專利名稱：生物體光測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用光來測量散射體，特別是生物體內部的信息的裝置(生物體光測量裝置)，特別是涉及除去與局部腦血液量變化信號重疊的噪聲信號、高精度地取得必要的局部腦血液量變化信號的技術。
背景技術：
生物體光測量裝置是向被檢者的身體的一部分照射從可見到紅外區(qū)域的波長的光，檢出從該處反射了的光，從而測量生物體內部的血液循環(huán)、血行動態(tài)、血紅蛋白等的裝置。在給予被檢者刺激、課題的狀態(tài)下進行光測量的話，與不給予刺激、課題的情況比較，血液循環(huán)、血行動態(tài)及血紅蛋白會出現(xiàn)變化，把此變化與已知的變化形態(tài)進行比較，就能掌握被檢者的屬性、特征。
這樣的生物體光測量裝置，對被檢者束縛不強，能非侵襲地、簡便地獲得生物體信息，因而臨床上的應用正在實用化。
作為生物體光測量裝置的臨床上的應用例，有作為癲癇病灶(epileptic focus)的鑒別、癲癇術前檢查的語言領域區(qū)域辨別、腦疾病的判斷等。在語言領域區(qū)域辨別檢查中，例如，測量相對于語言刺激負荷的左右側頭葉的局部腦血液量變化信號，比較所獲得的局部腦血液量變化信號的區(qū)域，從而辨別語言領域區(qū)域。此檢查在減小癲癇病灶部位切除所伴隨的腦功能損傷的意義上是非常重要的檢查，正在尋求正確的區(qū)域辨別的技術。
可是，局部腦血液量變化信號中重疊了來自生物體內部的信號以及裝置噪聲、體動信號等各種來自外界的噪聲信號，難以取得精度高的局部腦血液量變化信號。
以前嘗試了通過移動平均處理、例如專利文獻1中記載的濾波處理等來除去噪聲，但大多不能通過這些處理而充分地除去噪聲。例如，圖3的圖表的CH2產(chǎn)生的那種尖峰噪聲成分等具有頻帶寬的特性。為了通過濾波處理、移動平均處理來除去這樣的噪聲，就需要加寬濾波器的適用頻帶或加大移動平均處理的適用時間長短等處理，但在這種情況下，必要的局部腦血液量變化信號也會被除去，這是存在的問題。
專利文獻1特開2002-177281號公報發(fā)明內容發(fā)明所要解決的問題對此，本發(fā)明的目的在于提供一種不拘泥于噪聲的特性、并且能不損害作為目的信號的信息量而除去噪聲，能獲得高精度的目的信號的生物體光測量裝置。
解決問題的手段為了達到上述目的，本發(fā)明的生物體光測量裝置具備向被檢體照射從可見到紅外區(qū)域的光的裝置；檢出通過了上述被檢體的生物體內部的上述光，輸出與所檢出的光量對應的信號的裝置；處理上述信號、生成上述被檢體的生物體響應信號的信號處理裝置；以及使上述信號處理裝置所生成的生物體響應信號得以顯示的顯示裝置，其特征在于，上述信號處理裝置具備把上述生物體響應信號分離為多個成分信號的信號分離裝置；以及用上述多個成分信號中的除去包括噪聲的成分信號的規(guī)定的成分信號來再構成生物體響應信號的信號再構成裝置。
還有，本發(fā)明的生物體光測量裝置具有向被檢體的多個地方照射從可見到紅外區(qū)域的光的裝置；從上述多個地方檢出所照射的且通過了被檢體的生物體內部的光、輸出在照射地方及檢出地方所確定的多個測量點上的測量信號的檢出裝置；處理來自上述檢出裝置的測量信號、生成與上述多個測量點有關而表示被檢體內物質變化的波形的信號處理裝置；以及顯示上述信號處理裝置的處理結果(上述波形等)的顯示裝置，其特征在于，上述信號處理裝置具備把上述波形分離為多個成分波形的信號分離裝置；以及用上述多個成分波形中的規(guī)定的成分波形來再構成表示上述被檢體內物質變化的波形的信號再構成裝置。
分離后的成分信號及再構成后的信號分別顯示在顯示裝置上。
