JP2019168261A - Measuring device and measuring method - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の成分に由来する測定データが統計的に独立でない場合でも目的成分を高精度に検量する。【解決手段】解析処理部は、複数の光学スペクトルからR個の部分集合を生成し、R個の部分集合の各々に対して、N種類の成分量を独立成分とする独立成分分析を実行することで、成分量系列と成分検量用スペクトルとを成分毎に特定し、R個の部分集合の各々について、成分量系列における成分量の分布の非ガウス性に応じた評価指標を算定し、評価指標が示す非ガウス性が最大である部分集合を最適部分集合として選択し、最適部分集合について独立成分分析で算定されたN個の成分検量用スペクトルから目的成分検量用スペクトルを特定し、目的成分の成分量が既知であるサンプルについて測定された複数の評価用光学スペクトルの各々と目的成分検量用スペクトルとの内積の演算値と、当該サンプルに含有される目的成分の成分量との関係から検量線を特定する。【選択図】図3An object component is accurately calibrated even when measurement data derived from a plurality of components are not statistically independent. An analysis processing unit generates R subsets from a plurality of optical spectra and performs an independent component analysis on each of the R subsets using N types of component amounts as independent components. In this way, the component amount series and the component calibration spectrum are specified for each component, and for each of the R subsets, an evaluation index corresponding to the non-Gaussian nature of the distribution of the component amounts in the component amount series is calculated and evaluated. The subset having the largest non-Gaussian property indicated by the index is selected as the optimal subset, and the target component calibration spectrum is identified from the N component calibration spectra calculated by the independent component analysis for the optimal subset, and the target component is identified. The calculated value of the inner product of each of a plurality of evaluation optical spectra measured for a sample whose component amount is known and the target component calibration spectrum, and the component amount of the target component contained in the sample To determine the calibration curve from the relationship. [Selection diagram] FIG.
Description
本発明は、被検体に含有される目的成分の成分量を検量するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for calibrating the amount of a target component contained in a subject.
独立成分分析(ICA:Independent Component Analysis)を利用して目的成分の成分量を検量する技術が従来から提案されている。例えば特許文献1には、緑色野菜から測定された複数の光学スペクトルに対して独立成分分析を実行することで、クロロフィルに由来するスペクトルを独立成分として推定し、推定後のスペクトルを利用して未知の緑色野菜におけるクロロフィル量を検量する検量技術が開示されている。
Conventionally, a technique for calibrating the amount of a target component by using independent component analysis (ICA) has been proposed. For example, in
高精度な独立成分分析を実現するためには、推定対象となる複数の独立成分が統計的に独立である必要がある。しかし、独立成分分析の対象となる測定データについて、実際には、複数の成分の間で統計的な独立性が充分に確保されない場合がある。 In order to realize highly accurate independent component analysis, it is necessary that a plurality of independent components to be estimated are statistically independent. However, there is a case where statistical independence is not sufficiently ensured among a plurality of components in actuality for measurement data to be subjected to independent component analysis.
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る検量装置は、被検体に含有される目的成分の成分量を検量する検量装置であって、前記目的成分に対応する目的成分検量用スペクトルと、前記目的成分検量用スペクトルと前記被検体の光学スペクトルとの内積の演算値と前記目的成分の成分量との関係を表す検量線と、を生成する解析処理部と、前記演算値に対応する前記目的成分の成分量を、前記検量線から特定する検量処理部とを具備し、前記解析処理部は、(a)N種類(Nは1以上の整数)の成分を含有するサンプルについて測定された複数の光学スペクトルからR個(Rは2以上の整数)の部分集合を生成する処理と、(b)前記R個の部分集合の各々に対して、前記N種類の成分量を独立成分とする独立成分分析を実行することで、複数の成分の各々について成分量系列と成分検量用スペクトルとを特定する処理と、(c)前記R個の部分集合の各々について、前記成分量系列における成分量の分布の非ガウス性に応じた評価指標を算定する処理と、(d)前記評価指標が示す非ガウス性が最大である部分集合を最適部分集合として選択する処理と、(e)前記最適部分集合について前記独立成分分析で算定された複数の成分検量用スペクトルから前記目的成分検量用スペクトルを特定する処理と、(f)前記目的成分の成分量が既知であるサンプルについて測定された複数の評価用光学スペクトルの各々と前記目的成分検量用スペクトルとの内積の演算値と、当該サンプルに含有される前記目的成分の成分量と、の関係から前記検量線を特定する処理とを実行する。 In order to solve the above problems, a calibration device according to a preferred embodiment of the present invention is a calibration device for calibrating the amount of a target component contained in a subject, and the target component calibration corresponding to the target component An analysis processing unit that generates a spectrum for analysis, a calibration curve representing a relationship between a calculated value of the inner product of the target component calibration spectrum and the optical spectrum of the subject, and a component amount of the target component; and the calculated value A calibration processing unit that specifies the amount of the target component corresponding to the standard curve from the calibration curve, and the analysis processing unit is a sample containing (a) N types (N is an integer of 1 or more). A process of generating R (R is an integer greater than or equal to 2) subsets from a plurality of optical spectra measured for (b) the N types of component amounts for each of the R subsets; Perform independent component analysis as independent components (C) processing for identifying a component amount series and a component calibration spectrum for each of a plurality of components; and (c) non-Gaussian distribution of component amounts in the component amount sequence for each of the R subsets. A process for calculating an evaluation index according to sex; (d) a process for selecting a subset having the maximum non-Gaussian property indicated by the evaluation index as an optimal subset; and (e) the independent component for the optimal subset. A process of specifying the target component calibration spectrum from a plurality of component calibration spectra calculated in the analysis; and (f) each of a plurality of evaluation optical spectra measured for a sample whose component amount of the target component is known. And a process for specifying the calibration curve from the relationship between the calculated value of the inner product of the target component calibration spectrum and the component amount of the target component contained in the sample. To.
本発明の好適な態様に係る検量方法は、被検体に含有される目的成分の成分量をコンピューターが検量する方法であって、前記目的成分に対応する目的成分検量用スペクトルと、前記目的成分検量用スペクトルと前記被検体の光学スペクトルとの内積の演算値と前記目的成分の成分量との関係を表す検量線と、を生成する解析処理と、前記演算値に対応する前記目的成分の成分量を、前記検量線から特定する検量処理とを含み、前記解析処理は、(a)N種類(Nは1以上の整数)の成分を含有するサンプルについて測定された複数の光学スペクトルからR個(Rは2以上の整数)の部分集合を生成する処理と、(b)前記R個の部分集合の各々に対して、前記N種類の成分量を独立成分とする独立成分分析を実行することで、複数の成分の各々について成分量系列と成分検量用スペクトルとを特定する処理と、(c)前記R個の部分集合の各々について、前記成分量系列における成分量の分布の非ガウス性に応じた評価指標を算定する処理と、(d)前記評価指標が示す非ガウス性が最大である部分集合を最適部分集合として選択する処理と、(e)前記最適部分集合について前記独立成分分析で算定された複数の成分検量用スペクトルから前記目的成分検量用スペクトルを特定する処理と、(f)前記目的成分の成分量が既知であるサンプルについて測定された複数の評価用光学スペクトルの各々と前記目的成分検量用スペクトルとの内積の演算値と、当該サンプルに含有される前記目的成分の成分量と、の関係から前記検量線を特定する処理とを含む。 A calibration method according to a preferred embodiment of the present invention is a method in which a computer calibrates the amount of a target component contained in a subject, the target component calibration spectrum corresponding to the target component, and the target component calibration. Analysis processing for generating a calibration curve representing the relationship between the calculated value of the inner product of the spectrum for use and the optical spectrum of the subject and the component amount of the target component, and the component amount of the target component corresponding to the calculated value Calibration processing for specifying the calibration curve from the calibration curve, and the analysis processing includes: (a) R (from a plurality of optical spectra measured for a sample containing N types of components (N is an integer of 1 or more) ( (B is an integer greater than or equal to 2) generating a subset, and (b) performing independent component analysis for each of the R subsets using the N component amounts as independent components. Of multiple ingredients A process for identifying a component quantity series and a component calibration spectrum, and (c) for each of the R subsets, calculating an evaluation index according to the non-Gaussian distribution of the component quantity in the component quantity series (D) a process of selecting a subset having the maximum non-Gaussian property indicated by the evaluation index as an optimal subset; and (e) a plurality of components calculated by the independent component analysis for the optimal subset. A process of identifying the target component calibration spectrum from the calibration spectrum; (f) each of a plurality of evaluation optical spectra measured for a sample whose component amount of the target component is known; and the target component calibration spectrum; And a process for specifying the calibration curve from the relationship between the calculated value of the inner product and the component amount of the target component contained in the sample.
