(57)【要約】【課題】サンプリングデータからスプライン補間によって元の生体信号を復元する場合に、精度良く元の生体信号を復元する生体信号処理装置および生体信号処理方法を提供する。【解決手段】生体信号解析システムは、生体から生体信号を検出する検出部と、生体信号から所定値以上の高周波成分を除去して、生体信号を帯域圧縮する圧縮部５２と、圧縮された生体信号から、所定のサンプリング周波数により標本点を取得し、複数の標本点から構成されるサンプリングデータを生成するサンプリング部５３と、スプライン補間により標本点間に複数の補間点を追加して、サンプリングデータから、より高い時間分解能の生体信号データを復元するアップサンプリング部（６２、６３）と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体から生体信号を検出する検出部と、
前記生体信号から所定値以上の高周波成分を除去して、当該生体信号を帯域圧縮する圧縮部と、
圧縮された前記生体信号から、所定のサンプリング周波数より標本点を取得し、複数の標本点から構成されるサンプリングデータを生成するサンプリング部と、
スプライン補間により前記標本点間に複数の補間点を追加して、前記サンプリングデータから、より高い時間分解能の生体信号データを復元するアップサンプリング部と、
を有する生体信号処理装置。
【請求項２】
前記圧縮部は、信号の通過を阻止する周波数帯域の境界となる阻止域端周波数を前記サンプリング周波数の１／２以下にした高域遮断フィルターによって、前記生体信号を圧縮する、請求項１に記載の生体信号処理装置。
【請求項３】
前記高域遮断フィルターを、Ｋａｉｓｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒとする、請求項２に記載の生体信号処理装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記生体信号として心電信号を検出する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の生体信号処理装置。
【請求項５】
前記アップサンプリング部は、局所的に選択された複数の標本点について３次スプライン補間を実施し、標本点のうちの２点間に複数の補間点を追加する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生体信号処理装置。
【請求項６】
前記アップサンプリング部は、局所的に選択された偶数個の標本点について３次スプライン補間を実施し、標本点のうち中央２点間に複数の補間点を追加する、請求項５に記載の生体信号処理装置。
【請求項７】
前記アップサンプリング部は、局所的に選択された6個の標本点について３次スプライン補間を実施し、標本点のうち中央２点間に複数の補間点を追加する、請求項５又は６に記載の生体信号処理装置。
【請求項８】
前記アップサンプリング部は、前記複数の補間点を等間隔に追加する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の生体信号処理装置。
【請求項９】
生体から生体信号を検出する検出ステップと、
前記生体信号から所定値以上の高周波成分を除去して、当該生体信号を帯域圧縮する圧縮ステップと、
圧縮された前記生体信号から、所定のサンプリング周波数により標本点を取得し、複数の標本点から構成されるサンプリングデータを生成するサンプリングステップと、
スプライン補間により前記標本点間に複数の補間点を追加して、前記サンプリングデータから、より高い時間分解能の生体信号データを復元するアップサンプリングステップと、を行う生体信号処理方法。
【請求項１０】
前記圧縮ステップは、信号の通過を阻止する周波数帯域の境界となる阻止域端周波数を前記サンプリング周波数の１／２以下にした高域遮断フィルターによって、前記生体信号を圧縮する、請求項９に記載の生体信号処理方法。
【請求項１１】
前記高域遮断フィルターをＫａｉｓｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒとする、請求項１０に記載の生体信号処理方法。
【請求項１２】
前記検出ステップは、前記生体信号として心電信号を検出する、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の生体信号処理方法。
【請求項１３】
前記アップサンプリングステップは、局所的に選択された複数の標本点について３次スプライン補間を実施し、標本点のうちの２点間に複数の補間点を追加する、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の生体信号処理方法。
【請求項１４】
前記アップサンプリングステップは、局所的に選択された偶数個の標本点について３次スプライン補間を実施し、標本点のうち中央２点間に複数の補間点を追加する、請求項１３に記載の生体信号処理方法。
【請求項１５】
前記アップサンプリングステップは、局所的に選択された6個の標本点について３次スプライン補間を実施し、標本点のうち中央２点間に複数の補間点を追加する、請求項１３又は１４に記載の生体信号処理方法。
【請求項１６】
前記アップサンプリングステップは、前記複数の補間点を等間隔に追加する、請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の生体信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体信号処理装置および生体信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ホルター心電計など、患者に装着して生体信号を記録する機器がある。このような機器は、長時間にわたり生体信号を記録し続けるため、記録するデータ量が膨大になる。
【０００３】
そこで、記録するデータ量を低減するために、生体信号のサンプリング周波数を比較的低く抑える（デシメーション）ことが考えられる。
【０００４】
しかし、サンプリング周波数を低く抑えてしまうと、サンプリングによって得られたサンプリングデータから元の生体信号を復元しようとしても、精度良く復元できなくなる。
【０００５】
特許文献１には、このようなサンプリングデータから元の生体信号を精度良く復元するために、スプライン補間という手法によってサンプリングデータを補間する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−２１６２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、サンプリングデータに対して単にスプライン補間をするだけでは、必ずしも精度良く復元できないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、サンプリングデータからスプライン補間によって元の生体信号を復元する場合に、従来よりも精度良く元の生体信号を復元する生体信号処理装置および生体信号処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る生体信号処理装置は、生体から生体信号を検出する検出部と、前記生体信号から所定値以上の高周波成分を除去して、当該生体信号を帯域圧縮する圧縮部と、圧縮された前記生体信号から、所定のサンプリング周波数により標本点を取得し、複数の標本点から構成されるサンプリングデータを生成するサンプリング部と、スプライン補間により前記標本点間に複数の補間点を追加して、前記サンプリングデータから、より高い時間分解能の生体信号データを復元するアップサンプリング部と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高精度の生体信号をサンプリングデータから復元できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】生体信号解析システムの概略構成図である。
