KR102559333B1 - Cardiovascular disease prediction system using A.I.-based cardiovascular disease prediction model for patients with SDB - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수면호흡장애 환자의 심전도와 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 인공지능 기반의 심혈관질환 예측 모델에 적용하여, 수면호흡장애 환자의 향후의 심혈관 질환을 예측하는 심혈관질환 예측 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 수면다원검사시 검출된 심전도 신호 및 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 이용하여 심혈관질환의 발생을 예측하는 연산처리부를 포함하는, 심혈관질환 예측시스템에 있어서, 연산처리부는, 상기 심전도(ECG) 신호로부터, STTc(ST-segment and T-wave (ST-T) changes) 세그먼트를 포함하는 시간도메인 심전도 파라미터를 검출하고, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)를 포함하는 주파수도메인 심전도 파라미터를 검출하고, 검출된 시간도메인 심전도 파라미터 및 주파수도메인 심전도 파라미터의 평균 및 표준편차를, '신호처리된 심전도 특징'으로서 메모리부에 저장하는, 신호처리된 심전도 특징 추출부; 기 학습된 CNN 기반의 인공지능 모델에, 30초 동안의 심전도 신호를 입력하고, 상기 CNN 기반의 인공지능 모델에서 플래튼 계층(flatten layer)의 각 노드의 결과를의 평균과 표준편차를 구하여, '인공지능 기반의 심전도 특징'으로서 메모리부에 저장하는, 인공지능 기반의 심전도 특징 추출부; 메모리부에 저장된 CVD 위험인자를 읽어들이는, CVD 위험인자 로딩부; 서보트 벡터 머신(SVM)들을 포함하여 이루어진 심혈관질환(CVD) 예측 모델을 포함하되, 신호처리된 심전도 특징, 인공지능 기반의 심전도 특징 및 CVD 위험인자를 포함하는 심전도 특징을, 심혈관질환 예측 모델에 입력하고, 심혈관질환 예측 모델로부터 향후 심혈관질환이 발생할 지 여부 및, 심혈관질환이 발생한다면 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중 어느 질병이 발생할 지를 심혈관질환 예측결과로서 출력하는, 심혈관질환(CVD) 예측부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a cardiovascular disease prediction system that predicts future cardiovascular disease in sleep breathing disorder patients by applying the electrocardiogram and cardiovascular disease risk factors of patients with sleep breathing disorders to an artificial intelligence-based cardiovascular disease prediction model. will be.
In the present invention, in a cardiovascular disease prediction system comprising an operation processing unit for predicting the occurrence of cardiovascular disease using an electrocardiogram signal and a CVD risk factor detected during polysomnography, the operation processing unit comprises: From the electrocardiogram (ECG) signal, detecting time domain electrocardiogram parameters including ST-segment and T-wave (ST-T) changes (STTc) segments, and including low-frequency to high-frequency band intensity ratio (PLF / PHF ratio) a signal-processed electrocardiogram feature extractor for detecting frequency domain electrocardiogram parameters and storing averages and standard deviations of the detected time domain electrocardiogram parameters and frequency domain electrocardiogram parameters in a memory unit as 'signal processed electrocardiogram features'; An electrocardiogram signal for 30 seconds is input to the pre-learned CNN-based artificial intelligence model, and the mean and standard deviation of the results of each node of the flatten layer in the CNN-based artificial intelligence model are obtained, an artificial intelligence-based electrocardiogram feature extraction unit to store in a memory unit as 'artificial intelligence-based electrocardiogram feature'; a CVD risk factor loading unit that reads the CVD risk factors stored in the memory unit; Including cardiovascular disease (CVD) predictive models including servo vector machines (SVMs), including signal-processed ECG features, AI-based ECG features and CVD risk factors, to cardiovascular disease predictive models input, and from the cardiovascular disease prediction model, whether or not cardiovascular disease will occur in the future, and if a cardiovascular disease occurs, which disease among coronary heart disease (CHD), heart failure (HF), and stroke will occur and a cardiovascular disease (CVD) prediction unit that outputs the result as a cardiovascular disease prediction result.

