JP4813128B2 - Functional near-infrared spectrometer signal analyzer, functional near-infrared spectrometer, and program - Google Patents
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Description
本発明は機能的近赤外分光装置の信号解析方法及び信号解析装置、機能的近赤外分光装置並びに信号解析プログラムに係り、特に、機能的近赤外分光装置により検出された信号を解析する機能的近赤外分光装置の信号解析方法及び信号解析装置、機能的近赤外分光装置並びに信号解析プログラムに関する。 The present invention relates to a signal analysis method and signal analysis apparatus for a functional near-infrared spectrometer, a functional near-infrared spectrometer, and a signal analysis program, and in particular, analyzes a signal detected by the functional near-infrared spectrometer. The present invention relates to a signal analysis method and a signal analysis apparatus for a functional near-infrared spectrometer, a functional near-infrared spectrometer, and a signal analysis program.
脳機能の非侵襲的な画像検査法として機能的磁気共鳴画像(functional magnetic resonance imaging:fMRI)検査方法がある。fMRI検査は、磁気を用いて脳内の酸素化ヘモグロビン濃度変化の局在を画像として観察可能とするもので、言語や認知など、脳の高次機能の解明に大きく貢献をしている。しかしながら、fMRI検査に用いられる装置は、検査機器の中でも最も高価かつ大型の機器の一つであり、また、使用環境も機器本体を覆うほどの大掛かりな磁気シールドルームが必要となる。このため、fMRI装置本体の移動は不可能であり、実験には多くの制約がある。 There is a functional magnetic resonance imaging (fMRI) inspection method as a non-invasive image inspection method for brain function. The fMRI examination makes it possible to observe the localization of oxygenated hemoglobin concentration changes in the brain as an image using magnetism, and greatly contributes to elucidation of higher-order brain functions such as language and cognition. However, the apparatus used for the fMRI inspection is one of the most expensive and large-sized apparatuses among the inspection apparatuses, and the use environment requires a large magnetic shield room that covers the apparatus main body. For this reason, the movement of the fMRI apparatus main body is impossible, and there are many restrictions in the experiment.
一方、近年、機能的近赤外分光法(functional near-infrared spectroscopy:fNIRS;光トポグラフィー)と呼ばれる検査法が普及してきている(特許文献1〜3参照)。これは近赤外光により組織の酸素化ヘモグロビンあるいは脱酸素化ヘモグロビンの増減を体表から検査可能である非侵襲的検査法である。fNIRS検査法に用いられる装置は、比較的簡単な構成であり、かつ、移動も容易であるとともに、使用環境も通常の環境下で使用が可能となる。 On the other hand, in recent years, an inspection method called functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) has become widespread (see Patent Documents 1 to 3). This is a non-invasive examination method that can examine increase / decrease of oxygenated hemoglobin or deoxygenated hemoglobin in tissue from near the body surface by near infrared light. The apparatus used for the fNIRS inspection method has a relatively simple configuration, is easy to move, and can be used in a normal environment.
このfNIRS検査装置を用いることによりfMRI装置などの大掛かりな装置では不可能であった実験を多く行なえるようになっており、注目を集めている。
しかるに、fNIRS装置で得られる時系列信号は基本的には非定常信号であり、高周波数領域から低周波数領域までの様々な変動成分を多く含んでいる。したがって、これらの信号では、検査対象となる成分とそれ以外の成分が混在しており、信号から検査対象となる成分を的確に抽出できる信号処理が望まれている。 However, the time-series signal obtained by the fNIRS apparatus is basically a non-stationary signal and includes many various fluctuation components from the high frequency region to the low frequency region. Therefore, in these signals, the component to be inspected and other components are mixed, and signal processing that can accurately extract the component to be inspected from the signal is desired.
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、fNIRSによる検出信号から検査対象となる成分を的確に抽出できる機能的近赤外分光装置の信号解析方法及び信号解析装置、機能的近赤外分光装置並びに信号解析プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points. A signal analysis method, a signal analysis apparatus, and a functional near infrared of a functional near infrared spectrometer capable of accurately extracting a component to be inspected from a detection signal by fNIRS. An object is to provide a spectroscopic device and a signal analysis program.
