KR102264569B1 - Apparatuses and methods for classifying heart condition based on class probability output network - Google Patents

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Abstract

본 발명은 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 심장 상태 분류 방법은, 심전도 신호의 간격에 대한 통계적 특징을 나타내는 감마 분포의 파라미터를 추정하는 단계, 상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 계산하는 단계, 상기 계산된 중심점 사이의 거리를 클래스 확률 출력망에 입력시켜 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 결정하는 단계, 및 상기 결정된 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 서로 비교하여 상기 수집된 심전도 신호를 정상 파동 또는 비정상 파동으로 분류하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 심장 상태 분류 방법은, 상기 심전도 신호가 정상 파동으로 분류되면, 정상 심전도 신호의 간격을 추가로 수집하여 현재 간격과 다음 간격 사이의 상관 계수를 계산하고, 상기 계산된 상관 계수 값을 이용하여 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method and apparatus for classifying a heart condition based on a class probability output network, and the method for classifying a heart condition according to an embodiment of the present invention includes the steps of estimating a parameter of a gamma distribution representing a statistical characteristic of an interval of an electrocardiogram signal. , calculating the distance between the center point of the parameter of the estimated gamma distribution and the parameter of the pre-learned gamma distribution, inputting the distance between the calculated center points to the class probability output network to determine the significance probability of the normal class and the abnormal class determining, and classifying the collected electrocardiogram signal as a normal wave or an abnormal wave by comparing significant probabilities of the determined normal class and the abnormal class with each other. In the heart condition classification method according to an embodiment of the present invention, when the ECG signal is classified as a normal wave, an interval of the normal ECG signal is additionally collected to calculate a correlation coefficient between a current interval and a next interval, and the calculated and determining the heart state as a normal state or an abnormal state using the correlation coefficient value.

Description

클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법 및 장치{APPARATUSES AND METHODS FOR CLASSIFYING HEART CONDITION BASED ON CLASS PROBABILITY OUTPUT NETWORK}Method and apparatus for classifying heart condition based on class probability output network {APPARATUSES AND METHODS FOR CLASSIFYING HEART CONDITION BASED ON CLASS PROBABILITY OUTPUT NETWORK}

본 발명은 클래스 확률 출력망(Class probability output network) 기반 심장 상태 분류 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for classifying a heart condition based on a class probability output network.

심전도(Electrocardiogram, ECG) 신호는 심장 계통의 질환을 판단할 때 사용되는 중요한 신호로 심장에서 발생하는 전기적인 신호를 측정하여 심장에서부터 전극까지의 전도계통의 이상 유무를 확인하여 질환유무를 판별할 수 있게 하는 신호이다.The electrocardiogram (ECG) signal is an important signal used for judging diseases of the heart system. It is possible to determine the presence or absence of a disease by measuring the electrical signal generated from the heart and checking for abnormalities in the conduction system from the heart to the electrodes. It is a signal to be

심전도 신호의 발생 원인인 심장박동은 우심방(Right Atrium)에 자리잡은 동방결절(Sinus Node)에서 시작된 임펄스가 먼저 우심방과 좌심방(Left Atrium)을 탈분극(Deploarization)시키며 방실결절(Atrioventricular Node)에서 잠시 지체된 후 심실을 활성화시킨다. 중격(Septum)이 가장 빠르고 벽이 얇은 우심실은 벽이 두꺼운 좌심실보다 먼저 활성화 된다. 푸르키녜 섬유(Purkinje Fiber)까지 전달된 탈분극 파는 심근에서 파도(Wavefront)와 같이 심장내막에서 외 심막으로 퍼져 나가면서 심실수축을 일으키게 된다. 정상적으로 전기적 자극이 심장을 통하여 전도되기 때문에 심장은 분당 약 60~100회 수축된다. 각 수축은 1회 심박동수로 나타낸다.The heartbeat, which is the cause of the electrocardiogram signal, is an impulse that starts at the sinus node located in the right atrium, first depolarizes the right and left atrium, and is delayed for a while at the atrioventricular node. then activate the ventricles. The septum is the fastest and the thin-walled right ventricle is activated before the thick-walled left ventricle. The depolarization wave transmitted to the Purkinje Fiber spreads from the endocardium to the epicardium like a wave in the myocardium, causing ventricular contraction. Because electrical impulses are normally conducted through the heart, the heart contracts about 60 to 100 times per minute. Each contraction is represented by one heart rate.

정상적인 심전도 신호는 PQRST파로 이루지고, P파는 심방의 탈분극과 수축, QRS는 심실의 탈분극과 수축, 그리고 T파는 심실의 탈분극을 나타낸다. 의사들은 PQRST 파의 패턴으로 심장 상태를 추론할 수 있다. 이러한 파들은 표준 형태를 갖추어야 심장의 전기적 활성이 정상이라고 볼 수 있다. 심장의 정상적인 상태를 파악하기 위해서는 각 파가 유지되는 시간, 각 파끼리의 간격(Interval), 각 파의 진폭, 첨도 등의 특징들이 정상 범위에 속하는지를 파악해야 한다.A normal electrocardiogram signal consists of PQRST waves, P wave represents atrial depolarization and contraction, QRS represents ventricular depolarization and contraction, and T wave represents ventricular depolarization. Doctors can infer heart conditions from the pattern of PQRST waves. When these waves have a standard shape, the electrical activity of the heart can be considered normal. In order to understand the normal state of the heart, it is necessary to determine whether characteristics such as the duration of each wave, the interval between each wave, the amplitude of each wave, and the kurtosis are within the normal range.

한편, 종래의 심박 수 변동성(heart rate variability, HRV) 분석에서 사용하는 특징들을 이용한 심장 건강의 이상 유무 판단은 시간이 많이 걸리고 확률기반 판별 측도를 제공하지 않는다. On the other hand, determination of the presence or absence of abnormality in heart health using characteristics used in the conventional heart rate variability (HRV) analysis takes a lot of time and does not provide a probability-based determination measure.

또한, 종래의 심장 건강의 이상 유무 판단 기술은 심장의 파동이 정상인 경우 심장의 잠재적 위험성을 파악하기 어렵다.In addition, the conventional technique for determining whether there is an abnormality in heart health makes it difficult to determine the potential risk of the heart when the heartbeat is normal.

한국등록특허 제10-1689401호 (등록일 : 2016.12.19.)Korean Patent Registration No. 10-1689401 (Registration Date: 2016.12.19.)

본 발명의 실시예들은 심장 건강에 효율적인 통계기반 특징을 제공하고 이를 기초로 하여 심장 건강 유무에 대한 확률적 측도를 제공함으로써, 보다 신뢰도가 높은 진단 정보를 제공할 수 있는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법 및 장치를 제공하고자 한다. Embodiments of the present invention provide a statistical-based characteristic effective for heart health and provide a probabilistic measure for heart health based on this, thereby providing more reliable diagnostic information, a class probability output network-based heart It is intended to provide a state classification method and apparatus.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 심장 상태 분류 장치에 의해 수행되는 심장 상태 분류 방법에 있어서, 심전도 신호의 간격에 대한 통계적 특징을 나타내는 감마 분포의 파라미터를 추정하는 단계; 상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 계산하는 단계; 상기 계산된 중심점 사이의 거리를 클래스 확률 출력망에 입력시켜 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 서로 비교하여 상기 심전도 신호를 정상 파동 또는 비정상 파동으로 분류하는 단계를 포함하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for classifying a heart condition performed by an apparatus for classifying a heart condition, the method comprising: estimating a parameter of a gamma distribution representing a statistical characteristic of an interval between electrocardiogram signals; calculating a distance between the parameter of the estimated gamma distribution and a center point of the parameter of the previously learned gamma distribution; determining the significance probability of a normal class and an abnormal class by inputting the calculated distance between the center points to a class probability output network; and classifying the ECG signal as a normal wave or an abnormal wave by comparing the determined significance probabilities of the normal class and the abnormal class with each other.

상기 심전도 신호의 간격은, 상기 심전도 신호의 R-R 간격(R-R interval) 또는 심장 박동의 간격(beat-to-beat interval)일 수 있다.The interval between the ECG signals may be an R-R interval of the ECG signal or a beat-to-beat interval.

상기 중심점 사이의 거리를 계산하는 단계는, 상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 로그 스케일로 계산할 수 있다.The calculating of the distance between the center points may include calculating a distance between the center points of the estimated gamma distribution parameter and the pre-learned gamma distribution parameter on a logarithmic scale.

상기 계산된 중심점 사이의 거리는 커널 함수에 의해 출력되고 클래스 확률 출력망에 입력될 수 있다.The calculated distance between the center points may be output by a kernel function and input to a class probability output network.

상기 유의 확률을 결정하는 단계는, 상기 계산된 중심점 사이의 거리에 가우시안 커널 함수를 할당하고, 상기 할당된 가우시안 커널 함수에 따른 가중치 값을 결정하여 심장 상태 분류를 위한 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 결정 함수를 산출할 수 있다.In the determining of the significance probability, a Gaussian kernel function is assigned to the distance between the calculated center points, and a weight value is determined according to the assigned Gaussian kernel function to determine a normal class and an abnormal class for heart state classification. function can be calculated.

상기 유의 확률을 결정하는 단계는, 상기 산출된 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 결정 함수의 분포를 베타 분포의 파라미터로 추정할 수 있다.The determining of the significance probability may include estimating the distribution of the determined function for the calculated normal class and the abnormal class as a parameter of a beta distribution.

상기 유의 확률을 결정하는 단계는, 상기 추정된 베타 분포의 파라미터가 반영된 베타 누적분포 함수를 이용하여 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 가설에 대한 유의확률을 결정할 수 있다.In the determining of the significance probability, the significance probability for the hypotheses for the normal class and the abnormal class may be determined by using the beta cumulative distribution function to which the parameter of the estimated beta distribution is reflected.

상기 방법은, 상기 심전도 신호가 정상 파동으로 분류되면, 정상 심전도 신호의 간격을 추가로 수집하여 현재 간격과 다음 간격 사이의 상관 계수를 계산하고, 상기 계산된 상관 계수 값을 이용하여 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method, when the ECG signal is classified as a normal wave, the interval of the normal ECG signal is additionally collected to calculate a correlation coefficient between the current interval and the next interval, and the heart condition is determined to be normal using the calculated correlation coefficient value. The method may further include determining the state or the abnormal state.

상기 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정하는 단계는, 상기 계산된 상관 계수 값을 기학습된 베타 분포에 적용하여 클래스 확률 출력망으로 정상 상태에 대한 유의확률을 산출하고, 상기 산출된 유의확률을 이용하여 상기 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정할 수 있다.The determining of the heart state as a steady state or an abnormal state includes calculating a significance probability for the steady state with a class probability output network by applying the calculated correlation coefficient value to the pre-learned beta distribution, and the calculated significance probability may be used to determine the heart state as a normal state or an abnormal state.

상기 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정하는 단계는, 상기 산출된 유의확률이 임계값 이상이면 상기 심장 상태를 정상 상태로 결정할 수 있다.The determining of the heart state as the normal state or the abnormal state may include determining the heart state as the normal state when the calculated significance probability is equal to or greater than a threshold value.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로그램을 저장하는 메모리; 및 상기 메모리와 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써, 심전도 신호의 간격에 대한 통계적 특징을 나타내는 감마 분포의 파라미터를 추정하고, 상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 계산하고, 상기 계산된 중심점 사이의 거리를 클래스 확률 출력망에 입력시켜 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 결정하고, 상기 결정된 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 서로 비교하여 심전도 파동을 정상 파동 또는 비정상 파동으로 분류할 수 있다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, a memory for storing at least one program; and a processor connected to the memory, wherein the processor estimates, by executing the at least one program, a parameter of a gamma distribution representing a statistical characteristic for an interval of an electrocardiogram signal, and Calculate the distance between the center points of the parameters of the learned gamma distribution, input the distance between the calculated center points to the class probability output network to determine the significance probability of the normal class and the abnormal class, and By comparing significant probabilities with each other, ECG waves can be classified as standing waves or abnormal waves.

상기 심전도 신호의 간격은, 상기 심전도 신호의 R-R 간격(R-R interval) 또는 심장 박동의 간격(beat-to-beat interval)일 수 있다.The interval between the ECG signals may be an R-R interval of the ECG signal or a beat-to-beat interval.

상기 프로세서는, 상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 로그 스케일로 계산할 수 있다.The processor may calculate a distance between the parameter of the estimated gamma distribution and a center point of the parameter of the previously learned gamma distribution on a log scale.

상기 계산된 중심점 사이의 거리는 커널 함수에 의해 출력되고 클래스 확률 출력망에 입력될 수 있다.The calculated distance between the center points may be output by a kernel function and input to a class probability output network.