Description

수면호흡장애 환자의 인공지능 기반 심혈관질환 예측 모델을 이용한 심혈관질환 예측시스템{Cardiovascular disease prediction system using A.I.-based cardiovascular disease prediction model for patients with SDB}Cardiovascular disease prediction system using A.I.-based cardiovascular disease prediction model for patients with SDB}

본 발명은 수면호흡장애 환자의 향후의 심혈관 질환을 예측하기 위한 심전도와 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 이용한 인공지능(artificial intelligence, A.I.) 기반의 알고리즘인 심혈관질환 예측 모델과, 이를 적용한 심혈관질환 예측 시스템에 관한 것이다.The present invention provides a cardiovascular disease prediction model, which is an artificial intelligence (A.I.)-based algorithm using an electrocardiogram and CVD risk factors for predicting future cardiovascular disease in patients with sleep breathing disorder, and a cardiovascular disease prediction model using the same. It relates to a disease prediction system.

수면호흡장애(sleep-disordered breathing, SDB)는 수면 중 상기도의 부분적 또는 완전한 폐쇄로 무호흡 혹은 저호흡의 환기 장애를 일으킨다. 수면호흡장애는 전 인구의 2~4% 정도로 알려져 있으며, 우리나라에서도 3.2~4.5%로 알려져 있는 매우 흔한 질병이다. 수면 중 반복적으로 발생하는 수면 무호흡-저호흡은 반복적인 저산소혈증, 재산소화, 흉강압의 급격한 변화, 중추신경계의 각성을 일으키며, 이는 심혈관계의 급성 스트레스 인자로 작용한다. 따라서 수면호흡장애를 장기적으로 치료하지 않고 방치하면 고혈압, 심부전, 심근경색, 부정맥, 뇌졸증 등의 발생이 높아져 심혈관질환으로 인한 사망위험을 증가시킨다. Sleep-disordered breathing (SDB) is partial or complete obstruction of the upper airway during sleep, resulting in apnea or hypopnea, a ventilatory disorder. Sleep breathing disorder is known to be about 2-4% of the total population, and is a very common disease known to be 3.2-4.5% in Korea. Sleep apnea-hypopnea that occurs repeatedly during sleep causes repetitive hypoxemia, reoxygenation, rapid changes in intrathoracic pressure, and arousal of the central nervous system, which act as an acute stress factor for the cardiovascular system. Therefore, if sleep breathing disorder is left untreated for a long time, the occurrence of hypertension, heart failure, myocardial infarction, arrhythmia, and stroke increases, increasing the risk of death due to cardiovascular disease.

수면호흡장애(SDB)를 진단하기 위해, 일반적으로 수면다원검사를 행한다. 수면다원검사는 수면 중 발생하는 여러 가지 비정상적인 상태를 진단하려고 여러 기구를 이용하여 수면 중 상태를 기록, 분석하는 검사이다. 수면다원검사에는 수면 중 질환들을 진단하기 위하여 다각적인 검사 장비들이 동원되는데, 뇌기능 상태를 알기 위한 뇌파 검사(EEG), 눈 움직임을 보기 위한 안전도 검사(EOG), 근육 상태를 알기 위한 근전도 검사(EMG), 심장 리듬을 보기 위한 심전도(ECG), 전체적인 상태를 보기 위한 비디오 촬영 등을 같이 시행하면서 대개 하룻밤 정도 수면을 취하면서 검사하는 방법이다.To diagnose sleep breathing disorder (SDB), polysomnography is usually performed. Polysomnography is a test that records and analyzes sleep conditions using various instruments to diagnose various abnormal conditions that occur during sleep. In polysomnography, various examination equipments are mobilized to diagnose sleep disorders, such as electroencephalography (EEG) to check brain function status, safety level test (EOG) to check eye movements, and electromyography to check muscle conditions. (EMG), electrocardiogram (ECG) to check the heart rhythm, video shooting to see the overall condition, etc. are performed together, usually while sleeping for about one night.