【図２】記録装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】解析装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図４】生体信号解析システムの機能構成を示すブロック図である。
【図５】記録処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】生体信号（上段）、サンプリング間隔（中段）、標本点（下段）を例示する図である。
【図７】帯域圧縮の方法について説明するための図である。
【図８】サンプリングデータの概略データ構造を示す図である。
【図９】復元処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】スプライン補間処理の方法について説明するための図である。
【図１１】アップサンプリング処理の方法について説明するための図である。
【図１２】再構成された生体信号データの概略データ構造を示す図である。
【図１３】復元された生体信号を例示する図である。
【図１４】（Ａ）評価実験１の結果を示す図である（周波数１０Ｈｚ）。（Ｂ）評価実験１の結果を示す図である（周波数１５Ｈｚ）。（Ｃ）評価実験１の結果を示す図である（周波数２０Ｈｚ）。（Ｄ）評価実験１の結果を示す図である（周波数２５Ｈｚ）。
【図１５】（Ａ）評価実験２の結果を示す図である（位相０°）。（Ｂ）評価実験２の結果を示す図である（位相３０°）。（Ｃ）評価実験２の結果を示す図である（位相６０°）。
【図１６】評価実験２の結果をまとめた図である。
【図１７】評価実験３の結果を示す図である。
【図１８】（Ａ）評価実験４の結果を示す図である（振幅の減衰率）。（Ｂ）評価実験４の結果を示す図である（非減衰帯域の上限周波数）。
【図１９】評価実験５、６の結果を示す図である（波形）。
【図２０】評価実験５の結果を示す図である（サンプリングの位置ずらし）。
【図２１】評価実験６の結果を示す図である（サンプリングの位置ずらし）。
【図２２】評価実験７の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１３】
図１は、本実施形態にかかる生体信号解析システム１の概略構成図である。図２は、生体信号解析システム１に含まれる記録装置１０のハードウェア構成例を示す図である。図３は、生体信号解析システム１に含まれる解析装置２０のハードウェア構成例を示す図である。また、図４は、生体信号解析システム１の機能構成例を示す図である。
【００１４】
以下、図１〜図４を参照して、生体信号解析システム１の概略構成について説明する。
【００１５】
（生体信号解析システム１の全体）
図１に示すとおり、生体信号解析システム１は、記録装置１０と、解析装置２０と、を備えている。
【００１６】
記録装置１０は、不図示の生体（被験者）から生体信号を検出して記録する。例えば、記録装置１０は、生体から心電信号（「心電図データ」ともいう）を検出するホルター心電計である。通常、記録装置１０は、生体（被験者）に装着されて長時間（例えば、２４時間）にわたり心電信号を検出し続ける。
【００１７】
心電信号などの生体信号は連続するアナログ信号であり、記録装置１０は、検出した生体信号を離散的なデジタルデータに変換（Ａ／Ｄ変換）し、データ量を減らすために一部のデジタルデータを一定間隔で抽出して記録する。以下では、一部のデジタルを抽出する処理をサンプリング（またはダウンサンプリング）とよび、サンプリングによって得られるデジタルデータをサンプリングデータとよぶ。なお、サンプリングの間隔を決めるサンプリング周波数Ｆｓｐは、たとえば、１２５Ｈｚとし、比較的低く抑えられている。
【００１８】
一方、解析装置２０は、記録装置１０で記録されたサンプリングデータから、元の生体信号を復元する。解析装置２０は、サンプリングデータに複数の補間点を追加することによって、サンプリングデータよりも時間分解能が高い生体信号データを生成する。これを復元データとよぶ。解析装置２０は、この復元データをグラフ化し、元の生体信号を復元した（再構成した）データとしてディスプレイ等の表示装置に表示する。これにより、ユーザーは、生体（被験者）から得られた生体信号を視覚的に確認できる。
【００１９】
以上のような記録装置１０と解析装置２０は、コンピューターネットワークや携帯電話などの無線通信を介して相互に通信可能に接続することにより、記録装置１０から解析装置２０へとサンプリングデータを転送できる。また、サンプリングデータは、可搬型の外部メモリー１３に記録されてもよく、この外部メモリー１３を解析装置２０へ移動させることにより、記録装置１０において記録されたサンプリングデータを解析装置２０へ移せる。
【００２０】
なお、上記のコンピューターネットワークは、イーサネット（登録商標）、トークンリング、ＦＤＤＩ（Ｆｉｂｅｒ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｄａｔａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等の規格によりコンピューターやネットワーク機器同士を接続したＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、あるいはＬＡＮ同士を専用線で接続したＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等からなる。
【００２１】
また、記録装置１０と解析装置２０は、コンピューターネットワークを介さずに、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）や赤外線通信などにより接続されてもよいし、ＵＳＢケーブルを介したＵＳＢ通信などにより接続されてもよい。
【００２２】
また、可搬型の外部メモリー１３は、ＵＳＢメモリー、ＳＤメモリーカード等、可搬型のメモリーであればいかなる名称、形態、構造のメモリーであってもよい。
【００２３】
（記録装置１０）
記録装置１０は、図１、図２に示すとおり、電極１１と、制御装置１２と、を備えている。
【００２４】
電極１１は、生体に装着され、生体信号を検出する。電極の数および配置は、検出する生体信号の種類等に応じて適宜変更可能である。
【００２５】
制御装置１２は、本体となる筐体内部（例えば、図１の点線により囲まれた部分）に設けられ、記録装置１０全体を制御する。例えば、制御装置１２は、図２に示すとおり、接続インターフェース（Ｉ／Ｆ）３１と、Ａ／Ｄ変換器３２と、帯域制限フィルター３３と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３４と、メモリー３５と、ストレージ３６と、外部メモリースロット３７と、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）３８と、を有し、これらは信号をやり取りするためのバス３９を介して相互に接続されている。