상기 프로세서는, 상기 계산된 중심점 사이의 거리에 가우시안 커널 함수를 할당하고, 상기 할당된 가우시안 커널 함수에 따른 가중치 값을 결정하여 심장 상태 분류를 위한 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 결정 함수를 산출할 수 있다.The processor assigns a Gaussian kernel function to the distance between the calculated center points, and determines a weight value according to the assigned Gaussian kernel function to calculate a decision function for a normal class and an abnormal class for heart state classification. have.

상기 프로세서는, 상기 산출된 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 결정 함수의 분포를 베타 분포의 파라미터로 추정할 수 있다.The processor may estimate the calculated distribution of the decision function for the normal class and the abnormal class as a parameter of the beta distribution.

상기 프로세서는, 상기 추정된 베타 분포의 파라미터가 반영된 베타 누적분포 함수를 이용하여 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 가설에 대한 유의확률을 결정할 수 있다.The processor may determine the significance probability for the hypotheses for the normal class and the abnormal class by using the beta cumulative distribution function to which the parameter of the estimated beta distribution is reflected.

상기 프로세서는, 상기 심전도 신호가 정상 파동으로 분류되면, 정상 심전도 신호의 간격을 추가로 수집하여 현재 간격과 다음 간격 사이의 상관 계수를 계산하고, 상기 계산된 상관 계수 값을 이용하여 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정할 수 있다.When the ECG signal is classified as a normal wave, the processor additionally collects intervals of the normal ECG signal to calculate a correlation coefficient between the current interval and the next interval, and uses the calculated correlation coefficient value to determine a normal heart condition. It can be determined as a state or abnormal state.

상기 프로세서는, 상기 계산된 상관 계수 값을 기학습된 베타 분포에 적용하여 클래스 확률 출력망으로 정상 상태에 대한 유의확률을 산출하고, 상기 산출된 유의확률을 이용하여 상기 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정할 수 있다.The processor applies the calculated correlation coefficient value to the pre-learned beta distribution to calculate a significance probability for a steady state with a class probability output network, and uses the calculated significance probability to determine the heart state as a steady state or an abnormal state. state can be determined.

상기 프로세서는, 상기 산출된 유의확률이 임계값 이상이면 상기 심장 상태를 정상 상태로 결정할 수 있다.The processor may determine the heart state as a normal state when the calculated significance probability is equal to or greater than a threshold value.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 적어도 하나의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금: 심전도 신호의 간격에 대한 통계적 특징을 나타내는 감마 분포의 파라미터를 추정하고, 상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 계산하고, 상기 계산된 중심점 사이의 거리를 클래스 확률 출력망에 입력시켜 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 결정하고, 상기 결정된 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 서로 비교하여 심전도 파동을 정상 파동 또는 비정상 파동으로 분류하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, there is provided a non-transitory computer-readable storage medium including at least one program executable by a processor, wherein the at least one program, when executed by the processor, causes the processor to: Estimate the parameters of the gamma distribution representing the statistical characteristics of the ECG signal interval, calculate the distance between the estimated gamma distribution parameter and the center point of the pre-learned gamma distribution parameter, and calculate the distance between the calculated center points Including instructions for determining the significance probability of the normal class and the abnormal class by input to the class probability output network, and classifying the ECG wave as a normal wave or an abnormal wave by comparing the determined significance probability of the normal class and the abnormal class with each other, A non-transitory computer-readable storage medium may be provided.

본 발명의 실시예들은 심장 건강 진단에 있어서 심장 박동의 간격 정보를 이용하여 적은 수의 파라미터로 심장의 건강 유무에 대한 정보를 제공할 수 있다.Embodiments of the present invention may provide information on whether or not the heart is healthy using a small number of parameters using heartbeat interval information in heart health diagnosis.

본 발명의 실시예들은 휴대용 심장 박동 검출기가 제공된 환경에서 실시간으로 심장 건강의 이상 유무에 대한 정보를 제공할 수 있다. Embodiments of the present invention may provide information on the presence or absence of abnormality in heart health in real time in an environment in which a portable heartbeat detector is provided.

본 발명의 실시예들은 심장의 파동이 정상인 경우에도 심장의 잠재적 위험도의 측도를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들은 심장 박동 패턴의 이상을 발견하면 이미 늦기 때문에, 심장 박동 패턴이 정상으로 밝혀진 경우라도 얼마만큼 정상인지, 심장 이상의 전조 증상을 미리 진단할 수 있다.Embodiments of the present invention may provide a measure of the potential risk of the heart even when the heartbeat is normal. That is, in the embodiments of the present invention, since it is already too late to detect an abnormality in the heartbeat pattern, even when the heartbeat pattern is found to be normal, how normal the heartbeat pattern is, and a symptom of a heart abnormality can be diagnosed in advance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치와 심장 박동 검출기의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법에 대한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법에서 정상 파동 및 비정상 파동의 분류 동작에 대한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법에서 정상 상태 및 비정상 상태의 분류 동작에 대한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 로그 스케일의 감마 분포의 파라미터에 따른 ECG 파형의 이상 유무를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 SDNN 특징과 RMSSD 특징에 따른 ECG 파형의 이상 유무를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 ECG 파형의 클래스에 따른 LDA 출력 히스토그램과 베타 변수 추정을 나타낸 면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 심장의 이상 유무에 따른 현재 및 다음 R-R 구간의 동시발생을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 심장의 이상 유무에 따른 현재 및 다음 R-R 구간의 상관계수 분포를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 심장의 이상 유무의 클래스에 따른 유의확률(p-value)의 분포를 나타낸 도면이다.
1 is a configuration diagram for explaining the configuration of a class probability output network-based heart state classification apparatus and a heartbeat detector according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method for classifying a heart state based on a class probability output network according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an operation of classifying a normal wave and an abnormal wave in a method for classifying a heart state based on a class probability output network according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an operation of classifying a normal state and an abnormal state in a method for classifying a heart state based on a class probability output network according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing the presence or absence of abnormality in an ECG waveform according to a parameter of a log-scale gamma distribution according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are diagrams showing the presence or absence of abnormalities in ECG waveforms according to SDNN characteristics and RMSSD characteristics in a method according to an embodiment of the present invention.
8 is a view illustrating an LDA output histogram and beta variable estimation according to a class of an ECG waveform used in an embodiment of the present invention.
9 to 12 are diagrams showing the simultaneous occurrence of the current and the next RR section according to the presence or absence of a heart abnormality according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating the distribution of correlation coefficients in current and next RR sections according to the presence or absence of heart abnormalities according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating a distribution of a significance probability (p-value) according to a class of the presence or absence of a heart abnormality according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, in order to facilitate the overall understanding, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치와 심장 박동 검출기의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.1 is a configuration diagram for explaining the configuration of a class probability output network-based heart state classification apparatus and a heartbeat detector according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치(100)는 심장 박동 검출기(101)와 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치(100)는 수신 모듈(110), 메모리(120) 및 프로세서(130)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 심장 상태 분류 장치(100)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 심장 상태 분류 장치(100)가 구현될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the apparatus 100 for classifying a heart state based on a class probability output network according to an embodiment of the present invention is connected to a heartbeat detector 101 . The apparatus 100 for classifying a heart state based on a class probability output network according to an embodiment of the present invention includes a receiving module 110 , a memory 120 , and a processor 130 . However, not all illustrated components are essential components. The heart condition classification apparatus 100 may be implemented by more components than the illustrated components, or the heart condition classification apparatus 100 may be implemented by fewer components.

우선, 심장 박동 검출기(101)는 심장 박동을 검출하여 심전도(ECG, Electrocardiogram) 신호를 측정할 수 있다. 일례로, 심장 박동 검출기(101)는 휴대용 심장 박동 검출기로 구현될 수 있다. 심전도(ECG) 신호에는 심장의 R-R 간격(R-R interval) 혹은 심장 박동의 간격(beat-to-beat interval) 정보가 포함될 수 있다. First, the heartbeat detector 101 may measure an electrocardiogram (ECG) signal by detecting a heartbeat. As an example, the heartbeat detector 101 may be implemented as a portable heartbeat detector. The electrocardiogram (ECG) signal may include information on an R-R interval of the heart or a heartbeat interval (beat-to-beat interval).

본 발명의 일 실시예에 따른 심장 상태 분류 장치(100)는 심장의 R-R 간격(R-R interval) 혹은 심장 박동의 간격(beat-to-beat interval) 정보를 이용하여 심장 건강의 이상 유무를 진단한다. The heart condition classification apparatus 100 according to an embodiment of the present invention diagnoses whether there is an abnormality in heart health using R-R interval or beat-to-beat interval information of the heart.

본 발명의 일 실시예에 따른 심장 상태 분류 장치(100)는 심전도(ECG) 신호로부터 심장 상태를 분류하는 클래스 확률 출력망(class probability output network, CPON) 기반 심장 상태 분류 동작을 수행한다. 이를 위해, 심장 상태 분류 장치(100)는 ECG 신호의 R-R 간격을 감마 분포 파라미터로 분석하여 정상(normal, NR) 또는 비정상(abnormal, AN) 심전도 파동(ECG wave)으로 분류한다. 그리고 심장 상태 분류 장치(100)는 정상적인 심전도 파동인 경우, 심전도 연속적인 R-R 간격과 장기 분석 사이의 상관 관계에 기초하여 심장이 정상 상태인지 최종으로 판별한다. 본 발명의 일 실시예에서 심장 상태는 조건부 클래스 확률인 클래스 확률 출력망(class probability output network, CPON)을 이용한 심장 상태에 대한 가설검증 모델을 통해 분류될 수 있다.The heart condition classification apparatus 100 according to an embodiment of the present invention performs a class probability output network (CPON)-based heart condition classification operation for classifying a heart condition from an electrocardiogram (ECG) signal. To this end, the heart state classification apparatus 100 analyzes the R-R interval of the ECG signal as a gamma distribution parameter and classifies it as a normal (NR) or abnormal (AN) ECG wave. In addition, in the case of a normal ECG wave, the cardiac state classification apparatus 100 finally determines whether the heart is in a normal state based on the correlation between the continuous ECG R-R interval and the long-term analysis. In an embodiment of the present invention, heart conditions may be classified through a hypothesis testing model for heart conditions using a class probability output network (CPON), which is a conditional class probability.

구체적으로, 심장 상태 분류 장치(100)는 심장 박동 검출기(101)에서 제공되는 심장 박동의 간격 정보에서 통계적 특징을 감마분포(Gamma distribution)의 파라미터로 추출한다. 그리고 심장 상태 분류 장치(100)는 심장의 정상 파동과 비정상 파동에 대한 확률 기반 분류기를 사용하여 두 상태에 대한 가설검증의 유의확률(p-value)을 제공할 수 있다. Specifically, the heart state classification apparatus 100 extracts a statistical feature from the heartbeat interval information provided from the heartbeat detector 101 as a parameter of a gamma distribution. In addition, the cardiac state classification apparatus 100 may provide a significance probability (p-value) of hypothesis testing for two states by using a probability-based classifier for a normal wave and an abnormal wave of the heart.

또한, 심장 상태 분류 장치(100)는 심장의 파동이 정상적인 경우, 심장의 잠재적 위험도를 추정하기 위하여 R-R 간격 사이의 상관계수(correlation coefficient)를 계산하고, 확률 기반 가설검증 모델을 이용하여 심장의 잠재적 위험도의 측도를 제공할 수 있다. In addition, the cardiac state classification apparatus 100 calculates a correlation coefficient between RR intervals in order to estimate the potential risk of the heart when the heart wave is normal, and uses a probability-based hypothesis verification model to estimate the potential risk of the heart. A measure of risk can be provided.

이하, 도 1의 심장 상태 분류 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, a detailed configuration and operation of each component of the heart condition classification apparatus 100 of FIG. 1 will be described.

수신 모듈(110)은 심장 박동 검출기(101)에서 검출된 심장 박동 정보인 심전도 신호를 수신한다. The receiving module 110 receives an electrocardiogram signal that is heartbeat information detected by the heartbeat detector 101 .

메모리(120)는 적어도 하나의 프로그램을 저장한다. The memory 120 stores at least one program.

프로세서(130)는 수신 모듈(110) 및 메모리(120)와 연결된다. 프로세서(130)는, 상기 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써, 심전도 신호의 간격에 대한 통계적 특징을 나타내는 감마 분포의 파라미터를 추정하고, 그 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 계산하고, 그 계산된 중심점 사이의 거리를 클래스 확률 출력망에 입력시켜 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 결정하고, 그 결정된 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 서로 비교하여 심전도 파동을 정상 파동 또는 비정상 파동으로 분류한다. The processor 130 is connected to the receiving module 110 and the memory 120 . The processor 130, by executing the at least one program, estimates a parameter of a gamma distribution representing a statistical characteristic of an interval of an electrocardiogram signal, and a center point between the estimated parameter of the gamma distribution and the parameter of the previously learned gamma distribution. Calculate the distance between the two, input the calculated distance between the center points to the class probability output network to determine the significance probability of the normal class and the abnormal class, and compare the determined significance probability of the normal class and the abnormal class with each other to generate an electrocardiogram wave is classified as a standing wave or an abnormal wave.

