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JP6281973B2 - Method for expressing properties of a mixture sample, method for evaluating properties of a mixture sample, method for identifying attributes of a mixture sample, and method for processing an electromagnetic wave signal derived from a mixture sample - Google Patents

Method for expressing properties of a mixture sample, method for evaluating properties of a mixture sample, method for identifying attributes of a mixture sample, and method for processing an electromagnetic wave signal derived from a mixture sample Download PDF

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Description

本発明は、混合物試料を分析(解析)する技術に関し、特に、混合物試料の特性を表現する方法、混合物試料の特性を評価する方法、混合物試料の属性を識別する方法、及び混合物試料に由来する電磁波信号を処理する方法に関する。   The present invention relates to a technique for analyzing (analyzing) a mixture sample, and in particular, a method for expressing the characteristics of a mixture sample, a method for evaluating the characteristics of a mixture sample, a method for identifying attributes of a mixture sample, and a mixture sample. The present invention relates to a method for processing an electromagnetic wave signal.

混合物は、「単純な混合物」と「複雑・不均質な混合物」とに大別される。
「単純な混合物」とは、同定可能な比較的少数の物質が組み合わされたものをいう。
「複雑・不均質な混合物」とは、(1)数多くの物質が多様な濃度で混在し、(2)未知の成分を含み、(3)物質間相互作用を示す、ものをいう。
Mixtures are broadly classified into “simple mixtures” and “complex / heterogeneous mixtures”.
“Simple mixture” refers to a combination of a relatively small number of identifiable substances.
“Complex / heterogeneous mixture” refers to (1) a large number of substances mixed in various concentrations, (2) containing unknown components, and (3) showing an interaction between substances.

ここで、前記数多くの物質には、低分子〜高分子の化合物、単体(単一の元素からなる物質)などが含まれる。また、前記物質間相互作用の多くは、分子間に働く分子間力により生じる分子間相互作用であるとされている。そして、この分子間相互作用によって「複雑・不均質な混合物」中の化合物・単体は超分子的に集合・複合化し、これにより、「複雑・不均質な混合物」全体の構造・機能が決定されて、「複雑・不均質な混合物」は、全体として固有の特性を示す。   Here, the numerous substances include low-molecular to high-molecular compounds, simple substances (substances composed of a single element), and the like. Further, most of the interaction between substances is considered to be an interaction between molecules caused by an intermolecular force acting between molecules. This intermolecular interaction causes the compounds and simple substances in the “complex and heterogeneous mixture” to be supramolecularly assembled and complexed, thereby determining the structure and function of the entire “complex and heterogeneous mixture”. Thus, a “complex / heterogeneous mixture” exhibits unique properties as a whole.

なお、ここでの詳細な説明は省略するが、前記分子間相互作用の本質である分子間力には、クーロン力、配向力、誘起力、分散力、電荷移動力、交換斥力などがあり、実際に観測される分子間相互作用には、静電的相互作用、ファン・デル・ワールス相互作用、電荷移動相互作用などがある。   Although detailed description is omitted here, the intermolecular force that is the essence of the intermolecular interaction includes Coulomb force, orientation force, induced force, dispersion force, charge transfer force, exchange repulsive force, etc. Actually observed intermolecular interactions include electrostatic interactions, van der Waals interactions, and charge transfer interactions.

「複雑・不均質な混合物」としては、例えば、化石燃料(石炭・石油など)、合成高分子、及び生物サンプルが該当する。もちろん、これらに限られるものではなく、「複雑・不均質な混合物」には、水汚染物質や悪臭物質など多数・多種類の混合物が含まれる。   Examples of the “complex / heterogeneous mixture” include fossil fuels (coal, petroleum, etc.), synthetic polymers, and biological samples. Of course, the present invention is not limited to these, and the “complex / heterogeneous mixture” includes many and many kinds of mixtures such as water pollutants and malodorous substances.

石炭は、常温で固体の炭化水素化合物(分子量数百〜数千)を多数含む、組成が極めて複雑な混合物であり、発電燃料やコークス原料として利用されている。石炭全体の化学構造(石炭構造)には未だ分からない点が多く、このことが石炭の効率的・クリーンな利用を可能とする技術開発を遅らせる原因となっている。近年、分子間相互作用による石炭構造の解明及びそれに基づく高効率・高選択的な革新的石炭利用プロセスの設計・開発が進められている。   Coal is a mixture with a very complex composition containing many hydrocarbon compounds (molecular weights of several hundred to several thousand) that are solid at room temperature, and is used as a power generation fuel and coke raw material. The chemical structure of coal as a whole (coal structure) still has many unknown points, which delays technological development that enables efficient and clean use of coal. In recent years, the elucidation of coal structure by intermolecular interaction and the design and development of innovative and efficient coal utilization processes based on the elucidation have been underway.

石油は、常温で液体の炭化水素化合物(分子量数百以下)を多数含む、非常に複雑な構造を持つ混合物であり、輸送用燃料や化学原料として利用されている。これまで石油については平均的な構造式や一般性状を拠り所にした精製処理が行われてきたが、近年、原油や石油製品を分子の集合体として捉え、その詳細な組成と化学構造に基づいて物性や反応性を解析・予測するペトロリオミクス技術の開発が盛んとなっている。   Petroleum is a mixture with a very complicated structure containing many hydrocarbon compounds (molecular weight of several hundreds or less) that are liquid at room temperature, and is used as a fuel for transportation and as a chemical raw material. Until now, petroleum has been refined based on the average structural formula and general properties, but in recent years, crude oil and petroleum products have been regarded as a collection of molecules, based on their detailed composition and chemical structure. The development of petroleum technology that analyzes and predicts physical properties and reactivity is thriving.

合成高分子は、一般に、多数の重合同族体からなる複雑な混合物であり、エレクトロニクス分野、バイオメディカル分野、及び航空宇宙分野をはじめとする様々な分野における先端的な材料として用いられている。合成高分子材料の要求特性は高度化しており、それに伴って合成高分子の化学構造も複雑化している。現在の分子特性解析技術(モレキュラー・キャラクタリゼーション)は、このような合成高分子の開発スピードに充分に対応できていないのが実情である。合成高分子の特性解析においては、合成された高分子毎の平均の分子量などの構造パラメータの平均値だけではなく、それらの分布や連鎖の測定に基づく物性の理解が重要になっている。   Synthetic polymers are generally complex mixtures of a large number of polymerized homologs and are used as leading materials in various fields including the electronics, biomedical, and aerospace fields. The required properties of synthetic polymer materials are becoming more sophisticated, and the chemical structure of synthetic polymers is becoming more complicated. The current molecular characterization technique (molecular characterization) is not enough to cope with the development speed of such synthetic polymers. In the characteristic analysis of synthetic polymers, it is important to understand not only the average values of structural parameters such as the average molecular weight of each synthesized polymer, but also the physical properties based on their distribution and chain measurements.

生物サンプルは、血液、血漿、血清、唾液、胸水、鼻腔液、細胞内液、細胞間液、リンパ液、脳脊髄液、胆汁酸、滑液、心のう液、腹水、糞便、眼内液、喀痰、尿、細胞、組織、臓器などである。また、生物サンプルには、アミノ酸、アミン、ヌクレオチド、糖、脂質などの低分子量代謝物質に加えて、核酸・たんぱく質などの生体高分子や細胞膜、さらにはそれらの分解物や断片なども含まれる。生物サンプルを構成する個々の物質の物理化学的性質は、極性、電離度(イオンの電荷)、沸点、分子量などにおいて多様であり、物質間相互作用は複雑である。   Biological samples are blood, plasma, serum, saliva, pleural effusion, nasal fluid, intracellular fluid, intercellular fluid, lymph fluid, cerebrospinal fluid, bile acid, synovial fluid, pericardial fluid, ascites, stool, intraocular fluid, Sputum, urine, cells, tissues, organs, etc. In addition to low molecular weight metabolites such as amino acids, amines, nucleotides, sugars, and lipids, biological samples include biopolymers such as nucleic acids and proteins, cell membranes, and their degradation products and fragments. The physicochemical properties of individual substances constituting a biological sample vary in polarity, ionization degree (ion charge), boiling point, molecular weight, etc., and the interaction between substances is complicated.

ここで、核酸を対象にしたゲノミクス、たんぱく質を対象としたプロテオミクス、低分子量代謝物質を対象にしたメタボロミクスは、それぞれ生物サンプル中に含まれる核酸、たんぱく質、低分子量代謝物質を網羅的に同定・定量することを目的とした分析技術であり、これらは、オミクス技術として遺伝学的研究や代謝学的研究に用いられている。   Here, genomics targeting nucleic acids, proteomics targeting proteins, and metabolomics targeting low molecular weight metabolites comprehensively identify and quantify nucleic acids, proteins, and low molecular weight metabolites contained in biological samples, respectively. These are analytical techniques intended to be used, and these are used in genetic and metabolic studies as omics techniques.

混合物中の特定の物質を分析する場合には、通常、濾過、抽出、分離などの前処理を行って、分析対象以外の物質を可能な限り除去し、その後に、機器分析(質量分析、電磁波分析、電気分析など)や抗原抗体反応などを利用した手法を用いて、特定の物質を同定・定量する。前記オミクス技術によって混合物中に含まれる物質を分析する場合も、各物質を可能な限り分離・精製し、その後に、上述の混合物中の特定の物質を分析する場合に準じて個々の物質の同定・定量を行う場合がほとんどである。   When analyzing a specific substance in a mixture, usually pretreatment such as filtration, extraction, separation, etc. is performed to remove as much as possible the substance other than the target of analysis, and then instrumental analysis (mass spectrometry, electromagnetic waves) Specific substances are identified and quantified using techniques such as analysis and electroanalysis) and antigen-antibody reactions. When analyzing substances contained in a mixture by the omics technology, each substance is identified and identified according to the case where each substance is separated and purified as much as possible, and then a specific substance in the mixture is analyzed.・ In most cases, quantification is performed.

さて、今日、電磁波分析や質量分析などは、対象物を定性・定量するため又は対象物の物性等を調べる目的で広く用いられている。そのうちの電磁波分析は、物理的観測量の強度を、周波数・エネルギー・時間などの関数として示すことで、対象物の定性・定量あるいは物性を調べる手法であり、機器分析の中でもっとも広く利用されている。電磁波分析は、当初、単体あるいは単一の化合物の化学的情報を得ることを主たる目的として発展したので、混合物の定性・定量を行う場合には、成分ごとの分離や抽出などの前処理を必要としてきた。   Nowadays, electromagnetic wave analysis, mass spectrometry, and the like are widely used for the purpose of qualitatively quantifying an object or examining the physical properties of the object. Among them, electromagnetic wave analysis is a method for investigating the qualitative / quantitative or physical properties of an object by showing the intensity of physical observations as a function of frequency, energy, time, etc., and is the most widely used method of instrumental analysis. ing. Electromagnetic analysis was initially developed with the primary purpose of obtaining chemical information on single or single compounds, so pretreatment such as separation and extraction for each component is required when qualitative and quantitative analysis of mixtures is required. As

電磁波分析の一つであるNMRスペクトル法は、ラジオ波領域の電磁波を用いた分析手法である。このNMRスペクトル法は、単一の化合物の化学情報を得ることを目的に開発され、スペクトル上のピークから原子数や分子構造などの化学的情報を得る技術である。NMRスペクトル法は、非破壊的で、定性・定量性・再現性に優れているため、分析・解析の適用範囲が混合物にまで拡げられている。「単純な混合物」を対象とする場合には、定量核磁気共鳴法(定量NMR法:quantitative Nuclear Magnetic Resonance)やDOSY法(Three Dimensional-Diffusion-Ordered NMR Spectroscopy)などの手法を用いることによって一定の成果が得られている。   The NMR spectrum method, which is one of electromagnetic wave analyses, is an analysis method using electromagnetic waves in the radio wave region. This NMR spectrum method was developed for the purpose of obtaining chemical information of a single compound, and is a technique for obtaining chemical information such as the number of atoms and molecular structure from the peaks on the spectrum. The NMR spectrum method is non-destructive and excellent in qualitative, quantitative, and reproducibility, so that the application range of analysis and analysis is extended to a mixture. When “simple mixtures” are targeted, certain methods such as quantitative nuclear magnetic resonance (Quantitative Nuclear Magnetic Resonance) and DOSY (Three Dimensional-Diffusion-Ordered NMR Spectroscopy) are used. Achievements have been obtained.

定量NMR(qNMR)法は、NMRスペクトル上の測定対象物質由来の信号と内標準物質由来の信号の積分値を比較することで分析を行う。分子量が既知である基準物質が上位標準として用意されれば、溶液1H NMR(プロトン核磁気共鳴)を用いることにより、同時に測定された同一溶液内の他の化合物の純度を調べることも可能である。現在、定量NMRは、食品添加物公定書や生薬薬局方の参考情報に記載される信頼性の高い試験法となっている。   In the quantitative NMR (qNMR) method, analysis is performed by comparing the integral value of the signal derived from the measurement target substance and the signal derived from the internal standard substance on the NMR spectrum. If a reference substance having a known molecular weight is prepared as an upper standard, it is possible to examine the purity of other compounds in the same solution measured simultaneously by using solution 1H NMR (proton nuclear magnetic resonance). . At present, quantitative NMR has become a highly reliable test method described in food additive official regulations and reference information of herbal pharmacopoeia.

DOSY法は、複数の化合物で構成される混合試料を各分子種の自己拡散係数の差を利用してスペクトルを分離する手法であり、分離・抽出等の前処理を行わずに混合試料中の各化合物のスペクトルが得られる。   The DOSY method is a technique for separating a spectrum of a mixed sample composed of a plurality of compounds by utilizing the difference in self-diffusion coefficient of each molecular species, and does not perform pretreatment such as separation / extraction in the mixed sample. A spectrum of each compound is obtained.

NMRスペクトル法は、現在、生物サンプルにもその応用範囲を拡げており、多くの場合、生物サンプルを構成する物質の同定・定量を目的とした分析に応用されている。NMRスペクトル法はメタボロミクスにも応用されている。例えば、サンプル中の運動性の高い低分子物質のみを選択的に検出できるスピンエコー法の一種であるパルス系列のCPMG法(Carr-Purcell Meiboom-Gill sequence)を用いた1H NMRスペクトル法は、メタボロミクスの主要な分析技術の一つとなっている。なお、スピンエコー法及びCPMG法について簡単に説明すると以下のようである。   At present, the NMR spectrum method has been extended to biological samples, and in many cases, it is applied to analysis for the purpose of identification and quantification of substances constituting the biological sample. NMR spectroscopy has also been applied to metabolomics. For example, 1H NMR spectroscopy using the pulse sequence CPMG method (Carr-Purcell Meiboom-Gill sequence), which is a kind of spin echo method that can selectively detect only low-molecular substances with high mobility in a sample, is metabolomics. Has become one of the major analytical techniques. The spin echo method and the CPMG method will be briefly described as follows.

サンプル中の可動性の小さな高分子由来のプロトンは、交差緩和(cross relaxation:近くの分子中の磁性をもつ原子核にエネルギー放出)によってT1緩和時間(縦緩和時間)、T2緩和時間(横緩和時間)が共に短くなる。NMRスペクトル上のピーク幅はT2緩和時間に反比例するので、高分子化合物の(高分子由来のプロトンに帰属される)ピークは幅広となる。このため、高分子化合物は、それ自体の解析が容易でなく、また、そのピークが、同定・定量を容易に行える可動性の大きい低分子量の化合物のピーク(一般にT2緩和時間が長く、鋭いピークとなる)と重なり合うことによって、低分子量の化合物の解析をも困難とする。このような点を解決した測定法がスピンエコー法である。スピンエコー法は、プロトンを励起させた後に少し時間をあけて信号を取得するので、タンパク質のようなT2緩和時間の短い高分子化合物由来のプロトンは検出されず、T2緩和時間の長い低分子のピークだけが明瞭に検出される。但し、この測定法では、条件によって一部のシグナルが逆さになることがある。そこで、考案されたのが、ある特殊なパルスを用いて励起するCPMG法である。   Protons derived from polymers with small mobility in the sample are cross-relaxed (cross relaxation: energy released to magnetic nuclei in nearby molecules), and T2 relaxation time (longitudinal relaxation time) and T2 relaxation time (transverse relaxation time). ) Both become shorter. Since the peak width on the NMR spectrum is inversely proportional to the T2 relaxation time, the peak of the polymer compound (attributed to protons derived from the polymer) becomes wider. For this reason, the high molecular compound itself is not easy to analyze, and the peak is a peak of a low molecular weight compound having high mobility that can be easily identified and quantified (generally a T2 relaxation time is long and a sharp peak). ) Makes it difficult to analyze low molecular weight compounds. A measurement method that solves these problems is the spin echo method. In the spin echo method, a signal is acquired after a short time after the proton is excited, so protons derived from a polymer compound having a short T2 relaxation time such as protein are not detected, and a low molecular weight having a long T2 relaxation time is not detected. Only the peaks are clearly detected. However, in this measurement method, some signals may be inverted depending on conditions. In view of this, the CPMG method has been devised which excites using a special pulse.

特表2002−543392号公報JP-T-2002-543392 特表2012−500391号公報Special table 2012-500391 gazette

Psychogios N, Hau DD, Peng J, Guo AC, Mandal R, et al. (2011) The Human Serum Metabolome. PLoS ONE 6(2): e16957. doi:10.1371/journal.pone.0016957Psychogios N, Hau DD, Peng J, Guo AC, Mandal R, et al. (2011) The Human Serum Metabolome.PLoS ONE 6 (2): e16957.doi: 10.1371 / journal.pone.0016957

ここで、混合物試料を分析する場合、特に、生物サンプルのような「複雑・不均質な混合物」を電磁波分析や質量分析などを行う場合における従来技術の問題点について検討する。
以下、混合物試料の分析において一般的に実施される<前処理>/<含有物質の同定・定量>について説明する。
Here, when analyzing a mixture sample, especially the problems of the prior art in the case of performing electromagnetic wave analysis, mass spectrometry, etc. on a “complex / heterogeneous mixture” such as a biological sample will be examined.
Hereinafter, <pretreatment> / <identification / quantification of contained substances> generally performed in the analysis of a mixture sample will be described.

<前処理>
(1)混合物の分析のための前処理としては、濾過、抽出、分離などがある。
(2)前処理は、元来、特定の物質あるいは物質群を選択的に精製するために開発された技術である。そのため、「複雑・不均質な混合物」に対して前処理を行うと、「複雑・不均質な混合物」に含まれるいくつかの物質が除去されることとなる。当然、前処理の過程で除去された物質の同定・定量は不可能となり、また、「複雑・不均質な混合物」全体の特性も失われる。よって、「複雑・不均質な混合物」の分析のために前処理を実施することは妥当でない。
<Pretreatment>
(1) Pretreatment for analysis of the mixture includes filtration, extraction and separation.
(2) Pretreatment is a technique originally developed to selectively purify a specific substance or substance group. Therefore, when the pretreatment is performed on the “complex / heterogeneous mixture”, some substances contained in the “complex / heterogeneous mixture” are removed. Naturally, it becomes impossible to identify and quantify the substances removed in the pretreatment process, and the characteristics of the entire “complex and heterogeneous mixture” are lost. Therefore, it is not appropriate to perform the pretreatment for the analysis of “complex and heterogeneous mixture”.

<含有物質の同定・定量>
(1)濾過、抽出、分離などの前処理なしで同定・定量を行える分光分析法の種類は、NMRスペクトル法などに限られる。前処理なしにNMRスペクトル法を用いた同定・定量を行う場合、基本的に、既知の化合物単体のNMRスペクトルや「単純な混合物」中の既知の化合物のNMRスペクトルに関する先見知識に基づく解析が行われる。NMRスペクトル法では、観測核(例えばプロトン)の測定環境下における磁場環境の変化による観測核の共鳴周波数のずれ(ケミカルシフト値)を根拠に物質の分子構造を決定する。
(2)「複雑・不均質な混合物」では、各化合物が物質間相互作用(分子間相互作用)により不均質に集合・複合化しており、測定環境下の磁場は「複雑・不均質な混合物」固有の分布を示す。そのため、上述のような先見知識のみで「複雑・不均質な混合物」中の各化合物を正確に同定・定量することは困難である。
(3)「複雑・不均質な混合物」中における分子間相互作用の結果として発生する電磁波信号は、当該「複雑・不均質な混合物」固有の特性を示すNMRスペクトル情報となり得るものであるが、このようなNMRスペクトル情報に着目した分析は行われていない。
NMRスペクトル法は、上述のように、前処理なしで混合物中の成分の同定・定量を行う場合にも利用されてはいるが、下記(a)〜(c)に示すような問題がある。
(a)定量NMR(qNMR)では、「複雑・不均質な混合物」はその適用外である。
(b)DOSY法は、その適用範囲が同種かつ数種類の化合物からなる混合物に限られており、定量性が乏しい。
(c)CPMG法は、運動性の高いプロトン由来のピークに関して定量性があり、メタボロミクスにおける低分子代謝物の分析に広く適用されている。しかし、「複雑・不均質な混合物」中では物質間相互作用等により磁場環境が不均質に変化しているため、化合物単体から得られた化合物ピークのケミカルシフト値を根拠にして物質を同定・定量した結果の信頼性は低い。
(4)「複雑・不均質な混合物」中の未知の成分に関する情報は得られない。例えば、特許文献1に記載の技術は、「複雑・不均質な混合物」である血清などのNMRスペクトル解析に関するものであり、複雑なピークパターンを示すグルコース及び高分子化合物(リポタンパク)に由来するピークの解析には適していると言える。しかし、特定の物質のみに注目した同定・定量分析であり、未知の成分に関する情報は得られないし、「複雑・不均一な混合物」全体の持つ情報は利用されない。
<Identification and quantification of contained substances>
(1) The types of spectroscopic methods that can be identified and quantified without pretreatment such as filtration, extraction, and separation are limited to NMR spectral methods. When performing identification and quantification using NMR spectroscopy without pretreatment, basically analysis based on foreseeing knowledge of the NMR spectrum of a single known compound or the NMR spectrum of a known compound in a “simple mixture” is performed. Is called. In the NMR spectrum method, the molecular structure of a substance is determined based on a shift in the resonance frequency (chemical shift value) of the observation nucleus due to a change in the magnetic field environment in the measurement environment of the observation nucleus (for example, proton).
(2) In a “complex / heterogeneous mixture”, each compound is inhomogeneously assembled and compounded by intersubstance interactions (intermolecular interactions), and the magnetic field in the measurement environment is a “complex / heterogeneous mixture”. ”Indicates a unique distribution. For this reason, it is difficult to accurately identify and quantify each compound in the “complex / heterogeneous mixture” with only such foresight knowledge.
(3) The electromagnetic wave signal generated as a result of the intermolecular interaction in the “complex / heterogeneous mixture” can be NMR spectrum information indicating the unique characteristics of the “complex / heterogeneous mixture”. No analysis focusing on such NMR spectrum information has been performed.
As described above, the NMR spectrum method is also used for identifying and quantifying the components in the mixture without pretreatment, but has the following problems (a) to (c).
(A) In quantitative NMR (qNMR), a “complex / heterogeneous mixture” is not applicable.
(B) The application range of the DOSY method is limited to a mixture of the same kind and several kinds of compounds, and the quantitativeness is poor.
(C) The CPMG method is quantitative with respect to a peak derived from a highly mobile proton, and is widely applied to the analysis of low molecular metabolites in metabolomics. However, in a “complex / heterogeneous mixture”, the magnetic field environment changes inhomogeneously due to interactions between substances, etc., so the substance can be identified and identified based on the chemical shift value of the compound peak obtained from the compound alone. The reliability of the quantitative results is low.
(4) Information on unknown components in the “complex / heterogeneous mixture” cannot be obtained. For example, the technique described in Patent Document 1 relates to NMR spectrum analysis of serum that is a “complex / heterogeneous mixture” and is derived from glucose and a high molecular compound (lipoprotein) that exhibit a complex peak pattern. It can be said that it is suitable for peak analysis. However, this is an identification / quantitative analysis focusing only on a specific substance, information on unknown components cannot be obtained, and information of the entire “complex / heterogeneous mixture” is not used.

このように、生物サンプルなどの「複雑・不均質な混合物」を分析する場合には、前処理を実施することは妥当ではなく、また、含有物質の同定・定量を行う方法では、「複雑・不均質な混合物」全体の特性を精度よく把握することは困難である。   In this way, when analyzing a “complex / heterogeneous mixture” such as a biological sample, it is not appropriate to perform pretreatment, and in the method for identifying and quantifying the contained substances, It is difficult to accurately grasp the characteristics of the “heterogeneous mixture” as a whole.

一方、含有物質の同定を行うことなく混合物を分析する技術も知られている。しかし、現状では、同定・定量を目的とした分析手法と同様の分析手法が利用されているため、混合物全体の特性を正確に把握するには限界がある。例えば、特許文献2に記載の技術は、x−yトレースとして出力されたNMRスペクトルを用いている。このため、血清などの高分子化合物が高濃度に存在する生物サンプルを対象とした場合、高分子化合物由来の運動性の低いプロトンによるブロードピークが広帯域に分布して、低分子化合物あるいは高分子化合物中の運動性の高いプロトンに由来する微小なピークの情報は得られない。   On the other hand, a technique for analyzing a mixture without identifying contained substances is also known. However, at present, there is a limit to accurately grasping the characteristics of the whole mixture because an analysis method similar to the analysis method for identification and quantification is used. For example, the technique described in Patent Document 2 uses an NMR spectrum output as an xy trace. For this reason, when targeting biological samples with high concentrations of high molecular compounds such as serum, broad peaks due to protons with low motility derived from high molecular compounds are distributed over a wide band, and low molecular compounds or high molecular compounds Information on minute peaks derived from protons with high mobility cannot be obtained.

