JP7088001B2 - 生体信号解析装置、生体信号計測システムおよびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、生体信号解析装置、生体信号計測システムおよびプログラムに関する。

従来、測定対象である被測定者に何らかの刺激を付与することで、視覚／聴覚／体性感覚／運動／言語野の位置を特定する脳活動測定の技術（脳機能マッピング）が知られている。

上述したような脳活動の測定には、さまざまな測定装置が用いられる。例えば、脳磁図（ＭＥＧ：Magneto-encephalography）、脳波図（ＥＥＧ：Electro-encephalography），ｆＭＲＩ（機能的磁気共鳴画像：functional Magnetic Resonance Imaging）などの生体信号を測定する測定装置が主に用いられている。

特許文献１には、脳の活動測定中に、測定対象である被測定者の意欲や集中力を持続・促進する目的で、運動野の特定を目的とする被測定者に、視覚刺激により被測定者の活動と刺激の間のずれをフィードバックする技術が開示されている。

従来の技術によれば、脳の活動（刺激に対する脳の反応）が確実に行われていることを確認するために、視覚野の検査において視覚刺激を見るだけではなく、「ボタンを押す」というタスクを課すものがある。

しかしながら、「ボタンを押す」というタスク自体が脳の活動を誘発するものである。したがって、純粋に視覚刺激に対する反応を見たい場合には、「ボタンを押す」というタスクによる脳活動はノイズとなる可能性があるという問題があった。

一方、「ボタンを押す」のようなタスクを課さない場合、被測定者が覚醒していない（例えば寝てしまった場合）ことがわからない。被測定者が寝てしまった場合、刺激に対する脳の活動が正しく測定されているとは言えないという問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、解析の精度を向上させることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定対象の生体信号を測定する生体信号測定装置から前記生体信号を取得する取得手段と、前記測定対象に対して刺激を付与する刺激装置から前記刺激が発生した時刻を示すトリガ情報を取得するトリガ情報取得手段と、前記生体信号を処理する信号処理手段と、を備え、前記信号処理手段は、前記生体信号に基づいて測定対象の生体情報を算出し、算出した生体情報から測定対象の生体信号が発生すると判断される時刻のトリガ情報のみを残し、他のトリガ情報を削除し、残ったトリガ情報に基づいて、前記刺激に同期して発生する前記生体信号を加算平均処理した加算平均波形を信号処理に用いる、ことを特徴とする。

本発明によれば、解析の精度を向上させることができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる生体信号計測システムの概略図である。 図２は、情報処理装置のハードウェア構成図である。 図３は、情報処理装置の機能ブロック図である。 図４は、情報処理装置に表示される開始画面の一例を示す図である。 図５は、測定収録画面の一例を示す図である。 図６は、測定収録時の情報処理装置の動作を示すフローチャートである。 図７は、解析画面の一例を示す図である。 図８は、図７の画面で特定のアノテーションラインが選択されたあとの画面を示す図である。 図９は、解析時の情報表示処理の流れを示すフローチャートである。 図１０は、加算平均を用いた解析時の情報表示処理の流れを概略的に示すフローチャートである。 図１１は、加算平均波形の表示例を示す図である。 図１２は、測定収録画面における睡眠検知信号の発生の表示例を示す図である。 図１３は、睡眠段階の基準を示す図である。 図１４は、解析画面の別の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、生体信号解析装置、生体信号計測システムおよびプログラムの実施の形態を詳細に説明する。

図１は、実施の形態にかかる生体信号計測システム１の概略図である。図１に示すように、生体信号計測システム１は、測定対象である被測定者の複数種類の生体信号、たとえば脳磁（ＭＥＧ：Magneto-encephalography）信号と脳波（ＥＥＧ：Electro-encephalography）信号を計測し、表示する。測定対象となる生体信号は、脳磁信号および脳波信号に限られるものではなく、例えば心臓の活動に応じて発生する電気信号（心電図として表現可能な電気信号）であってもよい。

図１に示すように、生体信号計測システム１は、被測定者の１以上の生体信号を測定する生体信号測定装置である測定装置３と、測定装置３で測定された１以上の生体信号を記録するサーバ４０と、被験者に１以上の刺激を与える刺激装置２０と、サーバ４０に記録された１以上の生体信号を解析する生体信号解析装置である情報処置装置５０と、を含む。ここでは、サーバ４０と情報処理装置５０とは別々に記載されているが、例えばサーバ４０が有する機能の少なくとも一部が情報処理装置５０に組み込まれる形態であってもよい。

図１の例では、被検者（被測定者）は、頭に脳波測定用の電極（またはセンサ）を付けた状態で測定テーブル４に仰向けで横たわり、測定装置３のデュワ３０の窪み３１に頭部を入れる。デュワ３０は、液体ヘリウムを用いた極低温環境の保持容器であり、デュワ３０の窪み３１の内側には脳磁測定用の多数の磁気センサが配置されている。測定装置３は、電極からの脳波信号と、磁気センサからの脳磁信号を収集し、収集した脳波信号および脳磁信号を含むデータ（以下の説明では「測定データ」と称する場合がある）をサーバ４０に出力する。サーバ４０に収録された測定データは、情報処理装置５０に読み出されて表示され、解析される。一般的に、磁気センサを内蔵するデュワ３０と測定テーブル４は磁気シールドルーム内に配置されているが、図示の便宜上、磁気シールドルームを省略している。

刺激装置２０は、あらかじめプログラムされた内容の刺激を発生すると同時に、刺激が発生した時刻を示すトリガ信号を含むデータをサーバ４０に出力する。

刺激装置２０は、例えば、ベルトに設けられた電極等であっても良い。この場合には、刺激装置２０は、例えば、被測定者の腕等に装着され、電気信号あるいは機械的信号が刺激として被測定者に与えられることになる。