실시예들에 따르면, 수집된 심전도 신호의 간격은, 수집된 심전도 신호의 R-R 간격(R-R interval) 또는 심장 박동의 간격(beat-to-beat interval)일 수 있다.According to embodiments, the interval between the collected ECG signals may be an R-R interval of the collected ECG signals or a beat-to-beat interval.

실시예들에 따르면, 프로세서(130)는 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 로그 스케일로 계산할 수 있다. According to embodiments, the processor 130 may calculate the distance between the parameter of the estimated gamma distribution and the center point of the parameter of the pre-learned gamma distribution on a logarithmic scale.

실시예들에 따르면, 계산된 중심점 사이의 거리는 커널 함수에 의해 출력되고 클래스 확률 출력망에 입력될 수 있다. According to embodiments, the calculated distance between center points may be output by a kernel function and input to a class probability output network.

실시예들에 따르면, 프로세서(130)는 계산된 중심점 사이의 거리에 가우시안 커널 함수를 할당하고, 그 할당된 가우시안 커널 함수에 따른 가중치 값을 결정하여 심장 상태 분류를 위한 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 결정 함수를 산출할 수 있다. According to embodiments, the processor 130 allocates a Gaussian kernel function to the calculated distance between the center points, and determines a weight value according to the assigned Gaussian kernel function to determine a normal class and an abnormal class for cardiac state classification. A decision function can be calculated.

실시예들에 따르면, 프로세서(130)는 산출된 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 결정 함수의 분포를 베타 분포의 파라미터로 추정할 수 있다. According to embodiments, the processor 130 may estimate the distribution of the calculated decision function for the normal class and the abnormal class as a parameter of the beta distribution.

실시예들에 따르면, 프로세서(130)는 추정된 베타 분포의 파라미터가 반영된 베타 누적분포 함수를 이용하여 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 가설에 대한 유의확률을 결정할 수 있다. According to embodiments, the processor 130 may determine the significance probability for the hypotheses for the normal class and the abnormal class by using the beta cumulative distribution function to which the parameter of the estimated beta distribution is reflected.

실시예들에 따르면, 프로세서(130)는 수집된 심전도 신호가 정상 파동으로 분류되면, 정상 심전도 신호의 간격을 추가로 수집하여 현재 간격과 다음 간격 사이의 상관 계수를 계산하고, 그 계산된 상관 계수 값을 이용하여 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정할 수 있다. According to embodiments, when the collected ECG signal is classified as a normal wave, the processor 130 additionally collects the interval of the normal ECG signal to calculate a correlation coefficient between the current interval and the next interval, and the calculated correlation coefficient The value can be used to determine the heart condition as normal or abnormal.

실시예들에 따르면, 프로세서(130)는 계산된 상관 계수 값을 기학습된 베타 분포에 적용하여 클래스 확률 출력망으로 정상 상태에 대한 유의확률을 산출하고, 그 산출된 유의확률을 이용하여 상기 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정할 수 있다. According to embodiments, the processor 130 calculates a significance probability for a steady state with a class probability output network by applying the calculated correlation coefficient value to the pre-learned beta distribution, and uses the calculated significance probability to calculate the significance probability of the heart. The state can be determined to be a steady state or an abnormal state.

실시예들에 따르면, 프로세서(130)는 산출된 유의확률이 임계값 이상이면 상기 심장 상태를 정상 상태로 결정할 수 있다. According to embodiments, the processor 130 may determine the heart state as a normal state when the calculated significance probability is equal to or greater than a threshold value.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법에 대한 흐름도이다.2 is a flowchart of a method for classifying a heart state based on a class probability output network according to an embodiment of the present invention.

심장 상태를 분류하는 이러한 문제에서, ECG 신호 데이터로부터 검출 된 R-R 간격은 한정된 크기의 윈도우 상에 수집되어 통계적으로 의미 있는 데이터 분포 정보를 얻고 심장 상태를 결정하는데 이용된다. 심장 상태의 분류 과정은 매 샘플링 시간마다 반복된다. 여기서 심장 활동의 ECG 파동이 완전히 정상인 경우 정상(NR, Normal)으로 결정되고 그렇지 않으면 비정상(AN, Abnormal)으로 간주된다.In this problem of classifying cardiac status, the R-R intervals detected from the ECG signal data are collected on a window of a finite size and used to obtain statistically meaningful data distribution information and to determine cardiac status. The heart condition classification process is repeated at every sampling time. Here, if the ECG wave of cardiac activity is completely normal, it is determined as normal (NR, Normal), otherwise it is considered as abnormal (AN, Abnormal).

본 발명의 일 실시예에 따른 심장 상태 분류 방법의 전체 프로세스는 도 2와 같다. 여기서 심장 상태의 자동 분류 과정은 다음과 같다.An overall process of the method for classifying a heart condition according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 2 . Here, the automatic classification process of heart condition is as follows.

단계 S101에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 ECG 신호 데이터로부터 R-R 간격을 검출한다. 검출된 R-R 간격은 매 샘플링 시간(예를 들어, 10 초)마다 고정된 크기(예를 들어, 30 초)의 윈도우 내에서 수집된다. In step S101, the cardiac condition classification apparatus 100 detects the R-R interval from the ECG signal data. The detected R-R intervals are collected within a window of a fixed size (eg, 30 sec) every sampling time (eg, 10 sec).

단계 S102에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 윈도우 내의 R-R 간격의 분포로부터 감마 분포의 파라미터를 추정한다.In step S102, the cardiac state classification apparatus 100 estimates the parameter of the gamma distribution from the distribution of R-R intervals within the window.

단계 S103 및 단계 S104에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 NR 및 AN 클래스의 ECG 파동에 대해 추정된 감마 분포의 파라미터와 이전에 학습된 감마 분포의 파라미터의 중심 값 사이의 거리를 로그 스케일로 계산하여 NR 혹은 AN 중심점과의 거리를 분석한다. In steps S103 and S104, the cardiac state classification apparatus 100 calculates, on a logarithmic scale, the distance between the parameter of the gamma distribution estimated for ECG waves of the NR and AN classes and the center value of the parameter of the previously learned gamma distribution to analyze the distance from the NR or AN center point.

단계 S105에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 주어진 거리를 커널함수에 의하여 출력한다. 계산된 거리가 클래스 확률 출력망(CPON, Class probability output network)의 입력으로 전달된다. In step S105, the cardiac state classification apparatus 100 outputs the given distance by the kernel function. The calculated distance is transmitted as an input of a class probability output network (CPON).

단계 S106 및 단계 S107에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 NR 및 AN 클래스의 가설을 테스트하기 위한 유의확률(p-value) 값들을 결정한다.In steps S106 and S107, the cardiac state classification apparatus 100 determines p-value values for testing hypotheses of NR and AN classes.

단계 S108에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 NR 및 AN 클래스의 유의확률(p-value) 값을 비교하여 ECG 패턴에 대한 정상 또는 비정상 파동을 결정한다. 심장 상태 분류 장치(100)는 NR 클랙스의 유의확률이 AR 클랙스의 유의확률 이상이면, 정상 파동으로 결정한다. In step S108, the cardiac state classification apparatus 100 compares the significance probability (p-value) values of the NR and AN classes to determine a normal or abnormal wave for the ECG pattern. If the significance probability of the NR class is greater than or equal to the significance probability of the AR class, the cardiac state classification apparatus 100 determines that the wave is a normal wave.

반면, 단계 S109에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 NR 클랙스의 유의확률이 AR 클랙스의 유의확률 이상이 아니면, 비정상 파동으로 결정한다.On the other hand, in step S109 , if the significance probability of the NR class is not equal to or greater than the significance probability of the AR class, the cardiac state classification apparatus 100 determines that the wave is an abnormal wave.

여기서 R-R 간격이 정상 ECG 파동을 나타내는 NR 클래스로 분류되면 다음 절차를 적용하여 심장이 정상 상태인지 여부를 다음과 같이 결정 한다.Here, if the R-R interval is classified as an NR class representing a normal ECG wave, the following procedure is applied to determine whether the heart is in a normal state as follows.

단계 S110에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 고정된 시간 윈도우(예를 들면, 30 분 윈도우)에 대해 정상 R-R 간격을 수집한다.In step S110, the cardiac condition classification apparatus 100 collects normal R-R intervals for a fixed time window (eg, a 30-minute window).

단계 S111에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 현재 R-R 간격과 다음 R-R 간격 사이의 상관 계수를 계산한다. In step S111, the cardiac state classification apparatus 100 calculates a correlation coefficient between the current R-R interval and the next R-R interval.

단계 S112에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 상관 계수 값을 이전에 학습한 베타 분포에 적용하여 클래스 확률 출력망(CPON)으로 정상 심장 상태에 대한 유의확률 값을 구한다. In step S112 , the cardiac state classification apparatus 100 applies the correlation coefficient value to the previously learned beta distribution to obtain a significance probability value for the normal heart state using the class probability output network (CPON).

심장 상태 분류 장치(100)는 그런 다음 최종 심장 상태의 이상 유무를 유의확률 값을 사용하여 결정한다. 단계 S113에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 유의확률 값이 기설정된 임계값(δ) 이상인지를 확인한다. The cardiac state classification apparatus 100 then determines whether there is an abnormality in the final cardiac state using the significance probability value. In step S113 , the cardiac state classification apparatus 100 checks whether the significance probability value is equal to or greater than a preset threshold value δ.

단계 S114에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 유의확률 값이 기설정된 임계값(δ)보다 크거나 같으면 정상적인 심장 상태에 대한 가설을 수락한다. 여기서, 일례로 일상적인 임계값은 0.05로 주어진다.In step S114 , the cardiac condition classification apparatus 100 accepts the hypothesis for a normal heart condition when the significance probability value is greater than or equal to the preset threshold value δ. Here, as an example, a routine threshold is given as 0.05.

반면, 단계 S114에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 유의확률 값이 기설정된 임계값(δ)보다 작으면 비정상적인 심장 상태로 분류한다. On the other hand, in step S114 , the cardiac state classification apparatus 100 classifies the heart state as an abnormal heart state when the significance probability value is less than the preset threshold value δ.

본 발명의 일 실시예는 분류기의 학습에 있어서 분류기의 출력 분포가 이상적인 베타 분포에 더 가깝도록 커널 파라미터뿐만 아니라 베타 분포 파라미터가 조정되기 때문에, 조건부 클래스 확률의 정확한 추정을 제공한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망(CPON)은 조건부 클래스 확률에 대한 신뢰 구간을 추정하여 분류의 최종 결정에 대한 불확실성 측도를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention provides an accurate estimation of the conditional class probability because the kernel parameter as well as the beta distribution parameter are adjusted so that the output distribution of the classifier is closer to the ideal beta distribution in the training of the classifier. In addition, the class probability output network (CPON) according to an embodiment of the present invention may provide a measure of uncertainty for the final decision of classification by estimating a confidence interval for the conditional class probability.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법에서 정상 파동 및 비정상 파동의 분류 동작에 대한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an operation of classifying a normal wave and an abnormal wave in a method for classifying a heart state based on a class probability output network according to an embodiment of the present invention.

단계 S201에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 심전도 신호의 간격에 대한 통계적 특징을 나타내는 감마 분포의 파라미터를 추정한다. In step S201, the cardiac state classification apparatus 100 estimates a parameter of a gamma distribution representing a statistical characteristic of an interval of an electrocardiogram signal.

단계 S202에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 계산한다. In step S202 , the cardiac state classification apparatus 100 calculates a distance between the parameter of the estimated gamma distribution and the center point of the parameter of the previously learned gamma distribution.

단계 S203에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 계산된 중심점 사이의 거리를 클래스 확률 출력망에 입력시켜 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 결정한다. In step S203, the cardiac state classification apparatus 100 inputs the calculated distance between the center points to the class probability output network to determine the significance probability of the normal class and the abnormal class.

단계 S204에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 결정된 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 서로 비교하여, 상기 수집된 심전도 신호를 정상 파동 또는 비정상 파동으로 분류한다. In step S204 , the cardiac state classification apparatus 100 classifies the collected ECG signal as a normal wave or an abnormal wave by comparing the determined significance probabilities of the normal class and the abnormal class with each other.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법에서 정상 상태 및 비정상 상태의 분류 동작에 대한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an operation of classifying a normal state and an abnormal state in a method for classifying a heart state based on a class probability output network according to an embodiment of the present invention.

도 3에 따른 정상 파동 및 비정상 파동의 분류 동작에서 정상 파동으로 분류된 경우 수행된다. It is performed when classified as a standing wave in the classification operation of the standing wave and the abnormal wave according to FIG. 3 .