<検量の原理>
本発明の好適な形態に係る検量装置100の説明に先立ち、目的成分の成分量を検量する原理について説明する。目的成分は、例えばグルコース、アルブミン、塩化ナトリウム、ヘモグロビン、脂質またはアルコール等の生体成分である。成分量は、例えば以上に例示した目的成分の濃度である。成分量の検量には、以下に詳述する通り、独立成分分析が利用される。
<Principle of calibration>
Prior to the description of the
N種類(Nは1以上の整数)の成分を含有するサンプルの分光測定を想定する。M個のサンプルに対する分光測定の結果を表す光学スペクトル行列Xは、以下の数式(1)で表現される通り、成分固有スペクトル行列Yと成分量行列Wとの積として表現される。図1には、数式(1)が模式的に図示されている。
数式(1)の光学スペクトル行列Xは、M個のサンプルからそれぞれ測定されたM個の光学スペクトルX1〜XMを横方向に配列した行列である。第m番目(m=1〜M)の1個のサンプルの光学スペクトルXmは、K個の波長にそれぞれ対応するK個の強度xm(1)〜xm(K)を配列したK次元の列ベクトルで表現される。なお、光学スペクトル行列Xは、1個のサンプルに対する分光測定により相異なる時点において測定されたM個の光学スペクトルX1〜XMを時系列に配列した行列でもよい。 The optical spectrum matrix X of Expression (1) is a matrix in which M optical spectra X1 to XM respectively measured from M samples are arranged in the horizontal direction. The optical spectrum Xm of one m-th (m = 1 to M) sample is a K-dimensional column vector in which K intensities xm (1) to xm (K) corresponding to K wavelengths are arranged. It is expressed by The optical spectrum matrix X may be a matrix in which M optical spectra X1 to XM measured at different time points by spectroscopic measurement for one sample are arranged in time series.
図2に例示される通り、第m番目のサンプルの光学スペクトルXmは、当該サンプルに対する分光測定で観測された光学スペクトルXm_dから生成される。光学スペクトルXm_dは、例えば吸光度スペクトルまたは拡散反射スペクトルである。M個の光学スペクトルX1_d〜XM_dは充分に近似するが、図2では、M個の光学スペクトルX1_d〜XM_dの相違が便宜的に強調されている。 As illustrated in FIG. 2, the optical spectrum Xm of the mth sample is generated from the optical spectrum Xm_d observed in the spectroscopic measurement for the sample. The optical spectrum Xm_d is, for example, an absorbance spectrum or a diffuse reflection spectrum. Although the M optical spectra X1_d to XM_d are sufficiently approximated, in FIG. 2, the difference between the M optical spectra X1_d to XM_d is emphasized for convenience.
図2の例示のように非常に近似するM個の光学スペクトルX1_d〜XM_dを独立成分分析に適用した場合には、分析精度が低下する可能性がある。例えば、溶質(含有成分)の濃度に依存して光学スペクトルXm_dに対する溶媒の影響が変化し、独立成分分析の精度が低下する可能性がある。以上の事情を考慮して、各光学スペクトルXm_dに対する所定の前処理により光学スペクトルXmが算定される。具体的には、図2に例示される通り、M個の光学スペクトルX1_d〜XM_dの平均スペクトルXaveを各光学スペクトルXm_dから減算する前処理により、各光学スペクトルXmが算定される。なお、前処理に適用される平均スペクトルXaveは、例えば記憶装置に保持される。以上の方法によれば、溶質の濃度に依存して光学スペクトルXm_dに対する溶媒の影響が変化する場合でも、その影響が低減され、高精度な独立成分分析が実現される。なお、前処理の具体的な内容は、以上の例示(平均スペクトルXaveの減算)に限定されない。例えば、平均スペクトルXaveの零空間に光学スペクトルXm_dを射影することで光学スペクトルXmを生成する零空間射影を前処理として実行してもよい。また、光学スペクトルXm_dを平均0かつ分散1に変換する処理を前処理に含ませてもよい。なお、以上に例示した前処理は省略され得る。すなわち、光学スペクトルXm_dを光学スペクトル行列Xの光学スペクトルXmとして利用してもよい。 When M optical spectra X1_d to XM_d that are very close to each other as illustrated in FIG. 2 are applied to the independent component analysis, the analysis accuracy may be lowered. For example, the influence of the solvent on the optical spectrum Xm_d changes depending on the concentration of the solute (containing component), and the accuracy of independent component analysis may be reduced. In consideration of the above circumstances, the optical spectrum Xm is calculated by predetermined preprocessing for each optical spectrum Xm_d. Specifically, as illustrated in FIG. 2, each optical spectrum Xm is calculated by pre-processing for subtracting the average spectrum Xave of M optical spectra X1_d to XM_d from each optical spectrum Xm_d. Note that the average spectrum Xave applied to the preprocessing is held in a storage device, for example. According to the above method, even when the influence of the solvent on the optical spectrum Xm_d changes depending on the concentration of the solute, the influence is reduced, and highly accurate independent component analysis is realized. Note that the specific content of the preprocessing is not limited to the above example (subtraction of the average spectrum Xave). For example, a null space projection that generates the optical spectrum Xm by projecting the optical spectrum Xm_d onto the null space of the average spectrum Xave may be executed as preprocessing. Further, a process for converting the optical spectrum Xm_d into an average of 0 and a variance of 1 may be included in the preprocessing. Note that the pre-processing exemplified above can be omitted. That is, the optical spectrum Xm_d may be used as the optical spectrum Xm of the optical spectrum matrix X.
数式(1)の成分固有スペクトル行列Yは、N種類の成分にそれぞれ対応するN個の成分固有スペクトルY1〜YNを横方向に配列した行列である。第n番目(n=1〜N)の1個の成分の成分固有スペクトルYnは、K個の波長にそれぞれ対応するK個の強度yn(1)〜yn(K)を配列したK次元の列ベクトルで表現される。第n番目の成分の成分固有スペクトルYnは、例えば当該成分に固有の吸光係数系列(すなわち波長毎の吸光係数の系列)を表すスペクトルである。 The component inherent spectrum matrix Y of the formula (1) is a matrix in which N component inherent spectra Y1 to YN respectively corresponding to N types of components are arranged in the horizontal direction. The component intrinsic spectrum Yn of one component of the nth (n = 1 to N) component is a K-dimensional array in which K intensities yn (1) to yn (K) corresponding to K wavelengths are arranged. Expressed as a vector. The component intrinsic spectrum Yn of the nth component is a spectrum representing, for example, an extinction coefficient series (that is, an extinction coefficient series for each wavelength) unique to the component.