また、刺激装置２０は、例えば、表示装置や音声出力装置等であっても良い。この場合には、刺激装置２０は、例えば、刺激装置２０に表示された映像や、刺激装置２０から出力される音声等を、刺激として被測定者に与えることになる。刺激装置２０は、このように、計測手順で決められた各種の刺激を被測定者に対して与えることができる。

情報処理装置５０は、複数の磁気センサからの脳磁信号の波形と、複数の電極からの脳波信号の波形を、同じ時間軸上に同期させて表示する。このとき、同時にトリガを同期させて表示しても良い。脳波信号は、神経細胞の電気的な活動（シナプス伝達の際にニューロンの樹状突起で起きるイオン電荷の流れ）を電極間の電圧値として表すものである。脳磁信号は、脳の電気活動により生じた微小な磁場変動を表わす。脳磁場は高感度の超伝導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ）センサで検知される。これらの脳波信号および脳磁信号は「生体信号」の一例である。

図２は、情報処理装置５０のハードウェア構成図である。情報処理装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：プロセッサ）２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３、補助記憶装置２４、入出力インタフェース２５、及び表示装置２６を有し、これらがバス２７で相互に接続されている。

ＣＰＵ２１は、情報処理装置５０の全体の動作を制御し、各種の情報処理を行う。ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２３または補助記憶装置２４に格納された情報表示プログラムを実行して、測定収録画面と解析画面の表示動作を制御する。ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２１のワークエリアとして用いられ、主要な制御パラメータや情報を記憶する不揮発ＲＡＭを含んでもよい。ＲＯＭ２３は、基本入出力プログラム等を記憶する。本発明の情報表示プログラムもＲＯＭ２３に保存されてもよい。補助記憶装置２４は、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置であり、たとえば、情報処理装置５０の動作を制御する制御プログラムや、情報処理装置５０の動作に必要な各種のデータ、ファイル等を格納する。入出力インタフェース２５は、タッチパネル、キーボード、表示画面、操作ボタン等のユーザインタフェースと、各種センサあるいはサーバ４０からの情報を取り込み、他の電子機器に解析情報を出力する通信インタフェースの双方を含む。表示装置２６は各種の情報を表示するためのデバイス（ディスプレイ）である。表示装置２６では測定収録画面と解析画面が表示され、入出力インタフェース２５を介した入出力操作に応じて画面が更新される。

図３は、情報処理装置５０の機能ブロック図である。情報処理装置５０は、制御部２５０、信号処理手段である解析部２５２、取得手段であるセンサ情報取得部２５３、トリガ情報取得手段であるトリガ情報取得部２５６、収録／解析情報保存部２５４、及びアノテーション入力手段であるアノテーション入力部２５５を有する。制御部２５０は、情報処理装置５０の画面表示を制御する表示制御手段である表示制御部２５１を含む。

センサ情報取得部２５３は、測定装置３あるいはサーバ４０から、センサ情報（生体信号）を取得する。

トリガ情報取得部２５６は、測定装置３あるいはサーバ４０からトリガ情報を取得する。

アノテーション入力部２５５は、センサ情報に付加されるアノテーション情報を入力する。

解析部２５２は、収集されたセンサ情報を解析する。センサ情報の解析には、信号波形の加算平均、加算平均波形を含む信号波形の解析、振幅の特異点の解析、電流ダイポールの向きを含む脳磁場の解析が含まれる。つまり、この例では、解析部２５２は、解析画面から選択されたアノテーションに対応する信号源を推定する機能（推定部の機能）を有している。

表示制御部２５１は、センサ情報の測定収録時、及び解析時の画面表示を上述した手法で制御する。

収録／解析情報保存部２５４は、測定データと解析結果を保存する。測定収録時に信号波形にアノテーションが付加された場合は、信号波形が取得された時間情報と対応付けて、アノテーションも保存される。

表示制御部２５１を含む制御部２５０の機能は、図２のＣＰＵ２１がＲＯＭ２３等に格納されたプログラムをＲＡＭ２２上に展開して実行することによって実現される。解析部２５２の機能も、ＣＰＵ２１がＲＯＭ２３等に格納されたプログラムをＲＡＭ２２上に展開して実行することにより実現される。なお、これに限らず、例えば制御部２５０および解析部２５２の機能のうちの少なくとも一部が専用のハードウェア回路（半導体集積回路等）で実現される形態であってもよい。センサ情報取得部２５３とアノテーション入力部２５５の機能は入出力インタフェース２５によって実現される。収録／解析情報保存部２５４の機能は、ＲＯＭ２３または補助記憶装置２４によって実現される。

図４は、情報処理装置５０に表示される開始画面２０４の一例を示す図である。開始画面２０４には、「測定収録」と「解析」の選択ボックスが表示される。脳波及び／または脳磁測定の場合、データの測定収録とデータの解析は、別々の主体によって行われる場合が多い。例えば、測定技師（測定者）によって「測定収録」のボックスが選択されると、測定装置３で測定されたデータは順次サーバ４０に保存され、情報処理装置５０に読み出されて表示される。測定収録の終了後、医師によって「解析」ボックスが選択されると、収録された測定データが読み出され解析される。

＜測定収録時の動作＞
図５は、測定収録画面２０５の一例を示す図である。測定収録画面２０５は、測定された信号波形を表示する領域２０１Ａと、信号波形以外のモニタ情報を表示する領域２０１Ｂを有する。信号波形を表示する領域２０１Ａは、測定者からみて画面の左側に配置され、信号波形以外のモニタ情報を表示する領域２０１Ｂは、測定者からみて画面の右側に配置されている。リアルタイムで検出され表示される波形の動き（画面の左側から右側に向かって表示される）に合わせた測定者の視線の動きと、画面左側の領域２０１Ａから右側の領域２０１Ｂへマウスを移動させるときの動きに無駄が生じず、作業効率が向上する。

