(57)【要約】【課題】  計測作業の利便性の向上を図ることができ、高速計測技術を利用する産業分野全体の発展に寄与することができる計測データ処理装置を実現する。【解決手段】  データ入力部１１により入力された時系列データを蓄積するバッファメモリ１３と、バッファメモリ１３内の時系列データを互いに独立に処理可能且つ可能な限り細かい部分時系列データに分割して取り出す分割ＰＥ１４と、部分時系列データに対する同一の演算を行う複数の並列ＰＥ１６と、該演算結果を収集して永久保存用メモリ部１８に書き込む周辺ＰＥ１７とを備え、部分時系列データは分割ＰＥ１４から共有メモリ１５を介していずれかの並列ＰＥ１６に一対一対応で供給され、前記演算結果は並列ＰＥ１６から共有メモリ１５を介して周辺ＰＥ１７へ供給されることを特徴とする。【選択図】    図１
2005149268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一あるいは複数のチャンネルの時系列データを入力するデータ入力手段と、
前記データ入力手段から入力された時系列データを一時的に蓄積するバッファメモリと、
前記バッファメモリ内の時系列データを、互いに独立に処理可能且つ可能な限り細かい部分時系列データに分割して取り出す分割演算処理手段と、
前記部分時系列データに対する同一の演算を行う複数の並列演算処理手段と、
前記並列演算処理手段の演算結果を保存する保存用記憶手段と、
前記並列演算処理手段の演算結果を収集して前記保存用記憶手段に書き込む周辺演算処理手段と、
前記分割演算処理手段と前記複数の並列演算処理手段と前記周辺演算処理手段とからアクセスされる共有メモリと、を備え、
前記部分時系列データは、前記分割演算処理手段から前記共有メモリを介していずれかの前記並列演算処理手段に一対一対応で供給され、
前記並列演算処理手段の演算結果は、前記並列演算処理手段から前記共有メモリを介して前記周辺演算処理手段へ供給される、
ことを特徴とする計測データ処理装置。
【請求項２】
前記周辺演算処理手段は、さらに周辺機器に対応する処理を副次的に行うことを特徴とする請求項１に記載の計測データ処理装置。
【請求項３】
前記周辺機器は内蔵されており、前記周辺機器を含む各前記構成要素がコンパクトにユニット化され、可搬型として構成されたことを特徴とする請求項２に記載の計測データ処理装置。
【請求項４】
前記並列演算処理手段は、規格統一したモジュールとして構成され、さらに、前記モジュールを一個単位で増減設することができるモジュール収容枠に収納されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかの項に記載の計測データ処理装置。
【請求項５】
前記周辺演算処理手段のみが外部からの割り込み処理を受け付け、
前記共有メモリを介して、前記分割演算処理手段と前記複数の並列演算処理手段との間の情報のやり取り、及び、前記複数の並列演算処理手段と前記周辺演算処理手段との間の情報のやり取りが行われる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかの項に記載の計測データ処理装置。
【請求項６】
既存の計測用データバスを具備し、
前記並列演算処理手段は、既存の計測機器を模した演算処理を行うものであり、
前記周辺演算処理手段は、前記計測用データバス規格に基づく命令体系により、外部機器とのデータ通信を行う、
ことを特徴とする請求項５に記載の計測データ処理装置。
【請求項７】
前記共有メモリは、分散メモリ群を使用して仮想的に実現されるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかの項に記載の計測データ処理装置。
【請求項８】
前記分割演算処理手段、前記並列演算処理手段及び前記周辺演算処理手段は、異常なデータを判別する機能を有し、異常なデータの発生を検知した場合には、ログの記録を開始するとともに警告を発することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかの項に記載の計測データ処理装置。
【請求項９】
前記並列演算処理手段が行う演算は、データ圧縮演算を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかの項に記載の計測データ処理装置。
【請求項１０】
前記データ入力手段は、外部機器から出力される信号を収集して前記時系列データを出力するものであり、
当該収集サイクルと当該外部機器の出力サイクルとの時間的な同期をとるための同期信号を発生する同期信号発生手段を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかの項に記載の計測データ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測データ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多重同時計測は高エネルギー物理学や原子核物理学ですでに確立し、大いに活用されている技術であり、放射線計測、質量分析や各種分光技術分野での利用がさらに期待されている。多重同時計測とは何かと一言で述べるならば、複数の検出器を用いたり、検出器に複数の信号線をつけるなどして、入力線が多チャンネル化された高速パルス計測に他ならない。その原理と有用性が、例えば非特許文献１に記載されている。この非特許文献１には、反水素原子（反陽子と陽電子が結合したもので、通常の水素原子の完全な反粒子）を史上初めて大量に生成した実験について記載されている。
【０００３】
そして、より小規模な多重同時計測システムを、その放射線計測、分光測定や質量分析といった実用的な分野において利用したいという要望が近年高まっている。その萌芽的な研究の一つが、例えば非特許文献２に記載されている。これは多価イオンを分子に衝突させて、その結果生じる全てのイオンについて、その運動量と質量を決定しようという研究についての文献である。この非特許文献２では簡単な分子の実験例が記載されているが、この技術は将来的にはより大きい分子、ひいては生体高分子への適用が期待されている。
【０００４】
その理由のひとつは、生体高分子の構造や結合についての有益な情報が得られるかもしれないからである。例えば、多価イオンによって生体高分子の価電子が多数奪われて、多数の解離分子イオンが生成されるような状況を想定する。これは反水素消滅に伴う多重粒子発生に相当するような状況であるが、必ずしも非現実的な想定ではない。例えば、非特許文献３に記載されるように、多価イオンはかなり多数の電子を固体標的物質から奪うことがすでに実験的に確認されているからである。そこで仮に、全ての解離イオンの質量分析ができれば、その質量の合計をとると分解前の分子の質量がまず推定できる。しかも、分解してできたイオンの質量が個別に決定できるので、そのような分解イオンは元の親分子の中で弱い結合が切れた結果であると容易に予想できる。
【０００５】
これにより、生体高分子の構造や結合についてかなりの情報が得られる可能性がある。このためには、上記非特許文献２に記載されるように、解離イオンの運動量をも測定するのが望ましい。その理由は、運動量保存則を利用して検出された多数のイオンが、真に１個の高分子が分解して生成されたかどうかの確証が強まるからである。実際、多重同時計測における質量分析技術の導入という新しい潮流は、急速に進歩しつつある量子化学計算と結びつくことによって、非特許文献４に記載されるように、解離分子イオンの構造推測までも可能となりつつある。
【非特許文献１】早野龍五、堀正樹、藤原真琴，“反陽子原子の精密分光−反陽子ヘリウム原子と反水素原子−”日本物理学会誌，第５８巻，pp.166-174，２００３年
【非特許文献２】F. A. Rajgara他，“Multi-hit, position-sensitive, time-of-flight spectroscopy using a modified-backgammon-weighted-capacitor anode”，Int. J. Mass Spectr. 215，pp.151，２００２
【非特許文献３】加藤大治、大谷俊介，“電子ビームイオントラップを用いた多価イオン研究−精密分光実験と低速多価イオンと固体表面での相互作用の観察”，日本物理学会誌，第５７巻，pp.890-898，２００２年
【非特許文献４】T.Kinugawa、A.M.Hodgekins、J.H.D. Eland，“Dissociative  Photoionisation of hexfluorobenzene”，Chem.Phys.286，pp.139-147，２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、非特許文献２に記載の研究は多重同時計測技術の導入によって質量分析の分野に新しい展開を起こす可能性を示唆しているが、この方向にさらに研究を進めるには、より高速な多重同時計測システムをより簡便に安価に組み上げることが望ましい。しかしながら、現状は、１チャンネルの場合で必要最小限の高速パルス計測機器を準備するだけでも、１００万円程度かかり、多チャンネル化に必要不可欠なリストモードを実現する機器になると、非常に限定された機能で少ないチャンネル数の製品でも３百万〜４百万円ものコストがかかる。このように非常に経費がかかる最大の原因は、多重同時計測は単純に１チャンネル用の市販品を寄せ集めるだけでは実現できないからである。
【０００７】
上記非特許文献１の例からも分かるように、多数の信号線からくる複数のパルス信号の間に関連付けや意味づけをしなければならず、その処理は計測対象によってかなり異なる。しかも、この作業は高速の演算機能が必要であり、非特許文献１に記載されるように専用計算機がしばしば利用される。上述したように従来、多重同時計測は、１チャンネル用市販品のように統一した規格品を設計して、大量生産によってコストを下げることが不可能な技術と見なされてきた。したがって、高速・高性能の多重同時計測器はカスタム生産以外に現状では選択肢がなく、その恩恵を享受できるのは、専用のハードウェアとソフトウェアを自前で準備できる環境、則ち、非特許文献１に記載されるようにかなり大きな研究機関に限られていた。
【０００８】
それ以外の環境で多重同時計測を行うには、非特許文献２に記載されるように、多チャンネルのデジタルオシロスコープで高速パルス信号を記録し、そのデータをさらにＰＣに転送して記録し、測定後にオフラインで演算処理するのが一般的である。この方法はデジタルオシロスコープという大量生産品を利用することで経費を低く抑えることが出来るが、改善すべき重要な課題を有している。それは、デジタルオシロスコープのデータ転送能力では、多重同時計測システムをあまり高速化できないという点である。則ち、単位時間当たりに記録できるイベントの数がデジタルオシロスコープのデータ転送能力で抑えられ、非特許文献２のように１秒間にせいぜい１０イベント程度しか記録できない。この理由は、デジタルオシロスコープは本来は「高速電気信号の視覚的な記録器」であるため、多重同時計測に必須である高速データ転送能力よりも、むしろ、画面表示に力点が置かれているからである。また、データ転送用にデータ通信機能が付いている製品もあるが、ソフトウェア的にはデータ転送の高速化よりも利用者側の使いやすさ、則ち、ＧＵＩ処理に計算時間が割かれているのが現状である。
【０００９】
上述したように、多重同時計測システムは、放射線計測、質量分析や各種分光技術での利用が期待されているにもかかわらず、現状では、市販品を用いるとかなりの費用がかかり、しかも、その処理速度は決して満足のいくものではない。