국립심폐혈연구(the National Heart Lung & Blood Institute, NHLBI)에서는 수면호흡장애와 심혈관질환 간의 관련성을 확인하기 위해 다기관 코호트 연구(the Sleep Heart Health Study, SHHS)를 수행하였다. Gottlieb 등은 SHHS를 통해 수면호흡장애와 관상동맥질환, 심부전 간의 관련성을 알아보는 전향적 연구에서, 중증 수면호흡장애 환자는 정상인에 비해 관상동맥질환과 심부전 발생 확률이 각각 68%, 58% 더 높은 것으로 보고하였다. 또한, Redline 등은 SHHS의 전향적 연구를 통해 수면호흡장애와 뇌졸중의 관련성을 알아보았으며, 경증-중증도의 수면호흡장애 환자는 허혈성 뇌졸중과 높은 관련성을 보인다고 보고하였다. 이외에도 콜레스테롤, 혈압, 비만, 흡연, 심전도 등 심혈관질환의 예측 인자에 대한 연구가 활발히 진행되었다. Auer 등은 심전도 파형은 심혈관질환과 관련성이 있으며, 심전도 이상(ECG abnormality)는 관상동맥질환을 예측 인자로 활용될 수 있다고 보고하였다. 그러나 이전의 연구들은 한가지 질환을 대상으로 분석하거나, 질병의 발병률(morbidity)이나 사망률(mortality)과 같은 그룹 단위의 분석만 이루어졌다. 또한 심혈관질환 예측변수(CVD predictor)가 실제 향후에 발생할 심혈관질환을 예측할 수 있는지에 대한 유용성 평가는 이루어지지 않았다.The National Heart Lung & Blood Institute (NHLBI) conducted a multicenter cohort study (the Sleep Heart Health Study, SHHS) to confirm the association between sleep breathing disorders and cardiovascular disease. Gottlieb et al., in a prospective study examining the relationship between sleep breathing disorder, coronary artery disease, and heart failure through SHHS, found that patients with severe sleep breathing disorder had a 68% and 58% higher probability of developing coronary artery disease and heart failure, respectively, than normal subjects. reported as In addition, Redline et al. investigated the relationship between sleep breathing disorder and stroke through a prospective study of SHHS, and reported that patients with mild to moderate sleep breathing disorder showed a high correlation with ischemic stroke. In addition, studies on predictors of cardiovascular diseases such as cholesterol, blood pressure, obesity, smoking, and electrocardiogram have been actively conducted. Auer et al reported that ECG waveforms are related to cardiovascular disease, and ECG abnormality can be used as a predictor of coronary artery disease. However, in previous studies, only one disease was analyzed or group-level analysis was performed, such as disease incidence (morbidity) or mortality (mortality). Also, the usefulness of CVD predictors to predict future cardiovascular diseases has not been evaluated.

따라서, 심혈관질환 예측변수(CVD predictor)로 실제 향후에 발생할 심혈관질환을 예측하는 심혈관질환 예측 시스템이 요망된다.Therefore, a cardiovascular disease prediction system that predicts cardiovascular disease that will actually occur in the future using a cardiovascular disease predictor is desired.

최근에는 개인맞춤의학(personalized medicine)에 대한 관심이 높아지고 있으며, 여러분야에서 인공지능 및 빅데이터와 같은 기술을 적용하여 개인 맞춤형 질환 진단 및 예측을 할 수 있다는 가능성을 제시하고 있다. Recently, interest in personalized medicine has been increasing, suggesting the possibility of personalized disease diagnosis and prediction by applying technologies such as artificial intelligence and big data in various fields.