従来技術における「複雑・不均質な混合物」の分光分析の大半は、「混合物は純物質(単体及び化合物)の集合体である」という仮定のもとで、含有純物質単体がもつ電磁波特性を利用して含有純物質を同定・定量する。このため、「複雑・不均質な混合物」に含まれる検出・同定が困難な物質(既知物質、未知物質)についての情報が取り扱われることはなかった。また、含有純物質の同定を行わない場合においては、「複雑・不均質な混合物」での分子間相互作用による電磁波信号の変化(例えば、時間変動)について考慮されていなかった。さらに、従来の混合物の分析は、化学的専門知識を必要としており、簡易性や迅速性の面などにおいても課題を有していた。
そこで、本発明は、従来の混合物の分析技術における上述のような課題の少なくとも一つを解決することを目的とする。
Most of the spectroscopic analyzes of “complex and heterogeneous mixtures” in the prior art are based on the assumption that “mixtures are aggregates of pure substances (simple substances and compounds)” and the electromagnetic properties of pure pure substances alone are considered. Use it to identify and quantify pure substances. For this reason, information on substances (known substances and unknown substances) included in the “complex / heterogeneous mixture” that are difficult to detect and identify has not been handled. In the case where the contained pure substance is not identified, changes in the electromagnetic wave signal (for example, time fluctuation) due to intermolecular interaction in the “complex / heterogeneous mixture” were not considered. Furthermore, the conventional analysis of the mixture requires chemical expertise, and has problems in terms of simplicity and speed.
Therefore, an object of the present invention is to solve at least one of the above-described problems in the conventional technique for analyzing a mixture.

本発明の側面によると、生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の特性を表現する方法は、前記複雑・不均質な混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、及び、前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムによって前記複雑・不均質な混合物試料の特性を表現すること、を含む。 According to one aspect of the present invention, there is provided a method for expressing characteristics of a complex / heterogeneous mixture sample including a biological sample collected from a living organism , wherein the complex / heterogeneous mixture sample is applied to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer. A spectrogram of the FID signal is obtained by repeatedly obtaining a FID signal by applying a frequency analysis over a short period of time over the entire FID signal, and the characteristics of the complex / heterogeneous mixture sample by the calculated spectrogram Expressing.

本発明の他の側面によると、生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の特性を評価する方法は、前記複雑・不均質な混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、及び、前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムに基づいて前記複雑・不均質な混合物試料の特性を評価すること、を含む。
ここで、算出されたスペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値をさらに算出し、算出された各周波数成分の減衰特性値に基づいて前記混合物試料の特性を評価してもよい。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for evaluating characteristics of a complex / heterogeneous mixture sample including a biological sample collected from an organism , wherein the complex / heterogeneous mixture sample is analyzed by a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer. A FID signal is obtained by applying to the FID signal, and a spectrogram of the FID signal is calculated by repeating frequency analysis over a short time over the entire FID signal, and the complex / heterogeneous mixture is calculated based on the calculated spectrogram Evaluating the properties of the sample.
Here, the attenuation characteristic value of each frequency component of the calculated spectrogram may be further calculated, and the characteristics of the mixture sample may be evaluated based on the calculated attenuation characteristic value of each frequency component.

本発明の他の側面によると、生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する方法は、前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、前記スペクトログラムから前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像を作成すること、及び、前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像と、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている少なくとも一つの既知混合物試料に基づいて作成された属性識別用画像とを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別すること、を含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for identifying an attribute of a complex / heterogeneous mixture sample including a biological sample collected from an organism , wherein the attribute of the complex / heterogeneous mixture sample is unknown. the mixture samples to obtain an FID signal by multiplying the nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer, calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signal, the from the spectrogram Creating a spectrogram image for the test mixture sample, and creating based on the spectrogram image for the test mixture sample and at least one known mixture sample of the same type as the test mixture sample To identify the attribute of the test mixture sample by comparing with the attribute identification image It includes a.

本発明の他の側面によると、生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する方法は、前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、前記スペクトログラムの数値列データを用いて前記被検混合物試料についての特徴量を算出すること、及び、前記被検混合物試料についての特徴量と、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている複数の既知混合物試料に基づいて設定された属性識別用指標とを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別すること、を含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for identifying an attribute of a complex / heterogeneous mixture sample including a biological sample collected from an organism , wherein the attribute of the complex / heterogeneous mixture sample is unknown. the mixture samples to obtain an FID signal by multiplying the nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer, calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signal, wherein the numerical values of spectrogram Calculating feature quantities for the test mixture sample using column data; and feature quantities for the test mixture sample and a plurality of known mixtures whose attributes are determined in the same type as the test mixture sample Comparing an attribute identification index set based on the sample to identify the attribute of the test mixture sample.

本発明の他の側面によると、生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する方法は、前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、前記スペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値を算出すること、前記各周波数成分の減衰特性値から前記被検混合物試料についての周波数成分/減衰特性値グラフを作成すること、及び、前記被検混合物試料についての周波数成分/減衰特性値グラフと、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている少なくとも一つの既知混合物試料に基づいて作成された属性識別用グラフとを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別すること、を含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for identifying an attribute of a complex / heterogeneous mixture sample including a biological sample collected from an organism , wherein the attribute of the complex / heterogeneous mixture sample is unknown. the mixture samples to obtain an FID signal by multiplying the nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer, calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signals, each of the spectrogram Calculating an attenuation characteristic value of a frequency component, creating a frequency component / attenuation characteristic value graph for the test mixture sample from the attenuation characteristic value of each frequency component, and a frequency component for the test mixture sample / Attenuation characteristic value graph and at least one known mixture whose attributes are the same as those of the test mixture sample By comparing the attribute identifying graph created based on a sample, comprising, identifying attributes of the mixture tested sample.

本発明の他の側面によると、生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する方法は、前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、前記スペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値を算出すること、前記各周波数成分の減衰特性値を用いて前記被検混合物試料についての特徴量を算出すること、及び、前記被検混合物試料についての特徴量と、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている複数の既知混合物試料に基づいて設定された属性識別用指標とを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別すること、を含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for identifying an attribute of a complex / heterogeneous mixture sample including a biological sample collected from an organism , wherein the attribute of the complex / heterogeneous mixture sample is unknown. the mixture samples to obtain an FID signal by multiplying the nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer, calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signals, each of the spectrogram Calculating the attenuation characteristic value of the frequency component, calculating the characteristic amount for the test mixture sample using the attenuation characteristic value of each frequency component, and the characteristic amount for the test mixture sample, Compared to the test mixture sample and the attribute identification index set based on multiple known mixture samples of the same type and attributes. Includes, identifying attributes of the mixture tested sample.

本発明の更に他の側面によると、生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号を処理する方法は、前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、及び、前記スペクトログラムの数値列データ、及び前記スペクトログラムから作成されたスペクトログラム画像の少なくとも一方を、前記複雑・不均質な混合物試料の特性を示す情報として出力すること、を含む。 According to yet another aspect of the present invention, a method for processing a FID signal obtained by subjecting a complex and heterogeneous mixture sample comprising a biological sample taken from an organism to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer is provided. calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signals, and the numerical string data of the spectrogram, and at least one of the spectrogram image created from the spectrogram, the complex- Outputting information indicating the characteristics of the heterogeneous mixture sample.

本発明の更に他の側面によると、生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号を処理する方法は、前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、前記スペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値を算出すること、及び、前記各周波数成分の減衰特性値の数値列データ、及び前記各周波数成分の減衰特性値から作成された周波数成分/減衰特性値グラフの少なくも一方を、前記複雑・不均質な混合物試料の特性を示す情報として出力すること、を含む。 According to yet another aspect of the present invention, a method for processing a FID signal obtained by subjecting a complex and heterogeneous mixture sample comprising a biological sample taken from an organism to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer is provided. calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signal, calculating the attenuation characteristic values of the respective frequency components of the spectrogram, and the attenuation characteristic values of the respective frequency components Outputting at least one of the numerical string data and the frequency component / attenuation characteristic value graph created from the attenuation characteristic value of each frequency component as information indicating the characteristics of the complex / heterogeneous mixture sample. .

混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号から算出されるスペクトログラム(数値列データやスペクトログラム画像)、及び、混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号から算出されるスペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値(数値列データ、周波数成分/減衰特性値グラフ)は、それぞれ当該混合物試料の特性を示す情報(すなわち、固有のデータ)となり得ることが確認されている。そして、これらの情報(データ)は、前記FID信号に含まれた各種の情報をほとんど失っておらず、混合物試料中に含まれる成分の種類(未知の成分を含む)や量に関する情報や物質間相互作用の影響に関する情報などをも包含している。また、これらの情報(データ)の解析(比較を含む)は、汎用の画像・音響工学技術などを用いて行うことができ、化学的専門知識(先見知識を含む)をほとんど必要とせず、しかも高精度で行うことができる。さらに、前記FID信号は、混合物試料を破壊することなく取得可能である。 Spectrograms (numerical string data and spectrogram images) calculated from FID signals obtained by applying a mixture sample to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer, and applying the mixture sample to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer The attenuation characteristic value (numerical string data, frequency component / attenuation characteristic value graph) of each frequency component of the spectrogram calculated from the FID signal obtained by the above is information indicating the characteristics of the mixture sample (that is, unique data). It has been confirmed that it can be. The information (data) hardly loses various kinds of information included in the FID signal, and information on the types and amounts of components (including unknown components) and amounts contained in the mixture sample. It also includes information on the effects of interactions. Further, analysis of the information (data) (including comparative), such as images and sound engineering for pan can be performed using, requires little chemical expertise (including priori knowledge), Moreover, it can be performed with high accuracy. Further, the FID signal can be acquired without destroying the mixed compound sample.

このため、前記混合物試料の特性を表現する方法によると、従来は利用できなかった又は利用されていなかった情報を活用しての混合物試料の分析が可能になる。
また、前記混合物試料の特性を評価する方法によると、混合物試料(特に、複雑・不均質な混合物)について、従来とは全く異なる方式で、高精度・非破壊的・簡便・迅速にその特性を評価することが可能となる。
さらに、前記混合物試料の特性を識別する方法によると、属性が不明な混合物試料(特に、複雑・不均質な混合物)について、従来とは全く異なる方式で、高精度・非破壊的・簡便・迅速にその属性を識別することが可能となる。
さらにまた、前記混合物試料に由来する電磁波信号を処理する方法によると、前記混合物試料に由来する電磁波信号を、解析や比較が比較的容易なデータとして出力することが可能となる。
For this reason, according to the method of expressing the characteristics of the mixture sample, it is possible to analyze the mixture sample by utilizing information that has not been used or was not used conventionally.
In addition, according to the method for evaluating the characteristics of the mixture sample, the characteristics of the mixture sample (especially complex / heterogeneous mixture) can be measured with high accuracy, non-destructive, simple, and quick in a completely different manner. It becomes possible to evaluate.
Furthermore, according to the method for identifying the characteristics of the mixture sample, a highly accurate, non-destructive, convenient, and rapid method is used for a mixture sample whose attribute is unknown (particularly a complex or heterogeneous mixture) in a completely different manner. It is possible to identify the attribute.
Furthermore, according to the method of processing an electromagnetic wave signal derived from the mixture sample, the electromagnetic wave signal derived from the mixture sample can be output as data that is relatively easy to analyze and compare.

混合物試料に由来する電磁波信号の一例であるNMR信号を示す図である。It is a figure which shows the NMR signal which is an example of the electromagnetic wave signal originating in a mixture sample. 第1実施形態における信号処理装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the signal processing apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における前記信号処理装置が実施する処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which the said signal processing apparatus in 1st Embodiment implements. 第1実施形態において被検混合物試料の属性を識別する処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which identifies the attribute of a test mixture sample in 1st Embodiment. 第2実施形態における信号処理装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the signal processing apparatus in 2nd Embodiment. 第2実施形態における前記信号処理装置が実施する処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which the said signal processing apparatus in 2nd Embodiment implements. 第2実施形態において被検混合物試料の属性を識別する処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which identifies the attribute of a test mixture sample in 2nd Embodiment. 第3実施形態における信号処理装置(電磁波信号を処理する装置)の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the signal processing apparatus (apparatus which processes an electromagnetic wave signal) in 3rd Embodiment. スペクトログラム画像(実際にはカラー画像)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a spectrogram image (actually a color image). 第3実施形態における前記信号処理装置が実施する処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which the said signal processing apparatus in 3rd Embodiment implements. 第3実施形態において被検混合物試料の属性を識別する処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which identifies the attribute of a test mixture sample in 3rd Embodiment. 第3実施形態における属性識別装置(被検混合物の属性を識別する装置)の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the attribute identification apparatus (apparatus which identifies the attribute of a test mixture) in 3rd Embodiment. 第3実施形態において被検混合物試料の属性を識別する処理の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the process which identifies the attribute of a test mixture sample in 3rd Embodiment. 第3実施形態における属性識別装置の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the attribute identification apparatus in 3rd Embodiment. 第4実施形態における信号処理装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the signal processing apparatus in 4th Embodiment. 第4実施形態における前記信号処理装置が実施する処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which the said signal processing apparatus in 4th Embodiment implements. 第4実施形態において被検混合物試料の属性を識別する処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which identifies the attribute of the test mixture sample in 4th Embodiment. 第4実施形態における属性識別装置の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the attribute identification device in 4th Embodiment. 第4実施形態において被検混合物試料の属性を識別する処理の他の例を示すフローチャートであるIt is a flowchart which shows the other example of the process which identifies the attribute of the test mixture sample in 4th Embodiment. 第4実施形態における属性識別装置の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the attribute identification apparatus in 4th Embodiment. ラット血漿のNMR信号のスペクトログラム画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectrogram image of the NMR signal of rat plasma. ラット血漿のNMR信号の周波数成分/時定数グラフの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency component / time constant graph of the NMR signal of rat plasma. ラット血漿のNMR信号のスペクトログラム(数値列データ)に対する主成分分析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the principal component analysis result with respect to the spectrogram (numerical string data) of the NMR signal of rat plasma. ラット血漿のNMR信号のスペクトログラム(数値列データ)に対するPLS判別分析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the PLS discriminant analysis result with respect to the spectrogram (numerical string data) of the NMR signal of rat plasma. ラット血漿のNMR信号の各周波数成分の時定数(数値列データ)に対する主成分分析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the principal component analysis result with respect to the time constant (numerical string data) of each frequency component of the NMR signal of rat plasma. ラット血漿のNMR信号の各周波数成分の時定数(数値列データ)に対するPLS判別分析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the PLS discriminant analysis result with respect to the time constant (numerical string data) of each frequency component of the NMR signal of rat plasma. マウス細胞抽出物のNMR信号のスペクトログラム画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectrogram image of the NMR signal of a mouse cell extract. マウス細胞抽出物のNMR信号の周波数成分/時定数グラフの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency component / time constant graph of the NMR signal of a mouse cell extract. マウス細胞抽出物のNMR信号のスペクトログラム(数値列データ)に対する主成分分析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the principal component analysis result with respect to the spectrogram (numerical string data) of the NMR signal of a mouse cell extract. マウス細胞抽出物のNMR信号のスペクトログラム(数値列データ)に対するPLS判別分析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the PLS discriminant analysis result with respect to the spectrogram (numerical string data) of the NMR signal of a mouse cell extract. マウス細胞抽出物のNMR信号の各周波数成分の時定数(数値列データ)に対する主成分分析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the principal component analysis result with respect to the time constant (numerical string data) of each frequency component of the NMR signal of a mouse cell extract. マウス細胞抽出物のNMR信号の各周波数成分の時定数(数値列データ)に対するPLS判別分析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the PLS discriminant analysis result with respect to the time constant (numerical string data) of each frequency component of the NMR signal of a mouse cell extract. ラット血漿のNIR信号の色表示の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the color display of the NIR signal of rat plasma. ラット血漿のNIR信号から算出したRGB値(数値列データ)に対するSVMを用いた識別結果の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the identification result using SVM with respect to the RGB value (numerical string data) calculated from the NIR signal of rat plasma.

まず、本発明の概要を説明する。
本発明の重要な特徴は、混合物を個々の物質の集合体ではなく、混合物全体をひとつの構造単位(統合体)として見做す点にある。本発明では、混合物試料から当該混合物試料に由来する電磁波信号を取得し、この取得した電磁波信号を、ひとつの構造単位(統合体)を表現する固有の電磁波信号として扱う。すなわち、本発明では、混合物試料に由来する電磁波信号を、当該混合物試料を構成する各成分の合成信号(すなわち、各成分の電磁波信号の集合体)としてではなく、当該混合物試料に固有の一つの電磁波信号(一つのデータ)として取り扱う。このような取り扱いによって、混合物試料中の未知の成分に関する情報や質間相互作用の影響に関する情報をも解析データに含めることができる。
First, the outline of the present invention will be described.
An important feature of the present invention is that the mixture is not regarded as an aggregate of individual substances but as a whole structural unit (integrated body). In the present invention, an electromagnetic wave signal derived from the mixture sample is acquired from the mixture sample, and the acquired electromagnetic wave signal is handled as a unique electromagnetic wave signal representing one structural unit (integrated body). That is, in the present invention, the electromagnetic wave signal derived from the mixture sample is not used as a composite signal of each component constituting the mixture sample (that is, an aggregate of the electromagnetic wave signals of each component), but one unique to the mixture sample. Treated as an electromagnetic wave signal (single data). By such handling, information on unknown components in the mixture sample and information on the influence of interstitial interaction can be included in the analysis data.

本発明は、上述の重要な特徴を前提とした上で、混合物試料の特性についての新たな表現方法を提供する。この表現方法は、従来は利用できなかった又は利用されていなかった情報を活用しての混合物の解析を可能とすると共に、例えば化学的専門知識(先見知識を含む)をほとんど有さない者が、混合物試料の特性を評価したり、混合物試料の属性を識別したりすることを可能とする。   The present invention provides a new method for expressing the characteristics of a mixture sample on the premise of the above important features. This expression method enables analysis of a mixture by utilizing information that has not been used or was not used before, and for example, those who have little chemical expertise (including foresight) It is possible to evaluate the characteristics of the mixture sample and to identify the attributes of the mixture sample.

ここにおいて、「混合物試料に由来する電磁波信号」は、混合物試料に電磁波や熱を含む所定のエネルギーや化学反応物質を作用させることによって得られる電磁波信号、混合物試料自体が発する電磁波信号などを含む。例えば、混合物試料を各種の分析装置にかけることによって取得(観測)される電磁波信号(主に時間領域の信号)は、混合物試料に由来する電磁波信号に該当する。また、前記各種の分析装置としては、核磁気共鳴(NMR)分析装置、質量分析装置、クロマトグラフ装置、吸光分析装置、及び発光分析装置などがある。   Here, the “electromagnetic wave signal derived from the mixture sample” includes an electromagnetic wave signal obtained by causing a predetermined energy or chemical reaction material including electromagnetic waves and heat to act on the mixture sample, an electromagnetic wave signal emitted from the mixture sample itself, and the like. For example, an electromagnetic wave signal (mainly a time domain signal) acquired (observed) by applying the mixture sample to various analyzers corresponds to an electromagnetic wave signal derived from the mixture sample. Examples of the various analyzers include a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer, a mass analyzer, a chromatograph device, an absorption analyzer, and an emission analyzer.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態及び実施例について説明する。
なお、以下の説明においては、混合物試料に由来する電磁波信号が、主にNMR信号(NMRのFID信号)である場合、すなわち、混合物試料をNMR分析装置にかけることによって得られる電磁波信号である場合について説明するが、上述のように、これに限るものではないことはもちろんである。
Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In the following description, the electromagnetic wave signal derived from the mixture sample is mainly an NMR signal (NMR FID signal), that is, an electromagnetic wave signal obtained by applying the mixture sample to an NMR analyzer. However, as described above, the present invention is not limited to this.

<第1実施形態>
既述したように、従来の混合物の分析は、化学的専門知識を必要としており、また、混合物試料に由来する電磁波信号に含まれる「複雑・不均質な混合物」の構造・機能に関する情報の一部が利用されていない。
<First Embodiment>
As described above, conventional analysis of a mixture requires chemical expertise, and information on the structure and function of a “complex / heterogeneous mixture” contained in an electromagnetic wave signal derived from a mixture sample. Department is not used.

第1実施形態では、混合物試料から当該混合物試料に由来する電磁波信号を取得し、取得された電磁波信号から可聴域データを生成し、生成された可聴域データを音に変換して出力し、この出力された音によって前記混合物試料の特性を表現する。
前記可聴域データは、基本的には、取得された前記電磁波信号を可聴域(ヒト可聴域)に周波数変換(例えば周波数シフト)することによって生成される。したがって、ここでは、取得された前記電磁波信号を可聴域に周波数変換して可聴域データを生成する場合について説明する。但し、これに限るものではなく、取得された電磁波信号によっては、当該電磁波信号そのものを前記可聴域データとすることもできる(この場合も混合物試料に由来する電磁波信号から可聴域データを生成することに含まれる)。
In the first embodiment, an electromagnetic wave signal derived from the mixture sample is acquired from the mixture sample, audible range data is generated from the acquired electromagnetic wave signal, and the generated audible range data is converted into sound and output. The characteristics of the mixture sample are expressed by the output sound.
The audible range data is basically generated by frequency-converting (for example, frequency shifting) the acquired electromagnetic wave signal into an audible range (human audible range). Therefore, here, a case will be described in which audible range data is generated by frequency-converting the acquired electromagnetic wave signal to an audible range. However, the present invention is not limited to this, and depending on the acquired electromagnetic wave signal, the electromagnetic wave signal itself can be used as the audible range data (in this case, audible range data can be generated from the electromagnetic wave signal derived from the mixture sample). include).

混合物試料に由来する電磁波信号(例えば、NMR信号)は、「音」と同様に、振幅、周波数、及び波形によって特徴づけられる。「音の三要素」で考えてみると、「音の大きさ」は「振幅」で決まり、「音の高さ」は「周波数」で決まる。また、「音色」は「波形」、すなわち、「周波数の時間変化」で特徴付けられ、この「音色」によって、さまざまな属性の音(例えばピアノの音とバイオリンの音など)を区別することが可能である。そして、ヒトの聴覚は「音色」を高度に識別する能力を有している。もちろん、機器による音識別も可能である。   An electromagnetic wave signal (eg, NMR signal) derived from a mixture sample is characterized by amplitude, frequency, and waveform as well as “sound”. Considering “the three elements of sound”, “sound volume” is determined by “amplitude”, and “pitch” is determined by “frequency”. “Tone” is characterized by “waveform”, that is, “time change of frequency”, and this “timbre” can distinguish sounds of various attributes (for example, piano sounds and violin sounds). Is possible. The human auditory sense has the ability to highly discriminate “tone colors”. Of course, the sound can be identified by the device.

したがって、混合物試料に由来する電磁波信号を音に変換して出力することにより、ヒトの聴覚を利用して、前記混合物試料の特性を評価することが可能となる。このため、化学的専門知識を有さない者であっても、混合物試料(特に、複雑・不均質な混合物)同士に類似性や相違性があることなどを、直感的かつ精度よく認知することが可能になる。例えば、二つの混合物試料の「音」が違う「音」として聞き分けることができれば、両者を容易に識別することが可能である。   Therefore, by converting the electromagnetic wave signal derived from the mixture sample into sound and outputting it, it is possible to evaluate the characteristics of the mixture sample using human hearing. For this reason, even those who do not have chemical expertise should recognize intuitively and accurately that there are similarities and differences between mixture samples (especially complex and heterogeneous mixtures). Is possible. For example, if the “sound” of two mixture samples can be recognized as different “sounds”, both can be easily identified.

また、混合物試料に由来する電磁波信号を音に変換して出力するだけであるので、当該電磁波信号に含まれる、混合物試料の各種情報の一部が失われて利用されないおそれも大幅に抑制される。   In addition, since the electromagnetic wave signal derived from the mixture sample is only converted into sound and output, the possibility that a part of various information of the mixture sample contained in the electromagnetic wave signal is lost and not used is greatly suppressed. .

さらに、混合物試料に由来する電磁波信号を音として取り扱うことになるので、当該電磁波信号の解析に、汎用の音響工学技術を利用することも可能となる。例えば、前記電磁波信号(又は前記可聴域データ)に不純物や溶媒に由来する信号や外来ノイズが含まれていることが明らかな場合には、これらの除去を容易に行うことができ、混合物試料(特に、複雑・不均質な混合物)の解析精度の向上も期待できる。   Furthermore, since the electromagnetic wave signal derived from the mixture sample is handled as sound, general-purpose acoustic engineering technology can be used for the analysis of the electromagnetic wave signal. For example, when it is clear that the electromagnetic wave signal (or the audible range data) contains a signal derived from impurities or a solvent or external noise, these can be easily removed, and a mixture sample ( In particular, it can be expected to improve the analysis accuracy of complex and heterogeneous mixtures.