在本發(fā)明的生物體光測量裝置中，優(yōu)選的是，信號處理裝置至少具備2種信號分離裝置。例如，信號分離裝置中的至少一個對生物體響應信號進行主成分分析，將其分離為多個成分信號?；蛘?，對生物體響應信號進行獨立成分分析，將其分離為多個成分信號。
還有，在本發(fā)明的生物體光測量裝置中，優(yōu)選的是，信號處理裝置具備選擇信號再構成裝置所用的規(guī)定的成分信號的信號選擇裝置。信號選擇裝置，例如，基于成分信號和預先設定了的參考信號的相關值來選擇規(guī)定的成分信號?；蛘?，基于成分信號的微分波形的標準偏差來選擇規(guī)定的成分信號?；蛘甙堰@兩者作為基準來選擇規(guī)定的成分信號。
本發(fā)明的生物體光測量裝置，優(yōu)選的是，信號處理裝置具有用于讓用戶來選擇信號再構成裝置所用的規(guī)定的成分信號的用戶接口裝置。例如，在顯示裝置上顯示多個主成分波形或獨立成分波形以及選擇這些主成分波形或獨立成分波形的選擇框。
還有，例如，在顯示裝置上顯示輸入上述相關值的相關值框和/或輸入上述標準偏差的標準偏差框。
本發(fā)明的噪聲除去方法是向被檢體的檢查部位照射光、從檢出通過了上述檢查部位的光而獲得的生物體光測量信號中除去噪聲的方法，其特征在于包括對上述生物體光測量信號進行成分分析、將其分離為多個成分信號的步驟；以及用上述分離后的多個成分信號中的規(guī)定的成分信號來再構成生物體光測量信號的步驟。
分離為多個成分信號的步驟，例如，包括對多個成分信號進行主成分分析的步驟、對多個成分信號進行獨立成分分析的步驟。這些步驟可以只執(zhí)行一個步驟，也可以兩個步驟并用。
還有，本發(fā)明的噪聲除去方法，也可以對于由上述再構成的步驟再構成后的生物體光測量信號，執(zhí)行分離為多個成分信號的步驟及再構成的步驟。
本發(fā)明的噪聲除去方法，優(yōu)選的是，包括從分離后的多個成分信號中選擇規(guī)定的成分信號的步驟。此步驟是例如用成分信號和預先設定了的參考信號的相關值和/或成分信號的微分波形的標準偏差來選擇規(guī)定的成分信號。
具體實施例方式
以下參照附圖來說明本發(fā)明的生物體光測量裝置的實施方式。
另外，在以下的說明中，生物體光測量的對象為血紅蛋白量(包括氧化血紅蛋白、脫氧化血紅蛋白、總血紅蛋白)，不過，本發(fā)明的生物體光測量裝置不但可以把血紅蛋白作為對象，也可以把在近紅外有吸收的細胞色素等生物體內物質作為對象。
圖1是表示適用本發(fā)明的生物體光測量裝置的概略構成的圖。此生物體光測量裝置主要具備向生物體照射近紅外光的光源部10；測量通過了生物體的光(包括透過了生物體內部的光和在生物體內部所反射的光。以下稱為通過光)，將其轉換為電信號的光測量部20；以及根據(jù)來自光測量部20的信號來計算作為生物體信息的局部腦血液量變化信號，具體是血中血紅蛋白濃度變化，顯示結果的信號處理部30。而且此生物體光測量裝置具備為了使引導來自光源部10的光的光纖13的前端接觸被檢者9的測量位置，并且使向光測量部20引導來自被檢體9的通過光的光纖21的前端接觸被檢者9的測量位置而固定這些光纖13、21前端的安裝部件40。此安裝部件40與光纖前端合起來稱為測量探頭。
光源部10由分別發(fā)射從可見光到紅外的波長區(qū)域內的多個波長例如780nm及830nm的光的半導體激光器11、具備用于以多個不同的頻率來調制這兩個波長的光的調制器的多個光學組件12、以及光照射用的光纖組成。從半導體激光器11發(fā)射的兩個波長的光被混合之后，用每個光學組件調制成不同的頻率，通過光纖13向被檢者的檢查部位照射。
光測量部20由與檢出用的光纖21連接而把光纖21引導的光轉換為與光量對應的電信號的光電二極管22等光電轉換元件、用于輸入來自光電二極管22的電信號而選擇性地檢出與照射位置及波長對應的調制信號的同步放大器(lock-in-amplifier)組件23、以及對來自同步放大器組件23的信號進行A/D轉換的A/D轉換器24組成。同步放大器組件23至少由與應該測量的信號的數(shù)量同數(shù)量的同步放大器組成。
