a hemoglobin waveform 31 of a plurality of measurement channels 23) can be confirmed in detail and efficiently. In the comparison display and the difference display, it is possible to confirm in detail and efficiently a difference between a plurality of measurement results due to a temporal change due to treatment, a disease, or the like.
<単独表示の例>
制御部13は、単独表示として、例えば、図4に示す情報を表示する。また、制御部13は、図4のクラスタ分布32xを、図5(a)〜(c)に示す合成画像に代えて表示しても良い。
<Example of single display>
For example, the control unit 13 displays information shown in FIG. 4 as a single display. Further, the control unit 13 may display the cluster distribution 32x of FIG. 4 in place of the composite image shown in FIGS.
<比較表示の第1の例>
制御部13は、比較表示として、例えば、図4及び図6に示す情報を同時に表示する。図4に示す情報は今回の計測結果であり、図6に示す情報は前回の計測結果である。図6には、被検者「S」、計測開始時刻「2011年4月1日13時05分05秒」の計測結果に対して、計測ID「1001」が付与されている。
<First example of comparison display>
For example, the control unit 13 simultaneously displays the information shown in FIGS. 4 and 6 as a comparison display. The information shown in FIG. 4 is the current measurement result, and the information shown in FIG. 6 is the previous measurement result. In FIG. 6, a measurement ID “1001” is assigned to the measurement result of the subject “S” and the measurement start time “April 1, 2011 13:05:05”.
このように、制御部13は、異なる複数の識別情報30についてクラスタ分布32を表示する。これによって、例えば、両者の期間内に、被検者「S」に対して何らかの治療を施した場合、その治療による効果を容易に確認することができる。 As described above, the control unit 13 displays the cluster distribution 32 for a plurality of different pieces of identification information 30. Thereby, for example, when some treatment is given to the subject “S” within the period of both, the effect of the treatment can be easily confirmed.
<比較表示+差分表示の第1の例>
また、制御部13は、比較表示及び差分表示として、例えば、図7に示す情報を表示する。図7には、ヘモグロビン波形の比較表示34、ヘモグロビン波形の差分表示35が示されている。ヘモグロビン波形の比較表示34は、計測チャネル23ごとに、ヘモグロビン波形31xとヘモグロビン波形31yとを重畳したものである。ヘモグロビン波形の差分表示35は、各サンプリング点におけるヘモグロビン波形31xの計測値から、ヘモグロビン波形31yの計測値を引いた値を波形として示したものである。ヘモグロビン波形の差分表示35を見ると、ヘモグロビン変化としては、今回の計測結果の方が大きいことが明瞭に確認することができる。
<First example of comparison display + difference display>
Moreover, the control part 13 displays the information shown, for example in FIG. 7 as a comparison display and a difference display. FIG. 7 shows a hemoglobin waveform comparison display 34 and a hemoglobin waveform difference display 35. The hemoglobin waveform comparison display 34 is obtained by superimposing the hemoglobin waveform 31 x and the hemoglobin waveform 31 y for each measurement channel 23. The hemoglobin waveform difference display 35 is a waveform obtained by subtracting the measured value of the hemoglobin waveform 31y from the measured value of the hemoglobin waveform 31x at each sampling point. When the difference display 35 of the hemoglobin waveform is viewed, it can be clearly confirmed that the current measurement result is larger as the hemoglobin change.
<比較表示+差分表示の第2の例>
また、制御部13は、比較表示及び差分表示として、例えば、図8に示す情報を表示する。図8には、今回のクラスタ分布32x、前回のクラスタ分布32y、クラスタ分布の差分表示36が示されている。
<Second example of comparison display + difference display>
Moreover, the control part 13 displays the information shown, for example in FIG. 8 as a comparison display and a difference display. FIG. 8 shows a current cluster distribution 32x, a previous cluster distribution 32y, and a cluster distribution difference display 36.