第1実施形態では、例えば、以下の工程にしたがって混合物試料の特性を評価する。
(1)第1の工程(混合物試料に由来する電磁波信号の取得)
混合物試料に由来する電磁波信号(観測信号)を取得し、そのままの形(すなわち、RAW形式)で保存する。例えば、混合物試料を所定の分析装置などにかけることにより、当該混合物試料に由来する電磁波信号(例えば、NMRやテラヘルツ波のFID信号)を取得する。取得された電磁波信号は、何ら処理が加えられることなくそのままの形で保存されており、前記電磁波信号に含まれる前記混合物試料の情報は失われない。なお、図1には、混合物試料に由来する電磁波信号の一例(NMR信号)が示されている。
In the first embodiment, for example, the characteristics of the mixture sample are evaluated according to the following steps.
(1) First step (acquisition of electromagnetic wave signal derived from the mixture sample)
An electromagnetic wave signal (observation signal) derived from the mixture sample is acquired and stored as it is (that is, in RAW format). For example, an electromagnetic wave signal (for example, FID signal of NMR or terahertz wave) derived from the mixture sample is obtained by applying the mixture sample to a predetermined analyzer or the like. The acquired electromagnetic wave signal is stored as it is without any processing, and the information of the mixture sample included in the electromagnetic wave signal is not lost. FIG. 1 shows an example of an electromagnetic wave signal (NMR signal) derived from the mixture sample.

(2)第2の工程(混合物試料に由来する電磁波信号の処理)
第1の工程で取得(保存)した電磁波信号を可聴域(20Hz〜20kHz程度)に周波数変換して可聴域データを生成し、生成された可聴域データを音に変換して出力する。但し、上述したように、第1の工程で取得した電磁波信号をそのまま可聴域データとする場合もある。
(2) Second step (processing of electromagnetic wave signal derived from the mixture sample)
The electromagnetic wave signal acquired (stored) in the first step is frequency-converted into an audible range (about 20 Hz to 20 kHz) to generate audible range data, and the generated audible range data is converted into sound and output. However, as described above, the electromagnetic wave signal acquired in the first step may be directly used as audible range data.

本実施形態において、前記電磁波信号の処理(可聴域データの生成及び出力処理)は、信号処理装置1Aによって実施される。
図2は、信号処理装置1Aの概略構成を示すブロック図である。
図2に示すように、信号処理装置1Aは、処理部2Aと、出力部3Aとを有する。
処理部2Aは、前記混合物試料に由来する電磁波信号を入力し、入力された電磁波信号を可聴域に周波数変換して可聴域データを生成する。生成された可聴域データは、非圧縮オーディオフォーマット(例えば、非圧縮WAVフォーマット)で保存(記録)されて出力部2Aに出力される。
出力部2Aは、処理部2Aから出力される可聴域データを音に変換して出力する。
In the present embodiment, the electromagnetic wave signal processing (audible range data generation and output processing) is performed by the signal processing device 1A.
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the signal processing apparatus 1A.
As shown in FIG. 2, the signal processing device 1A includes a processing unit 2A and an output unit 3A.
The processing unit 2A receives an electromagnetic wave signal derived from the mixture sample, and converts the frequency of the input electromagnetic wave signal to an audible range to generate audible range data. The generated audible range data is stored (recorded) in an uncompressed audio format (for example, an uncompressed WAV format) and output to the output unit 2A.
The output unit 2A converts the audible range data output from the processing unit 2A into sound and outputs the sound.

図3は、信号処理装置1Aが実施する処理の一例を示すフローチャートである。
図3において、ステップS1では、入力された前記電磁波信号を、例えば所定の可聴域変換用係数ベクトルを用いて可聴域に周波数変換して可聴域データを生成する。
ステップS2では、ステップS1で生成された可聴域データを非圧縮オーディオフォーマット(例えば、非圧縮WAVフォーマット)で保存(記録)する。
ステップS3では、前記可聴域データを例えばDA変換して音として出力する。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of processing performed by the signal processing device 1A.
In FIG. 3, in step S1, the input electromagnetic wave signal is frequency-converted into an audible range using, for example, a predetermined audible range conversion coefficient vector to generate audible range data.
In step S2, the audible range data generated in step S1 is stored (recorded) in an uncompressed audio format (for example, an uncompressed WAV format).
In step S3, the audible range data is D / A converted, for example, and output as sound.

ここで、出力部2Aは、信号処理装置1Aとは別体で構成されてもよい。この場合、信号処理部1Aは、S1、S2の処理を実施し、ステップS2において非圧縮オーディオフォーマットで保存(記録)された前記可聴域データを出力する。そして、信号処理装置1Aとは別体の音声再生装置(出力部2Aに相当する)が前記可聴域データを入力し、ステップS3の処理を実施して前記可聴域データを音に変換して出力する。例えば、コンピュータを前記音声再生装置として使用する場合には、DA変換のための情報(1サンプル当たりのビット数、サンプリング周波数、チャネル数を含むWAVフォーマットヘッダ情報)をコンピュータに与えることにより、当該コンピュータのOSの用意するサウンドライブラリ関数によって、前記可聴域データが当該コンピュータのサウンド出力から音として出力される。   Here, the output unit 2A may be configured separately from the signal processing device 1A. In this case, the signal processing unit 1A performs the processes of S1 and S2, and outputs the audible range data stored (recorded) in the uncompressed audio format in step S2. Then, a sound reproduction device (corresponding to the output unit 2A) separate from the signal processing device 1A inputs the audible range data, performs the process of step S3, converts the audible range data into sound, and outputs it. To do. For example, when a computer is used as the audio reproducing device, information for DA conversion (WAV format header information including the number of bits per sample, the sampling frequency, and the number of channels) is given to the computer. The audible range data is output as sound from the sound output of the computer by a sound library function prepared by the OS.

(3)第3の工程(混合物試料の特性評価)
信号処理装置1Aから出力される音は、前記混合物試料に関する情報をほとんど失っておらず、前記混合物試料の特性を精度よく示す情報となり得る。したがって、出力される音によって前記混合物試料の特性を評価することが可能である。前記混合物試料の特性評価は、基本的には、ヒトの聴覚を用いて行われる。もちろん、音に変換する前の前記可聴域データを音響工学技術によって処理したり、解析したりすることによって前記混合物試料の特性を評価してもよい。
(3) Third step (characteristic evaluation of the mixture sample)
The sound output from the signal processing apparatus 1 </ b> A hardly loses information on the mixture sample, and can be information indicating the characteristics of the mixture sample with high accuracy. Therefore, it is possible to evaluate the characteristics of the mixture sample by the output sound. The characterization of the mixture sample is basically performed using human hearing. Of course, the characteristics of the mixture sample may be evaluated by processing or analyzing the audible range data before being converted into sound by acoustic engineering technology.

信号処理装置1Aから出力される音及び/又はその解析結果は、混合物試料同士の類似性や相違性などを評価する指標として用いることができる。例えば、その属性区分が未設定である所定の種類の混合物については、該当する複数の混合物試料についての音に基づいてその属性区分を設定することが可能となる。また、その属性区分が所定の分類基準によって設定されている所定の種類の混合物については、新たな属性区分を設定(再設定)することができる。さらに、信号処理装置1Aから出力される音は、属性が不明な混合物試料の属性を識別するために利用することもできる。このような混合物試料の属性識別について、第4の工程として以下に説明する。   The sound output from the signal processing apparatus 1A and / or the analysis result thereof can be used as an index for evaluating the similarity or difference between the mixture samples. For example, for a predetermined type of mixture whose attribute classification is not set, the attribute classification can be set based on the sound of the corresponding mixture sample. In addition, a new attribute category can be set (reset) for a predetermined type of mixture whose attribute category is set according to a predetermined classification criterion. Furthermore, the sound output from the signal processing apparatus 1A can be used to identify the attribute of the mixture sample whose attribute is unknown. The attribute identification of such a mixture sample will be described below as a fourth step.

(4)第4の工程(属性が不明な混合物試料の属性識別)
属性が不明な混合物試料(以下「被検混合物試料」という)の属性の識別は、当該被検混合物試料と同種で属性が決定されている混合物試料(以下「既知混合物試料」という)を用いて行う。具体的には、前記被検混合物試料についての可聴域データに基づく音と、前記既知混合物試料について基づいて生成された属性識別用音データに基づく音とを比較することによって、前記被検混合物試料の属性を識別することができる。
(4) Fourth step (attribute identification of a mixture sample with unknown attributes)
Identification of the attributes of a mixture sample with unknown attributes (hereinafter referred to as “test mixture sample”) is performed using a mixture sample (hereinafter referred to as “known mixture sample”) that has the same attributes as the test mixture sample. Do. Specifically, by comparing the sound based on the audible range data for the test mixture sample and the sound based on the attribute identification sound data generated based on the known mixture sample, the test mixture sample Attributes can be identified.

図4は、前記被検混合物の属性を識別する処理を示すフローチャートである。
図4において、ステップS11は、前記被検混合物試料及び少なくとも一つの前記既知混合物試料のそれぞれに由来する電磁波信号を取得する。この電磁波信号の取得は、前記第1の工程と同様にして行われる。ここで、前記被検混合物試料に対応する混合物について一つ又は複数の属性が決定済みである場合には、決定済みの各属性に該当する(属する)前記既知混合物試料に由来する電磁波信号を取得するのが好ましい。すなわち、決定されている属性の数と同数又はそれ以上の前記既知混合物試料に由来する電磁波信号を取得することが好ましい。
FIG. 4 is a flowchart showing a process for identifying the attribute of the test mixture.
In FIG. 4, step S11 obtains an electromagnetic wave signal derived from each of the test mixture sample and at least one of the known mixture samples. The acquisition of the electromagnetic wave signal is performed in the same manner as in the first step. Here, when one or a plurality of attributes have been determined for the mixture corresponding to the test mixture sample, an electromagnetic wave signal derived from the known mixture sample corresponding to (belonging to) each determined attribute is acquired. It is preferable to do this. That is, it is preferable to acquire the electromagnetic wave signal derived from the known mixture sample of the same number or more as the number of attributes determined.

ステップS12では、ステップS11で取得された各電磁波信号を可聴域に周波数変換して可聴域データを生成し、生成された各可聴域データを非圧縮音声フォーマットで記録する。このステップS12の処理は、前記第2の工程と同様にして行われる。   In step S12, each electromagnetic wave signal acquired in step S11 is frequency-converted into an audible range to generate audible range data, and each generated audible range data is recorded in an uncompressed audio format. The process of step S12 is performed in the same manner as the second process.

ステップS13では、ステップS12で生成された各可聴域データを音に変換して出力する。具体的には、前記被検混合物試料についての可聴域データに基づく音と、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての可聴域データに基づく音とを比較できるように出力する。例えば、前記被検混合物試料についての可聴域データに基づく音と、前記既知混合物試料についての可聴域データに基づく音とを交互に出力する。   In step S13, each audible range data generated in step S12 is converted into sound and output. Specifically, the sound based on the audible range data for the test mixture sample and the sound based on the audible range data for the at least one known mixture sample are output so that they can be compared. For example, a sound based on the audible range data for the test mixture sample and a sound based on the audible range data for the known mixture sample are alternately output.

ステップS14では、ステップS13で出力された各音を比較して、前記被検混合物試料の属性を識別する。具体的には、前記被検混合物試料についての可聴域データに基づく音が、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての可聴域データに基づく音に類似するか又はいずれに最も類似するかを判断することによって、前記被検混合物試料の属性を識別する。なお、前記被検混合物試料についての可聴域データに基づく音が、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての可聴域データに基づく音のいずれにも類似しないと判断される場合には、前記被検混合物試料の属性を不明のままとする。   In step S14, the sounds output in step S13 are compared to identify the attributes of the test mixture sample. Specifically, determining whether a sound based on audible range data for the test mixture sample is similar to or most similar to a sound based on audible range data for at least one of the known mixture samples To identify the attributes of the test mixture sample. If the sound based on the audible range data for the test mixture sample is determined not to be similar to any of the sounds based on the audible range data for the at least one known mixture sample, the test mixture Leave sample attributes unknown.

ここで、少なくとも一つの前記既知混合物試料についてのステップS11、S12の処理は、本フローとは別に実施されてもよい。例えば、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての可聴域データの生成及び記録がなされた後に、前記被検混合物試料についてステップS11、S12の処理を実施して、ステップS13の処理を経てステップS14において前記被検混合物試料の属性を識別するようにしてもよい。   Here, the process of step S11, S12 about at least one said known mixture sample may be implemented separately from this flow. For example, after generation and recording of audible range data for at least one of the known mixture samples, the processing of steps S11 and S12 is performed on the test mixture sample, and the processing of step S13 is performed in step S14. You may make it identify the attribute of a test mixture sample.

また、ステップS14における前記被検混合物試料の属性の識別は、基本的にはヒトの聴覚を用いて行われる。すなわち、ステップS11で取得された各電磁波信号が信号処理装置1Aに入力され、信号処理装置1Aから出力される各音を所定の人がその聴覚を用いて比較して前記被検混合物試料の属性を識別する。但し、これに限るものではなく、属性識別装置を製造し、当該属性識別装置がステップS12〜S14の処理を実施するように構成してもよい。この場合、属性識別装置は、例えば、音響工学的手法を用いて前記被検混合物試料の属性を識別するように構成される。   In addition, the identification of the attribute of the test mixture sample in step S14 is basically performed using human hearing. That is, each electromagnetic wave signal acquired in step S11 is input to the signal processing device 1A, and each sound output from the signal processing device 1A is compared by a predetermined person using its auditory sense. Identify However, the present invention is not limited to this, and an attribute identification device may be manufactured, and the attribute identification device may be configured to perform the processes of steps S12 to S14. In this case, the attribute identification device is configured to identify the attribute of the test mixture sample using, for example, an acoustic engineering technique.

<第2実施形態>
第2実施形態では、混合物試料から当該混合物試料に由来する電磁波信号を取得し、取得された電磁波信号を可視域(ヒト可視域)に周波数変換して可視域データとし、当該可視域データを色に変換して出力し、この出力された色によって前記混合物試料の特性を表現する。
Second Embodiment
In the second embodiment, an electromagnetic wave signal derived from the mixture sample is obtained from the mixture sample, and the obtained electromagnetic wave signal is frequency-converted into a visible region (human visible region) to obtain visible region data. The characteristics of the mixture sample are expressed by the output color.

このように、混合物試料に由来する電磁波信号を色に変換して出力することにより、ヒトの視覚(色覚)を利用して、前記混合物試料の特性を評価することが可能となる。このため、前記第1実施形態と同様、化学的専門知識を有さない者であっても、「複雑・不均質な混合物」同士に類似性や相違性があることなどを直感的かつ精度よく認知することが可能になる。また、前記電磁波信号を色に変換して出力するだけであるので、前記電磁波信号に含まれる情報の一部が利用されないおそれが大幅に抑制される。さらに、前記混合物試料に由来する電磁波信号の解析に汎用の光工学技術等を利用することも可能となるため、「複雑・不均質な混合物」試料の解析精度の向上も期待できる。   In this way, by converting the electromagnetic wave signal derived from the mixture sample into a color and outputting it, it becomes possible to evaluate the characteristics of the mixture sample using human vision (color vision). For this reason, as in the first embodiment, even those who do not have chemical expertise can intuitively and accurately know that there are similarities and differences between “complex and heterogeneous mixtures”. It becomes possible to recognize. In addition, since the electromagnetic wave signal is merely converted into a color and output, the possibility that a part of the information included in the electromagnetic wave signal is not used is greatly suppressed. Furthermore, since it is possible to use general-purpose optical engineering techniques for the analysis of electromagnetic wave signals derived from the mixture sample, an improvement in the analysis accuracy of the “complex / heterogeneous mixture” sample can be expected.

第2実施形態では、以下の工程にしたがって混合物試料の特性を評価する。
(1)第1の工程(混合物試料に由来する電磁波信号の取得)
前記第1実施形態における第1の工程と同様である。
In 2nd Embodiment, the characteristic of a mixture sample is evaluated according to the following processes.
(1) First step (acquisition of electromagnetic wave signal derived from the mixture sample)
This is the same as the first step in the first embodiment.

(2)第2の工程(混合物試料に由来する電磁波信号の処理)
第1の工程で取得(保存)した電磁波信号(RAW形式)を可視域(4.0×1014Hz〜7.5×1014Hz程度)に周波数変換(周波数シフトを含む)して可視域データとし、当該可視域データを音に変換して出力する。
(2) Second step (processing of electromagnetic wave signal derived from the mixture sample)
First obtained in step (saved) electromagnetic wave signal (including frequency shift) (RAW format) frequency conversion into the visible range (4.0 × 10 14 Hz~7.5 × about 10 14 Hz) and to visible As data, the visible range data is converted into sound and output.

本実施形態において、前記電磁波信号の処理は信号処理装置1Bによって実施される。
図5は、信号処理装置1Bの概略構成を示すブロック図である。
図5に示すように、信号処理装置1Bは、処理部2Bと、出力部3Bとを有する。
処理部2Bは、前記混合物試料に由来する電磁波信号(RAW形式)を入力し、入力された電磁波信号を可視域に周波数変換して可視域データを生成する。生成された可視域データは、出力部2Bに出力される。
出力部2Bは、処理部2Bから出力された可視域データを色に変換して出力する。
In the present embodiment, the processing of the electromagnetic wave signal is performed by the signal processing device 1B.
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the signal processing apparatus 1B.
As illustrated in FIG. 5, the signal processing device 1B includes a processing unit 2B and an output unit 3B.
The processing unit 2B receives an electromagnetic wave signal (RAW format) derived from the mixture sample, and converts the frequency of the input electromagnetic wave signal to a visible range to generate visible range data. The generated visible range data is output to the output unit 2B.
The output unit 2B converts the visible range data output from the processing unit 2B into a color and outputs the color.

図6は、信号処理装置1Bが実施する処理の一例を示すフローチャートである。
図6において、ステップS21では、入力された前記電磁波信号(RAW形式)を、例えば所定の可視域変換用係数ベクトルを用いて可視域に周波数変換して可視域データを生成して記録する。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of processing performed by the signal processing device 1B.
In FIG. 6, in step S21, the input electromagnetic wave signal (RAW format) is frequency-converted into a visible range using, for example, a predetermined visible range conversion coefficient vector, and visible range data is generated and recorded.

ステップS22では、RGBバンドパスフィルタを用いて、ステップS21で生成された可視域データのRGB値を算出する。前記RGBバンドパスフィルタは、赤帯域、緑帯域、青帯域の信号を透過する特性を有する狭帯域通過フィルタである。本実施形態では、前記赤帯域の中心周波数を4.3×1014Hzとし、前記緑帯域の中心周波数を5.5×1014Hzとし、前記青帯域の中心周波数を6.9×1014Hzとしている。 In step S22, the RGB value of the visible range data generated in step S21 is calculated using an RGB bandpass filter. The RGB band pass filter is a narrow band pass filter having a characteristic of transmitting red band, green band and blue band signals. In this embodiment, the center frequency of the red band is 4.3 × 10 14 Hz, the center frequency of the green band is 5.5 × 10 14 Hz, and the center frequency of the blue band is 6.9 × 10 14 Hz. Hz.

ステップS22で算出された前記可視域データのRGB値を他の表色系の値に変換してもよい。例えば、L変換テーブルやHSV変換テーブルを用いて、ステップS22で算出された前記可視域データのRGB値をL値に変換(L変換)やHSV値に変換(HSV変換)してもよい。
ステップS23では、前記可視域データを色として出力する。
The RGB values of the visible range data calculated in step S22 may be converted into other color system values. For example, using the L * a * b * conversion table or HSV conversion table, the RGB values of the visible range data calculated in step S22 are converted into L * a * b * values (L * a * b * conversion). Or may be converted into an HSV value (HSV conversion).
In step S23, the visible range data is output as a color.

ここで、出力部2Bは、信号処理装置1Bとは別体で構成されてもよい。この場合、信号処理部1Bは、ステップS21・S22の処理を実施して前記可視域データを保存(記録)する。そして、信号処理装置1Bとは別体の表示装置(出力部2Bに相当する)が、前記可視域データを入力し、ステップS23の処理を実施して前記可視域データを色として出力する。   Here, the output unit 2B may be configured separately from the signal processing device 1B. In this case, the signal processing unit 1B performs the processing of steps S21 and S22 and stores (records) the visible range data. Then, a display device (corresponding to the output unit 2B) separate from the signal processing device 1B inputs the visible range data, performs the process of step S23, and outputs the visible range data as a color.

(3)第3の工程(混合物試料の特性評価)
信号処理装置1Bから出力される色は、前記第1実施形態における音と同様、前記混合物試料の特性を精度よく示す情報となり得る。したがって、出力される色によって前記混合物試料の特性を評価することが可能である。すなわち、信号処理装置1Bから出力される色は、例えば、混合物試料同士の類似性や相違性などを評価する指標として用いることができ、混合物の属性区分を設定(又は再設定)することを可能とし、属性が不明な混合物試料の属性を識別するために利用され得る。
もちろん、色に変換する前の前記可視域データを処理したり、解析したりすることによって前記混合物試料の特性を評価してもよい。
(3) Third step (characteristic evaluation of the mixture sample)
Similar to the sound in the first embodiment, the color output from the signal processing device 1B can be information that accurately indicates the characteristics of the mixture sample. Therefore, it is possible to evaluate the characteristics of the mixture sample according to the output color. That is, the color output from the signal processing device 1B can be used as an index for evaluating the similarity or difference between the mixture samples, for example, and the attribute classification of the mixture can be set (or reset). And can be used to identify attributes of a mixture sample whose attributes are unknown.
Of course, you may evaluate the characteristic of the said mixture sample by processing or analyzing the said visible range data before converting into a color.

(4)第4の工程(属性が不明な混合物試料の属性識別)
本実施形態においても、前記第1実施形態と同様、属性が不明な被検混合物試料の属性の識別は、当該被検混合物試料と同種で属性が決定されている既知混合物試料を用いて行う。具体的には、前記被検混合物試料についての可視域データに基づく色と、前記既知混合物試料について基づいて生成された属性識別用色データに基づく色とを比較することによって、前記被検混合物試料の属性を識別することができる。
(4) Fourth step (attribute identification of a mixture sample with unknown attributes)
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the attribute of the test mixture sample whose attribute is unknown is identified using a known mixture sample whose attribute is determined in the same type as the test mixture sample. Specifically, by comparing the color based on the visible range data for the test mixture sample with the color based on the color data for attribute identification generated based on the known mixture sample, the test mixture sample Attributes can be identified.

図7は、前記被検混合物の属性を識別する処理を示すフローチャートである。
図7において、ステップS31は、図4のステップS11と同様である。すなわち、前記被検混合物試料及び少なくとも一つの前記既知混合物試料のそれぞれに由来する電磁波信号(RAW形式)を取得する。
FIG. 7 is a flowchart showing a process for identifying attributes of the test mixture.
In FIG. 7, step S31 is the same as step S11 of FIG. That is, an electromagnetic wave signal (RAW format) derived from each of the test mixture sample and at least one known mixture sample is acquired.

ステップS32では、ステップS31で取得された各電磁波信号(RAW形式)を可視域に周波数変換して可視域データを生成し、生成された各可視域データのRGB値を算出する。このステップS32の処理は、前記第2の工程と同様にして行われる。   In step S32, each electromagnetic wave signal (RAW format) acquired in step S31 is frequency-converted into a visible range to generate visible range data, and an RGB value of each generated visible range data is calculated. The processing in step S32 is performed in the same manner as in the second step.

ステップS33では、前記RGB値を用いて各可視域データを色として出力する。具体的には、前記被検混合物試料についての可視域データに基づく色と、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての可視域データに基づく色とを対比可能に出力する。例えば、前記被検混合物試料についての可視域データに基づく色と、前記既知混合物試料についての可視域データに基づく色とを一つの表示画面上に同時に表示する。   In step S33, each visible range data is output as a color using the RGB values. Specifically, the color based on the visible range data for the test mixture sample and the color based on the visible range data for at least one known mixture sample are output in a comparable manner. For example, the color based on the visible range data for the test mixture sample and the color based on the visible range data for the known mixture sample are simultaneously displayed on one display screen.

ステップS34では、ステップS33で出力された各色を比較して、前記被検混合物試料の属性を識別する。具体的には、前記被検混合物試料についての可視域データに基づく色が、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての可視域データに基づく色に類似するか又はいずれに最も類似するかを判断することによって、前記被検混合物試料の属性を識別する。なお、前記被検混合物試料についての可視域データに基づく色が、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての可視域データに基づく色のいずれにも類似しないと判断される場合には、前記被検混合物試料の属性を不明のままとする。   In step S34, the colors output in step S33 are compared to identify the attributes of the test mixture sample. Specifically, determining whether the color based on the visible range data for the test mixture sample is similar to or most similar to the color based on the visible range data for the at least one known mixture sample To identify the attributes of the test mixture sample. If it is determined that the color based on the visible range data for the test mixture sample is not similar to any of the colors based on the visible range data for the at least one known mixture sample, the test mixture Leave sample attributes unknown.

ここで、少なくとも一つの前記既知混合物試料についてのステップS32、S33の処理は、本フローとは別に実施されてもよい。例えば、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての可視域データを色として出力できる状態にした後に、前記被検混合物試料についてステップS32、S33の処理を実施して、ステップS34において前記被検混合物試料の属性を識別するようにしてもよい。   Here, the processing of steps S32 and S33 for at least one of the known mixture samples may be performed separately from the present flow. For example, after making visible state data of at least one known mixture sample ready to be output as a color, the processing of steps S32 and S33 is performed on the test mixture sample, and in step S34, the test mixture sample is analyzed. You may make it identify an attribute.