数式(1)の成分量行列Wは、N種類の成分にそれぞれ対応するN個の成分量系列W1〜WNを縦方向に配列した行列である。第n番目の1個の成分の成分量系列Wnは、各サンプルに含有される第n番目の成分の成分量wn(m)をM個のサンプルについて配列した行ベクトルである。 The component quantity matrix W of the mathematical formula (1) is a matrix in which N component quantity series W1 to WN respectively corresponding to N types of components are arranged in the vertical direction. The component amount series Wn of the nth one component is a row vector in which the component amounts wn (m) of the nth component contained in each sample are arranged for M samples.
数式(1)を利用した独立成分分析としては、N種類の成分に由来する未知のN個の成分固有スペクトルY1〜YNを統計的に独立な成分と見做した独立成分分析が想定される。しかし、N個の成分固有スペクトルY1〜YNは、相互に統計的に独立であるという条件を充足しない場合がある。他方、N個の成分固有スペクトルY1〜YNが統計的に独立でない場合でも、N種類の成分の成分量(例えば濃度)が相互に無関係であり統計的に独立であるという条件が成立するならば、N種類の成分の成分量(成分量系列Wn)を独立成分と見做して独立成分分析を実行することで、N個の成分量系列W1〜WNを高精度に推定することが可能である。そして、各成分量系列Wnに加えてN個の成分固有スペクトルY1〜YNも正確に推定することができる。 As the independent component analysis using Equation (1), an independent component analysis in which unknown N component specific spectra Y1 to YN derived from N types of components are regarded as statistically independent components is assumed. However, the N component specific spectra Y1 to YN may not satisfy the condition that they are statistically independent from each other. On the other hand, even when the N component specific spectra Y1 to YN are not statistically independent, the condition that the component amounts (for example, concentrations) of the N types of components are independent of each other and statistically independent is satisfied. By executing the independent component analysis considering the component amounts of N types of components (component amount series Wn) as independent components, it is possible to estimate the N component amount series W1 to WN with high accuracy. is there. In addition to the component amount series Wn, N component specific spectra Y1 to YN can be accurately estimated.
以上の事情を背景として、数式(1)の成分量行列WにおけるN個の成分量系列W1〜WNの各々を独立成分と見做した独立成分分析を実行することで、N個の成分量系列W1〜WNを推定し、各成分量系列Wnと同時にN個の成分固有スペクトルY1〜YNも推定する。なお、各成分量系列Wnを独立成分と見做す場合でも、独立成分分析の方法自体には既存の方法を利用できる。例えば本願出願人の先願である特開2013−160574号公報または特開2016−65803号公報に開示された方法、または他の公知の方法が利用される。 Against the background described above, N component quantity sequences are obtained by executing independent component analysis in which each of the N component quantity sequences W1 to WN in the component quantity matrix W of Equation (1) is regarded as an independent component. W1 to WN are estimated, and N component specific spectra Y1 to YN are also estimated simultaneously with each component amount series Wn. Even when each component amount series Wn is regarded as an independent component, an existing method can be used as the independent component analysis method itself. For example, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-160574 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-65803, which is the prior application of the applicant of the present application, or other known methods is used.
以上に説明した独立成分分析により成分固有スペクトル行列Yが推定されると、被検体に含有される第n番目の成分(目的成分)の未知の成分量に応じた演算値αを算定することが可能である。具体的には、演算値αは、以下の数式(2)で表現される通り、第n番目の成分の成分検量用スペクトルZnと被検体の光学スペクトルXSとの積として算定される。
数式(2)から理解される通り、第n番目の成分の成分検量用スペクトルZnと被検体の光学スペクトルXSとの内積により、被検体に含有される当該成分の成分量に応じた演算値αが算定される。ただし、独立成分分析により推定される成分固有スペクトル行列Yの各要素の数値自体に意味はなく(いわゆるスケーリングの不定性)、成分固有スペクトル行列Yの各成分固有スペクトルYnの形状が真の成分固有スペクトルに比例するという関係にある。したがって、数式(2)で算定される演算値αは成分量の真値に比例する数値である。第n番目の成分の実際の成分量は、数式(2)の内積で算定された演算値αを、演算値αと成分量(真値)Cとの関係を表す検量線に適用することで算定される。なお、N種類の成分のうち検量対象となる目的成分の成分検量用スペクトルZnを、以下の説明では「目的成分検量用スペクトルZ」と表記する。 As understood from the equation (2), an arithmetic value α corresponding to the component amount of the component contained in the subject is obtained by the inner product of the component calibration spectrum Zn of the nth component and the optical spectrum XS of the subject. Is calculated. However, the numerical value of each element of the component inherent spectrum matrix Y estimated by independent component analysis is meaningless (so-called scaling indefiniteness), and the shape of each component inherent spectrum Yn of the component inherent spectrum matrix Y is true It is in proportion to the spectrum. Therefore, the calculated value α calculated by the formula (2) is a numerical value proportional to the true value of the component amount. The actual component amount of the n-th component is obtained by applying the calculated value α calculated by the inner product of Equation (2) to a calibration curve representing the relationship between the calculated value α and the component amount (true value) C. Calculated. The component calibration spectrum Zn of the target component to be calibrated among the N types of components will be referred to as “target component calibration spectrum Z” in the following description.
以上に説明した通り、成分量を独立成分と見做す独立成分分析によれば、N種類の成分に由来する各成分固有スペクトルYnが統計的に独立でない場合でも、光学スペクトルXm毎の各成分量の変動が統計的に独立であれば、成分量行列W(成分量系列Wn)と成分固有スペクトル行列Y(成分固有スペクトルYnおよび成分検量用スペクトルZn)を高精度に推定することが可能である。 As described above, according to the independent component analysis in which the component amount is regarded as an independent component, each component for each optical spectrum Xm is obtained even when each component intrinsic spectrum Yn derived from N types of components is not statistically independent. If the variation in quantity is statistically independent, the component quantity matrix W (component quantity series Wn) and the component intrinsic spectrum matrix Y (component intrinsic spectrum Yn and component calibration spectrum Zn) can be estimated with high accuracy. is there.
