(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰返し信号を各繰返し波形毎に分割してなる複数の単位信号の評価対象複素周波数成分を、各単位信号毎に求め、
前記複数の単位信号についての該評価対象複素周波数成分の平均値の二乗と、各単位信号ごとの該評価対象複素周波数成分の二乗の、該複数の単位信号についての平均値との比で表わした再現性評価関数
【数１】
0004276303.tif 000009
但し、Ｍは前記単位信号の数、
Ｕｉ（ｆ）は、Ｍ個の単位信号｛ｕｉ（ｔ）｝，（ｉ＝１，２，…，Ｍ）のうち のｉ番目の信号ｕｉの複素スペクトル
ｆは、周波数
を表わす。
を用いて、前記複数の単位信号の間での評価対象複素周波数成分の繰り返し精度を表わす評価値を求めることを特徴とする繰返し信号の繰返し精度評価方法。
【請求項２】
繰返し信号を入力し、該繰返し信号を各繰返し波形毎に分割してなる複数の単位信号の評価対象複素周波数成分を、各単位信号毎に求めるスペクトルアナライザと、
前記スペクトルアナライザで求められた、前記複数の単位信号についての評価対象複素周波数成分の平均値の二乗と、前記スペクトルアナライザで求められた各単位信号ごとの評価対象複素周波数成分の二乗の、該複数の単位信号についての平均値との比で表わした
再現性評価関数
【数２】
0004276303.tif 000010
但し、Ｍは前記単位信号の数、
Ｕｉ（ｆ）は、Ｍ個の単位信号｛ｕｉ（ｔ）｝，（ｉ＝１，２，…，Ｍ）のうち のｉ番目の信号ｕｉの複素スペクトル
ｆは、周波数
を表わす。
を用いて、前記複数の単位信号の間での評価対象複素周波数成分の繰り返し精度を表わす評価値を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする繰返し精度評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繰返し信号の繰返し精度評価方法および繰返し精度評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、繰返し信号の繰返し精度評価方法として、所定の時間領域において、繰返し信号の各繰返し波形について分散を求め、これにより繰返し信号の繰り返しの精度を評価する繰返し精度評価方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した繰返し信号の繰返し精度評価方法では、所定の時間領域における、繰返し信号の各繰返し波形についての分散は、上記繰返し波形の振幅が小さくなってくるとそれに伴ない分散も小さくなってくるので、その分散と上記繰返し波形の振幅との差も小さくなり、再現性があるか否かの判断が困難である。またこの方法では、パワーの大きな周波数成分とパワーの小さな周波数成分を含む信号の場合、パワーの大きな周波数成分の繰返し精度のみが強調され、パワーの小さな周波数成分の繰返し精度が正しく評価できないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑み、繰返し信号の繰返し精度があるか否かの評価を高精度で行なうことができる繰返し信号の繰返し精度評価方法および繰返し精度評価装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の繰返し精度評価方法は、繰返し信号を各繰返し波形毎に分割してなる複数の単位信号の評価対象複素周波数成分を、各単位信号毎に求め、
前記複数の単位信号についての該評価対象複素周波数成分の平均値の二乗と、各単位信号ごとの該評価対象複素周波数成分の二乗の、該複数の単位信号についての平均値との比で表わした再現性評価関数
【数３】
0004276303.tif 000002
但し、Ｍは前記単位信号の数、
Ｕｉ（ｆ）は、Ｍ個の単位信号｛ｕｉ（ｔ）｝，（ｉ＝１，２，…，Ｍ）のうち のｉ番目の信号ｕｉの複素スペクトル
