生理学データ解析

計測システム事例

人間工学、心理学、動物実験、基礎医学などの研究を支援します。

心拍、血圧、脳波などの各種生理学分野における波形解析、ゆらぎ解析、周波数解析、心筋梗塞・不整脈診断解析など、人間工学分野、心理学分野、動物実験、基礎医学分野、などの研究を支援します。

心電、脳波、筋電、体温などの計測データ及び演算後データを１００フレームの表示領域に割り当てができるので、患者別に投薬前、投薬後、回復後などの多数のデータ比較が容易に行えます。

これらを一括演算する大規模解析ができます。
複数の異なる時間軸を持つデータの比較解析ができます。

各種のデジタルフィルターを使って、EEGの５帯域の成分抽出の生体信号とノイズの分離を行う等、目的周波数成分の抽出を効率よく行なうことが出来ます。その他FFT、EM、ARが標準装備されています。

心拍、血圧などのあらゆる生体データの揺らぎ解析ができます。間隔検出処理により時間間隔の変化を抽出し、FFT、WAVELETにより処理を行います。

用途

心拍、血圧、脳波などの各種生理学分野における波形解析、ゆらぎ解析、周波数解析、心筋梗塞、不整脈診断解析など人間工学分野、心理学分野、動物実験、基礎医学分野、などの研究を支援します。

ファイル保存形式

アスキーファイル形式でのデータ保存
専用バイナリーデータ形式でのデータ保存
※ （*.IMD）は、弊社の波形表示、解析ソフト(DAQ-WIN )で用いられているファイル形式です。

注：OSはWindows10に対応します。

BIOMASをつかった学術発表、論文は下記からご覧ください。
元昭和大学藤が丘病院循環器内科　准教授堤先生が論文を発表されました

機能

画面表示例

心電、脳波、筋電、体温などの計測データ及び演算後データを１００フレームの表示領域に割り当てができるので、患者別に投薬前、投薬後、回復後などの多数のデータ比較が容易に行えます。

FIRフィルタ

BIOMAS演算機能

1	間隔検出	極大値間隔、極小値間隔
2	関数変換	指数関数、自然対数、対数
3	周波数処理	FIR、FFT、AR
4	クリップ・フィル	上限値クリップ、下限値クリップ、フィル整流・波形生成
5	整流・波形生成	整流・波形生成

処理手順登録機能

解析の各段階の手順を予め登録しておくことができますので、複数のデータ保存を行なう場合に、誤ることなく常に同じ手順の解析を自動的に行なうことができます。

オプション機能

1.ウェーブレット機能	モルレー、ガボール、メキシカンハット
~~2.カオス解析~~	~~リターンマップ、アトラクタ、リアプノフ指数~~　取り扱い中止

オプション1：ウェーブレット解析

ウェーブレット応用例（交感神経と副交感神経の活動状態のトレンド解析）

心拍のウェーブレット表示

心拍データ　R-R間隔

FFTでの心拍揺らぎLF・HF解析結果

R-R間隔(心拍ゆらぎ）ウェーブレット解析

心拍ゆらぎウェーブレットの
3次元表示（オプション）

心拍ゆらぎウェーブレットの
2次元表示

安全で快適な車両を開発するためには、人間と自動車の関係を定量的に判定する総合性能評価が必要となります。
この方法として運転している人の心身負荷を定量的に評価できる、心拍変動性（ＨＲＶ）が有ります。

心拍ゆらぎである、この心拍変動性（ＨＲＶ）は生体内を常に一定の範囲内に保とうとする自律神経の活動を反映しています。

すなわち、自律神経は交感神経と副交感神経がそれぞれ拮抗する作用を持ち、私たちの体を制御しています。この働きの特徴は、外からのストレスで緊張した状態になると交感神経が活性し、逆に精神的にリラックスした状態になると副交感神経が活性になります。