本発明は、機能的近赤外分光装置により検出された信号を解析する機能的近赤外分光装置の信号解析方法であって、機能的近赤外分光装置により検出された検出信号を取得する信号取得手順と、信号取得手順で取得した信号に対してウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行なう解析手順とを有することを特徴とする。 The present invention relates to a signal analysis method for a functional near-infrared spectrometer that analyzes a signal detected by a functional near-infrared spectrometer, and obtains a detection signal detected by the functional near-infrared spectrometer. And a signal acquisition procedure, and an analysis procedure for performing multi-resolution analysis on the signal acquired by the signal acquisition procedure using wavelet transform.
また、本発明は、機能的近赤外分光装置により検出された信号に基づいて所望の被検査対象の機能を解析する機能的近赤外分光装置の信号解析装置であって、機能的近赤外分光装置により検出された検出信号に対してウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行なう解析部を有することを特徴とする。 The present invention also relates to a signal analysis device for a functional near-infrared spectroscopic device that analyzes a function of a desired inspection target based on a signal detected by the functional near-infrared spectroscopic device. An analysis unit that performs multi-resolution analysis on a detection signal detected by the outer spectroscopic device using wavelet transform is provided.
さらに、本発明は、機能的近赤外分光法により信号を検出し、検査対象の所望の機能を解析する機能的近赤外分光装置であって、機能的近赤外分光法により検出された検出信号に対してウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行なう解析部を有することを特徴とする。 Furthermore, the present invention is a functional near-infrared spectrometer for detecting a signal by functional near-infrared spectroscopy and analyzing a desired function of an inspection object, which is detected by functional near-infrared spectroscopy. An analysis unit that performs multi-resolution analysis on a detection signal using wavelet transform is provided.
また、本発明のプログラムは、コンピュータに、機能的近赤外分光装置により検出された検出信号を取得する信号取得手順と、信号取得手順で取得した信号に対してウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行なう解析手順とを実行させることを特徴とする。 In addition, the program of the present invention allows a computer to acquire a detection signal detected by a functional near-infrared spectrometer and to perform multi-resolution analysis using wavelet transform on the signal acquired by the signal acquisition procedure. And performing an analysis procedure.
本発明によれば、機能的近赤外分光装置により検出された検出信号を取得する信号取得手順と、信号取得手順で取得した信号に対してウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行なうことにより、検査対象となる機能を最も反映した成分を用いて解析を行うことができ、よって、検査すべき機能の状態を確実に解析できる。また、処理が簡単な離散ウェーブレット変換を用いることで小型のコンピュータによって処理を実現できる。また、リアルタイムに解析が行なえる。 According to the present invention, a signal acquisition procedure for acquiring a detection signal detected by a functional near-infrared spectrometer, and by performing multi-resolution analysis using wavelet transform on the signal acquired by the signal acquisition procedure, Analysis can be performed using the component that most reflects the function to be inspected, and thus the state of the function to be inspected can be analyzed reliably. Further, the processing can be realized by a small computer by using discrete wavelet transform which is easy to process. In addition, analysis can be performed in real time.
〔システム構成〕
図1は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。
〔System configuration〕
FIG. 1 shows a system configuration diagram of an embodiment of the present invention.
本実施例のfNIRS検査システム100は、例えば、fNIRS検査装置111及び解析装置112から構成されている。fNIRS検査装置111は、近赤外光を検査対象に照射し、その反射光を検出し、検出信号を解析装置112に供給する。解析装置112は、fNIRS検査装置111から供給される検出信号を解析して、その波形などを表示する。 The fNIRS inspection system 100 according to the present embodiment includes, for example, an fNIRS inspection apparatus 111 and an analysis apparatus 112. The fNIRS inspection apparatus 111 irradiates the inspection object with near infrared light, detects the reflected light, and supplies a detection signal to the analysis apparatus 112. The analysis device 112 analyzes the detection signal supplied from the fNIRS inspection device 111 and displays the waveform and the like.