ｆは、周波数
を表わす。
を用いて、前記複数の単位信号の間での評価対象複素周波数成分の繰り返し精度を表わす評価値を求めることを特徴とする。
【０００６】
また、上記目的を達成する本発明の繰返し精度評価装置は、
繰返し信号を入力し、該繰返し信号を各繰返し波形毎に分割してなる複数の単位信号の評価対象複素周波数成分を、各単位信号毎に求めるスペクトルアナライザと、
前記スペクトルアナライザで求められた、前記複数の単位信号についての評価対象複素周波数成分の平均値の二乗と、前記スペクトルアナライザで求められた各単位信号ごとの評価対象複素周波数成分の二乗の、該複数の単位信号についての平均値との比で表わした
再現性評価関数
【数４】
0004276303.tif 000003
但し、Ｍは前記単位信号の数、
Ｕｉ（ｆ）は、Ｍ個の単位信号｛ｕｉ（ｔ）｝，（ｉ＝１，２，…，Ｍ）のうち のｉ番目の信号ｕｉの複素スペクトル
ｆは、周波数
を表わす。
を用いて、前記複数の単位信号の間での評価対象複素周波数成分の繰り返し精度を表わす評価値を算出する演算手段
とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の繰返し精度評価方法の一実施形態の原理説明図である。
本実施形態の繰返し精度評価方法では、先ず図１に示す周波数変換処理ステップ１１において、繰返し信号を各繰返し波形毎に分解してなる複数の単位信号の評価対象周波数成分を、各単位信号毎に求める。
【０００８】
次に、信号精度評価処理ステップ１２において、上記周波数変換処理ステップ１１で求めた各単位信号毎の評価対象周波数成分の、平均値の二乗と二乗の平均値との比に対応した評価値を求める。この評価値により、繰返し信号の、評価対象周波数成分の各単位信号どうしの間での繰返しの精度を評価する。
図２は、本発明の繰返し精度評価装置の一実施形態の原理説明図である。
【０００９】
図２に示すスペクトルアナライザ２１は、繰返し信号を入力し、その繰返し信号を各繰返し波形毎に分解してなる複数の単位信号の評価対象周波数成分を、各単位信号毎に求める装置である。
評価値演算手段２２は、上記スペクトルアナライザ２１で求められた複数の単位信号の評価対象周波数成分の、平均値の二乗と二乗の平均値との比に対応した評価値を求める手段である。
【００１０】
上述した、スペクトルアナライザ２１と評価値演算手段２２とを用いて、繰返し信号の繰返し精度を評価する。
以下に、図１に示す信号精度評価処理ステップ１２における信号精度評価処理を行う際に使用される関数（以下、再現性評価関数と称する）を求める。
繰返し発生したＭ個の観測信号（本発明にいう繰返し信号）を｛ｕｉ（ｔ）｝，（ｉ＝１，２，…，Ｍ）と表わす。ここでｔは時間を表わす。
【００１１】
観測信号ｕｉ（ｔ）に関する複素スペクトルをＵi（ｆ）（ｆは周波数を表わす）と表わし、このＵi（ｆ）の繰返し精度を評価する。このため、仮想的な波形ｕ０（ｔ）を考え、そのｕ０（ｔ）に関する複素スペクトルをＵ０（ｆ）で表わす。｛Ｕｉ（ｆ）｝と仮想的なスペクトルＵ０（ｆ）との差の２乗平均値を、｛Ｕi（ｆ）｝の平均パワーで正規化した関数をη（ｆ）とする。この関数η（ｆ）は、次式で表わされる。
【００１２】
【数５】
0004276303.tif 000004
【００１３】
ここで＊は共役複素数を示す。仮想的なスペクトルＵ0 （ｆ）は未知であるので、式（１）における正規化誤差の２乗平均値η（ｆ）を最小にするスペクトルＵ0 （ｆ）を決定する。このため、正規化誤差の２乗平均値η（ｆ）を共役複素数のスペクトルＵ0*（ｆ）で偏微分して零とおく。
【００１４】
【数６】
0004276303.tif 000005
【００１５】
式（２）から、正規化誤差の２乗平均値η（ｆ）を最小にするスペクトル＜Ｕ0 （ｆ）＞は、次式で与えられる。
【００１６】
【数７】
0004276303.tif 000006
【００１７】