表示画面の領域２０１Ｂでは、測定中に被測定者の様子を確認するためのモニタウィンドウ１７０が表示される。

領域２０１Ａは、信号検出の時間情報を画面の水平方向（第１方向）に表示する第１の表示領域１１０と、信号検出に基づく複数の信号波形を画面の垂直方向（第２方向）に並列に表示する波形表示領域１０１～１０３を有する。

第１の表示領域１１０で表示される時間情報は、時間軸１１２に沿って付された時間表示を含むタイムラインであるが、時間（数字）を表示せずに、帯状の軸だけでもよいし、軸を設けずに時間（数字）の表示だけであってもよい。また、画面上側の第１の表示領域１１０の他に、波形表示領域１０３の下側に時間軸を表示して、タイムラインを表示してもよい。

領域２０１Ａでは、同種の複数のセンサから取得される複数の信号波形、あるいは複数種類のセンサ群から取得される複数種類の信号の波形が、同じ時間軸で同期して表示される。たとえば、波形表示領域１０１には被測定者の頭部右側から得られる複数の脳磁信号の波形が、波形表示領域１０２には被測定者の頭部左側から得られる複数の脳磁信号の波形が、それぞれ並列に表示されている。波形表示領域１０３には、複数の脳波信号の波形が並列に表示されている。これらの複数の脳波信号波形は、各電極間で測定された電圧信号である。これらの複数の信号波形の各々は、その信号が取得されたセンサの識別番号あるいはチャネル番号と対応付けられてチャネル軸１０４に表示されている。

測定が開始され各センサからの測定情報が収集されると、時間の経過とともに領域２０１Ａの各波形表示領域１０１～１０３の左端から右方向に向けて信号波形が表示される。ライン１１３は計測の時刻（現在）を示しており、画面の左から右に向けて移動する。領域２０１Ａの右端（時間軸１１２の右端）まで信号波形が表示されると、その後は画面の左端から右に向けて徐々に信号波形が消え、消えた位置に新しい信号波形が順次左から右方向に表示され且つライン１１３も左端から右に向けて移動していく。これとともに、水平方向の第１の表示領域１１０でも測定の進行に対応して、時間の経過が時間軸１１２上に表示される。測定収録は、終了ボタン１１９が押されるまで継続される。

実施形態の特徴として、測定者（収録者）がデータ収録中に信号波形上で波形の乱れ、振幅の特異点等に気付いたときに、問題となる箇所または範囲を信号波形上でマークすることができる。マーキングの箇所または範囲は、マウスによるポインタ操作あるいはクリック操作で指定することができる。指定された箇所（または範囲）は、波形表示領域１０１～１０３の信号波形上に強調表示されるとともに、指定結果が対応する時刻位置又は時間範囲で、第１の表示領域１１０の時間軸１１２に沿って表示される。時間軸１１２上への表示を含むマーキングの情報は、信号波形データとともに保存される。指定された箇所は或る時刻に対応し、指定された範囲は或る時刻を含む一定範囲に対応する。

図５の例では、時刻ｔ１で、波形表示領域１０３で１以上のチャネルを含む範囲が指定され、マーク１０３ａ－１で時刻ｔ１を含んだ時間がハイライト表示されている。マーク１０３ａ－１の表示と関連して第１の表示領域１１０の対応する時刻位置に、指定結果を示すアノテーション１１０ａ－１が表示されている。時刻ｔ２で、波形表示領域１０３で別の波形位置またはその近傍がマークされ、その位置（時刻ｔ２）または近傍の領域（少なくとも時間範囲か複数の波形のいずれか一つが指示される）にマーク１０３ａ－２がハイライト表示されている。同時に、第１の表示領域１１０の対応する時刻位置（時間範囲）に、アノテーション１１０ａ－２が表示される。なお、アノテーションとは、あるデータに対して関連する情報を注釈として付与することを指す。本実施例では、少なくとも指定された時間情報に基づいて注釈として表示されるものであって、少なくとも時間情報に基づく波形が表示される位置と結び付けて、注釈として表示するものである。また、複数のチャネルを表示する場合、対応するチャネル情報と結びつけ、注釈として表示しても良い。

時刻ｔ２で、測定者が別の波形箇所またはその近傍領域を指定すると、指定された箇所でマーク１０３ａ－２がハイライト表示され、これとともに、第１の表示領域１１０の対応する時刻位置に、アノテーション番号「２」が表示される。さらに、ハイライト表示された箇所に、属性選択のためのポップアップウィンドウ１１５が表示される。ポップアップウィンドウ１１５は、種々の属性を選択する選択ボタンと、コメントや追加情報を入力する入力ボックスを有する。選択ボタンには、波形の属性として「速波（fast activity）」、「眼球運動（eye motion）」、「体動（body motion）」、「スパイク（spike）」など、波形乱れの要因が示されている。測定者は、画面の領域２０１Ｂのモニタウィンドウ１７０で被測定者の様子を確認することができるので、波形の乱れの原因を示す属性を適切に選択することができる。たとえば、波形にスパイクが生じたときに、てんかんの症状を示すスパイクなのか、被測定者の体動（くしゃみ等）に起因するスパイクなのかを判断することができる。

アノテーション１１０ａ－１の一部または全部、たとえば、属性アイコンとテキストアノテーションの少なくとも一方を、波形表示領域１０３の信号波形上のマーク１０３ａ－１の近傍にも表示してもよい。信号波形上へのアノテーションの追加は、波形形状のチェックの妨げになる場合もあり得るので、波形表示領域１０１～１０３の信号波形上にアノテーションを表示させる場合は、表示・非表示を選択可能にしておくことが望ましい。