探頭40是將照射用光纖前端和檢出用光纖前端交替排列而在矩陣上配置了光纖連接用的插座而成的，根據(jù)檢查部位而采用3×3、4×4等各種大小的矩陣。由檢出用光纖檢出的光是由從與該檢出用光纖鄰接的例如4個照射用光纖照射、透過生物體后的光混合而成的，由同步放大器23通過這些照射用光纖來選擇不同的調制信號，從而能獲得檢出用光纖前端和鄰接的照射用光纖前端之間的點(測量點)的信息。這些測量點與同步放大器23檢出的通道(channels)對應，例如對于3×3矩陣的探頭，光照射位置和檢出位置之間的測量點為12，能進行12個通道的光測量。
處理信號處理部30通過對裝置整體進行控制的控制部31而與光測量部20連接，處理從光測量部20送來的電壓信號(數(shù)字信號)，轉換成表示生物體信息的信號，具體是轉換成表示測量部位的血紅蛋白濃度的局部腦血液量變化信號、產(chǎn)生受體圖像。伴隨這樣的信號處理部30設置的還有存儲部32和輸入輸出部33，該存儲部32存儲從光測量部20送來數(shù)字信號和處理后的數(shù)據(jù)，該輸入輸出部33具備顯示信號處理部30中的處理結果的顯示裝置(監(jiān)視器)、以及向控制部31輸入測量、信號處理方面的必要指示的輸入裝置。
信號處理部30，除了上述產(chǎn)生圖像等功能以外，還具備從各測量通道所測量到的血紅蛋白變化信號中提取表示在測量時給予被檢者的課題的特征的信號(課題關聯(lián)信號)，根據(jù)此課題關聯(lián)信號測出對課題最有反應的測量部位(通道)的功能。
在這樣的構成的生物體光測量裝置中，通過如下方式進行生物體光測量通過照射用光纖13從探頭40照射以不同的頻率調制了的光，并且由各光電二極管把透過生物體后由檢出用光纖21所引導的光轉換為電信號，由同步放大器23在每個作為照射位置和檢出位置的中間點的測量點將其檢出，并且獲得轉換為測量部位的血中血紅蛋白濃度的血紅蛋白變化信號。測量到的各測量點的血紅蛋白變化信號由信號處理部30進行各種分析，其結果顯示在輸入輸出部33的監(jiān)視器上。
圖2是表示測量被檢者的左右的側頭葉的情況圖。在圖示的例子中，在左右的測量部位201、202分別進行了12個通道(左Ch1-Ch12，右Ch13-Ch24)，共計24個通道的測量。在給予規(guī)定的課題的狀態(tài)下進行測量，獲得與不給予課題的狀態(tài)的差作為血紅蛋白變化信號。每通道所獲得的血紅蛋白變化信號，例如，如圖3所示，作為圖表301按每通道來顯示。在圖表301中，橫軸表示時間軸，縱軸表示mMmm(毫克分子·毫米單位在毫米單位的測量長中遇到的克分子數(shù))，課題進行的時間例如由表示其起始和結束的2條直線來表示。其前后是不給予刺激的穩(wěn)定區(qū)間。
在這樣測量到的血紅蛋白變化信號上，除了作為本來的生物體反應的信號以外，還重疊了各種噪聲。信號處理部30對這些血紅蛋白變化信號實施噪聲分離處理，用除去了噪聲的成分來再構成(還原)血紅蛋白變化信號。
以下說明由信號處理部30執(zhí)行的噪聲分離處理。圖4中示出了信號處理部的信號處理次序的一個實施例，圖5表示噪聲分離處理次序的一個實施例。
噪聲分離處理主要包括以下處理步驟把血紅蛋白變化信號分離為各種成分、并且顯示的處理401；把所顯示的成分中的給定的成分作為噪聲成分而除去或選擇給定的成分作為用于再構成的成分的處理402；以及用除去噪聲成分之后的成分或作為用于再構成成分而被選擇了的成分來再構成血紅蛋白變化信號的處理403。在生物體光測量裝置中，把血紅蛋白變化信號作為圖3所示的、隨時間變化的波形來顯示，并且根據(jù)需要再對這些波形進行分析，根據(jù)對課題最作出反應的部位的鑒別、被檢體的響應波形的特征來進行腦疾病等的判斷(處理406)。