〔fNIRS検査装置111〕
図2はfNIRS検査装置111のブロック構成図を示す。
[FNIRS inspection device 111]
FIG. 2 is a block diagram of the fNIRS inspection apparatus 111.
fNIRS検査装置111は、主に、ホルダ121、122、送光ファイバ123、検出ファイバ124、近赤外光発生装置125、受光装置126、処理装置127、操作パネル128、記憶装置129、表示装置130、インタフェース131から構成されている。ホルダ121、122には、複数の送光ファイバ123及び複数の検出ファイバ124の先端が装着される。ホルダ121、122は、検査対象141に取り付けられて、複数の送光ファイバ123、及び、複数の検出ファイバ124の先端を検査対象141に密着させる。 The fNIRS inspection device 111 mainly includes holders 121 and 122, a light transmission fiber 123, a detection fiber 124, a near infrared light generation device 125, a light reception device 126, a processing device 127, an operation panel 128, a storage device 129, and a display device 130. The interface 131 is configured. The holders 121 and 122 are mounted with tips of a plurality of light transmission fibers 123 and a plurality of detection fibers 124. The holders 121 and 122 are attached to the inspection object 141 so that the tips of the plurality of light transmission fibers 123 and the plurality of detection fibers 124 are in close contact with the inspection object 141.
送光ファイバ123及び検出ファイバ124は、検査対象141に対して格子状に配置されている。また、このとき、送光ファイバ123及び検出ファイバ124は、互いに交互に配置されている。 The light transmission fiber 123 and the detection fiber 124 are arranged in a lattice shape with respect to the inspection object 141. At this time, the light transmission fibers 123 and the detection fibers 124 are alternately arranged.
送光ファイバ123の他端には、近赤外光発生装置125から近赤外光が供給される。送光ファイバ123は近赤外光発生装置125から他端に供給された近赤外光を先端から送出し、人体などの検査対象141に照射する。ここでは、例えば、脳の血流であり、血液、特に、酸素化ヘモグロビンや脱酸素化ヘモグロビンが対象となる。 Near-infrared light is supplied from the near-infrared light generator 125 to the other end of the light transmission fiber 123. The light transmission fiber 123 sends near infrared light supplied from the near infrared light generator 125 to the other end from the tip, and irradiates the inspection object 141 such as a human body. Here, for example, blood flow of the brain, and blood, particularly oxygenated hemoglobin and deoxygenated hemoglobin are targeted.
送光ファイバ123から送出された近赤外光は、検査対象141の内部に入射する。検査対象141内部に入射した近赤外光は、ヘモグロビンなどに反射して検出ファイバ124の先端に入射する。このとき、光の成分を解析することにより、酸素化ヘモグロビン(oxy−Hb)と脱酸素化ヘモグロビン(deoxy−Hb)を各々検出することが可能となる。 Near-infrared light transmitted from the light transmission fiber 123 enters the inspection object 141. Near-infrared light that has entered the inside of the inspection object 141 is reflected by hemoglobin or the like and enters the tip of the detection fiber 124. At this time, it is possible to detect oxygenated hemoglobin (oxy-Hb) and deoxygenated hemoglobin (deoxy-Hb) by analyzing light components.
検出ファイバ124は他端が受光装置126に接続されている。検出ファイバ124の先端に入射した近赤外光は、検出ファイバ124を通して受光装置126に入射される。 The other end of the detection fiber 124 is connected to the light receiving device 126. Near-infrared light incident on the tip of the detection fiber 124 enters the light receiving device 126 through the detection fiber 124.
受光装置126は、検出ファイバ124の他端から供給される近赤外光を電気信号に変換する。受光装置126で変換された電気信号は、処理装置127に供給され、ディジタルデータに変換され、酸素化ヘモグロビン(oxy−Hb)と脱酸素化ヘモグロビン(deoxy−Hb)との信号に分離された後、記憶装置129に記憶される。 The light receiving device 126 converts near infrared light supplied from the other end of the detection fiber 124 into an electrical signal. The electrical signal converted by the light receiving device 126 is supplied to the processing device 127, converted into digital data, and separated into signals of oxygenated hemoglobin (oxy-Hb) and deoxygenated hemoglobin (deoxy-Hb). Stored in the storage device 129.
記憶装置129に記憶された酸素化ヘモグロビン(oxy−Hb)と脱酸素化ヘモグロビン(deoxy−Hb)との信号は、操作パネル128の操作により必要に応じて表示装置130に表示される。また、インタフェース131を通して解析装置112に送信される。 Signals of oxygenated hemoglobin (oxy-Hb) and deoxygenated hemoglobin (deoxy-Hb) stored in the storage device 129 are displayed on the display device 130 as needed by operating the operation panel 128. Further, the data is transmitted to the analysis device 112 through the interface 131.