본 발명에서는 수면호흡장애 환자의 향후(예를들어 향후 10년 내)의 심혈관 질환, 예를들어 관상동맥심장병(coronary heart disease), 심부전(heart failure), 뇌졸중(stroke)을 예측하기 위한 심전도와 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 이용한 인공지능 기반의 알고리즘인 심혈관질환 예측 모델과, 이를 적용한 심혈관질환 예측 시스템을 제안한다.In the present invention, an electrocardiogram and an electrocardiogram for predicting future (eg, within the next 10 years) cardiovascular diseases, for example, coronary heart disease, heart failure, and stroke of sleep breathing disorder patients We propose a cardiovascular disease prediction model, which is an artificial intelligence-based algorithm using CVD risk factors, and a cardiovascular disease prediction system that applies it.

선행기술로 국내 등록특허 제10-1839910호는, 대상의 나이, 당뇨병, 고혈압, 흡연, 관상동맥질환 가족력, 혈압, 콜레스테롤 레벨, 백혈구 수치, 크레아틴 레벨, 당화혈색소 레벨, 및 심방세동 인자들에 대해 각 측정값을 획득하는 단계; 획득된 각 측정값에 대응하는 위험 예측점수를 각 인자에 부여하는 단계; 그리고 각 인자의 위험 예측점수를 합산한 총점을 예측기간 내에 심혈관질환 발병의 확률에 매칭시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 심혈관질환 위험인자를 사용한 심혈관질환 위험의 예측 방법에 관한 것이다. 국내 등록특허 제10-1839910호의 경우, 단지, 심혈관질환 위험인자에 따른 예측점수를 합산하여 심혈관질환 위험을 예측하는 것으로, 정확도에 다소 문제가 있다.As a prior art, Korean Patent Registration No. 10-1839910 discloses the subject's age, diabetes, hypertension, smoking, family history of coronary artery disease, blood pressure, cholesterol level, white blood cell count, creatine level, glycated hemoglobin level, and atrial fibrillation factors obtaining each measured value; assigning a risk prediction score corresponding to each obtained measurement value to each factor; and matching the total score obtained by adding the risk prediction scores of each factor to the probability of cardiovascular disease occurrence within the prediction period. In the case of Korean Patent Registration No. 10-1839910, the cardiovascular disease risk is predicted by adding the prediction scores according to the cardiovascular disease risk factors, and there is a problem with accuracy.

본 발명은 수면호흡장애 환자의 심전도와 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 인공지능 기반의 심혈관질환 예측 모델에 적용하여, 수면호흡장애 환자의 향후의 심혈관 질환을 예측하는 심혈관질환 예측 시스템을 제공하는 것이다.The present invention provides a cardiovascular disease prediction system that predicts future cardiovascular disease in sleep breathing disorder patients by applying the electrocardiogram and cardiovascular disease risk factors of sleep breathing disorder patients to an artificial intelligence-based cardiovascular disease prediction model. is to do