領域２０１Ｂのモニタウィンドウ１７０では、頭部を測定装置３に入れて測定テーブル４に横たわっている被測定者の状態のライブ映像が表示される。領域２０１Ｂでは、波形表示領域１０１、１０２、１０３の信号波形の各々に対応する分布図１４１、１４２、１３０と、アノテーションリスト１８０が表示される。

脳磁分布図１４１、１４２は、脳磁測定用の磁気センサの配置を示す脳磁分布図である。磁気センサは、脳磁分布図１４１、１４２内に点在する各点で表現されている。脳波分布図１３０は脳波測定用の電極（またはセンサ）の配置を示す脳波分布図である。

測定収録するにあたって、測定者は波形表示領域１０１、１０２に表示させる波形に対応する磁気センサを脳磁分布図１４１、１４２で指定する。

磁気センサの指定方法の一例として、メニュー１４１ｍ、１４１ｎを押下することで表示されるプルダウンリストから測定者が指定することができる。たとえば、プルダウンリストには、左／右のセンサ群の選択だけでなく、頭頂部、前頭葉、側頭葉などのパートが表示され、任意に選択可能である。ここで、メニュー１４１ｍで脳磁分布図１４１の頭頂部のセンサが選択された場合は、メニュー１４１ｎでは脳磁分布図１４２の頭頂部を除く全てのセンサが選択された状態となる。そして、磁気センサが指定されると、脳磁分布図１４１，１４２の点の色が指定されていない点と区別されて表示される。

また、チャネル軸１０４に表示されるセンサの識別番号あるいはチャネル番号は、波形表示領域１０１では頭頂部のセンサの番号、波形表示領域１０２ではそれ以外のセンサの番号となる。

磁気センサの指定方法の別の例として、測定者または解析者がマウスなどの操作手段を用いて、脳磁分布図１４１，１４２内で特定したい磁気センサ（点で表示）を囲うこともできる。そうすると、囲われた範囲の内側の点（磁気センサ）の色が範囲外の点と区別されて表示される。

アノテーションリスト１８０は、領域２０１Ａの信号波形上でマークされたアノテーションの一覧である。波形表示領域１０１～１０３で信号波形上の位置または範囲が指定されアノテーションが付される都度、対応する情報がアノテーションリスト１８０に順次追加される。

終了ボタン１１９が選択（押下）され測定が終了すると、波形表示領域１０１～１０３で指定されたハイライト箇所は信号波形に対応付けて保存される。第１の表示領域１１０の対応する時刻位置に表示されたアノテーション情報も、アノテーション番号と時刻に対応付けて保存される。これらの表示情報を保存することで、測定者と解析者が異なる場合でも、解析者は容易に問題となる箇所を認識し、解析することができる。

図６は、情報処理装置５０で行われる測定収録段階での情報表示処理のフローチャートである。図４に示す開始画面２０４で「測定収録」が選択されると（Ｓ１１）、測定が開始され、複数の信号の波形が同じ時間軸に沿って同期して表示される（Ｓ１２）。ここで「複数の信号波形」という場合は、同一種類の複数のセンサで検知された信号波形と、異なる種類のセンサの各々で検知された複数の信号波形の両方を含む。この例では、複数の生体信号の波形は、被測定者の頭部右側に対応する磁気センサ群から得られる脳磁信号の波形と、被測定者の頭部左側に対応する磁気センサ群から得られる脳磁信号の波形と、被測定者の脳波測定用の電極から得られる脳波信号の波形と、から構成されるが、これに限られるものではない。

情報処理装置５０は、表示されている信号波形上で注目箇所または範囲が指定されたか否かを判断する（Ｓ１３）。注目箇所または範囲の指定があると（Ｓ１３でＹｅｓ）、信号波形の表示領域（波形表示領域１０１～１０３）に指定箇所を強調表示するとともに、時間軸領域（第１の表示領域１１０）の対応する時刻位置に指定結果を表示する（Ｓ１４）。指定結果には、指定がなされたこと自体を示す情報、または指定の識別情報が含まれる。時間軸領域への指定結果の表示と同時に、あるいは前後して、アノテーションの入力要求の有無を判断する（Ｓ１５）。アノテーション入力の要求がある場合は（Ｓ１５でＹｅｓ）、入力されたアノテーション情報を時間軸領域の対応する時刻位置に表示するとともに、アノテーションリストに追加する（Ｓ１６）。その後、測定終了コマンドが入力されたか否かを判断する（Ｓ１７）。注目位置（領域）の指定がない場合（Ｓ１３でＮｏ）、及びアノテーションの入力要求がない場合（Ｓ１５でＮｏ）は、ステップＳ１７へ飛んで測定終了の判断を行う。測定が終了するまで（Ｓ１７でＹｅｓ）、ステップＳ１３～Ｓ１６を繰り返す（Ｓ１７でＮｏ）。

＜解析時の動作＞
図７は、解析時の情報処理装置５０の解析画面２０６の一例を示す図である。解析画面２０６は、図４の開始画面２０４で「解析」ボタンを選択することで表示させる。解析画面２０６は、測定により得られた被検者の１以上の生体信号（この例では、被測定者の頭部右側に対応する磁気センサ群から得られる脳磁信号、被測定者の頭部左側に対応する磁気センサ群から得られる脳磁信号、被測定者の脳波測定用の電極から得られる脳波信号）の経時的変化を示す生体データと、測定時に生体データに対して入力された１以上のアノテーションとを対応付けた画面である。本実施形態の情報処理装置５０は、この解析画面２０６を表示部（後述の表示装置２６）に表示する制御を行う機能を有している。図７の例では、解析画面２０６は、収録された３つの生体信号の経時的変化を示す波形（生体データに相当）をアノテーションとともに表示する領域２０２Ａと、解析情報を表示する領域２０２Ｂを有する。この例では、解析画面２０６では３つの生体信号の経時的変化を示す波形を表示しているが、刺激装置２０の入力信号が表示される場合もあるので、信号数は３つに限られるものではない。収録された信号波形とアノテーション情報を表示する領域２０２Ａは、測定者からみて画面の左側に配置され、解析表示する領域２０２Ｂは、測定者からみて右側に配置されている。これは、解析の際に、領域２０２Ａで信号波形をチェックまたは選択しながら、マウス等を操作して領域２０２Ｂで解析結果を確認または確定させる作業の効率が良いからである。