〔解析装置112〕
解析装置112は、例えば、パーソナルコンピュータシステムから構成されており、インタフェース141、処理装置142、記憶装置143、入力装置144、表示装置145から構成されている。
[Analyzer 112]
For example, the analysis device 112 includes a personal computer system, and includes an interface 141, a processing device 142, a storage device 143, an input device 144, and a display device 145.
インタフェース141は、fNIRS検査装置111とのインタフェースをとり、データの送受信を可能とする。 The interface 141 is an interface with the fNIRS inspection apparatus 111 and enables data transmission / reception.
処理装置142は、記憶装置143にインストールされた解析プログラムに基づいてデータ処理が実行されており、インタフェース141から供給された検出信号に応じたデータを記憶装置143に記憶する。記憶装置143は、ハードディスクドライブ、メモリ、ディスクドライブなどから構成されており、解析プログラムがインストールされているとともに、fNRIS検査装置111から供給された信号データが記憶される。また、記憶装置143は、処理装置142の作業用記憶領域としても用いられる。 The processing device 142 performs data processing based on the analysis program installed in the storage device 143, and stores data corresponding to the detection signal supplied from the interface 141 in the storage device 143. The storage device 143 includes a hard disk drive, a memory, a disk drive, and the like. The storage device 143 has an analysis program installed therein and stores signal data supplied from the fNRIS inspection device 111. The storage device 143 is also used as a working storage area for the processing device 142.
入力装置144は、キーボード、マウスなどから構成されており、処理装置142に対してデータ入力や各種コマンドの入力を行なう装置である。表示装置145は、CRT、LCDなどから構成されており、処理装置142により実行された解析プログラムの解析結果などを表示する。 The input device 144 includes a keyboard, a mouse, and the like, and is a device that inputs data and various commands to the processing device 142. The display device 145 includes a CRT, an LCD, etc., and displays the analysis result of the analysis program executed by the processing device 142.
〔処理〕
図3は本発明の一実施例の解析プログラムの処理フローチャートを示す。
〔processing〕
FIG. 3 shows a processing flowchart of an analysis program according to an embodiment of the present invention.
処理装置142は、ステップS1−1で検出信号を取得すると、ステップS1−2で解析処理を実行する。解析処理は、離散ウェーブレット変換を用いた多重解像度解析により行なわれる。処理装置142は、ステップS1−3で表示装置145に解析結果の波形を表示する。 When the processing device 142 obtains the detection signal in step S1-1, the processing device 142 executes analysis processing in step S1-2. The analysis process is performed by multi-resolution analysis using discrete wavelet transform. The processing device 142 displays the waveform of the analysis result on the display device 145 in step S1-3.
処理装置142は、ステップS1−4で表示装置145の解析結果の波形から必要な成分が反映された波形が選択されると、ステップS1−5でその前後の周波数帯域の成分を抽出して、ステップS1−6で選択された成分の波形に加算し、その波形を表示装置145に表示する。 When a waveform reflecting a necessary component is selected from the waveform of the analysis result of the display device 145 in step S1-4, the processing device 142 extracts the components of the frequency bands before and after that in step S1-5. It adds to the waveform of the component selected at step S1-6, and displays the waveform on the display device 145.
〔解析処理〕
ここで、ステップS1−2での解析処理について説明を行なう。本実施例の解析処理は、fNIRS検査装置111から取得した信号データに対して離散ウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行なう。
[Analysis processing]
Here, the analysis process in step S1-2 will be described. In the analysis processing of this embodiment, multi-resolution analysis is performed on the signal data acquired from the fNIRS inspection apparatus 111 using discrete wavelet transform.
〔波形解析〕
まず、波形解析について説明する。
(Waveform analysis)
First, waveform analysis will be described.
波形解析としては、フーリエ解析が一般的である。フーリエ解析は、時間領域の情報をフーリエ変換して、周波数領域の情報に置き換えて行なう解析方法である。しかし、通常のフーリエ解析では、時間情報が欠落していた。 As the waveform analysis, Fourier analysis is common. Fourier analysis is an analysis method in which information in the time domain is Fourier transformed and replaced with information in the frequency domain. However, time information is missing in normal Fourier analysis.