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 수면다원검사시 검출된 심전도 신호 및 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 이용하여 심혈관질환의 발생을 예측하는 연산처리부를 포함하는, 심혈관질환 예측시스템에 있어서, 연산처리부는, 상기 심전도(ECG) 신호로부터, STTc(ST-segment and T-wave (ST-T) changes) 세그먼트를 포함하는 시간도메인 심전도 파라미터를 검출하고, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)를 포함하는 주파수도메인 심전도 파라미터를 검출하고, 검출된 시간도메인 심전도 파라미터 및 주파수도메인 심전도 파라미터의 평균 및 표준편차를, '신호처리된 심전도 특징'으로서 메모리부에 저장하는, 신호처리된 심전도 특징 추출부; 기 학습된 CNN 기반의 인공지능 모델에, 30초 동안의 심전도 신호를 입력하고, 상기 CNN 기반의 인공지능 모델에서 플래튼 계층(flatten layer)의 각 노드의 결과를의 평균과 표준편차를 구하여, '인공지능 기반의 심전도 특징'으로서 메모리부에 저장하는, 인공지능 기반의 심전도 특징 추출부; 메모리부에 저장된 CVD 위험인자를 읽어들이는, CVD 위험인자 로딩부; 서보트 벡터 머신(SVM)들을 포함하여 이루어진 심혈관질환(CVD) 예측 모델을 포함하되, 신호처리된 심전도 특징, 인공지능 기반의 심전도 특징 및 CVD 위험인자를 포함하는 심전도 특징을, 심혈관질환 예측 모델에 입력하고, 심혈관질환 예측 모델로부터 향후 심혈관질환이 발생할 지 여부 및, 심혈관질환이 발생한다면 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중 어느 질병이 발생할 지를 심혈관질환 예측결과로서 출력하는, 심혈관질환(CVD) 예측부;를 포함하는 것을 특징한다.In order to solve the above problems, the present invention is a cardiovascular disease prediction system, including an arithmetic processing unit for predicting the occurrence of cardiovascular disease using an electrocardiogram signal and a CVD risk factor detected during polysomnography. The operation processing unit detects a time domain electrocardiogram parameter including a ST-segment and T-wave (ST-T) changes (STTc) segment from the electrocardiogram (ECG) signal, and a low-frequency to high-frequency band intensity ratio (PLF) /PHF ratio), detects the frequency domain electrocardiogram parameters, and stores the average and standard deviation of the detected time domain electrocardiogram parameters and frequency domain electrocardiogram parameters as 'signal processed electrocardiogram features' in a memory unit. electrocardiogram feature extraction unit; An electrocardiogram signal for 30 seconds is input to the pre-learned CNN-based artificial intelligence model, and the mean and standard deviation of the results of each node of the flatten layer in the CNN-based artificial intelligence model are obtained, an artificial intelligence-based electrocardiogram feature extraction unit to store in a memory unit as 'artificial intelligence-based electrocardiogram feature'; a CVD risk factor loading unit that reads the CVD risk factors stored in the memory unit; Including cardiovascular disease (CVD) predictive models including servo vector machines (SVMs), including signal-processed ECG features, AI-based ECG features and CVD risk factors, to cardiovascular disease predictive models input, and from the cardiovascular disease prediction model, whether or not cardiovascular disease will occur in the future, and if a cardiovascular disease occurs, which disease among coronary heart disease (CHD), heart failure (HF), and stroke will occur and a cardiovascular disease (CVD) prediction unit that outputs the result as a cardiovascular disease prediction result.

심혈관질환(CVD) 예측부는, 기 학습된 제1 서보트 벡터 머신으로 이루어져, 향후 심혈관질환이 발생할 것인지, 아닌지를 판별하고, 만약 심혈관질환이 발생하지 않는다고 판별하면 심혈관질환이 발생하지 않음을 나타내는 값을 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하는, 심혈관질환 발생 판별부; 심혈관질환 발생 판별부에서 향후 심혈관질환이 발생할 것으로 판별된 경우, 1대1(OvO, One-Vs-One) 다중 클래스 분류기를 이용하여, 향후 발생될 심혈관질환으로서 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중 하나를 선택하여 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하는, 세부 질환 판별부;를 포함한다.The cardiovascular disease (CVD) prediction unit consists of a pre-learned first servo vector machine to determine whether or not cardiovascular disease will occur in the future, and if it is determined that cardiovascular disease does not occur, a value indicating that cardiovascular disease does not occur. Cardiovascular disease (CVD) output as a predictive value, cardiovascular disease occurrence determination unit; If it is determined that future cardiovascular disease will occur in the cardiovascular disease occurrence determination unit, coronary heart disease (CHD) is classified as future cardiovascular disease using a one-to-one (OvO, One-Vs-One) multi-class classifier. ), heart failure (HF), stroke (stroke) selects one of the cardiovascular disease (CVD) predictive value, a detailed disease determination unit; includes.

