(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体信号を受信する生体信号受信部と、
前記生体信号に対して埋め込み変換によりｍ次元（ｍは４以上の整数）のデータを作成する高次元空間解析部と、
前記ｍ次元のデータから３個の軸を選択することにより、３軸の組み合わせが異なる複数の３次元データを生成し、該複数の３次元データを３次元の空間に表示する３次元表示信号処理送信部と,
を備える、
生体信号解析装置。
【請求項２】
前記生体信号は、呼吸運動、心電図又は脳波を示す信号である、
請求項１に記載の生体信号解析装置。
【請求項３】
前記生体信号受信部は、第１の生体信号、及び前記第１の生体信号と受信した時間の異なる第２の生体信号を受信し、
前記高次元空間解析部は、前記第１の生体信号及び前記第２の生体信号をｍ次元（ｍは４以上の整数）において解析し、
前記３次元表示信号処理送信部は、前記高次元空間解析部の解析を行うことにより、前記第１の生体信号に基づいて生成される３次元の空間に表示させるための信号である第１の３次元表示信号、及び前記第２の生体信号に基づいて生成される３次元の空間に表示させるための信号である第２の３次元表示信号、を送信する、
請求項１に記載の生体信号解析装置。
【請求項４】
前記高次元空間解析部は、前記第１の生体信号に基づいてｍ次元のベクトルの信号である第１のｍ次元ベクトル情報信号を生成し、前記第２の生体信号に基づいてｍ次元のベクトルの信号である第２のｍ次元ベクトル情報信号を生成するｍ次元ベクトル情報生成部を備える、請求項３に記載の生体信号解析装置。
【請求項５】
前記第１の３次元表示信号と、前記第２の３次元表示信号を比較する情報比較部をさらに備える、
請求項３または４に記載の生体信号解析装置。
【請求項６】
前記第１のｍ次元ベクトル情報信号と、前記第２のｍ次元ベクトル情報信号を比較する情報比較部をさらに備える、
請求項４に記載の生体信号解析装置。
【請求項７】
生体信号を受信する手順と、
前記生体信号に対して埋め込み変換によりｍ次元（ｍは４以上の整数）のデータを作成する手順と、
前記ｍ次元のデータから３個の軸を選択することにより、３軸の組み合わせが異なる複数の３次元データを生成し、該複数の３次元データを３次元の空間に表示する手順と,
を行う、
生体信号解析方法。
【請求項８】
生体信号を受信する手順と、
前記生体信号に対して埋め込み変換によりｍ次元（ｍは４以上の整数）のデータを作成する手順と、
前記ｍ次元のデータから３個の軸を選択することにより、３軸の組み合わせが異なる複数の３次元データを生成し、該複数の３次元データを３次元の空間に表示する手順と,
をコンピュータに実行させる、
生体信号解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体信号解析装置、生体信号解析方法、生体信号解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体信号の挙動を理解するための方法について、生体信号を受信して観測する方法が広く行われている。その生体信号の観測結果を表示する手段として、従来から図１のように時間を横軸、振幅を縦軸とする表示方法により観測する手段などが用いられている。
【０００３】
一方、生体信号を４次元以上の高次元における相関次元により解析する方法が特開平９−５６８３３号公報において用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５６８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、一般に表示された図形より得られる情報は高次元より低次元のほうが情報量において劣る。図１を例とする従来の表示方法では、生体信号の挙動の異常を観測するにあたり情報量が不足するため、医療従事者の長年の経験により補う必要があり、経験の浅い者が異常を観測することが困難なことがあった。また、医療従事者の経験も観測者の主観に委ねられる部分が多く、客観的で明確な基準が欠けることがあった。
【０００６】
一方、生体信号を４次元以上の高次元空間で理解する方法が考えられる。しかし、例えば特許文献１に記載されているような方法では、結果を瞬時に理解することは数学的に高度な知識を必要とするため、緊急性を要する医療の現場においては、直ちに処置に活かすことは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以上に鑑みてなされたものであり、生体信号を受信する生体信号受信部と、前記生体信号をｍ次元（ｍは４以上の整数）において解析する高次元空間解析部と、前記高次元空間解析部の解析に基づいて生成される、３次元の空間に表示させるための信号である３次元表示信号を送信する、３次元表示信号送信部を備える、生体信号解析装置であることを特徴とする。