このため、短時間フーリエ変換、いわゆる、窓フーリエ変換が提案されている。しかし、短時間フーリエ変換では、信号の時間−周波数解析が行なえるが、解析対象に対するある程度の知識、予測が必要となる。このため、未知の信号を検出し、解析するにはかなりの労力が必要であった。 For this reason, short-time Fourier transform, so-called window Fourier transform, has been proposed. However, in the short-time Fourier transform, the time-frequency analysis of the signal can be performed, but a certain amount of knowledge and prediction for the analysis target is required. For this reason, considerable effort was required to detect and analyze unknown signals.
そこで、本実施例では、波形解析としてウェーブレット変換を用いる。 Therefore, in this embodiment, wavelet transform is used for waveform analysis.
本実施例で用いられるウェーブレット変換は、マザーウェーブレットと呼ばれる小さな波Ψ(t)を平行移動、伸縮させて解析したい波形f(t)の局所的な様子を表し、これを元に波形を解析していくものである。 The wavelet transform used in the present embodiment represents a local state of a waveform f (t) to be analyzed by translating and expanding and contracting a small wave Ψ (t) called a mother wavelet, and the waveform is analyzed based on this. It will be.
ウェーブレット変換の数式は、一般に The wavelet transform formula is generally
式(1)においてΨ((t-b)/a)は、bだけ時間(位相)をずらした周波数を(1/a)する演算である。これらの演算による変換は、連続ウェーブレット変換と呼ばれている。連続ウェーブレット変換は、式(1)からも明らかように、かなりの計算量を必要とするとともに、情報が重複する。 In Expression (1), Ψ ((t−b) / a) is an operation for (1 / a) the frequency shifted in time (phase) by b. The transformation by these operations is called continuous wavelet transformation. As is clear from the equation (1), the continuous wavelet transform requires a considerable amount of calculation and overlaps information.
これを簡略化するために、離散ウェーブレット変換と呼ばれるウェーブレット変換が提案されている。 In order to simplify this, a wavelet transform called a discrete wavelet transform has been proposed.
離散ウェーブレット変換は、式(1)のaとbとを離散化したものであり、一般に、 The discrete wavelet transform is a discretization of a and b in Equation (1).
〔多重解像度解析〕
次に離散ウェーブレット解析を用いた多重解像度解析について説明する。
[Multi-resolution analysis]
Next, multiresolution analysis using discrete wavelet analysis will be described.
図4は多重解像度解析を説明するための図を示す。 FIG. 4 is a diagram for explaining the multi-resolution analysis.
解析対象の波形をSとしたとき、例えば、図4に示すように波形を周波数帯域の異なる低周波成分(approximation)a1、a2、a3、及び、高周波成分(detail)d1、d2、d3からなる6つの階層構造に分解する。 When the waveform to be analyzed is S, for example, as shown in FIG. 4, the waveform is composed of low frequency components (approximation) a1, a2, a3 and high frequency components (detail) d1, d2, d3 having different frequency bands. Decompose into six hierarchical structures.
このとき、図4に示す階層構造において解析対象波形Sは、
S=a3+d3+d2+d1 …(3)
で表される。
At this time, the analysis target waveform S in the hierarchical structure shown in FIG.
S = a3 + d3 + d2 + d1 (3)
It is represented by
〔解析結果〕
次に離散ウェーブレット変換を用いた多重解像度解析による解析結果について説明する。
〔Analysis result〕
Next, an analysis result by multi-resolution analysis using the discrete wavelet transform will be described.
ここでは、脳血流信号に対して、離散ウェーブレット変換により多重解像度解析を行う解析方法について説明する。脳血流信号に対して、離散ウェーブレット変換により多重解像度解析を行い、脳血流をあらゆる周波数成分に分解し、有意な信号を含む周波数成分のみ再構成する。これによって、必要のないゆらぎや雑音を取り除くことができる。 Here, an analysis method for performing multi-resolution analysis on cerebral blood flow signals by discrete wavelet transform will be described. The cerebral blood flow signal is subjected to multi-resolution analysis by discrete wavelet transform, the cerebral blood flow is decomposed into all frequency components, and only frequency components including significant signals are reconstructed. As a result, unnecessary fluctuations and noise can be removed.