【００２６】
接続Ｉ／Ｆ３１は、電極１１との電気的な接続を確保するためのインターフェースであり、電極１１において検出された生体信号を記録装置１０に入力する。
【００２７】
接続Ｉ／Ｆ３１により入力された生体信号は、増幅器によって増幅されて、Ａ／Ｄ変換器３２へと供給される。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器３２は、電極１１において検出された生体信号（アナログ信号）を、デジタルデータに変換する。なお、Ａ／Ｄ変換時のサンプリング周波数Ｆａは、たとえば、１０００Ｈｚとする。また、単に「サンプリング周波数」とよぶとき、上述のサンプリング周波数ＦｓｐおよびＡ／Ｄ変換時のサンプリング周波数Ｆａの少なくともいずれかを指すものとする。
【００２９】
帯域制限フィルター３３は、Ａ／Ｄ変換器３２において変換された生体信号のデジタルデータを帯域圧縮するフィルターである。例えば、帯域制限フィルター３３は、生体信号の高周波成分を除去する。
【００３０】
帯域制限フィルター３３の設定条件としては、例えば、生体信号の通過が阻止される（減衰率が「１／１０００」倍以下となる）周波数帯域の境界となる周波数（以下「阻止域端周波数Ｆｓ」とよぶ）を、上述のサンプリング周波数Ｆｓｐの１／２以下にするとよい。
【００３１】
以上のような帯域制限フィルター３３には、例えば、「Ｋａｉｓｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒ」が用いられる。
【００３２】
ＣＰＵ３４は、プログラムにしたがって上記各部の制御や各種の演算処理を実行するプロセッサ等から構成される制御回路であり、記録装置１０の各機能は、それに対応するプログラムをＣＰＵ３４が実行することにより発揮される。
【００３３】
メモリー３５は、作業領域として一時的にプログラムおよびデータを記憶する高速アクセス可能な主記憶装置である。メモリー３５には、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｍａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｙｍａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等が採用される。
【００３４】
ストレージ３６は、各種プログラムや各種データを格納する補助記憶装置である。ストレージ３６には、例えば、フラッシュメモリー、ソリッドステートドライブ、ハードディスク等が採用される。なお、記録装置１０は、生体（被験者）に長時間装着されることが想定されているため、ストレージ３６の記録容量は、少なくとも１２５Ｈｚのサンプリング周波数Ｆｓｐで２４時間サンプリングデータを記録できる程度とする。
【００３５】
外部メモリースロット３７は、可搬型の外部メモリー１３が挿入された状態において、外部メモリー１３にデータ（例えば、サンプリングデータ）を読み書きするためのインターフェースである。なお、外部メモリー１３の記録容量は、ストレージ３６と同様に、少なくとも、１２５Ｈｚのサンプリング周波数Ｆｓｐで２４時間サンプリングデータを記録できる程度とする。
【００３６】
通信Ｉ／Ｆ３８は、外部機器（例えば、解析装置２０）とコンピューターネットワークを介して通信するためのインターフェースであり、イーサネット（登録商標）、トークンリング、ＦＤＤＩ等の規格が用いられる。また、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線通信、ＵＳＢ通信、携帯電話などによる無線通信のためのインターフェースが設けられてもよい。
【００３７】
以上のようなハードウェア構成からなる記録装置１０は、機能構成として、図４の紙面上側に示すとおり、生体信号入力部５１と、帯域圧縮部５２と、サンプリング部５３と、サンプリングデータ保存部５４と、を有する。
【００３８】
生体信号入力部５１は、例えば、上記の接続Ｉ／Ｆ３１およびＡ／Ｄ変換器３２によって実現され、電極１１において検出された生体信号を記録装置１０に入力し、デジタルデータに変換する。
【００３９】
帯域圧縮部５２は、例えば、上記の帯域制限フィルター３３によって実現され、生体信号入力部５１により入力された生体信号（デジタルデータ）を帯域圧縮する。
【００４０】
ただし、帯域圧縮部５２は、帯域制限フィルター３３のようなハードウェアに限らず、ソフトウェアによって実現されてもよい。例えば、帯域圧縮部５２は、ＣＰＵ３４が、ストレージ３６にインストールされているプログラムをメモリー３５に読み出して実行することにより実現されてもよい。
【００４１】
サンプリング部５３は、帯域圧縮された生体信号（デジタルデータ）をサンプリングする。例えば、サンプリング部５３は、帯域圧縮部５２によって帯域圧縮された１０００Ｈｚのサンプリング周波数Ｆａの生体信号を、１２５Ｈｚのサンプリング周波数Ｆｓｐでダウンサンプリングし、複数の標本点から構成されるサンプリングデータを生成する。これにより、データ量を軽減（本実施例では、データ量を１／８に軽減）できる。
【００４２】
このようなサンプリング部５３は、例えば、ＣＰＵ３４が、ストレージ３６にインストールされているプログラムをメモリー３５に読み出して実行することにより実現される。
【００４３】
サンプリングデータ保存部５４は、上記のストレージ３６または外部メモリー１３によって実現され、サンプリング部５３によってダウンサンプリングされたサンプリングデータを保存する。
【００４４】
（解析装置２０）
解析装置２０は、記録装置１０において記録されたサンプリングデータを取得して、元の生体信号を復元する端末である。例えば、解析装置２０には、図１に示されるようなデスクトップ型ＰＣ（パーソナルコンピューター）が用いられてもよいし、タブレット端末、スマートフォン、携帯電話、等の携帯端末が用いられてもよい。
【００４５】
解析装置２０は、図１、図３に示すとおり、制御装置２１と、表示装置２２と、入力装置２３と、を有する。
【００４６】
制御装置２１は、筐体内部（例えば、図１の点線により囲まれた部分）に設けられ、解析装置２０全体を制御する。例えば、制御装置２１は、図３に示すとおり、ＣＰＵ４１と、メモリー４２と、ストレージ４３と、外部メモリースロット４４と、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）４５と、を有し、これらは信号をやり取りするためのバス４６を介して相互に接続されている。
【００４７】
ＣＰＵ４１は、プログラムにしたがって上記各部の制御や各種の演算処理を実行するマルチコアのプロセッサ等から構成される制御回路であり、解析装置２０の各機能は、それに対応するプログラムをＣＰＵ４１が実行することにより発揮される。
【００４８】
メモリー４２は、作業領域として一時的にプログラムおよびデータを記憶する高速アクセス可能な主記憶装置である。メモリー４２には、例えば、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等が採用される。