これにより生体信号が規則的であるかどうかが可視的に容易に確認することができ、観測者は経験の浅い者であっても、視覚的に生体信号が規則的であることについての状態を確認することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明における生体信号解析装置、生体信号解析方法、生体信号解析プログラムによれば、生体信号の解析を高次元で行うため多くの情報が失われること無く取得できる。一方、３次元空間座標に生体信号の解析結果を表示するので、数学的に知識のない者でも瞬時に生体信号の状態を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の生体信号の表示方法を現す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の構成を表すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の手順を表すフローチャートである。
【図４】生体信号受信部１００の構成を表すブロック図である。
【図５】ずらし時間設定部１２０の構成を表すブロック図である。
【図６】ずらし時間設定部１２０の構成を表すブロック図である。
【図７】ｎ個のベクトルを生成するイメージを表す図である。
【図８】埋め込み変換処理部１３０の構成を表すブロック図である。
【図９】３次元表示信号処理送信部１４０の構成を表すブロック図である。
【図１０】３次元空間のイメージを表す図である。
【図１１】５次元空間を３次元空間に表示するための座標の組み合わせを表す図である。
【図１２】数３で表される数式により生成されるグラフの軌跡を表す図である。
【図１３】覚醒時の呼吸運動を表すグラフである。
【図１４】無呼吸時の呼吸運動を表すグラフである。
【図１５】ＣＰＡＰにより呼吸を整えた場合の呼吸運動を表すグラフである。
【図１６】本発明の第２の実施の形態の構成を表すブロック図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態の手順を表すフローチャートである。
【図１８】心電図のアナログデータをＡ／Ｄ変換して表すグラフである。
【図１９】健常者の心電図を表すグラフである。
【図２０】心電図の時間ずらしの決定方法を説明するためのグラフである。
【図２１】健常者の心電図の解析で４次元空間情報を３次元空間に射影した場合を示すグラフである。
【図２２】健常者の心電図の新しい表示法について拡大して説明するためのグラフである。
【図２３】心室性期外収縮を伴う患者の心電図を従来表示法及び新しい表示法で対比して表すグラフである。
【図２４】心房細動を伴う患者の心電図を従来表示法及び新しい表示法で対比して表すグラフである。
【図２５】欠神てんかん患者のてんかん発作がない脳波部分及びてんかん発作脳波部分を対比して表すグラフである。
【図２６】欠神てんかん患者のてんかん発作がない脳波部分の３次元分割描写を表すグラフである。
【図２７】欠神てんかん患者のてんかん発作脳波部分の３次元分割描写を表すグラフである。
【図２８】健康男性の浅睡眠脳波及び深睡眠脳波を従来表示法で対比して表すグラフである。
【図２９】健康男性の浅睡眠脳波の３次元空間分割描写を表すグラフである。
【図３０】健康男性の深睡眠脳波の３次元空間分割描写を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〈１．基本的な実施の形態〉
本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態について、図２に構成のブロック図を、図３に手順のフローチャートを表す。
【００１１】
生体信号受信部１００は、生体信号を受信する（Ｓ１００）。この受信する生体信号は呼吸運動をはじめとして、脳波、心電図、胃電図など、様々な生体信号について用いることが可能である。生体信号受信部１００の一例として、アナログ生体信号受信部１０１、アナログ生体信号記録部１０２、Ａ／Ｄ変換部１０３を備える構成とすることが考えられる。図４は生体信号受信部１００の構成を表すブロック図である。
【００１２】
アナログ生体信号受信部１０１は、アナログの状態の生体信号であるアナログ生体信号の受信を行う（Ｓ１０１）。
【００１３】
アナログ生体信号記録部１０２は、受信したアナログ生体信号を記録する（Ｓ１０２）。
【００１４】
Ａ／Ｄ変換部１０３は、生体信号の１周期の挙動が十分観測できる値であるサンプリング時間Δｔをとり、アナログ生体信号記録部１０２において記録されたアナログ生体信号をデジタル変換し、デジタル生体信号とし（Ｓ１０３Ａ）、高次元空間解析部１１０へ送信する（Ｓ１０３Ｂ）。
【００１５】
高次元空間解析部１１０は、生体信号を高次元において解析する（Ｓ１１０）。この高次元における解析の一例として、Ｔａｋｅｎｓの埋め込み定理を用いて解析を行い、解析結果としてｍ次元空間（ｍは４以上の整数）における生体信号の軌跡を取得することが考えられる。この高次元空間解析部１１０は、一例として、ずらし時間設定部１２０、埋め込み変換処理部１３０を備える構成とすることが考えられる。