また、各周波数成分はそれぞれ異なる意味を持つので、周波数で分解することにより、脳血流に含まれる様々な信号、例えば、タスクに対する脳の活動状態や、実験に対する心理変化、心拍による変動などを別々に評価できるようになる。 Also, each frequency component has a different meaning, so by decomposing by frequency, various signals contained in the cerebral blood flow, such as brain activity status for tasks, psychological changes for experiments, fluctuations due to heartbeat, etc. Can be evaluated separately.
また、連続ウェーブレット変換でなく、離散ウェーブレット変換を用いることにより、リアルタイムに解析処理が行え、さらに計算が比較的簡単であるので計算負荷が少なくできる。測定中に多重解像度解析を行いながら解析結果を逐次モニタに表示させれば、脳血流に含まれる様々な信号を測定しながら個別に見ることができる。あらかじめ必要な周波数がわかっていれば、多重解像度解析で得られる成分をどのように再構成するかを設定しておくことで、有意な情報だけをモニタリングしながら測定できる。 In addition, by using discrete wavelet transform instead of continuous wavelet transform, analysis processing can be performed in real time, and the calculation is relatively simple, so the calculation load can be reduced. If analysis results are sequentially displayed on a monitor while performing multi-resolution analysis during measurement, various signals included in cerebral blood flow can be individually viewed while being measured. If the necessary frequency is known in advance, it is possible to measure while monitoring only significant information by setting how to reconstruct components obtained by multi-resolution analysis.
〔第1解析例〕
図5は実験内容を説明するための図である。
被験者に対して、刺激文を画面に提示し、正誤判定をする課題を課し、そのときの反応をfNIRS検査装置111により測定した。このとき、図5に示すように14秒レスト、34秒タスク、14秒レストのブロックデザインとした。刺激1(タスクA)、刺激2(タスクB)、刺激3(タスクC)の3種類の異なるタスクを設定して、1回3ブロックとして、これを4回繰り返し、計12ブロック744秒測定した。
図6は脳のブローカ野付近をfNIRS検査装置により検出したときの検出信号の一例を示す図である。同図中、灰色で色付けした領域がタスク部分を示している。
図6に示すように酸素化ヘモグロビンがタスク時に上昇する傾向を見ることができるが、高周波の雑音を含んでいる。また、実験全体にかけて酸素化ヘモグロビンoxy−Hbの増加と脱酸素化ヘモグロビンdeoxy−Hbの減少が見られるが、タスクに対する賦活状態を見るとき、これらの不要な情報は取り除きたい。
〔加算平均結果〕
図7はfNIRS装置の酸素化ヘモグロビンの検出信号に対して加算平均をタスク別に行った結果を示す図である。図7(A)はタスクA、図7(B)はタスクB、図7(C)はタスクCを加算平均したものである。
加算平均を取ることにより、図7に示されるように雑音が除去され、また、タスクごとの変化を見ることができ、タスクに対する賦活状態を評価できる。例えば、図7(C)に示すようにタスクCが最も賦活させる刺激であることがわかる。ところが、図6を見ると、同じタスクCであっても、310秒から372秒ではほとんど変化がないのに対し、682秒から744秒では非常に大きな変化があり、賦活状態に大きなばらつきがあることがわかるが、図7に示すように加算平均を取ることによって、この情報は見えなくなっている。このため、加算平均では、タスクに対する賦活状態を見逃しがちである。
[First analysis example]
FIG. 5 is a diagram for explaining the contents of the experiment.
The subject was presented with a stimulus sentence on the screen, and a task of making a correct / incorrect determination was imposed. The reaction at that time was measured by the fNIRS inspection device 111. At this time, as shown in FIG. 5, a block design of a 14-second rest, a 34-second task, and a 14-second rest was adopted. Three types of different tasks, i.e., Stimulus 1 (Task A), Stimulus 2 (Task B), and Stimulus 3 (Task C), were set as 3 blocks at a time, and this was repeated 4 times for a total of 12 blocks for 744 seconds .
FIG. 6 is a diagram showing an example of a detection signal when the vicinity of the broker area of the brain is detected by the fNIRS inspection apparatus. In the figure, the gray colored area indicates the task portion.
As shown in FIG. 6, it can be seen that oxygenated hemoglobin tends to rise during the task, but it contains high frequency noise. In addition, an increase in oxygenated hemoglobin oxy-Hb and a decrease in deoxygenated hemoglobin deoxy-Hb are observed throughout the experiment. However, when viewing the activation state for a task, it is desirable to remove these unnecessary information.