【００４９】
ストレージ４３は、オペレーティングシステムを含む各種プログラムや各種データを格納する大容量の補助記憶装置である。ストレージ４３には、例えば、フラッシュメモリー、ソリッドステートドライブ、ハードディスク等が採用される。
【００５０】
外部メモリースロット４４は、可搬型の外部メモリー１３が挿入された状態において、外部メモリー１３にデータ（例えば、サンプリングデータ）を読み書きするためのインターフェースである。
【００５１】
通信Ｉ／Ｆ４５は、外部機器（例えば、記録装置１０）とコンピューターネットワークを介して通信するためのインターフェースであり、イーサネット（登録商標）、トークンリング、ＦＤＤＩ等の規格が用いられる。また、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線通信、ＵＳＢ通信、携帯電話などによる無線通信のためのインターフェースが設けられてもよい。
【００５２】
表示装置２２は、解析装置２０において復元データを確認するための画面などを表示する。表示装置２２には、例えば、図１に示されるような、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等が採用される。
【００５３】
入力装置２３は、ユーザーからの各種入力を受け付ける。入力装置２３には、図１に示されるような、キーボード２３ａやマウス２３ｂ等が採用される。
【００５４】
以上のようなハードウェア構成からなる解析装置２０は、機能構成として、図４に示すとおり、取得部６１と、補間部６２と、アップサンプリング部６３と、復元データ保存部６４と、を有する。
【００５５】
取得部６１は、記録装置１０において記録された生体信号のサンプリングデータを取得する。取得部６１は、記録装置１０とコンピューターネットワーク等を介して通信し、サンプリングデータ保存部５４に保存されているサンプリングデータを取得する。また、これ以外の取得方法として、取得部６１は、例えば、外部メモリースロット４４に挿入されている外部メモリー１３からサンプリングデータを読み出してもよい。
【００５６】
補間部６２は、サンプリングデータを構成する標本点から局所的に複数（例えば、６点）の標本点を選択し、それらをスプライン補間関数により補間する。ここで、標本点のうちの２点間のスプライン補間関数を補間値用のスプライン補間関数とする。そして、補間部６２は、このような補間を繰り返し、サンプリングデータに含まれる全ての標本点間をスプライン補間関数によって補間する。スプライン補間関数については、後述する。
【００５７】
アップサンプリング部６３は、補間部６２により求められた各スプライン補間関数上に複数の補間点を追加して、サンプリングデータよりも高い時間分解能（例えば、１０００Ｈｚ）の復元データを再構成する。
【００５８】
復元データ保存部６４は、アップサンプリング部６３により再構成された復元データを保存する。
【００５９】
以上のような、取得部６１は、ＣＰＵ４１が、ストレージ４３にインストールされているプログラムをメモリー４２に読み出して実行し、外部メモリースロット４４または通信Ｉ／Ｆ４５を制御することにより実現される。また、補間部６２およびアップサンプリング部６３は、ＣＰＵ４１が、ストレージ４３にインストールされているプログラムをメモリー４２に読み出して実行することにより実現される。また、復元データ保存部６４は、例えば、ストレージ４３または外部メモリー１３により実現される。
【００６０】
次に、記録装置１０の動作について説明する。
【００６１】
＜記録処理＞
図５は、生体（被験者）から検出された生体信号を記録する処理（以下では「記録処理」とよぶ）の手順を示すフローチャートである。また、図６は、生体から検出される生体信号（上段）、サンプリング間隔（中段）、サンプリングされた標本点（下段）を例示する図である。また、図７は、帯域圧縮の方法について説明するための図である。図８は、記録装置１０において記録されるサンプリングデータの概略データ構造を示す図である。
【００６２】
以下、図５〜図８を参照して、記録処理の手順を説明する。
【００６３】
記録装置１０は、電極１１が生体（被験者）に装着された状態において、ユーザーから記録開始の指示を受け付けると、図５に示す記録処理を開始する。
【００６４】
記録処理が開始されると、記録装置１０は、生体信号入力部５１として機能し、電極１１において検出された生体信号を記録装置１０に入力する（ステップＳ１０１）。ここで入力される生体信号は、例えば、図６の上段に示すような波形の心電信号である。一般に、健常者の心電信号では、図６に示すように、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のような基本波形が観測される。
【００６５】
ここで、記録装置１０に入力された生体信号は増幅器によって増幅される。
【００６６】
次に、記録装置１０は、増幅器によって増幅された生体信号を、Ａ／Ｄ変換器３２によりデジタルデータ（例えば、サンプリング周波数Ｆａを１０００Ｈｚとする）に変換し、その後、帯域圧縮部５２として機能して、帯域圧縮する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２での帯域圧縮には、例えば、図７に示すような帯域制限フィルター３３、すなわち、「Ｋａｉｓｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒ」が用いられる。図７に示す例では、帯域制限フィルター３３の阻止域端周波数Ｆｓは、サンプリング周波数Ｆｓｐの１／２（例えば、６２．５Ｈｚ）に設定されている。なお、図中の「Ｆｐ」は、通過帯域の境界となる周波数、すなわち通過域端周波数を示しており、通過域端周波数Ｆｐと阻止域端周波数Ｆｓの間の区間は減衰域とよばれる。
【００６７】
そして、記録装置１０は、サンプリング部５３として機能し、帯域圧縮された生体信号（デジタルデータ）をダウンサンプリングする（ステップＳ１０３）。たとえば、ステップＳ１０３でのダウンサンプリングは、所定のサンプリング周波数Ｆｓｐで行われる。ただし、サンプリング周波数Ｆｓｐは、上述したとおり、記録するデータ量を軽減するため、比較的低く抑えられている（例えば、１２５Ｈｚ）。
【００６８】
ステップＳ１０３のダウンサンプリングにより、帯域圧縮された心電信号からは、図６の中段、下段に示すようなサンプリング間隔Ｔ（＝１／Ｆｓｐ）の標本点が得られる。
【００６９】
そして、記録装置１０は、ステップＳ１０３において得られた標本点の値を、サンプリングデータ１５０として保存する（ステップＳ１０４）。ここでのサンプリングデータ１５０の保存先は、サンプリングデータ保存部５４、すなわち、ストレージ３６、外部メモリー１３等となる。
【００７０】
サンプリングデータ１５０では、図８に示すとおり、標本点１５１ごとに、時刻１５２と、値１５３と、が対応付けられている。
【００７１】
なお、標本点１５１は、ステップＳ１０３においてサンプリングされた標本点を識別する情報である。また、時刻１５２は、標本点がサンプリングされた時刻を示すデータである。また、値１５３は、サンプリングされた標本点の値（例えば、電位）を示すデータである。
【００７２】
その後、記録装置１０は、記録処理を終了する。
【００７３】
以上の記録処理が記録装置１０において実行されることにより、生体（被験者）から検出された生体信号についてのサンプリングデータを記録できる。