クラスタ分布の差分表示36は、今回のクラスタ分布32xと前回のクラスタ分布32yとの差分である。図8では、今回のクラスタ分布32xと前回のクラスタ分布32yとを比較し、クラスタリング結果に差がある計測チャネル23を、内部が「■」の小円として示している。クラスタ分布の差分表示36を見ると、今回のクラスタ分布32xと前回のクラスタ分布32yとにほとんど差異がなく、機能領域的には、今回と前回との間に変化が少ないことが分かる。 The cluster distribution difference display 36 is a difference between the current cluster distribution 32x and the previous cluster distribution 32y. In FIG. 8, the current cluster distribution 32x and the previous cluster distribution 32y are compared, and the measurement channel 23 having a difference in the clustering result is shown as a small circle with “■” inside. Looking at the difference display 36 of the cluster distribution, it can be seen that there is almost no difference between the current cluster distribution 32x and the previous cluster distribution 32y, and there is little change in the functional area between the current and previous times.
このように、制御部13は、異なる複数の識別情報30についてクラスタ分布32を表示したり、異なる2つの識別情報30におけるクラスタ分布32の差分を表示したりする。これによって、例えば、両者の期間内に、被検者「S」に対して何らかの治療を施した場合、その治療による効果を容易に確認することができる。 In this way, the control unit 13 displays the cluster distribution 32 for a plurality of different pieces of identification information 30, or displays the difference between the cluster distributions 32 in two different pieces of identification information 30. Thereby, for example, when some treatment is given to the subject “S” within the period of both, the effect of the treatment can be easily confirmed.
<比較表示+差分表示の第3の例>
また、制御部13は、比較表示及び差分表示として、例えば、図9に示す情報を表示する。図9には、特徴量算出区間37、今回の第1クラスタ波形33ax、今回の第2クラスタ波形33bx、今回の第1クラスタ特徴量38ax、今回の第2クラスタ特徴量38bx、前回の第1クラスタ波形33ay、前回の第2クラスタ波形33by、前回の第1クラスタ特徴量38ay、前回の第2クラスタ特徴量38by、第1クラスタ特徴量の差分39a、第2クラスタ特徴量の差分39bが示されている。
<Third example of comparison display + difference display>
Moreover, the control part 13 displays the information shown, for example in FIG. 9 as a comparison display and a difference display. FIG. 9 shows a feature amount calculation section 37, a current first cluster waveform 33ax, a current second cluster waveform 33bx, a current first cluster feature value 38ax, a current second cluster feature value 38bx, and a previous first cluster. A waveform 33ay, a previous second cluster waveform 33by, a previous first cluster feature value 38ay, a previous second cluster feature value 38by, a first cluster feature value difference 39a, and a second cluster feature value difference 39b are shown. Yes.
特徴量算出区間37は、入力部16を介してユーザが任意の値を入力することができる。今回の第1クラスタ特徴量38axは、今回の計測結果の第1クラスタに関する特徴量(積分値、平均値、標準偏差、重心値、傾き値)である。また、今回の第2クラスタ特徴量38bx、前回の第1クラスタ特徴量38ay、前回の第2クラスタ特徴量38byも同様である。尚、図9に示す具体的な数値は、正規化(zスコア化)される前の値から算出されている。 In the feature amount calculation section 37, the user can input an arbitrary value via the input unit 16. The current first cluster feature value 38ax is a feature value (integral value, average value, standard deviation, centroid value, inclination value) related to the first cluster of the current measurement result. The same applies to the current second cluster feature value 38bx, the previous first cluster feature value 38ay, and the previous second cluster feature value 38by. In addition, the specific numerical value shown in FIG. 9 is calculated from the value before normalization (z score formation).
また、第1クラスタ特徴量の差分39aは、今回の第1クラスタ特徴量38axから前回の第1クラスタ特徴量38ayを引いた値である。第2クラスタ特徴量の差分39bも同様である。 The first cluster feature value difference 39a is a value obtained by subtracting the previous first cluster feature value 38ay from the current first cluster feature value 38ax. The same applies to the difference 39b of the second cluster feature amount.