在本實施方式中，在把血紅蛋白變化信號分離為各種成分的步驟401中，采用主成分分析和獨立成分分析，選擇其中一種方式或者將兩種方式組合起來進行分析。
主成分分析不考慮被測量到的血紅蛋白變化信號是由怎樣的要素組成的數(shù)據(jù)，不考慮它們根據(jù)怎樣的傳遞函數(shù)而成為測量結果，而是通過使分散最大化來提取統(tǒng)計上不相關的信號的方法。另一方面，獨立成分分析是假定血紅蛋白變化信號是將來自各種各樣的腦部位的變化信號和外界信號以相關的方式而線性結合的結果，求得其傳遞函數(shù)，提取概率密度上獨立的信號的方法?？梢园凑赵肼暤奶匦?，選擇其中一種方式或者將兩種方式組合起來，從而能進行高精度的分析。例如，在幾個信號源是代表性的類型噪聲的情況下，獨立成分分析是有效的。
該主成分分析及獨立成分分析是在多變量解析的領域中算法確立了的成分分析方法，在本實施方式的生物體光測量裝置中，用于執(zhí)行這些算法的軟件作為程序而被安裝在信號處理部30中，通過輸入輸出部33的用戶接口(GUI)而被選擇性地或組合起來執(zhí)行。
在輸入輸出部33的監(jiān)視器上，如圖3所示，按每通道來顯示以血中血紅蛋白量表示由光測量部20測量到的信號的血紅蛋白信號，并且顯示選擇主成分分析的按鈕302(CalcPCA)和選擇獨立成分分析的按鈕303(CalcICA)。在此畫面300上選擇任一處理的話，就按照圖5所示的次序來執(zhí)行主成分分析(S110-S114)或獨立成分分析(S120-S122)(S102)。
在選擇了主成分分析的情況下，根據(jù)在步驟S101中測量到的局部腦血液量變化信號fm(n)，產(chǎn)生方形矩陣Xm(m)(S110)。
即，產(chǎn)生作為局部腦血液量變化信號fm(n)(m為通道序號，M為最大測量通道數(shù)的話，1≤m≤M。n為與圖表301的橫軸對應的時效(経時)數(shù)據(jù)序號，N為最大測量時間的話，1≤n≤N。)的集合的矩陣F(m為行序號，n為列序號的矩陣)，根據(jù)矩陣F和此矩陣的轉置矩陣FT，由下式(1)產(chǎn)生方形矩陣X(M×M的矩陣)。
X＝F·FT(1)
此處從右面卷積矩陣F的轉置矩陣FT的話，就能取得生物體光測量的向時效數(shù)據(jù)方向的相關平均，從左面卷積的話，就能取得生物體光測量的向測量通道方向的相關平均。在本實施方式中，通過從右面的卷積來提取時間信息(時效數(shù)據(jù)方向)的各空間(通道)的特征。
其次，對于上述方形矩陣X，求得本征值λk的矩陣Λ(步驟S111)，由此算出本征矢量W和主成分波形(步驟S112)。本征值是本征矢量的「幾倍」的值，對某矢量W乘以某矩陣X時為Λ倍的話，Λ是本征值，W是本征矢量，由下式(2)、(3)來表示。
XW＝ΛW(2)Λ＝W-1XW (3)M維的矩陣中存在M個本征值、本征矢量。在把被算出的M個本征值λk(1≤k≤M)按大的順序排列為對角成分的矩陣(本征值矩陣)Λ，在式(2)中分別代入本征值Λ＝λ1的情況下、本征值Λ＝λ2的情況下…本征值Λ＝λM的情況下，解下式(4)，從而算出本征矢量W。
(X-Λ)W＝0(4)固有矢量W是由M個本征矢量wk(m)(w1(1)～wM(M)，1≤k≤M，1≤m≤M)組成的M×M的矩陣，矩陣X的第k主成分波形Yk由式(5)求得。
Yk＝wkTX(5)此處用原來的信號F代替X，從而求得信號F的主成分波形Ck(k表示是第k成分，1≤k≤M)。據(jù)此，對于信號的集合F，求得第1～第M為止的主成分波形。