【００１６】
ずらし時間設定部１２０は、受信した生体信号について、ずらし時間の設定を行う（Ｓ１２０）。ずらし時間は生体信号を高次元で解析するにあたり、Ｔａｋｅｎｓの埋め込み定理を用いる場合に必要となる。Ｔａｋｅｎｓの埋め込み定理を用いる場合には、ノイズの影響などを考慮してずらし時間は自己相関関数が最初に０になる時間、または１／ｅ（ｅは自然対数）になる時間を用いると適切であることが知られている。自己相関関数とはｔについての関数ｙ（ｔ）を例にすると、ｙ（ｔ）とτだけ位相をずらしたｙ（ｔ＋τ）の変動の類似性を表すものであり、同一であれば１、正負が逆であれば−１となるものである。
【００１７】
ずらし時間設定部１２０の構成を挙げる。この場合のずらし時間設定部１２０は、一例としてずらし時間決定部１２１、ずらし時間記録部１２２、ずらし時間呼出部１２３を備える構成とすることが考えられる。この場合のずらし時間設定部１２０のブロック図を図５に表す。
【００１８】
ずらし時間決定部１２１は、特定のずらし時間の値を表す、ずらし時間信号をずらし時間記録部１２２に送信する（Ｓ１２１）。このずらし時間の値は、過去に同様の生体信号についての自己相関関数を求めた経験等により得られた一定の値を用いてもよい。この一定の値について、生体信号を時間ｔについての関数ｘ（ｔ）と考え、このｘ（ｔ）自己相関関数の値が最初に０または１／ｅになるτの値を用いることが考えられる。
【００１９】
ずらし時間記録部１２２は、受信したずらし時間信号を記録する（Ｓ１２２Ａ）。
【００２０】
ずらし時間呼出部１２３は、ずらし時間記録部１２２に記録されたずらし時間信号の呼出を行うための信号であるずらし時間呼出信号を、ずらし時間記憶部１２２へ送信する（Ｓ１２３）。
【００２１】
また、ずらし時間記録部１２２は、受信したずらし時間呼出信号に基づいて、記録されたずらし時間信号を呼出し（Ｓ１２２Ｂ）、ずらし時間信号を埋め込み変換処理部１３０に送信する（Ｓ１２２Ｃ）。
【００２２】
また、ずらし時間設定部１２０におけるずらし時間の設定は、自己相関関数を計算して行う方法も考えられる。この場合は、ずらし時間入力部１２４、自己相関関数計算部１２５、ずらし時間記録部１２６、ずらし時間呼出部１２７を備える構成とすることが考えられる。この場合のずらし時間設定部１２０のブロック図を図６に表す。
【００２３】
ずらし時間入力部１２４は、適当にずらし時間の値を調整する（Ｓ１２４）。例えば適当なずらし時間の値が連続的に入力され、ずらし時間信号の送信を行う構成としてもよい。
【００２４】
自己相関関数計算部１２５は、受信した連続した値のずらし時間信号に基づいて、自己相関関数を計算する（Ｓ１２５）。
【００２５】
ずらし時間記録部１２６は、計算された自己相関関数の値及びその際のずらし時間信号を記録する（Ｓ１２６Ａ）。
【００２６】
ずらし時間呼出部１２７は、自己相関関数の値が例えば０または１／ｅなど特定の値となる際のずらし時間の値の呼出を行うため、ずらし時間記録部１２６へずらし時間呼出信号を送信する（Ｓ１２７）。
【００２７】
また、ずらし時間記録部１２６は、受信したずらし時間呼出信号に基づいて、記録したずらし時間信号の呼出を行い（Ｓ１２６Ｂ）、ずらし時間信号をずらし時間信号埋め込み変換処理部１３０に送信する（Ｓ１２６Ｃ）。
【００２８】
また、ずらし時間設定部１２０が自己相関関数に基づいてずらし時間を設定するにあたって、生体信号は完全に規則的なものではないので、ｘ（ｔ）によって表される関数も異なる、したがってｔの値をいずれにするかによって自己相関関数も異なる値をとることがある。このような場合に対応するべく、自己相関関数計算部１２５は複数の自己相関関数を求め、その全部または一部の平均をとるなど、複数の自己相関関数に基づいてずらし時間を求める構成とすることも考えられる。
【００２９】
埋め込み変換処理部１３０は生体信号から得られるベクトルを、ｍ次元空間に埋め込む（Ｓ１３０）。埋め込み変換処理部１３０は、一例として次元設定部１３１、基本ベクトル生成部１３２、ｍ次元軸生成部１３３、ｍ次元配置部１３４、ｍ次元ベクトル情報生成部１３５を備える構成とすることが考えられる。その場合の埋め込み変換処理部１３０のブロック図を図８に表す。
【００３０】
次元設定部１３１は、何次元の空間において解析を行うかを決定し、ｍの値を設定する。（Ｓ１３１）。
【００３１】
基本ベクトル生成部１３２は、受信したずらし時間信号に基づいて、数１に記載されるようにずらし時間τずつ時間をずらしたｘ（ｔ）について、ｍ個の要素数からなるベクトルをｎ個生成する（Ｓ１３２）。数１について、ｘ（１）とｘ（２）の時間差はΔｔである。ｘ（ｔ）からｎ個のベクトルを生成する手順のイメージを図７に表す。ｎの値はベクトルからなる軌跡を描くために十分な数の値である。
【００３２】
【数１】
0005540402.tif 000002
【００３３】