また、ステップS34における前記被検混合物試料の属性の識別は、基本的にはヒトの視覚(色覚)を用いて行われる。すなわち、ステップS31で取得された各電磁波信号が信号処理装置1Bに入力され、信号処理装置1Bから出力される各色を所定の人がその視覚(色覚)を用いて比較して前記被検混合物試料の属性を識別する。但し、これに限るものではなく、前記第1実施形態と同様に、属性識別装置を製造し、当該属性識別装置がステップS32〜S34の処理を実施するように構成してもよい。   In addition, the identification of the attribute of the test mixture sample in step S34 is basically performed using human vision (color vision). That is, each electromagnetic wave signal acquired in step S31 is input to the signal processing device 1B, and each color output from the signal processing device 1B is compared by a predetermined person using its visual sense (color vision), and the test mixture sample Identify the attributes. However, the present invention is not limited to this, and an attribute identification device may be manufactured and the attribute identification device may perform steps S32 to S34 as in the first embodiment.

なお、第2実施形態においては、前記RGB値の行列データを作成し、多変量解析などを用いてパターン認識による解析を行うことも可能である。この場合には、次に説明する第3実施形態と同様の方法を用いることができる。   In the second embodiment, it is also possible to create matrix data of the RGB values and perform analysis by pattern recognition using multivariate analysis or the like. In this case, a method similar to that of the third embodiment described below can be used.

<第3実施形態>
例えば、従来のNMRスペクトル法では、混合物試料に由来する電磁波信号に相当するNMR信号(FID信号)をフーリエ変換した後、周波数スペクトル上での各周波数成分における信号強度分布に着目した解析が行われている。このため、周波数分解能を向上させる目的で時間分解能を犠牲にする(すなわち、時間の情報が失われている)。また、信号強度が低い周波数成分についてはほとんど考慮されない。
<Third Embodiment>
For example, in the conventional NMR spectrum method, an NMR signal (FID signal) corresponding to an electromagnetic wave signal derived from a mixture sample is Fourier-transformed, and then an analysis focusing on the signal intensity distribution in each frequency component on the frequency spectrum is performed. ing. For this reason, the time resolution is sacrificed for the purpose of improving the frequency resolution (that is, time information is lost). Also, frequency components with low signal strength are hardly considered.

第3実施形態では、運動性の異なる原子核由来のNMR信号は異なる減衰時間を有するという事実に着目し、NMR信号に含まれる周波数並びに時間に伴う信号強度情報をバランスよく活用する。具体的には、第3実施形態では、混合物試料から当該混合物試料に由来する電磁波信号を取得し、取得された電磁波信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムによって前記混合物試料の特性を表現する。   In the third embodiment, paying attention to the fact that NMR signals derived from nuclei having different motility have different decay times, the frequency included in the NMR signal and the signal intensity information associated with the time are utilized in a balanced manner. Specifically, in the third embodiment, an electromagnetic wave signal derived from the mixture sample is acquired from the mixture sample, a spectrogram of the acquired electromagnetic wave signal is calculated, and the characteristics of the mixture sample are expressed by the calculated spectrogram. .

このように、混合物試料に由来する電磁波信号のスペクトログラムによって当該混合物試料の特性を表現することにより、例えばNMR信号に含まれる、「複雑・不均質な混合物」の構造・機能に関する情報を網羅的に解析することが可能となり、「複雑・不均質な混合物」の特性評価において著しい精度向上が期待できる。そして、このことはNMR信号に限るものではなく、混合物試料に由来する各種の電磁波信号に共通すると言える。   In this way, by expressing the characteristics of the mixture sample by the spectrogram of the electromagnetic wave signal derived from the mixture sample, for example, comprehensive information on the structure and function of the “complex / heterogeneous mixture” contained in the NMR signal can be obtained. Analysis is possible, and significant improvement in accuracy can be expected in the characterization of “complex and heterogeneous mixtures”. This is not limited to the NMR signal, but can be said to be common to various electromagnetic wave signals derived from the mixture sample.

第3実施形態では、以下の工程にしたがって混合物試料の特性を評価する。
(1)第1の工程(混合物試料に由来する電磁波信号の取得)
前記第1、第2実施形態における第1の工程と同様である。
In the third embodiment, the characteristics of the mixture sample are evaluated according to the following steps.
(1) First step (acquisition of electromagnetic wave signal derived from the mixture sample)
This is the same as the first step in the first and second embodiments.

(2)第2の工程(混合物試料に由来する電磁波信号の処理)
第1の工程で取得(保存)された電磁波信号を短時間周波数解析して当該電磁波信号のスペクトログラム(時間周波数表現)を算出する。
短時間周波数解析は、主に「音」や「音声」の解析に用いられている方法であり、信号全体について、その周波数成分の時間変化を知ることができる。
スペクトログラムとは、短時間周波数解析によって、すなわち、時間周波数信号などの複合信号を窓関数に通して、周波数スペクトルを計算した結果を指すものであり、スペクトログラム画像や数値列データとして出力することが可能である。前記スペクトログラム画像は、例えば2次元グラフ(時間/周波数)上に、明るさ又は色で信号成分の強度(振幅)を表示したものとすることができ、前記数値列データは、例えば2次元配列のデータとすることもできる。
(2) Second step (processing of electromagnetic wave signal derived from the mixture sample)
The electromagnetic wave signal acquired (stored) in the first step is subjected to short-time frequency analysis to calculate a spectrogram (time frequency expression) of the electromagnetic wave signal.
The short-time frequency analysis is a method mainly used for the analysis of “sound” and “speech”, and the time change of the frequency component of the entire signal can be known.
The spectrogram refers to the result of calculating the frequency spectrum by short-time frequency analysis, that is, passing a composite signal such as a time-frequency signal through a window function, and can be output as a spectrogram image or numerical sequence data It is. The spectrogram image may be one in which the intensity (amplitude) of the signal component is displayed in brightness or color on a two-dimensional graph (time / frequency), for example. It can also be data.

本実施形態において、前記電磁波信号の処理(スペクトログラムの算出処理)は、信号処理装置1Cによって実施される。
図8は、信号処理装置1Cの概略構成を示すブロック図である。
図8に示すように、信号処理装置1Cは、処理部2Cと、出力部3Cとを有する。
処理部2Cは、前記混合物試料に由来する電磁波信号を入力し、入力された電磁波信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記電磁波信号のスペクトログラム(すなわち、前記混合物試料についてのスペクトログラム)を算出する。前記短時間周波数解析としては、例えば短時間フーリエ変換が該当する。但し、これに限るものではなく、ウェーブレット変換などを用いてもよい。
In the present embodiment, the electromagnetic wave signal processing (spectrogram calculation processing) is performed by the signal processing device 1C.
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of the signal processing apparatus 1C.
As illustrated in FIG. 8, the signal processing device 1C includes a processing unit 2C and an output unit 3C.
The processing unit 2C inputs an electromagnetic wave signal derived from the mixture sample, and calculates a spectrogram of the electromagnetic wave signal (that is, a spectrogram of the mixture sample) by repeating frequency analysis for a short time throughout the inputted electromagnetic wave signal. To do. As the short-time frequency analysis, for example, a short-time Fourier transform is applicable. However, the present invention is not limited to this, and wavelet transform or the like may be used.

出力部3Cは、処理部2Cで算出されたスペクトログラムの数値列データ及び算出されたスペクトログラムから作成されたスペクトログラム画像の少なくとも一方を出力する。なお、図9には、前記スペクトログラム画像(実際にはカラー画像である)の一例が示されている。   The output unit 3C outputs at least one of the numerical sequence data of the spectrogram calculated by the processing unit 2C and the spectrogram image created from the calculated spectrogram. FIG. 9 shows an example of the spectrogram image (actually a color image).

図10は、信号処理装置1Cが実施する処理(前記スペクトログラムの算出処理)の一例を示すフローチャートである。
図10に示すように、信号処理装置1Cは、前記電磁波信号を入力すると、窓関数による対象区間の切り出しを行ってその波形のフーリエ変換からパワースペクトルを算出する処理を、前記窓関数を時間軸に沿ってシフトしながら繰り返すことによって、前記電磁波信号全体を処理する。そして、信号処理装置1Cは、算出されたスペクトログラムの数値列データ及びスペクトログラム画像の少なくとも一方を出力する。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a process (the spectrogram calculation process) performed by the signal processing apparatus 1C.
As shown in FIG. 10, when the electromagnetic wave signal is input, the signal processing apparatus 1C performs processing for cutting out a target section using a window function and calculating a power spectrum from the Fourier transform of the waveform. The entire electromagnetic wave signal is processed by iterating while shifting along. Then, the signal processing apparatus 1C outputs at least one of the calculated spectrogram value string data and the spectrogram image.

具体的には、信号処理装置1Cは、前記窓関数として例えばハミング窓(窓長:N)を用いる場合、前記電磁波信号の「τs」サンプル目(初期値は0)を始点にしたNサンプルの範囲に前記ハミング窓を乗じて得られる波形をフーリエ変換する。ここで、高速フーリエ変換を用いる場合にはNを2のべき乗とする。信号処理装置CAは、フーリエ変換によって得られた複素フーリエスペクトルの各サンプルのノルムを二乗してパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルを、保存用の2次元配列の「τs/T」列目に代入(格納)する。次に、信号処理装置1Cは、「τs」にT(窓シフト長)サンプルを加算して切り出しの始点を更新し、「τs」+Nが前記電磁波信号のサンプル数未満である間(波形の終端となるまで)、同様の処理を繰り返す(ステップS41〜S46)。
これにより、前記電磁波信号のスペクトログラム(すなわち、前記混合物試料についてのスペクトログラム)が算出され、各「τs/T」におけるパワースペクトルが前記2次元配列に格納される。
Specifically, when the signal processing apparatus 1C uses, for example, a Hamming window (window length: N) as the window function, the N samples starting from the “τ s ” sample (initial value is 0) of the electromagnetic wave signal The waveform obtained by multiplying the above range by the Hamming window is Fourier transformed. Here, N is set to a power of 2 when the fast Fourier transform is used. The signal processing apparatus CA calculates the power spectrum by squaring the norm of each sample of the complex Fourier spectrum obtained by the Fourier transform, and the calculated power spectrum is stored as “τ s / T d ” in a two-dimensional array for storage. Assign (store) the column. Next, while the signal processing device 1C updates the start point of the cutout by adding the T d (window shift length) sample "tau s", "tau s" + N is less than the number of samples of said electromagnetic wave signal ( The same process is repeated until the end of the waveform is reached (steps S41 to S46).
As a result, a spectrogram of the electromagnetic wave signal (that is, a spectrogram for the mixture sample) is calculated, and a power spectrum at each “τ s / T d ” is stored in the two-dimensional array.

そして、信号処理装置1Cは、算出された前記スペクトログラムの数値列データを出力する場合には、各「τs/T」におけるパワースペクトルを格納した前記2次元配列を、バイナリデータやアスキーデータ(例えば、CSV形式)として出力する(ステップS47)。一方、信号処理部1Cは、算出された前記スペクトログラムを画像(スペクトログラム画像)として出力する場合には、各「τs/T」におけるパワースペクトルを格納した2次元配列の各要素をHSV表色系の値の変換(色相変換)する(ステップS48)。例えば、H(色相)についてはパワースペクトルの値が0で青(−120°)、最大で黄(−60°)となるように係数をかけて変換し、S(彩度)についてはパワースペクトルの値にかかわらず定数(一定)とし、V(明度)についてはパワースペクトルの値に比例する値とする。 When the signal processing apparatus 1C outputs the numerical sequence data of the calculated spectrogram, the two-dimensional array storing the power spectrum at each “τ s / T d ” is converted into binary data or ASCII data ( For example, it is output as CSV format) (step S47). On the other hand, when outputting the calculated spectrogram as an image (spectrogram image), the signal processing unit 1C uses each element of the two-dimensional array storing the power spectrum at each “τ s / T d ” as the HSV color specification. System value conversion (hue conversion) is performed (step S48). For example, H (hue) is converted by applying a coefficient so that the power spectrum value is 0, blue (−120 °), and yellow (−60 °) at maximum, and S (saturation), the power spectrum. Regardless of the value, a constant (constant) is assumed, and V (lightness) is a value proportional to the value of the power spectrum.

(3)第3の工程(混合物試料の特性評価)
信号処理装置1Cから出力される前記スペクトログラムの数値列データや前記スペクトログラム画像は、前記混合物試料に関する情報をほとんど失っておらず、前記混合物試料の特性を精度よく示す情報となり得る。例えば、周波数軸では、混合物試料中に含まれる物質の種類や物質間の相互作用などに関する情報が得られ、時間軸では、混合物試料全体の物性に加えて、物質間の相互作用に関する情報が得られる。また、前記スペクトログラム画像では、各ポイントの信号強度の相違を「色相」で表示することにより、各時間における周波数の信号強度の相違も容易に把握することができる。
(3) Third step (characteristic evaluation of the mixture sample)
The numerical string data of the spectrogram and the spectrogram image output from the signal processing device 1C have almost no information on the mixture sample, and can be information indicating the characteristics of the mixture sample with high accuracy. For example, on the frequency axis, information on the types of substances contained in a mixture sample and interactions between substances can be obtained, and on the time axis, information on interactions between substances can be obtained in addition to the physical properties of the entire mixture sample. It is done. In the spectrogram image, the difference in signal intensity at each point can be easily grasped by displaying the difference in signal intensity at each point in “hue”.

したがって、前記スペクトログラムの数値列データや前記スペクトログラム画像を解析することによって、前記混合物試料の特性を評価することが可能である。前記スペクトルグラムの数値列データや前記スペクトル画像の解析、換言すれば、前記混合物試料の特性評価は、例えば、所定の装置によって公知の統計的手法(多変量解析など)や画像工学的手法を用いて行われ、あるいは、所定の人によって前記統計的手法や視覚(色覚)を用いて行われる。   Therefore, it is possible to evaluate the characteristics of the mixture sample by analyzing the numerical string data of the spectrogram and the spectrogram image. The analysis of the numerical sequence data of the spectrumgram or the spectrum image, in other words, the characteristic evaluation of the mixture sample uses, for example, a known statistical method (multivariate analysis or the like) or an image engineering method with a predetermined apparatus. Or by a predetermined person using the statistical technique or vision (color vision).

前記電磁波信号のスペクトログラム(数値列データやスペクトログラム画像)及び/又はその解析結果は、混合物試料同士の類似性や相違性などを評価する指標として用いることができる。例えば、その属性区分が未設定である所定の種類の混合物については、該当する複数の混合物試料についてのスペクトログラム(数値列データやスペクトログラム画像)を解析することによって、その属性区分を設定することが可能となる。
また、同様に、その属性区分が所定の分類基準によって設定されている所定の種類の混合物については、新たな属性区分を設定(再設定)することができる。
さらに、前記電磁波信号のスペクトログラム(数値列データやスペクトログラム画像)は、属性が不明な混合物試料の属性を識別するために利用することもできる。このような混合物試料の属性識別について、第4の工程として以下に説明する。
The spectrogram (numerical string data or spectrogram image) of the electromagnetic wave signal and / or the analysis result thereof can be used as an index for evaluating the similarity or difference between the mixture samples. For example, for a given type of mixture whose attribute category is not set, the attribute category can be set by analyzing spectrograms (numerical string data and spectrogram images) of the corresponding mixture samples. It becomes.
Similarly, a new attribute category can be set (reset) for a mixture of a predetermined type whose attribute category is set according to a predetermined classification criterion.
Furthermore, the spectrogram (numerical string data or spectrogram image) of the electromagnetic wave signal can be used to identify the attribute of the mixture sample whose attribute is unknown. The attribute identification of such a mixture sample will be described below as a fourth step.

(4)第4の工程(属性が不明な混合物試料の属性識別)
本実施形態においても、前記第1、第2実施形態と同様、属性が不明な被検混合物試料の属性の識別は、当該被検混合物試料と同種で属性が決定されている既知混合物試料を用いて行う。具体的には、前記被検混合物試料についてのスペクトログラムと、前記既知混合物試料についてのスペクトログラム又はこれに基づく指標とを比較することによって、前記被検混合物試料の属性を識別する。以下、前記スペクトログラム画像を用いる場合と、前記スペクトログラムの数値列データを用いる場合とに分けて説明する。
(4) Fourth step (attribute identification of a mixture sample with unknown attributes)
Also in the present embodiment, as in the first and second embodiments, the identification of the attribute of the test mixture sample whose attribute is unknown uses a known mixture sample whose attribute is the same as that of the test mixture sample. Do it. Specifically, the attribute of the test mixture sample is identified by comparing the spectrogram for the test mixture sample with the spectrogram for the known mixture sample or an index based thereon. Hereinafter, the case where the spectrogram image is used and the case where the spectrogram numeric string data is used will be described separately.

(4−1)前記スペクトログラム画像を用いる場合
図11は、前記スペクトログラム画像を用いて前記被検混合物試料の属性を識別する処理を示すフローチャートである。
図11において、ステップS51は、図4のステップS11と同様である。すなわち、前記被検混合物試料及び少なくとも一つの前記既知混合物試料のそれぞれに由来する電磁波信号を取得する。
(4-1) When Using the Spectrogram Image FIG. 11 is a flowchart showing a process for identifying the attribute of the test mixture sample using the spectrogram image.
In FIG. 11, step S51 is the same as step S11 of FIG. That is, an electromagnetic wave signal derived from each of the test mixture sample and at least one known mixture sample is acquired.

ステップS52では、ステップS51で取得された各電磁波信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによってスペクトログラム(時間周波数表現)を算出し、各電磁波信号のスペクトログラム画像を作成する。すなわち、前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像及び少なくとも一つの前記既知混合物試料についてのスペクトログラム画像を作成する。このスペクトログラム画像の作成は、前記第2の工程と同様にして行われる。   In step S52, a spectrogram (time frequency expression) is calculated by repeating short-time frequency analysis over the entire electromagnetic wave signal acquired in step S51, and a spectrogram image of each electromagnetic wave signal is created. That is, a spectrogram image for the test mixture sample and a spectrogram image for at least one known mixture sample are created. The spectrogram image is created in the same manner as in the second step.

ステップS53では、ステップS52で作成された各スペクトログラム画像を比較して前記被検混合物試料の属性を識別する。具体的には、前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像が、少なくとも一つの前記既知混合物試料についてのスペクトログラム画像に類似するか又はいずれに最も類似するかを判断し、これによって前記被検混合物試料の属性を識別する。なお、前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像が、少なくとも一つの前記既知混合物試料についてのスペクトログラム画像のいずれにも類似しないと判断される場合には、前記被検混合物試料の属性を不明のままとする。   In step S53, the spectrogram images created in step S52 are compared to identify attributes of the test mixture sample. Specifically, it is determined whether the spectrogram image for the test mixture sample is similar to or most similar to the spectrogram image for the at least one known mixture sample, thereby Identify attributes. If it is determined that the spectrogram image for the test mixture sample is not similar to any of the spectrogram images for the at least one known mixture sample, the attribute of the test mixture sample remains unknown. To do.

ここで、少なくとも一つの前記既知混合物試料に対するステップS51、S52の処理は、本フローとは別に実施されてもよい。例えば、少なくとも一つの前記既知混合物試料についてのスペクトログラム画像を作成した後に、前記被検混合物試料に対してステップS51、S52の処理を実施して、ステップS53において前記被検混合物試料の属性を識別するようにしてもよい。   Here, the process of step S51, S52 with respect to at least one said known mixture sample may be implemented separately from this flow. For example, after creating a spectrogram image of at least one of the known mixture samples, the processing of steps S51 and S52 is performed on the test mixture sample, and the attributes of the test mixture sample are identified in step S53. You may do it.

また、ステップS53における前記被検混合物試料の属性の識別は、ヒトの視覚(色覚)又は所定の装置によって行われ得る。ヒトの視覚(色覚)によって行われる場合には、ステップS51で取得された各電磁波信号が信号処理装置1Cに入力され、信号処理装置1Cから出力される各スペクトログラム画像を、所定の人がその視覚(色覚)を用いて比較して前記被検混合物試料の属性を識別する。
一方、所定の装置によって行われる場合には、以下のような構成を有する混合物試料の属性を識別する装置(以下「属性識別装置」という)を製造し、当該属性識別装置が図11のステップS52、S53の処理を実施する。
In addition, the identification of the attribute of the test mixture sample in step S53 can be performed by human vision (color vision) or a predetermined device. When performed by human vision (color vision), each electromagnetic wave signal acquired in step S51 is input to the signal processing device 1C, and each spectrogram image output from the signal processing device 1C is displayed by a predetermined person. The attributes of the test mixture sample are identified by comparison using (color vision).
On the other hand, when it is performed by a predetermined apparatus, an apparatus for identifying the attribute of the mixture sample (hereinafter referred to as “attribute identification apparatus”) having the following configuration is manufactured, and the attribute identification apparatus is the step S52 in FIG. , S53 is performed.

なお、図11に示すフローチャートでは、前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像と、少なくとも一つの前記既知混合物試料についてのスペクトログラム画像とを比較しているが、前記少なくとも一つの前記既知混合物試料についてのスペクトログラム画像に代えて、これらに基づいて属性毎に作成された属性識別用画像を用いてもよい。   In the flowchart shown in FIG. 11, the spectrogram image for the test mixture sample is compared with the spectrogram image for at least one known mixture sample, but the spectrogram for the at least one known mixture sample is compared. Instead of an image, an attribute identification image created for each attribute based on these may be used.

図12は、前記スペクトログラム画像を用いて前記被検混合物試料の属性を識別する属性識別装置10Aの概略構成を示すブロック図である。
図12に示すように、属性識別装置10Aは、信号処理部11Aと、属性識別部12Aと、識別結果出力部13Aとを有する。
FIG. 12 is a block diagram showing a schematic configuration of an attribute identification device 10A for identifying attributes of the test mixture sample using the spectrogram image.
As illustrated in FIG. 12, the attribute identification device 10A includes a signal processing unit 11A, an attribute identification unit 12A, and an identification result output unit 13A.

信号処理部11Aは、上述の信号処理装置1Cと同様の機能を有し、図11のステップS52に相当する処理を実施する。すなわち、信号処理部11Aは、前記被検混合物試料及び少なくとも一つの前記既知混合物試料のそれぞれに由来する電磁波信号を入力し、入力された各電磁波信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって各電磁波信号のスペクトログラムを算出する。そして、信号処理部11Aは、前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像及び少なくとも一つの前記既知混合物試料についてのスペクトログラム画像をそれぞれ作成して属性識別部12Aに出力する。   The signal processing unit 11A has a function similar to that of the above-described signal processing device 1C, and performs processing corresponding to step S52 in FIG. That is, the signal processing unit 11A inputs an electromagnetic wave signal derived from each of the test mixture sample and the at least one known mixture sample, and repeats a short-time frequency analysis over each of the input electromagnetic wave signals. The spectrogram of the electromagnetic wave signal is calculated. Then, the signal processing unit 11A creates a spectrogram image for the test mixture sample and a spectrogram image for at least one known mixture sample, and outputs them to the attribute identification unit 12A.

属性識別部12Aは、例えば画像工学的手法を用いて、図11のステップS53に相当する処理を実施する。すなわち、属性識別部12Aは、前記記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像と、少なくとも一つの前記既知混合物試料についてのスペクトログラム画像とを比較して前記被検混合物試料の属性を識別し、識別結果を識別結果出力部13Aに出力する。前記識別結果には属性不明も含まれる。   The attribute identifying unit 12A performs a process corresponding to step S53 in FIG. 11 using, for example, an image engineering technique. That is, the attribute identification unit 12A compares the spectrogram image of the test mixture sample with the spectrogram image of at least one known mixture sample, identifies the attribute of the test mixture sample, and determines the identification result. It outputs to the identification result output part 13A. The identification result includes an unknown attribute.

識別結果出力部13Aは、属性識別部12Aによる前記識別結果を出力する。例えば、識別結果出力部13Aは、前記識別結果を図示省略の表示部に表示する。これにより、属性識別装置10Aの利用者は前記被検混合物試料の属性を把握することができる。   The identification result output unit 13A outputs the identification result obtained by the attribute identification unit 12A. For example, the identification result output unit 13A displays the identification result on a display unit (not shown). Thereby, the user of 10 A of attribute identification apparatuses can grasp | ascertain the attribute of the said test mixture sample.

(4−2)前記スペクトログラムの数値列データを用いる場合
図13は、前記スペクトログラムの数値列データを用いて前記被検混合物試料の属性を識別する処理を示すフローチャートである。
図13において、ステップS61では、前記被検混合物試料及び複数の前記既知混合物試料のそれぞれに由来する電磁波信号を取得する。この電磁波信号の取得は、前記第1の工程と同様にして行われる。
(4-2) When using the spectrogram numeric string data FIG. 13 is a flowchart showing a process of identifying attributes of the test mixture sample using the spectrogram numeric string data.
In FIG. 13, in step S61, an electromagnetic wave signal derived from each of the test mixture sample and the plurality of known mixture samples is acquired. The acquisition of the electromagnetic wave signal is performed in the same manner as in the first step.