【００７４】
＜復元処理＞
次に、上記の記録処理によって記録されたサンプリングデータ１５０から、元の生体信号を復元する処理（以下では「復元処理」）について説明する。
【００７５】
図９は、解析装置２０において実行される復元処理の手順を示すフローチャートである。また、図１０は、復元処理中に行われるスプライン補間処理の方法について説明するための図である。図１１は、復元処理中に行われるアップサンプリング処理の方法について説明するための図である。また、図１２は、復元処理中において再構成される復元データの概略データ構造を示す図である。
【００７６】
以下、図９〜図１２を参照して、復元処理の手順を説明する。
【００７７】
例えば、解析装置２０は、入力装置２３の操作によってユーザーから復元開始の指示を受け付けると、図９に示す復元処理を開始する。
【００７８】
復元処理が開始されると、解析装置２０は、取得部６１として機能し、サンプリングデータ１５０を、記録装置１０から取得する（ステップＳ２０１）。例えば、解析装置２０は、コンピューターネットワークを介して、記録装置１０のサンプリングデータ保存部５４に保存されているサンプリングデータ１５０を取得すればよい。もちろん、外部メモリースロット４４に挿入された外部メモリー１３に記録されているサンプリングデータ１５０を読み出してもよい。
【００７９】
その後、解析装置２０は、補間部６２として機能し、サンプリングデータ１５０に含まれる全ての標本点間をスプライン補間関数によって補間する（ステップＳ２０２）。本実施形態では、ステップＳ２０２の処理を「局所スプライン補間処理」とよぶ。
【００８０】
以下、局所スプライン補間処理について詳細に説明する。図１０に示すとおり、ステップＳ２０２の局所スプライン補間処理では、まず、解析装置２０は、サンプリングデータ１５０に含まれる標本点から、局所的に（時間的に連続する）複数の標本点を選択する。図示する例では、６個の標本点（黒塗りのひし形）が選択されている。
【００８１】
次に、解析装置２０は、局所的に選択した標本点が存在する範囲（図１０に示される立式範囲）において、各標本点の座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），・・・，（ｘｉ−１，ｙｉ−１），（ｘｉ，ｙｉ），・・・，（ｘｎ−１，ｙｎ−１），（ｘｎ，ｙｎ）が、ｙ＝ｆ（ｘ）を満たすものとする。ただし、ｉは、図１０に示す標本点番号であり、ｎは、局所的に選択した標本点の総数を表している（図１０の例では「ｎ＝６」）。
【００８２】
そして、解析装置２０は、局所的に選択した複数の標本点についてスプライン補間関数により補間する。より具体的には、解析装置２０は、局所的に選択した複数の標本点についてスプライン補間を実施し、標本点のうちの２点間に複数の補間点を追加する（図１０に示す例では区間Ｃ）。
【００８３】
ここで、スプライン補間には、例えば、以下の数式（１）のような３次関数のスプライン補間関数が用いられる。
【００８４】
Ｓｉ（ｘ）＝ａｉ＋ｂｉ（ｘ−ｘｉ）＋ｃｉ（ｘ−ｘｉ）２＋ｄｉ（ｘ−ｘｉ）３  ・・数式（１）
但し、１≦ｉ≦ｎ−１、ｘｉ≦ｘ≦ｘｉ＋１とする。また、Ｓｉ（ｘ）は、ｉ番目とｉ＋１番目の標本点間に補間点を追加する際に用いるｉ番目のスプライン補間関数を表しており、ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉは、係数である。
【００８５】
そして、解析装置２０は、以下の条件１〜３を満たす係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉを求めて、スプライン補間関数を決定する。
【００８６】
（条件１）
Ｓｉ（ｘｉ）＝ｆ（ｘｉ）＝ｙｉ
Ｓｉ（ｘｉ＋１）＝ｆ（ｘｉ＋１）＝ｙｉ＋１
（条件２）
Ｓｉ−１（ｘｉ）＝Ｓｉ（ｘｉ）
Ｓ’ｉ−１（ｘｉ）＝Ｓ’ｉ（ｘｉ）
Ｓ”ｉ−１（ｘｉ）＝Ｓ”ｉ（ｘｉ）
（条件３）
Ｓ”１（ｘ１）＝Ｓ”ｎ−１（ｘｎ）＝０  または、
Ｓ’１（ｘ１）＝ｆ’（ｘ０）、Ｓ’ｎ−１（ｘｎ）＝ｆ’（ｘｎ）
なお、上記の条件１は、ｉ番目とｉ＋１番目の標本点が、ｉ番目のスプライン補間関数Ｓｉ（ｘ）上を通過するための条件である。また、上記の条件２は、ｉ−１番目のスプライン補間関数Ｓｉ−１（ｘ）とｉ番目のスプライン補間関数Ｓｉ（ｘ）の接続点が滑らかになるための条件である。また、上記の条件３は、局所的に選択した標本点が存在する範囲（図１０に示される立式範囲）の両端が自由端となるための条件である。
【００８７】
以上のように、解析装置２０は、条件１〜３を満たす係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉを求めて、ｉ番目とｉ＋１番目の標本点間（図１０に示す区間Ｃ）のスプライン補間関数Ｓｉ（ｘ）を決定できる。
【００８８】
そして、解析装置２０は、図１１に示すように、局所的に選択する標本点をずらしながら、同様のスプライン補間処理を繰り返す。すなわち、解析装置２０は、図１１の（１）に示される範囲（Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５）から区間Ｓ１３（図１１の区間Ｃに相当）のスプライン補間関数ＳｉＳ1（ｘ）を決定した後、図１１の（２）に示される範囲（Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５）から区間Ｓ２３（図１１の区間Ｄに相当）のスプライン補間関数Ｓｉ＋１2（ｘ）、図１１の（３）に示される範囲（Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３５）から区間Ｓ３３（図１１の区間Ｅに相当）のスプライン補間関数Ｓｉ＋２3（ｘ）、を順次、決定していく。解析装置２０は、決定した各スプライン補間関数（Ｓ１３、Ｓ２３、Ｓ３３）を結んで、図１１の（４）に示すような連続関数（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を作成する。このようにして、解析装置２０は、サンプリングデータ１５０に含まれる全ての標本点間をスプライン補間関数によって補間できる。
【００８９】
ステップＳ２０２において全ての標本点間がスプライン補間関数によって補間されると、解析装置２０は、アップサンプリング部６３として機能し、各スプライン補間関数上に複数の補間点を追加する（ステップＳ２０３）。このとき、各補間点は、図１１の白丸で示すように、等間隔となるように追加される。このようにして、サンプリンデータ１５０に元々含まれていた標本点と、ステップＳ２０３で追加された補間点と、からなる復元データが生成される。
【００９０】
また、当然ながら、補間点間の時間間隔Ｔ’は、サンプリングデータ１５０の標本点間の時間間隔Ｔ（＝１／Ｆｓｐ）より短縮（例えば、１／８倍）されている。そのため、復元データは、サンプリングデータよりも高い時間分解能（例えば、リサンプリング周波数Ｆｂが１０００Ｈｚ）を有するデータとなる。
【００９１】
その後、解析装置２０は、引き続きアップサンプリング部６３として機能し、ステップＳ２０３において生成された復元データ１６０として保存する（ステップＳ２０４）。ここでの復元データ１６０の保存先は、復元データ保存部６４、すなわち、ストレージ４３、外部メモリー１３等となる。