단계 S301에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 수집된 심전도 신호가 정상 파동으로 분류한다.In step S301, the heart state classification apparatus 100 classifies the collected electrocardiogram signal as a normal wave.

단계 S302에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 정상 심전도 신호의 간격을 추가로 수집한다. In step S302, the heart condition classification apparatus 100 further collects intervals of normal electrocardiogram signals.

단계 S303에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 현재 간격과 다음 간격 사이의 상관 계수를 계산한다.In step S303, the cardiac state classification apparatus 100 calculates a correlation coefficient between the current interval and the next interval.

단계 S304에서, 심장 상태 분류 장치(100)는 상관 계수 값을 이용하여 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정한다.In step S304 , the heart state classification apparatus 100 determines the heart state as a normal state or an abnormal state by using the correlation coefficient value.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 심장 박동의 간격을 이용한 특징 추출 동작을 구체적으로 살펴보기로 한다. Meanwhile, in an embodiment of the present invention, a feature extraction operation using an interval between heartbeats will be described in detail.

도 5는 본 발명의 일 실시예에서 로그 스케일의 감마 분포의 파라미터에 따른 ECG 파형의 이상 유무를 나타낸 도면이다. 5 is a diagram showing the presence or absence of abnormality in an ECG waveform according to a parameter of a log-scale gamma distribution according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에서 심장 상태를 분류하는 방법은 심장의 R-R 간격을 감마 분포(Gamma distribution)의 파라미터 (

Figure 112019079251233-pat00001
)에 의하여 분석된다. 여기서, (
Figure 112019079251233-pat00002
)는 각 각 감마 분포의 모양과 스케일을 결정한다. 이러한 분석은 2 개의 임의의 이벤트 사이의 간격이 감마 분포의 적절한 파라미터 값으로 설명될 수 있기 때문에 가능하다. 여기서, R-R 간격의 분포에 대한 감마 분포의 파라미터는 최우도 추정(maximum likelihood estimation) 방법에 의해 결정된다. R-R 간격은 ECG 파가 들어있는 유한 크기 창에서 추출되고, 감마 분포의 파라미터는 우도 함수를 최대화하는 방식으로 결정된다. 그 결과
Figure 112019079251233-pat00003
개 의 R-R 간격들
Figure 112019079251233-pat00004
에 대하여 파라미터 추정치
Figure 112019079251233-pat00005
는 하기의 [수학식 1]로 계산된다. In an embodiment of the present invention, the method of classifying the heart condition is based on the RR interval of the heart as a parameter of the Gamma distribution (
Figure 112019079251233-pat00001
) is analyzed by here, (
Figure 112019079251233-pat00002
) determines the shape and scale of each gamma distribution. Such an analysis is possible because the interval between two arbitrary events can be described as an appropriate parameter value of the gamma distribution. Here, the parameter of the gamma distribution with respect to the distribution of the RR interval is determined by a maximum likelihood estimation method. The RR intervals are extracted from a finite size window containing the ECG waves, and the parameters of the gamma distribution are determined in such a way as to maximize the likelihood function. As a result
Figure 112019079251233-pat00003
RR intervals of
Figure 112019079251233-pat00004
parameter estimates for
Figure 112019079251233-pat00005
is calculated by the following [Equation 1].

Figure 112019079251233-pat00006
Figure 112019079251233-pat00006

파라미터 추정치

Figure 112019079251233-pat00007
는 하기의 [수학식 2]로 계산된다.Parameter estimate
Figure 112019079251233-pat00007
is calculated by the following [Equation 2].

Figure 112019079251233-pat00008
Figure 112019079251233-pat00008

여기서

Figure 112019079251233-pat00009
는 하기의 [수학식 3]과 같이 계산된다. here
Figure 112019079251233-pat00009
is calculated as in [Equation 3] below.

Figure 112019079251233-pat00010
Figure 112019079251233-pat00010

이에 대한 감마 분포의 파라미터의 추정의 예로, MIT-BIH 데이터 세트에서 매 10초 마다 30 초의 창에 대한 감마 분포의 파라미터 추정을 사용한 결과는 도 5와 같다. 도 5에서 1) 정상과 비정상 클래스가 감마 분포의 파라미터로 잘 분리되며, 2) 감마 분포의 파라미터 (

Figure 112019079251233-pat00011
)의 값이 작아지면 비정상적인 ECG 파동의 가능성이 더 많이 존재함을 알 수 있다.As an example of the estimation of the parameter of the gamma distribution, the result of using the parameter estimation of the gamma distribution for a window of 30 seconds every 10 seconds in the MIT-BIH data set is shown in FIG. 5 . In Fig. 5, 1) normal and abnormal classes are well separated by parameters of gamma distribution, and 2) parameters of gamma distribution (
Figure 112019079251233-pat00011
), it can be seen that there is more possibility of abnormal ECG wave.

종래의 심박 수 변동성(heart rate variability, HRV) 분석에서 SDNN(Standard deviation of all NN intervals), SDANN(Standard Deviation of the 5 minute Average NN intervals), RMSSD(Root mean square of the successive differences)와 같은 시간 영역 특징과 HRV 삼각 지수를 포함한 기하학적 방법이 자주 사용된다. 그런데 여기서는 짧은 시간동안 분석에 용이한 SDNN과 RMSSD를 본 발명의 일 실시예에 따른 방법과 비교하였다.Time equal to Standard deviation of all NN intervals (SDNN), Standard Deviation of the 5 minute Average NN intervals (SDANN), and Root mean square of the successive differences (RMSSD) in conventional heart rate variability (HRV) analysis Geometric methods including domain features and HRV trigonometric exponents are frequently used. However, here, SDNN and RMSSD, which are easy to analyze for a short time, are compared with the method according to an embodiment of the present invention.

SDNN은 하기의 [수학식 5]로 주어진다.SDNN is given by the following [Equation 5].

Figure 112019079251233-pat00012
Figure 112019079251233-pat00012

Figure 112019079251233-pat00013
Figure 112019079251233-pat00014
번째 R-R 간격을 의미하고,
Figure 112019079251233-pat00015
은 R-R 간격에 대한 평균을 의미한다.
Figure 112019079251233-pat00013
is
Figure 112019079251233-pat00014
means the second RR interval,
Figure 112019079251233-pat00015
is the mean for the RR interval.

RMSSD은 하기의 [수학식 6]으로 주어진다.RMSSD is given by the following [Equation 6].

Figure 112019079251233-pat00016
Figure 112019079251233-pat00016

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 SDNN 특징과 RMSSD 특징에 따른 ECG 파형의 이상 유무를 나타낸 도면이다. 6 and 7 are diagrams showing the presence or absence of abnormalities in ECG waveforms according to SDNN characteristics and RMSSD characteristics in a method according to an embodiment of the present invention.

도 5의 실험과 같은 방법으로 SDNN과 RMSSD를 이용하여 계산된 결과는 도 6과 도 7에 나와 있다. 이러한 결과에서 감마 7분포의 파라미터가 비정상적인 심전도 파동을 구별하는 데 보다 효과적임을 보여준다.Results calculated using SDNN and RMSSD in the same manner as in the experiment of FIG. 5 are shown in FIGS. 6 and 7 . These results show that the parameter of the gamma 7 distribution is more effective in discriminating abnormal ECG waves.

한편, ECG 파동의 단기 분석 동작을 설명하기로 한다. Meanwhile, the short-term analysis operation of the ECG wave will be described.

본 발명의 일 실시예에서 감마 분포의 파라미터를 추정한 후, 로그 스케일된 감마 분포의 파라미터의 공간에서 정상 및 비정상 클래스를 나타내는 두 개의 분포가 결정된다. 두 가지 분포를 나타내기 위하여 각 분포의 중심

Figure 112019079251233-pat00017
에 가우시안 커널 함수가 할당된다. 여기서 로그 스케일된 감마 분포의 파라미터의 공간에서 주어진 입력 패턴
Figure 112019079251233-pat00018
에 대하여 가우시안 커널 함수는 하기의 [수학식 7과 같이 주어진다. After estimating the parameters of the gamma distribution in an embodiment of the present invention, two distributions representing normal and nonstationary classes are determined in the log-scaled space of the parameters of the gamma distribution. The center of each distribution to represent the two distributions
Figure 112019079251233-pat00017
A Gaussian kernel function is assigned to . where the given input pattern in the space of parameters of the log scaled gamma distribution
Figure 112019079251233-pat00018
A Gaussian kernel function is given as in Equation 7 below.

Figure 112019079251233-pat00019
Figure 112019079251233-pat00019

여기서 c는 가우스 함수의 분산과 관련된 상수를 나타내며

Figure 112019079251233-pat00020
는 공분산 행렬을 나타낸다. 파라미터 c 값은 분류 출력 (이 경우에는 베타 분포)의 적절한 분포를 찾는 방식으로 결정된다.where c is the constant related to the variance of the Gaussian function,
Figure 112019079251233-pat00020
denotes the covariance matrix. The value of parameter c is determined by finding an appropriate distribution of the classification output (in this case, the beta distribution).

심장 상태를 분류하는 결정 함수는 가우스 커널 함수의 선형 조합에 의해 하기의 [수학식 8]과 같이 표현된다. The decision function for classifying the heart state is expressed as [Equation 8] below by a linear combination of Gaussian kernel functions.

Figure 112019079251233-pat00021
Figure 112019079251233-pat00021

여기서

Figure 112019079251233-pat00022
Figure 112019079251233-pat00023
번째 커널과 연결된 가중치를 의미한다.here
Figure 112019079251233-pat00022
is
Figure 112019079251233-pat00023
It means the weight associated with the second kernel.

다음 단계는 정상 및 비정상적인 ECG 파가 식별될 수 있도록 가중치

Figure 112019079251233-pat00024
를 결정하여야 한다. 이를 위하여 선형 판별 분석(linear discriminant analysis, LDA) 을 적용할 수 있다. 먼저
Figure 112019079251233-pat00025
개의 로그 스케일된 감마 분포의 파라미터의 공간에서 주어진 입력 패턴
Figure 112019079251233-pat00026
에 대하여 커널에 대한 출력 패턴
Figure 112019079251233-pat00027
을 결정한다. The next step is weighting so that normal and abnormal ECG waves can be identified.
Figure 112019079251233-pat00024
should be decided For this purpose, linear discriminant analysis (LDA) may be applied. first
Figure 112019079251233-pat00025
A given input pattern in the space of parameters of the log-scaled gamma distribution of
Figure 112019079251233-pat00026
About the output pattern for the kernel
Figure 112019079251233-pat00027
to decide

여기서 전체 패턴의 개수는 정상 패턴의 개수

Figure 112019079251233-pat00028
및 비정상 패턴의 개수
Figure 112019079251233-pat00029
의 합으로 볼 수 있다; 즉,
Figure 112019079251233-pat00030
. 그러면 가중치 벡터
Figure 112019079251233-pat00031
는 [수학식 9]와 같이 추정된다.Here, the total number of patterns is the number of normal patterns.
Figure 112019079251233-pat00028
and the number of abnormal patterns.
Figure 112019079251233-pat00029
can be seen as the sum of; In other words,
Figure 112019079251233-pat00030
. Then the weight vector
Figure 112019079251233-pat00031
is estimated as in [Equation 9].

Figure 112019079251233-pat00032
Figure 112019079251233-pat00032

Figure 112019079251233-pat00033
Figure 112019079251233-pat00033

Figure 112019079251233-pat00034
Figure 112019079251233-pat00034

Figure 112019079251233-pat00035
Figure 112019079251233-pat00035

Figure 112019079251233-pat00036
,
Figure 112019079251233-pat00037
Figure 112019079251233-pat00036
,
Figure 112019079251233-pat00037

여기서

Figure 112019079251233-pat00038
은 각 각 정상과 비정상 패턴의 분포를 나타낸다.here
Figure 112019079251233-pat00038
represents the distribution of normal and abnormal patterns, respectively.

가중치 벡터

Figure 112019079251233-pat00039
를 결정하면 심장 상태를 분류하는 결정 함수
Figure 112019079251233-pat00040
가 결정된다. 그러면 결정 함수 값의 분포를 베타분포를 이용하여 파악하게 된다. 실제로 분류 모델의 분포는 분류 출력이 한정된 범위에 존재하고 단일 분포(unimodal distribution)를 갖는다는 가정 하에 베타 분포에 의해 근사될 수 있다. 이러한 가정 하에서, 출력 값을 0과 1 사이의 값으로 정규화 하면 임의의 무작위 변수(random variable)
Figure 112019079251233-pat00041
에 대하여 베타 확률 밀도 함수(Beta probability density function)는 [수학식 10]과 같이 정의된다.weight vector
Figure 112019079251233-pat00039
A decision function that classifies heart conditions if we determine
Figure 112019079251233-pat00040
is decided Then, the distribution of the decision function values is identified using the beta distribution. In fact, the distribution of the classification model can be approximated by the beta distribution under the assumption that the classification output exists in a finite range and has a unimodal distribution. Under this assumption, if the output value is normalized to a value between 0 and 1, it becomes a random variable.
Figure 112019079251233-pat00041
For , the beta probability density function is defined as [Equation 10].