このように、制御部13は、異なる複数の識別情報30についてクラスタ特徴量38を表示したり、異なる2つの識別情報30におけるクラスタ特徴量38の差分を表示したりする。これによって、例えば、両者の期間内に、被検者「S」に対して何らかの治療を施した場合、その治療による効果を定量的に確認することができる。 In this way, the control unit 13 displays the cluster feature value 38 for a plurality of different pieces of identification information 30, or displays the difference between the cluster feature values 38 in two different pieces of identification information 30. Thereby, for example, when some kind of treatment is given to the subject “S” within both periods, the effect of the treatment can be quantitatively confirmed.
<比較表示の第2の例>
また、制御部13は、比較表示として、例えば、図10に示す情報を表示する。図10には、特徴量算出区間37、今回の第1クラスタ波形33ax、今回の第2クラスタ波形33bx、今回の第1クラスタ特徴量38ax、今回の第2クラスタ特徴量38bx、前回の第1クラスタ波形33ay、前回の第2クラスタ波形33by、前回の第1クラスタ特徴量38ay、前回の第2クラスタ特徴量38by、クラスタ特徴量散布図40が示されている。
<Second example of comparison display>
Moreover, the control part 13 displays the information shown in FIG. 10, for example as a comparison display. FIG. 10 includes a feature amount calculation section 37, a current first cluster waveform 33ax, a current second cluster waveform 33bx, a current first cluster feature value 38ax, a current second cluster feature value 38bx, and a previous first cluster. A waveform 33ay, a previous second cluster waveform 33by, a previous first cluster feature value 38ay, a previous second cluster feature value 38by, and a cluster feature value scatter diagram 40 are shown.
クラスタ特徴量散布図40は、横軸をクラスタ特徴量38の1つである積分値、縦軸をクラスタ特徴量38の1つである重心値とした散布図である。図10に示すクラスタ特徴量散布図40には、今回の第1クラスタ、今回の第2クラスタ、前回の第1クラスタ、及び前回の第2クラスタの4点が示されている。クラスタ特徴量散布図40を見ると、クラスタ特徴量38の定量的な違いを直観的に理解することができる。 The cluster feature amount scatter diagram 40 is a scatter diagram in which the horizontal axis represents an integral value that is one of the cluster feature amounts 38 and the vertical axis represents the centroid value that is one of the cluster feature amounts 38. In the cluster feature amount scatter diagram 40 shown in FIG. 10, four points of the current first cluster, the current second cluster, the previous first cluster, and the previous second cluster are shown. Looking at the cluster feature amount scatter diagram 40, it is possible to intuitively understand the quantitative difference of the cluster feature amount 38.
<変形例>
前述の説明では同一の計測結果に対するクラスタの分類処理(S2)を1回としたが、本発明はこの例に限定されない。以下、変形例として、同一の計測結果に対するクラスタの分類処理(S2)を複数回行う例について説明する。
<Modification>
In the above description, the cluster classification process (S2) for the same measurement result is performed once, but the present invention is not limited to this example. Hereinafter, as a modification, an example in which the cluster classification process (S2) for the same measurement result is performed a plurality of times will be described.
図11では、同一の計測結果(計測ID「1002」)に対して、クラスタ数を2、3、4とし、クラスタの分類処理を3回行った結果を例示的に示している。生体光計測装置1の制御部13は、同一の計測結果に対して、クラスタ数を2、3、4に設定してk平均法によるクラスタの分類処理を行い、それぞれのクラスタ分布32、クラスタ波形33、クラスタ特徴量38を算出する。 FIG. 11 exemplarily shows a result of performing cluster classification processing three times with the number of clusters being 2, 3, and 4 for the same measurement result (measurement ID “1002”). The control unit 13 of the biological light measurement apparatus 1 performs cluster classification processing by the k-average method with the number of clusters set to 2, 3, and 4 for the same measurement result, and each cluster distribution 32, cluster waveform 33, the cluster feature 38 is calculated.