Ck＝wkTF(6)這樣算出的主成分波形C1～Ck在輸入輸出部33的監(jiān)視器上與本征矢量wk(m)一起被顯示。圖6表示顯示(GUI)的一個例子。如圖所示，在畫面的左側，從上面按順序顯示第1主成分波形601C1(t)、第2主成分波形C2(t)…，在右側對于各成分波形顯示本征矢量602w1(m)、w2(m)…。本征矢量表示對對應的主成分波形的各通道的權重(存在頻度)。在圖中顯示到第5成分波形為止，不過，通過拉動滾動條603就能看到被算出的全部的主成分波形。
其次，在這樣分離后的主成分波形中，除去噪聲波形，再構成信號(S113，圖4處理402、403)。在本實施方式中，可以選擇對信號的再構成進行自動處理或手動處理。
在圖6所示的顯示了主成分波形和本征矢量的畫面600上，操作選擇手動處理的按鈕604(Manual)的話，就可以進行對用于選擇主成分波形的選擇框606(Select)的選取(輸入)，所以用戶通過選取選擇框606來選擇任意的波形，用于信號再構成。成分波形的選擇采用以下嘗試法除掉據(jù)經(jīng)驗看來是噪聲的波形，使用看來是信號成分的主要部分的波形來再構成信號，對于兩者都不是的成分波形，或取或棄，確認此后的再構成波形。這時，可以參照本征矢量的顯示。
操作選擇自動處理的按鈕605(Auto)的話，就會顯示設定波形再構成中使用的成分波形的選擇基準畫面。圖7表示選擇基準設定畫面的一個例子。在圖示的例子中，作為選擇方法有2種方法(1)選擇與參考波形701高度地相關的波形，(2)選擇微分波形的標準偏差小的波形，選擇使用其中一種方法或者將兩種方法組合起來使用。
作為參考波形701，例如，使用據(jù)經(jīng)驗得知的波形，作為表示在測量時與給予被檢者的課題對應的生物體反應的特征的信號(課題關聯(lián)信號或代表信號)。在圖示的實施例中，顯示了成為基本的梯形的參考波形701，用戶可以按照其時的測量條件和被測量到的波形而適當將其變形。例如在延遲時間輸入框704中輸入數(shù)值，從而在所輸入的時間內形成向上的梯形。還有，可以移動表示加了課題的時間(刺激區(qū)間)的兩條縱線702、703，設定刺激區(qū)間的間隔、刺激區(qū)間前后的穩(wěn)定區(qū)間。這樣產(chǎn)生參考波形701之后，在識別相關值框705中輸入相關值，操作OK按鈕707的話，其參考波形701的相關值大于等于所輸入的相關值的成分波形就被選擇。
對于刺激區(qū)間前后的穩(wěn)定區(qū)間，算出微分波形的標準偏差。穩(wěn)定區(qū)間本來是血紅蛋白變化信號的變化(微分)小的區(qū)間，在此區(qū)間微分波形的標準偏差大，就判斷是噪聲成分。具體而言，只選擇標準偏差比標準偏差框706中設定了的數(shù)字小的成分波形用于信號再構成。上述兩種方法可以只用其中任意一種，也可以兩種方法并用。
這樣自動或手動地選擇成分波形的話，信號處理部30就用其再構成信號(再構成)(S114，圖4403)。例如，如果選擇了第1成分波形C1到第k成分波形Ck的話，就根據(jù)與各成分波形對應的本征值wi，由下式(7)再構成各通道的信號Hm(m為通道序號，1≤m≤M)。
Hm=Σi=1kwi(m)×Ci······(7)]]>再構成后的信號被顯示在輸入輸出部33的監(jiān)視器上(圖5S130)。圖8中表示顯示例。在此例中，再構成后的信號801的顯示畫面與原來的信號的顯示畫面(圖3)同樣產(chǎn)生。用戶看著再構成后的信號，如果需要，可以再重復上述處理401～403(圖4405)。在此情況下，用再構成后的信號來執(zhí)行主成分分析(S110～S114)或獨立成分分析(S120～S122)。還有，如上所述，在手動選擇成分波形的情況下，可以看著畫面所顯示了的再構成信號，返回成分波形的選擇步驟402，重復進行嘗試(404)。
其次說明用獨立成分分析進行噪聲分離處理402的情況。在顯示了血紅蛋白變化信號的畫面300(圖3)中，操作選擇獨立成分分析的按鈕(CalcICA)303的話，就執(zhí)行圖5的步驟S120～S122。