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、計測作業の利便性の向上を図ることができ、高速計測技術を利用する産業分野全体の発展に寄与することができる計測データ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の計測データ処理装置は、単一あるいは複数のチャンネルの時系列データを入力するデータ入力手段と、前記データ入力手段から入力された時系列データを一時的に蓄積するバッファメモリと、前記バッファメモリ内の時系列データを、互いに独立に処理可能且つ可能な限り細かい部分時系列データに分割して取り出す分割演算処理手段と、前記部分時系列データに対する同一の演算を行う複数の並列演算処理手段と、前記並列演算処理手段の演算結果を保存する保存用記憶手段と、前記並列演算処理手段の演算結果を収集して前記保存用記憶手段に書き込む周辺演算処理手段と、前記分割演算処理手段と前記複数の並列演算処理手段と前記周辺演算処理手段とからアクセスされる共有メモリとを備え、前記部分時系列データは、前記分割演算処理手段から前記共有メモリを介していずれかの前記並列演算処理手段に一対一対応で供給され、前記並列演算処理手段の演算結果は、前記並列演算処理手段から前記共有メモリを介して前記周辺演算処理手段へ供給されることを特徴としている。
この構成によれば、入力された時系列データを複数の部分時系列データに分割し、個々の部分時系列データに対して同一の演算を並列に実行できるので、計測演算の処理速度が向上し、データ入力速度の高速化を図ることができる。これにより、リアルタイム計測の適用可能範囲が広がるので、計測作業の利便性が向上し、高速計測技術を利用する産業分野全体の発展に寄与することができる。
【００１２】
また、本発明の計測データ処理装置においては、前記周辺演算処理手段は、さらに周辺機器に対応する処理を副次的に行うことを特徴とする。
この構成によれば、表示装置、印刷装置、通信装置その他の周辺機器に接続して当該周辺機器を使用することができるとともに、その周辺機器に係る処理によってデータ処理や収集の速度が著しく損なわれないようにすることができる。
【００１３】
また、本発明の計測データ処理装置においては、前記周辺機器は内蔵されており、前記周辺機器を含む各前記構成要素がコンパクトにユニット化され、可搬型として構成されたことを特徴とする。
この構成によれば、可搬型の装置として構成することができるとともに、各ユニット同士の接続が容易に実現でき、利便性と拡張性が向上する。
【００１４】
また、本発明の計測データ処理装置においては、前記並列演算処理手段は、規格統一したモジュールとして構成され、さらに、前記モジュールを一個単位で増減設することができるモジュール収容枠に収納されることを特徴とする。
この構成によれば、並列演算処理手段の数の増減を容易ならしめることができ、並列処理機能の拡張及び縮小が用途に応じて容易に実現できる。これにより、各種分野に適用可能な汎用性と手軽さとを併せ持った計測データ処理装置を提供できる。
【００１５】
また、本発明の計測データ処理装置においては、前記周辺演算処理手段のみが外部からの割り込み処理を受け付け、前記共有メモリを介して、前記分割演算処理手段と前記複数の並列演算処理手段との間の情報のやり取り、及び、前記複数の並列演算処理手段と前記周辺演算処理手段との間の情報のやり取りが行われることを特徴とする。
この構成によれば、各演算処理手段間の直接的な通信を省略することができる。さらに、割り込み要求がない限りは、全ての演算処理手段は共有メモリに書き込まれた情報のみに基づいて、互いに独立で自律的に特定の作業を繰返し実行する。この結果として処理速度が格段に向上する。
【００１６】
また、本発明の計測データ処理装置においては、既存の計測用データバスを具備し、前記並列演算処理手段は、既存の計測機器を模した演算処理を行うものであり、前記周辺演算処理手段は、前記計測用データバス規格に基づく命令体系により、外部機器とのデータ通信を行うことを特徴とする。
この構成によれば、既存の計測機器をエミュレートすることができ、外部機器に対して計測データ処理装置を既存の計測機器のように見せることができる。
【００１７】
また、本発明の計測データ処理装置においては、前記共有メモリは、分散メモリ群を使用して仮想的に実現されるものであることを特徴とする。
この構成によれば、共有メモリを分散配置することができ、大規模な計測システムに対応することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の計測データ処理装置においては、前記分割演算処理手段、前記並列演算処理手段及び前記周辺演算処理手段は、異常なデータを判別する機能を有し、異常なデータの発生を検知した場合には、ログの記録を開始するとともに警告を発することを特徴とする。
この構成によれば、異常発生を計測者に報知し、迅速な対応を促すことができるとともに、ログに基づいて異常解析を行うことができる。
【００１９】
また、本発明の計測データ処理装置においては、前記並列演算処理手段が行う演算は、データ圧縮演算を含むことを特徴とする。
この構成によれば、保存用記憶手段へのデータ記録効率が向上するので、多量の計測データを保存することが容易となり、長期間に渡る計測データ収集作業に対応することができる。
【００２０】
また、本発明の計測データ処理装置においては、前記データ入力手段は、外部機器から出力される信号を収集して前記時系列データを出力するものであり、当該収集サイクルと当該外部機器の出力サイクルとの時間的な同期をとるための同期信号を発生する同期信号発生手段を備えることを特徴とする。
この構成によれば、外部機器からのデータ出力タイミングと計測データ処理装置のデータ入力タイミングとを整合することができるので、有効データを効率的に収集することができるとともに、無効データを除外してデータ収集を行うことができる。これにより、計測データ処理装置が有する処理能力を有効に活用することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、入力された時系列データを複数の部分時系列データに分割し、個々の部分時系列データに対して同一の演算を並列に実行できるので、計測演算の処理速度が向上し、データ入力速度の高速化を図ることができる。これにより、リアルタイム計測の適用可能範囲が広がるので、計測作業の利便性が向上し、高速計測技術を利用する産業分野全体の発展に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による計測データ処理装置１の構成を示すブロック図である。図１において、計測データ処理装置１は、多チャンネル・デジタル時系列データ入力部（以下、データ入力部と称する）１１、高速データ転送部１２、一時保存用高速メモリ部（以下、バッファメモリと称する）１３、時系列データ分割用演算素子（以下、分割ＰＥと称する）１４、共有メモリ１５、複数の並列処理用演算素子（以下、並列ＰＥと称する）１６、周辺機器対応用演算素子（以下、周辺ＰＥと称する）１７、永久保存用メモリ部１８、周辺機器１９、及び多チャンネルデジタル同期信号発生部（同期信号発生部）２０を備える。上記各部１１〜１５及び１７〜２０は制御信号用のデータバス２１に接続されている。
【００２３】
データ入力部１１は、複数チャンネルの入力回路を有しており、複数チャンネルの時系列データを入力することができる。各入力回路はアナログ信号をデジタル化する高速アナログ−デジタル変換器を備えている。データ入力部１１は、入力される時系列入力信号をデジタル化し、この時系列データを高速データ転送部へ出力する。なお、データ入力部１１は、単一チャネルのデータ入力手段として機能してもよく、あるいは複数チャンネルのデータ入力手段として機能してもよい。
高速データ転送部１２はＤＭＡ転送機能を有している。高速データ転送部１２は、データ入力部１１から入力された時系列データを、可能な限り高速で、順次、バッファメモリ１３に書き込む。
【００２４】
分割ＰＥ１４は、汎用ＣＰＵ及びメモリを備え、一つの演算装置として機能する。そして、分割ＰＥ１４は、データ分割機能を実現するためのプログラムを実行する。具体的には分割ＰＥ１４は、バッファメモリ１３に蓄積された時系列データを、互いに独立に処理可能且つ可能な限り細かい部分時系列データに分割する。そして、どのように分割されたのかが簡単明瞭に分かるような形式で、共有メモリ１５に各部分時系列データを順次書き込む。これにより、各部分時系列データはいずれかの並列ＰＥ１６に一対一対応で高速転送される。
【００２５】
個々の並列ＰＥ１６はそれぞれ汎用ＣＰＵ及びメモリを備え、一つの演算装置として機能する。そして、各並列ＰＥ１６は、計測機能及びデータ圧縮機能を実現するための同一のプログラムを実行する。これにより、並列ＰＥ１６自体が１台の仮想的な計測装置として機能する。さらに、並列ＰＥ１６がデータ圧縮を行うことにより、データ記録効率が向上するので、多量の計測データを保存することが容易となり、長期間に渡る計測データ収集作業に対応することができる。
また、並列ＰＥ１６の実行形態には、ＳＩＭＤ（single instruction-stream multiple data-stream）型を採用する。これにより、全ての並列ＰＥ１６は、それぞれ異なる入力データ（共有メモリ１５の部分時系列データ）に対して、全く同じ作業を行う。
【００２６】
各並列ＰＥ１６は、共有メモリ１５に対して独立にアクセスし、共有メモリ１５に蓄積された部分時系列データの中から特定の一つを選択して取り込む。そして、その取り込んだ部分時系列データに対して、同じ処理手順に従って完全独立な演算処理（計測演算及びデータ圧縮演算）を施す。そして、各並列ＰＥ１６は、その演算処理の結果として得られた重要かつ圧縮された情報を、整理された形で共有メモリ１５に書き込む。この一連のサイクルは、各並列ＰＥ１６によって共有メモリ１５内の未処理の部分時系列データに対して順次実行される。
【００２７】
なお、並列ＰＥ１６は、適当な規格で統一したモジュールとして構成する。さらに、並列ＰＥ１６は、一個単位で増減設が可能なように適当な規格のモジュール収容枠（クレート）に収納する。これにより、並列ＰＥ１６の数の増減を容易ならしめることができ、並列処理機能の拡張及び縮小が用途に応じて容易に実現できる。
【００２８】
周辺ＰＥ１７は、汎用ＣＰＵ及びメモリを備え、一つの演算装置として機能する。そして、周辺ＰＥ１７は、データ保存機能を実現するためのプログラムを実行する。具体的には周辺ＰＥ１７は、分割ＰＥ１４及び並列ＰＥ１６とは全く独立して共有メモリ１５にアクセスする。そして、並列ＰＥ１６の演算処理によって圧縮されたデータの存在を探索し、発見した場合には該データを整理された形で永久保存用メモリ部１８に書き込む。
【００２９】
上記したデータ入力から、時系列データの分割、部分時系列データの並列演算、並列演算結果の永久保存用メモリ部１８への保存までの一連のデータ処理は、データ入力速度に相当する速度で実行される。
【００３０】
周辺機器１９としては、キーボードやマウス等の入力装置、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶表示装置等の表示装置、印刷装置、通信装置などが接続される。なお、上記周辺ＰＥ１７は、表示装置によりデータを画面表示するための処理、印刷装置によりデータを印刷するための処理、外部機器とのデータ通信処理等も行う。但し、これらの作業は副次的に行い、データ処理や収集の速度が著しく損なわれないようにする。
【００３１】
同期信号発生部２０は、データ入力部１１のデータ収集サイクルと外部機器の出力サイクルとの時間的な同期をとるために、同期信号Ａを発生して外部へ出力する。同期信号発生部２０には、データ入力部１１で使用されるデータ収集クロックに同期したデジタル信号Ｂが入力される。同期信号発生部２０は、デジタル信号をアナログ化するデジタル−アナログ変換器を備えている。そして、デジタル信号Ｂを元にしてアナログ信号である同期信号Ａを発生する。外部機器は、同期信号Ａに同期させて時系列入力信号を出力する。