Figure 112019079251233-pat00042
Figure 112019079251233-pat00042

여기서

Figure 112019079251233-pat00043
는 베타 확률밀도 함수의 파라미터를 나타내고,
Figure 112019079251233-pat00044
는 베타 함수로 [수학식 11]과 같이 정의된다.here
Figure 112019079251233-pat00043
represents the parameters of the beta probability density function,
Figure 112019079251233-pat00044
is defined as [Equation 11] as a beta function.

Figure 112019079251233-pat00045
Figure 112019079251233-pat00045

그리고 베타 누적분포 함수(Beta cumulative distribution function)는 [수학식 12]와 같이 정의된다.And the beta cumulative distribution function is defined as [Equation 12].

Figure 112019079251233-pat00046
Figure 112019079251233-pat00046

그러면 베타 확률밀도 함수의 파라미터

Figure 112019079251233-pat00047
는 모멘트 부합(moment matching) 방법으로 [수학식 13]과 같이 추정할 수 있다.Then the parameters of the beta probability density function
Figure 112019079251233-pat00047
can be estimated as in [Equation 13] by the moment matching method.

Figure 112019079251233-pat00048
Figure 112019079251233-pat00048

Figure 112019079251233-pat00049
Figure 112019079251233-pat00049

여기서

Figure 112019079251233-pat00050
는 각 각 정규 화된 결정 함수 값의 평균 및 분산을 의미한다. 이 방법은 샘플의 수가 작으면 부정확할 수도 있는데, 이런 경우 최우도 추정(maximum likelihood estimation) 방법으로 베타 확률밀도 함수의 파라미터를 결정할 수 있다.here
Figure 112019079251233-pat00050
is the mean and variance of each normalized decision function value. This method may be inaccurate when the number of samples is small. In this case, the parameter of the beta probability density function can be determined using the maximum likelihood estimation method.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 ECG 파형의 클래스에 따른 LDA 출력 히스토그램과 베타 변수 추정을 나타낸 면이다.8 is a view illustrating an LDA output histogram and beta variable estimation according to a class of an ECG waveform used in an embodiment of the present invention.

이에 대한 예로 정상 및 비정상 ECG 파동에 대한 출력 값의 분포와 이에 따른 베타 확률밀도 함수의 추정은 도 8과 같다.As an example, the distribution of output values for normal and abnormal ECG waves and the estimation of the beta probability density function accordingly are shown in FIG. 8 .

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 심장 상태 분류 장치(100)는 베타 분포의 파라미터를 추정 한 후, 정상 혹은 비정상 ECG 파동에 대한 결정은 베타 누적분포 함수를 이용하여 정상 및 비정상에 대한 가설에 대한 유의 확률(p value)

Figure 112019079251233-pat00051
을 하기의 [수학식 14]와 같이 결정하여 판단한다.On the other hand, after estimating the parameter of the beta distribution, the cardiac state classification apparatus 100 according to an embodiment of the present invention determines the normal or abnormal ECG wave by using the beta cumulative distribution function according to the hypotheses for normal and abnormal. Probability of significance (p value) for
Figure 112019079251233-pat00051
is determined as in [Equation 14] below.

Figure 112019079251233-pat00052
Figure 112019079251233-pat00052

Figure 112019079251233-pat00053
Figure 112019079251233-pat00053

여기서

Figure 112019079251233-pat00054
은 각 각 정상 및 비정상에 클래스에 대한 무작위 변수를 의미한다.here
Figure 112019079251233-pat00054
denotes random variables for classes in normal and abnormal, respectively.

그러면 주어진 R-R 간격에 대하여 정상 또는 비정상 ECG 파동에 대한 결정은 정상 및 비정상에 대한 가설에 대한 유의 확률을 비교하여 결정한다. 즉, 먼저 정상 클래스에 대한 확률

Figure 112019079251233-pat00055
을 하기의 [수학식 15]와 같이 구한다.Then, for a given RR interval, a decision about a normal or abnormal ECG wave is made by comparing the significance probabilities for the hypotheses for normal and abnormal. That is, first the probability for the normal class
Figure 112019079251233-pat00055
is obtained as in [Equation 15] below.

Figure 112019079251233-pat00056
Figure 112019079251233-pat00056

그러면 정상 및 비정상 클래스를 하기의 [수학식 16]과 같이 결정한다.Then, the normal and abnormal classes are determined as in [Equation 16] below.

Figure 112019079251233-pat00057
Figure 112019079251233-pat00057

여기서 추정된 감마 또는 베타 분포의 파라미터가 잘 맞는지 확인하기 위하여 K-S(Kolmogorov-Smirnov) 테스트를 수행할 수 있다. 그 예제로 MIT-BIT 데이터 세트를 이용하여 K-S 테스트로 각 분포의 검증에 대한 유의확률을 구하였다(표 1 참조). [표 1]은 감마 및 베타 분포의 검증에 대한 유의확률을 나타낸다. 그 결과 검증에 대한 유의 수준의 일반적인 값 (= 0.05)보다 훨씬 큰 값을 얻었다. 즉, 감마 및 베타 분포의 파라미터의 추정은 주어진 데이터 분포에 잘 맞는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 각 분류기에서 주어진 패턴에 대하여 보다 정확한 클래스 사후 확률을 추정하는데 기여한다. Here, a Kolmogorov-Smirnov (K-S) test can be performed to check whether the parameters of the estimated gamma or beta distribution fit well. Using the MIT-BIT data set as an example, the significance probability was obtained for the validation of each distribution by the K-S test (see Table 1). [Table 1] shows the significance probabilities for verification of gamma and beta distributions. As a result, a value much larger than the typical value (=0.05) of the significance level for the validation was obtained. That is, it was found that the estimation of the parameters of the gamma and beta distributions fit the given data distribution well. These results contribute to more accurate class posterior probability estimation for a given pattern in each classifier.

정상normal 비정상abnormal 감마 분포Gamma distribution 0.60830.6083 0.59590.5959 베타 분포beta distribution 0.32810.3281 0.34100.3410

본 방법의 유효성 검증을 위하여 MIT-BIH 데이터 세트를 사용하여 본 발명의 일 실시예의 유효성을 보였다. 그 결과 제안된 방법은 심장 상태를 분류하는데 효과적일 뿐만 아니라 k-NN 및 SVM과 같은 기존 분류기보다 더 정확한 분류가 가능함을 보였다.도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 심장의 이상 유무에 따른 현재 및 다음 R-R 구간의 동시발생을 나타낸 도면이다.For validation of the method, the validity of an embodiment of the present invention was demonstrated using the MIT-BIH data set. As a result, it was shown that the proposed method is not only effective in classifying cardiac conditions, but also more accurate classification than existing classifiers such as k-NN and SVM. FIGS. 9 to 12 show cardiac abnormalities according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the simultaneous occurrence of the current and the next RR section according to the presence or absence.

도 9 및 도 10은 정상상태 심장의 경우 현재 및 다음 R-R 구간의 동시발생 도면을 나타낸다. 9 and 10 show simultaneous diagrams of current and next R-R intervals in the case of a steady-state heart.

도 11 및 도 12는 비정상상태 심장의 경우 현재 및 다음 R-R 구간의 동시발생 도면을 나타낸다. 11 and 12 show simultaneous diagrams of current and next R-R intervals in the case of an abnormal heart.

한편, 심장 건강 상태를 위한 장기 분석 동작을 설명하기로 한다. Meanwhile, a long-term analysis operation for heart health will be described.

비정상적인 심장 상태에서도 일시적으로 정상적인 심전도 파형이 생성 될 수 있으므로 장기 분석이 필요하다. 이를 위하여 심장 활동의 역동성을 조사한다. 이러한 방법 중 하나로 현재 R-R 간격과 다음 R-R 간격 사이의 상관 계수를 조사할 수 있다. 예를 들어

Figure 112019079251233-pat00058
Figure 112019079251233-pat00059
개의 정상 ECG 파에 해당하는 R-R 간격의 시계열이라고 하면 현재 R-R 간격과 다음 R-R 간격 사이의 상관 계수
Figure 112019079251233-pat00060
은 하기의 [수학식 17]과 같이 계산된다.A long-term analysis is necessary because a normal ECG waveform can be temporarily generated even in an abnormal heart condition. To this end, the dynamics of cardiac activity are investigated. One of these methods is to investigate the correlation coefficient between the current RR interval and the next RR interval. For example
Figure 112019079251233-pat00058
end
Figure 112019079251233-pat00059
If it is a time series of RR intervals corresponding to two normal ECG waves, the correlation coefficient between the current RR interval and the next RR interval is
Figure 112019079251233-pat00060
is calculated as in [Equation 17] below.

Figure 112019079251233-pat00061
Figure 112019079251233-pat00061

여기서,

Figure 112019079251233-pat00062
Figure 112019079251233-pat00063
이다. here,
Figure 112019079251233-pat00062
Figure 112019079251233-pat00063
to be.

이러한 상관 계수가 정상 및 비정상 심장을 구별하는데 효과적인지를 확인하기 위하여 현재와 다음 R-R 간격에 대한 산포도를 정상 및 비정상 심장 조건의 경우에 대하여 나타낸 예는 도 9 내지 도 12와 같다. 이러한 예제에서 정상적인 심장의 경우 두 개의 연속적인 R-R 간격이 비정상적인 심장의 경우와 달리 매우 높은 상관관계가 있음을 보여준다. 9 to 12 are examples of scatter plots for the current and next R-R intervals for normal and abnormal heart conditions in order to confirm whether such a correlation coefficient is effective in distinguishing between normal and abnormal hearts. These examples show that in the case of a normal heart, two consecutive R-R intervals are highly correlated, unlike in the case of an abnormal heart.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 심장의 이상 유무에 따른 현재 및 다음 R-R 구간의 상관계수 분포를 나타낸 도면이다.13 is a diagram illustrating the distribution of correlation coefficients between current and next R-R sections according to the presence or absence of heart abnormalities according to an embodiment of the present invention.

이를 통계적으로 표시하기 위하여 정상 및 비정상적인 심장 상태에 대한 상관 계수를 수집하였고, 이의 분포를 도 13과 같이 히스토그램으로 표시하였다. 또한 정상 심장 조건의 상관관계 자료로부터 베타 확률밀도 함수의 파라미터를 추정하였다. 그 결과 베타 분포의 파라미터의 값은 a=41.8859, b=2.1833 으로 주어지고, 베타 분포 적합 도에 대한 K-S 테스트의 유의확률 값은 기준 유의수준 값인 0.05 보다 훨씬 높은 0.4430으로 주어짐을 알 수 있었다. 이러한 분석을 통하여 주어진 시퀀스의 정상 ECG 파에 해당하는 R-R 간격에 대하여 심장 상태의 결정은 다음과 같이 결정된다.In order to statistically indicate this, correlation coefficients for normal and abnormal heart conditions were collected, and their distribution was displayed as a histogram as shown in FIG. 13 . In addition, the parameters of the beta probability density function were estimated from the correlation data of normal cardiac conditions. As a result, it can be seen that the parameter values of the beta distribution are given as a=41.8859, b=2.1833, and the significance probability value of the K-S test for the beta distribution fit is given as 0.4430, which is much higher than the standard significance level of 0.05. Through this analysis, the determination of the heart state for the R-R interval corresponding to the normal ECG wave of a given sequence is determined as follows.

1. 추정된 베타 분포의 파라미터를 이용하여 유의 확률을 하기의 [수학식 18]와 같이 구한다.1. Using the parameters of the estimated beta distribution, the significance probability is obtained as in [Equation 18] below.

Figure 112019079251233-pat00064
Figure 112019079251233-pat00064

2. 기준 유의수준

Figure 112019079251233-pat00065
(통상적인 값은 0.05)를 이용하여
Figure 112019079251233-pat00066
이면 정상 심장 상태에 대한 가설을 수락하고, 그렇지 않으면, 정상 심장 상태의 가설을 기각한다.2. Baseline significance level
Figure 112019079251233-pat00065
(Typical value is 0.05)
Figure 112019079251233-pat00066
If , the hypothesis of normal heart condition is accepted; otherwise, the hypothesis of normal heart condition is rejected.

이러한 베타 분포를 이용한 클래스 확률 출력망은 각 클래스에 대한 유의 확률을 제공함으로써, 심장 상태의 단기 및 장기 분석에 대하여 보다 정확하고 일관된 결정을 내릴 수 있다.The class probability output network using this beta distribution provides a significance probability for each class, so that more accurate and consistent decisions can be made for short-term and long-term analysis of heart conditions.