【００９２】
復元データ１６０では、図１２に示すとおり、標本点／補間点１６１ごとに、時刻１６２と、値１６３と、が対応付けられている。
【００９３】
なお、標本点／補間点１６１は、標本点および補間点を識別する情報である。また、時刻１６２は、標本点および補間点の時刻を示すデータである。また、値１６３は、標本点および補間点の値（例えば、電位）を示すデータである。
【００９４】
このような復元データ１６０は、サンプリングデータ１５０に、補間点に関する時刻１６２および値１６３の内容が追加されて生成される（図１２の点線内）。
【００９５】
その後、解析装置２０は、復元処理を終了する。
【００９６】
なお、解析装置２０は、ユーザーからの指示に基づいて、復元データ１６０を表示装置４２に表示できる。例えば、解析装置２０は、復元データ１６０に含まれる標本点および補間点が時系列順に結ばれたグラフを、復元された生体信号として表示する。
【００９７】
図１３は、復元された生体信号を例示する図である。
【００９８】
図１３に示されるように、表示装置４２には、復元された生体信号が表示される。ここで表示された生体信号は、記録装置１０において記録されたサンプリングデータ１５０よりも高い時間分解能の復元データ１６０を用いて作成されている。そのため、ユーザーは、元の生体信号により近い生体信号に基づいて生体（被験者）の状態を確認できる。
【００９９】
また、上記ステップＳ１０２の帯域圧縮では、帯域制限フィルター３３の阻止域端周波数Ｆｓは、サンプリング周波数Ｆｓｐの１／２以下に設定されている。これは、サンプリング定理によるものである。
【０１００】
なお、上記した各フローチャートの各処理単位は、記録装置１０および解析装置２０の理解を容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。処理ステップの分類の仕方やその名称によって、本願発明が制限されることはない。記録装置１０および解析装置２０で行われる処理は、さらに多くの処理ステップに分割することもできる。また、１つの処理ステップが、さらに多くの処理を実行してもよい。
【０１０１】
＜評価結果＞
以下、上記の生体信号解析システム１についての評価結果を示す。
【０１０２】
（評価実験１）
まず、上記の記録装置１０に生体信号として正弦波信号が入力されたときに、解析装置２０による復元データの波形（以下、「復元波形」とよぶ）について評価した。
【０１０３】
具体的には、記録装置１０に入力する正弦波信号の周波数を１０［Ｈｚ］として、その正弦波信号１周期分の入力波形と、解析装置２０による１周期分の復元波形と、を比較した。
【０１０４】
図１４（Ａ）は、記録装置１０に入力された１０Ｈｚの正弦波信号１周期分の入力波形（破線）と、サンプリング周波数Ｆｓｐが１２５Ｈｚのときの記録装置１０によって得られるサンプリングデータの波形（鎖線）（以下、「サンプリング波形」とよぶ）と、解析装置２０による１周期分の復元波形（実線）と、を示す図である。解析装置２０により、サンプリング波形から復元波形が生成されるが、図１４（Ａ）に示すとおり、入力波形と復元波形はほぼ重なっており、その振幅の最大誤差は０．０７１％であった。したがって、本実施形態の生体信号解析システム１では、１０Ｈｚの正弦波信号を適切に復元できることがわかる。
【０１０５】
同様の評価実験を、記録装置１０に入力する正弦波信号の周波数を変えて（１５Ｈｚ、２０Ｈｚ、２５Ｈｚ）実施した。図１４（Ｂ）は、記録装置１０に入力する正弦波信号の周波数が１５Ｈｚのときの実験結果であり、図１４（Ｃ）は、記録装置１０に入力する正弦波信号の周波数が２０Ｈｚのときの実験結果であり、図１４（Ｄ）は、記録装置１０に入力する正弦波信号の周波数が２５Ｈｚのときの実験結果である。
【０１０６】
また、表１は、１０Ｈｚ、１５Ｈｚ、２０Ｈｚ、２５Ｈｚの振幅の最大誤差についてまとめたデータである。表１に示すように、正弦波信号の周波数によらず、正弦波信号を適切に復元できることがわかる。
【０１０７】
【表１】
2014124345.tif 000003
【０１０８】
（評価実験２）
上記の評価実験１では、記録装置１０に入力する正弦波信号の周波数を変えて、入力する正弦波信号の入力波形と、復元波形と、を比較した。これに対し、評価実験２では、入力する正弦波信号の位相を変えて、入力する正弦波信号の入力波形と、復元波形と、を比較した。
【０１０９】
図１５（Ａ）は、記録装置１０に入力された位相が０°の正弦波信号２周期分の入力波形（破線）と、この入力波形に対し、サンプリング周波数Ｆｓｐが１２５Ｈｚのときの記録装置１０によって得られるサンプリング波形（鎖線）と、解析装置２０による２周期分の復元波形（実線）と、を示す図である。図１５（Ｂ）は、記録装置１０に入力された位相が３０°の正弦波信号２周期分の入力波形（破線）と、解析装置２０による２周期分の復元波形（実線）と、を示す図である。図１５（Ｃ）は、記録装置１０に入力された位相が６０°の正弦波信号２周期分の入力波形（破線）と、解析装置２０による２周期分の復元波形（実線）と、を示す図である。
【０１１０】
図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すとおり、入力する正弦波信号の位相に関わらず、入力波形と復元波形はほぼ重なる。したがって、本実施形態の生体信号解析システム１では、正弦波信号の位相に関わらず元の正弦波信号を適切に復元できることがわかる。なお、図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示す正弦波信号の周波数はいずれも図１４（Ｄ）と同様の２５Ｈｚとする。
【０１１１】
図１６は、入力する正弦波信号を２５Ｈｚとしたときの評価実験３の結果についてまとめたデータである。
【０１１２】
図１６に示すとおり、入力する正弦波信号の周波数が２５Ｈｚの場合、正弦波信号の位相によらず（０°〜８０°）、振幅の最大誤差は大きく変化せず、低いことがわかる。
【０１１３】
（評価実験３）
上記の評価実験１、２では、記録装置１０に単一周波数の正弦波信号が入力されていた。例えば、評価実験１、２では、３秒間の単一周波数の正弦波信号が入力されていた。
【０１１４】
これに対し、評価実験３では、周波数および位相が適当に異なる複数の正弦波信号が複合して形成された波形の信号を記録装置１０に入力して、解析装置２０による復元波形について評価した。
【０１１５】
具体的には、周波数が３Ｈｚ、位相が０°の第１の正弦波信号と、周波数が７Ｈｚ、位相が２０°の第２の正弦波信号と、周波数が１３Ｈｚ、位相が５０°の第３の正弦波信号と、周波数が１９Ｈｚ、位相が１１０°の第４の正弦波信号と、周波数が２９Ｈｚ、位相が１６０°の第５の正弦波信号と、が組み合わされて形成される波形の信号が記録装置１０に入力される。そして、記録装置１０に入力された信号の波形（複合波形）と、解析装置２０による復元波形と、を比較した。
【０１１６】
図１７は、記録装置１０に入力された信号の複合波形（破線）と、この複合波形に対し、サンプリング周波数Ｆｓｐが１２５Ｈｚのときの記録装置１０によって得られるサンプリング波形（鎖線）と、解析装置２０による復元波形（実線）と、を示す図である。解析装置２０により、サンプリング波形から復元波形が生成されるが、図１７に示すとおり、両波形はほぼ重なっており、振幅の最大誤差は０．１９１％であった。したがって、本実施形態の生体信号解析システム１では、周波数および位相が異なる複数の正弦波信号が複合形成されてできた波形の信号が入力される場合であっても、適切に復元できることがわかる。また、最大誤差が小さいことから、複合波形以外の周波数成分は、復元波形には生成されていないこともわかる。