在獨立成分分析中，如式(8)所示，假定此信號F(fm(n)的矩陣)由M′個信號源矢量S(n)的信號的混合所構成，算出作為信號F的成分的獨立信號及其混合矩陣A以及用于還原成分信號的提取矩陣B(S120)。
F(n)＝AS(n)(8)(式中，假定n是時效數(shù)據(jù)序號，S(n)是由S(n)＝(S1(n)、S2(n)…SM′(n))表達的矢量，各成分Sm′(n)(1≤m′≤M′)是互相獨立的。A是混合矩陣(轉換矩陣)。)獨立成分分析是沒有S(n)的概率分布和混合矩陣A所相關的先驗(transcendental)信息，而只用測量到的信號F(n)求得由下式(9)確定的Y(n)的問題，若M≥M′，則解存在，提取矩陣B(M×M′的實數(shù)矩陣)存在。
Y(n)＝BX(n)(9)在本實施方式中，考慮M＝M′的情況，在S(n)的各成分是獨立的的前提下，用迭代法算出B×A＝I(I是單位矩陣)中的B，由(9)求得Y(n)。
這樣算出的獨立成分波形Y1～YM在輸入輸出部33的監(jiān)視器上與混合矩陣A、提取矩陣B一起被顯示。圖9表示顯示(GUI)的一個例子。如圖所示，在畫面的左側，從上面按順序顯示第1獨立成分波形901Y1(t)、第2獨立成分波形Y2(t)…，在右側顯示與混合各成分波形的情況下的權重(存在頻度)相應的混合矩陣A903，以及與進行提取的情況下的權重相應的提取矩陣B904。另外，圖中簡略顯示的混合矩陣A和提取矩陣B比實際的尺寸小。在此情況下，通過拉動滾動條902也能看到所算出的全部獨立成分波形。
其次，在這樣分離后的獨立成分波形中，選擇除去噪聲波形的規(guī)定的波形，再構成信號。在此情況下也與主成分分析所涉及的信號分離處理一樣，可以選擇對信號的再構成進行自動處理或手動處理(S121)。在圖9所示的、顯示了獨立成分波形的畫面中，操作選擇手動處理的按鈕905(Manual)的話，就可以進行對用于選擇獨立成分波形的選擇框907(Select)的選取，所以用戶通過選取選擇框907來選擇任意的波形，用于信號再構成。此選擇基準與主成分波形的選擇一樣，并根據(jù)需要反復進行嘗試。
還有，操作選擇自動處理的按鈕906(Auto)的話，與主成分分析的情況一樣，就會顯示用于設定波形再構成中使用的成分波形的選擇基準的畫面(圖7)，因而照此進行參考波形的設定、必要的參數(shù)的輸入，執(zhí)行信號處理部30所涉及的自動成分波形選擇。
這樣自動或手動地選擇成分波形的話，信號處理部30就用其再構成信號(S122)。例如，如果選擇了第1成分波形Y1到第k成分波形Yk的話，就根據(jù)與各成分波形對應的提取矩陣Bi的值，由下式(10)再構成各通道的信號Rm(m為通道序號，1≤m≤M)。
Rm=Σi=1kBi(m)×Yi······(10)]]>再構成后的信號被顯示在輸入輸出部33的監(jiān)視器上。用戶看著再構成后的信號，如果需要，可以再重復上述處理401～403(405)。還有，在手動選擇代表信號的情況下，可以根據(jù)需要而反復進行處理402、403(404)。
如上所述，主成分分析是提取統(tǒng)計上不相關的信號的方法，獨立成分分析是提取概率密度上獨立的信號的方法，容易分離的方法隨噪聲的特性而不同。在本發(fā)明中，可以按照噪聲的特性，選擇例如主成分分析或獨立成分分析，對其進行1次或反復進行多次，也可以主成分分析和獨立成分分析并用，由此就能有效地除去各種各樣的噪聲，可獲得更精密的目的信號。
除去噪聲后的信號不僅顯示為圖8所示那樣的隨時間變化的波形，還可以進行信號處理而生成臨床上有效的信息(處理406)。例如，可以從與課題關聯(lián)信號的相關情況來看，鑒別最易反應的部位(語言領域辨別)，根據(jù)與所存儲的各種腦疾病患者的課題關聯(lián)信號的相關情況來進行疾病的診斷等。