<第1実施形態>
以上に説明した独立成分分析を利用した第1実施形態の検量装置100について説明する。検量装置100は、被検体(例えば生体)の分光測定により観測される光学スペクトルから、当該被検体に含有される目的成分の成分量を検量する測定装置である。
<First Embodiment>
The
図3は、検量装置100の構成を例示するブロック図である。図3に例示される通り、被検体の光学スペクトルXSを測定するための測定器200が検量装置100に接続される。測定器200は、被検体の分光測定により当該被検体の光学的な特性に応じた測定信号を出力する分光測定器が測定器200として好適に利用される。なお、測定器200を検量装置100に内蔵してもよい。
FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the
図3に例示される通り、検量装置100は、制御装置11と記憶装置12と表示装置13とを具備する。制御装置11は、例えばCPU(Central Processing Unit)またはFPGA(Field
Programmable Gate Array)等の処理回路を含んで構成され、被検体に含有される目的成分(例えばグルコース)の成分量を算定するための各種の処理を実行する。記憶装置12は、制御装置11が実行するプログラムと制御装置11が使用する各種のデータとを記憶する。例えば半導体メモリーが記憶装置12として好適である。表示装置13は、例えば液晶表示パネルで構成され、制御装置11が算定した成分量を含む各種の情報を表示する。
As illustrated in FIG. 3, the
It is configured to include a processing circuit such as a Programmable Gate Array) and executes various processes for calculating the component amount of a target component (for example, glucose) contained in the subject. The
図3に例示される通り、制御装置11(コンピューターの例示)は、記憶装置12に記憶されたプログラムを実行することで、目的成分の成分量を算定するための複数の要素(解析処理部21および検量処理部22)として機能する。なお、相互に別体で構成された複数の装置で制御装置11の機能を実現してもよい。
As illustrated in FIG. 3, the control device 11 (exemplary computer) executes a program stored in the
解析処理部21は、目的成分に対応する前述の目的成分検量用スペクトルZと、目的成分の演算値αおよび成分量C(真値)の関係を表す検量線Ccとを生成する。解析処理部21が生成した目的成分検量用スペクトルZと検量線Ccとは記憶装置12に記憶される。検量処理部22は、測定器200が測定した被検体の光学スペクトルXSと、解析処理部21が生成した目的成分検量用スペクトルZおよび検量線Ccとを利用して、被検体に含有される目的成分の成分量を特定する。
The
図4は、検量装置100が目的成分の成分量を検量する処理の具体的な手順を例示するフローチャートである。例えば利用者からの指示を契機として図4の処理が開始される。図4の処理を開始すると、解析処理部21は、解析処理Saを実行することで目的成分検量用スペクトルZと検量線Ccとを特定する。なお、解析処理Saの具体的な手順については後述する。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a specific procedure of processing in which the
検量処理部22は、解析処理Saで特定された目的成分検量用スペクトルZと検量線Ccとを利用した検量処理Sb(Sb1〜Sb4)により、被検体に含有される目的成分の成分量を検量する。図5は、検量処理Sbの説明図である。
The
検量処理部22は、測定器200から供給される測定信号を解析することで被検体の光学スペクトルXSを取得する(Sb1)。具体的には、検量処理部22は、測定信号から特定される光学スペクトルX_dに対して前述の前処理を実行することで光学スペクトルXSを算定する。光学スペクトルX_dに対する前処理には、例えば、独立成分分析の対象となる光学スペクトルXm_dの前処理(図2)に適用された前述の平均スペクトルXaveが利用される。例えば解析処理Saにおいて生成された平均スペクトルXaveが記憶装置12に保持されて、検量処理Sbにおける前処理に利用される。
The
検量処理部22は、図5に例示される通り、被検体の光学スペクトルXSと解析処理Saで生成された目的成分検量用スペクトルZとの内積の演算値αを算定する(Sb2)。検量処理部22は、解析処理Saで生成された検量線Ccを利用して演算値αから目的成分の成分量Cを特定する(Sb3)。具体的には、検量処理部22は、図5に例示される通り、検量線Ccにおいて演算値αに対応する成分量Cを特定する。検量処理部22は、検量処理部22が特定した目的成分の成分量Cを、測定結果として表示装置13に表示させる(Sb4)。
As illustrated in FIG. 5, the
<解析処理Sa>
図6は、解析処理Saの説明図である。図6に例示される通り、記憶装置12には、複数の光学スペクトルX0と複数の評価用データDとが事前に記憶される。複数の光学スペクトルX0は、目的成分(例えばグルコース)を含むN種類の成分を含有する複数の第1サンプルの分光測定により測定されたスペクトルである。第1サンプルは、被検体と同様の成分で構成される。各光学スペクトルX0は、独立成分分析により各成分検量用スペクトルZnを決定するための学習用のサンプルデータとして利用される。複数の評価用データDの各々は、第2サンプルに対する分光測定で測定された光学スペクトル(以下「評価用光学スペクトル」という)XEと、当該第2サンプルにおける目的成分の既知の成分量Ct(すなわち真値)とを含んで構成される。なお、複数の第1サンプルについては目的成分の成分量が既知である必要はない。光学スペクトルX0および評価用光学スペクトルXEは、第2サンプルの分光測定により観測された光学スペクトルに対して、平均スペクトルXaveを利用した前述の前処理を実行することで生成されたスペクトルである。なお、第1サンプルの一部を第2サンプルとして利用してもよい。
<Analysis processing Sa>
FIG. 6 is an explanatory diagram of the analysis process Sa. As illustrated in FIG. 6, the
図7は、解析処理Saの具体的な手順を例示するフローチャートである。解析処理Saを開始すると、解析処理部21は、複数の光学スペクトルX0の集合からR個(Rは2以上の整数)の部分集合P1〜PRを生成する(Sa1)。R個の部分集合P1〜PRの各々は、M個の光学スペクトルX0(X1〜XM)を含む集合である。各部分集合Pr(r=1〜R)を構成する光学スペクトルX0の個数Mは、独立成分分析により特定する成分固有スペクトルYnの総数N以上に設定される。なお、各部分集合Prを構成する光学スペクトルX0の総数Mは、部分集合Pr毎に相違してもよいし、R個の部分集合P1〜PRにわたり共通してもよい。例えば解析処理部21は、乱数を利用して無作為に複数の光学スペクトルX0の集合から各部分集合Prの光学スペクトルX1〜XMを生成する。ステップSa1は、処理(a)の例示である。なお、光学スペクトルX0および評価用光学スペクトルXEを、部分集合Pr毎に算定された平均スペクトルXaveを利用した前処理で生成してもよい。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a specific procedure of the analysis process Sa. When the analysis process Sa is started, the
解析処理部21は、R個の部分集合P1〜PRの各々に対して、成分量を独立成分と見做す前述の独立成分分析を実行することで、N個の成分固有スペクトルY1(r)〜YN(r)とN個の成分量系列W1(r)〜WN(r)とを算定する(Sa2)。具体的には、部分集合Prに含まれるM個の光学スペクトルX1〜XMの系列を光学スペクトル行列Xとした独立成分分析によりN個の成分固有スペクトルY1(r)〜YN(r)とN個の成分量系列W1(r)〜WN(r)とが算定される。また、解析処理部21は、各成分固有スペクトルYn(r)に対応する成分検量用スペクトルZn(r)を算定する(Sa3)。すなわち、R個の部分集合P1〜PRの各々について、N個の成分量系列W1(r)〜WN(r)とN個の成分検量用スペクトルZ1(r)〜ZN(r)とが特定される。ステップSa2およびステップSa3は、処理(b)の例示である。なお、N種類の成分のうち一部の成分について成分量系列Wn(r)と成分検量用スペクトルZn(r)とを特定してもよい。
The
解析処理部21は、R個の部分集合P1〜PRの各々について評価指標Er(E1〜ER)を算定する(Sa4)。部分集合Prの評価指標Erは、当該部分集合Prが独立成分分析に適切である度合の指標である。なお、成分検量用スペクトルZn(r)の算定(Sa3)と評価指標Erの算定(Sa4)との順序を逆転してもよい。ステップSa4は、処理(c)の例示である。
The
統計的に独立な各成分を分離する独立成分分析では、統計的な独立性の指標である非ガウス性が高いほど各成分を分離し易いという傾向がある。したがって、R個の部分集合P1〜PRのうち非ガウス性が高い部分集合Prが独立成分分析には適切である。しかし、部分集合Prについて各成分の成分量は未知であるから、部分集合Prについて直接的に非ガウス性を評価することはできない。以上の事情を背景として、第1実施形態では、各部分集合Prから推定されたN個の成分量系列W1(r)〜WN(r)について非ガウス性を評価する。具体的には、各成分の成分量系列Wn(r)におけるM個の成分量wn(1)〜wn(M)の分布の尖度を、非ガウス性の指標として利用する。 In independent component analysis that separates statistically independent components, the higher the non-Gaussianness that is an index of statistical independence, the easier it is to separate each component. Therefore, the subset Pr having a high non-Gaussian property among the R subsets P1 to PR is suitable for independent component analysis. However, since the component amount of each component is unknown for the subset Pr, the non-Gaussian property cannot be directly evaluated for the subset Pr. Against the background described above, in the first embodiment, non-Gaussianity is evaluated for N component quantity sequences W1 (r) to WN (r) estimated from each subset Pr. Specifically, the kurtosis of the distribution of M component amounts wn (1) to wn (M) in the component amount series Wn (r) of each component is used as a non-Gaussian index.