これにより、外部機器からのデータ出力タイミングと計測データ処理装置１のデータ入力タイミングとを整合することができるので、有効データを効率的に収集することができるとともに、無効データを除外してデータ収集を行うことができる。これにより、計測データ処理装置１が有する処理能力を有効に活用することが可能となる。
【００３２】
上記図１に示す計測データ処理装置１は、周辺機器１９を含む各構成要素がコンパクトにユニット化されており、これにより、可搬型の装置として構成することができる。また、各ユニット同士の接続が容易に実現される。また、同じ規格の部品を組み合わせることによって簡単かつ安価に高度な演算処理を実現することができる。
【００３３】
なお、上記した分割ＰＥ１４、並列ＰＥ１６及び周辺ＰＥ１７のうち、原則として周辺ＰＥ１７のみが割り込み処理を受け付ける。また、分割ＰＥ１４と複数の並列ＰＥ１６との間の情報のやり取り、及び複数の並列ＰＥ１６と周辺ＰＥ１７との間の情報のやり取りは、共有メモリ１５を介して行われる。これにより、各ＰＥ間の直接的な通信を省略することが可能となる。さらに、割り込み要求がない限りは、全てのＰＥ１４，１６，１７は共有メモリ１５に書き込まれた情報のみに基づいて、互いに独立で自律的に特定の作業を繰返し実行する。この結果として処理速度が格段に向上する。
【００３４】
また、上記の各種ＰＥ１４，１６，１７は、異常なデータを判別する機能を有する。そして、異常なデータの発生を検知した場合には、詳しいログの記録を開始するとともに、即座に警告メッセージ表示、警告ランプ点灯、警告音等により計測者に報知し、迅速な対応を促す。
【００３５】
なお、計測データ処理装置１が、ＧＰ−ＩＢ、ＣＡＭＡＣ等の既存の計測用データバスを具備するようにしてもよい。そして、周辺ＰＥ１７が該当する計測用データバス規格に基づく簡単な命令体系により、外部機器とのデータ通信を行う。これにより、並列ＰＥ１６は、既存の計測機器を模した演算処理を行うとともに、該計測用データバスを介した外部機器との交信を周辺ＰＥ１７を用いて行うことができる。このエミュレーションにより、外部機器に対して計測データ処理装置１を既存の計測機器のように見せることができる。
【００３６】
また、共有メモリ１５の代わりに高速通信回線で接続された分散メモリ群を使用して、仮想的に共有メモリを実現するようにしてもよい。
【００３７】
次に、図２，図３を参照して、共有メモリ１５の記憶構成例を説明する。
図２には共有メモリ１５の全体の記憶構成例が示されている。図２において、共有メモリ１５内の記憶領域は複数のページに区切られている。ページ１０１は、分割ＰＥ１４が実行するプログラムを格納する領域である。ページ１０２は、分割ＰＥ１４が使用するパラメータを格納する領域である。ページ１０３は、分割ＰＥ１４が作業領域として使用する領域である。ページ１０４は、並列ＰＥ１６が実行するプログラムを格納する領域である。ページ１０５は、並列ＰＥ１６が使用するパラメータを格納する領域である。これらページ１０４，１０５は全ての並列ＰＥ１６によって共通で使用される。ページ１０６は、並列ＰＥ１６個別に使用される領域である。
【００３８】
ページ１０７は、計測者に対して報知する警告情報を格納する領域である。ページ１０８〜１１１は、計測者からの要求情報を格納する領域であって、ページ１０８及び１０９は並列ＰＥ１６用の要求情報Ｎｏ．１，２を格納し、ページ１１０及び１１１は分割ＰＥ１４用の要求情報Ｎｏ．３，４を格納する。ページ１１２は各種ＰＥ１４，１６，１７によって共通で使用される作業領域である。
【００３９】
図３には、上記ページ１０６（並列ＰＥ用個別領域）内の記憶構成例が示されている。図３において、並列ＰＥ用個別領域には、並列ＰＥ１６個別に専用領域が設けられている。そして、それぞれの専用領域には、さらに並列ＰＥ１６の作業状況を示す情報が格納される作業状況領域１０６１と当該並列ＰＥ１６用の作業領域１０６２とが設けられている。
【００４０】
次に、分割ＰＥ１４、並列ＰＥ１６及び周辺ＰＥ１７の動作を詳細に説明する。
初めに、図４，図５，図６を参照して、分割ＰＥ１４の動作を説明する。図４，図５，図６は、分割ＰＥ１４が行う処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ステップＳ１０１では、分割ＰＥ１４が共有メモリ１５内の要求情報Ｎｏ．３をリードする（図２参照）。ステップＳ１０２では、要求情報Ｎｏ．３の内容を判断する。次いで、その要求が演算開始（要求１）の場合は初期化処理を行う（ステップＳ１０３）。初期化処理では、共有メモリ１５内の分割ＰＥ用プログラムのロード、分割ＰＥ１４内の専用メモリ及び変数のリセット、共有メモリ１５内の必要な分割ＰＥ用パラメータをリードして専用メモリ上に準備された変数へ入力などを行う。要求情報Ｎｏ．３の内容が待機（要求２）の場合は一定期間待機してステップＳ１０１へ戻る（ステップＳ１０４）。要求情報Ｎｏ．３の内容が継続（要求３）の場合はステップＳ１０５へ進む。
【００４１】
次いで、ステップＳ１０５では、バッファメモリ１３内に時系列データがあるか否かを確認する。そして、時系列データがある場合はステップＳ１０６へ進み、無い場合には図６のステップＳ１１６へ進む。次いで、ステップＳ１０６では、作業状況情報（現在時刻と現在の作業段階を示す情報）を共有メモリ１５内の分割ＰＥ用作業領域にライトする。次いで、ステップＳ１０７では、共有メモリ１５の並列ＰＥ用個別領域内の各並列ＰＥ１６の作業状況情報をリードし（図３参照）、作業が空いている並列ＰＥ１６が有るかを調べる。そして、空いている並列ＰＥ１６が有った場合はステップＳ１０９へ進み、無かった場合にはステップＳ１１０へ進む（ステップＳ１０８）。
【００４２】
次いで、ステップＳ１０９では、バッファメモリ１３から時系列データの一部を読み出して、空いている並列ＰＥ１６用の作業領域１０６２へ書き込む。ここで、バッファメモリ１３から読み出す部分時系列データは、時系列データを互いに独立に処理可能且つ可能な限り細かく分割する。次いで、ステップＳ１１０では、バッファメモリ１３がオーバーフローしそうか否かを確認する。そして、オーバーフローしそうな場合は共有メモリ１５内のページ１０７にオーバーフローを警告する情報を書き込む（ステップＳ１１１）。
【００４３】
次いで、図５のステップＳ１１２では、共有メモリ１５内の要求情報Ｎｏ．４をリードする。ステップＳ１１３では、要求情報Ｎｏ．４の内容を判断する。次いで、その要求が継続（要求３）の場合は図４のステップＳ１０５へ戻る。要求情報Ｎｏ．４の内容が待機（要求２）の場合は、作業状況情報を共有メモリ１５内の分割ＰＥ用作業領域にライトした後、一定期間待機して図４のステップＳ１０１へ戻る（ステップＳ１１４、Ｓ１１５）。
【００４４】
また、上記ステップＳ１０５の判断の結果、バッファメモリ１３内に時系列データが無い場合には、図６のステップＳ１１６において、作業状況情報を共有メモリ１５内の分割ＰＥ用作業領域にライトする。次いで、ステップＳ１１７では、一定期間以上データ待ちの状態が継続しているか否かを判断する。そして、データ待ち状態が一定期間以上続いている場合には、共有メモリ１５内のページ１０７に長時間データ待ちであることを警告する情報を書き込む（ステップＳ１１８）。データ待ち状態が一定期間に満たない場合には図４のステップＳ１０７へ戻る。次いで、ステップＳ１１９では、一定期間待機して図４のステップＳ１０１へ戻る。
【００４５】
次に、図７，図８，図９を参照して、並列ＰＥ１６の動作を説明する。図７，図８，図９は、並列ＰＥ１６が行う処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ステップＳ２０１では、並列ＰＥ１６が共有メモリ１５内の要求情報Ｎｏ．１をリードする（図２参照）。ステップＳ２０２では、要求情報Ｎｏ．１の内容を判断する。次いで、その要求が演算開始（要求１）の場合は、作業状況情報（現在時刻と現在の作業段階を示す情報）を共有メモリ１５の並列ＰＥ用個別領域内の自己用の作業状況領域１０６１（図３参照）にライトし、ステップＳ２０６へ進む（ステップＳ２０３）。要求情報Ｎｏ．１の内容が待機（要求２）の場合は一定期間待機してステップＳ２０１へ戻る（ステップＳ２０４）。要求情報Ｎｏ．１の内容が継続（要求３）の場合はステップＳ２０８へ進む。要求情報Ｎｏ．１の内容が終了（要求４）の場合は作業状況情報を共有メモリ１５の並列ＰＥ用個別領域内の自己用の作業状況領域１０６１にライトして処理を終了する（ステップＳ２０５）。
【００４６】
次いで、ステップＳ２０６では、初期化処理を行う。初期化処理では、共有メモリ１５内の並列ＰＥ用プログラムのロード、並列ＰＥ１６内の専用メモリ及び変数のリセット、共有メモリ１５内の必要な並列ＰＥ用パラメータをリードして専用メモリ上に準備された変数へ入力などを行う。次いで、ステップＳ２０７では、共有メモリ１５内の要求情報Ｎｏ．１を演算開始（要求１）から継続（要求３）に書き換える。
【００４７】
次いで、ステップＳ２０８では、共有メモリ１５内の要求情報Ｎｏ．２をリードする。ステップＳ２０９では、要求情報Ｎｏ．２の内容を判断する。次いで、その要求が演算開始（要求１）の場合は、作業状況情報を共有メモリ１５の並列ＰＥ用個別領域内の自己用の作業状況領域１０６１にライトし、ステップＳ２１２へ進む（ステップＳ２１０）。要求情報Ｎｏ．２の内容が待機（要求２）の場合は一定期間待機してステップＳ２０８へ戻る（ステップＳ２１１）。要求情報Ｎｏ．２の内容が終了（要求４）の場合はステップＳ２０５へ進む。要求情報Ｎｏ．２の内容が再初期化（要求５）の場合はステップＳ２０６へ戻る。要求情報Ｎｏ．２の内容がリセット（要求６）の場合はステップＳ２０１へ戻る。
【００４８】
次いで、ステップＳ２１２では、共有メモリ１５の自己用の作業領域１０６２に部分時系列データがあるか否かを確認する。そして、部分時系列データがある場合は図８のステップＳ２１３へ進み、無い場合には図９のステップＳ２２０へ進む。次いで、ステップＳ２１３では、自己用の作業領域１０６２の部分時系列データに対して所定の計測演算処理を行う。次いで、ステップＳ２１４では、その演算結果が正常であるか否かを判定する。そして、正常である場合はステップＳ２１５へ進み、異常である場合はステップＳ２１７へ進む。
【００４９】
次いで、ステップＳ２１５では、演算結果の整理記録を行う。演算結果の整理記録では、演算結果、演算開始時刻、演算終了時刻、今回が何回目の測定であるかを示す測定回数などの測定情報を共有メモリ１５の自己用の作業領域１０６２にライトする。次いで、ステップＳ２１６では、共有メモリ１５の並列ＰＥ用個別領域内の自己用の作業状況領域１０６１の作業状況情報をリセットし、図７のステップＳ２０８へ戻る。
【００５０】
演算結果が異常であった場合、ステップＳ２１７において作業状況情報を共有メモリ１５の並列ＰＥ用個別領域内の自己用の作業状況領域１０６１にライトする。次いで、ステップＳ２１８では、共有メモリ１５内のページ１０７に測定結果が異常であることを警告する情報を書き込む。次いで、一定期間待機して図７のステップＳ２０８へ戻る（ステップＳ２１９）。
【００５１】
上記図７のステップＳ２１２において共有メモリ１５の自己用の作業領域１０６２に部分時系列データが無かった場合、図９のステップＳ２２０において作業状況情報を共有メモリ１５の並列ＰＥ用個別領域内の自己用の作業状況領域１０６１にライトする。次いで、ステップＳ２２１では、一定期間以上データ待ちの状態が継続しているか否かを判断する。そして、データ待ち状態が一定期間以上続いている場合には、共有メモリ１５内のページ１０７に長時間データ待ちであることを警告する情報を書き込む（ステップＳ２２２）。次いで、一定期間待機して図７のステップＳ２０８へ戻る（ステップＳ２２３）。一方、データ待ち状態が一定期間に満たない場合にはそのまま図７のステップＳ２０８へ戻る。