図11では、3種類のクラスタ分布32を示している。これらを区別する為に、クラスタ数が2に関する要素の符号には「l」、クラスタ数が3に関する要素の符号には「m」、クラスタ数が4に関する要素の符号には「n」を付けている。尚、図11には示していないが、制御部13は、クラスタ波形33やクラスタ特徴量38を表示部15に比較表示しても良い。 In FIG. 11, three types of cluster distributions 32 are shown. In order to distinguish between them, “1” is added to the code of the element related to the cluster number of 2, “m” is added to the code of the element related to the cluster number of 3, and “n” is added to the code of the element related to the cluster number of 4. ing. Although not shown in FIG. 11, the control unit 13 may compare and display the cluster waveform 33 and the cluster feature 38 on the display unit 15.
このように、制御部13は、異なる複数のクラスタ数によって複数回の分類処理を行い、異なる複数のクラスタ数についてクラスタ分布32、クラスタ波形33、クラスタ特徴量38を表示部15に表示する。これによって、ユーザは、クラスタの分類処理を行う前に予めクラスタ数を決定する作業を行う必要がない。そして、ユーザは、最適なクラスタ数の分類結果を選択し、選択した分類結果についての詳細な情報を表示させることができる。 As described above, the control unit 13 performs the classification process a plurality of times with different numbers of clusters, and displays the cluster distribution 32, the cluster waveform 33, and the cluster feature amount 38 on the display unit 15 for the different numbers of clusters. This eliminates the need for the user to determine the number of clusters in advance before performing cluster classification processing. Then, the user can select the classification result of the optimum number of clusters and display detailed information about the selected classification result.
更に、制御部13が、異なる複数のクラスタ数によって複数回の分類処理を行った後、最適なクラスタ数の分類結果を自動的に選択しても良い。この選択処理について、2つの例を説明する。 Furthermore, the control unit 13 may automatically select the classification result of the optimal number of clusters after performing the classification process a plurality of times with different numbers of clusters. Two examples of this selection process will be described.
例えば、制御部13は、k=2から再帰的にk平均法を実行し、クラスタの分割前と分割後で情報量基準(ベイズ情報量基準、赤池情報量基準等)を比較し、値が改善しなくなるまで処理を行う。そして、制御部13は、値が改善しなくなった分類結果の1つ前の分類結果を、最適なクラスタ数の分類結果として選択する。 For example, the control unit 13 recursively executes the k-average method from k = 2, compares the information criterion (Bayes information criterion, Akaike information criterion, etc.) before and after the cluster division, and the value is Process until no improvement. Then, the control unit 13 selects the classification result immediately before the classification result whose value is no longer improved as the classification result of the optimum number of clusters.
また、例えば、制御部13は、k=2から再帰的にk平均法を実行してクラスタ特徴量38を実行し、クラスタの分割前と分割後で、クラスタ間の距離を算出し、閾値以下となるクラスタ間が出てくるまで処理を行う。そして、制御部13は、閾値以下となるクラスタ間が出てきた分類結果の1つ前の分類結果を、最適なクラスタ数の分類結果として選択する。ここで、クラスタ間の距離とは、例えば、図10に示すクラスタ特徴量散布図40のように、クラスタ特徴量38の1つである積分値をx座標、クラスタ特徴量38の1つである重心値をy座標としたときのユークリッド距離などである。 Further, for example, the control unit 13 recursively executes the k average method from k = 2 to execute the cluster feature value 38, calculates the distance between the clusters before and after the cluster division, and is equal to or less than the threshold value. Processing is performed until the next cluster comes out. Then, the control unit 13 selects the classification result immediately before the classification result in which the space between the clusters that is equal to or less than the threshold appears as the classification result of the optimal number of clusters. Here, the distance between clusters is, for example, an integrated value, which is one of the cluster feature values 38, and one of the cluster feature values 38, as in the cluster feature value scatter diagram 40 shown in FIG. The Euclidean distance when the centroid value is the y coordinate.