具体的には、解析処理部21は、N個の成分量系列W1(r)〜WN(r)の各々に対応する尖度κn(κ1〜κN)から評価指標Erを算定する。尖度κnは、成分量系列Wn(r)におけるM個の成分量wn(1)〜wn(M)の分布に関する鋭さを表す高次統計量であり、以下の数式(3)の演算で算定される。
数式(3)の記号σは、M個の成分量wn(1)〜wn(M)の標準偏差であり、記号μは、M個の成分量wn(1)〜wn(M)の平均である。なお、尖度κnは、成分量の真値ではなく成分量の推定結果を利用して算定されるから、尖度κnは推定尖度とも表現される。 In the equation (3), symbol σ is a standard deviation of M component amounts wn (1) to wn (M), and symbol μ is an average of M component amounts wn (1) to wn (M). is there. In addition, since the kurtosis κn is calculated using the estimation result of the component amount, not the true value of the component amount, the kurtosis κn is also expressed as the estimated kurtosis.
解析処理部21は、数式(3)の演算により算定したN個の尖度κ1〜κNの代表値を部分集合Prの評価指標Erとして算定する。例えば、代表値は、例えばN個の尖度κ1〜κNの平均値、中央値、最大値または最小値である。N個の尖度κ1〜κNのうち目的成分の成分量系列Wn(r)に対応した尖度κn(すなわちN個の尖度κ1〜κNの代表値)を評価指標Erとして選択してもよい。以上の説明から理解される通り、成分量系列Wn(r)の非ガウス性が高いほど評価指標Erは大きい数値となる。したがって、R個の部分集合P1〜PRのうち評価指標Erが大きい部分集合Prほど、独立成分分析に好適であると評価できる。図8は、推定尖度(N個の尖度κ1〜κNの代表値)と独立成分分析による分離精度との関係を示すグラフである。推定尖度が高いほど(すなわち非ガウス性が高いほど)、独立成分分析による分離精度が向上するという傾向が図8から確認できる。
The
以上に例示した処理により部分集合Pr毎の評価指標Erを算定すると、解析処理部21は、R個の部分集合P1〜PRのうち評価指標Erが最大である1個の部分集合Pr(以下「最適部分集合P」という)を選択する(Sa5)。すなわち、解析処理部21は、独立成分分析によりN個の成分が高精度に分離された可能性が高い部分集合Prを最適部分集合Pとして選択する。ステップSa5は、処理(d)の例示である。
When the evaluation index Er for each subset Pr is calculated by the processing illustrated above, the
解析処理部21は、以下に詳述する通り、最適部分集合Pに対応するN個の成分検量用スペクトルZ1(r)〜ZN(r)から目的成分検量用スペクトルZを特定する(Sa6,Sa7)。ステップSa6およびステップSa7は、処理(e)の例示である。図9は、目的成分検量用スペクトルZを特定する処理(Sa6,Sa7)の説明図である。
The
解析処理部21は、最適部分集合Pから算定されたN個の成分検量用スペクトルZ1(r)〜ZN(r)の各々について評価指標Vn(r)を算定する(Sa6)。評価指標Vn(r)は、成分検量用スペクトルZn(r)が目的成分に対応する確度の指標である。具体的には、解析処理部21は、図9に例示される通り、複数の評価用データDの各々について、成分検量用スペクトルZn(r)と当該評価用データDの評価用光学スペクトルXEとの内積の演算値αを算定する。すなわち、1個の成分検量用スペクトルZn(r)について、相異なる評価用光学スペクトルXEに対応する複数の演算値αが算定される。
The
図9には、成分検量用スペクトルZn(r)と各評価用光学スペクトルXEとの間で算定された複数の演算値αと、各評価用データDが示す複数の成分量Ct(すなわち真値)との関係が図示されている。成分検量用スペクトルZn(r)がN種類の成分のうちの目的成分に対応する場合、図9に例示される通り、演算値αと成分量Ctとの間に強い相関が観測される。以上の事情を背景として、解析処理部21は、成分検量用スペクトルZn(r)について算定された演算値αと評価用データDが示す成分量Ctとが相関する度合の指標を評価指標Vn(r)として算定する。例えば演算値αと成分量Ctとの相関係数(相関度)が評価指標Vn(r)として好適である。以上の説明から理解される通り、成分検量用スペクトルZn(r)が目的成分に対応する可能性が高いほど、評価指標Vn(r)は大きい数値となる。
FIG. 9 shows a plurality of calculated values α calculated between the component calibration spectrum Zn (r) and each evaluation optical spectrum XE, and a plurality of component amounts Ct (that is, true values) indicated by each evaluation data D. ) Is illustrated. When the component calibration spectrum Zn (r) corresponds to the target component of the N types of components, a strong correlation is observed between the calculated value α and the component amount Ct, as illustrated in FIG. Against the background described above, the
解析処理部21は、最適部分集合Pから算定されたN個の成分検量用スペクトルZ1(r)〜ZN(r)のうち、評価指標Vn(r)が最大である1個の成分検量用スペクトルZn(r)を目的成分検量用スペクトルZとして選択する(Sa7)。以上の説明から理解される通り、目的成分検量用スペクトルZと被検体の光学スペクトルXSとの内積により、被検体に含有される目的成分の成分量に応じた演算値αが算定される。
The
目的成分検量用スペクトルZを特定すると、解析処理部21は、検量線Ccを特定する(Sa8)。具体的には、複数の演算値αと複数の成分量Ctとの関係を近似する単回帰式(Ct=aα+b)で表現される直線が検量線Ccとして特定される。以上に例示した解析処理Sa(Sa1〜Sa8)で特定された目的成分検量用スペクトルZおよび検量線Ccが、図5を参照して前述した検量処理Sbに適用される。なお、ステップSa8は、処理(f)の例示である。
When the target component calibration spectrum Z is specified, the
以上に説明した通り、第1実施形態では、成分量系列Wn(r)におけるM個の成分量wn(1)〜wn(M)の分布の非ガウス性に応じた評価指標Erを利用して最適部分集合Pが選択される。すなわち、独立成分分析に好適な部分集合Pが選択される。したがって、目的成分の成分量を高精度に推定できるという利点がある。 As described above, in the first embodiment, the evaluation index Er corresponding to the non-Gaussian distribution of the M component amounts wn (1) to wn (M) in the component amount series Wn (r) is used. An optimal subset P is selected. That is, a subset P suitable for independent component analysis is selected. Therefore, there is an advantage that the component amount of the target component can be estimated with high accuracy.