【００５２】
次に、図１０〜図１３を参照して、周辺ＰＥ１７の動作を説明する。図１０〜図１３は、周辺ＰＥ１７が行う処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ステップＳ３０１では、周辺ＰＥ１７が自己以外の各部に対して動作停止を指示し、命令待ち状態にする。次いで、ステップＳ３０２では、共有メモリ１５をクリアする。次いで、ステップＳ３０３では、計測者に対して画面表示又はランプ点灯等により準備完了を通知する。次いで、ステップＳ３０４では、初期化データ入力画面を表示させて計測者に初期化データの入力を促す。ステップＳ３０５では、データ入力の有無を判断する。そして、入力があると、該入力された初期化データを共有メモリ１５の各々該当するパラメータ領域にライトする（ステップＳ３０６）。
【００５３】
次いで、ステップＳ３０７では、測定開始画面を表示させて計測者に測定開始指示の入力を促す。ステップＳ３０８では、開始指示入力の有無を判断する。そして、入力があると、共有メモリ１５のページ１０８，１０９に要求情報Ｎｏ．１，２（並列ＰＥ用）として演算開始（要求１）をライトする（ステップＳ３０９）。次いで、ステップＳ３１０では、共有メモリ１５のページ１１０，１１１に要求情報Ｎｏ．３，４（分割ＰＥ用）として演算開始（要求１）をライトする。
【００５４】
次いで、図１１のステップＳ３１１では、作業状況情報（現在時刻及び現在の作業段階を示す情報）と今回が何回目の測定であるかを示す測定回数などを永久保存用メモリ部１８にライトする。次いで、ステップＳ３１２では、各部に対して動作開始を指示する。次いで、ステップＳ３１３では、共有メモリ１５の並列ＰＥ個別領域内の各作業領域１０６２を参照し、演算結果があるか否かを確認する。そして、演算結果がある場合は演算結果の整理記録を行う（ステップＳ３１４）。演算結果の整理記録では、演算結果、演算開始時刻、演算終了時刻、当該測定結果が何回目の測定のものであるかを示す測定回数などの測定情報を当該作業領域１０６２から読み出して永久保存用メモリ部１８にライトし、読み出し元の測定情報をクリアする。次いで、ステップＳ３１５では、永久保存用メモリ部１８の測定情報を画面表示、データ配信等により出力する。
【００５５】
上記ステップＳ３１３の確認の結果、演算結果が無い場合は、ステップＳ３１６へ進み、割り込み要求の有無を確認する。そして、割り込みありの場合は図１２のステップＳ３１９へ進み、割り込み無しの場合はステップＳ３１３へ戻る（ステップＳ３１６）。
また、上記ステップＳ３１５の出力処理完了後には、ステップＳ３１７へ進み、割り込み要求の有無を確認する。そして、割り込みありの場合は図１２のステップＳ３１９へ進み、割り込み無しの場合はステップＳ３１８へ進む（ステップＳ３１７）。次いで、ステップＳ３１８では、共有メモリ１５内のページ１０７に警告情報があるか否かを確認する。そして、警告情報がある場合は図１３のステップＳ３２５へ進み、警告情報が無い場合はステップＳ３１３へ戻る（ステップＳ３１８）。
【００５６】
次いで、図１２のステップＳ３１９では、計測者からの割り込み要求の内容を確認する。ステップＳ３２０では、その要求内容を判断する。次いで、その要求が継続（要求３）の場合は、作業状況情報を永久保存用メモリ部１８にライトし、図１１のステップＳ３１３へ戻る（ステップＳ３２１）。要求内容が終了（要求４）の場合は測定結果や演算の設定情報等を永久保存用メモリ部１８にライトして処理を終了する（ステップＳ３２２）。要求内容がリセット（要求６）の場合は、一定期間待機して図１０のステップＳ３０１へ戻る（ステップＳ３２３）。要求内容が状態確認（要求７）の場合は図１３のステップＳ３２５へ進む（ステップＳ３２４）。
【００５７】
次いで、図１３のステップＳ３２５では、共有メモリ１５内のページ１０７を参照し、バッファメモリ１３がオーバフローしそうであることの警告情報があるか否かを確認する。そして、当該警告情報がある場合はステップＳ３２６に進み、無い場合はステップＳ３３２に進む。次いで、ステップＳ３２６では、作業状況情報を永久保存用メモリ部１８にライトする。次いで、ステップＳ３２７では、自己以外の各部に対して動作の一旦停止を指示し、命令待ち状態にする。次いで、ステップＳ３２８では、計測者に対して、バッファメモリ１３がオーバフローしそうである旨の警報を画面表示又はランプ点灯又は警報音等により発する。次いで、ステップＳ３２９では、バッファメモリ１３内の未処理データの数が十分に少ない一定値以下になるまで待機する。次いで、この待機後に各部に対して動作再開を指示する（ステップＳ３３０）。次いで、ステップＳ３３１では、共有メモリ１５内のページ１０７から、バッファメモリ１３がオーバフローしそうであることの警告情報を削除する。
【００５８】
次いで、ステップＳ３３２では、共有メモリ１５内のページ１０７に警告情報が残っているか否かを確認する。そして、警告情報が残っている場合は、計測者に対して、当該警告を通知する警報を画面表示又はランプ点灯又は警報音等により発する（ステップＳ３３３）。次いで、ステップＳ３３４では、共有メモリ１５内のページ１０７の警告情報を全てクリアする。次いで、一定期間待機した後、図１２のステップＳ３１９へ戻る。一方、ステップＳ３３２の確認の結果、警告情報が無かった場合は、図１１のステップＳ３１３へ戻る。
【００５９】
以下、上述した図１の計測データ処理装置１を応用したシステムの実施例を順次説明する。
【実施例１】
【００６０】
［多重同時計測システムへの応用］
実施例１では、本発明の計測データ処理装置が最も早く威力を発揮すると予想される多重同時計測システムへの応用例を説明する。
多重同時計測システムは、放射線計測、質量分析や各種分光技術での利用が期待されているにもかかわらず、現状では、市販品を用いるとかなりの費用がかかり、しかも、その処理速度は決して満足のいくものではない。そこで、本発明の計測データ処理装置を応用し、汎用のＰＥを数個、端末用のＰＣを１台、並びに安価な高速ＡＤ変換器の３つを組み合わせにより多重同時計測システムを実現する。これにより、多重同時計測システムが安価に利用できるようになるので、その波及効果が大きいものと予想される。また、この多重同時計測システム（多重同時計測技術）では、測定結果の整理記録方式としてリストモード（list mode）と呼ばれるものがあり、本発明は記録過程だけでなく計測過程までも含めて、その完全なデジタル化を指向するものである。この完全デジタル化は後述する実施例２や実施例３のような他の技術分野に対しても応用することができ、非常に有効となるであろう。そこで、実施例１では、リストモードを高速かつ簡単に処理する点について詳細に説明する。
【００６１】
初めに、多重同時計測の基礎となっている高速パルス計測について簡単に説明する。ここでは、高速パルス計測による粒子線・放射線の検出を例に挙げて説明する。
高速パルス計測は、粒子線（可視光も含む）や放射線の検出には不可欠な技術であり、その基本的なデータのセットアップの一例が図１４に示されている。この図１４には、入力される生のデータ（ｄａｔａ［ｉ，ｊ］）が示されている。但し、ｉは入力信号のチャンネル番号、ｊは離散化した時間である。また、Ｖｔｈ［ｉ］はしきい電圧である。
【００６２】
なお、図１４においてイベントトリガーになりうる事象は、パルスレーザーの照射、加速器やイオン源からのパルス粒子線ビームの照射等のような、明白な瞬発的現象のみには限定されない。例えば、Ｘ線放出や光電子放出のような粒子線や放射線のそれ自身の放出などの現象も含まれる。
【００６３】
なお、粒子線や放射線の検出器としては多種多様なものがあるが、高速パルス計測では検出器の種類に関係なく、個々の放線線や粒子線が検出器に到来するのに対応して電気的な高速パルス波形を発生させ、その電気信号を解析記録するものなので、ここでは検出器の説明を省略する。
【００６４】
図１５には、図１４の生データの中から選択されたデータが示されている。ここの選択処理では、次に示す条件式１が満足される場合に構造体データ（ｃｈｏｉｃｅ［ｋ］）を求めて記録する。
条件式１；ｄａｔａ［ｉ，ｊ］≧Ｖｔｈ［ｉ］
ｃｈｏｉｃｅ［ｋ］＝［ｃｈｏｉｃｅ．ｖｏｌｔ［ｋ］，
ｃｈｏｉｃｅ．ｔｉｍｅ［ｋ］，
ｃｈｏｉｃｅ．ｃｈ［ｋ］］
但し、ｃｈｏｉｃｅ．ｖｏｌｔ［ｋ］＝ｄａｔａ［ｉ，ｊ］、
ｃｈｏｉｃｅ．ｔｉｍｅ［ｋ］＝ｊ、
ｃｈｏｉｃｅ．ｔｉｍｅ［ｋ］＝ｉ、
ｋは整理番号（検知された順番に対応している）、
である。
【００６５】
なお、個々の高速パルス波形について最重要なパラメータを挙げるならば、図１５に示される波高値Ｖｐとピーク到着時間ｔpである。実際、個々の粒子線や放射線について（Ｖｐ、ｔp）さえ決定出来れば、そのエネルギー、質量や電荷、運動量ベクトル等の多種多様かつ重要な情報を導き出すことが可能となる。また場合によっては内部状態までをも導き出せる。したがって、粒子線や放射線の計測とは何かと最も簡潔に述べるならば、多数の高速パルス信号についてデータ列（Ｖｐ、ｔp）を高速に収集し、なんらかのヒストグラム化をする行為といえる。そして、このヒストグラム化を簡便に行う機器として最も普及しているのは、マルチチャンネルアナライザー（ＭＣＡ）とマルチチャンネルスケーラー（ＭＣＳ）の２つに他ならない。周知のように、ＭＣＡは、（Ｖｐ、パルスカウント数）をヒストグラムとして表示するものである。ＭＣＳは、（ｔp、パルスカウント数）を表示するものである。これらＭＣＡとＭＣＳを基本ユニットとした計測システムは、最初の普及は高エネルギー物理学や原子核物理学といった学術的分野から始まったが、現在では原子力工学、放射性アイソトープ利用、分光技術や質量分析といった産業分野にも広まっている。すでに広い計測分野での必需品とみなされて統一規格も完成し、それに基づいた既製品が手頃な価格で多数市場に出回っている。
【００６６】
次に、多重同時計測について説明する。
これまでは説明を簡単化するために、検出器からの入力線が１本だけの場合に限定してきた。多重同時計測とは、複数の検出器を用いたり、検出器に複数の信号線をつけるなどして、入力線が多チャンネル化された高速パルス計測に他ならないが、その原理と有用性を最近の高エネルギー物理学での好例である上記した非特許文献１に記載のものを引用して説明する。これは反水素原子（反陽子と陽電子が結合したもので、通常の水素原子の完全な反粒子）を史上初めて大量に生成した実験についてのものである。
【００６７】
図１６は、反水素原子生成実験のような多重同時計測において、多チャンネルパルス信号処理の典型的な手順を示す図である。反水素原子生成実験の場合には、シリコンストリップ検出器やＣｓＩシンチレーター検出器（以下では、この両者を合わせて検出素子と称する）が多数円筒状にならべられ、その検出素子からの高速パルス信号が生データ（ｄａｔａ［ｉ，ｊ］）に相当し、計測処理システムに入力されることになる。
【００６８】
ここで、上記した選択処理によって構造体データ（ｃｈｏｉｃｅ［ｋ］）を求める。次いで、この構造体データ（ｃｈｏｉｃｅ［ｋ］）を調べて、同じひとかたまりのパルス波形に属するデータを構造体データ（ｐｕｌｓｅ［ｌ］）として記録する。
ｐｕｌｓｅ［ｌ］＝［ｐｕｌｓｅ．ｃｈ［ｌ］，
ｐｕｌｓｅ．ｉｎｉ［ｌ］，
ｐｕｌｓｅ．ｅｎｄ［ｌ］］
但し、ｐｕｌｓｅ．ｃｈ［ｌ］＝ｃｈｏｉｃｅ．ｃｈ［ｋ］、
ｐｕｌｓｅ．ｉｎｉ［ｌ］は開始時刻（図１６の例では「ｊ−３」）、
ｐｕｌｓｅ．ｅｎｄ［ｌ］は終了時刻（図１６の例では「ｊ＋３」）、
ｌは整理番号（検知された順番に対応している）、
である。
なお、パルス波形の区切りは次の条件式２または３によって判別する。
条件式２；ｃｈｏｉｃｅ．ｃｈ［ｋ］≠ｃｈｏｉｃｅ．ｃｈ［ｋ＋１］
条件式３；ｃｈｏｉｃｅ．ｔｉｍｅ［ｋ］≠ｃｈｏｉｃｅ．ｔｉｍｅ［ｋ＋１］＋１
条件式２はチャンネルの飛びを検出するものである。条件式３はデータの飛びを検出するものである。