한편, ECG 파동의 이상 유무 실험에 대해서 설명하기로 한다. On the other hand, an abnormality test of the ECG wave will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 실험을 위하여, MIT-BIH 부정맥 데이터베이스의 ECG 신호 데이터가 선택되었다. MIT-BIH 부정맥 데이터베이스는 두 명의 독립적인 심장 전문의에 의해 임상적으로 중요한 부정맥에서 선택되었는데, 정상적인 비트뿐만 아니라 VT(Ventricular arrhythmia), VB(Ventricular Bigeminy) 및 VF(Ventricular fibrillation) 비트를 포함한 비정상적인 비트에 대한 주석과 더 많은 비트가 표시되어 있다. 본 실험을 위하여 ECG 신호 데이터에 대한 30 초의 창이 선택되고 창 내의 R-R 간격이 입력 패턴으로 사용되었으며 10 초마다 샘플링된 입력 패턴 시퀀스가 NR 및 AN 클래스 분류를 위한 데이터 세트로 수집되었다. 결과적으로 NR 및 AN 클래스 분류를 위한 데이터 세트로 3,198 NR 및 1,565 AN 패턴 세트가 사용되었다.For the experiment of the method according to an embodiment of the present invention, ECG signal data from the MIT-BIH arrhythmia database was selected. The MIT-BIH arrhythmia database was selected from clinically significant arrhythmias by two independent cardiologists. Comments on and more bits are marked. For this experiment, a 30 sec window for ECG signal data was selected, the R-R interval within the window was used as the input pattern, and input pattern sequences sampled every 10 sec were collected as data sets for NR and AN class classification. As a result, 3,198 NR and 1,565 AN pattern sets were used as data sets for NR and AN class classification.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서 각 30초의 창에서 R-R 간격에 대한 분포를 감마 분포의 파라미터

Figure 112019079251233-pat00067
로 추정하고, 로그 스케일된 감마 분포의 파라미터의 공간
Figure 112019079251233-pat00068
에서 NR 및 AN 클래스에 대한 자료를 수집하였다. 그 후에 각 자료에 대하여 2차원 가우시안 함수의 변수를 구하고(여기서 c값은 0.3으로 결정), 각 가우시안 함수에 따른 가중치 값은 LDA 방법으로 결정하여 심장상태 분률 위한 결정 함수
Figure 112019079251233-pat00069
를 구하였다. 그런 다음 각 NR 및 AN 클래스에 대한 결정 함수의 분포를 베타 파라미터
Figure 112019079251233-pat00070
로 추정하여 NR 및 AN 클래스에 대한 분류기(CPON)를 구현하였다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서 감마 분포의 파라미터의 효과를 비교하기 위하여 HRV(heart rate variability) 분석에서 흔히 쓰이는 SDNN 및 RMSSD 특징을 사용하여 같은 방법으로 분류기(CPON)를 구현하였다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 CPON 분류기는 로그 스케일 감마 분포의 파라미터의 동일한 입력 자료와 NR 및 AN 클래스 레이블의 출력 데이터를 사용하여 kNN 및 SVM 분류기와 같은 널리 사용되는 분류 모델과 비교하였다. 여기서 kNN 및 SVM 분류기는 Scikit-learn Python 라이브러리를 사용하였는데 kNN 분류기의 경우 k=1, 즉 가장 가까운 이웃을 사용하였고 SVM 분류기의 경우 선형 커널을 사용하여 지원 벡터를 선택하였다. In the method according to an embodiment of the present invention, the distribution for the RR interval in each 30-second window is a parameter of the gamma distribution.
Figure 112019079251233-pat00067
Estimated as , the space of parameters of the log-scaled gamma distribution
Figure 112019079251233-pat00068
data on NR and AN classes were collected in After that, the variables of the two-dimensional Gaussian function are obtained for each data (here, the c value is determined to be 0.3), and the weight value according to each Gaussian function is determined by the LDA method to determine the heart condition fraction
Figure 112019079251233-pat00069
was saved. Then, the distribution of the decision function for each NR and AN class was calculated as a beta parameter.
Figure 112019079251233-pat00070
We implemented a classifier (CPON) for NR and AN classes by estimating . In order to compare the effects of parameters of gamma distribution in the method according to an embodiment of the present invention, a classifier (CPON) was implemented in the same way using SDNN and RMSSD features commonly used in heart rate variability (HRV) analysis. In addition, the CPON classifier according to an embodiment of the present invention was compared with widely used classification models such as kNN and SVM classifiers using the same input data of parameters of log scale gamma distribution and output data of NR and AN class labels. Here, the kNN and SVM classifiers used the Scikit-learn Python library. For the kNN classifier, k=1, that is, the nearest neighbor was used, and for the SVM classifier, the support vector was selected using a linear kernel.

본 실험에서 각 분류기의 평가는 주어진 데이터 세트에 대하여 10배 평가 방법(10-fold evaluation method)으로 평가하였다. 즉, NR과 AN 패턴을 10 부분으로 균등하게 분할하고, 10개 부분 가운데 한 부분이 테스트 데이터로 사용되었고 나머지 9개 부분이 학습 데이터로 사용하여 테스트 데이터의 분류 성능을 얻었다. 이 프로세스는 10개의 부분이 테스트 데이터로 정확히 한 번씩 사용되어 전체적으로 10번 반복하였다. 그리고 시뮬레이션 결과로 10개 데이터 세트에 대한 분류 성능의 평균값을 결정하였다.In this experiment, the evaluation of each classifier was evaluated by a 10-fold evaluation method for a given data set. That is, the NR and AN patterns were equally divided into 10 parts, and one part out of the 10 parts was used as the test data and the remaining 9 parts were used as the training data to obtain the classification performance of the test data. This process was repeated 10 times in total, with 10 parts being used exactly once as test data. And the average value of classification performance for 10 data sets was determined as a result of the simulation.

분류 성능으로 하기의 [수학식 19]와 같이 정확도(accuracy), 정밀도(precision), 리콜(recall) 및

Figure 112019079251233-pat00071
측도의 네 가지 표준 성능 측정을 사용하였다.As classification performance, accuracy, precision, recall and
Figure 112019079251233-pat00071
Four standard performance measures of measure were used.

Figure 112019079251233-pat00072
Figure 112019079251233-pat00072

Figure 112019079251233-pat00073
Figure 112019079251233-pat00073

Figure 112019079251233-pat00074
Figure 112019079251233-pat00074

Figure 112019079251233-pat00075
,
Figure 112019079251233-pat00075
,

여기서

Figure 112019079251233-pat00076
은 각각 진정한 양수, 진정한 음수, 거짓 양수 및 거짓 음수를 나타낸다. 이에 대한 시뮬레이션 결과는 각각 [표 2]와 [표 3]에 요약되어 있다. 이러한 결과는 1) 본 발명의 일 실시예에 따른 감마 분포의 파라미터가 다른 특징들(SDNN 및 RMSSD) 보다 높은 정확도와
Figure 112019079251233-pat00077
측도에서 개선된 성능을 보여준다. 그리고 2) 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망(CPON)은 이러한 분류에 있어서 다른 분류기(k-NN 및 SVM)와 비교하여 매우 효과적임을 보여준다. 이와 더불어 본 발명의 일 실시예에 따른 클래스 확률 출력망은 NR 및 AN 클래스 테스트에 대하여 조건부 확률 값(즉, 유의확률)을 제공하는 반면에 k-NN 또는 SVM과 같은 판별 함수 기반 분류기는 정규 화된 측정값이 아닌 임의의 범위 안에서 존재하는 판별 값만 제공한다.here
Figure 112019079251233-pat00076
represents a true positive number, a true negative number, a false positive number, and a false negative number, respectively. The simulation results are summarized in [Table 2] and [Table 3], respectively. These results show that 1) the parameter of the gamma distribution according to an embodiment of the present invention has higher accuracy and higher accuracy than other features (SDNN and RMSSD).
Figure 112019079251233-pat00077
The measure shows improved performance. And 2) it shows that the class probability output network (CPON) according to an embodiment of the present invention is very effective compared to other classifiers (k-NN and SVM) in this classification. In addition, the class probability output network according to an embodiment of the present invention provides conditional probability values (ie, significant probabilities) for NR and AN class tests, whereas discriminant function-based classifiers such as k-NN or SVM are normalized Only discriminant values that exist within an arbitrary range, not measured values, are provided.

[표 2]는 각 특징 변수에 따른 CPON 분류기의 분류 성능을 나타낸다. [Table 2] shows the classification performance of the CPON classifier according to each feature variable.

특징 변수feature variable 감마 파라미터Gamma parameter SDNNSDNN RMSSDRMSSD 정확도accuracy 0.97330.9733 0.92170.9217 0.92210.9221 + 클래스
(정상)
+ class
(normal)
정밀도precision 0.99360.9936 0.99440.9944 0.98390.9839
리콜recall 0.96650.9665 0.88840.8884 0.89870.8987

Figure 112019079251233-pat00078
Figure 112019079251233-pat00078
0.97990.9799 0.93840.9384 0.93940.9394 + 클래스
(비정상)
+ class
(abnormal)
정밀도precision 0.93520.9352 0.81270.8127 0.82410.8241
리콜recall 0.98720.9872 0.98980.9898 0.97000.9700
Figure 112019079251233-pat00079
Figure 112019079251233-pat00079
0.96050.9605 0.89250.8925 0.89110.8911

[표 3]은 감마 분포의 파라미터를 이용한 각 분류기의 분류 성능을 나타낸다. [Table 3] shows the classification performance of each classifier using the parameters of the gamma distribution.

분류기classifier CPONCPON kNNkNN SVMSVM 정확도accuracy 0.97330.9733 0.96600.9660 0.97040.9704 + 클래스
(정상)
+ class
(normal)
정밀도precision 0.99360.9936 0.97980.9798 0.99130.9913
리콜recall 0.96650.9665 0.96940.9694 0.96440.9644

Figure 112019079251233-pat00080
Figure 112019079251233-pat00080
0.97990.9799 0.97450.9745 0.97770.9777 + 클래스
(비정상)
+ class
(abnormal)
정밀도precision 0.93520.9352 0.93870.9387 0.93100.9310
리콜recall 0.98720.9872 0.95910.9591 0.98270.9827
Figure 112019079251233-pat00081
Figure 112019079251233-pat00081
0.96050.9605 0.94880.9488 0.95620.9562

한편, 심장 건강 상태의 이상 유무 실험에 대해 설명하기로 한다. 심장 상태의 장기 분석을 위한 실험은 MIT-BIH 정상 부비동 리듬 데이터베이스(NSRDB), MIT-BIH 악성 심실 부정맥 데이터베이스(VFDB) 및 MIT-BIH 심방 섬유질 데이터의 ECG 신호 데이터에 대해 수행되었다. NSRDB는 중요한 부정맥이 없는 피험자로부터 18 개의 장기 ECG 파형 기록을 포함한다. VFDB는 지속적인 심실 빈맥(VT), 심실 세동(VF)의 에피소드를 경험한 피험자의 22시간 30분 ECG 파형 녹음을 포함하고 있다. AFDB는 지속적인 심방 세동(AF) 또는 심방 플러터의 주제에서 25개의 장기 ECG 녹음을 포함하고 있다.Meanwhile, a description will be given of the test for abnormalities in heart health. Experiments for long-term analysis of cardiac status were performed on ECG signal data from the MIT-BIH Normal Sinus Rhythm Database (NSRDB), the MIT-BIH Malignant Ventricular Arrhythmia Database (VFDB), and the MIT-BIH Atrial Fibrous Data. The NSRDB contains 18 long-term ECG waveform recordings from subjects without significant arrhythmias. The VFDB contains 22 hour and 30 minute ECG waveform recordings of subjects experiencing episodes of persistent ventricular tachycardia (VT), ventricular fibrillation (VF). AFDB contains 25 long-term ECG recordings from subjects of persistent atrial fibrillation (AF) or atrial flutter.

[표 4]는 ECG 정상 파형의 장기분석을 위한 실험 자료를 나타낸다. [Table 4] shows experimental data for long-term analysis of ECG normal waveforms.