【０１１７】
（評価実験４）
次に、上記の記録装置１０に生体信号として正弦波信号が入力されたときに、解析装置２０による復元データの振幅について評価した。
【０１１８】
具体的には、記録装置１０に入力する正弦波信号の周波数を、３秒おきに、１［Ｈｚ］〜Ｆｓｐ／２［Ｈｚ］の範囲で変化させて、解析装置２０による復元データの１周期ごとの振幅を計測し、その最小値を記録した。
【０１１９】
図１８（Ａ）は、記録装置１０に入力された正弦波信号を、１２５Ｈｚのサンプリング周波数Ｆｓｐでサンプリングしたときの復元結果を示す図である。図１８（Ａ）には、１２５Ｈｚのサンプリング周波数Ｆｓｐでサンプリングして得られたサンプリングデータの振幅（最小値）を示すグラフ（破線）と、そのサンプリングデータから解析装置２０による復元データの振幅（最小値）を示すグラフ（実線）が示されている。
【０１２０】
図１８（Ａ）に示すように、サンプリングデータの振幅には、入力された正弦波信号の周波数に応じてバラツキがみられる。これに対して、復元データの振幅には、入力された正弦波信号の周波数に応じてバラツキがなく、帯域制限フィルター３３の設計値に基づく理想的な結果が得られていることがわかる。特に、復元データでは、振幅の減衰がほとんどない帯域（例えば、減衰が−１ｄＢ未満となる帯域とし、「非減衰帯域」とよぶ）の上限周波数が高い。
【０１２１】
なお、同様の評価実験を、サンプリング周波数Ｆｓｐを変えて（１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ）実施したが、いずれの場合も理想的な結果が得られた（不図示）。
【０１２２】
また、図１８（Ｂ）は、非減衰帯域の上限周波数を、サンプリング周波数Ｆｓｐを変えて（１００Ｈｚ、１２５Ｈｚ、２００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ）プロットしたグラフである。ひし形でプロットされたグラフは、サンプリングデータにかかるグラフであり、正方形でプロットされたグラフは、復元データにかかるグラフである。
【０１２３】
図１８（Ｂ）に示すとおり、サンプリング周波数Ｆｓｐに関わらず、復元データにかかる非減衰帯域の上限周波数は、サンプリングデータにかかる非減衰帯域の上限周波数よりも２倍ほど高い。したがって、復元データの方がサンプリングデータよりも、広範囲の周波数帯域にわたってサンプリング前の正弦波信号に近いことがわかる。
【０１２４】
（評価実験５）
次に、記録装置１０に心電信号が入力されたときに、解析装置２０による復元データのＲ波の頂点位置について評価した。
【０１２５】
具体的には、記録装置１０に図６の上段に示すような心電信号を入力して、元の心電信号のＲ波の頂点位置と、解析装置２０による復元データのＲ波の頂点位置と、を比較した。
【０１２６】
図１９は、記録装置１０に入力する心電信号のＱＲＳ波について、元の心電図の波形（入力波形：ひし形のプロット）と、サンプリングデータの波形（サンプリング波形：三角形のプロット）と、解析装置２０による復元データの波形（復元波形：円形のプロット）と、を示す図である。
【０１２７】
図１９に示すとおり、入力波形と、復元波形は、ほぼ重なっており、Ｒ波の頂点位置のずれ（時間方向のずれ）はないことがわかる。
【０１２８】
なお、同様の評価実験を、ＱＲＳ波に対するサンプリングの相対位置（三角形のプロット）をずらして実施した。
【０１２９】
図２０は、心電信号のＱＲＳ波に対するサンプリングの相対位置（三角形のプロット）をずらしたときの、元の心電信号の波形（入力波形）と、サンプリングデータの波形（サンプリング波形）と、復元データの波形（復元波形）と、におけるＲ波の頂点位置を示す図である。
【０１３０】
図２０に示すとおり、心電信号のＱＲＳ波に対するサンプリングの相対位置を１ミリ秒ずつずらしても、入力波形と、復元波形と、において頂点位置にずれは生じない結果が得られた。
【０１３１】
なお、Ｒ波の頂点位置に限らず、心電信号のＳ波、Ｔ波についても、頂点位置にずれは生じない結果が得られた（不図示）。
【０１３２】
（評価実験６）
次に、記録装置１０に心電信号が入力されたときに、解析装置２０による復元データのＲ波の頂点値について評価した。
【０１３３】
具体的には、記録装置１０に図６の上段に示すような心電信号を入力して、元の心電信号のＲ波の頂点値と、サンプリングデータと、解析装置２０による復元データのＲ波の頂点値と、を比較した。
【０１３４】
図１９に示すとおり、元の心電信号の波形と、復元データの波形は、ほぼ重なっており、Ｒ波の頂点値のずれ（振幅方向のずれ）はないことがわかる。
【０１３５】
なお、同様の評価実験を、ＱＲＳ波に対するサンプリングの相対位置（三角形のプロット）をずらして実施した。
【０１３６】
図２１は、心電信号のＱＲＳ波に対するサンプリングの相対位置（三角形のプロット）をずらしたときの、元の心電信号の波形（入力波形）と、サンプリングデータの波形（サンプリング波形）と、復元データの波形（復元波形）と、におけるＲ波の頂点値と、を示す図である。
【０１３７】
図２１に示すとおり、心電信号のＱＲＳ波に対するサンプリングの相対位置を１ミリ秒ずつずらしても、入力波形と、復元波形と、においてＲ波の頂点値（ｍＶ）にずれはほとんど生じていない結果が得られた。
【０１３８】
なお、Ｒ波の頂点値に限らず、心電信号のＳ波、Ｔ波についても、頂点値にずれはほとんど生じない結果が得られた（不図示）。
【０１３９】
（評価実験７）
次に、記録装置１０に心電信号が入力されたときに、解析装置２０による復元データのＲ波の間隔について評価した。
【０１４０】
具体的には、記録装置１０に図６の上段に示すような心電信号を入力して、元の心電信号の波形（入力波形）のＲ波の間隔と、解析装置２０による復元データの波形（復元波形）のＲ波の間隔と、を比較した。
【０１４１】
図２２は、記録装置１０に入力波形におけるＲ波の間隔（破線）と、復元波形におけるＲ波の間隔（実線）と、を示す図である。
【０１４２】
図２２に示すとおり、入力波形におけるＲ波の間隔と、復元波形におけるＲ波の間隔は、ほぼ重なって変化しており、Ｒ波の間隔にずれはないことがわかる。
【０１４３】
＜理論的背景＞
上記の各評価実験１〜４では、記録装置１０に正弦波信号を入力したときの実験結果を示している。正弦波信号の周波数や位相の値も限られているが、本発明は、上記例のような正弦波信号に限らず、どのような信号を記録装置１０に入力しても同様の結果が得られる。このことは、以下の考察に基づく。
【０１４４】
つまり、あらゆる周期関数（上記実施形態の生体信号を含む）は、フーリエ級数展開によって、正弦関数および余弦関数の和で表すことができる。仮に、周期関数に含まれる周波数成分が有限であると規定できる場合、展開される正弦関数および余弦関数も有限な周波数の範囲に限定される。そして、サンプリング定理を満たす高域遮断が施されて離散化された周期関数については、固有の振幅特性を有することになるが、周期情報を適切に保持することが可能といえる。
【０１４５】