【００６９】
そして、反陽子と陽電子が結合して反水素が生成されたならば、電気的に中性となるので電磁的閉じこめ領域から抜け出し、周りの電極に衝突すると瞬時にして、反陽子や陽電子はそれぞれの反粒子の相方である陽子や電子と再結合して、高エネルギーの放射線を多数その衝突点からまき散らすはずである。この全ての高エネルギー放射線を多数の検出器素子で検出するのであるが、反水素が生成されたことを確実に同定するには、最低でも以下のような５つの要件１〜５の全てを確認する必要がある。
【００７０】
要件１；少なくとも４個以上のＣｓＩ結晶検出器が、ほぼ同時に放射線パルス信号を検出した（再結合の同時性を確認）。
要件２；要件１で確認したＣｓＩ結晶検出器からの高速パルス信号の中から適当な２個を選び出し、その波高値Ｖｐをガンマ線エネルギーに換算して合計すると、電子と陽電子の再結合エネルギー（およそ１ＭｅＶ）にほぼ相当する（電子と陽電子の再結合を確認）。
要件３；要件２で選び出した２個の高速パルス信号以外は、反陽子消滅によるかなり高エネルギーの放射線（数百ＭｅＶ）と考えられるのでほぼ直進するはずである。そこで、それらの高速パルス信号を検出した素子の位置を適当に複数の直線で結ぶと、閉じこめ電極上のほぼ一点で交わる（反陽子が空間的な１点で消滅したことを確認）。
要件４；要件３で選び出した高速パルス信号の波高値Ｖｐを中間子エネルギーに換算すると、その合計が反陽子と陽子の再結合エネルギー（およそ２ＧｅＶ）にほぼ匹敵する（反陽子の消滅をエネルギーから確認）。
要件５；要件２で選び出した２個のＣｓＩ検出器の位置と、要件４で推定した反陽子の消滅地点がほぼ直線上に並ぶ（陽電子と反陽子が同一点で消滅したことを確認）。
【００７１】
容易に理解できるように、以上の５つの要件１〜５は、論理演算回路またはソフトウェア上の条件文として表現でき、その論理積を満たす事象について高速にデータ収集し記録する。これは高速で複雑な演算処理を想像させるが、実はその基本となっているのは簡単なもので、リストモードと呼ばれる方式を用いて行えばよい。則ち、複数のチャンネルから入力される高速パルス信号について、（入力したチャンネルの番号、Ｖｐ、ｔp）のデータ組を高速で次々に記録する。次いで、それらのデータ組を専用計算機にデータ転送し、（検出した位置、検出した時間、検出したエネルギー）に換算する。具体的には、検出位置は、パルス波形がどの検出素子から来たものなのかによって分かる。また、検出した時間は、そのパルス波形のｔp、検出したエネルギーはそのパルス波形のＶｐによって略特定することができる。このような手法により、個々の粒子線の（検出した位置、検出した時間、検出したエネルギー）が分かれば、上述の要件１〜５の論理積は簡単に実行できることになる。そして、上記の５つの要件１〜５の論理積が真である事象を確認した場合には、その事象に関連するデータを高速で記録し、真ではない場合にはデータを廃棄する。要点をまとめると、リストモードさえ実現できれば、前述のＭＣＡやＭＣＳのような計測ユニットの機能も、通常のＰＣを使った単なるヒストグラム作成作業で実現でき、その応用で多重同時計測も簡便に実現することができる。
【００７２】
ところで、本発明の計測データ処理装置においては、全体の時系列データを互いに独立な部分時系列データに分割するが、このデータ分割処理は非常に重要である。そのデータ分割処理は、上記の反水素原子生成実験にあてはめて具体的に説明すると、以下のようになる。
先ず、個々の反水素原子が消滅するごとに多重粒子発生が起こり、一連の多チャンネル高速パルス波形が生成される。ここで、多数の反水素原子消滅に伴って多数の多チャンネル高速パルス波形が一見ではランダムに生成されたように見えても、反水素原子１個に対応して必ずひとかたまりの部分時系列データが１対１対応で発見できる。これにより、１個の反水素原子消滅に伴う部分時系列データを取り出して単一の並列ＰＥで（他の並列ＰＥとは互いに独立に）処理することができる。
【００７３】
本発明は、このような単純ではあるが重要な知見に基づいている。というのは、このような事象の独立性というのは、後述する実施例２，３からも分かるが、幅広い計測対象に適用可能な概念だからである。本発明の目的の一つは、このような独立事象に対して最適かつ高速な処理を行うように特化した並列計算機を、簡単かつ拡張性高い形で統一規格のもとに構成することにある。
【００７４】
上記した例のように、本発明の計測データ処理装置を応用した多重同時計測システムは、高エネルギー物理学や原子核物理学等の分野で大いに活用することができる。さらに、より小型で簡易なものとして、また、可搬型として構成することができるので、利便性がよく、多種多様な場面で活用することが可能となる。
【００７５】
また、本発明の計測データ処理装置では、個々の並列ＰＥがその演算により仮想的計測器を実現することができる。そこで、この概念を高速パルス計測から実用的な例を取り上げて、以下に説明する。ここでは、仮想計測器の具体例としてコンスタントフラクションディスクリミネーターを挙げて説明する。
【００７６】
上記したように、多重同時計測において、（入力チャンネル、ｔp、Ｖｐ）を記録するリストモード方式は重要な技術である。このリストモード処理を正確に実行するための前提として、波高値Ｖｐの異なる高速パルス波形であっても、ピーク到着時間ｔpがばらつき無く決定できる、ということが暗黙のうちに仮定されている。そして、この前提を満たすために、従来より高速パルス計測では、コンスタントフラクションディスクリミネーターというアナログ処理回路が多用されている。その動作原理については割愛するが、ここでは、コンスタントフラクションディスクリミネーターに相当する機能が、本発明によりソフトウェア上でどのように簡単かつ仮想的に実現できるのかについて詳述し、仮想的計測器の概念の有用性や一般性を示す。その手順は以下のようになる。
【００７７】
手順１−１；検出器からの標準的な応答パルス波形をデジタルオシロスコープなどであらかじめ記録しておく
手順１−２；その記録波形を適当なフィット関数Ｖf（ｔ）で表す。
Ｖf（ｔ）＝Ｖｐ＊f(t)  ・・・（１）
但し、フィット関数Ｖf（ｔ）は、図１７に示すように、ピーク到着時間ｔpがｔ＝0、Ｖｐが波高値に相当する定数にようになるに設定する。
また、f(t)は、プログラム言語の簡単な、微分可能な組み込み関数で近似すると、高速処理のため便利でり好ましい。
手順１−３；図１７に示す離散化デジタル時系列データＶ（ｔｉ）が計測されたときに、このデジタル時系列データＶ（ｔｉ）をＶf（ｔ−ｔｐ）というモデル関数を用いて最小２乗フィットし、最適なパラメータの組（ｔp、Ｖｐ）を決定する。
【００７８】
このような単純な最小２乗法の利用により、コンスタントフラクションディスクリミネータに近い機能は演算として表現できる。その根拠は最小自乗誤差の条件を、直接にパラメータ（ｔp、Ｖｐ）についての偏微分式として表現すれば得られる。その結果を数学的に表現すると、「Ｖ（ｔｉ）を単に定数倍した時系列データＡＶ（ｔｉ）を想定すると、最小２乗法を利用する限り、データ列Ｖ（ｔｉ）に対して（ｔp、Ｖｐ）という最適なパラメータ組が得られたならば、データ列ＡＶ（ｔｉ）に対しては（ｔp、ＡＶｐ）が最適なパラメータを与える」となる。
【００７９】
この意味を分かりやすく説明すると、振幅だけが違う相似なパルス波形に対して、ピーク時間ｔｐが全くばらつかずに決定できるということであり、これこそがコンスタントディスクリミネーターの本質的な機能である。しかも、最小自乗法の演算プログラムは簡単に手に入ることは周知の事実であり、このことからだけでも仮想的なコンスタントフラクションディスクリミネーターの実現がいかに、ソフトウェア上では簡単であるか分かるであろう。しかしながら、最小自乗法の計算手法にはいくつかのバリエーションがあり、どれが最も高速性を満足し、実用的にｔpのばらつきを最小で決定できるのかについては、今後の研究に待つしかない。しかし、最小２乗法というすでに確立した数学手法でアナログ回路の機能が簡単に置き換えられることを再度強調する。
【００８０】
また、各種ＰＥの低価格化や演算速度の向上が、急速に起こっている現状から予測すると、近い将来にはほとんどのアナログ計測機器がデジタル化されるものと予想され、それを簡便に実現するためにも、本発明による仮想計測器の実現は非常に有用必要不可欠となる。
【００８１】
次に、本発明におけるリストモードの高速処理を説明する。
本発明では各並列ＰＥが自律的かつ独立的に演算作業を高速に行って、リストモードを実現している。各並列ＰＥの自律性や独立性を理解する一助として、各ＰＥや周辺機器の特徴についてまず概観する。
【００８２】
［時系列データ分割用ＰＥ（分割ＰＥ）］
分割ＰＥ１４は高速かつ単調な作業を繰り返して、部分時系列データを一時保存用高速メモリー部（バッファメモリ）１３から共有メモリ１５に転写する。他のＰＥの作業内容にかかわらず、この分割ＰＥ１４はほとんど同じ処理を行う。この特徴から考えると、将来的にはＡＤ変換器やＤＭＡコントローラと一体化したＤＰＳで置き換えるのが有利であると思われる。
【００８３】
［周辺機器対応用ＰＥ（周辺ＰＥ）］
周辺ＰＥ１７は一般のＰＣと同じで、周辺機器からの要求や割り込み、データの授受を全部引き受け、それによって他のＰＥの演算速度が著しく損なわれないようになっている。
【００８４】
［並列処理用ＰＥ（並列ＰＥ）］
並列ＰＥ１６は、一般のＰＣからＣＰＵとメモリ、及び必要最小限の周辺回路のみを残したものである。並列ＰＥ１６としては、演算処理に不要なものを省き、小型モジュール化を容易にするとともに、既存のソフトウェア資産がそのまま継承できるような汎用性を持たせる。
【００８５】
［多チャンネル・デジタル時系列データ入力部（データ入力部）、高速データ転送部及び一時保存用高速メモリー部（バッファメモリ）］
これら３つの機能を合わせ持つ最も近い既存の製品としては、大容量のバッファメモリとＤＭＡ転送が可能なＡＤ変換器が知られている。更には、プリトリガやソフトトリガ対応のようなインテリジェント機能を備えていることが望ましい。
【００８６】
上述した図４〜図１３のフローチャートでは、各ＰＥの初期化段階まではそれほどの高速性を要求されないため、多用途性が最も高い周辺ＰＥ１７に主導権を持たせて初期化を行うようにしている。そして、初期化以降の段階が最も高速性を要求される処理部分であり、各ＰＥは共有メモリ１５の読み書き、データ消去、及びデータ演算の作業だけに徹し、完全に独立に自律的に動作する設計になっている。
【００８７】
また、各種ＰＥのうち、周辺ＰＥ１７が最も複雑かつ多様な処理を行っている。したがって、この周辺ＰＥに演算処理やデータ入力までも担当させるのは、高速性が要求される計測では得策ではない。しかしながら、市販の低価格な計測機器の大部分は１台のＰＣに直接接続するものがほとんどであり、まさに上記したような不利な構成になっている。この欠点を回避するために、本発明では、分割ＰＥ１４や並列ＰＥ１６といった計測者や周辺機器とインタフェースするようなインターフェース機能を持たないＰＥを用意する。そして、それら分割ＰＥ１４及び並列ＰＥ１６に専ら高速演算を行わせて、仮想計測器を構成している。
【００８８】
また、並列計算機の最近の主流はＰＣクラスターであるが、本発明はそれとは格別な差異を持つ。まず、ＰＣクラスターでは、例えば、「石川裕、佐藤三久、堀敦史、住元真司、原田裕、高橋俊行，“Ｌｉｎｕｘで並列処理をしよう−ＳＣｏｒｅで作るスーパーコンピューター”，共立出版，２００２年」に記載されるように、周辺機器対応用ＰＥとしての端末を有し、通信用サーバを用いて並列処理用ＰＥとのデータのやりとりを行い、各並列処理用ＰＥに演算を担当させ、最後に計算結果を集計するものである。
【００８９】