式（３）は個々の観測波形の複素スペクトルＵi （ｆ）の平均スペクトルとなっている。
式（２）と式（３）とを、式（１）に代入し、整理すると正規化誤差の２乗平均値＜η（ｆ）＞に関する次式が得られる。
【００１８】
【数８】
0004276303.tif 000007
【００１９】
式（４）の右辺第２項を、改めて再現性評価関数｜γ0 （ｆ）｜2 と定義する。
【００２０】
【数９】
0004276303.tif 000008
【００２１】
ここで、式（４）に示す正規化誤差の２乗平均値＜η（ｆ）＞は、０から１の間の値を取り得るから、｜γ０（ｆ）｜２も０から１の間の値をとる。もし、｜γ０（ｆ）｜２が１ならば、Ｍ個の波形｛ｕｉ（ｔ）｝の周波数ｆに関する成分は、完全に一致している。一方、｜γ０（ｆ）｜２が０であれば、その周波数ｆに関して、｛ｕｉ（ｔ）｝は無相関である。この｜γ０（ｆ）｜２の値を決定する要因としては、信号発生系の非定常性と、観測雑音とが考えられる。本実施形態の繰返し精度評価方法では、式（５）で表わされる再現性評価関数｜γ０（ｆ）｜２を用いる方法であるため、その繰返し信号の繰返し精度を、各周波数成分に対して定量的に評価することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の繰返し精度評価方法の一実施例について説明する。
図３は、心室中隔壁の、超音波による断層像を示す図である。
図３には、心室中隔壁が超音波ビームを用いて得られた、心室中隔壁の、右心室ＲＶ側の境界点Ａ付近の断層像と左心室ＬＶ側の境界点Ｂ付近の断層像とが示されている。
【００２３】
図４は、図３に示す心室中隔壁の断層像の計測結果を示す図である。
図４に示す波形（ｄ）は、図３に示す左心室ＬＶ側の境界点Ｂ上の微小振動ＶＢ（ｔ）を前述したスペクトルアナライザ２１で非侵襲的に計測することにより得られた、周波数に変換する前の時間波形を、心電図ＥＣＧに示す波形（ａ）のパルスＲに基づいて切り出し、５拍分重ねて示した波形＜ＶＢ（ｔ）＞である。また、波形（ｃ）は、図３に示す右心室ＲＶ側の境界点Ａ上の微小振動ＶＡ（ｔ）をスペクトルアナライザ２１で非侵襲的に計測することにより得られた、周波数に変換する前の時間波形を、心電図ＥＣＧのパルスＲに基づいて切り出し、５拍分重ねて示した波形＜ＶＡ（ｔ）＞である。また、波形（ｂ）は心音図ＰＣＧを示す波形であり、この波形（ｂ）も５拍分重ねて示されている。ＶＡ（ｔ），ＶＢ（ｔ）は、それぞれ、境界点Ａ，Ｂ上での繰返し信号を示し、＜ＶＡ（ｔ）＞，＜ＶＢ（ｔ）＞は、それぞれ、境界点Ａ，Ｂ上での繰返し信号の各繰返し波形を示している。
【００２４】
５拍分重ねて示された波形（ｄ），（ｃ）はほぼ重なっており、繰返し精度は時間軸上においては定性的には存在していることがわかる。
図５は、図４に示した微小振動データ＜ＶＡ（ｔ）＞，＜ＶＢ（ｔ）＞の平均パワースペクトルの波形Ａ，Ｂを示す図である。
図５に示す波形Ａ，Ｂ中に示されている縦棒は、図４に示した微小振動データ＜ＶＡ（ｔ）＞，＜ＶＢ（ｔ）＞５拍分のパワースペクトルの最大値と最小値との区間を示す。
【００２５】
波形Ａ，Ｂでは数十Ｈｚ以上の高い周波数成分は１０Ｈｚ付近の周波数成分に比較して、振幅が２０ｄＢ以上小さくなっている。このため、これら波形Ａ，Ｂだけからその数十Ｈｚ以上の周波数帯域における周波数成分に再現性があるか否かの判断を定量的に行なうことは困難である。そこで、各周波数成分に対する再現性を定量的に判断するために、図４に示した微小振動デ−タ＜ＶA （ｔ）＞，＜ＶB （ｔ）＞それぞれの波形の５拍分について、再現性評価関数（本発明にいう評価値）を算出した。
【００２６】
図６は、図４に示した微小振動データ＜ＶA （ｔ）＞，＜ＶB （ｔ）＞それぞれの波形の５拍分に関して算出した再現性評価関数｜γ0 （ｆ）｜2 のグラフＣ，Ｅと、右心室ＲＶ側の境界点Ａの微小振動デ−タ＜ＶA （ｔ）＞、左心室ＬＶ側の境界点Ｂの微小振動デ−タ＜ＶB （ｔ）＞それぞれと、図２（ｂ）の心音波形との間の振幅２乗コヒーレンス関数のグラフＤ，Ｆである。