[Additional average result]
FIG. 7 is a diagram showing a result of performing averaging for each task on the oxygenated hemoglobin detection signal of the fNIRS apparatus. FIG. 7A shows task A, FIG. 7B shows task B, and FIG.
By taking the addition average, noise is removed as shown in FIG. 7, the change for each task can be seen, and the activation state for the task can be evaluated. For example, as shown in FIG. 7C, it can be seen that task C is the stimulus that is most activated. However, in FIG. 6, even in the same task C, there is almost no change from 310 seconds to 372 seconds, whereas there is a very large change from 682 seconds to 744 seconds, and there is a large variation in the activation state. As can be seen, this information is made invisible by taking the averaging as shown in FIG. For this reason, in the averaging, it is easy to miss the activation state for the task.
〔多重解像度解析結果〕
図8は酸素化ヘモグロビンの検出信号に対して多重解像度解析を行った結果を示す図である。
[Multi-resolution analysis results]
FIG. 8 is a diagram showing the result of performing multi-resolution analysis on the detection signal of oxygenated hemoglobin.
1ブロックの周期は62秒であるので、タスクに関連する周期的な血流変化は、0.00888〜0.0178Hzに対応する成分d8の付近に現れる。成分d8には図8(E)に示されるように、タスク時に増加、レスト時に減少する傾向が確認できる。そこで、図8(E)に示されるd8に隣接する図8(F)、図8(D)に示す成分d7、d9を加算して信号を再構成する。 Since the period of one block is 62 seconds, the periodic blood flow change related to the task appears in the vicinity of the component d8 corresponding to 0.00888 to 0.0178 Hz. As shown in FIG. 8E, the component d8 has a tendency to increase at the time of task and to decrease at the time of rest. Therefore, the signals d7 and d9 shown in FIGS. 8F and 8D adjacent to d8 shown in FIG. 8E are added to reconstruct the signal.
図9は図8に示す多重解像度解析結果の成分d7、d8、d9を加算して再構成した信号を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a signal reconstructed by adding the components d7, d8, d9 of the multiresolution analysis result shown in FIG.
図9に示す成分d7、d8、d9を加算して再構成した信号は、高周波の雑音除去と同時に長いトレンド成分が取り除かれており、タスクに関連する変化のみが抽出され、はっきり捉えることができる。 In the signal reconstructed by adding the components d7, d8, and d9 shown in FIG. 9, the long trend component is removed simultaneously with the removal of the high frequency noise, and only the change related to the task is extracted and can be clearly understood. .
図10は脳のブローカ野付近をfNIRS検査装置により検出したときの検出信号の他 の一例を示す図、図11は図10に示す検出信号に対して多重解像度解析を行なった結果を示す図。図12は図11に示す多重解像度解析結果の成分d7、d8、d9を加算して再構成した信号を示す図である。 FIG. 10 is a view showing another example of the detection signal when the vicinity of the broker area of the brain is detected by the fNIRS inspection apparatus, and FIG. 11 is a view showing the result of performing multi-resolution analysis on the detection signal shown in FIG. FIG. 12 is a diagram showing a signal reconstructed by adding the components d7, d8, and d9 of the multiresolution analysis result shown in FIG.
図10〜図12に示すように他の検出信号に対して同様に離散ウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行ない、必要な成分を抽出して、加算を行なう処理を行なうことにより、高周波の雑音除去と同時に長いトレンド成分が取り除かれており、タスクに関連する変化のみが抽出され、はっきり捉えることができることがわかる。 As shown in FIGS. 10 to 12, multi-resolution analysis is similarly performed on other detection signals using discrete wavelet transform, and necessary components are extracted and added, thereby performing high-frequency noise. It can be seen that the long trend component is removed at the same time as the removal, and only the change related to the task is extracted and can be clearly captured.
〔効果〕
本実施例によれば、検査対象となる機能を最も反映する成分を用いて解析を行うことができ、よって、検査すべき機能を確実に解析できる。
〔effect〕
According to the present embodiment, the analysis can be performed using the component that most reflects the function to be inspected, and thus the function to be inspected can be reliably analyzed.
また、離散ウェーブレット変換という比較的簡単な処理によって解析を行なえるため、パーソナルコンピュータなどを用いて解析を行なうことができる。 Further, since the analysis can be performed by a relatively simple process such as discrete wavelet transform, the analysis can be performed using a personal computer or the like.