この方式は多様な科学技術計算に対応できる構成ではあるが、以下の点で計測用並列計算機として重大な冗長性を有している。則ち、通常の計測作業においては情報の流れは、緊急な事態が起こらない限り、完全に一方向に偏っていることを全く利用していない。一方、本発明では、上記図４〜図１３のフローチャートを参照して説明したように、そのようなデータの流れの一方向性という特徴を最大限に生かしている。具体的には、分割ＰＥ１４はサーバではなく、一方的にデータを各並列ＰＥ１６に転送するだけであり、その返答や要求を受け取ることを必要としない。また、各並列ＰＥ１６の間にも相互通信の機能が全く存在しない。
【００９０】
本発明では、このようにクライアント・サーバ方式を採用せず、共有メモリ方式によって徹底的に通信の冗長性を省いている。しかも本発明の方式によれば、分割ＰＥ１４が重要な特徴を有している。則ち、分割ＰＥ１４は本質的に、並列ＰＥ１６の演算内容が変わったとしても、同じ作業を単調に繰り返す。そこで、このように同じ処理を最適かつ高速に行うために、その処理に特化した専用のＰＥとして分割ＰＥ１４を設けている。これにより、複数の並列ＰＥ１６による並列処理のメリットが最大限に引き出される。その理由は、並列ＰＥ１６へのデータ転送にかかる時間が短縮でき、並列ＰＥ１６の数が増大しても、全体の処理速度の低下が抑えられるためである。
【００９１】
また、本発明では、計測用並列計算機としてはクライアント・サーバ方式の不利を主張するが、それには上記以外にも重要な理由が２つある。その第１の理由は、通信サーバの管理は一般の計測者には未だに高度な技術であり、ましてや、その通信プロトコルを最適化するのは困難という点である。したがって、単純な手順だけでデータ転送が高速に行え、読み書きのタイミング処理も容易である共有メモリ方式の方が、利用者の立場からは断然望ましい。
【００９２】
第２の理由は、各ＰＥが異なるＯＳやプログラム言語で動作する可能性があることにある。本発明では、各ＰＥはかなり異なった性格を持っており、全てのＰＥを同じＯＳで管理するのは困難であるとともに、不利と考えられる。例えば、分割ＰＥ１４は極限までのリアルタイム応答性が要求されるが、一方、周辺ＰＥ１７は様々な周辺機器に対応できる必要があるというように、この両方のＰＥを同じＯＳで管理するのは設計に手間がかかりすぎるのである。このため、共有メモリによってＯＳの違いを吸収させてしまう方式が将来的にも有望であると考える。
【００９３】
そして、共有メモリ方式を一般の計測者にも容易に理解できるようにし、しかも、演算速度を損なわない方法として、ＳＩＭＤ型の並列処理を本発明は採用する。則ち、全ての並列ＰＥ１６が同じ処理を、同じ形式で記録された個別のデータに対して行うのである。そして、個別化したデータとそれを処理する並列ＰＥ１６との対応を１対１にすることにより、各並列ＰＥ１６を仮想計測器と見なすことが可能となる。これによって、従来の計測機器に慣れ親しんだ計測者にも、本発明による計測データ処理装置の扱いが容易となる。
【００９４】
また、従来の計測規格の継承を更に進めるには、共有メモリを用いた作業を、ＣＡＭＡＣやＧＰ−ＩＢを模した命令体系で行うようにすれば、ますます、一般の計測者に使いやすくなる。則ち、共有メモリ上に仮想的なＣＡＭＡＣデータウェイを構築して、それを介して各ＰＥ間のデータ転送や命令を実行したり、または、各ＰＥや周辺機器の管理を共有メモリ上で行い、あたかもそれぞれが仮想的なＧＰ−ＩＢ機器であるように制御を行う。しかも、ＳＩＭＤ型では並列ＰＥ１６の数の増減が容易に行え、しかも、異なる演算能力のＰＥをも簡単に束ねることができる。
【００９５】
しかしながら、将来的にはクライアント・サーバ方式の通信が簡単な手順で高速に行える可能性は無視できない。本発明の趣旨は、たとえクライアント・サーバ方式の通信を用いても、各並列ＰＥ１６上にある分散メモリを仮想的な共有メモリーとして使用する方式が、計測機器用には断然望ましいという点に尽きる。本発明を契機として、既存のＰＣクラスター技術を土台として、計測機器専用ツールを別に完備することが簡単に実現できる。
【００９６】
次に、多重同時計測におけるリストモードを実現する方法について具体的に説明する。その核心部分は並列ＰＥ１６の図８に示すフローチャート中の「仮想計測器演算ルーチン（ステップＳ２１３）」に集中している。この直裁明瞭なソフトウェア設計も、本発明の重要なポイントの一つである。則ち、この直裁明瞭な設計によって、「仮想計測器演算ルーチン（ステップＳ２１３）」を取り替えるだけで電気的配線の変更は一切なしで一つの計測器から別の計測器へ即座に切り替えることができることになる。例えばこのルーチン内においては、以下に示す例のような一連の演算を行えばリストモード記録器になる。
【００９７】
手順２−１；しきい電圧より低い信号は雑音と判定して廃棄する（図１４，図１５参照）。
手順２−２；残った時系列データを個別のパルス波形ごとにまとめてブロックデータ化する（図１６参照）。
手順２−３；個別のパルス波形に対して、前述したフィッティング処理によって、波高値Ｖｐとピーク到着時間ｔｐを決定する（図１７参照）。
手順２−４；リストモード用構造体データ（入力チャンネル、Ｖｐ、ｔｐ）を準備する。リストモード用構造体データをＲｅｓｕｌｔ［ｌ］とすると、
Ｒｅｓｕｌｔ［ｌ］＝［Ｒｅｓｕｌｔ．ｃｈ［ｌ］，
Ｒｅｓｕｌｔ．ｐｈａ［ｌ］，
Ｒｅｓｕｌｔ．ｔｉｍｅ［ｌ］，
Ｒｅｓｕｌｔ．ｅｒｒｏｒ［ｌ］］
である。
但し、Ｒｅｓｕｌｔ．ｃｈ［ｌ］＝ｃｈｏｉｃｅ．ｃｈ［ｋ］、
Ｒｅｓｕｌｔ．ｐｈａ［ｌ］＝Ｖｐ、
Ｒｅｓｕｌｔ．ｔｉｍｅ［ｌ］＝Ｔ、
Ｒｅｓｕｌｔ．ｅｒｒｏｒ［ｌ］は「誤差の二乗和÷データ数」即ち、「ｒｅｄｕｃｅｄ  ｃｈｉ−ｓｑｕａｒｅ」である。Ｔは測定時刻である。
【００９８】
以上の手順２−１〜４により部分時系列データが加工される、リストモード処理（図８のステップＳ２１５）で使用されるリストモード用構造体データが生成される。
【００９９】
上記した仮想計測器の概念の有効性は、単一のＰＥを用いたシステムであっても有効である。例えば、Lamb−shiftという重要な物理量を計測する実験において有効となる。この実験の目標は、レーザー光をある標的に照射すると、その標的が特定エネルギーのＸ線粒子を放出する確率がごく僅か増加（理論的には約０．１５％）するかどうかを確認することにある。そのため、レーザー光を機械的なチョッパーで周期的にＯＮ・ＯＦＦし、その変調周期に正確に追随して、特定エネルギーのＸ線粒子の計数が増減することを、高感度かつ定量的に計測する装置が必要となる。なお、上記したLamb−shiftの実験については、例えば「K. Hosaka、D.N. Crosby、K.Gaarde-Wioddowson、C.J. Smith、J.D. Silver、E.G. Myers、T. Kinugawa、S. Ohtani，“Towards a Measurement of the n=2  Lamb Shift in  Hydrogen-like Nitrogen Using an Electron Beam Ion Trap”，Hyperfine Interactions (2003) in press，２００３」に記載されている。
【０１００】
ここで、従来の技術を省みると、上記のように変調周期に正確に追随した信号だけを高感度で取り出すには、ロックイン検出器の使用が想起される。しかしながら、ロックイン検出器は本質的にアナログ信号を処理する機器であり、特定エネルギーのＸ線信号だけを取り出すような機能は持ち合わせていない。Ｘ線エネルギーを特定するには、Ｘ線検出器からの高速パルス信号を処理して、波高値Ｖｐとピーク到着時間ｔｐを知る必要があるからである。このように従来の計測器で対応困難な状況に対して、本発明によれば、高速ＡＤ変換器とソフトウェアによる仮想計測器を組み合わせることで対処することが可能となる。その仮想計測器の処理手順は以下に示される。
【０１０１】
手順３−１；データ入力部１１に備わる高速ＡＤ変換器の１番目の入力チャンネルをＸ線検出器に接続し、２番目の入力チャンネルをレーザー光強度測定器に接続する。
手順３−２；大容量の一時保存高速メモリ部（バッファメモリ）１３に高速ＡＤ変換器によりデジタル化した時系列データを蓄積する。
手順３−３；１番目の入力チャンネル信号は、（Ｖｐ、ｔｐ）を決定する仮想計測器（並列ＰＥ１６）に転送する。
手順３−４；２番目の入力チャンネル信号は、（ＯＮ＿ＯＦＦ、ｔ_laser）を決定する仮想計測器（並列ＰＥ１６）に転送する。但し、ＯＮ＿ＯＦＦという変数はレーザー光強度が立ち上がる事象と立ち下がる事象のうち、いずれの事象が起きたのかを区別する変数である。また、ｔ_laserはそのような急峻な変化が生じた時刻である。
【０１０２】
手順３−５；（Ｖｐ、ｔｐ）と（ＯＮ＿ＯＦＦ、ｔ_laser）のリストモード用構造体データを大容量の永久保存用メモリ部１８（例えばハードディスク）に書き込む。
手順３−６；長時間の測定後、永久保存用メモリ部１８に保存されたリストモード用構造体データから特定のＶｐ値（Ｘ線エネルギーに相当）を持つ（Ｖｐ、ｔｐ）のみを選択する（仮想シングルチャンネル解析器）。そして、ｔｐのヒストグラムを作成し、配列ｈｉｓｔ[t]に保存する（仮想ＭＣＳ）。
手順３−７；永久保存用メモリ部１８に保存された（ＯＮ＿ＯＦＦ、ｔ_laser）のストモード用構造体データからレーザー光強度の変調周波数ωとその位相φを決定する。
手順３−８；配列ｈｉｓｔ[t]を時系列データと見なしてフーリエ変換し、周波数ωと位相φの近傍で共鳴的に信号強度が増大することを確認する（仮想ロックイン検出器）。
【０１０３】
上記した仮想計測器による処理の流れから分かるように、本発明と従来の並列処理機とは更なる相違点がある。手順３−１〜５までの処理と手順３−６〜８までの処理との関係は、異なる計測器同士の直列接続に他ならない。そこで、本発明では通信装置も計測データ処理装置内に備えることで、装置同士の直列接続も実現する。これにより、手順３−１〜５までの処理を本発明の計測データ処理装置によって行い、手順３−６〜８を行う外部の計測器と接続することにより、簡単に手順３−１〜８の処理を実現することができる。
【０１０４】
また、リストモードには他に２つの利点がある。その第１の利点は、元のデータ量に比較して、最終的に記録されるデータ量が圧倒的に少なくなることである。その理由は多重同時計測においては、全体の時系列データのうち、ごく少ない時間だけ高速パルス波形が記録されており、残りの大部分の時間は雑音を記録しているだけであることに起因する。これは正確な多重同時計測を行う大前提であり、それを理解するには以下のような状況を考えればよい。もし仮に反水素生成実験において、過大な数の反水素原子が短時間に消滅する状況が生じたとすると、大量の高速パルス波形が短時間に発生ずる。すると、複数の反水素原子が消滅したにもかかわらず、これを単一の反水素原子が消滅した事象候補と見なして、論理積による判定を行う。すると、当然のことながら論理的に「Ｆａｌｓｅ」となって、それらのデータは全て無駄に捨てられることになる。
【０１０５】
上記第１の利点を利用すると、今日のハードディスクの大容量化を鑑みれば、長時間に渡ってデータを記録できることになる。しかも、この利点は周辺ＰＥ１７の負荷を軽減することにもつながる。そこで生み出される演算処理の余力を利用すれば、周辺ＰＥ１７を用いて多彩な処理、例えばデータのグラフ化処理やネットワークを介したデータ配信などが実時間で、しかも、既存のデータ処理用ソフトウェアを利用して行える。
【０１０６】
なお、ここでは、リストモードを引き合いに出したが、データ圧縮を行う仮想計測器ならばどのような記録方式でもこの第１の利点の恩恵を受けられる。例えば、音声や画像データ圧縮演算を並列ＰＥ１６により実行すれば、本発明の応用範囲は民生品の分野まで広がり、本発明の計測データ処理装置の低価格化が促進される。
【０１０７】