ｍ次元軸生成部１３３は、τずつずらした位相に基づいて、ｘ（ｔ）軸、ｘ（ｔ＋τ）軸、ｘ（ｔ＋２τ）軸、…、ｘ（ｔ＋（ｍ−１）τ）軸の、ｍ次元空間を構成するｍ個の軸を生成する（Ｓ１３３）。
【００３４】
ｍ次元配置部１３４は、ｎ個の基本ベクトルに基づいて、ｎ個の点を、ｍ次元軸生成部１３３が生成したｍ個の座標軸からなるｍ次元空間に配置する（Ｓ１３４）。これにより、数１のベクトルに基づく座標である、（ｘ（１），ｘ（１＋τ），ｘ（１＋２τ），…，ｘ（１＋（ｍ−１）τ））、（ｘ（２），ｘ（２＋τ），ｘ（２＋２τ），…，ｘ（２＋（ｍ−１）τ））、…、（ｘ（ｎ），ｘ（ｎ＋τ），ｘ（ｎ＋２τ），…，ｘ（ｎ＋（ｍ−１）τ））からなるｎ個のｍ次元ベクトルで表される座標の軌跡を、ｍ次元空間上に配置する。
【００３５】
ｍ次元ベクトル情報生成部１３５は、ｍ次元空間に配置されたベクトルを表す信号であるｍ次元ベクトル情報信号を生成し（Ｓ１３５Ａ）、ｍ次元ベクトル情報信号を３次元表示信号処理送信部１４０に送信する（Ｓ１３５Ｂ）。
【００３６】
３次元表示信号処理送信部１４０は、高次元において解析された生体信号の解析結果に基づいて生成される、３次元表示信号を送信する（Ｓ１４０）。３次元表示信号処理送信部１４０は、一例として、３次元空間生成部１４１、３次元射影部１４２、３次元表示信号生成部１４３、３次元表示信号送信部１４４、を備える構成とすることが考えられる。この場合の３次元表示信号処理送信部１４０のブロック図を図９に表す。
【００３７】
３次元空間生成部１４１は、ｍ次元情報ベクトルを受信し、ｍ次元ベクトルが射影される３次元空間を作成する（Ｓ１４１）。３次元空間は上記ｍ次元空間の軸であるｍ個の軸からから３個が選択されることにより作成する。その選択の組み合わせはｍ個から３個を選択する場合の数であり、全部で数２で表される数だけ存在する。
【００３８】
【数２】
0005540402.tif 000003
【００３９】
３次元射影部１４２は、上記の３次元空間上に、ｍ次元ベクトルがなす軌跡を３次元空間上に配置する（Ｓ１４２）。例えば３次元空間の座標軸が（ｘ（ｔ）、ｘ（ｔ＋τ）、ｘ（ｔ＋２τ））の組み合わせである場合には、ｍ次元ベクトルの各ベクトル要素のうち、τの係数が同じである、（ｘ（１），ｘ（１＋τ），ｘ（１＋２τ））、（ｘ（２），ｘ（２＋τ），ｘ（２＋２τ））、…（ｘ（ｎ），ｘ（ｎ＋τ），ｘ（ｎ＋２τ））、の各座標上の点を３次元空間上に配置する。そのイメージを図１０に表す。
【００４０】
３次元表示信号生成部１４３は、３次元空間上に配置された各座標上の点及び座標軸を表す信号である３次元表示信号を生成する（Ｓ１４３）。
【００４１】
３次元表示信号送信部１４４は、生成された３次元表示信号を表示画面等に送信する（Ｓ１４４）。３次元空間の表示方法としては、３軸の組み合わせの異なる３次元空間の全部または一部を１つの画面で表示できるようにしてもよいし、１つだけなど一部の画面を表示して、他の画面に切り替えを行うようにできる設定としてもよい。表示画面は３次元空間を表示することが可能なものであればよい。
【００４２】
本実施の形態を用いることにより３次元空間において配置された点により描かれる軌跡は、規則的なものであれば輪を描くような図形が描写され、不規則なものであれば輪のできない形で描かれる。例えばサインカーブについて上記の方法を行い、３次元空間に表示させた場合には軌跡は一本の線からなる輪となり、これは全ての３次元空間において描かれる。ここで規則的であるとは、一般にその振幅及び周期が一定であることを指す。
【００４３】
本実施の形態について、例えば数３のような式からなるｋについての関数ｘ（ｋ）を生体信号受信部１００が受信した場合を考える。
【００４４】
【数３】
0005540402.tif 000004
【００４５】
この場合、高次元空間解析部１１０が、５次元の場合は数１でｍ＝５を代入して得られる５次元空間ベクトルを生成する。３次元表示信号処理送信部１４０は、時間ｔとずらし時間τに基づいて生成される５本の軸ｘ（ｔ）、ｘ（ｔ＋τ）、ｘ（ｔ＋２τ）、ｘ（ｔ＋３τ）、ｘ（ｔ＋４τ）のうち選択された３本からなる３次元空間を生成する。その３次元空間における３軸を選択する組み合わせは５つから３つを選択する場合の数であり、数２の式にｍ＝５を代入して１０通りとなる。具体的な１０通りの組み合わせを図１１に表す。
【００４６】
この場合、３次元表示信号処理送信部１４０より送信された信号に基づいて、３次元空間に軌跡を表示した場合には、図１２で示される図形を描く。図１２において上の２次元からなるグラフではこの信号に規則的な周期があるかどうかを判別することは容易ではない。しかし、３次元空間の表示を確認すれば、非常に明確な中空の輪が描かれており、規則的な関数によりなされたものであることが容易に判別できる。
【００４７】
（応用例１：呼吸運動）