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described. In the following examples, elements having the same functions as those of the first embodiment are diverted using the same reference numerals used in the description of the first embodiment, and detailed descriptions thereof are appropriately omitted.
第2実施形態では、図7に例示した解析処理Saが図10の解析処理Scに置換される。解析処理Scを開始すると、解析処理部21は、第1実施形態のステップSa1と同様に、記憶装置12に記憶された複数の光学スペクトルX0からR個の部分集合P1〜PRを生成する(Sc1)。ステップSc1は、処理(a)の例示である。
In the second embodiment, the analysis process Sa illustrated in FIG. 7 is replaced with the analysis process Sc of FIG. When the analysis process Sc is started, the
解析処理部21は、独立成分分析に好適なQ個(Qは1以上R未満の整数)の部分集合PをR個の部分集合P1〜PRから選別するための処理(以下「選別処理」という)を実行する(Sa2〜Sa6)。
The
選別処理を開始すると、解析処理部21は、第1実施形態のステップSa2と同様に、R個の部分集合P1〜PRの各々について、成分量を独立成分と見做した独立成分分析により、N個の成分固有スペクトルY1(r)〜YN(r)とN個の成分量系列W1(r)〜WN(r)を算定する(Sc2)。また、解析処理部21は、第1実施形態のステップSa3と同様に、N個の成分固有スペクトルY1(r)〜YN(r)にそれぞれ対応する成分検量用スペクトルZ1(r)〜ZN(r)を部分集合Pr毎に特定する(Sc3)。ステップSc2およびステップSc3は、処理(b)の例示である。
When the selection process is started, the
解析処理部21は、各部分集合PrのN個の成分検量用スペクトルZ1(r)〜ZN(r)の各々について評価指標Vn(r)を算定する(Sc4)。評価指標Vn(r)の算定には、第1実施形態と同様の方法が採用される。すなわち、例えば、成分検量用スペクトルZn(r)と各評価用光学スペクトルXEとの内積の演算値αと、評価用データDが示す成分量Ctとの相関係数(相関度)が評価指標Vn(r)として算定される。
The
解析処理部21は、R個の部分集合P1〜PRの各々について評価指標Er(E1〜ER)を算定する(Sc5)。評価指標Erの算定には、第1実施形態と同様の方法が採用される。すなわち、例えば、各成分量系列Wn(r)におけるM個の成分量wn(1)〜wn(M)の分布の尖度κnの代表値が、部分集合Prの評価指標Erとして算定される。なお、各成分検量用スペクトルZn(r)の評価指標Vn(r)の算定(Sc3,Sc4)と各部分集合Prの評価指標Erの算定(Sc5)との順序を逆転してもよい。ステップSc5は、処理(c)の例示である。
The
解析処理部21は、R個の部分集合P1〜PRから評価指標Erに応じてQ個の部分集合Pを選択する(Sc6)。具体的には、解析処理部21は、R個の部分集合P1〜PRのうち評価指標Erの降順で上位に位置するQ個の部分集合Pを選択する(エリート選択)。すなわち、R個の部分集合P1〜PRから独立成分分析に好適なQ個の部分集合Pが選別される。ステップSc6は、処理(g)の例示である。なお、Q個の部分集合Pの選択には、ルーレット選択またはトーナメント選択等の各種の選択アルゴリズムが利用される。
The
Q個の部分集合Pを選別すると、解析処理部21は、選別処理の反復を終了するための所定の条件(以下「終了条件」という)が成立したか否かを判定する(Sc7)。終了条件は、例えば、評価指標Erの最大値が所定の閾値を上回ること、または、選別処理を反復した回数が所定の閾値を上回ることである。すなわち、独立成分分析に好適な部分集合Pが選別されるまで、選別処理(Sc2〜Sc6)が反復される。なお、評価指標Erの算定(Sc5)とQ個の部分集合Pの選択(Sc6)との間に終了条件の成否を判定してもよい。
After selecting Q subsets P, the
終了条件が成立していない場合(Sc7:NO)、解析処理部21は、Q個の部分集合Pの各々について当該部分集合Pを部分的に変更することで、R個の部分集合P1〜PRを生成する(Sc8)。具体的には、解析処理部21は、各部分集合Pに含まれるM個の光学スペクトルX1〜XMのうちの1個以上の光学スペクトルXmを、記憶装置12に記憶された他の光学スペクトルX0に置換することで、新規な部分集合Pを生成する。例えば、解析処理部21は、部分集合Pに含まれるM個の光学スペクトルX1〜XMの各々について、所定の確率で置換の有無を判定する。そして、解析処理部21は、置換対象と判定された各光学スペクトルXmを、乱数(例えば一様乱数)により無作為に選択された光学スペクトルX0に置換する。Q個の部分集合Pの各々を部分的に変更することで、合計でR個の部分集合P1〜PRが生成される。以上の説明から理解される通り、部分集合Pを部分的に変更する処理は、遺伝的アルゴリズムにおける突然変異に相当する。ステップSc8は、処理(h)の例示である。また、各部分集合Pから生成される部分集合Pの個数Rを部分集合P毎に相違させてもよい。例えば、評価指標Erが大きい部分集合Pほど、当該部分集合Pから生成される部分集合Pの個数Rを増加させる構成が想定される。
When the termination condition is not satisfied (Sc7: NO), the
以上の処理が完了すると、更新後のR個の部分集合P1〜PRについて選別処理が実行される。以上の説明から理解される通り、R個の部分集合P1〜PRから評価指標Erに応じてQ個の部分集合Pを選択する選別処理が、終了条件が成立するまで、R個の部分集合P1〜PRを順次に更新しながら反復される。したがって、独立成分分析に好適なQ個の部分集合Pが選別される。なお、最初に選択されたR個の部分集合Pについて算定された評価指標Erの最大値が閾値を上回る場合、選別処理が1回だけ実行されることになる。また、選別処理の対象となる部分集合Pの個数Rは、各回の選別処理毎に相違してもよい。 When the above processing is completed, the sorting processing is executed for the updated R subsets P1 to PR. As will be understood from the above description, the selection processing for selecting Q subsets P from the R subsets P1 to PR according to the evaluation index Er is performed until the end condition is satisfied. Iterate while updating ~ PR sequentially. Therefore, Q subsets P suitable for independent component analysis are selected. When the maximum value of the evaluation index Er calculated for the R subsets P selected first exceeds the threshold value, the selection process is executed only once. Further, the number R of the subsets P to be selected may be different for each selection process.