第２の利点は、リストモードをもとに即座に多様な警告が出せることと、事故が発生してしまった後にでも残された記録からその原因を究明することができることにある。例えば、多重同時計測の場合、警告としては、単位時間当たりのパルス計数が経験的に多すぎたり少なすぎるときには、実験の設定がおかしいか、検出器が故障を起こしている可能性があるので、即座に計測者に知らせる必要がある。本発明によれば、このような警告を即座に発することができる。
【０１０８】
上述した実施例１では、本発明が備える時系列データ分割用ＰＥ及び並列処理用ＰＥにより、一般ＰＣのような自由な拡張性と、時系列データ処理のための高速性という相反する目的が同時に達成される。さらに、共有メモリ方式の採用により各ＰＥのＯＳが異なっていても、簡単に相互接続・高速性が達成できる。また、各並列処理用ＰＥが仮想計測器として機能することが可能なＳＩＭＤ型並列処理を採用することにより、従来の計測器技術をスムーズに継承することができる。これらの効果が得られる本発明によれば、ＰＣクラスターによる並列計算機よりも、リアルタイム応答と計測者の使いやすさの双方で優れた製品を安価で提供することが可能となる。
【実施例２】
【０１０９】
［磁気共鳴画像システムへの応用］
実施例２では、本発明の計測データ処理装置を２次元フーリエ変換による磁気共鳴画像（ＭＲＩ；Magnetic Resonance Imaging）システムに応用する例を説明する。ＭＲＩの実用的な重要性は広く知られている。この実施例２においてＭＲＩへの応用を取り上げた最大の理由は、上記実施例１では全く言及しなかった本発明の構成要素、則ち、多チャンネルデジタル同期信号発生部（同期信号発生部）２０の必要性を示す好例だからである。また、フーリエ変換は、赤外光、マイクロ波からＲＦ波までの広い周波数範囲での電磁波分光機器に利用されており、その幅広い応用可能性も考慮して取り上げている。
【０１１０】
しかしながら、既存の商用ＭＲＩ機器をそのまま本発明の計測データ処理装置により実現するのはあまり得策でない。むしろ、本発明が提供する多用途性は、ＭＲＩ計測器の開発試作機やインテリジェント化した機器を簡単に構成できる方向で生かされるべきであると考えるが、この点については後述する。
【０１１１】
先ず、ＭＲＩの原理を簡単に説明する。ＭＲＩの原理の根本は、人体の大部分が水で構成されていることと、その水に含まれる水素原子核は微少な磁石である事実の両方に基づいている。ＭＲＩとは何かと簡単にまとめると、外部磁場を印加した時に水素原子核が磁化される強さ（磁石の方向の揃ろい具合）や、その磁化が緩和する（熱平衡状態に戻る）時間を、人体をスライスした平面内での分布関数として計測し、それを画像化して表示する技術である。ＭＲＩの原理については既に様々な専門書があり、ここではこれ以上の説明は割愛する。そして、本発明により如何にしてＭＲＩの演算を実現するのか、また、上記した実施例１との差異といった点を中心に説明する。なお、以下の説明においては、「P.Leuten、K．Jansen，“Basic Principles of MR Imaging”，Philips Medical Systems Nederland B. V.，１９９４」に記載の技術内容（用語、表、式）に従うこととする。
【０１１２】
図１８は、ＭＲＩシステム３００の典型的なハードウェア構成を示すブロック図である。この図１８において、上記実施例１との重要な相違点は、時系列データの収集作業、具体的には受信コイル３０８を介して受信されたＭＲ信号の時系列データ（ＲＦ受信信号）をＲＦ受信部３０９から収集する作業だけではなく、測定対象へ働きかける作業も行う必要がある点である。具体的には、静磁場用励磁電源３０２を制御して静磁場用コイル３０１へ電流を供給し、測定対象に対して静磁場を印加する。また、傾斜磁場用励磁電源３０４を制御して３次元傾斜磁場用コイル３０３へ電流を供給し、測定対象に対して傾斜磁場を印加する。また、ＲＦ送信部３０６を制御して照射コイル３０５へＲＦパルスを供給し、測定対象に対してＲＦパルスを照射する。
【０１１３】
そして、それら全ての作業間において時間的同期がとれている必要がある。具体的には、ＭＲＩにおいては、図１９に示されるグラディエントエコー法による測定シーケンスが予め定められており、このシーケンスを守るために時間的同期が必要となっている。図１９において、照射ＲＦパルスＩ（ｔ）、スライス面選択用傾斜磁場Ｇｚ（ｔ）及び読み出し用傾斜磁場Ｇｘ（ｔ）については、予め定められた通りの時間波形とする必要がある。さらに、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｙ（ｔ）は予め定められたタイミングの波形とし、これによりスピンエコー時系列信号Ｓ（ｔ）の記録が行われる。
【０１１４】
この１回の測定で得られたスピンエコー時系列信号Ｓ（ｔ）の物理的な意味は、通常は｛ｋｘ、ｋｙ｝平面内で考えると、図２０に示すように簡単に解釈できる。但し、｛ｋｘ、ｋｙ｝とはスライス選択した実平面での座標｛ｘ、ｙ｝に対してフーリエ変換したもの、則ち、ｋｘはｘ方向の空間周波数に対応し、ｋｙはｙ方向の空間周波数に対応する。この｛ｋｘ、ｋｙ｝平面内では時間ｔをｋｘと読み替えることができ、これによりスピンエコー時系列信号Ｓ（ｔ）は、ｋｙが一定な水平線上（例えば図２０のＡ−Ｂ線上）における水素原子の磁化強度（およそ水素原子数に比例する量）を表すことになる。
【０１１５】
さらに、ｋｙと位相エンコード用傾斜磁場Ｇｙ（ｔ）の振幅とが比例関係にあるので、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｙ（ｔ）の振幅だけを変えて同じ測定シーケンスを繰り返すと、スライス面内での水素原子の磁化強度Ｍ（ｋｘ、ｋｙ）が決まることになる。そして最終的には、Ｍ（ｋｘ、ｋｙ）を逆フーリエ変換して実空間での分布Ｍ（ｘ、ｙ）に変換したものを表示装置３１０上に画像表示する。
【０１１６】
次に、上記した２次元フーリエ変換によるＭＲＩの測定機能を、本発明によってどのように実現するのかを説明する。
先ず、図１８に示されるシステム制御部３０７の機能は、本発明の多チャンネルデジタル同期信号発生部（同期信号発生部）２０及び周辺ＰＥ１７により実現する。同期信号発生部２０は、既存の製品としてはプログラム可能な多チャンネルロジック信号発生器に相当するものであり、デジタル機器をテストする信号を発生させるものとして安価に手に入るものである。また、外部機器（各電源３０２，３０４、ＲＦ送信部３０６、ＲＦ受信部３０９）を周辺機器として本発明の計測データ処理装置に具備する。そして、周辺ＰＥ１７により初期設定する。この作業は初期化ルーチンに含まれるので、あまり高速性を必要としない。そして、初期化終了後には全ての周辺機器はトリガー待ち状態になっていればよい。
【０１１７】
ここまでの手順により、図１９の１次元測定さらには図２０の２次元測定のための測定手順を、全て外部機器に記憶させる。そして、測定開始は、多チャンネル・デジタル時系列データ入力部（データ入力部）１１からトリガー信号Ｂを同期信号発生部２０に送信することにより行う。このトリガー信号Ｂを受けると、同期信号発生部２０は予めプログラムされたとおりに、外部機器に対して順次同期信号Ａを送信する。この同期信号Ａに基づいて外部機器は予め定められた波形信号を出力する。
【０１１８】
また、図１８に示される測定信号処理部３１１の機能は、本発明のデータ入力部１１、高速データ転送部１２、バッファメモリ１３、分割ＰＥ１４、共有メモリ１５、並列ＰＥ１６及び永久保存用メモリ部１８により実現する。
【０１１９】
並列ＰＥ１６で実現する機能としては簡単なもので十分である。
先ず、分割ＰＥ１４は、一つの｛ｋｘ、ｋｙ｝平面をカバーする時系列データを一つの部分時系列データとして分割し、一つの並列ＰＥ１６に転送する。仮想計測器としての並列ＰＥ１６は、基本的に高速フーリエ変換を行うだけである。さらには、データ圧縮演算も行えば好ましい。そして、演算結果のリスト出力方法は、｛スライス平面のｚ座標、２次元分布Ｍ（ｘ、ｙ）、計測時刻や被験者名、測定者名などの補助的な情報｝という単純なもので十分である。
以上が本発明により２次元フーリエ変換型ＭＲＩを実現する方法である。
【０１２０】
なお、上記したように、複数の外部機器を定められた測定シーケンスで作動させることは、ほとんどの計測作業において必要とされるものであり、本発明のように多チャンネルデジタル同期信号発生部を装置本体に一体化して備えることは有用である。
【０１２１】
また、上記実施例２においては、典型的かつ周知の例として２次元フーリエ変換型ＭＲＩを挙げたが、既存のＭＲＩ商用機をそのまま本発明により実現してもあまり利点がなく、専用のＰＥやＰＣを利用した方が明らかに有利である。その理由は、既存のＭＲＩ商用機では、入力信号チャンネル数が基本的に一つひとつしかないので、上記実施例１の多重同時計測のようにリストモードによる効果があまり得られないからである。
【０１２２】
そして、既存のＭＲＩ商用機よりもむしろ、開発試作機や高機能な実験機でその効果が得られ、本発明が有用となる。その理由は、開発試作機や高機能な実験機などでは、ＲＦ受信信号を処理及び記録するだけではなく、静磁場の強さと方向、傾斜磁場波形や受信コイルの位置及び角度などの様々なパラメータを調整及び最適化したり、記録する必要があるためである。そこで、それらの制御量を計測して入力するチャンネルを複数用意し処理すれば、本発明による並列演算機能やリストモード方式の利点が生かされ、有意な効果が得られるはずである。また、場合によっては、自動的に様々なパラメータを最適化するようなインテリジェントな機器も簡単に構成することができる。
【０１２３】
また、並列ＰＥ１６の警告機能の使い方の一例として、ＭＲＩにおける静磁場の値や傾斜磁場の計測値が予め定められたものと異なっている場合には、測定領域内に磁性体が存在するものとして、即座に計測者に警告を発するようにすればよい。この警告機能を利用すれば、例えば医療ミスを防止する機能を実現することができる。即ち、本発明の多用途性を生かし、入力チャンネルにＭＲ信号の他、心電測定器や血圧測定器などの出力を順次切り換えて接続し、これに対応して仮想計測器部（並列ＰＥ１６）ではＭＲＩ、心電測定器、血圧測定器における演算を順次切り換えて実行する。これにより、一人の被験者に対して一連の診断作業全体を一つの測定シーケンスに含めて行うことが可能となる。そして、一人の被験者が本発明の計測データ処理装置を１台携行し、該計測データ処理装置によって一連の診断作業全体を処理及び記録すれば、被験者の取り違えというような医療ミスは防止できる。
【０１２４】
さらに、医療ミスの防止能力を向上させるには、被験者用のカルテや血液サンプルや薬に必ず本人専用のラベルを貼るようにすればよい。このラベル作成機能もその被験者専用の計測データ処理装置に備えればよい。そして、そのラベルデータの読み取りの際には、リストモードで記録されたデータと必ず照合し、本人であることが確認できてから医療行為を進めるようにする。このように１人の被験者に対して本発明による１台の計測データ処理装置を対応させれば、全ての医療情報を一時的にでも一元管理することができ、医療ミスの防止に寄与することが可能となる。
【０１２５】
現在、医療ミスを防止するシステムとして、通信ネットワークを介した専用処理システムが主流として開発されつつあるが、おそらく小規模の医療機関まで普及するのは困難と思われる。また、通信を利用する方式の重大な欠点は、常に通信障害が起こらないように管理し続けなければならない点である。大規模な医療機関ほど通信障害が起こった場合の被害が甚大であることは、想像するに難くない。しかも、日本のように常に地震等の自然災害が発生する虞がある環境を考慮すると、そのような緊急時でも医療施設をフル稼働させるためには通信ネットワークに頼る方式は非常に危険な選択と言わざるを得ない。
【０１２６】
