適応ダイナミックフィルタによるドプラ信号の改質とその空中超音波ウロダイナミクス計測への応用

第２報

松本成史、竹内康人、柿崎秀宏

旭川医科大学 医学部 腎泌尿器外科学講座

y.takeuchi@ieee.org

US/BT2013-19 2013.09.12@ 仙台

前回に続き

先ず初めに、どういう計測をやっていて、

何が問題ないし魂胆、勘所、すっ飛ばかし所

なのかを、かいつまんで説明します。

The Subject of the Study:

Measurement of Urination/ 放尿の計測

Measurement of Speed-Time of Running Urea Drop in Air/ 空中を飛行する尿の時間速度計測

DIY(do it for yourself)/Wearable Device

ウロダイナミクスの先駆けが尿流測定 (uroflowmetrey: UFM).

機器や検査所見の単純さ , 患者への非侵襲性から UFM は瞬く間に全国の泌尿器科施設に普及したが , 検査場所で図の如くの機器に対して排尿をしてもらわなければなら

ない .

＜尿流計（流量計）＞ ＜尿流測定のパラメーターと尿流波形＞

(s)

(mL/s)

平均尿流率

排尿時間

最大尿流率排尿量

20

10

30

10 20

10 20 30

10

10 20 30

10

（正常）

（前立腺肥大症）

（腹圧排尿）

13th IRMMW (1988)

Takeuchi Y., “CW Doppler Systems for External Urodynamics Study, Comparison between Electromagnetic Wave and Airborne Ultrasound" 13th IRMMW session F1.8, SPIE Volume 1039, 1988

Takeuchi Y. “CW Doppler Systems for External Urodynamics Study, Comparison between electromagnetic Wave and Airborne Ultrasound" 13th IRMMW session F1.8, SPIE Volume 1039, 1988

13th IRMMW (1988)

Let’s move to

Patient-Own Device//Patient Self Management

of Health-Care

however

Bad Word In Fashon NOW

DIGITAL HEALTH(we don’t like this word)

D I Y

DO IT FOR YOURSELF

空中の水滴の反射率 (echogenicity) は , 超音波でも電磁波（マイクロ波～ミリ波）でも“ 非常に大きい” 。生体軟部組織の中での臓器界面や血球の反射率が高々数％以下に留まるのに対し、空気対水はほぼ 100 ％の反射率。これは本計測において非常に有利な点である。

空中を飛行する雨滴、尿滴の径は 1~2mm 前後、 40KHz空中超音波(λ=8.5mm) には反射源性はレイリー領域の最大限度近くにある。

Signal

Spectrum

Conventional Method Uroflow-metr

y Data

Doppler-Based Uroflowmetry S

ubstitute

Ridge Tracing on Spectrogram

(With Speckle Reduction and 2D Smoothing)

Is this good (or applicable) for uroflowmetry substitute?

そこで

この信号処理

もっとずっと簡素&軽薄短小に出来ないか ??

答ドプラ計測としては先祖帰りになる

ゼロクロスレート法を採用する。

ただし

スペクトラムの広がりへの対策が必要

ゼロクロスレート式瞬時周波数計測の入門型

ゼロクロスレート式瞬時周波数計測の多少進歩型（心拍数計と同様に「周期」を求めて逆変換する）

ゼロクロスレート法瞬時周波数計測の蓋然性ないし正当性

ゼロクロスレート法は信号の比帯域幅が大きいと破綻する

ゼロクロスレート法は信号の周波数スペクトラムに２成分以上の拮抗する主力成分があると破綻する

ゼロクロスレート法は信号対雑音比が悪いと破綻する

Some Unexpected/Unexplained Issue

Why Spectrogeam Looks Smashed/Flattened?

Pro and Con of Wide Directivity CW Doppler System

So Variety of Theta

Wide View Flattened Spectrum

LED-CdS 光制御可変抵抗器

モリリカ、浜テレ、 ------- 1990年代初期に撤退

モリリカ＝経営悪化、他社に吸収合併され、雲霞飛散

浜テレ＝ノーベル賞会社がこんな些末な事やってられない

勿論需要枯渇が最大の理由だが

十数年のブランク、流通市場の残存品が１万円の桁まで高騰

ところが

カナダと中国奥地の小さなメーカーで、各々、復活出現していた。これはカナダの例。

オーディオ屋さんが再度注目している（戻って来た）理由

絶対「ガリオーム」しない。

ボルトのオーダーの信号レベルに耐え、かつ自身は完全にただの「リニヤな抵抗」だから歪も発生しない。

経年変化なし。機械的磨耗もなし。

ただし、製造上のばらつきは大きい、が。

その他の利用可能な電子制御可変抵抗

これも扱える信号レベルが非常に小さい。またピンチオフ電圧依存なのでその均一化や管理が実質上困難

その他の電子制御可能なインピーダンスの例

数百 PF の C を相手にして数十 Hzのフィルタを構成しようとすると R が数 MΩ以上になる。

しかも通してよい信号レベルは数十mVまで。

バリキャップ方式の適応ダイナミックフィルタは LED-CdSセル方式の物と同じ主旨で正しく動くが、歪みの発生と、誘導雑音妨害に弱い事が大問題。

中間結論

適応ダイナミックフィルタはゼロクロスレート式のドプラ瞬時周波数計測における信号帯域幅の事前整理による取りこぼしの防止に「かなり」有効である。

しかし問題はそれだけではないように思われる。

（この研究の言う所の）適応ダイナミックフィルタと同じ主旨目的でさらに強力な、

ないし危険な信号処理思想

（１）トラッキングフィルタ

（２）トラッキングジェネレーター

（３）拡張フェーズロックドループないし　　　ロックドオシレ タ− −

（４）予測パタ ン待ち受け処理−

（５）さらに？

要するに

見込み捜査のレベルと罪悪度の問題

トラッキングフィルタ

トラッキングジェネレーター

拡張フェーズロックドループないしロックドオシレ タ− −（＝トラッキングジェネレーターの別称と言える）

ロックドオッシレーター（古典形式）

予測パターン待ち受け (&追跡 )処理

＝「逆カラオケ」ないし「オケ殺し」

結論

後処理でこね回すよりは信号採取側のジオメトリーを改良した方が良さそう。

ただし

尿は 1 本線にまっすぐ飛ぶとは限らない。

故に、問題解決になっていない。

雲霞飛散・収集不能

非ディジタル信号処理によるドプラ計測

採れた信号の料理し方よりも

信号採取のジオメトリーの方が重要

プリセレクションフィルタ

だけで何とかなるようにするべし

故に、この研究はこれでおしまい。