終了条件が成立すると(Sc7:YES)、解析処理部21は、選別処理の反復で選択されたQ個の部分集合Pのうち評価指標Erが最大である1個の部分集合Prを最適部分集合Pとして選択する(Sc9)。すなわち、第1実施形態と同様に、独立成分分析によりN個の成分が高精度に分離された可能性が高い部分集合Pが最適部分集合Pとして選択される。ステップSc9は、処理(d)の例示である。
When the end condition is satisfied (Sc7: YES), the
解析処理部21は、最適部分集合Pについて算定されたN個の成分検量用スペクトルZ1(r)〜ZN(r)から目的成分検量用スペクトルZを特定する(Sc10)。具体的には、解析処理部21は、最適部分集合Pに対応するN個の成分検量用スペクトルZ1(r)〜ZN(r)のうち、ステップSc4で算定した評価指標Vn(r)が最大である1個の成分検量用スペクトルZn(r)を、目的成分検量用スペクトルZとして選択する。ステップSc4およびステップSc10は、処理(e)の例示である。
The
目的成分検量用スペクトルZを特定すると、解析処理部21は、検量線Ccを特定する(Sc11)。具体的には、第1実施形態と同様に、複数の演算値αと複数の成分量Ctとの関係を近似する単回帰式(Ct=aα+b)で表現される直線が検量線Ccとして特定される。以上に例示した解析処理Scで特定された目的成分検量用スペクトルZおよび検量線Ccが、図5を参照して前述した検量処理Sbに適用される。なお、ステップSc11は、処理(f)の例示である。
When the target component calibration spectrum Z is specified, the
以上に説明した通り、第2実施形態では、成分量系列Wn(r)におけるM個の成分量wn(1)〜wn(M)の分布の非ガウス性に応じた評価指標Erを利用して最適部分集合Pが選択される。すなわち、独立成分分析に好適な部分集合Pが選択される。したがって、第1実施形態と同様に、目的成分の成分量を高精度に推定できるという利点がある。また、第2実施形態では、R個の部分集合P1〜PRから評価指標Erに応じてQ個の部分集合Pを選択する選別処理が、各部分集合Prを更新しながら反復されるから、独立成分分析に好適な部分集合Pを高精度に選別できる。したがって、目的成分の成分量を高精度に推定できるという効果は格別に顕著である。 As described above, in the second embodiment, the evaluation index Er corresponding to the non-Gaussian distribution of the M component amounts wn (1) to wn (M) in the component amount series Wn (r) is used. An optimal subset P is selected. That is, a subset P suitable for independent component analysis is selected. Therefore, similarly to the first embodiment, there is an advantage that the component amount of the target component can be estimated with high accuracy. In the second embodiment, the selection process for selecting Q subsets P from the R subsets P1 to PR according to the evaluation index Er is repeated while updating each subset Pr. A subset P suitable for component analysis can be selected with high accuracy. Therefore, the effect that the component amount of the target component can be estimated with high accuracy is particularly remarkable.
<変形例>
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
<Modification>
Each form illustrated above can be variously modified. Specific modes of modifications that can be applied to the above-described embodiments are exemplified below. Note that two or more aspects arbitrarily selected from the following examples can be appropriately combined as long as they do not contradict each other.
(1)前述の各形態では、各成分量系列Wn(r)におけるM個の成分量wn(1)〜wn(M)の分布の尖度を、部分集合Prの評価指標Erとして例示したが、M個の成分量wn(1)〜wn(M)の分布に関する非ガウス性の指標は尖度に限定されない。例えば、KL(Kullback-Leibler)ダイバージェンス、ネゲントロピーまたは相互情報量等の各種の指標が、評価指標Erとして利用される。以上に例示した2種類以上の指標に応じて評価指標Erを算定してもよい。 (1) In each of the above embodiments, the kurtosis of the distribution of the M component amounts wn (1) to wn (M) in each component amount series Wn (r) is exemplified as the evaluation index Er of the subset Pr. The non-Gaussian index relating to the distribution of the M component amounts wn (1) to wn (M) is not limited to kurtosis. For example, various indexes such as KL (Kullback-Leibler) divergence, negentropy, or mutual information amount are used as the evaluation index Er. The evaluation index Er may be calculated according to two or more types of indexes exemplified above.
(2)前述の各形態では、M個の成分量wn(1)〜wn(M)の分布に関する非ガウス性の指標を評価指標Erとして利用したが、評価指標Erの算定の方法は以上の例示に限定されない。例えば、非ガウス性の指標とそれ以外の指標とに応じて評価指標Erを算定してもよい。例えば、部分集合Prの評価指標Erを、N個の尖度κ1〜κNの代表値と、N個の評価指標V1(r)〜VN(r)とから算定してもよい。例えば、N個の尖度κ1〜κNの代表値とN個の評価指標V1(r)〜VN(r)の代表値との乗算値または加重和が、評価指標Erとして好適である。また、目的成分に対応する標準的な光学スペクトル(以下「参照光学スペクトル」という)を事前に記憶装置12に記憶し、各成分固有スペクトルYn(r)と参照光学スペクトルとの類似度を、非ガウス性の指標とともに評価指標Erに加味してもよい。
(2) In each of the above-described embodiments, the non-Gaussian index relating to the distribution of the M component amounts wn (1) to wn (M) is used as the evaluation index Er, but the method for calculating the evaluation index Er is as described above. It is not limited to illustration. For example, the evaluation index Er may be calculated according to a non-Gaussian index and other indices. For example, the evaluation index Er of the subset Pr may be calculated from the representative values of N kurtosis κ1 to κN and N evaluation indexes V1 (r) to VN (r). For example, a multiplication value or a weighted sum of the representative values of N kurtosis κ1 to κN and the representative values of N evaluation indexes V1 (r) to VN (r) is suitable as the evaluation index Er. In addition, a standard optical spectrum corresponding to the target component (hereinafter referred to as “reference optical spectrum”) is stored in the
なお、成分検量用スペクトルZn(r)から算定される演算値αと既知の成分量Ctとの相関係数(相関度)や、参照光学スペクトルとの類似度のみを評価指標Erとして利用した構成では、評価指標Erが0または1の2値に近似した数値になり易いという傾向が観測される。非ガウス性の指標に応じて評価指標Erを算定する構成によれば、評価指標Erの数値が適度に分散するから、各部分集合Prが独立成分分析に好適であるか否かを適切に評価できるという利点もある。 A configuration using only the correlation coefficient (correlation) between the calculated value α calculated from the component calibration spectrum Zn (r) and the known component amount Ct, or the similarity to the reference optical spectrum, as the evaluation index Er. Then, a tendency is observed that the evaluation index Er tends to be a numerical value that approximates a binary value of 0 or 1. According to the configuration in which the evaluation index Er is calculated according to the non-Gaussian index, the numerical value of the evaluation index Er is appropriately dispersed. Therefore, it is appropriately evaluated whether each subset Pr is suitable for independent component analysis. There is also an advantage of being able to do it.
(3)非ガウス性に応じた評価指標Erと他の指標との双方を利用して最適部分集合Pを選択してもよい。評価指標Erを含む複数の指標を利用して最適部分集合Pを選択する処理には、例えば多目的遺伝的アルゴリズムが好適に利用される。 (3) The optimal subset P may be selected using both the evaluation index Er corresponding to non-Gaussianity and other indices. For the process of selecting the optimal subset P using a plurality of indexes including the evaluation index Er, for example, a multipurpose genetic algorithm is preferably used.
(4)第2実施形態では、選別処理のなかで各成分検量用スペクトルZn(r)の算定(Sc3)と評価指標Vn(r)の算定(Sc4)とを実行したが、最適部分集合Pの選択(Sc9)後に、当該最適部分集合Pについて各成分検量用スペクトルZn(r)の評価指標Vn(r)を算定してもよい。すなわち、最適部分集合P以外の各部分集合Pについては、成分検量用スペクトルZn(r)および評価指標Vn(r)の算定が省略される。 (4) In the second embodiment, the calculation of each component calibration spectrum Zn (r) (Sc3) and the calculation of the evaluation index Vn (r) (Sc4) are performed in the selection process. After the selection (Sc9), the evaluation index Vn (r) of each component calibration spectrum Zn (r) may be calculated for the optimum subset P. That is, for each subset P other than the optimal subset P, calculation of the component calibration spectrum Zn (r) and the evaluation index Vn (r) is omitted.