本例では、領域２０２Ａの波形表示領域１０３の脳波信号の波形の画面上方に、波形表示領域１０１，１０２の脳磁信号の波形を表示している。また、領域２０２Ａの右側の領域２０２Ｂでは、領域２０２Ａに近い側の画面領域で且つ画面上方に脳磁分布図１４１，１４２を表示し、脳波分布図１３０をその下方に表示している。このため、解析者は、波形表示領域１０３の「脳波信号の波形」、波形表示領域１０１，１０２の「脳磁信号の波形」、脳磁分布図１４１、１４２、脳波分布図１３０の順に（この場合は、時計回りで）視線移動を行える。そのため、解析者（または測定者）の視線移動が効率的になり、その結果、解析作業効率を向上させることが可能となる。なお、上記では、時計回りとして説明したがこの例に限定されない。

領域２０２Ａは、測定時の時間情報を画面の水平方向（第１方向）に表示する第１の表示領域１１０及び第２の表示領域１２０と、収録された信号波形を種類ごとに画面の垂直方向（第２方向）に並べて表示する波形表示領域１０１～１０３を有する。

第１の表示領域１１０には、収録時の時間の経過を示す時間軸１１２と、時間軸１１２に沿って付加されたアノテーション１１０ａ－７、１１０ａ－８が表示される。第２の表示領域１２０には収録時間の全体を示す時間軸１２２が表示される。時間軸１２２に沿って、アノテーションが付加された時刻位置を示すポインタマーク１２０ａと、波形表示領域１０１～１０３に現在表示されている信号波形が収録された時間帯を示すタイムゾーン１２０ｂが表示される。この表示により、解析者は、現在解析中の信号波形が、測定収録時のどの段階で取得された信号波形なのかを直感的に把握することができる。

解析者は、解析画面２０６を開いた後に、たとえば、時間軸１２２のバー上でタイムゾーン１２０ｂをドラッグすることで所望の時間帯の信号波形を波形表示領域１０１～１０３に表示させることができる。あるいは、後述するように、アノテーションリスト１８０の中から所望のアノテーションを選択することで、そのアノテーションを含む前後の信号波形を波形表示領域１０１～１０３に表示させることができる。

波形表示領域１０１～１０３には、収録時に信号波形に付加されたアノテーションＡ７、Ａ８が表示されている。マーク１０３ａ－７、１０３ａ－８がハイライト表示され、マーク１０３ａ－７、１０３ａ－８の近傍に対応する属性アイコン１０６－７、１０６－８が表示されている。また、マーク１０３ａ－７、１０３ａ－８の時刻位置を示す縦のライン１１７－７、１１７－８が表示されている。ライン１１７が表示されることで、たとえば、波形表示領域１０３の所定の箇所の指定と関連してアノテーションが付加されたときに、異なる種類の信号表示エリアである波形表示領域１０２、１０１においても、指定の結果が容易に視認できる。ライン１１７は、アノテーション情報の視認を容易にするという意味でアノテーション情報に含めることができ、「アノテーションライン」と称してもよい。

図７に示す解析画面２０６には、波形表示領域１０１、１０２に表示されている信号波形に対応する脳磁分布図１４１、１４２、及び波形表示領域１０３に表示されている信号波形に対応する脳波分布図１３０が表示されている。また、脳磁図（ＭＥＧ：Magnetoencephalograph）の等磁場線図１５０と、脳波図（ＥＥＧ；Electroencephalograph）の等電位図１６０と、ＭＲＩ（磁気共鳴画像：Magnetic Resonance Imaging）で取得された被測定者の脳の断層画像の表示ウィンドウ１９０が表示されている。等磁場線図１５０では、磁場の湧き出し領域と沈み込み領域が色分けされて表示され、電流の流れる方向が視覚的に把握される。等磁場線図１５０と等電位図１６０は測定完了後に得られる情報であり、ＭＲＩの断層画像は、別途検査で得られる情報である。

モニタウィンドウ１７０には、波形表示領域１０１～１０３の信号波形が取得された時刻に同期して、測定時の被測定者の映像が表示される。解析者は、モニタウィンドウ１７０を見て被測定者の状態を確認しながら信号波形を解析することができる。

アノテーションリスト１８０は、測定収録で付加されたすべてのアノテーションがリストされている。所望のアノテーション番号１８１または行をクリックすることで、図７の波形表示領域１０１～１０３に、そのアノテーションが付加された時刻位置を含む所定の時間帯の信号波形を表示させることができる。

測定収録画面２０５と異なり、解析者がアノテーション部分の信号波形を確認して最終的に信号源の推定がなされたアノテーションには、推定完了マーク１８２が表示されている。

図８は、図７の画面で特定のアノテーションラインが選択されたあとの画面を示す図である。図８は、図７の解析画面２０６でライン１１７－７が選択（たとえばダブルクリック）された直後の画面の全体図である。解析者が図７に示すアノテーションＡ７に着目して、この領域の波形を解析するためにライン１１７－１を選択（たとえばダブルクリック）すると、ハイライトされた信号波形の近傍の信号波形が図８に示すように拡大表示領域２００に拡大表示される。領域１１４で示される一定の時間範囲にわたって、信号波形が時刻位置を示すライン２１７－７とともに拡大表示される。