ステップS62では、ステップS61で取得された各電磁波信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって各電磁波信号のスペクトログラム(時間周波数表現)を算出する。このスペクトログラムの算出は、前記第2の工程と同様にして行われる。これにより、前記被検混合物試料についてのスペクトログラムの数値列データ、及び、複数の前記既知混合物試料についてのスペクトログラムの数値列データを得る。   In step S62, the spectrogram (time frequency expression) of each electromagnetic wave signal is calculated by repeating the short-time frequency analysis over the entire electromagnetic wave signal acquired in step S61. The calculation of the spectrogram is performed in the same manner as in the second step. Thus, spectrogram value string data for the test mixture sample and spectrogram value string data for the plurality of known mixture samples are obtained.

ステップS63では、複数の前記既知混合物試料についてのスペクトログラムの数値列データに対して多変量解析を行い、複数の前記既知混合物試料についてのスペクトログラムの数値列データを、属性毎のデータ群に分離させるための合成変量を作成する。前記多変量解析は、例えば、主成分分析、PLS判別分析(PLS−DA)、SIMCA法、SVM(Support Vector Machine)法などである。   In step S63, a multivariate analysis is performed on the spectrogram value sequence data for the plurality of known mixture samples, and the spectrogram value sequence data for the plurality of known mixture samples is separated into data groups for each attribute. Create a composite variable for. Examples of the multivariate analysis include principal component analysis, PLS discriminant analysis (PLS-DA), SIMCA method, and SVM (Support Vector Machine) method.

ステップS64では、複数の前記既知混合物試料のそれぞれについての特徴量、すなわち、前記スペクトログラムの数値列データの合成変量値(スコア)を算出する。   In step S64, a characteristic amount for each of the plurality of known mixture samples, that is, a composite variable value (score) of the numerical sequence data of the spectrogram is calculated.

ステップS65では、複数の前記既知混合物試料ついての特徴量に基づいて属性識別用指標を設定する。具体的には、ステップS64で算出された複数の前記既知混合物試料のそれぞれについての特徴量(合成変量値)を属性毎にグループ化し、グループ化された属性毎の前記既知混合物試料についての特徴量(合成変量値)に基づいて前記属性識別用指標を設定する。前記属性識別用指標は、属性毎に所定の範囲を有して設定される。前記属性識別用指標のそれぞれには、同じ属性の前記既知混合物試料が有する共通の特徴、すなわち、各属性に対応する特徴及び/又は各属性を代表する特徴が含まれる。
ここで、前記属性識別用指標は、数値であってもよいし、図や表で示されたものであってもよい。
In step S65, an attribute identification index is set based on the feature quantities of the plurality of known mixture samples. Specifically, the feature amounts (synthetic variable values) for each of the plurality of known mixture samples calculated in step S64 are grouped for each attribute, and the feature amounts for the known mixture sample for each grouped attribute are grouped. The attribute identification index is set based on (combined variable value). The attribute identification index is set with a predetermined range for each attribute. Each of the attribute identification indicators includes a common feature of the known mixture sample having the same attribute, that is, a feature corresponding to each attribute and / or a feature representing each attribute.
Here, the attribute identification index may be a numerical value or a figure or table.

ステップS66では、前記被検混合物試料についての特徴量、すなわち、前記スペクトログラムの数値列データの合成変量値を算出する。   In step S66, a characteristic amount of the test mixture sample, that is, a composite variable value of the numerical sequence data of the spectrogram is calculated.

ステップS67では、ステップS66で算出された前記被検混合物試料についての特徴量(合成変量値)と、ステップS65で設定された前記属性識別用指標とを比較して前記被検混合物試料の属性を識別する。具体的には、前記被検混合物試料についての合成変量値が、属性毎に設定された前記属性識別用指標のいずれに該当するか(含まれるか)を判断して前記被検混合物試料の属性を識別する。なお、前記被検混合物試料についての合成変量値が、前記属性識別用指標のいずれにも該当しない(含まれない)場合には、前記被検混合物試料の属性を不明とする。また、このステップS63における前記被検混合物試料の属性の識別は、図11のステップS53と同様に、所定の人や所定の装置によって行われ得る。   In step S67, the feature amount (synthetic variable value) for the sample mixture sample calculated in step S66 is compared with the attribute identification index set in step S65 to determine the attribute of the sample mixture sample. Identify. Specifically, it is determined whether the synthetic variable value for the test mixture sample corresponds to (includes) the attribute identification index set for each attribute, and the attribute of the test mixture sample Identify In addition, when the synthetic variable value about the said test mixture sample does not correspond to any of the said attribute identification parameter | index (it is not contained), the attribute of the said test mixture sample is made into unknown. Moreover, the identification of the attribute of the test mixture sample in step S63 can be performed by a predetermined person or a predetermined apparatus, similarly to step S53 of FIG.

ここで、複数の前記既知混合物試料に対するステップS61、S62の処理及びステップS63〜S65の処理は、本フローとは別に実施されるものであってもよい。例えば、前記属性識別用指標が設定された後に、前記被検混合物試料についてステップS61、S62、及びS66の処理を実施して、ステップS67において前記被検混合物試料の属性を識別するようにしてもよい。   Here, the processes in steps S61 and S62 and the processes in steps S63 to S65 for the plurality of known mixture samples may be performed separately from the present flow. For example, after the attribute identification index is set, the processing of steps S61, S62, and S66 is performed on the test mixture sample, and the attributes of the test mixture sample are identified in step S67. Good.

図14は、前記スペクトログラムの数値列データを用いて前記被検混合物試料の属性を識別する属性識別装置10Bの概略構成を示すブロック図である。この属性識別装置10Bは、図13のステップS62〜S67の処理を実施する。
図14に示すように、属性識別装置10Bは、信号処理部11Bと、指標設定部20Bと、属性識別部12Bと、識別結果出力部13Bとを有する。
FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of an attribute identification device 10B that identifies the attribute of the test mixture sample using the numerical string data of the spectrogram. The attribute identification device 10B performs the processes of steps S62 to S67 in FIG.
As shown in FIG. 14, the attribute identification device 10B includes a signal processing unit 11B, an index setting unit 20B, an attribute identification unit 12B, and an identification result output unit 13B.

信号処理部11Bは、上述の信号処理装置1Cと同様の機能を有し、図13のステップS62に相当する処理を実施する。すなわち、信号処理部11Bは、前記被検混合物試料及び複数の前記既知混合物試料のそれぞれに由来する電磁波信号を入力し、入力された各電磁波信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって各電磁波信号のスペクトログラムを算出する。そして、信号処理部11Bは、複数の前記既知混合物試料についてのスペクトログラムの数値列データを指標設定部20Bに出力し、前記被検混合物試料についてのスペクトログラムの数値列データを属性識別部12Bに出力する。   The signal processing unit 11B has a function similar to that of the above-described signal processing device 1C, and performs processing corresponding to step S62 in FIG. That is, the signal processing unit 11B inputs the electromagnetic wave signal derived from each of the test mixture sample and the plurality of known mixture samples, and repeats the short-time frequency analysis over the entire input electromagnetic wave signal to repeat each electromagnetic wave. Calculate the spectrogram of the signal. Then, the signal processing unit 11B outputs spectrogram value sequence data for the plurality of known mixture samples to the index setting unit 20B, and outputs spectrogram value sequence data for the test mixture sample to the attribute identification unit 12B. .

指標設定部20Bは、図13のステップS63〜S65に相当する処理を実施する。すなわち、指標設定部20Bは、入力された複数の前記既知混合物試料についてのスペクトログラムの数値列データに対して多変量解析を行って前記合成変量を作成し、複数の前記既知混合物試料のそれぞれについての特徴量(合成変量値)を算出する。そして、指標設定部20Bは、算出された複数の前記既知混合物試料のそれぞれについての特徴量(合成変量値)を属性毎にグループ化し、グループ化された属性毎の前記既知混合物試料についての特徴量(合成変量値)に基づいて前記属性識別用指標を設定する。指標設定部20Bは、作成された前記合成変量及び設定された前記属性識別用指標を属性識別部12Bに出力する。   The index setting unit 20B performs a process corresponding to steps S63 to S65 in FIG. That is, the index setting unit 20B performs multivariate analysis on the spectrogram value sequence data of the plurality of input mixture samples, and creates the composite variable, and each of the plurality of known mixture samples. A feature amount (composite variable value) is calculated. Then, the index setting unit 20B groups the calculated feature values (synthetic variable values) for each of the plurality of known mixture samples for each attribute, and the feature values for the known mixture sample for each grouped attribute. The attribute identification index is set based on (combined variable value). The index setting unit 20B outputs the created composite variable and the set attribute identification index to the attribute identification unit 12B.

属性識別部12Bは、図13のステップテップS66及びS67に相当する処理を実施する。すなわち、属性識別部12Bは、前記被検混合物試料についてのスペクトログラムの数値列データの特徴量(合成変量値)を算出し、算出した特徴量(合成変量値)と前記属性識別用指標とを比較して前記被検混合物試料の属性を識別する。そして、属性識別部12Bは、識別結果を識別結果出力部13Bに出力する。なお、前記識別結果には属性不明も含まれる。   The attribute identification unit 12B performs processing corresponding to steps S66 and S67 of FIG. That is, the attribute identification unit 12B calculates a feature amount (synthetic variable value) of the numerical sequence data of the spectrogram for the test mixture sample, and compares the calculated feature amount (synthetic variable value) with the attribute identification index. Then, the attribute of the test mixture sample is identified. Then, the attribute identification unit 12B outputs the identification result to the identification result output unit 13B. The identification result includes unknown attributes.

識別結果出力部13Bは、属性識別部12Bによる前記識別結果を出力する。例えば、出力部13Bは、前記識別結果を図示省略の前記表示部に表示する。これにより、属性識別装置10Bの利用者は前記被検混合物試料の属性を把握することができる。   The identification result output unit 13B outputs the identification result obtained by the attribute identification unit 12B. For example, the output unit 13B displays the identification result on the display unit (not shown). Thereby, the user of the attribute identification device 10B can grasp the attribute of the test mixture sample.

ここで、指標設定部20Bは、属性識別装置10Bとは別体で構成されてもよい。この場合、属性識別装置10B(属性識別部12B)は、前記被検混合物試料の属性の識別を実施する際に又は事前に、指標設定部20Bから前記合成変量及び前記属性識別用指標を入力するように構成される。   Here, the index setting unit 20B may be configured separately from the attribute identification device 10B. In this case, the attribute identification device 10B (attribute identification unit 12B) inputs the synthetic variable and the attribute identification index from the index setting unit 20B when identifying the attribute of the test mixture sample or in advance. Configured as follows.

<第4実施形態>
第4実施形態では、混合物試料から当該混合物試料に由来する電磁波信号を取得し、取得された電磁波信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムからその各周波数成分についてその減衰特性を示す時定数をさらに算出し、算出された各周波数成分の時定数に基づいて前記混合物試料の特性を評価する。
これにより、第4実施形態においても、前記第3実施形態と同様に、混合物試料に由来する電磁波信号に含まれる、「複雑・不均質な混合物」の構造・機能に関する情報を網羅的に解析することができる。また、「複雑・不均質な混合物」の特性評価(特性解析)において著しい精度向上が期待できる。
<Fourth embodiment>
In the fourth embodiment, an electromagnetic wave signal derived from the mixture sample is acquired from the mixture sample, a spectrogram of the acquired electromagnetic wave signal is calculated, and a time constant indicating an attenuation characteristic of each frequency component is calculated from the calculated spectrogram. Further, the characteristics of the mixture sample are evaluated based on the calculated time constant of each frequency component.
As a result, in the fourth embodiment as well, as in the third embodiment, the information on the structure and function of the “complex / heterogeneous mixture” included in the electromagnetic wave signal derived from the mixture sample is comprehensively analyzed. be able to. In addition, a significant improvement in accuracy can be expected in the characteristic evaluation (characteristic analysis) of the “complex / heterogeneous mixture”.

第4実施形態では、以下の工程にしたがって混合物試料の特性を評価する。
(1)第1の工程(混合物試料に由来する電磁波信号の取得)
前記第1〜第3実施形態における第1の工程と同様である。
In 4th Embodiment, the characteristic of a mixture sample is evaluated according to the following processes.
(1) First step (acquisition of electromagnetic wave signal derived from the mixture sample)
This is the same as the first step in the first to third embodiments.

(2)第2の工程(混合物資料に由来する電磁波信号の処理)
第1の工程で取得(保存)した電磁波信号(RAW信号)の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによってスペクトログラム(時間周波数表現)を算出する。この点は、前記第3実施形態の第2の工程と同様である。但し、第4実施形態では、算出されたスペクトログラムから各周波数成分についてその減衰特性を示す時定数τをさらに算出する。時定数τは、各周波数成分の信号強度(振幅)の減少の度合いを表すものであり、周波数成分/時定数グラフ(例えば、ヒストグラム)や数値列データ(例えば、1次元配列)として出力することができる。
(2) Second step (processing of electromagnetic wave signal derived from mixture material)
A spectrogram (time frequency expression) is calculated by repeating short-time frequency analysis over the entire electromagnetic wave signal (RAW signal) acquired (saved) in the first step. This point is the same as the second step of the third embodiment. However, in the fourth embodiment, a time constant τ indicating the attenuation characteristic of each frequency component is further calculated from the calculated spectrogram. The time constant τ represents the degree of decrease in signal intensity (amplitude) of each frequency component, and is output as a frequency component / time constant graph (for example, a histogram) or numerical string data (for example, a one-dimensional array). Can do.

本実施形態において、前記電磁波信号の処理(各周波数成分の減衰特性(時定数)の算出処理)は、信号処理装置1Dによって実施される。
図15は、信号処理装置1Dの概略構成を示すブロック図である。
図15に示すように、信号処理装置1Dは、処理部2Dと、出力部3Dとを有する。
処理部2Dは、前記混合物試料に由来する電磁波信号を入力し、入力された電磁波信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことにより前記電磁波信号のスペクトログラム(前記混合物試料についてのスペクトログラム)を算出する。さらに、処理部2Dは、算出された前記スペクトログラムから各周波数成分についてその減衰特性を示す時定数を算出する。
出力部3Dは、算出された時定数の数値列データ及び算出された時定数から作成された周波数成分/時定数グラフの少なくとも一方を出力する。
In the present embodiment, processing of the electromagnetic wave signal (processing for calculating attenuation characteristics (time constant) of each frequency component) is performed by the signal processing device 1D.
FIG. 15 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the signal processing device 1D.
As illustrated in FIG. 15, the signal processing device 1D includes a processing unit 2D and an output unit 3D.
The processing unit 2D inputs an electromagnetic wave signal derived from the mixture sample, and calculates a spectrogram of the electromagnetic wave signal (a spectrogram of the mixture sample) by repeating short-time frequency analysis over the entire input electromagnetic wave signal. Further, the processing unit 2D calculates a time constant indicating the attenuation characteristic of each frequency component from the calculated spectrogram.
The output unit 3D outputs at least one of numerical sequence data of the calculated time constant and a frequency component / time constant graph created from the calculated time constant.

図16は、信号処理装置1Dが実施する処理(前記減衰特性値(時定数τ)の算出処理)の一例を示すフローチャートである。
信号処理部1Dは、図13のステップS61〜S66の処理と同様にして、入力された各電磁波信号のスペクトログラムを算出した後、算出された各スペクトログラムの各周波数成分に対して図16に示す処理を実施する。
FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of processing (calculation processing of the attenuation characteristic value (time constant τ)) performed by the signal processing device 1D.
The signal processing unit 1D calculates the spectrogram of each input electromagnetic wave signal in the same manner as the processing in steps S61 to S66 of FIG. 13, and then performs the processing shown in FIG. 16 for each frequency component of each calculated spectrogram. To implement.

信号の減衰特性は、次式(1)で表される(α:初期振幅、τ:時定数)。
f(t)=αe−t/τ・・・(1)
両辺の対数をとると、次式(2)が得られる。
logf(t)=−(1/τ)t+logα・・・(2)
そこで、信号処理部1Dは、前記スペクトログラムの各周波数成分を式(2)の右辺のとおり対数に変換し(ステップS71)、最小二乗法によってその時系列サンプルを最も近似する回帰直線を推定し(ステップS72)、その回帰直線の傾きから時定数τを算出して、保存用の一次元配列に格納する(ステップS73)。
Signal attenuation characteristics are expressed by the following equation (1) (α: initial amplitude, τ: time constant).
f (t) = αe− t / τ (1)
Taking the logarithm of both sides, the following equation (2) is obtained.
logf (t) = − (1 / τ) t + logα (2)
Therefore, the signal processing unit 1D converts each frequency component of the spectrogram into a logarithm as shown on the right side of the equation (2) (step S71), and estimates a regression line that most closely approximates the time series sample by the least square method (step S71). S72) A time constant τ is calculated from the slope of the regression line and stored in a one-dimensional array for storage (step S73).

そして、信号処理装置1Dは、算出された各周波数成分の時定数τの数値列データを出力する場合には、時定数τを格納した前記一次元配列をバイナリデータやアスキーデータ(例えば、CSV形式)として出力する(ステップS74)。
一方、信号処理装置1Dは、算出された各周波数成分の時定数τを画像として出力する場合には、周波数成分/時定数グラフ(例えば、ヒストグラム)を作成する(ステップS75)。
When the signal processing apparatus 1D outputs the numerical string data of the calculated time constant τ of each frequency component, the one-dimensional array storing the time constant τ is converted into binary data or ASCII data (for example, CSV format). ) (Step S74).
On the other hand, when outputting the calculated time constant τ of each frequency component as an image, the signal processing device 1D creates a frequency component / time constant graph (for example, a histogram) (step S75).

(3)第3の工程(混合物試料の特性評価)
信号処理装置1Dから出力される前記スペクトログラムの各周波数成分の時定数τの数値列データや周波数成分/時定数グラフは、前記第3実施形態における前記スペクトログラムの数値列データやスペクトログラム画像と同様、前記混合物試料の特性を精度よく示す情報となり得る。したがって、前記各周波数成分の数値列データや前記周波数成分/時定数グラフを解析することによって、前記第3実施形態と同様、前記混合物試料の特性を評価することが可能である。
(3) Third step (characteristic evaluation of the mixture sample)
The numerical sequence data and frequency component / time constant graph of the time constant τ of each frequency component of the spectrogram output from the signal processing device 1D are the same as the numerical sequence data and spectrogram image of the spectrogram in the third embodiment. This can be information that accurately indicates the characteristics of the mixture sample. Therefore, by analyzing the numerical string data of each frequency component and the frequency component / time constant graph, it is possible to evaluate the characteristics of the mixture sample as in the third embodiment.

すなわち、前記各周波数成分の時定数τの数値列データや前記周波数成分/時定数グラフは、例えば、混合物試料同士の類似性や相違性などを評価する指標として用いることができ、混合物の属性区分を設定(又は再設定)することを可能とし、属性が不明な混合物試料の属性を識別するために利用され得る。   That is, the numerical sequence data of the time constant τ of each frequency component and the frequency component / time constant graph can be used, for example, as an index for evaluating the similarity or difference between the mixture samples. Can be set (or reset) and can be used to identify attributes of mixture samples with unknown attributes.

(4)第4の工程(属性が不明な混合物試料の属性識別)
本実施形態においても、前記第1〜第3実施形態と同様、属性が不明な被検混合物試料の属性を、当該被検混合物試料と同種で属性が決定されている既知混合物試料を用いて識別することができる。具体的には、前記被検混合物試料についてのスペクトログラムから算出される各周波数成分の時定数と、前記既知混合物試料についてのスペクトログラムから算出される各周波数成分の時定数とを比較することによって、前記被検混合物試料の属性を識別することができる。以下、前記周波数成分/時定数グラフを用いる場合と、前記各周波数成分の時定数の数値列データを用いる場合とに分けて説明する。
(4) Fourth step (attribute identification of a mixture sample with unknown attributes)
Also in the present embodiment, as in the first to third embodiments, the attribute of the test mixture sample whose attribute is unknown is identified using a known mixture sample whose attribute is determined in the same type as the test mixture sample. can do. Specifically, by comparing the time constant of each frequency component calculated from the spectrogram for the test mixture sample with the time constant of each frequency component calculated from the spectrogram for the known mixture sample, The attributes of the test mixture sample can be identified. Hereinafter, the case where the frequency component / time constant graph is used and the case where numerical sequence data of the time constant of each frequency component are used will be described.

(4−1)前記周波数成分/時定数グラフを用いる場合
図17は、前記周波数成分/時定数グラフを用いて前記被検混合物試料の属性を識別する処理を示すフローチャートである。
図17において、ステップS81は、図4のステップS11の処理と同様である。
ステップS82では、ステップS81で取得された各電磁波信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって各電磁波信号のスペクトログラム(時間周波数表現)を算出する。
(4-1) Using Frequency Component / Time Constant Graph FIG. 17 is a flowchart showing processing for identifying attributes of the test mixture sample using the frequency component / time constant graph.
In FIG. 17, step S81 is the same as the process of step S11 of FIG.
In step S82, the spectrogram (time frequency expression) of each electromagnetic wave signal is calculated by repeating short-time frequency analysis over the entire electromagnetic wave signal acquired in step S81.

ステップS83では、ステップS82で算出された各スペクトログラムについて、その各周波数成分の時定数τ(減衰特性)を算出して周波数成分/時定数グラフを作成する。すなわち、前記被検混合物試料についての周波数成分/時定数グラフ及び少なくとも一つの前記既知混合物試料についての周波数成分/時定数グラフを作成する。この周波数成分/時定数フラグの作成は、前記第2の工程と同様にして行われる。   In step S83, for each spectrogram calculated in step S82, a time constant τ (attenuation characteristic) of each frequency component is calculated to create a frequency component / time constant graph. That is, a frequency component / time constant graph for the test mixture sample and a frequency component / time constant graph for at least one known mixture sample are created. The creation of the frequency component / time constant flag is performed in the same manner as in the second step.

ステップS84では、ステップS83で作成された各周波数成分/時定数グラフを比較して前記被検混合物試料の属性を識別する。具体的には、前記被検混合物試料についての周波数成分/時定数グラフが、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての周波数成分/時定数グラフに類似するか又はいずれに最も類似するかを判断して前記被検混合物試料の属性を識別する。前記被検混合物試料についての周波数成分/時定数グラフが、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての周波数成分/時定数グラフのいずれにも類似しないと判断される場合には、前記被検混合物試料の属性を不明のままとする。   In step S84, the frequency component / time constant graph created in step S83 is compared to identify the attribute of the test mixture sample. Specifically, it is determined whether the frequency component / time constant graph for the test mixture sample is similar to or most similar to the frequency component / time constant graph for at least one known mixture sample. Identify attributes of the test mixture sample. If it is determined that the frequency component / time constant graph for the test mixture sample is not similar to any of the frequency component / time constant graphs for at least one of the known mixture samples, Leave the attribute unknown.

ここで、少なくとも一つの前記既知混合物試料に対するステップS81〜S83の処理は、本フローとは別に実施されてもよい。例えば、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての周波数成分/時定数グラフが作成された後に、前記被検混合物試料についてステップS81〜S83の処理を実施して、ステップS84において前記被検混合物試料の属性を識別するようにしてもよい。   Here, the processing of steps S81 to S83 for at least one of the known mixture samples may be performed separately from the present flow. For example, after the frequency component / time constant graph for at least one of the known mixture samples is created, the processing of steps S81 to S83 is performed on the test mixture sample, and the attributes of the test mixture sample in step S84 May be identified.

また、ステップS84における前記被検混合物試料の属性の識別は、ヒトの視覚(色覚)又は所定の装置によって行われ得る。ヒトの視覚(色覚)又は所定の装置によって行われる。ヒトの視覚(色覚)によって行われる場合には、ステップS81で取得された各電磁波信号が信号処理装置1Dに入力され、信号処理装置1Dから出力される各周波数成分/時定数グラフを、所定の人がその視覚(色覚)を用いて比較して前記被検混合物試料の属性を識別する。
一方、所定の装置によって行われる場合には、以下のような構成を有する属性識別装置を製造し、当該属性識別装置が図17のステップS82〜S84の処理を実施する。
In addition, the attribute of the test mixture sample in step S84 can be identified by human vision (color vision) or a predetermined device. It is performed by human vision (color vision) or a predetermined device. When performed by human vision (color vision), each electromagnetic wave signal acquired in step S81 is input to the signal processing device 1D, and each frequency component / time constant graph output from the signal processing device 1D is displayed as a predetermined graph. A human uses the vision (color vision) to compare and identify the attributes of the test mixture sample.
On the other hand, when it is performed by a predetermined device, an attribute identification device having the following configuration is manufactured, and the attribute identification device performs the processing of steps S82 to S84 in FIG.

なお、図17に示すフローチャートでは、前記被検混合物試料についての周波数成分/時定数グラフと、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての周波数成分/時定数グラフとを比較しているが、前記少なくとも一つの前記既知混合物試料についての周波数成分/時定数グラフに代えて、これらに基づいて属性毎に作成された属性識別用グラフを用いてもよい。   In the flowchart shown in FIG. 17, the frequency component / time constant graph for the test mixture sample is compared with the frequency component / time constant graph for at least one known mixture sample. Instead of the frequency component / time constant graph for the two known mixture samples, an attribute identification graph created for each attribute based on these may be used.