以上のことから、上記実施形態のような帯域制限フィルター３３により高域遮断された波形の生体信号については、遮断された周波数以下の領域で、正弦関数および余弦関数の和で表すことができる。
【０１４６】
そして、上記の各評価実験から、有限周波数の離散化した所定周波数の正弦関数および余弦関数が、スプライン補間により、復元できると言える。このとき、所定周波数以外の周波数成分をもった正弦関数および余弦関数はほとんど生成されない。このため、この復元波形を、フーリエ級数展開の係数算出に当てはめることで、復元波形を用いる形で、フーリエ級数展開を適切に表現することができる。これは、有限周波数における復元波形による適切な波形再現の根拠となる。
【０１４７】
＜変形例＞
また、上記の実施形態は、本発明の要旨を例示することを意図し、本発明を限定するものではない。多くの代替物、修正、変形例は当業者にとって明らかである。
【０１４８】
例えば、上記実施形態では、記録装置１０と解析装置２０を別個の装置として記載しているが、これに限らない。例えば、記録装置１０と解析装置２０を一体化した装置としてもよい。また、上記実施形態において解析装置２０により実行されていた一部の処理は、記録装置１０に実行させてもよい。また、上記実施形態において記録装置１０で実行されていた一部の処理を解析装置２０に実行させてもよい。
【０１４９】
また、上記実施形態では、ステップＳ１０２の帯域圧縮に「Ｋａｉｓｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒ」を用いているが、これに限らない。
【０１５０】
また、上記実施形態では、数式（１）のような３次関数のスプライン補間関数を用いているが、これに限らず、より高次のスプライン補間関数を用いてもよい。また、スプライン補間関数の係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉを求める際に用いた条件１〜３の一部を変更してもよい。
【０１５１】
また、上記実施形態では、ステップＳ２０３において、各スプライン補間関数上に補間点を等間隔に追加しているが、これに限らず、例えば、補間点の値１６３に応じて補間点の間隔を変更してもよい。
【０１５２】
また、上記実施形態では、生体信号の例として心電信号を説明しているが、これに限らない。例えば、筋電信号、脳波、神経細胞の膜電位などであってもよい。また、処理対象として、生体信号以外の信号が扱われてもよい。
【０１５３】
また、上記実施形態では、ステップＳ２０２のスプライン補間処理において、解析装置２０は、サンプリングデータ１５０に含まれる標本点から、局所的に複数の標本点を選択している。このとき選択する標本点の個数は、偶数個であることが好ましいが、これに限らない。また、６個より多くてもよい。
【０１５４】
また、上記実施形態では、サンプリング周波数Ｆｓｐを１２５Ｈｚとし、補間点が追加された後の生体信号データのリサンプリング周波数Ｆｂを１０００Ｈｚとして説明している。しかし、本発明は、これに限らず、生体信号データのリサンプリング周波数Ｆｂを２０００Ｈｚ等としてもよい。
【０１５５】
また、上記実施形態では、接続Ｉ／Ｆ３１により入力された生体信号は、増幅器によって増幅されて、Ａ／Ｄ変換器３２へと供給される。しかし、本発明は、これに限らず、Ａ／Ｄ変換器３２に生体信号を供給する前に、アナログフィルター（たとえば、バターワースフィルター）によって生体信号に含まれている雑音（たとえば、高周波成分）を除去してもよい。
【０１５６】
また、上記実施形態では、帯域制限フィルター３３としてデジタルフィルターを用いる例が説明されている。しかし、本発明は、これに限らず、帯域制限フィルター３３にアナログフィルターを採用してもよい。ただし、アナログフィルターを採用する場合には、接続Ｉ／Ｆ３１とＡ／Ｄ変換器３２の間に帯域制限フィルター３３を配置する必要がある。
【０１５７】
以上の生体信号解析システム１の構成は、上記の実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、上記の構成に限られない。また、一般的な生体信号解析システム１が備える構成を排除するものではない。
【０１５８】
また、上記した生体信号解析システム１の各機能構成は、各機能構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。各機能構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。
【０１５９】
また、生体信号解析システム１を動作させるプログラムは、ＵＳＢメモリー、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等のコンピューター読み取り可能な記録媒体によって提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介してオンラインで提供されてもよい。この場合、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムは、通常、メモリー（３５、４２）やストレージ（３６、４３）等に転送され記憶される。また、このプログラムは、例えば、単独のアプリケーションソフトとして提供されてもよいし、生体信号解析システム１の一機能としてその各装置のソフトウェアに組み込んでもよい。
【０１６０】
また、上記の各構成要素の処理は、専用のハードウェア回路によっても実現することもできる。この場合には、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。
【符号の説明】
【０１６１】
１  生体信号解析システム、
１０  記録装置、
１１  電極、
１２  制御装置（記録装置）、
１３  外部メモリー、
２０  解析装置、
２１  制御装置（解析装置）、
２２  表示装置、
２３  入力装置、
３１  接続Ｉ／Ｆ、
３２  Ａ／Ｄ変換器、
３３  帯域制限フィルター、
３４  ＣＰＵ（記録装置）、
３５  メモリー（記録装置）、
３６  ストレージ（記録装置）、
３７  外部メモリースロット（記録装置）、
３８  通信Ｉ／Ｆ（記録装置）、
４１  ＣＰＵ（解析装置）、
４２  メモリー（解析装置）、
４３  ストレージ（解析装置）、
４４  外部メモリースロット（解析装置）、
４５  通信Ｉ／Ｆ（解析装置）、
５１  生体信号入力部、
５２  帯域圧縮部、
５３  サンプリング部、
５４  サンプリングデータ保存部、
６１  取得部、
６２  補間部、
６３  アップアンプリング部、
６４  復元データ保存部、
１５０  サンプリングデータ、
１６０  復元データ。
【図１】
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【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７】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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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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