解析者は、拡大表示領域２００に信号波形を拡大表示することで、収録時に付加されたマークに対応する波形の妥当性を再確認し、あるいは計測収録時にチェックされていない波形部分をチェックすることができる。たとえば、ライン２１７－７を左右にドラッグすることで、問題となる波形の正確な個所を特定または変更することができる。

拡大表示領域２００に表示する信号波形の種類と、チャネル範囲を指定することも可能である。たとえば、解析者は、視線を波形表示領域１０３でハイライトされたマーク１０３ａ－７から画面の上方へ移し、脳磁波形の波形表示領域１０１または１０２の波形に振幅の特異点がないかを確認する。この場合、波形表示領域１０１または１０２のターゲットのチャネル領域を指定することで、拡大表示領域２００にマーク１０３ａ－７と関連する脳磁波形を拡大表示することができる。

拡大表示領域２００の画面の下側には、確認ウィンドウ２１０が表示されている。確認ウィンドウ２１０は、信号波形の属性ボタン２１１と、信号源の推定ボタン２１２を含む。属性ボタン２１１は、測定収録画面２０５のポップアップウィンドウ１１５に含まれる属性情報と対応し、収録時に付加された属性が誤っているときは、属性ボタン２１１を選択して正しい属性を選択することができる。信号波形の正しい位置、及び／あるいは属性の選択が確認されたならば、推定ボタン２１２をクリックすることで信号源の推定をアノテーションに反映することができる。つまり、本実施形態の情報処理装置５０は、解析画面２０６から選択されたアノテーションに対応する信号源を推定する機能を有している。推定された信号源は、ＭＲＩ（磁気共鳴画像：Magnetic Resonance Imaging）で取得された被測定者の脳の複数の断層画像（生体断層画像）のうち該推定された信号源に対応する断層画像上に重畳して表示することができる。

図８で、所望のアノテーションについて、信号波形位置及び／または属性が確認され、信号源の推定ボタン２１２が選択されると、アノテーションリスト１８０の対応するアノテーションに、推定完了マーク１８２が付加される。さらに、表示ウィンドウ１９０のＭＲＩ断層画像に、ダイポールの推定結果１９０ａが表示される。

図９は、情報処理装置５０で行われる解析時の情報表示処理の流れを示すフローチャートである。開始画面２０４（図４参照）で「解析」が選択されると（Ｓ２１）、解析が開始され、解析画面２０６が表示される（Ｓ２２）。初期の解析画面２０６は、信号波形が表示されていないブランク画面でもよいし、収録の先頭または最後の一定の時間範囲の信号波形であってもよい。解析画面２０６が表示されると、特定のアノテーションが選択されたか否かが判断される（Ｓ２３）。アノテーションの選択は、アノテーションリスト１８０内での特定のアノテーション番号または行の選択であってもよいし、第２の表示領域１２０の時間軸１２２上のタイムゾーン１２０ｂを操作することによる時刻位置の指定であってもよい。アノテーションの選択があると（Ｓ２３でＹｅｓ）、選択されたアノテーションの時刻位置を含む所定時間分の信号波長が表示される（Ｓ２４）。

表示された画面で、ハイライト表示されたマークの時間位置を示すライン１１７が選択されたか否かが判断される（Ｓ２５）。ライン１１７が選択されると（Ｓ２５でＹｅｓ）、選択されたラインを含む一定の時間範囲の信号波形が図８に示すように拡大表示される（Ｓ２６）。拡大表示は、必ずしもハイライト表示されたマークの近傍の信号波形に限定されず、同じ時間位置の異なる種類の信号波形を拡大表示してもよい。たとえば、脳波信号波形にハイライト表示されたマークが付されている場合に、同じ時間位置の脳磁信号波形を拡大表示させてもよい。また、すべてのチャネルの信号波形を拡大表示する替わりに、マークされた信号波形が取得されたチャネルを含む一定範囲のチャネルで取得された信号波形を拡大表示させてもよい。この場合、拡大表示させたい信号波形の種類、及び／またはチャネル範囲の指定入力の有無を判断してもよい。

次に、図８に示す信号源の推定ボタン２１２が押下されたか否かが判断される（Ｓ２７）。信号源の推定ボタン２１２が押下されると（Ｓ２７でＹｅｓ）、信号源推定の演算が行われる。表示ウィンドウ１９０のＭＲＩ断層画面に推定結果１９０ａが表示されるとともに、推定完了マーク１８２がアノテーションリスト１８０に追加される（Ｓ２８）。そして、アノテーションリスト１８０の下に配置されたマージボタン３００の押下を受け付けた場合（Ｓ２９でＹｅｓ）、情報処理装置５０は別の画面を表示し、画面に関する処理を行う（Ｓ３０）。マージボタン３００の押下を受け付けなかった場合（Ｓ２９：Ｎｏ）、または、Ｓ３０の後は、解析終了ボタン３０１の押下を受け付けたか否かが判断される（Ｓ３１）。アノテーションの選択がない場合（Ｓ２３でＮｏ）、拡大表示のためのアノテーションラインの選択がない場合（Ｓ２５でＮｏ）、及び信号源推定ボタン選択の入力がない場合（Ｓ２７でＮｏ）は、ステップＳ３１へ飛んで解析終了の判断を行う。解析終了ボタン３０１の押下が受け付けられるまで（Ｓ３１でＹｅｓ）、ステップＳ２３～Ｓ３０が繰り返される（Ｓ３１でＮｏ）。

ステップＳ２６とＳ２７の間に、アノテーションが変更されたか否かの判断を行ってもよい。アノテーションが変更された場合は、アノテーションリスト１８０へ変更を反映して、ステップＳ２７の判断に移行する。