図18は、前記周波数成分/時定数グラフを用いて前記被検混合物試料の属性を識別する属性識別装置10Cの概略構成を示すブロック図である。
図18に示すように、属性識別装置10Cは、信号処理部11Cと、属性識別部12Cと、識別結果出力部13Cとを有する。
FIG. 18 is a block diagram showing a schematic configuration of an attribute identification device 10C for identifying attributes of the test mixture sample using the frequency component / time constant graph.
As illustrated in FIG. 18, the attribute identification device 10C includes a signal processing unit 11C, an attribute identification unit 12C, and an identification result output unit 13C.

信号処理部11Cは、上述の信号処理装置1Dと同様の機能を有し、図17のステップS82及びS83に相当する処理を実施する。すなわち、信号処理部11Cは、前記被検混合物試料及び少なくとも一つの前記既知混合物試料のそれぞれに由来する電磁波信号を入力し、入力された各電磁波信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって当該各電磁波信号のスペクトログラムを算出し、算出された前記スペクトログラムの各周波数成分の時定数(減衰特性)を算出する。そして、信号処理部11Bは、前記被検混合物試料についての周波数成分/時定数グラフ及び少なくとも一つの前記既知混合物試料についての周波数成分/時定数グラフを作成して属性識別部12Cに出力する。   The signal processing unit 11C has a function similar to that of the above-described signal processing device 1D, and performs processing corresponding to steps S82 and S83 in FIG. That is, the signal processing unit 11C inputs the electromagnetic wave signal derived from each of the test mixture sample and the at least one known mixture sample, and repeats the frequency analysis for a short time over the entire input electromagnetic wave signal. A spectrogram of each electromagnetic wave signal is calculated, and a time constant (attenuation characteristic) of each frequency component of the calculated spectrogram is calculated. Then, the signal processing unit 11B creates a frequency component / time constant graph for the test mixture sample and a frequency component / time constant graph for at least one known mixture sample, and outputs them to the attribute identification unit 12C.

属性識別部12Cは、例えば画像工学的手法を用いて、図17のステップS84に相当する処理を実施する。すなわち、属性識別部12Cは、前記記被検混合物試料についての周波数成分/時定数グラフと、少なくとも一つの前記既知混合物試料についての周波数成分/時定数グラフとを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別し、識別結果を識別結果出力部13Cに出力する。なお、前記識別結果には属性不明も含まれる。   The attribute identifying unit 12C performs a process corresponding to step S84 in FIG. 17 using, for example, an image engineering technique. That is, the attribute identification unit 12C compares the frequency component / time constant graph for the test mixture sample with the frequency component / time constant graph for at least one known mixture sample, and And the identification result is output to the identification result output unit 13C. The identification result includes unknown attributes.

識別結果出力部13Cは、属性識別部12Cによる識別結果を出力する。例えば、出力部13Bは、前記識別結果を図示省略の表示部に表示する。これにより、属性識別装置10Cの利用者は前記被検混合物試料の属性を把握することができる。   The identification result output unit 13C outputs the identification result obtained by the attribute identification unit 12C. For example, the output unit 13B displays the identification result on a display unit (not shown). Thereby, the user of the attribute identification device 10C can grasp the attribute of the test mixture sample.

(4−2)前記各周波数成分の時定数の数値列データを用いる場合
図19は、前記各周波数成分の時定数の数値列データを用いて前記被検混合物試料の属性を識別する処理を示すフローチャートである。
図19において、ステップS91、S92は、図13のステップS61、S62の処理と同様である。すなわち、前記被検混合物試料及び複数の前記既知混合物試料のそれぞれに由来する電磁波信号を取得し、取得された各電磁波信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって当該各電磁波信号のスペクトログラム(時間周波数表現)を算出する。
(4-2) When using the numerical sequence data of the time constant of each frequency component FIG. 19 shows the process of identifying the attribute of the test mixture sample using the numerical sequence data of the time constant of each frequency component It is a flowchart.
In FIG. 19, steps S91 and S92 are the same as the processes of steps S61 and S62 of FIG. That is, an electromagnetic wave signal derived from each of the test mixture sample and the plurality of known mixture samples is acquired, and a spectrogram (time) of each electromagnetic wave signal is obtained by repeating short-time frequency analysis over the entire acquired electromagnetic wave signals. Frequency expression).

ステップS93では、ステップS92で算出された各スペクトログラムについて、その各周波数成分の時定数τ(減衰特性)を算出する(前記第2の工程を参照)。
これにより、前記被検混合物試料についての前記各周波数成分の時定数の数値列データ、及び、複数の前記既知混合物試料のそれぞれについての前記各周波数成分の時定数の数値列データを得ることができる。
In step S93, for each spectrogram calculated in step S92, a time constant τ (attenuation characteristic) of each frequency component is calculated (see the second step).
As a result, it is possible to obtain the numerical sequence data of the time constant of each frequency component for the test mixture sample and the numerical sequence data of the time constant of each frequency component for each of the plurality of known mixture samples. .

ステップS94では、複数の前記既知混合物試料についての前記各周波数成分の時定数の数値列データに対して多変量解析を行い、複数の前記既知混合物試料についての前記各周波数成分の時定数の数値列データを、属性毎のデータ群に分離させるための合成変量を作成する。   In step S94, multivariate analysis is performed on the numerical sequence data of the time constants of the frequency components for the plurality of known mixture samples, and the numerical sequences of the time constants of the frequency components for the plurality of known mixture samples. Create a composite variable to separate the data into data groups for each attribute.

ステップS95では、複数の前記既知混合物試料のそれぞれについての特徴量、すなわち、前記各周波数成分の時定数の数値列データの合成変量値(スコア)を算出する。   In step S95, a feature value for each of the plurality of known mixture samples, that is, a composite variable value (score) of the numerical value string data of the time constant of each frequency component is calculated.

ステップS96では、複数の前記既知混合物試料ついての特徴量(合成変量値)に基づいて属性識別用指標を設定する。具体的には、ステップS95で算出された複数の前記既知混合物試料のそれぞれについて特徴量(合成変量値)を属性毎にグループ化し、グループ化された属性毎の前記既知混合物試料についての特徴量(合成変量値)に基づいて前記属性識別用指標を設定する。前記属性識別用指標は、属性毎に所定の範囲を有して設定される。なお、ステップS96で設定される前記属性識別用指標は、数値であってもよいし、図や表で示されたものであってもよい。   In step S96, an attribute identification index is set based on the feature amount (synthetic variable value) for the plurality of known mixture samples. Specifically, feature quantities (synthetic variable values) for each of the plurality of known mixture samples calculated in step S95 are grouped for each attribute, and feature quantities for the known mixture samples for each grouped attribute ( The attribute identification index is set based on the composite variable value). The attribute identification index is set with a predetermined range for each attribute. Note that the attribute identification index set in step S96 may be a numerical value or a figure or table.

ステップS97では、前記被検混合物試料についての特徴量、すなわち、前記各周波数成分の時定数の数値列データの合成変量値を算出する。   In step S97, the characteristic amount of the test mixture sample, that is, the composite variable value of the numerical sequence data of the time constant of each frequency component is calculated.

ステップS98では、ステップS97で算出された前記被検混合物試料についての特徴量(合成変量値)と、ステップS96で設定された前記属性識別用指標とを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別する。具体的には、前記被検混合物試料についての合成変量値が、属性毎に設定された前記属性識別用指標のいずれに該当するか(含まれるか)を判断して前記被検混合物試料の属性を識別する。なお、前記被検混合物試料についての合成変量値が、前記属性識別用指標のいずれにも該当しない(含まれない)場合には、前記被検混合物試料の属性を不明とする。また、このステップS98における前記被検混合物試料の属性の識別は、図17のステップS84と同様に、所定の人や所定の装置によって行われ得る。   In step S98, the feature amount (synthetic variable value) for the test mixture sample calculated in step S97 is compared with the attribute identification index set in step S96, and the attribute of the test mixture sample is compared. Identify. Specifically, it is determined whether the synthetic variable value for the test mixture sample corresponds to (includes) the attribute identification index set for each attribute, and the attribute of the test mixture sample Identify In addition, when the synthetic variable value about the said test mixture sample does not correspond to any of the said attribute identification parameter | index (it is not contained), the attribute of the said test mixture sample is made into unknown. Moreover, the identification of the attribute of the test mixture sample in this step S98 can be performed by a predetermined person or a predetermined apparatus as in step S84 of FIG.

ここで、複数の前記既知混合物試料のそれぞれについてのステップS91〜S93の処理、及び、ステップS94〜S96の処理は、本フローとは別に実施されてもよい。例えば、前記属性識別用指標が設定された後に、前記被検混合物試料についてステップS91〜S93、S97の処理を実施して、ステップS98において前記被検混合物試料の属性を識別するようにしてもよい。   Here, the processes of steps S91 to S93 and the processes of steps S94 to S96 for each of the plurality of known mixture samples may be performed separately from the present flow. For example, after the attribute identification index is set, the processing of steps S91 to S93 and S97 may be performed on the test mixture sample, and the attributes of the test mixture sample may be identified in step S98. .

図20は、前記各周波数成分の時定数の数値列データを用いて前記被検混合物試料の属性を識別する属性識別装置10Dの概略構成を示すブロック図である。この属性識別装置10Dは、図19のステップS92〜S98の処理を実施する。
図20に示すように、属性識別装置10Dは、信号処理部11Dと、指標設定部20Dと、属性識別部12Dと、識別結果出力部13Dとを有する。
FIG. 20 is a block diagram showing a schematic configuration of an attribute identification device 10D for identifying attributes of the test mixture sample by using numerical sequence data of time constants of the frequency components. The attribute identification device 10D performs the processes of steps S92 to S98 in FIG.
As illustrated in FIG. 20, the attribute identification device 10D includes a signal processing unit 11D, an index setting unit 20D, an attribute identification unit 12D, and an identification result output unit 13D.

信号処理部11Dは、上述の信号処理装置1Dと同様の機能を有し、図19のステップS92及びS93に相当する処理を実施する。すなわち、信号処理部11Dは、前記被検混合物試料及び複数の前記既知混合物試料のそれぞれに由来する電磁波信号を入力し、入力された各電磁波信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって当該各電磁波信号のスペクトログラムを算出し、算出された前記スペクトログラムの各周波数成分の時定数(減衰特性)を算出する。そして、信号処理部11Dは、複数の前記既知混合物試料についての前記各周波数成分の時定数の数値列データを指標設定部20Dに出力する一方、前記被検混合物試料についての前記各周波数成分の時定数の数値列データを属性識別部12Dに出力する。   The signal processing unit 11D has a function similar to that of the above-described signal processing device 1D, and performs processing corresponding to steps S92 and S93 in FIG. That is, the signal processing unit 11D receives the electromagnetic wave signal derived from each of the test mixture sample and the plurality of known mixture samples, and repeats the frequency analysis for a short time throughout the input electromagnetic wave signals. A spectrogram of the electromagnetic wave signal is calculated, and a time constant (attenuation characteristic) of each frequency component of the calculated spectrogram is calculated. Then, the signal processing unit 11D outputs, to the index setting unit 20D, the numerical sequence data of the time constant of each frequency component for a plurality of the known mixture samples, while the time of each frequency component for the test mixture sample. The constant numeric string data is output to the attribute identification unit 12D.

指標設定部20Dは、図19のステップS94〜S96に相当する処理を実施する。すなわち、指標設定部20Dは、入力された複数の前記既知混合物試料についての前記各周波数成分の時定数の数値列データに対して多変量解析を行って前記合成変量を作成し、複数の前記既知混合物試料のそれぞれについての前記各周波数成分の時定数の数値列データの特徴量(合成変量値)を算出する。そして、指標設定部20Dは、算出された特徴量(合成変量値)を属性毎にグループ化して、グループ化された属性毎の前記既知混合物試料についての特徴量(合成変量値)に基づいて前記属性識別用指標を設定する。指標設定部20Dは、前記合成変量及び前記属性識別用指標を属性識別部12Dに出力する。   The index setting unit 20D performs processing corresponding to steps S94 to S96 in FIG. That is, the index setting unit 20D performs the multivariate analysis on the numerical sequence data of the time constants of the frequency components for the plurality of input mixture samples, and generates the composite variable, The feature amount (synthetic variable value) of the numerical sequence data of the time constant of each frequency component for each of the mixture samples is calculated. Then, the index setting unit 20D groups the calculated feature values (synthetic variable values) for each attribute, and based on the feature values (synthetic variable values) for the known mixture sample for each grouped attribute. Set an index for attribute identification. The index setting unit 20D outputs the composite variable and the attribute identification index to the attribute identification unit 12D.

属性識別部12Dは、図19のステップテップS97及びS98に相当する処理を実施する。すなわち、属性識別部12Dは、前記被検混合物試料についての前記各周波数成分の時定数の数値列データの特徴量(合成変量値)を算出し、算出した特徴量(合成変量値)と前記属性識別用指標とを比較して前記被検混合物試料の属性を識別する。そして、属性識別部12Dは、識別結果を識別結果出力部13Dに出力する。前記識別結果には属性不明も含まれる   The attribute identification unit 12D performs processing corresponding to steps S97 and S98 in FIG. That is, the attribute identification unit 12D calculates the feature quantity (synthetic variable value) of the numerical value string data of the time constant of each frequency component for the test mixture sample, and calculates the calculated feature quantity (synthetic variable value) and the attribute. The attribute of the test mixture sample is identified by comparing with an identification index. Then, the attribute identification unit 12D outputs the identification result to the identification result output unit 13D. The identification result also includes unknown attributes

識別結果出力部13Dは、属性識別部12Dによる前記識別結果を出力する。例えば、出力部13Dは、前記識別結果を図示省略の前記表示部に表示する。これにより、属性識別装置10Dの利用者は前記被検混合物試料の属性を把握することができる。   The identification result output unit 13D outputs the identification result obtained by the attribute identification unit 12D. For example, the output unit 13D displays the identification result on the display unit (not shown). Thereby, the user of the attribute identification device 10D can grasp the attributes of the test mixture sample.

ここで、指標設定部20Dは、属性識別装置10Dとは別体で構成されてもよい。この場合、属性識別装置10D(属性識別部12D)は、前記被検混合物試料の属性の識別を実施する際に又は事前に、指標設定部20Dから前記合成変量及び前記属性識別用指標を入力するように構成される。   Here, the index setting unit 20D may be configured separately from the attribute identification device 10D. In this case, the attribute identification device 10D (attribute identification unit 12D) inputs the synthetic variable and the attribute identification index from the index setting unit 20D when identifying the attribute of the test mixture sample or in advance. Configured as follows.

また、以上では、信号処理装置1Dが、各周波数成分の減衰特性を示す値として時定数τを算出しているが、時定数τに代えて初期振幅αを算出してもよい。この初期振幅αも減衰特性値に相当する。この場合、信号処理装置1Dは、各周波数成分の初期振幅αの数値列データ及び/又は周波数成分/初期振幅グラフを出力する。また、前記混合物試料の特性評価(第3の工程)及び属性が不明な混合物試料の属性識別(第4の工程)においては、時定数の数値列データを初期振幅の数値列データと、周波数成分/時定数グラフを周波数成分/初期振幅グラフと読み替えればよい。また、信号処理装置1Dが各周波数成分の減衰特性を示す値として時定数τ及び初期振幅αを算出してもよい。   In the above description, the signal processing apparatus 1D calculates the time constant τ as a value indicating the attenuation characteristic of each frequency component. However, the initial amplitude α may be calculated instead of the time constant τ. This initial amplitude α also corresponds to an attenuation characteristic value. In this case, the signal processing device 1D outputs numerical sequence data and / or frequency component / initial amplitude graph of the initial amplitude α of each frequency component. In the characteristic evaluation of the mixture sample (third step) and the attribute identification of the mixture sample whose attribute is unknown (fourth step), the numerical sequence data of the time constant, the numerical sequence data of the initial amplitude, and the frequency component / The time constant graph may be read as the frequency component / initial amplitude graph. Further, the signal processing device 1D may calculate the time constant τ and the initial amplitude α as values indicating the attenuation characteristics of the respective frequency components.

<実施例>
(A)NMR信号を用いた実施例
発明者らは、コンピュータ上で稼働して混合物試料に由来するNMR信号を処理するプログラム及びソフトウエア(以下「NMR信号処理ソフトウエア」という)を作成した。このNMR信号処理ソフトウエアは、混合物試料に由来するNMR信号を読み込み、(a)読み込んだNMR信号を音として出力すること、(b)読み込んだNMR信号について短時間周波数解析を行ってスペクトログラムを算出し、スペクトログラム画像及び数値列データとして出力すること、及び、(c)算出されたスペクトログラムから各周波数成分の減衰特性値(時定数τ及び/又は初期振幅α)を算出し、周波数/減衰特性値グラフ(画像)及び数値列データとして出力することが可能である。つまり、前記NMR信号処理ソフトウエアは、NMR信号を入力し、処理して、音、画像、数値列データとして保存及び出力することができる。データの保存(出力)方式には、音フォーマット(RAW形式、WAV形式など)、画像フォーマット(JPEG形式、TIFF形式、PNG形式など)、及び数値列フォーマット(CSV形式など)がある。音フォーマットのデータは、汎用の再生用ソフトウエアで再生して音として聴くことができ、また、汎用の音解析ソフトウエアを用いて音響工学的な解析を行うことができる。画像フォーマットのデータは、NMR信号の短時間周波数解析の結果を視覚(色覚)によって比較することを可能とする。
以下、混合物試料の具体例として、「実施例1 ラット血漿」及び「実施例2 マウスの細胞抽出物」の実験方法と解析結果を記載する。
<Example>
(A) Example Using NMR Signal The inventors created a program and software (hereinafter referred to as “NMR signal processing software”) that operates on a computer and processes an NMR signal derived from a mixture sample. This NMR signal processing software reads an NMR signal derived from a mixture sample, (a) outputs the read NMR signal as sound, and (b) performs a short-time frequency analysis on the read NMR signal to calculate a spectrogram. (C) calculating attenuation characteristic values (time constant τ and / or initial amplitude α) of each frequency component from the calculated spectrogram, and outputting frequency / attenuation characteristic values. It is possible to output as a graph (image) and numerical string data. That is, the NMR signal processing software can input and process NMR signals, and store and output them as sound, images, and numerical data. Data storage (output) methods include sound formats (RAW format, WAV format, etc.), image formats (JPEG format, TIFF format, PNG format, etc.), and numeric string formats (CSV format, etc.). The sound format data can be played back by general-purpose playback software and listened to as sound, and can be analyzed acoustically using general-purpose sound analysis software. Image format data allows visual (color vision) comparison of the results of short-time frequency analysis of NMR signals.
Hereinafter, as specific examples of the mixture sample, experimental methods and analysis results of “Example 1 rat plasma” and “Example 2 mouse cell extract” are described.

(実施例1)ラット血漿
[対象と方法]
・動物実験(ラット出血性ショックモデルの作製)
体重350〜400gの雄性Sprague-Dawleyラットを使用した。麻酔には、ketamine hydrochloride(65mg/kg)と、xylazine(0.7mg/kg)(2-[2,6-dimethylphenylamino]-4H-5,6-dihydrothiazine hydrochloride)との腹腔内投与を行った。体温は、直腸温度計にて測定し、加温ランプを用いて37.5〜38.5℃に維持した。大腿動静脈には、ヘパリン加生理食塩水(10単位/mL)を満たしたポリエチレンチューブ(外径0.96mm、内径0.58mm)を留置した。動脈に挿入したポリエチレンチューブはトランスデューサーと動脈圧モニターに接続し、持続的に血圧を測定した。その後、ラットをBollman-type resting cageに固定した。ラットの平均動脈圧が100〜110mmHgに安定した時点で、平均血圧が40mmHgに達するまで、1mL/minの速度で脱血し、出血性ショック状態を作製した。その後、必要に応じて脱血と返血を繰り返し、血圧レベルが40mmHgで30分間維持されるように、微調整を行った。
Example 1 Rat Plasma [Subjects and Methods]
・ Animal experiment (production of rat hemorrhagic shock model)
Male Sprague-Dawley rats weighing 350-400 g were used. For anesthesia, ketamine hydrochloride (65 mg / kg) and xylazine (0.7 mg / kg) (2- [2,6-dimethylphenylamino] -4H-5,6-dihydrothiazine hydrochloride) were intraperitoneally administered. Body temperature was measured with a rectal thermometer and maintained at 37.5-38.5 ° C. using a warming lamp. A polyethylene tube (outer diameter 0.96 mm, inner diameter 0.58 mm) filled with heparinized physiological saline (10 units / mL) was placed in the femoral artery and vein. The polyethylene tube inserted into the artery was connected to a transducer and an arterial pressure monitor, and blood pressure was continuously measured. Thereafter, the rat was fixed in a Bollman-type resting cage. When the mean arterial pressure of the rat was stabilized at 100 to 110 mmHg, blood was removed at a rate of 1 mL / min until the mean blood pressure reached 40 mmHg to create a hemorrhagic shock state. Thereafter, blood removal and return were repeated as necessary, and fine adjustment was performed so that the blood pressure level was maintained at 40 mmHg for 30 minutes.

・血漿の採取・保存
30分間の出血性ショック状態のラットから採取した動脈血を4℃で遠心分離し、上清を−80℃で保存した(「shock血漿」)。
正常ラットに上記の麻酔を行って動脈血を採取し、遠心分離して得られた血漿を、コントロール血漿(「control血漿」)とした。
Collection and storage of plasma Arterial blood collected from rats in a hemorrhagic shock state for 30 minutes was centrifuged at 4 ° C., and the supernatant was stored at −80 ° C. (“shock plasma”).
Normal rats were anesthetized as described above, arterial blood was collected, and the plasma obtained by centrifugation was used as control plasma (“control plasma”).

・NMR測定試料の調整
血漿50−100μLに、既知量のsodium (3-trimethylsilyl) tetradeuteriopropionate-2,2,3,3-d4 (TMSP)を含む重水500−550μLを加え、5mm径のガラス製NMR試料管に移し、NMR測定試料とした。重水は磁場不均一補正のための重水素ロックシグナル取得の目的で、また、TMSPは信号確認の指標として添加した。
-Preparation of NMR measurement sample To 50-100 μL of prepared plasma, 500-550 μL of heavy water containing a known amount of sodium (3-trimethylsilyl) tetradeuteriopropionate-2,2,3,3-d4 (TMSP) is added, and 5 mm diameter NMR made of glass It moved to the sample tube and was set as the NMR measurement sample. Heavy water was added for the purpose of obtaining a deuterium lock signal for correction of magnetic field inhomogeneity, and TMSP was added as an indicator for signal confirmation.

・プロトンNMR信号の取得
プロトンNMR信号の取得は、ECX NMR装置(プロトン共鳴周波数300MHzの超電導マグネット、TH5プローブ、16本オートサンプルチェンジャー、DeltaTM NMR processing and control software (version 4.3.2)を装備)にて行った。プロトンNMRシグナルの取得には、DeltaTMシステムに組み込まれた自動測定用のマクロプログラムを用いた。プローブ内温度は23℃とした。NMR信号の観測範囲は4500Hzとした。測定シークエンスとしては、一次元NMR信号取得用のシングルパルスモードを使用し、軽水の信号はホモゲート法とDANTE法により抑制した。データ解析に十分なSN比が得られるように、400回の積算を行った。取得した各サンプルのNMR信号データは、そのままの形(ここでは、JDF(ECX標準)フォーマット)で保存した。
・ Acquisition of proton NMR signal Acquisition of proton NMR signal is based on ECX NMR equipment (equipped with superconducting magnet with 300MHz proton resonance frequency, TH5 probe, 16 autosample changer, Delta NMR processing and control software (version 4.3.2)) I went there. For acquisition of proton NMR signal, a macro program for automatic measurement incorporated in the Delta system was used. The probe internal temperature was 23 ° C. The observation range of the NMR signal was 4500 Hz. As a measurement sequence, a single pulse mode for acquiring a one-dimensional NMR signal was used, and light water signals were suppressed by the homogate method and the DANTE method. The integration was performed 400 times so that a sufficient signal-to-noise ratio for data analysis was obtained. The obtained NMR signal data of each sample was stored as it was (here, JDF (ECX standard) format).

・データ解析(前記NMR信号処理ソフトウエアによる処理と処理結果の解析)
(1)NMR信号の音出力
JDFフォーマットで保存した各ラット血漿のNMR信号データを前記NMR信号処理ソフトウエアに入力し、各JDFフォーマットのファイルごとに音として出力(再生)した。その結果、control血漿とshock血漿とは、明らかに異なる音として出力されること、すなわち、ヒトの聴覚によってcontrol血漿とshock血漿とを識別できることが確認された。次に、これらのデータを非圧縮WAVフォーマットで保存し、保存されたファイルが、汎用の再生用ソフトウエアで再生できること及び汎用の音解析ソフトウエアを用いて解析できることも確認された。
・ Data analysis (processing by NMR signal processing software and analysis of processing results)
(1) Output of sound of NMR signal The NMR signal data of each rat plasma stored in JDF format was input to the NMR signal processing software, and output (reproduced) as sound for each file of each JDF format. As a result, it was confirmed that the control plasma and the shock plasma are clearly output as different sounds, that is, the control plasma and the shock plasma can be distinguished by human hearing. Next, it was confirmed that these data were saved in the uncompressed WAV format, and the saved file could be played back by general-purpose playback software and analyzed using general-purpose sound analysis software.