さらに、ベースライン補正などを用いた場合には信号とノイズの分離があいまいであると、情報を失う場合があるが、ウェーブレット変換を用いた場合には情報が欠落することなく、解析を行なうことができる。 Furthermore, information may be lost if the signal and noise separation is ambiguous when using baseline correction, etc., but if wavelet transform is used, analysis should be performed without missing information. Can do.
〔その他〕
なお、本実施例では、解析装置112で信号の解析を行なうようにしたが、fNIRS装置111側でウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行なうようにしてもよい。
[Others]
In the present embodiment, the analysis apparatus 112 analyzes the signal, but the fNIRS apparatus 111 may perform wavelet transform using wavelet transform.
また、本実施例では、多重解像度解析結果から適正な解析結果を選択するようにしたが、検査内容に応じて最適な解析結果を選択するようにしてもよい。 In this embodiment, an appropriate analysis result is selected from the multi-resolution analysis result. However, an optimal analysis result may be selected according to the examination content.
さらに、本実施例では、脳の機能を検査する場合について説明を行なっているが、fNIRS検査装置を用いて行なわれる検査、一般に適用できることは言うまでもない。 Furthermore, in the present embodiment, the case where the brain function is examined is described, but it goes without saying that the examination can be generally applied to the examination performed using the fNIRS examination apparatus.
100 システム
111 fNIRS検査装置、112 解析装置
121、122 ホルダ、123 送光ファイバ、124 検出ファイバ
125 近赤外光発生装置、126 受光装置、127 処理装置、128 操作パネル129 記憶装置、130 表示装置、131 インタフェース
141 インタフェース、142 処理装置、143 記憶装置、144 入力装置
145 表示装置
100 system 111 fNIRS inspection device, 112 analysis device 121, 122 holder, 123 light transmission fiber, 124 detection fiber 125 near infrared light generation device, 126 light receiving device, 127 processing device, 128 operation panel 129 storage device, 130 display device, 131 interface 141 interface 142 processing device 143 storage device 144 input device 145 display device
Claims (6)
前記機能的近赤外分光装置により検出された検出信号に対して離散ウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行ない、該多重解像度解析の結果、検査しようとする機能の状態が反映された成分に、その前後の周波数帯域の成分を加算した成分を解析結果として出力する解析部を有することを特徴とする機能的近赤外分光装置の信号解析装置。A multi-resolution analysis is performed on the detection signal detected by the functional near-infrared spectrometer using a discrete wavelet transform, and as a result of the multi-resolution analysis, a component in which the state of the function to be inspected is reflected. A signal analysis device for a functional near-infrared spectroscopic device, comprising an analysis unit that outputs a component obtained by adding the components of the frequency bands before and after that as an analysis result.
前記機能的近赤外分光法により検出された検出信号に対して離散ウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行ない、該多重解像度解析の結果、検査しようとする機能の状態が反映された成分に、その前後の周波数帯域の成分を加算した成分を解析結果として出力する解析部を有することを特徴とする機能的近赤外分光装置。A multi-resolution analysis is performed using a discrete wavelet transform on the detection signal detected by the functional near-infrared spectroscopy, and as a result of the multi-resolution analysis, a component in which the state of the function to be inspected is reflected. A functional near-infrared spectrometer having an analysis unit that outputs a component obtained by adding the components in the frequency bands before and after the analysis result.
前記機能的近赤外分光装置により検出された検出信号を取得する信号取得手順と、
前記信号取得手順で取得した信号に対して離散ウェーブレット変換を用いて多重解像度解析を行ない、該多重解像度解析の結果、検査しようとする機能の状態が反映された成分に、その前後の周波数帯域の成分を加算した成分を解析結果として出力する解析手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータに読み取り可能なプログラム。 On the computer,
A signal acquisition procedure for acquiring a detection signal detected by the functional near-infrared spectrometer;
A multi-resolution analysis is performed on the signal acquired by the signal acquisition procedure using a discrete wavelet transform, and the result of the multi-resolution analysis reflects the state of the frequency band before and after the component reflecting the state of the function to be inspected. An analysis procedure for outputting a component obtained by adding the components as an analysis result ,
A computer-readable program characterized by causing the program to be executed.
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