【００２７】
図６のグラフＣ，Ｅでは、計算において、各拍の心音ＩＩ音を中心とする±１００ｍｓの区間に関してハニング窓を用いて切り出し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用した。これらグラフＣ，Ｅでは、０Ｈｚから１００Ｈｚまでの周波数帯域では再現性評価関数の値がほぼ１に近い値となっており、図４に示す５拍分の微小振動データ＜ＶＡ（ｔ）＞，＜ＶＢ（ｔ）＞に定量的に高い相関があることがわかった。そして、周波数が１００Ｈｚを越えると、５拍分の微小振動データの相関が定量的に低くなっており、グラフＣの、心室中隔壁右室側の境界点Ａで得られた５拍分の微小振動データの方が、グラフＥの、心室中隔壁左室側の境界点Ｂで得られた５拍分の微小振動データよりも周波数成分に対して高い相関があるということもわかった。このように、本実施形態の繰返し精度評価方法、ないしその方法の実施を内包した繰返し精度評価装置を使用することにより、繰返し信号の、各周波数成分に対する繰返し精度を定量的に判断することができる。
【００２８】
図７は、図４に示す微小振動データ＜ＶA （ｔ）＞と、微小振動データ＜ＶB （ｔ）＞との間の振幅２乗コヒーレンス関数のグラフＧである。
図７に示す振幅２乗コヒーレンス関数の解析にあたっては、図６のグラフＣ，グラフＥに用いた方法と同様に、各拍の心音ＩＩ音を中心とする±１００ｍｓの区間に関してハニング窓を用いて切り出し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用した。図７のグラフＧから、図３に示した心筋症患者の心室中隔壁右室側の境界点Ａと心室中隔壁左室側境界点Ｂとの間の境界上の振動には、０Ｈｚから１０Ｈｚ付近の間の周波数帯域で高い相関があり、周波数が１００Ｈｚより大きくなると相関が低くなっていることがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の繰返し精度評価方法ないし繰返し精度評価装置によれば、繰返し信号の繰返し精度を、その繰返し信号の評価対象周波数ごとに定量的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の繰返し精度評価方法の一実施形態の原理説明図である。
【図２】  本発明の繰返し精度評価装置の一実施形態の原理説明図である。
【図３】  心室中隔壁付近の、超音波による断層像を示す図である。
【図４】  図３に示す心室中隔壁の断層像の計測結果を示す図である。
【図５】  図４に示した微小振動データ＜ＶＡ（ｔ）＞，＜ＶＢ（ｔ）＞の平均パワースペクトルの波形Ａ，Ｂを示す図である。
【図６】  図４に示した微小振動データ＜ＶＡ（ｔ）＞，＜ＶＢ（ｔ）＞それぞれの波形の５拍分に関して算出した再現性評価関数｜γ０（ｆ）｜２のグラフＣ，Ｅと、右心室ＲＶ側の境界点Ａの微小振動デ−タ＜ＶＡ（ｔ）＞、左心室ＬＶ側の境界点Ｂの微小振動デ−タ＜ＶＢ（ｔ）＞それぞれと、図２（ｂ）の心音波形との間の振幅２乗コヒーレンス関数のグラフＤ，Ｆである。
【図７】  図４に示す微小振動データ＜ＶＡ（ｔ）＞と、微小振動データ＜ＶＢ（ｔ）＞との間の振幅２乗コヒーレンス関数のグラフＧである。
【符号の説明】
１１    周波数変換処理ステップ
１２    信号精度評価処理ステップ
２１    スペクトルアナライザ
２２    評価値演算手段
【図１】
0004276303.tif 000011
【図２】
0004276303.tif 000012
【図３】
0004276303.tif 000013
【図４】
0004276303.tif 000014
【図５】
0004276303.tif 000015
【図６】
0004276303.tif 000016
【図７】
0004276303.tif 000017