(2)スペクトログラムの算出及びスペクトログラム画像の作成
JDFフォーマットで保存した各ラット血漿のNMR信号データを前記NMR信号処理ソフトウエアに入力し、各NMR信号データについて、信号全体にわたって短時間周波数解析を繰り返し行ってスペクトラムを算出した。算出結果は、前記コンピュータのディスプレイ上にスペクトログラム画像として表示した。なお、各スペクトログラム画像はPNGフォーマットで保存した。
図21は、control血漿のスペクトログラム画像の一例と、shock血漿のスペクトラム画像の一例とを示している。図21に示すように、control血漿のスペクトログラム画像とshock血漿のスペクトラム画像とは明らかに相違しており、スペクトログラム画像の比較によって両者を識別できることが確認された。
(2) Calculation of spectrogram and creation of spectrogram image The NMR signal data of each rat plasma stored in JDF format is input to the NMR signal processing software, and the frequency analysis of each NMR signal data is repeated over the entire signal for a short time. The spectrum was calculated. The calculation results were displayed as spectrogram images on the computer display. Each spectrogram image was stored in PNG format.
FIG. 21 shows an example of a spectrogram image of control plasma and an example of a spectrum image of shock plasma. As shown in FIG. 21, the spectrogram image of control plasma and the spectrum image of shock plasma were clearly different, and it was confirmed that both could be identified by comparing the spectrogram images.

(3)減衰特性値(時定数τ)の算出及び周波数成分/時定数グラフの作成
JDFフォーマットで保存した各ラット血漿のNMR信号データを前記NMR信号処理ソフトウエアに入力し、各NMR信号データについてスペクトラムを算出し、算出したスペクトログラムから各周波数成分の減衰特性値(時定数τ)を算出した。算出結果は、前記コンピュータのディスプレイ上に周波数成分/時定数グラフとして表示した。なお、各周波数成分/時定数グラフは、PNGフォーマットで保存した。
図22は、control血漿の周波数成分/時定数グラフの一例と、shock血漿の周波数成分/時定数グラフの一例を示している。図22に示すように、control血漿の周波数成分/時定数グラフと、shock血漿の周波数成分/時定数グラフとは明らかに相違しており、周波数成分/時定数グラフの比較によって両者を識別できることが確認された。
(3) Calculation of attenuation characteristic value (time constant τ) and creation of frequency component / time constant graph NMR signal data of each rat plasma stored in JDF format is input to the NMR signal processing software, and each NMR signal data The spectrum was calculated, and the attenuation characteristic value (time constant τ) of each frequency component was calculated from the calculated spectrogram. The calculation result was displayed as a frequency component / time constant graph on the computer display. Each frequency component / time constant graph was stored in PNG format.
FIG. 22 shows an example of a frequency component / time constant graph of control plasma and an example of a frequency component / time constant graph of shock plasma. As shown in FIG. 22, the frequency component / time constant graph of control plasma and the frequency component / time constant graph of shock plasma are clearly different, and both can be identified by comparing the frequency component / time constant graph. confirmed.

(4)スペクトログラムの数値列データの多変量解析による識別
JDFフォーマットで保存した各ラット血漿のNMR信号データを前記NMR信号処理ソフトウエアに入力し、各NMR信号データについてスペクトラムを算出した。その算出結果である数値列データを出力してCSVフォーマットで保存した。保存した数値列データを汎用の多変量解析ソフトウエアに入力して主成分分析(PCA)を行った。その結果を図23に示す。図23に示すように、各データから算出した主成分スコアは、スコアプロット上で、主成分1(Pc1)が、異なる領域に、control群とshock群とにクラスター化して分布した。引き続きPLS−DA法によるクラス分類を行ったところ、図24に示すように、control群とshock群とを精度よく識別できることが確認された。
(4) Identification of spectrogram value string data by multivariate analysis NMR signal data of each rat plasma stored in JDF format was input to the NMR signal processing software, and a spectrum was calculated for each NMR signal data. The numerical sequence data as the calculation result was output and saved in CSV format. The stored numerical sequence data was input to general-purpose multivariate analysis software to perform principal component analysis (PCA). The result is shown in FIG. As shown in FIG. 23, the principal component score calculated from each data was distributed in a manner that the principal component 1 (Pc1) was clustered into a control group and a shock group in different regions on the score plot. Subsequent classification by the PLS-DA method confirmed that the control group and the shock group could be accurately identified as shown in FIG.

(5)減衰特性値(時定数τ)の数値列データの多変量解析による識別
JDFフォーマットで保存した各ラット血漿のNMR信号データを前記NMR信号処理ソフトウエアに入力し、各NMR信号データについてスペクトラムを算出し、算出したスペクトログラムから各周波数成分の減衰特性値(時定数τ)を算出した。その算出結果である数値列データ(τ値)を出力してCSVフォーマットで保存した。保存した数値列データを汎用の多変量解析ソフトウエアに入力して主成分分析(PCA)を行った。その結果を図25に示す。図25に示すように、各データから算出した主成分スコアは、スコアプロット上で、主成分1(Pc1)が異なる領域に、control群とshock群にクラスター化して分布することが確認された。引き続きPLS−DA法によるクラス分類を行ったところ、図26に示すように、control群とshock群を精度よく識別できることが確認された。
(5) Identification of numerical value data of attenuation characteristic value (time constant τ) by multivariate analysis NMR signal data of each rat plasma stored in JDF format is input to the NMR signal processing software, and the spectrum of each NMR signal data The attenuation characteristic value (time constant τ) of each frequency component was calculated from the calculated spectrogram. The numerical sequence data (τ value) as the calculation result was output and stored in CSV format. The stored numerical sequence data was input to general-purpose multivariate analysis software to perform principal component analysis (PCA). The result is shown in FIG. As shown in FIG. 25, it was confirmed that the principal component scores calculated from the respective data are clustered and distributed in the control group and the shock group in regions where the principal component 1 (Pc1) is different on the score plot. Subsequent classification by the PLS-DA method confirmed that the control group and the shock group could be accurately identified as shown in FIG.

(実施例2)マウス細胞抽出物
[対象と方法]
・細胞の採取
(1)脂肪組織由来幹細胞(ASCs)
5週齡オスのマウス(C57BL/6)を用いた。麻酔瓶の中でエーテルを用いて安楽死させたのち、マウスを背臥位で固定し、腹部を横切開し、鼡径部から背部に至る脂肪塊を採取した。脂肪塊をPBS(Phosphate buffered saline、リン酸緩衝生理食塩水)で洗浄し、付着した血管等は切除した。脂肪塊を細断後、PBSと共に50mLの遠心チューブに移し、さらにコラゲナーゼを加えて、0.15%のコラゲナーゼ溶液とした。この遠心チューブを温浴槽に入れ、37℃で30分インキュベートした。遠心チューブ中の脂肪塊が肉眼的に消失した後、FBS(Fetal bovine serum、ウシ胎児血清)を加えてコラゲナーゼ活性を停止させ、遠心分離を行った。遠心後の上清を吸引除去した後、10mLのcontrol medium(培養液)を同チューブにいれ、細胞ペレットを十分に攪拌し、100mLディッシュ10枚の各々に1000μLずつピペッティングした。各ディッシュを良く振盪し、細胞が均等に広がるのを肉眼で確認後、37℃でのインキュベートを開始した。1週間に2−3回培地の交換を行った。
約4日から1週間で100%コンフルエントとなった後、control mediumをすべて吸引し、PBSで洗浄した。その後、100mLディッシュ1枚に対してTrypsin-EDTAを1mLずつ入れ、37℃で10分間インキュベートした。培地が肉眼的に黄色に変化した後、顕微鏡で細胞の剥離を確認し、control mediumを2mL入れて中和した。そして、同溶液0.5−1mLずつを、あらかじめ5mLのcontrol mediumを入れた新しい100mLディッシュに分注し、37℃でのインキュベートを開始した。このようにして第二継代培養した細胞を採取し、液体窒素にて急速冷凍後、−80℃に保存した。
(Example 2) Mouse cell extract [subject and method]
-Cell collection (1) Adipose tissue-derived stem cells (ASCs)
Five-week-old male mice (C57BL / 6) were used. After euthanizing with ether in an anesthesia bottle, the mouse was fixed in the supine position, the abdomen was transversely incised, and a fat mass from the groin to the back was collected. The fat mass was washed with PBS (Phosphate buffered saline) and adhering blood vessels were excised. After the fat mass was shredded, it was transferred to a 50 mL centrifuge tube together with PBS, and collagenase was further added to obtain a 0.15% collagenase solution. The centrifuge tube was placed in a hot tub and incubated at 37 ° C. for 30 minutes. After the fat mass in the centrifuge tube disappeared macroscopically, FBS (Fetal bovine serum) was added to stop the collagenase activity, followed by centrifugation. After the supernatant after centrifugation was removed by suction, 10 mL of control medium (culture solution) was placed in the same tube, and the cell pellet was sufficiently stirred, and 1000 μL was pipetted into each of 10 100 mL dishes. Each dish was shaken well, and after confirming that the cells spread evenly with the naked eye, incubation at 37 ° C. was started. The medium was changed 2-3 times a week.
After 100% confluence in about 1 day from about 4 days, all the control medium was aspirated and washed with PBS. Thereafter, 1 mL of Trypsin-EDTA was added to each 100 mL dish and incubated at 37 ° C. for 10 minutes. After the medium turned macroscopically yellow, cell detachment was confirmed with a microscope, and 2 mL of control medium was added for neutralization. Then, 0.5-1 mL of the same solution was dispensed into a new 100 mL dish containing 5 mL of control medium in advance, and incubation at 37 ° C. was started. Cells subcultured in this way were collected, rapidly frozen in liquid nitrogen, and stored at -80 ° C.

(2)骨髄間葉系幹細胞(BSCs)
5週齡オスのマウス(C57BL/6)を用いた。麻酔瓶の中でエーテルを用いて安楽死させたのち、大腿骨と脛骨を採取した後、23ゲージ針をつけた20mL PBS入りシリンジを用いて骨髄を洗い出し、50mLチューブ内に回収した。他の50mLチューブにセルストレイナーをセッティングし、ここに先ほど回収した骨髄液を移し入れ、遠心分離を行った。細胞のペレットを吸わないように上清を吸引した。マウス3匹分の骨髄に対して1mLのcontrol mediumをチューブに加えて振盪後、細胞を懸濁させた。そして、同溶液1mLずつを、あらかじめ5mLのcontrol mediumを入れた新しい100mLディッシュに分注し、37℃でのインキュベートを開始した。このようにして第二継代培養した細胞を採取し、液体窒素にて急速冷凍後、−80℃に保存した。
(2) Bone marrow mesenchymal stem cells (BSCs)
Five-week-old male mice (C57BL / 6) were used. After euthanizing with ether in an anesthesia bottle, the femur and tibia were collected, and then the bone marrow was washed out using a syringe with 20 mL PBS with a 23 gauge needle and collected in a 50 mL tube. A cell strainer was set in another 50 mL tube, and the bone marrow fluid collected earlier was transferred here and centrifuged. The supernatant was aspirated without sucking the cell pellet. To the bone marrow for 3 mice, 1 mL of control medium was added to the tube, and the cells were suspended after shaking. Then, 1 mL of the same solution was dispensed into a new 100 mL dish containing 5 mL of control medium in advance, and incubation at 37 ° C. was started. Cells subcultured in this way were collected, rapidly frozen in liquid nitrogen, and stored at -80 ° C.

・NMR測定試料の調整
(1)細胞の破砕・分離抽出
NMR測定用のマウス細胞抽出物を調整するために、吉岡らのプロトコールに従ってneutral extractionを遂行した。本抽出法は基本的にはFolchの方法と同じである。Folchは、動物の組織から脂質成分を抽出するために本法をデザインしたが、吉岡は、本法が、生体から摘出した組織や細胞に特別な処理を加えることなく、また含有物質に化学変化を起こすことなく多数の化学物質を抽出できることに着目して、改良を加えた。特に、極性有機化合物を非極性有機化合物から分離できる点でも有用である。
まず、凍結保存した細胞を、冷却したクロロホルム・メタノール(2:1)混合液1.5mL中で十分に撹拌し、細胞を破砕して内容物を振盪抽出後、遠心分離を行った。次に、濾過により不溶成分を除去した抽出液に0.5mLの蒸留水を加え、上記と同じ条件で再度振盪抽出を行った。抽出液を十分に撹拌後、24時間、4℃で放置し、遠心分離を行って2層の溶液層と不溶残渣として分取した。本実験では、上層の溶液について真空エバポレーターを用いて溶媒を完全に留去し、留去の残渣をNMR測定試料とした。
-Preparation of NMR measurement sample (1) Cell disruption / separation extraction In order to prepare a mouse cell extract for NMR measurement, neutral extraction was performed according to the protocol of Yoshioka et al. This extraction method is basically the same as the Folch method. Folch designed this method to extract lipid components from animal tissues, but Yoshioka did not apply any special treatment to tissues or cells removed from living organisms, and chemically changed the contained substances. Focusing on the fact that a large number of chemical substances can be extracted without causing problems, improvements were made. In particular, it is also useful in that polar organic compounds can be separated from nonpolar organic compounds.
First, the cryopreserved cells were sufficiently stirred in 1.5 mL of a cooled chloroform / methanol (2: 1) mixture, and the cells were crushed and the contents were extracted by shaking, followed by centrifugation. Next, 0.5 mL of distilled water was added to the extract from which insoluble components were removed by filtration, and shake extraction was performed again under the same conditions as described above. The extract was sufficiently stirred and allowed to stand at 4 ° C. for 24 hours, followed by centrifugation to separate the two solution layers and the insoluble residue. In this experiment, the solvent was completely distilled off from the upper layer solution using a vacuum evaporator, and the residue obtained by distillation was used as an NMR measurement sample.

(2)NMR測定試料液の調整
上記残渣に重水(D2O)を180μL加えて再溶解し、3mmNMR試料管に入れた。別に用意した5mmNMR試料管に、25 μM sodium (3-trimethylsilyl) tetradeuteriopropionate-2,2,3,3-d4 (TMSP)を含む300μLの重水を入れ、測定試料の入った前記3mmNMR試料管を前記5mmNMR試料管中に入れて固定して、NMR測定試料とした。重水は磁場不均一補正のための重水素ロックシグナル取得の目的で、また、TMSPは信号確認の内部指標として用いた。
(2) Preparation of NMR measurement sample solution 180 μL of heavy water (D 2 O) was added to the above residue and redissolved, and placed in a 3 mm NMR sample tube. Into a separately prepared 5 mm NMR sample tube, 300 μL of heavy water containing 25 μM sodium (3-trimethylsilyl) tetradeuteriopropionate-2,2,3,3-d4 (TMSP) was placed, and the 3 mm NMR sample tube containing the measurement sample was placed in the 5 mm NMR tube. The sample was placed in a sample tube and fixed to obtain an NMR measurement sample. Heavy water was used for the purpose of obtaining a deuterium lock signal for correction of magnetic field inhomogeneity, and TMSP was used as an internal indicator for signal confirmation.

・プロトンNMR信号の取得
プロトンNMR信号の取得は、ECX NMR装置(プロトン共鳴周波数300MHzの超電導マグネット、TH5プローブ、16本オートサンプルチェンジャー、DeltaTM NMR processing and control software (version 4.3.2)を装備)にて行った。プロトンNMRシグナルの取得には、DeltaTMシステムに組み込まれた自動測定用のマクロプログラムを用いた。プローブ内温度は23℃とした。NMR信号の観測範囲は4500Hzとした。測定シークエンスとしては、一次元NMR信号取得用のシングルパルスモードを使用し、軽水の信号はホモゲート法とDANTE法により抑制した。データ解析に十分なSN比が得られるように、8000回の積算を行った。取得した各サンプルのNMR信号データは、そのままの形(ここでは、JDFフォーマット(ECX標準フォーマット))で保存した。
・ Acquisition of proton NMR signal Acquisition of proton NMR signal is based on ECX NMR equipment (equipped with superconducting magnet with 300MHz proton resonance frequency, TH5 probe, 16 autosample changer, Delta NMR processing and control software (version 4.3.2)) I went there. For acquisition of proton NMR signal, a macro program for automatic measurement incorporated in the Delta system was used. The probe internal temperature was 23 ° C. The observation range of the NMR signal was 4500 Hz. As a measurement sequence, a single pulse mode for acquiring a one-dimensional NMR signal was used, and light water signals were suppressed by the homogate method and the DANTE method. Accumulation was performed 8000 times so that a sufficient signal-to-noise ratio for data analysis was obtained. The acquired NMR signal data of each sample was stored as it is (here, JDF format (ECX standard format)).

・データ解析(前記NMR信号処理ソフトウエアによる処理と処理結果の解析)
(1)NMR信号の音出力
JDFフォーマットで保存した各マウス細胞抽出物のNMR信号データを前記NMR信号処理ソフトウエアに入力し、各JDFフォーマットのファイルごとに音として出力(再生)した。ASCs抽出物とBSCs抽出物は、明らかに異なる音として出力されることが確認された。次に、これらのデータをWAVフォーマットで保存し、保存されたファイルが、汎用の再生用ソフトウエアで再生できること及び汎用の音解析ソフトウエアを用いて解析できることも確認された。
・ Data analysis (processing by NMR signal processing software and analysis of processing results)
(1) Output of sound of NMR signal NMR signal data of each mouse cell extract stored in JDF format was input to the NMR signal processing software, and output (reproduced) as sound for each file of each JDF format. It was confirmed that the ASCs extract and the BSCs extract are output as clearly different sounds. Next, it was confirmed that these data were saved in the WAV format, and that the saved file could be played back by general-purpose playback software and analyzed using general-purpose sound analysis software.

(2)スペクトログラムの算出及びスペクトログラム画像の作成
JDFフォーマットで保存した各マウス細胞抽出物のNMR信号データを前記NMR信号処理ソフトウエアに入力し、各NMR信号データについて、信号全体にわたって短時間周波数解析を繰り返し行ってスペクトラムを算出した。算出結果は、前記コンピュータのディスプレイ上にスペクトログラム画像として表示した。なお、各スペクトログラム画像はPNGフォーマットで保存した。
図27は、ASCs抽出物のスペクトログラム画像の一例と、BSCs抽出物のスペクトラム画像の一例とを示している(実際にはカラーである)。図27に示すように、ASCs抽出物のスペクトログラム画像とBSCs抽出物のスペクトラム画像とは明らかに相違しており、スペクトログラム画像の比較によって両者を識別できることが確認された。
(2) Calculation of spectrogram and creation of spectrogram image The NMR signal data of each mouse cell extract saved in JDF format is input to the NMR signal processing software, and for each NMR signal data, a short time frequency analysis is performed over the entire signal. The spectrum was calculated repeatedly. The calculation results were displayed as spectrogram images on the computer display. Each spectrogram image was stored in PNG format.
FIG. 27 shows an example of a spectrogram image of an ASCs extract and an example of a spectrum image of a BSCs extract (actually color). As shown in FIG. 27, the spectrogram image of the ASCs extract and the spectrum image of the BSCs extract are clearly different, and it was confirmed that the spectrogram images can be identified by comparing them.

(3)減衰特性値(時定数τ)の算出及び周波数成分/時定数グラフの作成
JDFフォーマットで保存した各マウス細胞抽出物のNMR信号データを前記NMR信号処理ソフトウエアに入力し、各NMR信号データについてスペクトラムを算出し、算出したスペクトログラムから各周波数成分の減衰特性値(時定数τ)を算出した。算出結果は、前記コンピュータのディスプレイ上に周波数成分/時定数グラフとして表示した。なお、各周波数成分/時定数グラフは、PNGフォーマットで保存した。
図28は、ASCs抽出物の周波数成分/時定数グラフの一例と、BSCs抽出物の周波数成分/時定数グラフの一例を示している。図28に示すように、ASCs抽出物の周波数成分/時定数グラフと、BSCs抽出物の周波数成分/時定数グラフとは明らかに相違しており、周波数成分/時定数グラフの比較によって両者を識別できることが確認された。
(3) Calculation of attenuation characteristic value (time constant τ) and creation of frequency component / time constant graph NMR signal data of each mouse cell extract stored in JDF format is input to the NMR signal processing software, and each NMR signal A spectrum was calculated for the data, and an attenuation characteristic value (time constant τ) of each frequency component was calculated from the calculated spectrogram. The calculation result was displayed as a frequency component / time constant graph on the computer display. Each frequency component / time constant graph was stored in PNG format.
FIG. 28 shows an example of a frequency component / time constant graph of the ASCs extract and an example of a frequency component / time constant graph of the BSCs extract. As shown in FIG. 28, the frequency component / time constant graph of the ASCs extract is clearly different from the frequency component / time constant graph of the BSCs extract, and both are identified by comparing the frequency component / time constant graph. It was confirmed that it was possible.

(4)スペクトログラムの数値列データの多変量解析による識別
JDFフォーマットで保存した各マウス細胞抽出物のNMR信号データを前記NMR信号処理ソフトウエアに入力し、各NMR信号データについてスペクトラムを算出した。算出結果である数値列データを出力してCSVフォーマットで保存した。保存した数値列データを汎用の多変量解析ソフトウエアに入力して主成分分析(PCA)を行った。その結果を図29に示す。図29に示すように、各データから算出した主成分スコアは、スコアプロット上で、主成分1(Pc1)が、異なる領域に、ASCs抽出物群とBSCs抽出物群とにクラスター化して分布した。引き続きPLS−DA法によるクラス分類を行ったところ、図30に示すように、ASCs抽出物群とBSCs抽出物群とを精度よく識別できることが確認された。
(4) Identification of spectrogram value string data by multivariate analysis NMR signal data of each mouse cell extract stored in JDF format was input to the NMR signal processing software, and a spectrum was calculated for each NMR signal data. Numerical sequence data as a calculation result was output and saved in CSV format. The stored numerical sequence data was input to general-purpose multivariate analysis software to perform principal component analysis (PCA). The result is shown in FIG. As shown in FIG. 29, the principal component scores calculated from the respective data are distributed in a manner such that principal component 1 (Pc1) is clustered into ASCs extract group and BSCs extract group in different regions on the score plot. . Subsequent classification by the PLS-DA method confirmed that the ASCs extract group and the BSCs extract group can be accurately identified as shown in FIG.

(5)減衰特性値(時定数τ)の数値列データの多変量解析による識別
JDFフォーマットで保存した各マウス細胞抽出物のNMR信号データを前記NMR信号処理ソフトウエアに入力し、各NMR信号データについてスペクトラムを算出し、算出したスペクトログラムから各周波数成分の減衰特性値(時定数τ)を算出した。その算出結果である数値列データ(τ値)を出力してCSVフォーマットで保存した。保存した数値列データ(τ値)を汎用の多変量解析ソフトウエアに入力して主成分分析(PCA)を行った。その結果を図31に示す。図31に示すように、各データから算出した主成分スコアは、スコアプロット上で、主成分1(Pc1)が、異なる領域に、ASCs抽出物群とBSCs抽出物群とにクラスター化して分布した。引き続きPLS−DA法によるクラス分類を行ったところ、図32に示すように、ASCs抽出物群とBSCs抽出物群とを精度よく識別できることが確認された。
(5) Identification of attenuation characteristic value (time constant τ) numerical data by multivariate analysis NMR signal data of each mouse cell extract stored in JDF format is input to the NMR signal processing software, and each NMR signal data The spectrum was calculated for, and the attenuation characteristic value (time constant τ) of each frequency component was calculated from the calculated spectrogram. The numerical sequence data (τ value) as the calculation result was output and stored in CSV format. The stored numerical sequence data (τ value) was input into general-purpose multivariate analysis software to perform principal component analysis (PCA). The result is shown in FIG. As shown in FIG. 31, the principal component scores calculated from each data were distributed in a manner that the principal component 1 (Pc1) was clustered into different areas in the ASCs extract group and the BSCs extract group on the score plot. . Subsequent classification by the PLS-DA method confirmed that the ASCs extract group and the BSCs extract group can be accurately identified as shown in FIG.

(B)近赤外線(NIR)信号を用いた実施例
発明者らは、コンピュータ上で稼働して混合物試料に由来する電磁波信号(例えば、NIR信号)を処理するプログラム及びソフトウエア(以下「電磁波信号処理ソフトウエア」という)を作成した。この電磁波信号処理ソフトウエアは、混合物試料に由来する電磁波信号を読み込み、読み込んだ電磁波信号を色(色画像)として出力(表示)することが可能である。つまり、前記電磁波信号処理ソフトウエアは、電磁波信号を処理し、色画像として出力することができる。また、前記電磁波信号処理ソフトウエアは、処理後のデータを画像フォーマット(PNG形式等)及び数値列フォーマット(CSV形式など)で保存し、出力することができる。
以下、混合物試料の具体例として、「ラット血漿」の実験方法と解析結果を記載する。
(B) Example Using Near Infrared (NIR) Signal The inventors have executed a program and software (hereinafter referred to as “electromagnetic wave signal”) for processing an electromagnetic wave signal (for example, NIR signal) derived from a mixture sample by running on a computer. Processing software "). This electromagnetic wave signal processing software can read an electromagnetic wave signal derived from a mixture sample and output (display) the read electromagnetic wave signal as a color (color image). That is, the electromagnetic wave signal processing software can process the electromagnetic wave signal and output it as a color image. The electromagnetic wave signal processing software can store and output the processed data in an image format (such as PNG format) and a numerical string format (such as CSV format).
Hereinafter, the experimental method and analysis result of “rat plasma” will be described as specific examples of the mixture sample.