자료material 데이터베이스database 레코딩 번호recording number 학습 자료study material NSRDBNSRDB 16265, 16272, 16273, 16410, 16483, 16786, 16795, 17052, 17453, 1817716265, 16272, 16273, 16410, 16483, 16786, 16795, 17052, 17453, 18177 시험 자료test material NSRDBNSRDB 18184, 19088, 19090, 19093, 19140
18184, 19088, 19090, 19093, 19140
VFDBVFDB 418, 419, 420, 421, 422, 423, 424, 425, 428, 429, 602, 605, 607, 612, 614418, 419, 420, 421, 422, 423, 424, 425, 428, 429, 602, 605, 607, 612, 614 AFDBAFDB 04015, 04048, 04746, 04908, 05121, 06426, 07162, 07879. 0791004015, 04048, 04746, 04908, 05121, 06426, 07162, 07879. 07910

NSRDB의 시계열 세트의 경우 30분 창 내에서 R-R 간격을 사용하였다. 여기서 표4에 표시된 것처럼 각 녹음의 처음 4 시간을 자료로 사용하였다. 그런 다음 현재와 다음 R-R 간격 사이의 상관 계수를 수집하였고, 상관 계수의 분포는 베타 분포 파라미터에 의해 추정되었다. 결과적으로 추정 파라미터 (a=41.8859, b=2.1833)를 갖는 베타 분포가 얻어졌다. 베타 분포 적합 도에 대한 K-S 테스트에 대한 해당 p-value는 0.4430로 계산되었다. 즉, 주어진 자료는 베타 분포와 잘 부합하는 것을 알 수 있었다. 이와 관련하여 R-R 시계열의 상관 계수 분포와 추정 베타 분포는 도 13에 그려져 있다. 한편, 심장 상태의 장기 분석 테스트를 위해 30분 창 내의 정상적인 ECG 파형에 해당하는 R-R 간격을 수집하여 각 녹음의 처음 4시간을 사용하였다. 여기서 VFDB는 처음 30분을 사용하였는데, VFDB의 경우 30 분짜리 녹음의 자료만 주어졌다. 주어진 자료에 대하여 현재와 다음 R-R 간격 사이의 상관 계수를 계산하였고, 베타 분포를 이용하여 정상 상태 검증에 대한 유의확률을 계산하였다. 그런 다음 3가지 유의 수준(0.05, 0.1, 0.2)에 대하여 정상 및 비정상적인 심장 상태에 대한 분류의 정확성, 정밀도, 리콜 및

Figure 112019079251233-pat00082
측도의 측면에서의 성능이 평가되었다.For the time series set in NSRDB, RR intervals were used within the 30-minute window. Here, the first 4 hours of each recording were used as data, as indicated in Table 4. Then, the correlation coefficients between the current and next RR intervals were collected, and the distribution of the correlation coefficients was estimated by the beta distribution parameter. As a result, a beta distribution with estimated parameters (a=41.8859, b=2.1833) was obtained. The corresponding p-value for the KS test for beta distribution fit was calculated to be 0.4430. That is, it was found that the given data were in good agreement with the beta distribution. In this regard, the correlation coefficient distribution and the estimated beta distribution of the RR time series are plotted in FIG. 13 . On the other hand, for long-term analysis tests of cardiac status, RR intervals corresponding to normal ECG waveforms within a 30-minute window were collected and the first 4 hours of each recording were used. Here, VFDB used the first 30 minutes, and in the case of VFDB, only 30-minute recordings were given. For the given data, the correlation coefficient between the current and the next RR interval was calculated, and the significance probability for the steady-state test was calculated using the beta distribution. Then, for three levels of significance (0.05, 0.1, 0.2), the classification accuracy, precision, recall and
Figure 112019079251233-pat00082
Performance in terms of measures was evaluated.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 심장의 이상 유무의 클래스에 따른 유의확률(p-value)의 분포를 나타낸 도면이다.14 is a diagram illustrating a distribution of a significance probability (p-value) according to a class of the presence or absence of a heart abnormality according to an embodiment of the present invention.

[표 5]는 ECG 정상 파형의 장기분석을 이용한 심장 이상 유무의 판별 성능을 나타낸다. [Table 5] shows the performance of determining the presence or absence of cardiac abnormalities using long-term analysis of ECG normal waveforms.

유의수준significance level

Figure 112019079251233-pat00083
Figure 112019079251233-pat00083
Figure 112019079251233-pat00084
Figure 112019079251233-pat00084
Figure 112019079251233-pat00085
Figure 112019079251233-pat00085
정확도accuracy 0.96770.9677 0.98920.9892 0.96770.9677 정밀도precision 0.95120.9512 1.00001.0000 1.00001.0000 리콜recall 0.97500.9750 0.97500.9750 0.92500.9250
Figure 112019079251233-pat00086
Figure 112019079251233-pat00086
0.96300.9630 0.98730.9873 0.96100.9610

이러한 실험결과에서 최적의 분류 성능이 유의 수준 0.1에서 주어짐을 알 수 있었다. 구체적으로 정밀도 및 리콜 측도는 각각 1.00과 0.975로 결정되었다. 이것은 유의 수준 0.1 에서, 분류기의 결정이 정상적인 심장 상태일 때 100% 정확하다는 것을 의미하며, 정상적인 심장 상태의 2.5%만 파악되지 않는다는 것을 의미한다. 즉, 유의확률 값이 0.1보다 크거나 같을 때 정상적인 심장 상태에 대한 신뢰도는 매우 높음을 의미한다. 정상 및 비정상적인 심장 상태의 유의확률 값의 비교를 위하여 NDRDB, AFDB 및 VFDB 테스트 세트에 대한 상관 계수의 로그스케일된 유의확률(log-scaled p-value)의 히스토그램을 도 14에 표시하였다. 이 그림에서 심장이 비정상 상태에 서는 ECG 파형이 정상인 경우에도 유의확률 값이 매우 작다는 것을 보여준다. 실제로 이 테스트 세트에서 NR, AF 및 VT/VF의 평균 유의확률 값은 각각 0.5375, 0.045 및 0.0015로 계산되었다. 결론적으로 본 발명의 일 실시예는 심장 상태의 분류를 위해 ECG 신호 데이터의 R-R 간격을 감마 분포의 파라미터에 의해 분석하고, 클래스 확률 출력망(CPON)을 사용하여 ECG 파동의 정상(NR) 또는 비정상(AN)에 대한 분류한다. 본 발명의 일 실시예는 ECG 파동이 정상으로 결정되면, 해당 R-R 간격을 수집하여 심장 상태를 더 분석하여 확인한다. 본 발명의 일 실시예는 이의 분석을 위하여 현재 및 다음 R-R 간격 사이의 상관 계수를 계산하여 심장 상태를 결정한다. 여기서 본 발명의 일 실시예는 심장 상태에 대한 분류기로서 클래스 확률 출력망(CPON)을 이용하여 조건부 클래스 확률 값(즉, p-value)을 사용한다. 그 결과 ECG 파동이 정상인 경우에도 심장의 상태 혹은 심장의 잠재적 위험도를 일관되고 신뢰할 수 있는 방식으로 분류됨을 확인하였다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 작은 수의 파라미터로 판별이 가능함으로 ECG 신호 데이터의 R-R(또는 심장의 박동과 박동 사이) 간격을 감지할 수 있는 휴대용(handheld) 또는 착용 형(wearable) 장치에 적용이 용이하다.From these experimental results, it was found that the optimal classification performance was given at the significance level of 0.1. Specifically, the precision and recall measures were determined to be 1.00 and 0.975, respectively. This means that at a significance level of 0.1, the classifier's decision is 100% accurate for a normal heart condition, meaning that only 2.5% of the normal heart condition is not captured. That is, when the significance value is greater than or equal to 0.1, it means that the reliability of the normal heart condition is very high. Histograms of the log-scaled p-values of correlation coefficients for the NDRDB, AFDB and VFDB test sets for comparison of the significance values of normal and abnormal heart conditions are shown in FIG. 14 . In this figure, it shows that the significance probability value is very small even when the ECG waveform is normal when the heart is abnormal. In fact, the mean significance values of NR, AF, and VT/VF in this test set were calculated to be 0.5375, 0.045 and 0.0015, respectively. In conclusion, an embodiment of the present invention analyzes the RR interval of ECG signal data by a parameter of gamma distribution for the classification of cardiac conditions, and uses a class probability output network (CPON) to determine whether the ECG wave is normal (NR) or abnormal. (AN) for classification. In one embodiment of the present invention, when the ECG wave is determined to be normal, the R-R interval is collected and the heart condition is further analyzed and confirmed. An embodiment of the present invention determines the heart state by calculating a correlation coefficient between the current and the next R-R interval for analysis thereof. Here, an embodiment of the present invention uses a conditional class probability value (ie, p-value) by using a class probability output network (CPON) as a classifier for heart conditions. As a result, it was confirmed that the condition of the heart or the potential risk of the heart was classified in a consistent and reliable way even when the ECG wave was normal. In addition, the method according to an embodiment of the present invention is a handheld or wearable device capable of detecting the RR (or between the heartbeat and the heartbeat) interval of the ECG signal data because it can be determined with a small number of parameters. easy to apply to

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 본 발명의 실시예들에 따른 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.The class probability output network-based cardiac state classification method according to the above-described embodiments of the present invention may be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The class probability output network-based cardiac state classification method according to the embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable recording medium.

프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 적어도 하나의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금: 심전도 신호의 간격에 대한 통계적 특징을 나타내는 감마 분포의 파라미터를 추정하고, 상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 계산하고, 상기 계산된 중심점 사이의 거리를 클래스 확률 출력망에 입력시켜 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 결정하고, 상기 결정된 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 서로 비교하여 심전도 파동을 정상 파동 또는 비정상 파동으로 분류하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있다.A non-transitory computer-readable storage medium comprising at least one program executable by a processor, wherein the at least one program, when executed by the processor, causes the processor to: Gamma representing a statistical characteristic of an interval of an electrocardiogram signal Estimate the distribution parameter, calculate the distance between the estimated gamma distribution parameter and the center point of the pre-learned gamma distribution parameter, and input the distance between the calculated center points to the class probability output network to determine normal class and abnormal A non-transitory computer-readable storage medium comprising instructions for determining the significance probability of a class and comparing the determined significance probability of the normal class and the abnormal class with each other to classify the electrocardiogram wave as a normal wave or an abnormal wave may be provided. have.

상술한 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.The above-described method according to the present invention may be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes any type of recording medium in which data that can be read by a computer system is stored. For example, there may be a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a magnetic tape, a magnetic disk, a flash memory, an optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be stored and executed as code readable in a distributed manner by being distributed in a computer system connected through a computer communication network.

이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to the drawings and embodiments, it does not mean that the protection scope of the present invention is limited by the drawings or embodiments, and those skilled in the art will It will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the spirit and scope thereof.

구체적으로, 설명된 특징들은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합들 내에서 실행될 수 있다. 특징들은 예컨대, 프로그래밍 가능한 프로세서에 의한 실행을 위해, 기계 판독 가능한 저장 디바이스 내의 저장장치 내에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에서 실행될 수 있다. 그리고 특징들은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 설명된 실시예들의 함수들을 수행하기 위한 지시어들의 프로그램을 실행하는 프로그래밍 가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 설명된 특징들은, 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 지시어들을 수신하기 위해, 및 데이터 저장 시스템으로 데이터 및 지시어들을 전송하기 위해, 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능한 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그래밍 가능한 시스템 상에서 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소정 결과에 대해 특정 동작을 수행하기 위해 컴퓨터 내에서 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있는 지시어들의 집합을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 프로그래밍 언어 중 어느 형태로 쓰여지고, 모듈, 소자, 서브루틴(subroutine), 또는 다른 컴퓨터 환경에서 사용을 위해 적합한 다른 유닛으로서, 또는 독립 조작 가능한 프로그램으로서 포함하는 어느 형태로도 사용될 수 있다.Specifically, the described features may be implemented in digital electronic circuitry, or computer hardware, firmware, or combinations thereof. The features may be executed in a computer program product embodied in storage in a machine readable storage device, for example, for execution by a programmable processor. and features may be performed by a programmable processor executing a program of instructions for performing functions of the described embodiments by operating on input data and generating output. The described features include at least one programmable processor, at least one input device, and at least one output coupled to receive data and instructions from, and transmit data and instructions to, a data storage system. may be executed within one or more computer programs that may be executed on a programmable system comprising the device. A computer program includes a set of directives that can be used directly or indirectly within a computer to perform a particular action on a given result. A computer program is written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, and included as a module, element, subroutine, or other unit suitable for use in another computer environment, or as a standalone operable program. It can be used in any form.

지시어들의 프로그램의 실행을 위한 적합한 프로세서들은, 예를 들어, 범용 및 특수 용도 마이크로프로세서들 둘 모두, 및 단독 프로세서 또는 다른 종류의 컴퓨터의 다중 프로세서들 중 하나를 포함한다. 또한 설명된 특징들을 구현하는 컴퓨터 프로그램 지시어들 및 데이터를 구현하기 적합한 저장 디바이스들은 예컨대, EPROM, EEPROM, 및 플래쉬 메모리 디바이스들과 같은 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 제거 가능한 디스크들과 같은 자기 디바이스들, 광자기 디스크들 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는 비휘발성 메모리의 모든 형태들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC들(application-specific integrated circuits) 내에서 통합되거나 또는 ASIC들에 의해 추가될 수 있다.Suitable processors for execution of a program of instructions include, for example, both general and special purpose microprocessors, and either a single processor or multiple processors of a different kind of computer. Storage devices suitable for implementing computer program instructions and data embodying the described features also include, for example, semiconductor memory devices such as EPROM, EEPROM, and flash memory devices, magnetic devices such as internal hard disks and removable disks. devices, magneto-optical disks and all forms of non-volatile memory including CD-ROM and DVD-ROM disks. The processor and memory may be integrated within or added by ASICs (application-specific integrated circuits).