次に、加算平均を用いた解析方法を説明する。複数回の刺激に対する反応を見るために、複数回の信号を加算平均し、加算平均された結果をもとに上記ダイポール推定を行う方法がある。なお、以下においては、信号処理の一例である解析処理時の加算平均処理について説明するが、信号処理の一例である収録処理時において加算平均を用いるようにしてもよい。

加算平均処理を行うことで、位相の異なる信号についてはその振幅を小さくすることが可能となる。つまり、ホワイトノイズ等のノイズを小さくすることができる。その結果、刺激に対する反応（信号）をより明確に見出すことが可能となる。

しかしながら、加算平均する信号の中に不適切なものが混入した場合、それはノイズとなり、その後の解析を困難にする一因となる。

例えば、視覚刺激に対する反応を観測する場合に、被験者が眠ってしまった（目を閉じていた）ときの信号を併せて加算平均すると、その信号は視覚刺激に対する反応ではないので、加算平均の際にノイズ信号として好ましくない影響を及ぼすことになる。

以下、説明を簡単にするために、視覚刺激に対する反応を測定する場合について説明する。また、被験者の脳状態としては睡眠を検知する場合について説明する。

睡眠を検知する方法には様々な方法が提案されている。ここでは、脳内活動に影響を及ぼさないものであれば、いかなる方法を用いても構わない。例えば、特開２０１６－８７０７２号公報に記載されている方法を用いればよい。この手法はＥＥＧを用いた場合について説明されているが、ＭＥＧの信号に対しても同様に適用できる。

ここで、図１０は加算平均を用いた解析時の情報表示処理の流れを概略的に示すフローチャートである。以下、図１０と図３に基づいて処理の流れを説明する。

誘発信号は、センサ情報取得部２５３を通じて、収録／解析情報保存部２５４に保存される。同様に、トリガは、トリガ情報取得部２５６を通じて、収録／解析情報保存部２５４に保存される。それぞれのデータが保存されたならば、解析部２５２において加算平均処理が行われる。

図１０に示すように、情報処理装置５０は、開始画面２０４（図４参照）で「解析」が選択されると（ステップＳ２１）、ステップＳ１に進む。

解析部２５２は、睡眠状態の時刻を検出する（ステップＳ１）。解析部２５２では、センサ情報に対して、例えば、特開２０１６－８７０７２号公報に記載の手法を適用し、睡眠状態および睡眠状態の時刻を検出する。この場合、周波数解析したα波が５０％ｔｉｍｅ未満となったとき睡眠検知信号が検出された（ＯＮ）と判断し、この信号を収録／解析情報保存部２５４に保存する。

次に、解析部２５２は、睡眠状態の時刻に含まれるトリガを削除する（ステップＳ２）。より詳細には、解析部２５２は、トリガ情報を収録／解析情報保存部２５４から取り出し、上記睡眠検知信号がＯＮの範囲に含まれるトリガを削除して、残ったトリガを収録／解析情報保存部２５４に保存する。本実施形態において、「トリガ」とは、刺激が発生した時刻を示すトリガ信号（刺激発生信号）である。

次に、解析部２５２は、残ったトリガ前後の波形について加算平均を行う（ステップＳ３）。より詳細には、解析部２５２は、トリガ情報を再び収録／解析情報保存部２５４から呼び出し、各トリガ前後の時刻を切り出して加算平均波形を生成する。生成された加算平均波形は、収録／解析情報保存部２５４に保存される。

具体的には、解析部２５２は、トリガの前Ｔｐｒ［ｍｓ］とトリガの後Ｔｐｏ［ｍｓ］の間の／範囲の信号を切り出し、切り出した信号を加算平均する。これにより、－Ｔｐｒ～Ｔｐｏの間の加算信号を得ることができる。本実施形態において、「信号」とは、ダイポール推定のための信号であるので、基本はＭＥＧであるが、ＥＥＧでもよい。

その後、解析部２５２は、解析を開始し、解析画面２０６を表示するとともに（ステップＳ２２）、加算平均波形を表示する（ステップＳ４）。

加算平均波形については、通常の波形と同様に各種処理に用いることができる。ここで、図１１は加算平均波形の表示例を示す図である。図１１に示すように、視覚刺激に対する反応を観測する場合に、被験者が睡眠状態の時刻に含まれるトリガを削除し、残ったトリガ前後の波形について加算平均を行っている。

図１０に戻り、以降の処理（アノテーション付与からダイポール推定）については、通常の信号の場合と同じように処理が可能である。

解析画面２０６が表示されると、特定のアノテーションが選択されたか否かが判断される（Ｓ２３）。アノテーションの選択は、アノテーションリスト１８０内での特定のアノテーション番号または行の選択であってもよいし、第２の表示領域１２０の時間軸１２２上のタイムゾーン１２０ｂを操作することによる時刻位置の指定であってもよい。アノテーションの選択があると（Ｓ２３でＹｅｓ）、ステップＳ２８に進む。

Ｓ２８では、表示ウィンドウ１９０のＭＲＩ断層画面に推定結果１９０ａが表示されるとともに、推定完了マーク１８２がアノテーションリスト１８０に追加される。そして、アノテーションリスト１８０の下に配置されたマージボタン３００の押下を受け付けた場合（Ｓ２９でＹｅｓ）、情報処理装置５０は別の画面を表示し、画面に関する処理を行う（Ｓ３０）。マージボタン３００の押下を受け付けなかった場合（Ｓ２９：Ｎｏ）、または、Ｓ３０の後は、解析終了ボタン３０１の押下を受け付けたか否かが判断される（Ｓ３１）。

また、アノテーションの選択がない場合は（Ｓ２３でＮｏ）、ステップＳ３１へ飛んで解析終了の判断を行う。解析終了ボタン３０１の押下が受け付けられるまで（Ｓ３１でＹｅｓ）、ステップＳ２３～Ｓ３０が繰り返される（Ｓ３１でＮｏ）。