この心拍揺らぎ（ＨＲＶ）を周波数（ＦＦＴ）解析すると、交感神経がＬＦ（０．１Ｈｚ近辺）、副交感神経がＨＦ（０．３Ｈｚ近辺）に、それぞれの活性度が算出できます。

ウェーブレットでこの心拍揺らぎ（ＨＲＶ）解析を行うと、LF・HFの連続変化が抽出できます。（上右図）

心電図二拍ウェーブレット画面

心電図一拍ウェーブレット画面

T波の終わりとP派の始まりを、ウェーブレット画面から読み取ることができます。

心電図の三次元表示

ウェーブレット変換した、カラー表示をＸ軸時間、Ｙ軸パワー、Ｚ軸周波数の３Ｄ画面で立体的に観測できます。更にこれらの中から特定の周波数だけを抽出してみることが出来ます。（右図２Ｄ表示）

心電図のニ次元表示

３Ｄ表示画面から任意に抽出した周波数の表示画面です。抽出した周波数間の時間に対するパワースペクトルのレベル変化の対比、相関特性が観測できます。

3次元画面から、任意の周波数を選んで2次元表示ができます。

計測表示ソフトDAQIII用ウェーブレットのご紹介

オプション2：カオス解析カオスは現在取り扱っておりません

特徴

カオス解析の最大の特徴は、従来の線形理論に基づいたスペクトル解析や統計解析では見過ごされていた非線形性と決定論的性質を把握できることにあります。

一見ランダムに見える時系列データから決定論的法則を抽出することにより、精度の良い予測や力学系の特徴を把握するための定性的・定量的な指標を得ることができます。

※生体信号、機械振動、音声データ等の解析に利用できます。

注：OSはWindows10に対応します。

仕様

解析種類

解析の種類はリターンマップ、アトラクタとリアプノフ指数の３種類があります。

(１) リターンマップ

時系列データ｛x(1), x(2), ﾉ, x(I), ﾉ, x(N-1), x(N)｝のゆらぎを視覚的に表示するための手法です。パソコン計測により高速・高精度解析で安定した判定を行うことができます。

機能

横軸x(j), 縦軸x(j+1)としてxy 座標にプロットし、以下の順で線を結んでいます。
（x(1),x(2)）、（x(2),x(3)）、ﾉ、（x(i-1),x(i)）、（x(i),x(i+1)）、ﾉ、（x(N-1),x(N)）　モーメント値M 計算表示
稠密度D 計算表示　D=M ／（A ・X ｍ 2 ）Xm ：リターンマップのｘ座標の最大値、Ａ：比例係数(=1)
表示座標レンジは、最大値が1.0 で、最小値が0.0 に規格化され表示されます。
座標は、仮想サンプリング周波数での時系列データがプロットされます。

(２) アトラクタ

選択された時系列データを遅れ時間を設定して、３ Dマップに表示する機能です。

機能

詳細結果表示画面では、埋込み次元が 2次元、または 3次元のときのアトラクター表示を行います。
３D 表示モード
表示系視線方向ベクトルの変更モード
　表示座標レンジは、最大値が1.0 で、最小値が0.0 に規格化され表示されます。
３Ｄ表示の視覚方向変更機能
色選択、拡大縮小機能

使用例

「設定」で、３D設定をクリックすると、右図のような「３D設定編集ボックス」が表示されます。

設定内容

３次元表示と２次元表示の切り替えを行います。
直交チェックを外すと、Rotation （ローテーション）及びエレベーションを変更することができます。
ズーム画面の拡大・縮小を行います。
ローテーション垂直軸を基準に座標の水平面を回転させます。
エレベーション水平軸を基準に、座標の垂直面を回転させます。
水平線オフセット座標を左右に移動させます。
垂直線オフセット座標を上下に移動させます。
パースペクティブ画面の奥行きを操作します。

表示例

（３）リアプノフ指数

相空間内の近接した軌道が時間とともに離れて行く程度を表す量です。
データ系列がカオス性を示すとき、最大リアプノフ指数が正になります。
（ウォルフによる最大リアプノフ数の計算アルゴリズムを使用しています。）

パラメータ設定内容

フレームの入力
埋込み次元、埋込み時間の入力
発展時間の入力（アトラクタの大きさと同程度まで離れてしまうと、２点間の距離は飽和してしまうため、操作を発展時間ごとに繰り返して行います。）
サンプリング点数N
遅れ時間τ
埋め込み次元ｍ

画面設定

スケール自動をチェックでオートスケール、チェックをしない場合は手動入力で最大値と最小値入力表示色の選択ができます。

定価（消費税抜き）