このように、制御部13は、複数回の分類結果から、クラスタ特徴量38に基づいて最適なクラスタ数の分類結果を選択する。これによって、ユーザは、最適なクラスタ数の分類結果を選択する作業を行う必要がない。そして、制御部13は、最適なクラスタ数の分類結果についての詳細な情報を表示部15に表示することができる。 As described above, the control unit 13 selects the classification result of the optimum number of clusters based on the cluster feature value 38 from the classification results of a plurality of times. As a result, the user does not need to perform an operation of selecting the classification result of the optimal number of clusters. Then, the control unit 13 can display detailed information on the classification result of the optimal number of clusters on the display unit 15.
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る生体光計測装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the biological light measurement device and the like according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. Understood.
1………生体光計測装置
2………装置本体部
3………装着部
4………送信用光ファイバ
5………受信用光ファイバ
6………計測部
7………コンピュータ
8………レーザダイオード
9………検出器
10………ロックインアンプ
11………AD変換
12………デジタルボード
13………制御部
14………記憶部
15………表示部
16………入力部
19………被検者
21………照射プローブ
22………検出プローブ
23………計測チャネル
30………識別情報
31………ヘモグロビン波形
32………クラスタ分布
33………クラスタ波形
34………ヘモグロビン波形の比較表示
35………ヘモグロビン波形の差分表示
36………クラスタ分布の差分表示
37………特徴量算出区間
38………クラスタ特徴量
39………クラスタ特徴量の差分
40………クラスタ特徴量散布図
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Biometric optical measuring device 2 ......... Device main-body part 3 ......... Installation part 4 ......... Transmission optical fiber 5 ......... Reception optical fiber 6 ......... Measurement part 7 ......... Computer 8 ... ...... Laser diode 9 ...... Detector 10 ...... Lock-in amplifier 11 ...... AD conversion 12 ...... Digital board 13 ...... Control unit 14 ...... Storage unit 15 ...... Display unit 16 …… ... Input unit 19 ......... Subject 21 ......... Irradiation probe 22 ......... Detection probe 23 ......... Measurement channel 30 ......... Identification information 31 ......... Hemoglobin waveform 32 ......... Cluster distribution 33 ......... Cluster waveform 34 ......... Hemoglobin waveform comparison display 35 ......... Hemoglobin waveform difference display 36 ......... Cluster distribution difference display 37 ......... Feature amount calculation section 38 ......... Cluster feature amount 39 ......... Cluster The difference 40 ......... cluster feature quantities scatter diagram butterfly amount
Claims (6)
計測された一部又は全部の前記ヘモグロビン波形の類似性に基づいて複数のクラスタに分類する分類手段と、
前記クラスタを代表する波形であるクラスタ波形を生成する生成手段と、
前記クラスタ波形とともに、前記計測チャネルと前記クラスタとの対応付けを示す情報であるクラスタ分布を表示する表示手段と、
計測結果を識別する情報である識別情報ごとに前記クラスタ波形及び前記クラスタ分布を記憶する記憶手段と、
を備え、
前記表示手段は、異なる複数の前記識別情報について前記クラスタ波形及び前記クラスタ分布を表示する、並びに/或いは、異なる2つの前記識別情報における前記クラスタ分布の差分を表示する
ことを特徴とする生体光計測装置。 An irradiation probe that irradiates the subject with near-infrared light, and a detection probe that detects the near-infrared light that has passed through the inside of the subject are disposed, and a mounting portion that is mounted on the subject; A biological light measurement device comprising a device main body for measuring a hemoglobin waveform for each measurement channel that is a portion between the irradiation probe and the detection probe, and displaying a measurement result,
Classification means for classifying into a plurality of clusters based on the similarity of some or all of the measured hemoglobin waveforms;
Generating means for generating a cluster waveform which is a waveform representative of the cluster;
Along with the cluster waveform, a display means for displaying a cluster distribution which is information indicating an association between the measurement channel and the cluster;
Storage means for storing the cluster waveform and the cluster distribution for each identification information which is information for identifying a measurement result;
Equipped with a,
The display means displays the cluster waveform and the cluster distribution for a plurality of different pieces of identification information, and / or displays a difference between the cluster distributions in two different pieces of identification information.