なお、ここで示したのは一例であり、他の刺激を与え、他の状態を検知する方法もある。睡眠の検知は他の刺激に対する反応を見る場合に対しても、同様に適用可能である。また、睡眠以外に異常な興奮／緊張状態にある等を検出し、解析データから取り除くことも有用である。

以上、解析時の動作として説明したが、同様の動作を収録時に行っても構わない。収録時に行う場合には解析時に行うのと同様に睡眠検知信号を検出し、検出された時刻に発生したトリガを、保存するトリガデータから取り除いておけば良い。または、別途エラートリガのデータとしてその時刻を記録しておき、解析において加算平均を行う際に無視できるようにすればよい。

さらに、収録時に睡眠を検知する場合には、睡眠検知信号が発生した場合、一旦測定を中止し、被験者の体調を整える方法も考えられる。この場合、睡眠検知信号の発生を、収録時の画面上で気づきやすく表示することが肝要である。

ここで、図１２は測定収録画面における睡眠検知信号の発生の表示例を示す図である。図１２に示すように、測定収録画面２０５の領域２０１Ｂのモニタウィンドウ１７０において、睡眠検知信号の発生を示す表示１７１が表示される。

ここで、図１３は、睡眠段階の基準を示す図である。図１３は「http://naraamt.or.jp/Academic/kensyuukai/2005/kirei/nouha_suimin/nouha_suimin.html」に開示されているものである。本実施形態においては、α波が５０％ｔｉｍｅ未満となったときに睡眠検知信号が検出されたものとしたが、これに限るものではなく、図１３に示すような睡眠段階の基準に応じて睡眠状態を判断してもよい。

さらに、加算平均が関わらない他の例を説明する。

α波が強い（睡眠状態またはそれに近い状態）の場合、てんかんのスパイクを発見しやすくなることが知られている。そこで、脳状態をα波の強さで測定し、α波の強い時間帯の信号を優先して操作者に見せることで、スパイク波形の発見を容易にすることも有効である。

見せ方はさまざまな方法が考えられるが、例えばα波がある一定の値より強い時間帯の信号のみを表示させる方法や、α波がある一定の値より強い時間帯に、信号の表示／背景色を変える方法などが考えられる。

ここで、図１４は解析画面の別の一例を示す図である。図１４に示すように、解析画面２０６において、領域２０２Ａの波形表示領域１０１、１０２に表示されているＭＥＧ信号の右２／３が、α波が強い領域である。図１４に示す例では、表示制御部２５１は、生体信号の周波数解析の結果に基づいて、信号が見えやすいように、α波が強い領域の表示色をその他の領域に比べて濃い色に変えている。

このように本実施の形態によれば、複数回の刺激に対する測定データを解析する際に、非侵襲な手法で脳の状態（刺激とは無関係な睡眠等の脳の状態）を把握し、不適切な状態のときに与えられた刺激に対する測定データを解析の対象から外す、言い換えれば、適切な状態のときの測定データのみを解析の対象とすることにより、解析の精度を向上させることができる。

また、上述した各実施形態の生体信号計測システム１で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよいし、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。また、各種プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

１ 生体信号計測システム
３ 生体信号測定装置
２０ 刺激装置
５０ 生体信号解析装置
２５１ 表示制御手段
２５２ 信号処理手段
２５３ 取得手段
２５５ アノテーション入力手段
２５６ トリガ情報取得手段

特許第３５８４２８６号公報

Claims (7)

1. 測定対象の生体信号を測定する生体信号測定装置から前記生体信号を取得する取得手段と、
   前記測定対象に対して刺激を付与する刺激装置から前記刺激が発生した時刻を示すトリガ情報を取得するトリガ情報取得手段と、
   前記生体信号を処理する信号処理手段と、
   を備え、
   前記信号処理手段は、前記生体信号に基づいて測定対象の生体情報を算出し、算出した生体情報から測定対象の生体信号が発生すると判断される時刻のトリガ情報のみを残し、他のトリガ情報を削除し、残ったトリガ情報に基づいて、前記刺激に同期して発生する前記生体信号を加算平均処理した加算平均波形を信号処理に用いる、
   ことを特徴とする生体信号解析装置。
2. 前記信号処理手段は、前記生体信号を周波数解析して、前記測定対象の生体信号が発生すると判断される時刻のトリガ情報以外の他のトリガ情報を削除する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号解析装置。
3. 前記信号処理手段は、睡眠状態の時刻に含まれるトリガ情報を削除する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の生体信号解析装置。
4. 前記生体信号の周波数解析の結果に基づいて、画面表示を制御する表示制御手段を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号解析装置。
5. 前記表示制御手段は、前記生体信号の周波数解析の結果として睡眠状態とされる領域の表示色をその他の領域に比べて濃い色に変える、
   ことを特徴とする請求項４に記載の生体信号解析装置。
6. 測定対象の生体信号を測定する生体信号測定装置と、
   請求項１ないし５のいずれか一項に記載の生体信号解析装置と、
   を備えることを特徴とする生体信号計測システム。
7. コンピュータを、
   測定対象の生体信号を測定する生体信号測定装置から前記生体信号を取得する取得手段と、
   前記測定対象に対して刺激を付与する刺激装置から前記刺激が発生した時刻を示すトリガ情報を取得するトリガ情報取得手段と、
   前記生体信号を処理する信号処理手段と、
   として機能させ、
   前記信号処理手段は、前記生体信号に基づいて測定対象の生体情報を算出し、算出した生体情報から測定対象の生体信号が発生すると判断される時刻のトリガ情報のみを残し、他のトリガ情報を削除し、残ったトリガ情報に基づいて、前記刺激に同期して発生する前記生体信号を加算平均処理した加算平均波形を信号処理に用いる、
   ことを特徴とするプログラム。

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