以上說明了用主成分分析及獨立成分分析來進行噪聲分離處理的實施方式，不過，本發(fā)明不限于上述實施方式，例如，可以適當組合公知的噪聲分離技術(濾波處理，移動平均處理)。還有，用于進行噪聲分離處理的選擇、成分波形的選擇的GUI也不限于圖示的東西，而是可以適當變更。例如，可以不是通過按鈕操作來選擇，而是顯示菜單來選擇成分分析方法，在多次反復進行成分分析的情況下，也可以輸入成分分析的方法及其順序。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，對經(jīng)生物體光測量所測量到的血紅蛋白變化信號等測量信號，通過成分分析來進行噪聲分離處理，從而能不拘泥于噪聲的特性而有效地除去噪聲，能獲得高精度的目的信號。還有，根據(jù)本發(fā)明的生物體光測量裝置，能通過用戶接口來監(jiān)控信號處理的經(jīng)過，并且能按照被檢者的個體差異、測量條件等來設定信號處理的條件，因而能彈性地再現(xiàn)與原信號最接近的信號。


表示適用本發(fā)明的生物體光測量裝置的整體概要的圖；[圖2]表示測量部位和測量點(通道)的關系的圖；[圖3]表示通過圖2的測量所獲得的各通道的血紅蛋白變化信號的圖；[圖4]表示本發(fā)明的生物體光測量裝置執(zhí)行的信號處理的順序的圖；[圖5]表示本發(fā)明的生物體光測量裝置執(zhí)行的噪聲分離處理的順序的圖；[圖6]表示顯示通過主成分分析而分離了的主成分波形和本征矢量的顯示畫面的一個例子的圖；[圖7]表示自動選擇成分波形的情況下的GUI的一個例子的圖；[圖8]表示再構成后的血紅蛋白變化信號的圖；[圖9]表示顯示通過獨立成分分析而分離了的成分波形(獨立信號)和混合矩陣/提取矩陣的顯示畫面的一個例子的圖。
附圖標記的說明10…光源部，20…光測量部，30…信號處理部，31…控制部，32…存儲部，33…輸入輸出部，40…探頭
權利要求
1.一種生物體光測量裝置，具備向被檢體照射從可見到紅外區(qū)域的光的裝置；檢出通過了所述被檢體的生物體內部的所述光、輸出與所檢出的光量對應的信號的裝置；處理所述信號、生成所述被檢體的生物體響應信號的信號處理裝置；以及使所述信號處理裝置所生成的生物體響應信號得以顯示的顯示裝置，其特征在于，所述信號處理裝置具備把所述生物體響應信號分離為多個成分信號的信號分離裝置；以及用所述多個成分信號中的除去包括噪聲的成分信號的規(guī)定的成分信號來再構成生物體響應信號的信號再構成裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的生物體光測量裝置，其特征在于，分離后的成分信號及再構成后的信號分別顯示在所述顯示裝置上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的生物體光測量裝置，其特征在于，所述信號處理裝置至少具備兩種信號分離裝置。
4.根據(jù)權利要求1至3中任意一項所述的生物體光測量裝置，其特征在于，所述信號分離裝置中的至少一個對生物體響應信號進行主成分分析，將其分離為多個成分信號。
5.根據(jù)權利要求1至4中任意一項所述的生物體光測量裝置，其特征在于，所述信號分離裝置中的至少一個對生物體響應信號進行獨立成分分析，將其分離為多個成分信號。
6.根據(jù)權利要求1至5中任意一項所述的生物體光測量裝置，其特征在于，所述信號處理裝置具備選擇所述信號再構成裝置所用的規(guī)定的成分信號的信號選擇裝置。
7.根據(jù)權利要求6所述的生物體光測量裝置，其特征在于，所述信號選擇裝置基于所述成分信號和預先設定了的參考信號的相關值來選擇所述規(guī)定的成分信號。