Living body light measuring device comprising a call.
ことを特徴とする請求項1に記載の生体光計測装置。 The biological light measurement apparatus according to claim 1, wherein the classification unit classifies the plurality of clusters into a plurality of clusters based on similarity of the entire hemoglobin waveform.
を更に備え、
前記記憶手段は、前記識別情報ごとに前記クラスタ特徴量を記憶し、
前記表示手段は、異なる複数の前記識別情報について前記クラスタ特徴量を表示する、及び/又は、異なる2つの前記識別情報における前記クラスタ特徴量の差分を表示する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の生体光計測装置。 A calculation means for calculating a cluster feature value which is a feature value of the cluster waveform;
Further comprising
The storage means stores the cluster feature amount for each identification information,
The display means is different for a plurality of the identification information for displaying the cluster feature amount, and / or different in the two said identification information and displaying the difference between the cluster feature quantity claim 1 or claim Item 3. The biological light measurement device according to Item 2 .
前記生成手段は、異なる複数のクラスタ数について前記クラスタ波形を生成し、
前記算出手段は、異なる複数のクラスタ数について前記クラスタ特徴量を算出し、
前記表示手段は、異なる複数のクラスタ数について前記クラスタ波形及び前記クラスタ分布を表示する、並びに/或いは、異なる複数のクラスタ数について前記クラスタ特徴量を表示する
ことを特徴とする請求項3に記載の生体光計測装置。 The classification means performs a plurality of classification processes with different numbers of clusters,
The generating means generates the cluster waveform for different numbers of clusters,
The calculation means calculates the cluster feature amount for a plurality of different clusters,
The display means is different for a plurality of number of clusters to display the cluster waveform and the cluster distribution, and / or, according to claim 3, wherein the displaying the clusters characteristic quantity for a plurality of different number of clusters Biological light measurement device.
を更に備えることを特徴とする請求項4に記載の生体光計測装置。 Selection means for selecting a classification result of the optimal number of clusters based on the cluster feature quantity from a plurality of classification results in the classification means,
The biological light measurement device according to claim 4 , further comprising:
計測された一部又は全部の前記ヘモグロビン波形の類似性に基づいて複数のクラスタに分類する分類ステップと、
前記クラスタを代表する波形であるクラスタ波形を生成する生成ステップと、
前記クラスタ波形とともに、前記計測チャネルと前記クラスタとの対応付けを示す情報であるクラスタ分布を表示する表示ステップと、
計測結果を識別する情報である識別情報ごとに前記クラスタ波形及び前記クラスタ分布を記憶する記憶ステップと、
を含み、
前記表示ステップは、異なる複数の前記識別情報について前記クラスタ波形及び前記クラスタ分布を表示する、並びに/或いは、異なる2つの前記識別情報における前記クラスタ分布の差分を表示する
ことを特徴とする波形解析方法。 An irradiation probe that irradiates the subject with near-infrared light, and a detection probe that detects the near-infrared light that has passed through the inside of the subject are disposed, and a mounting portion that is mounted on the subject; A waveform analysis method executed by a biological light measurement device configured to measure a hemoglobin waveform for each measurement channel that is a portion between the irradiation probe and the detection probe and display a measurement result. ,
A classification step of classifying into a plurality of clusters based on the similarity of some or all of the measured hemoglobin waveforms;
Generating a cluster waveform that is a waveform representative of the cluster;
Along with the cluster waveform, a display step for displaying a cluster distribution which is information indicating correspondence between the measurement channel and the cluster;
A storage step of storing the cluster waveform and the cluster distribution for each identification information that is information for identifying a measurement result;
It includes,
The display step displays the cluster waveform and the cluster distribution for a plurality of different pieces of identification information, and / or displays a difference between the cluster distributions in two different pieces of identification information.
Waveform analysis wherein a call.
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