本実施の形態を、閉塞型睡眠時無呼吸症候群の患者に有効な治療法の一つであるＣＰＡＰ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ａｉｒｗａｙ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に用いる方法を挙げる。ＣＰＡＰとは何らかの原因で発生する気道閉塞に対して行う対処療法の一つで、鼻マスクを鼻にかけ、その鼻マスクを利用して空気を送り込み、圧力をかけ、気道を閉じないようにするものである。空気圧が低すぎると効果が無く、高すぎると逆に呼吸が不安定になるので、適切な空気圧をいかに設定するかが問題になる。そこで鼻マスクに空気圧を徐々に上げていくにあたり、本発明を利用することにより、適切な空気圧を容易に確認することができる。
【００４８】
この場合、生体信号受信部１００が無呼吸症候群の患者の呼吸運動を受信し、高次元空間解析部１１０が生体信号を５次元空間において解析し、３次元表示信号処理送信部１４０が送信する３次元表示信号に基づいて３次元空間上に表示させた場合を図１３ないし図１５に示す。図１３は覚醒時の呼吸運動を表すものであり、上図は横軸を時間、縦軸を振幅とした従来のグラフであり、下図は５次元空間を１０個の３次元空間座標に表示したグラフである。また、図１４は無呼吸時の呼吸運動を表すものであり、上図は横軸を時間、縦軸を振幅としたグラフであり、下図は５次元空間を１０個の３次元空間座標に表示したグラフである。図１５はＣＰＡＰにより適切な空気圧を加えたときの呼吸運動を表すものであり、上図は横軸を時間、縦軸を振幅としたグラフであり、下図は５次元空間を１０個の３次元空間座標に表示したグラフである。
【００４９】
この場合、一般にＣＰＡＰにより適切な空気圧を加えたときは呼吸が規則的になるよう空気圧を調整するので最も呼吸が規則的である。次いで覚醒時は呼吸を意識しながら行っているのである程度規則的に行われている。そして無呼吸時は呼吸が非常に不規則である。図１３ないし図１５の下図を見ると、図１５の下図は１０個の３次元空間座標の１０個すべてについて明瞭に輪ができているのに対し、図１３の下図では７個について輪が見られる。また図１４の下図では輪が描かれていない。
【００５０】
（応用例２：心電図）
本実施の形態を、例えば心電図に用いた場合を述べる。通常の心電図を生体信号として受信すると、健康な状態では特有の規則的なパターンの信号が確認されるが、心室性期外収縮又は心房細動を起こした場合には、一時的に心電図が別の規則的なパターンに変化したり不規則的なものになったりすることが知られている。したがって、本発明を用い、そのパターンの変化や不規則性を観測することにより、心室性期外収縮又は心房細動による異常を容易に観測することができる。
【００５１】
図１８は、心電図のアナログデータをＡ／Ｄ変換して表す従来のグラフである。この解析例では、心電図をアナログデータとして測定し、そのアナログデータを０．００５秒（２００Ｈｚ）の等間隔でＡ／Ｄ変換した。このようにして時系列データを０．００５秒間隔でサンプリングすると、Ｐ波、ＱＲＳ波、Ｔ波が順に観察された。図１９は、健常者の心電図を表すグラフである。すなわち、図１８の時系列データ０．００５秒間隔を２０秒間（４０００個）解析したものである。
【００５２】
図２０は、心電図の時間ずらしの決定方法を説明するためのグラフである。時間ずらしτの値は生体信号の種類によって異なるため、再構成したベクトルを空間に埋め込むための「時間ずらし」τの決定を以下のようにして行った。すなわち、時間ずらしτ（整数）は、自己相関関数が最初に１／ｅに減衰する時間（τ・△ｔ）に関連する。その結果、図示した自己相関関数の結果例では、時間ずらしは、６×０．００５＝０．０３秒（τ＝６）と決定した。なお、ｅは自然対数の底を意味する。
【００５３】
この場合、生体信号受信部１００が心電図の測定対象の患者の心電図データを受信し、高次元空間解析部１１０が心電図データを４次元空間において解析し、３次元表示信号処理送信部１４０が送信する３次元表示信号に基づいて３次元空間上に表示させた場合を図２１ないし図２４に示す。図２１は、健常者の心電図の解析で４次元空間情報を３次元空間に射影した場合を示すグラフである。このように健常者の心電図の場合にはループ状の軌跡が確認される。図２２は、健常者の心電図の新しい表示法について拡大して説明するためのグラフである。Ｐ波、Ｔ波、ＱＲＳ波がそれぞれ特徴的な軌跡を描いていることがわかる。
【００５４】
図２３は、心室性期外収縮を伴う患者の心電図を従来表示法及び新しい表示法で対比して表すグラフである。上図は横軸を時間、縦軸を振幅とした従来のグラフであり、下図は４次元空間を４個の３次元空間座標に表示したグラフである。このように心室性期外収縮を伴う患者の心電図では、健常者の場合には見られない心室性期外収縮特有のループ状の軌跡が観察された。そのため、この心電図の新しい表示法を用いれば、未熟練の医療従事者であっても心室性不整脈を直感的に把握することができる。また、この心室性期外収縮特有のループ状の軌跡の発生時刻を情報として記録しておけば病態も把握可能になる。