したがって、本発明の計測データ処理装置を用いて、省電力化及び軽量化や簡略化を実現することが安全性の面からも堅固で普及しやすいものと思われる。例えば、表示装置は未実装として各部署に設置された表示装置を利用する。データ入力部１１、高速データ転送部１２、バッファメモリ及び分割ＰＥ１４をＬＳＩにより１チップ化する。永久保存用メモリ部１８は、省電力メモリスティックを使用して、一日の必要最小限のデータだけを保存可能とする。そして、そのメモリスティックに記憶容量がオーバーフローしそうな場合には、本人専用のハードディスクにデータをコピーすればよい。また、不要な通信機能は未実装とする。最小限の演算機能と記憶能力だけを備える。この医療ミス防止システムの開発は、データ入力部１１から分割ＰＥ１４までの各部１１〜１４の１チップ化を促す十分な動機付けとなり、その恩恵は他の広い計測分野へも及ぶものとなる。
【０１２７】
上記した本発明の計測データ処理装置による医療ミス防止システムでは、電子カルテのような記憶機能だけでなく、並列ＰＥによる演算機能を備えるので、好ましい。その理由は２つある。まず第一に、被験者に共通の計測機器に専属するＰＥを利用すると、そのＰＥが人為的なミスなどによって間違った処理や記録を始めた場合に、その被害が多数の被験者に及ぶが、本発明による個人専用の計測データ処理装置を用いればその被害は最小限に抑えることができるためである。
【０１２８】
第２の理由は個人情報の保護と関係している。多人数が利用するような計測機器やＰＥには漏洩を防ぐためにも、個人情報を直接に入力することは避けたいためである。具体的にどこまでの演算を本発明の計測データ処理装置により実現するのかは、今後の研究と議論が必要であるが、可能ならば全ての医療作業を行う仮想医療計測器として実現するのが望ましい。一方、即効性のみを追求するならば、個人データの暗号化圧縮記録とそのデコードがリアルタイムで行えるようにするだけでも、十分であると考えられる。この場合、扱うデータとしては画像のみであってもよい。この理由は、既存の医療用計測機器のほとんど全てが測定結果を画像として表示するようになっているためである。
【実施例３】
【０１２９】
［高速モンテカルロシミュレータへの応用］
実施例３では、本発明の計測データ処理装置を高速モンテカルロシミュレータに応用する例を説明する。
初めに、モンテカルロシミュレーションの重要性について述べる。現在では、モンテカルロシミュレーションは科学技術分野の範囲を超えて広く浸透しているが、本格的なモンテカルロシミュレーションとしては、「中山隆、宮武治共著，“モンテカルロ法”，日刊工業新聞，１９６４年」に記載されているように、原子炉の設計を目的として行われたものが知られている。この例では、モンテカルロシミュレーションを行う緊急かつ切実な動機として、異なる初期条件（エネルギーや速度方向）を持った多数の中性子集団が物質中でどのように減速されるか、といった確率現象を非常に正確に予測する必要が挙げられる。則ち、信頼できる予測もなく闇雲に原子炉を運転すれば、核分裂反応の暴走という非常に危険な事態に至るからである。この解決策として、大量の乱数を高速に発生させて、仮想的な中性子集団を計算上で作り出す処方がとられた。具体的には、ひとつひとつの仮想中性子が物質中でどのように振る舞うのかを物理方程式を解いて追跡し、計算結果を大量の仮想中性子についての統計分布の形でまとめて、信頼性の高い予測を得たのである。
【０１３０】
この最初の応用で劇的な有効性を示したことから、モンテカルロシミュレーションは科学技術のほとんどの分野で広く利用されるようになった。そして、次にモンテカルロシミュレーションの利用が波及した重要な分野は経済学である。その根本的な理由は、現代経済学では現実の経済活動や動向変化に対して、その背後で確率的な要因が働いていることを仮定し、それを前提として理論モデルを作るためである。最初の経済学的な応用は、上記した「中山隆、宮武治共著，“モンテカルロ法”，日刊工業新聞，１９６４年」に記載されているが、これはＯＲ（Operations Research）であり、それが極限まで発達したものが現代の金融工学といえる。
【０１３１】
金融工学におけるモンテカルロシミュレーションの重要性は、例えば「湯前祥三、鈴木輝好共著，“モンテカルロ法の金融工学への応用”，朝倉書店，２０００年」及び「D.G.Luenberger著，今野浩、鈴木賢一、枇々木規雄訳，“金融工学入門”，日本経済新聞社，１９９７年」に記載されている。特に、オプション価格の計算に最も有効であることが知られている。そして、本発明において、データ入力部１１に株価や為替変動などの時系列データを入力し、仮想計測器（並列ＰＥ）のプログラムとして金融工学に基づいた演算を実現するものを使用することにより、高度な予想や判断を実時間で行う経済活動用機器が実現できる。
【０１３２】
上記したようにモンテカルロシミュレーションは、現代社会を支える高度なツールの一つといっても過言ではない。そして、本発明は、そのモンテカルロシミュレーションを高速で実行することができる最適な構成となっている。本発明の計測データ処理装置を用いてモンテカルロシミュレータを実現することは、以下に示されるようにいたって簡単である。
【０１３３】
先ず、分割ＰＥ１４では、乱数を用いて仮想的な時系列データを生成し、この時系列データを共有メモリ１５に書き込む。並列ＰＥ１６はその仮想的な時系列データを受け取り、該時系列データに対して演算処理を行う。そして、その演算結果を共有メモリ１５に書き込む。周辺ＰＥ１７は、共有メモリ１５を介してその演算結果を受け取り、永久保存用メモリ部１８に記録する。また、大量の演算結果をまとめて統計分布を作成し画面表示させるようにしてもよい。
【０１３４】
このように、本発明によればモンテカルロシミュレータが簡単に実現できるのは、時系列データを分割することによるところが大きい。この理由は、モンテカルロ法は大量の仮想データが互いに無相関であることを前提として成り立っているが、本発明の分割ＰＥ１４が行うデータ分割作業とは、全体の時系列データを、互いに無相関と見なせるような複数の部分時系列データに分割する作業であり、モンテカルロ法と合致するためである。
【０１３５】
本実施例３は、実施例２と同様に、本発明に対する大きな需要を十分に予想させる。これにより、本発明の計測データ処理装置に必要な部品やモジュールが統一規格のもとで大量生産されるための大きな動機付けが生じると思われる。そして、その大量生産の結果、本発明の計測データ処理装置が低価格で提供できるようになれば、その恩恵は広く、産業、民生、経済にまで及ぶことが予想される。
【０１３６】
さらに、本実施例３においては、本発明が単なる並列計算機ではなく、計測機器としての重要な付加価値を持つことになる。則ち、本発明は仮想計測器として機能するが、その性能や動作を試験する機能を自分自身で備えることができる。この実現もいたって簡単である。
先ず、動作試験を行う場合には、分割ＰＥ１４が、並列ＰＥ１６による演算結果が予め分かっている仮想データを疑似乱数を利用して作成する。そして、その同じ仮想データを全ての並列ＰＥ１６に転送する。そして、周辺ＰＥ１７が、全ての並列ＰＥ１６が正常な演算結果を共有メモリ１５に書き込むことを確認する。
【０１３７】
例えば、上記実施例１の多重同時計測に適用する場合には、現実的な物理現象（反水素消滅に伴う多重粒子発生など）を想定して仮想データを発生させる。そして、その演算結果が物理的に意味があるものかどうかを物理計測者が判断すれば良い。この判断作業の最大の特徴は、物理計測者が慣れ親しんだ知識や経験だけで実行可能であり、ロジック解析器やロジック時系列発生器など物理計測者には不慣れな器具を一切使用する必要が無い点である。これを発展させると、各専門分野の計測技術者が慣れ親しんだ現象を計測器自身にシミュレートさせることにより、仮想計測器の動作テストを計測者の経験的な直感にもとづいて分かりやすく行うことができる。また、処理速度のような性能を確認する場合にも同様であり、仮想データを予めバッファメモリ１３に大量に蓄えておき、演算開始から終了までの時間を周辺ＰＥ１７が、内蔵しているクロックを用いて計時すればよい。
【０１３８】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の一実施形態による計測データ処理装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す共有メモリ１５の全体の記憶構成例を示す図である。
【図３】図２に示すページ１０６（並列ＰＥ用個別領域）内の記憶構成例を示す図である。
【図４】図１に示す時系列データ分割用ＰＥ（分割ＰＥ）１４が行う処理の流れを示す第１のフローチャートである。
【図５】図１に示す時系列データ分割用ＰＥ（分割ＰＥ）１４が行う処理の流れを示す第２のフローチャートである。
【図６】図１に示す時系列データ分割用ＰＥ（分割ＰＥ）１４が行う処理の流れを示す第３のフローチャートである。
【図７】図１に示す並列処理用ＰＥ（並列ＰＥ）１６が行う処理の流れを示す第１のフローチャートである。
【図８】図１に示す並列処理用ＰＥ（並列ＰＥ）１６が行う処理の流れを示す第２のフローチャートである。
【図９】図１に示す並列処理用ＰＥ（並列ＰＥ）１６が行う処理の流れを示す第３のフローチャートである。
【図１０】図１に示す周辺機器対応用ＰＥ（周辺ＰＥ）１７が行う処理の流れを示す第１のフローチャートである。
【図１１】図１に示す周辺機器対応用ＰＥ（周辺ＰＥ）１７が行う処理の流れを示す第２のフローチャートである。
【図１２】図１に示す周辺機器対応用ＰＥ（周辺ＰＥ）１７が行う処理の流れを示す第３のフローチャートである。
【図１３】図１に示す周辺機器対応用ＰＥ（周辺ＰＥ）１７が行う処理の流れを示す第４のフローチャートである。
【図１４】第１の実施例を説明するために引用した第１の図である。
【図１５】第１の実施例を説明するために引用した第２の図である。
【図１６】第１の実施例を説明するために引用した第３の図である。
【図１７】第１の実施例を説明するために引用した第４の図である。
【図１８】第２の実施例を説明するために引用した第１の図である。
【図１９】第２の実施例を説明するために引用した第２の図である。
【図２０】第２の実施例を説明するために引用した第３の図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１…計測データ処理装置、１１…多チャンネル・デジタル時系列データ入力部（データ入力部）、１２…高速データ転送部、１３…一時保存用高速メモリ部（バッファメモリ）、１４…時系列データ分割用演算素子（分割ＰＥ）、１５…共有メモリ、１６…並列処理用演算素子（並列ＰＥ）、１７…周辺機器対応用演算素子（周辺ＰＥ）、１８…永久保存用メモリ部、１９…周辺機器、２０…多チャンネルデジタル同期信号発生部（同期信号発生部）。
【図１】
2005149268.tif 000003
【図２】
2005149268.tif 000004
【図３】
2005149268.tif 000005
【図４】
2005149268.tif 000006
【図５】
2005149268.tif 000007
【図６】
2005149268.tif 000008
【図７】
2005149268.tif 000009
【図８】
2005149268.tif 000010
【図９】
2005149268.tif 000011
【図１０】
2005149268.tif 000012
【図１１】
2005149268.tif 000013
【図１２】
2005149268.tif 000014
【図１３】
2005149268.tif 000015
【図１４】
2005149268.tif 000016
【図１５】
2005149268.tif 000017
【図１６】
2005149268.tif 000018
【図１７】
2005149268.tif 000019
【図１８】
2005149268.tif 000020
【図１９】
2005149268.tif 000021
【図２０】
2005149268.tif 000022