이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.Although the present invention described above has been described based on a series of functional blocks, it is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.

전술한 실시예들의 조합은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.The combination of the above-described embodiments is not limited to the above-described embodiment, and various types of combinations may be provided in addition to the above-described embodiments according to implementation and/or necessity.

전술한 실시예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the foregoing embodiments, the methods are described on the basis of a flowchart as a series of steps or blocks, but the present invention is not limited to the order of steps, and some steps may occur in a different order or at the same time as other steps as described above. can In addition, those of ordinary skill in the art will recognize that the steps shown in the flowchart are not exclusive, other steps may be included, or that one or more steps in the flowchart may be deleted without affecting the scope of the present invention. You will understand.

전술한 실시예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.The foregoing embodiments include examples of various aspects. It is not possible to describe every possible combination for representing the various aspects, but one of ordinary skill in the art will recognize that other combinations are possible. Accordingly, it is intended that the present invention cover all other substitutions, modifications and variations falling within the scope of the following claims.

101: 심장 박동 검출기
100: 심장 상태 분류 장치
110: 수신 모듈
120: 메모리
130: 프로세서
101: heart rate detector
100: heart condition classification device
110: receiving module
120: memory
130: processor

Claims (21)

심장 상태 분류 장치에 의해 수행되는 심장 상태 분류 방법에 있어서,
심전도 신호의 간격에 대한 통계적 특징을 나타내는 감마 분포의 파라미터를 추정하는 단계;
상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 계산하는 단계;
상기 계산된 중심점 사이의 거리를 클래스 확률 출력망에 입력시켜 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 서로 비교하여 상기 심전도 신호를 정상 파동 또는 비정상 파동으로 분류하는 단계를 포함하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법.
A heart condition classification method performed by a heart condition classification device, the method comprising:
estimating a parameter of a gamma distribution representing a statistical characteristic of an interval of an electrocardiogram signal;
calculating a distance between the parameter of the estimated gamma distribution and a center point of the parameter of the previously learned gamma distribution;
determining the significance probability of a normal class and an abnormal class by inputting the calculated distance between the center points to a class probability output network; and
and classifying the ECG signal as a normal wave or an abnormal wave by comparing the determined significance probabilities of the normal class and the abnormal class with each other.
제1항에 있어서,
상기 심전도 신호의 간격은,
상기 심전도 신호의 R-R 간격(R-R interval) 또는 심장 박동의 간격(beat-to-beat interval)인, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법.
According to claim 1,
The interval of the electrocardiogram signal is,
A class probability output network-based heart state classification method, which is an RR interval of the electrocardiogram signal or a beat-to-beat interval.
제1항에 있어서,
상기 중심점 사이의 거리를 계산하는 단계는,
상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 로그 스케일로 계산하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법.
According to claim 1,
Calculating the distance between the center points comprises:
A class probability output network-based heart state classification method for calculating a distance between the estimated gamma distribution parameter and a center point of the pre-learned gamma distribution parameter on a log scale.
제1항에 있어서,
상기 계산된 중심점 사이의 거리는 커널 함수에 의해 출력되고 클래스 확률 출력망에 입력되는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법.
According to claim 1,
The method of classifying a heart state based on a class probability output network, wherein the distance between the calculated center points is output by a kernel function and input to a class probability output network.
제1항에 있어서,
상기 유의 확률을 결정하는 단계는,
상기 계산된 중심점 사이의 거리에 가우시안 커널 함수를 할당하고, 상기 할당된 가우시안 커널 함수에 따른 가중치 값을 결정하여 심장 상태 분류를 위한 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 결정 함수를 산출하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법.
According to claim 1,
The step of determining the significance probability comprises:
A class probability output network for allocating a Gaussian kernel function to the distance between the calculated center points, and determining a weight value according to the assigned Gaussian kernel function to calculate a decision function for a normal class and an abnormal class for heart state classification based heart condition classification method.
제5항에 있어서,
상기 유의 확률을 결정하는 단계는,
상기 산출된 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 결정 함수의 분포를 베타 분포의 파라미터로 추정하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법.
6. The method of claim 5,
The step of determining the significance probability comprises:
A method for classifying a heart state based on a class probability output network, wherein the calculated distribution of the decision function for the normal class and the abnormal class is estimated as a parameter of a beta distribution.
제6항에 있어서,
상기 유의 확률을 결정하는 단계는,
상기 추정된 베타 분포의 파라미터가 반영된 베타 누적분포 함수를 이용하여 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 가설에 대한 유의확률을 결정하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법.
7. The method of claim 6,
The step of determining the significance probability comprises:
A class probability output network-based cardiac state classification method for determining a significance probability for a hypothesis for a normal class and an abnormal class using a beta cumulative distribution function in which the parameter of the estimated beta distribution is reflected.
제1항에 있어서,
상기 심전도 신호가 정상 파동으로 분류되면, 정상 심전도 신호의 간격을 추가로 수집하여 현재 간격과 다음 간격 사이의 상관 계수를 계산하고, 상기 계산된 상관 계수 값을 이용하여 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정하는 단계를 더 포함하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법.
According to claim 1,
When the electrocardiogram signal is classified as a normal wave, an interval of the normal electrocardiogram signal is additionally collected to calculate a correlation coefficient between the current interval and the next interval, and the heart condition is determined as a normal state or an abnormal state using the calculated correlation coefficient value. Further comprising the step of determining as, class probability output network-based heart state classification method.
제8항에 있어서,
상기 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정하는 단계는,
상기 계산된 상관 계수 값을 기학습된 베타 분포에 적용하여 클래스 확률 출력망으로 정상 상태에 대한 유의확률을 산출하고, 상기 산출된 유의확률을 이용하여 상기 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법.
9. The method of claim 8,
Determining the heart state as a normal state or an abnormal state comprises:
By applying the calculated correlation coefficient value to the pre-learned beta distribution to calculate a significance probability for a steady state with a class probability output network, and using the calculated significance probability to determine the heart state as a steady state or an abnormal state , a class probabilistic output network-based cardiac state classification method.
제9항에 있어서,
상기 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정하는 단계는,
상기 산출된 유의확률이 임계값 이상이면 상기 심장 상태를 정상 상태로 결정하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 방법.
10. The method of claim 9,
Determining the heart state as a normal state or an abnormal state comprises:
If the calculated significance probability is greater than or equal to a threshold, determining the heart state as a normal state, a class probability output network-based heart state classification method.
적어도 하나의 프로그램을 저장하는 메모리; 및
상기 메모리와 연결된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써,
심전도 신호의 간격에 대한 통계적 특징을 나타내는 감마 분포의 파라미터를 추정하고,
상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 계산하고,
상기 계산된 중심점 사이의 거리를 클래스 확률 출력망에 입력시켜 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 결정하고,
상기 결정된 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 서로 비교하여 심전도 파동을 정상 파동 또는 비정상 파동으로 분류하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치.
a memory storing at least one program; and
a processor coupled to the memory;
The processor, by executing the at least one program,
estimating the parameters of the gamma distribution representing the statistical characteristics of the intervals of the electrocardiogram signals,
calculating the distance between the parameter of the estimated gamma distribution and the center point of the parameter of the previously learned gamma distribution;
Determine the significance probability of the normal class and the abnormal class by inputting the calculated distance between the center points to the class probability output network,
A class probability output network-based heart state classification apparatus for classifying an electrocardiogram wave as a normal wave or an abnormal wave by comparing the determined significance probabilities of the normal class and the abnormal class with each other.
제11항에 있어서,
상기 심전도 신호의 간격은,
상기 심전도 신호의 R-R 간격(R-R interval) 또는 심장 박동의 간격(beat-to-beat interval)인, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치.
12. The method of claim 11,
The interval of the electrocardiogram signal is,
RR interval of the electrocardiogram signal or a heartbeat interval (beat-to-beat interval), a class probability output network-based heart state classification device.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 로그 스케일로 계산하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치.
12. The method of claim 11,
The processor is
A class probability output network-based heart state classification apparatus for calculating a distance between the estimated gamma distribution parameter and a center point of the pre-learned gamma distribution parameter on a log scale.
제11항에 있어서,
상기 계산된 중심점 사이의 거리는 커널 함수에 의해 출력되고 클래스 확률 출력망에 입력되는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치.
12. The method of claim 11,
The distance between the calculated center points is output by a kernel function and input to a class probability output network based on a class probability output network.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 계산된 중심점 사이의 거리에 가우시안 커널 함수를 할당하고, 상기 할당된 가우시안 커널 함수에 따른 가중치 값을 결정하여 심장 상태 분류를 위한 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 결정 함수를 산출하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치.
12. The method of claim 11,
The processor is
A class probability output network for allocating a Gaussian kernel function to the distance between the calculated center points, and determining a weight value according to the assigned Gaussian kernel function to calculate a decision function for a normal class and an abnormal class for heart state classification based heart condition classification device.
제15항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 산출된 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 결정 함수의 분포를 베타 분포의 파라미터로 추정하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치.
16. The method of claim 15,
The processor is
A class probability output network-based cardiac state classification apparatus for estimating distributions of decision functions for the calculated normal class and abnormal class as parameters of a beta distribution.
제16항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 추정된 베타 분포의 파라미터가 반영된 베타 누적분포 함수를 이용하여 정상 클래스 및 비정상 클래스에 대한 가설에 대한 유의확률을 결정하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치.
17. The method of claim 16,
The processor is
A class probability output network-based cardiac state classification apparatus for determining a significance probability for a hypothesis for a normal class and an abnormal class by using a beta cumulative distribution function reflecting the parameter of the estimated beta distribution.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 심전도 신호가 정상 파동으로 분류되면, 정상 심전도 신호의 간격을 추가로 수집하여 현재 간격과 다음 간격 사이의 상관 계수를 계산하고, 상기 계산된 상관 계수 값을 이용하여 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치.
12. The method of claim 11,
The processor is
When the electrocardiogram signal is classified as a normal wave, an interval of the normal electrocardiogram signal is additionally collected to calculate a correlation coefficient between the current interval and the next interval, and the heart condition is determined as a normal state or an abnormal state using the calculated correlation coefficient value. A heart condition classification device based on a class probability output network.
제18항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 계산된 상관 계수 값을 기학습된 베타 분포에 적용하여 클래스 확률 출력망으로 정상 상태에 대한 유의확률을 산출하고, 상기 산출된 유의확률을 이용하여 상기 심장 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 결정하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치.
19. The method of claim 18,
The processor is
By applying the calculated correlation coefficient value to the pre-learned beta distribution to calculate a significance probability for a steady state with a class probability output network, and using the calculated significance probability to determine the heart state as a steady state or an abnormal state , a class probabilistic output network-based cardiac state classification device.
제19항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 산출된 유의확률이 임계값 이상이면 상기 심장 상태를 정상 상태로 결정하는, 클래스 확률 출력망 기반 심장 상태 분류 장치.
20. The method of claim 19,
The processor is
If the calculated significance probability is equal to or greater than a threshold value, the heart state classification apparatus based on a class probability output network determines the heart state as a normal state.
프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 적어도 하나의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금:
심전도 신호의 간격에 대한 통계적 특징을 나타내는 감마 분포의 파라미터를 추정하고,
상기 추정된 감마 분포의 파라미터와 기학습된 감마 분포의 파라미터의 중심점 사이의 거리를 계산하고,
상기 계산된 중심점 사이의 거리를 클래스 확률 출력망에 입력시켜 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 결정하고,
상기 결정된 정상 클래스 및 비정상 클래스의 유의 확률을 서로 비교하여 심전도 파동을 정상 파동 또는 비정상 파동으로 분류하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
A non-transitory computer-readable storage medium comprising at least one program executable by a processor, wherein the at least one program, when executed by the processor, causes the processor to:
estimating the parameters of the gamma distribution representing the statistical characteristics of the intervals of the electrocardiogram signals,
calculating the distance between the parameter of the estimated gamma distribution and the center point of the parameter of the previously learned gamma distribution;
Determine the significance probability of the normal class and the abnormal class by inputting the calculated distance between the center points to the class probability output network,
and instructions for classifying the electrocardiogram wave as a normal wave or an abnormal wave by comparing the determined significance probability of the normal class and the abnormal class with each other.
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