(実施例3)ラット血漿
[対象と方法]
・動物実験(敗血症モデルの作製)
体重280〜330gの雄性Sprague-Dawleyラットに、2mg/kg又は10mg/kgのlipopolysaccharide(LPS、Escherichia coli 0111:B4)を腹腔内投与し、敗血症を惹起させる。投与6時間後に3〜5%イソフルラン麻酔下で採取した静脈血を遠心分離し、その上清を−80℃で保存した(LPS血漿1(2mg/kg)、LPS血漿2(10mg/kg))。
LPSの代わりに生理食塩水を投与したラットから同様の処置を行って得られた血漿を、コントロール血漿(control血漿)とした。
Example 3 Rat Plasma [Subjects and Methods]
・ Animal experiments (production of sepsis model)
Male Sprague-Dawley rats weighing 280-330 g are intraperitoneally administered with 2 mg / kg or 10 mg / kg lipopolysaccharide (LPS, Escherichia coli 0111: B4) to induce sepsis. Six hours after administration, venous blood collected under 3-5% isoflurane anesthesia was centrifuged, and the supernatant was stored at −80 ° C. (LPS plasma 1 (2 mg / kg), LPS plasma 2 (10 mg / kg)). .
Plasma obtained by performing the same treatment from a rat administered with physiological saline instead of LPS was used as control plasma.

・NIR測定試料の調整
血漿試料をガラス製試料管に入れたものをNIR測定試料とした。
・NIR信号の取得
近赤外線センサーを用いた。
測定条件は、以下のとおりである。
波長:900−1700nm、蓄積時間モード:自動、蓄積時間上限:1024ms、ゲイン:GAIN_LOW、スキャン回数:10回、計測モード:回数指定計測モード、保存データ:カウント値、吸光度、スペクトル(規格化吸光度)。
NIR測定試料を近赤外線センサープローブの測定口に配置し、各試料についてそれぞれ10回の計測を行った。各測定データはCSV形式で出力し保存した。
-Preparation of NIR measurement sample A NIR measurement sample was prepared by placing a plasma sample in a glass sample tube.
-Acquisition of NIR signal A near infrared sensor was used.
The measurement conditions are as follows.
Wavelength: 900-1700 nm, accumulation time mode: automatic, accumulation time upper limit: 1024 ms, gain: GAIN_LOW, number of scans: 10 times, measurement mode: number of times designated measurement mode, storage data: count value, absorbance, spectrum (standardized absorbance) .
The NIR measurement sample was placed in the measurement port of the near infrared sensor probe, and each sample was measured 10 times. Each measurement data was output and saved in CSV format.

・データ処理
前記電磁波信号処理ソフトウエアを用いて以下の処理及び出力を行った。
(1)NIR信号の色表示
取得したNIR信号の波長のダイナミックレンジ(例:近赤外領域の場合は900〜1700nm)を、可視領域(400〜800nm)へ線形写像して、可視領域の信号として読み替えた(変換した)。次に、RGB感度曲線から決定される、RGB三原色の主要な帯域(例:赤は690〜710nm、緑は536〜556nm、青は425〜445nm)のそれぞれにおける強度(平均値)を計算した。
(2)色表示された各混合物のNIRデータの視覚(色覚)評価による識別
ラット血漿試料ごとのNIR信号について算出されたRGB値を用いて、前記コンピュータのディスプレイ上で色表示すると共に、色画像データ(PNGフォーマット)として保存した。図33は、control血漿、LPS血漿1、及びLPS血漿2のそれぞれの色(色画像)の一例を示している(実際にはカラーである)。図33に示すように、control血漿の色、LPS血漿1の色、及びLPS血漿2の色は、それぞれ相違しており、表示された色の比較によって三者を識別できることが確認された。
(3)RGBデータ(数値列データ)のSVMによる識別(図34参照)
複数のcontrol血漿、複数のLPS血漿1および複数のLPS血漿2のRGBデータを出力し、CSVフォーマットで保存した。本データを汎用の多変量解析ソフトウエアに読み込み、control血漿(75データ)、LPS血漿1(77データ)、LPS血漿2(73データ)をトレーニングデータ、残りのcontrol血漿(36データ)、LPS血漿1(36データ)、LPS血漿2(36データ)をテストデータとしてSVMによる識別を行った。トレーニングデータを用いてSVMの学習を行い、セグメントサイズ9のクロスバリデーションによるトレーニングデータについての識別器の性能評価を行なったところ、高い識別率を得た。次にテストデータについて本識別器によるクラス識別を試みたところ、100%の識別率となり、本識別器が未知のデータにも高い精度で識別能を持つことが確認できた。
Data processing The following processing and output were performed using the electromagnetic wave signal processing software.
(1) Color display of the NIR signal The dynamic range of the wavelength of the acquired NIR signal (eg, 900 to 1700 nm in the case of the near infrared region) is linearly mapped to the visible region (400 to 800 nm), and the signal in the visible region is displayed. It was read as (converted). Next, the intensities (average values) in each of the main bands of the three primary colors of RGB (for example, 690 to 710 nm for red, 536 to 556 nm for green, and 425 to 445 nm for blue) determined from the RGB sensitivity curve were calculated.
(2) Identification by visual (color vision) evaluation of NIR data of each color-displayed mixture Using the RGB values calculated for the NIR signal for each rat plasma sample, the color image is displayed on the computer display and a color image Saved as data (PNG format). FIG. 33 shows an example of each color (color image) of control plasma, LPS plasma 1, and LPS plasma 2 (actually color). As shown in FIG. 33, the color of control plasma, the color of LPS plasma 1 and the color of LPS plasma 2 are different from each other, and it was confirmed that the three could be identified by comparing the displayed colors.
(3) Identification of RGB data (numerical string data) by SVM (see FIG. 34)
RGB data of a plurality of control plasmas, a plurality of LPS plasmas 1 and a plurality of LPS plasmas 2 were output and stored in CSV format. This data is read into general-purpose multivariate analysis software, and control plasma (75 data), LPS plasma 1 (77 data), LPS plasma 2 (73 data) are training data, and the remaining control plasma (36 data), LPS plasma. 1 (36 data) and LPS plasma 2 (36 data) were used as test data for discrimination by SVM. SVM learning was performed using the training data, and the performance of the classifier was evaluated for the training data by cross validation with a segment size of 9. As a result, a high identification rate was obtained. Next, when classifying the test data with this classifier, an identification rate of 100% was obtained, and it was confirmed that the classifier had a high accuracy in identifying unknown data.

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、上述の各実施形態や各実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形等が可能である。また、本発明は、混合物の特性評価における画期的な技術であり、例えば、属性が不明な混合物試料の属性を、属性が明らかな既知混合物試料に基づき、高精度に、簡便かつ迅速に識別することができる。さらに、本発明は、属性識別に限らず、様々な分野における混合物試料の分析技術として適用可能である。   As mentioned above, although embodiment and Example of this invention were described, this invention is not limited to each above-mentioned embodiment and each Example, A various deformation | transformation etc. are based on the technical idea of this invention. Is possible. In addition, the present invention is an epoch-making technique for evaluating the characteristics of a mixture. For example, an attribute of a mixture sample whose attribute is unknown is easily and quickly identified based on a known mixture sample whose attribute is clear. can do. Furthermore, the present invention is not limited to attribute identification, and can be applied as a mixture sample analysis technique in various fields.

通常、医療の現場では、症状が出現してから治療を開始する。しかし、今後は、症状が出現する以前に疾患を予測し、治療的な介入を行って、疾患の発症を防止または遅らせようとする、新しい医療(先制医療)の出現が待ち望まれている。医療分野においては、本発明を利用することで、先制医療における超早期診断、治療方針の決定、治療効果の判定、予後予測をはじめ、新しい臨床検査法・医療機器の開発の可能性がひろがる。   Usually, in the medical field, treatment starts after symptoms appear. However, in the future, the emergence of new medical care (preemptive medicine) that predicts disease before symptoms appear and performs therapeutic intervention to prevent or delay the onset of the disease is awaited. In the medical field, use of the present invention opens up the possibility of developing new clinical testing methods and medical devices, including ultra-early diagnosis in preemptive medicine, determination of treatment policy, determination of treatment effect, and prognosis prediction.

また、医療分野以外においても、本発明を新しいセンシング技術として応用し、例えば産業用各種モニタリング装置・分析機器・検出器(化学製品製造・食品加工・水処理などにおける異常検出、プロセス監視など)への適用や、食品の検査及び開発、植物の育種、高分子化学などへ適用することが期待される。   In addition to the medical field, the present invention is applied as a new sensing technology to, for example, various industrial monitoring devices, analytical instruments, detectors (abnormality detection, process monitoring, etc. in chemical product manufacturing, food processing, water treatment, etc.) It is expected to be applied to food application, food inspection and development, plant breeding, polymer chemistry, etc.

さらに、本発明を用いて「複雑・不均質な混合物」の特性評価(特性解析)を行うことにより、今まで詳細が不明であった「複雑・不均質な混合物」の構造および機能を解明する新しい学問分野が創出されることが期待できる。   Furthermore, the structure and function of “complex / heterogeneous mixture”, which has been unknown in detail, will be elucidated by evaluating the characteristics (characteristic analysis) of “complex / heterogeneous mixture” using the present invention. New academic fields can be expected to be created.

1A,1B、1C、1D…信号処理装置、2A、2B、2C、2D…処理部、3A、3B、3C、3D…出力部、10A、10B、10C、10D…属性識別装置、11A、11B、11C、11D…信号処理部、12A,12B,13C,12D…属性識別部、13A,13B,13C,13D…部、20A、20B…指標設定部   1A, 1B, 1C, 1D ... signal processing device, 2A, 2B, 2C, 2D ... processing unit, 3A, 3B, 3C, 3D ... output unit, 10A, 10B, 10C, 10D ... attribute identification device, 11A, 11B, 11C, 11D ... signal processing unit, 12A, 12B, 13C, 12D ... attribute identification unit, 13A, 13B, 13C, 13D ... unit, 20A, 20B ... index setting unit

Claims (23)

生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の特性を表現する方法であって、
前記複雑・不均質な混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、及び、
前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムによって前記複雑・不均質な混合物試料の特性を表現すること、
を含む、方法。
A method for expressing the characteristics of complex and heterogeneous mixture samples including biological samples taken from organisms ,
Obtaining a FID signal by subjecting the complex / heterogeneous mixture sample to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer ; and
Calculating a spectrogram of the FID signal by repeating short-time frequency analysis over the entire FID signal, and expressing the characteristics of the complex / heterogeneous mixture sample by the calculated spectrogram;
Including a method.
生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の特性を評価する方法であって、
前記複雑・不均質な混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、及び、
前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムに基づいて前記複雑・不均質な混合物試料の特性を評価すること、
を含む、方法。
A method for characterizing a complex / heterogeneous mixture sample containing a biological sample taken from a living organism ,
Obtaining a FID signal by subjecting the complex / heterogeneous mixture sample to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer ; and
Calculating a spectrogram of the FID signal by repeating short-time frequency analysis over the entire FID signal, and evaluating the characteristics of the complex / heterogeneous mixture sample based on the calculated spectrogram;
Including a method.
前記スペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値を算出し、算出された各周波数成分の減衰特性値に基づいて前記複雑・不均質な混合物試料の特性を評価する、請求項に記載の方法。 The method according to claim 2 , wherein an attenuation characteristic value of each frequency component of the spectrogram is calculated, and characteristics of the complex / heterogeneous mixture sample are evaluated based on the calculated attenuation characteristic value of each frequency component. 生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する方法であって、
前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、
前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、
前記スペクトログラムから前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像を作成すること、及び、
前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像と、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている少なくとも一つの既知混合物試料に基づいて作成された属性識別用画像とを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別すること、
を含む、方法。
A method for identifying the attributes of complex and heterogeneous mixture samples including biological samples taken from organisms ,
Obtaining a FID signal by applying a test sample of a complex / heterogeneous mixture sample having unknown attributes to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer ;
Calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signal,
Creating a spectrogram image of the test mixture sample from the spectrogram; and
A spectrogram image of the test mixture sample is compared with an image for attribute identification created based on at least one known mixture sample of the same kind as the test mixture sample and whose attributes are determined. Identifying the attributes of the mixture sample;
Including a method.
前記属性識別用画像は、前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像と同様にして作成された前記少なくとも一つの既知混合物試料についてのスペクトログラム画像を含む、請求項に記載の方法。 The method according to claim 4 , wherein the attribute identification image includes a spectrogram image of the at least one known mixture sample created in the same manner as a spectrogram image of the test mixture sample. 生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する方法であって、
前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、
前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、
前記スペクトログラムの数値列データを用いて前記被検混合物試料についての特徴量を算出すること、及び、
前記被検混合物試料についての特徴量と、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている複数の既知混合物試料に基づいて設定された属性識別用指標とを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別すること、
を含む、方法
A method for identifying the attributes of complex and heterogeneous mixture samples including biological samples taken from organisms ,
Obtaining a FID signal by applying a test sample of a complex / heterogeneous mixture sample having unknown attributes to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer ;
Calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signal,
Calculating a feature amount for the test mixture sample using the numerical sequence data of the spectrogram, and
Comparing the feature quantity of the test mixture sample with an attribute identification index set based on a plurality of known mixture samples of the same type as the test mixture sample and having attributes determined; Identifying the attributes of the sample,
Including, methods
前記属性識別用指標は、前記被検混合物試料についての特徴量と同様にして算出された前記複数の既知混合物試料についての特徴量のうち属性毎にグループ化された前記既知混合物試料の特徴量に基づいて属性毎に設定されたものである、請求項に記載の方法。 The attribute identification index is the feature amount of the known mixture sample grouped for each attribute among the feature amounts of the plurality of known mixture samples calculated in the same manner as the feature amount of the test mixture sample. The method according to claim 6 , wherein the method is set for each attribute based on the attribute. 前記特徴量は、前記被検混合物試料についてスペクトログラムと同様にして算出された前記複数の既知混合物試料についてのスペクトログラムの数値列データに対する多変量解析に基づく特徴量である、請求項又はに記載の方法。 The feature amount, the a feature based on multivariate analysis with respect to the numerical sequence data spectrogram for said plurality of known mixtures sample calculated in the same manner as the spectrogram for the test mixture sample, according to claim 6 or 7 the method of. 生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する方法であって、
前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、
前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、
前記スペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値を算出すること、
前記各周波数成分の減衰特性値から前記被検混合物試料についての周波数成分/減衰特性値グラフを作成すること、及び、
前記被検混合物試料についての周波数成分/減衰特性値グラフと、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている少なくとも一つの既知混合物試料に基づいて作成された属性識別用グラフとを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別すること、
を含む、方法。
A method for identifying the attributes of complex and heterogeneous mixture samples including biological samples taken from organisms ,
Obtaining a FID signal by applying a test sample of a complex / heterogeneous mixture sample having unknown attributes to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer ;
Calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signal,
Calculating an attenuation characteristic value of each frequency component of the spectrogram,
Creating a frequency component / attenuation characteristic value graph for the test mixture sample from the attenuation characteristic value of each frequency component; and
The frequency component / attenuation characteristic value graph for the test mixture sample is compared with the attribute identification graph created based on at least one known mixture sample of the same type as the test mixture sample and whose attributes are determined. Identifying the attributes of the test mixture sample,
Including a method.
前記属性識別用グラフは、前記被検混合物試料についての周波数成分/減衰特性値グラフと同様にして作成された前記少なくとも一つの既知混合物試料についての周波数成分/減衰特性値グラフを含む、請求項に記載の方法。 The attribute discrimination graph includes a frequency component / attenuation characteristic value graph for the at least one known mixture samples were prepared in the same manner as the frequency component / attenuation characteristic value graph of the mixture tested sample, claim 9 The method described in 1. 生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する方法であって、
前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによってFID信号を取得すること、
前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、
前記スペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値を算出すること、
前記各周波数成分の減衰特性値を用いて前記被検混合物試料についての特徴量を算出すること、及び、
前記被検混合物試料についての特徴量と、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている複数の既知混合物試料に基づいて設定された属性識別用指標とを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別すること、
を含む、方法。
A method for identifying the attributes of complex and heterogeneous mixture samples including biological samples taken from organisms ,
Obtaining a FID signal by applying a test sample of a complex / heterogeneous mixture sample having unknown attributes to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer ;
Calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signal,
Calculating an attenuation characteristic value of each frequency component of the spectrogram,
Calculating a characteristic amount for the test mixture sample using the attenuation characteristic value of each frequency component; and
Comparing the feature quantity of the test mixture sample with an attribute identification index set based on a plurality of known mixture samples of the same type as the test mixture sample and having attributes determined; Identifying the attributes of the sample,
Including a method.
前記属性識別用指標は、前記被検混合物試料についての特徴量と同様にして算出された前記複数の既知混合物試料についての特徴量のうち属性毎にグループ化された前記既知混合物試料の特徴量に基づいて属性毎に設定されたものである、請求項11に記載の方法。 The attribute identification index is the feature amount of the known mixture sample grouped for each attribute among the feature amounts of the plurality of known mixture samples calculated in the same manner as the feature amount of the test mixture sample. The method according to claim 11 , wherein the method is set for each attribute based on the attribute. 前記特徴量は、前記被検混合物試料についての各周波数成分の減衰特性値と同様にして算出された前記複数の既知混合物試料についての各周波数成分の減衰特性値の数値列データに対する多変量解析に基づく特徴量である、請求項11又は12に記載の方法。 The feature amount is used for multivariate analysis with respect to numerical sequence data of attenuation characteristic values of frequency components for the plurality of known mixture samples calculated in the same manner as attenuation characteristic values of frequency components for the test mixture sample. a feature based method according to claim 11 or 12. 生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号を処理する方法であって、
前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、及び、
前記スペクトログラムの数値列データ、及び前記スペクトログラムから作成されたスペクトログラム画像の少なくとも一方を、前記複雑・不均質な混合物試料の特性を示す情報として出力すること、
を含む、方法。
A method of processing a FID signal acquired by subjecting a complex / heterogeneous mixture sample containing a biological sample taken from a living organism to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer , comprising:
Calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signals, and,
Outputting at least one of the numerical sequence data of the spectrogram and the spectrogram image created from the spectrogram as information indicating the characteristics of the complex / heterogeneous mixture sample,
Including a method.
生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号を処理する方法であって、
前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出すること、
前記スペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値を算出すること、及び、
前記各周波数成分の減衰特性値の数値列データ、及び前記各周波数成分の減衰特性値から作成された周波数成分/減衰特性値グラフの少なくも一方を、前記複雑・不均質な混合物試料の特性を示す情報として出力すること、
を含む、方法。
A method of processing a FID signal acquired by subjecting a complex / heterogeneous mixture sample containing a biological sample taken from a living organism to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer , comprising:
Calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the FID signal,
Calculating an attenuation characteristic value of each frequency component of the spectrogram; and
At least one of the numerical string data of the attenuation characteristic value of each frequency component and the frequency component / attenuation characteristic value graph created from the attenuation characteristic value of each frequency component is the characteristic of the complex / heterogeneous mixture sample. Output as information to show,
Including a method.
生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する装置であって、
前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号を入力し、入力されたFID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムから前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像を作成して出力する信号処理部と、
前記被検混合物試料についてのスペクトログラム画像と、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている少なくとも一つの既知混合物試料に基づいて作成された属性識別用画像とを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別する属性識別部と、
を有する、装置。
A device for identifying the attributes of complex and heterogeneous mixture samples including biological samples taken from organisms ,
The FID signal acquired by applying the test sample of the complex / heterogeneous mixture sample with unknown attributes to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer is input, and the entire input FID signal is short. A signal processing unit that calculates a spectrogram of the FID signal by repeating time-frequency analysis, and generates and outputs a spectrogram image of the test mixture sample from the calculated spectrogram;
A spectrogram image of the test mixture sample is compared with an image for attribute identification created based on at least one known mixture sample of the same kind as the test mixture sample and whose attributes are determined. An attribute identifier for identifying the attributes of the mixture sample;
Having a device.
生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する装置であって、
前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号を入力し、入力されたFID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムの数値列データを用いて前記被検混合物試料についての特徴量を算出して出力する信号処理部と、
前記被検混合物試料について特徴量と、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている複数の既知混合物試料に基づいて設定された属性識別用指標とを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別する属性識別部と、
を有する、装置。
A device for identifying the attributes of complex and heterogeneous mixture samples including biological samples taken from organisms ,
The FID signal acquired by applying the test sample of the complex / heterogeneous mixture sample with unknown attributes to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer is input, and the entire input FID signal is short. A signal processing unit that calculates a spectrogram of the FID signal by repeating time-frequency analysis, and calculates and outputs a feature amount of the sample mixture sample using numerical sequence data of the calculated spectrogram;
The feature amount of the test mixture sample is compared with an index for attribute identification set based on a plurality of known mixture samples whose attributes are the same as the test mixture sample, and the test mixture sample An attribute identifier for identifying the attributes of
Having a device.
生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する装置であって、
前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号を入力し、入力されたFID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値を算出し、算出された各周波数成分の減衰特性値から前記被検混合物試料についての周波数成分/減衰特性値グラフを作成して出力する信号処理部と、
前記被検混合物試料についての周波数成分/減衰特性値グラフと、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている少なくとも一つの既知混合物試料に基づいて作成された属性識別用グラフとを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別する属性識別部と、
を有する、装置。
A device for identifying the attributes of complex and heterogeneous mixture samples including biological samples taken from organisms ,
The FID signal acquired by applying the test sample of the complex / heterogeneous mixture sample with unknown attributes to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer is input, and the entire input FID signal is short. The spectrogram of the FID signal is calculated by repeating time-frequency analysis, the attenuation characteristic value of each frequency component of the calculated spectrogram is calculated, and the test mixture sample is calculated from the calculated attenuation characteristic value of each frequency component. A signal processing unit for creating and outputting a frequency component / attenuation characteristic value graph;
The frequency component / attenuation characteristic value graph for the test mixture sample is compared with the attribute identification graph created based on at least one known mixture sample of the same type as the test mixture sample and whose attributes are determined. An attribute identifying unit for identifying an attribute of the test mixture sample;
Having a device.
生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料の属性を識別する装置であって、
前記複雑・不均質な混合物試料であって属性が不明な被検混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号を入力し、入力されたFID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値を算出し、算出された各周波数成分の減衰特性値を用いて前記被検混合物試料についての特徴量を算出して出力する信号処理部と、
前記被検混合物試料について特徴量と、前記被検混合物試料と同種で属性が決定されている複数の既知混合物試料に基づいて設定された属性識別用指標とを比較して、前記被検混合物試料の属性を識別する属性識別部と、
を有する、装置。
A device for identifying the attributes of complex and heterogeneous mixture samples including biological samples taken from organisms ,
The FID signal acquired by applying the test sample of the complex / heterogeneous mixture sample with unknown attributes to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer is input, and the entire input FID signal is short. A spectrogram of the FID signal is calculated by repeating time-frequency analysis, an attenuation characteristic value of each frequency component of the calculated spectrogram is calculated, and the test mixture sample is calculated using the calculated attenuation characteristic value of each frequency component A signal processing unit that calculates and outputs a feature amount for
The feature amount of the test mixture sample is compared with an index for attribute identification set based on a plurality of known mixture samples whose attributes are the same as the test mixture sample, and the test mixture sample An attribute identifier for identifying the attributes of
Having a device.
生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号を処理する装置であって、
入力された前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出する処理部と、
前記処理部で算出されたスペクトログラムの数値列データ、及び前記処理部で算出されたスペクトログラムから作成されたスペクトログラム画像の少なくとも一方を、前記複雑・不均質な混合物試料の特性を示す情報として出力する出力部と、
を有する、装置。
An apparatus for processing a FID signal obtained by applying a complex / heterogeneous mixture sample containing a biological sample collected from an organism to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer ,
A processing unit for calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the inputted FID signal,
Output that outputs at least one of the numerical sequence data of the spectrogram calculated by the processing unit and the spectrogram image created from the spectrogram calculated by the processing unit as information indicating the characteristics of the complex / heterogeneous mixture sample And
Having a device.
生物から採取された生物サンプルを含む複雑・不均質な混合物試料を核磁気共鳴(NMR)分析装置にかけることによって取得されたFID信号を処理する装置であって、
入力された前記FID信号の全体にわたって短時間周波数解析を繰り返すことによって前記FID信号のスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムの各周波数成分の減衰特性値を算出する処理部と、
前記処理部で算出された各周波数成分の減衰特性値の数値列データ、及び前記処理部で算出された各周波数成分の減衰特性値から作成された周波数成分/減衰特性値グラフの少なくとも一方を、前記複雑・不均質な混合物試料の特性を示す情報として出力する出力部と、
を有する、装置。
An apparatus for processing a FID signal obtained by applying a complex / heterogeneous mixture sample containing a biological sample collected from an organism to a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer ,
A processing unit for the calculating the spectrogram of the FID signal by repeating a short time frequency analysis throughout the inputted FID signal, and calculates an attenuation characteristic value of each frequency component of the calculated spectrogram,
At least one of the numerical string data of the attenuation characteristic value of each frequency component calculated by the processing unit and the frequency component / attenuation characteristic value graph created from the attenuation characteristic value of each frequency component calculated by the processing unit, An output unit that outputs information indicating characteristics of the complex / heterogeneous mixture sample;
Having a device.
請求項14又は15に記載の方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。 A computer program for causing a computer to execute the method according to claim 14 or 15 . 請求項22に記載のコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium storing the computer program according to claim 22 .
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