【００５５】
図２４は、心房細動を伴う患者の心電図を従来表示法及び新しい表示法で対比して表すグラフである。上図は横軸を時間、縦軸を振幅とした従来のグラフであり、下図は４次元空間を４個の３次元空間座標に表示したグラフである。このように心房細動を伴う患者の心電図では、健常者の場合とは異なり、Ｒ波が不規則となり、ｆ波がばらばらの状態を反映する。そのため、この心電図の新しい表示法を用いれば、未熟練の医療従事者であっても心房性不整脈を直感的に把握することができる。
【００５６】
このように本実施の形態を心電図に用いれば、高次元情報から再構成した心電図の軌跡を３次元空間に分割描写できる。そのため、この技術を医療現場で心電図監視装置の新しい３次元表示法として使用可能である。そして、従来の縦軸が振幅、横軸が時間の心電図表示法に比べて、３次元空間表示で周期性、ゆらぎが心電図由来の軌跡では明らかなため専門知識がなくても直感的に解釈できる。すなわち、心電図でＲ波が不整になる上室性期外収縮（心房細動、心房性期外収縮など）では３次元空間内の心電図由来の軌跡が重なりあうため、直感的に異常が確認できる。くわえて、従来表示法では時間と共に過去の波形が確認できなくなるが、本実施形態では３次元空間内で変化を確認できる。特に本実施形態では不整脈発生がわかりやすい。また、心室性期外収縮は大きな振幅をもつため新しい３次元表示法で通常時の心電図ループと違う心室性期外収縮ループとして認識できる。
【００５７】
また、本実施の形態の心電図監視装置には、例えばマウスをそのループ上におけば、心室性期外収縮の発生時刻を記録されたタイムスタンプから確認できる機能を組み込むことができる。さらに、本実施の形態では、３次元空間に描写するため、立体視眼鏡など別個装置を用いれば立体的な変化としても表示できる。そのため、本実施の形態の技術は、医学教育に利用できる。すなわち、心電図の周期性、ゆらぎを３次元空間における心電図由来の軌跡から理解させて説明することができる。
【００５８】
（応用例３：脳波）
本実施の形態を、例えば脳波に用いた場合を述べる。通常の脳波を生体信号として受信すると、健康な状態では複雑で不規則な信号が確認されるが、てんかん発作を起こした場合には、一時的に脳波が規則的なものになることが知られている。したがって、本発明を用い、その規則性を観測することにより、てんかん発作による異常を容易に観測することができる。
【００５９】
図２５は、欠神てんかん患者のてんかん発作がない脳波部分及びてんかん発作脳波部分を対比して表すグラフである。上図は欠神てんかん（癲癇）患者のてんかん発作がない脳波部分（３秒間）を表しており、振幅が小さく、速波周波数の通常のβ波である。一方、下図は欠神てんかん患者のてんかん発作脳波部分（３秒間）を表しており、広汎性徐波で振幅が大きい特徴がある。上下いずれの図においても、縦軸は脳波の振幅（μＶ)に関連した任意値を示し、横軸はサンプリングした時系列データの番号を示す。各時系列データの時間差は０．００５秒（２００Ｈｚでサンプリング）である。
【００６０】
ここで、脳波は周波数により、デルタ波、シータ波、アルファ波、ベータ波の４つに分けられる。そして、アルファ波より周波数の小さい波を徐波、高い波を速波と呼ぶ。
【００６１】
【表１】
0005540402.tif 000005
【００６２】
脳波の種類
デルタ波  ０．５〜４Ｈｚ未満  ぐっすり寝ている時に現れる。
シータ波  ４〜８Ｈｚ未満  とろとろと眠くなって来た時に現れる。
アルファ波  ８〜１３Ｈｚ未満  脳の休めている部位に現れる波である。健康な成人の安静、リラックス、閉眼時に後頭部に現れる。前頭部にはあまり見られない。このアルファ波は目を開けると消えてしまい、振幅も小さいベータ波へと変わる。これは、今まで休んでいた後頭部の視覚野が開眼したことにより活発に働き出したからである。
ベータ波  １３〜４０Ｈｚ未満  精神活動している部位に現れる。
【００６３】
図２６は、欠神てんかん患者のてんかん発作がない脳波部分の３次元分割描写を表すグラフである。このように４次元情報の３次元分割描写の軌跡はすべて重なり合っている。一方、図２７は、欠神てんかん患者のてんかん発作脳波部分の３次元分割描写を表すグラフである。このように４次元情報の３次元分割描写はてんかん発作のある程度の周期性を反映してループ状の軌跡が発生していることがわかる。そのため、この脳波の新しい表示法を用いれば、未熟練の医療従事者であってもてんかん発作を直感的に把握することができる。
【００６４】
図２８は、健康男性の浅睡眠脳波及び深睡眠脳波を従来表示法で対比して表すグラフである。上下いずれの図においても、縦軸は脳波の振幅（μＶ)に関連した任意値を示し、横軸はサンプリングした時系列データの番号を示す。上図に示すように２４歳健康男性の浅睡眠脳波（ｓｔａｇｅ  Ｉ）（３秒間）では小振幅のシータ波が認められ、下図に示すように２４歳健康男性の深睡眠脳波（ｓｔａｇｅ  ＩＶ）（３秒間）では高振幅徐波が認められる。上下いずれの図においても、縦軸は脳波の振幅（μＶ)に関連した任意値を示し、横軸はサンプリングした時系列データの番号を示す。各時系列データの時間差は０．００５秒（２００Ｈｚでサンプリング）である。
