JP4882052B2 - 自己組織化マップを用いた脈波診断システム並びに自己組織化マップの生成プログラム及び生成方法 - Google Patents
自己組織化マップを用いた脈波診断システム並びに自己組織化マップの生成プログラム及び生成方法 Download PDFInfo
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Description
徳高平蔵、藤村喜久郎、山川烈監修、「自己組織化マップ応用事例集−SOMによる可視化情報処理」、海文堂、2002年10月
以下に説明する脈波診断システムは、脈波データに関するSOM(Self-Organizing Map:自己組織化マップ)を用いた健康状態の診断を可能とするシステムである。
図1は、本発明の脈波診断システム(以下「システム」という。)の構成の一例を示した図である。図1において、システムは、脈波データに関するSOM(以下「脈波マップ」という)を用いた診断処理を実行する情報処理装置1と、脈波を電気信号として検出するセンサ31と、センサからの出力信号を増幅する増幅器33とからなる。
以上の構成を有する本システムの動作を以下詳細に説明する。
最初に、本システムで取り扱う脈波について説明する。図2(a)に容積脈波の波形を示す。この容積脈波を微分したものが、図2(b)に示す速度脈波であり、さらにこの速度脈波を微分したものが、図2(c)に示す加速度脈波である。本システムでは、この加速度脈波を脈波の情報として健康診断に用いる。
図4に2つの典型的な一周期分の加速度脈波の波形を示す。図4(a)は、波形の最小点が頂点bである場合の波形、すなわち、図3に示すA〜D型の波形を示す。図4(b)は、波形の最小点が頂点dである場合の波形、すなわち、図3に示すE〜G型の波形を示す。図3に示すように、5つのタイプの加速度脈波の波形は、b点(2番目の頂点)またはd点(4番目の頂点)で最小値をとっており、また、A型からG型に変化するにしたがい、最小値がb点からd点へと移行する。このように、加速度脈波の形状の把握においては、b点、d点の位置(振幅値)が重要な役割を果たしていると考えられる。
レート = ΔT/T (2)
本システムでは、脈波マップ(SOM)に入力する脈波データとして一周期以内の加速度脈波の波形データを用いる。サンプリング周期毎に得られた加速度脈波の波形データ(サンプリングデータ)の各振幅値は、脈波の最大振幅値が1に、最小振幅値が0になるように正規化される。一周期分の加速度脈波の波形を示す波形データが(x1, x2, x3, …, xi)であるとき、脈波マップへの入力ベクトルは(x1, x2, x3,…, xj)(j≦i)とする。なお、x1は最大点aの振幅値となる。特に、その際、脈波マップに入力する一周期の脈波に対する波形データの総点数(jの値)を一定とするとともに最小点の次元が常に同じ次元となるように、脈波データを時間軸上で規格化する。このように波形データを規格化することで高精度に波形形状の区別が可能となる。
脈波マップに入力する脈波データの取得処理について説明する。この処理は主として脈波測定部15で実行される。
SOM処理部13は、以上のようにして得られる加速度脈波のデータをSOMに入力して学習させることで脈波マップを作成する。つまり、被験者一人一人について上記の方法で脈波データを採取し、採取した各脈波データについて上式(2)でレートを算出し、そのレートに基づいて、採取した複数の脈波データ群を低レートグループと高レートグループに分類する。そして、各グループ毎に、各グループに含まれる脈波データのみを用いて脈波マップを学習させることで、低レートグループと高レートグループのそれぞれに対して脈波マップを作成する。作成された2つの脈波マップはデータ格納部21に保存される。脈波マップへの入力データは、上記の方法で得られた50点の加速度脈波の波形を示す50次元のベクトルデータである。学習条件は以下のとおりである。
[表1]
Table 1 低レートのときの学習条件
[表2]
Table 2 高レートのときの学習条件
以下、脈波マップによる診断処理について説明する。本処理は主としてSOM処理部13により実行される。脈波マップによる診断処理に関して表示部17上に図10に示すようなボタン51、53が表示される。脈波測定開始ボタン51が押下されると、診断を受ける患者の脈波データの採取が開始される。
以上のように、本発明のシステムにより得られる脈波マップを用いることで、医師の診断結果に近い、精度のよい脈波波形の分類が可能となる。特に、本発明では、脈波マップに入力するサンプリングデータを規格化することで、精度のよい脈波波形の分類が可能となる。また、脈波マップ生成時に、加速度脈波の最小点に着目して脈波を複数のグループに分類し、分類したグループ毎に脈波マップを作成する。これによりA型からG型へと連続的に変化するSOMの作成が可能となる。ここで、A型からG型へと連続的に変化するとは、例えば、A型の隣にはB型が必ず配置され、F型やG型が配置されることのないことを意味する。また、波形の最小点が常時同じ次元となるようSOMに入力する波形データの規格化を行うことにより、精度よく波形の分類が可能となる。
11 制御部
13 SOM処理部
15 脈波測定部
17 表示部
19 操作部
21 データ格納部
23 AD変換器
25 インタフェース
31 センサ
33 増幅器
Mh 脈波マップ(高レート用)
Ml 脈波マップ(低レート用)
Claims (7)
- 脈波データを入力ベクトルとして用いて学習させた自己組織化マップを用いた脈波診断システムであって、
被験者の脈波データをサンプリングして測定する脈波測定手段と、
測定した脈波データを入力ベクトルとして用いて自己組織化マップを作成するSOM処理手段とを有し、
前記脈波測定手段は、脈波データの一周期内の最大振幅点から最小振幅点までのサンプリング点数が第1の所定数となるようにサンプリング周波数を設定し、該設定したサンプリング周波数でサンプリングしてサンプリングデータを取得し、
前記SOM処理手段は、前記サンプリング周波数でサンプリングして得られた第2の所定数のサンプリングデータを前記入力ベクトルとして用い、
前記SOM処理手段は、被験者から一定期間内に採取された脈波データに含まれる複数周期の波形データを各周期毎に自己組織化マップ上に同時に表示する、
ことを特徴とする脈波診断システム。 - 前記SOM処理手段は、脈波の一周期における最小点の位置に基づいて脈波データを複数のグループに分類し、各グループ毎に自己組織化マップを作成する、ことを特徴とする請求項1記載の脈波診断システム。
- 前記SOM処理手段は、脈波データを、脈波データの一周期(T)に対する、前記一周期における振幅の最大点から最小点までの時間(ΔT)の割合が閾値以下の低レートグループと、前記割合が閾値より大きい高レートグループに分類し、低レートグループ及び高レートグループのそれぞれ別々に自己組織化マップを作成する、ことを特徴とする請求項2記載の脈波診断システム。
- 前記第1の所定数を前記グループ毎に設定する、ことを特徴とする請求項2記載の脈波診断システム。
- 前記SOM処理手段は、前記生成した自己組織化マップ上に、診断対象の被験者の脈波データに対する診断結果を表示する、ことを特徴とする請求項1記載の脈波診断システム。
- 前記脈波データは、容積脈波を2回微分して得られる加速度脈波データである、ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の脈波診断システム。
- 前記第2の所定数は、前記入力ベクトルが前記最大振幅点のデータ並びに前記最大振幅点から1番目ないし3番目の頂点のデータを含むように設定される、ことを特徴とする請求項6記載の脈波診断システム。
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