(5)検量装置100は、目的成分検量用スペクトルZと検量線Ccとを生成する解析装置としても特定される。解析装置は、前述の各形態で例示した解析処理部21を具備する。解析装置においては検量処理部22が省略され得る。なお、目的成分検量用スペクトルZと検量線Ccとを生成する装置(解析処理部21を具備する装置)と、検量処理Sbを実行する装置(検量処理部22を具備する装置)とを相互に別体の装置として実現してもよい。
(5) The
100…検量装置、200…測定器、11…制御装置、12…記憶装置、13…表示装置、21…解析処理部、22…検量処理部。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記目的成分に対応する目的成分検量用スペクトルと、前記目的成分検量用スペクトルと前記被検体の光学スペクトルとの内積の演算値と前記目的成分の成分量との関係を表す検量線と、を生成する解析処理部と、
前記演算値に対応する前記目的成分の成分量を、前記検量線から特定する検量処理部とを具備し、
前記解析処理部は、
(a)N種類(Nは1以上の整数)の成分を含有するサンプルについて測定された複数の光学スペクトルからR個(Rは2以上の整数)の部分集合を生成する処理と、
(b)前記R個の部分集合の各々に対して、前記N種類の成分量を独立成分とする独立成分分析を実行することで、複数の成分の各々について成分量系列と成分検量用スペクトルとを特定する処理と、
(c)前記R個の部分集合の各々について、前記成分量系列における成分量の分布の非ガウス性に応じた評価指標を算定する処理と、
(d)前記評価指標が示す非ガウス性が最大である部分集合を最適部分集合として選択する処理と、
(e)前記最適部分集合について前記独立成分分析で算定された複数の成分検量用スペクトルから前記目的成分検量用スペクトルを特定する処理と、
(f)前記目的成分の成分量が既知であるサンプルについて測定された複数の評価用光学スペクトルの各々と前記目的成分検量用スペクトルとの内積の演算値と、当該サンプルに含有される前記目的成分の成分量と、の関係から前記検量線を特定する処理と
を実行する検量装置。 A calibration device for calibrating the amount of a target component contained in a subject,
Generating a target component calibration spectrum corresponding to the target component, and a calibration curve representing a relationship between the calculated value of the inner product of the target component calibration spectrum and the optical spectrum of the subject and the component amount of the target component An analysis processing unit to
A calibration processing unit that identifies the component amount of the target component corresponding to the calculated value from the calibration curve;
The analysis processing unit
(A) a process of generating R (R is an integer of 2 or more) subsets from a plurality of optical spectra measured for a sample containing N types (N is an integer of 1 or more);
(B) For each of the R subsets, by performing independent component analysis using the N types of component amounts as independent components, a component amount series and a component calibration spectrum for each of the plurality of components Processing to identify
(C) For each of the R subsets, processing for calculating an evaluation index according to non-Gaussianity of the component amount distribution in the component amount series;
(D) a process of selecting a subset having the maximum non-Gaussian property indicated by the evaluation index as an optimal subset;
(E) processing for identifying the target component calibration spectrum from a plurality of component calibration spectra calculated by the independent component analysis for the optimal subset;
(F) a calculated value of an inner product of each of a plurality of optical spectra for evaluation measured for a sample whose component amount of the target component is known and the spectrum for target component calibration, and the target component contained in the sample A calibration device that executes the process of specifying the calibration curve from the relationship between the component amount and
前記処理(a)から前記処理(c)と、
(g)前記処理(c)の実行後に、前記R個の部分集合から前記評価指標に応じてQ個(Qは1以上R未満の整数)の部分集合を選択する処理と、
(h)前記Q個の部分集合の各々を部分的に変更することで、処理(b)の対象となるR個の部分集合を生成する処理と
を含む選別処理を反復し、
前記処理(d)においては、前記選別処理の反復後における前記Q個の部分集合から前記評価指標に応じて前記最適部分集合を選択する
請求項1の検量装置。 The analysis processing unit
The process (a) to the process (c);
(G) After executing the process (c), a process of selecting Q (Q is an integer less than or equal to 1 and less than R) subsets from the R subsets according to the evaluation index;
(H) by repeating each of the Q subsets to generate a subset of R to be processed (b) by repeating a selection process including:
The calibration device according to claim 1, wherein in the process (d), the optimum subset is selected according to the evaluation index from the Q subsets after the selection process is repeated.
請求項1または請求項2の検量装置。 The said analysis process part calculates the said evaluation parameter | index according to the kurtosis of the distribution of the component amount in the said component amount series about each of the said R subsets in the said process (c). 2. Calibration device.
前記目的成分に対応する目的成分検量用スペクトルと、前記目的成分検量用スペクトルと前記被検体の光学スペクトルとの内積の演算値と前記目的成分の成分量との関係を表す検量線と、を生成する解析処理と、
前記演算値に対応する前記目的成分の成分量を、前記検量線から特定する検量処理とを含み、
前記解析処理は、
(a)N種類(Nは1以上の整数)の成分を含有するサンプルについて測定された複数の光学スペクトルからR個(Rは2以上の整数)の部分集合を生成する処理と、
(b)前記R個の部分集合の各々に対して、前記N種類の成分量を独立成分とする独立成分分析を実行することで、複数の成分の各々について成分量系列と成分検量用スペクトルとを特定する処理と、
(c)前記R個の部分集合の各々について、前記成分量系列における成分量の分布の非ガウス性に応じた評価指標を算定する処理と、
(d)前記評価指標が示す非ガウス性が最大である部分集合を最適部分集合として選択する処理と、
(e)前記最適部分集合について前記独立成分分析で算定された複数の成分検量用スペクトルから前記目的成分検量用スペクトルを特定する処理と、
(f)前記目的成分の成分量が既知であるサンプルについて測定された複数の評価用光学スペクトルの各々と前記目的成分検量用スペクトルとの内積の演算値と、当該サンプルに含有される前記目的成分の成分量と、の関係から前記検量線を特定する処理と
を含む検量方法。
A method in which a computer calibrates the amount of a target component contained in a subject,
Generating a target component calibration spectrum corresponding to the target component, and a calibration curve representing a relationship between the calculated value of the inner product of the target component calibration spectrum and the optical spectrum of the subject and the component amount of the target component Analysis processing to
A calibration process for specifying the component amount of the target component corresponding to the calculated value from the calibration curve,
The analysis process is
(A) a process of generating R (R is an integer of 2 or more) subsets from a plurality of optical spectra measured for a sample containing N types (N is an integer of 1 or more);
(B) For each of the R subsets, by performing independent component analysis using the N types of component amounts as independent components, a component amount series and a component calibration spectrum for each of the plurality of components Processing to identify
(C) For each of the R subsets, processing for calculating an evaluation index according to non-Gaussianity of the component amount distribution in the component amount series;
(D) a process of selecting a subset having the maximum non-Gaussian property indicated by the evaluation index as an optimal subset;
(E) processing for identifying the target component calibration spectrum from a plurality of component calibration spectra calculated by the independent component analysis for the optimal subset;
(F) a calculated value of an inner product of each of a plurality of optical spectra for evaluation measured for a sample whose component amount of the target component is known and the spectrum for target component calibration, and the target component contained in the sample And a process of identifying the calibration curve from the relationship between the component amount and the calibration method.
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