8.根據(jù)權利要求6所述的生物體光測量裝置，其特征在于，所述信號選擇裝置基于所述成分信號的微分波形的標準偏差來選擇所述規(guī)定的成分信號。
9.根據(jù)權利要求6所述的生物體光測量裝置，其特征在于，所述信號選擇裝置基于所述成分信號和預先設定了的參考信號的相關值以及所述成分信號的微分波形的標準偏差來選擇所述規(guī)定的成分信號。
10.根據(jù)權利要求6所述的生物體光測量裝置，其特征在于，所述信號處理裝置具備用于讓用戶來選擇所述信號再構成裝置所用的規(guī)定的成分信號的用戶接口裝置。
11.根據(jù)權利要求6所述的生物體光測量裝置，其特征在于，在所述顯示裝置上顯示多個主成分波形或獨立成分波形和選擇所述主成分波形或獨立成分波形的選擇框。
12.根據(jù)權利要求7至9中任意一項所述的生物體光測量裝置，其特征在于，在所述顯示裝置上顯示輸入所述相關值的相關值框和/或輸入所述標準偏差的標準偏差框。
13.一種生物體光測量裝置，具有向被檢體的多個地方照射從可見到紅外區(qū)域的光的裝置；從所述多個地方檢出所照射的且通過了被檢體的生物體內部的光、輸出在照射地方及檢出地方所確定的多個測量點上的測量信號的檢出裝置；處理來自所述檢出裝置的測量信號、生成表示所述多個測量點的被檢體內物質變化的波形的信號處理裝置；以及顯示所述信號處理裝置的處理結果的顯示裝置，其特征在于，所述信號處理裝置具備把所述波形分離為多個成分波形的信號分離裝置；以及用所述多個成分波形中的規(guī)定的成分波形來再構成表示所述被檢體內物質變化的波形的信號再構成裝置。
14.一種噪聲除去方法，向被檢體的檢查部位照射光，從檢出通過了所述檢查部位的光而獲得的生物體光測量信號中除去噪聲，其特征在于，該方法包括對所述生物體光測量信號進行成分分析、將其分離為多個成分信號的步驟；以及用所述分離后的多個成分信號中的規(guī)定的成分信號來再構成生物體光測量信號的步驟。
15.根據(jù)權利要求14所述的噪聲除去方法，其特征在于，所述分離為多個成分信號的步驟包括對所述多個成分信號進行主成分分析的步驟。
16.根據(jù)權利要求14或15所述的噪聲除去方法，其特征在于，所述分離為多個成分信號的步驟包括對所述多個成分信號進行獨立成分分析的步驟。
17.根據(jù)權利要求14至16中任意一項所述的噪聲除去方法，其特征在于，對于由所述再構成的步驟再構成后的生物體光測量信號，執(zhí)行所述分離為多個成分信號的步驟及再構成的步驟。
18.根據(jù)權利要求14至17中任意一項所述的噪聲除去方法，其特征在于，包括從分離后的多個成分信號中選擇規(guī)定的成分信號的步驟。
19.根據(jù)權利要求18所述的噪聲除去方法，其特征在于，所述進行選擇的步驟是用所述成分信號和預先設定了的參考信號的相關值和/或所述成分信號的微分波形的標準偏差來選擇所述規(guī)定的成分信號。
全文摘要
一種生物體光測量裝置，對通過生物體光測量而獲得的生物體信號，例如局部腦血液量變化信號進行主成分分析、獨立成分分析，提取、顯示多個成分信號。從這些成分信號中自動或手動地選擇包括噪聲的成分信號以外的信號，用所選擇的信號再構成局部腦血液量信號。顯示再構成后的信號，根據(jù)需要，再對其進行成分分析、再構成，將其用于診斷所必要的信息的解析。這樣就能確實除去重疊在生物體信號上的來自外界的噪聲，特別是能確實除去不能通過平均移動處理、濾波處理而充分除去的信號，獲得高精度的目的信號。
文檔編號A61B5/026GK1878505SQ200480033198
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月1日 優(yōu)先權日2003年11月12日
發(fā)明者川崎真護, 市川祝善, 田中尚樹 申請人:株式會社日立醫(yī)藥