【００６５】
図２９は、健康男性の浅睡眠脳波の３次元空間分割描写を表すグラフである。このように４次元情報の３次元分割描写の軌跡はすべて重なり合って乱雑な軌跡を示している。図３０は、健康男性の深睡眠脳波の３次元空間分割描写を表すグラフである。このように４次元情報の３次元分割描写は深睡眠の高振幅徐波の周期性を反映してループ状の軌跡が発生していることが分かるが、てんかん発作に比べて不規則であることが直感的に分かる。そのため、この脳波の新しい表示法を用いれば、未熟練の医療従事者であっても患者が浅睡眠又は深睡眠のいずれであるかを直感的に把握することができる。
【００６６】
このように本実施の形態を脳波に用いれば、高次元情報から再構成した脳波の軌跡を３次元空間に分割描写できる。そのため、この技術を医療現場で脳波監視装置の新しい３次元表示法として使用可能である。そして、従来の縦軸が振幅、横軸が時間の脳波表示法に比べて、３次元空間表示で周期性、ゆらぎが脳波由来の軌跡では明らかなため専門知識がなくても直感的に解釈できる。すなわち、てんかん患者のてんかん発作時の脳波は周期性が明らかになってくるため、通常の脳波状態との区別が容易である。くわえて、従来表示法では時間と共に過去の波形が確認できなくなるが、本実施形態では３次元空間内で変化を確認できる。特に本実施形態では睡眠段階の浅睡眠と深睡眠の脳波の違いを直感的に明らかにできる。すなわち、深睡眠においては、高振幅徐波が出願するため３次元空間内での脳波由来の軌跡はループを描いてくる。通常脳波は波の重なりで３次元表示では脳波由来の軌跡は複雑に重なり合っている。
【００６７】
また、本実施の形態の脳波監視装置には、例えばマウスをそのループ上におけば、てんかん発作の発生時刻を記録されたタイムスタンプから確認できる機能を組み込むことができる。さらに、本実施の形態では、３次元空間に描写するため、立体視眼鏡など別個装置を用いれば立体的な変化としても表示できる。そのため、本実施の形態の技術は、医学教育に利用できる。すなわち、脳波の周期性、ゆらぎを３次元空間における脳波由来の軌跡から理解させて説明することができる。
【００６８】
本実施の形態を用いれば、以上のとおり、生体信号が規則的なものであれば、３次元空間上の軌跡は中空の輪が描かれ、不規則な場合には輪が潰れ、中が詰まった形になる。したがって生体信号が規則的であるかどうかが可視的に容易に確認することができ、観測者は経験の浅い者であっても、視覚的に生体信号が規則的であることについての状態を確認することができる。
【００６９】
〈２．生体信号の比較を行う実施の形態〉
本発明の第２の実施の形態について説明する。生体信号の軌跡が３次元空間上に表示されると、上記のように軌跡に中空の輪ができれば規則的であると評価できる。しかし、さらに詳細な分析を行うため、本実施の形態では、過去に受信され、記録された生体信号と、現在受信されている生体信号を比較し、その変化の程度を確認することができる。本実施の形態について、図１６に構成のブロック図を、図１７に手順のフローチャートを表す。
【００７０】
生体信号受信部２００、高次元空間解析部２１０及びその内部の構成並びにそれらを用いた実施の手順は、上記の生体信号受信部１００、高次元空間解析部１１０及びその内部の構成並びにそれらを用いた実施の手順と同様であるので、説明を省略する。
【００７１】
情報記録部２５０は、受信した信号を記録する（Ｓ２５０）。情報記録部２５０は埋め込み変換処理部２３０により処理が行われたｍ次元ベクトル情報信号を、ｍ次元ベクトル情報記録信号として記録する構成とすることが考えられる。
【００７２】
情報比較部２６０は、２つ生体信号に基づく信号の比較を行う（Ｓ２６０）。情報比較部２６０は情報記録部２５０が記録したｍ次元ベクトル情報記録信号と、埋め込み変換処理部２３０が受信したｍ次元ベクトル情報信号という、受信時間の異なる２つの生体信号に基づいて生成された信号を比較する構成とすることが考えられる。
【００７３】
情報比較部２６０において比較の対象とされるｍ次元ベクトル情報記録信号は任意の時間における生体信号に基づくｍ次元ベクトル情報信号でよいが、特に生体信号の異常を観測したいと考えるのであれば、最も規則的な状態の生体信号についてのｍ次元ベクトル情報信号であることが望ましい。生体信号がどの程度規則的であるかを求める手段としては、生体信号について埋め込み変換を行った後、Ｇｒａｓｓｂｅｒｇｅｒ−Ｐｒｏｃａｃｃｉａ法により相関指数を計算し、埋め込み次元を増加させることにより相関指数が飽和した場合を相関次元と定義し、その相関次元を求めることが考えられる。相関次元が低いほど規則性が高いことが知られているので、最も相関次元の低いと考えられる受信時間におけるｍ次元ベクトル情報信号を用いることが考えられる。この場合、情報記録部２５０は、最も相関次元の低いと考えられる受信時間におけるｍ次元ベクトル情報信号を送信する構成としてもよい。
【００７４】
また、情報比較部２６０は、２つの生体信号の各々を、情報記録部２５０においてｍ次元ベクトル情報記録信号として記録された２つ以上の記録信号を比較する構成としてもよいし、ｍ次元ベクトル情報信号及びｍ次元ベクトル記録情報信号を３次元に処理し、それぞれを３次元ベクトルについての表示信号とした後に比較する構成としてもよい。また、情報比較部２６０は、比較の結果を数値で表すための信号を３次元表示信号処理送信部２４０に送信する構成としてもよい。また、情報比較部２６０は３つ以上の信号を比較する構成としてもよい。
【００７５】
３次元表示信号処理送信部２４０は、基本的に３次元表示信号処理送信部１４０と同様の構成を備え、同様の手順を行うが、２つ以上の３次元表示信号を送信する（Ｓ２４０）。さらに、３次元表示信号処理送信部２４０は、ｍ次元ベクトル情報記録信号に基づいて生成される３次元ベクトル情報記録信号と、ｍ次元ベクトル情報信号に基づいて生成される３次元ベクトル情報信号を表示するための信号を送信する構成としてもよい。また、３次元表示信号処理送信部２４０は、ｍ次元ベクトル記録情報に基づいて生成された３次元空間記録表示信号と、受信しｍ次元ベクトル情報信号に基づく３次元表示信号を併せて送信し、両者を同一の画面に表示させる構成としてもよい。
【００７６】
本実施の形態によれば、現在の状態を表す生体信号と記録された状態の生体信号を比較し被験者の現在の体調の変化を容易に観測することができる。
【００７７】
本実施の形態については、受信された生体信号を、アナログ生体信号記録部１０２において記録し、最も規則的と考えられる時間など特定の時間におけるアナログ生体信号を適宜呼出し、高次元空間解析部１１０において高次元空間における解析を行い、情報比較部２６０において比較するような構成としてもよい。
【００７８】
本実施の形態をＣＰＡＰに用い、空気圧の制御を自動的に行うことも可能である。その場合には情報比較部２６０の比較結果に基づいて空気供給部より空気圧を制御する方法が考えられる。具体的には、情報比較部２６０において、ベクトルのなす軌跡がどの程度一致しているといえるか、という一致の程度を数値化し、測定結果より一致の程度が一定値以下の場合には空気供給部から送られる空気の空気圧を変化させる、という手段を用いることが考えられる。また、情報比較部２６０は、一致の程度が一定値以下の場合には、空気圧を調整するように要請する表示信号を３次元表示信号処理送信部２４０の表示画面等に表示させるような構成としてもよい。
【００７９】
本実施の形態においては、過去に受信し、記録した生体信号と、現在受信している生体信号を比較し、その変化の程度を確認することができるので、被験者個人の性質にあわせて体調の変化を確認することができる。
【００８０】
以上、本発明の各実施の形態について記載したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の同一性を失わない範囲で実施の形態を変更するものについても本発明に含まれる。また本発明の実施手順を行うプログラムを作成し、コンピュータに実行させることにより本発明を実施することも可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１００  生体信号受信部
１０１  アナログ生体信号受信部
１０２  アナログ生体信号記録部
１０３  Ａ／Ｄ変換部
１１０  高次元空間解析部
１２０  ずらし時間設定部
１２１  ずらし時間決定部
１２２  ずらし時間記録部
１２３  ずらし時間呼出部
１２４  ずらし時間入力部
１２５  自己相関関数計算部
１２６  ずらし時間記録部
１２７  ずらし時間呼出部
１３０  埋め込み変換処理部
１３１  次元設定部
１３２  基本ベクトル生成部
１３３  ｍ次元軸生成部
１３４  ｍ次元配置部
１３５  ｍ次元ベクトル情報生成部
１４０  ３次元表示信号処理送信部
１４１  ３次元空間生成部
１４２  ３次元射影部
１４３  ３次元表示信号生成部
１４４  ３次元表示信号送信部
２００  生体信号受信部
２１０  高次元空間解析部
２２０  ずらし時間設定部
２３０  埋め込み変換処理部
２４０  ３次元表示信号処理送信部
２５０  情報記録部
２６０  情報比較部
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１】
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【図７】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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