세부 질환 판별부는, 관상동맥심장병, 심부전 중의 하나를 판별하기 위해 기 학습된 서보트 벡터 머신으로, 관상동맥심장병, 심부전 중의 하나를 선택하여 제2서보트 벡터 머신의 결과로서 출력하는, 제2서보트 벡터 머신; 관상동맥심장병과 뇌졸중(stroke) 중의 하나를 판별하기 위해 기 학습된 서보트 벡터 머신으로, 관상동맥심장병과 뇌졸중 중의 하나를 선택하여 제3서보트 벡터 머신의 결과로서 출력하는, 제3서보트 벡터 머신; 심부전과 뇌졸중 중의 하나를 판별하기 위해 기 학습된 서보트 벡터 머신으로, 심부전과 뇌졸중 중의 하나를 선택하여 제4서보트 벡터 머신의 결과로서 출력하는, 제4서보트 벡터 머신; 제2서보트 벡터 머신의 결과, 제3서보트 벡터 머신의 결과, 제4서보트 벡터 머신의 결과로 부터, 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중 각각이, 선택된 횟수를 카운트하여 출력하는 투표부;를 포함한다.The detailed disease discrimination unit selects one of coronary heart disease and heart failure with a servo vector machine pre-learned to discriminate one of coronary heart disease and heart failure, and outputs the result as a result of the second servo vector machine. boat vector machine; A third servo vector that is pre-learned to discriminate between coronary heart disease and stroke, and selects one of coronary heart disease and stroke and outputs it as a result of the third servo vector machine. machine; a fourth servo vector machine configured to select one of heart failure and stroke as a previously learned servo vector machine to discriminate between heart failure and stroke and output the result as a result of the fourth servo vector machine; a voting unit which counts and outputs the number of times each of coronary heart disease, heart failure, and stroke is selected from the result of the second servo vector machine, the result of the third servo vector machine, and the result of the fourth servo vector machine; include

상기 투표부는 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중 선택된 횟수가 가장 많은 질병에 대한 값이, 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하도록 이루어진다.The voting unit is configured to output values for coronary heart disease, heart failure, and diseases with the highest number of selected strokes as cardiovascular disease (CVD) prediction values.

제1 서보트 벡터 머신의 입력벡터는, 플래튼 계층(flatten layer)의 15번째노드의 결과의 평균, STTc 세그먼트의 평균, BMI 지수, 수축기 혈압, AHI 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 11번째노드의 결과의 표준편차, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 평균, 요통기능 장애지수(ODI), 흡연정도, 플래튼 계층(flatten layer)의 12번째노드의 결과의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 1번째노드의 결과의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 7번째노드의 결과의 표준편차, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 표준편차, STTc 세그먼트의 표준편차, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 3번째노드의 결과의 평균 중 11개의 심전도 특징을 포함한다.The input vector of the first servo vector machine is the average of the result of the 15th node of the flatten layer, the average of the STTc segments, the BMI index, the systolic blood pressure, the AHI index, and the 11 of the flatten layer. The standard deviation of the result of the th node, the average of the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), the low back pain dysfunction index (ODI), the degree of smoking, and the result of the 12th node of the flatten layer Average, average of the results of the 1st node of the flatten layer, standard deviation of the results of the 7th node of the flatten layer, and the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio) The standard deviation, the standard deviation of the STTc segment, the average of the low frequency band strength (P LF ), and the average of the results of the third node of the flatten layer include 11 ECG features.

제2서보트 벡터 머신의 입력벡터는, 플래튼 계층(flatten layer)의 4번째노드의 결과의 평균, HDL 콜레스테롤 지수, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 10번째노드의 결과의 평균, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 표준편차, 플래튼 계층(flatten layer)의 12번째노드의 결과의 표준편차, AHI 지수 중 6개의 심전도 특징을 포함한다.The input vector of the second servo vector machine is the average of the results of the 4th node of the flatten layer, the HDL cholesterol index, the average of the low frequency band strength (P LF ), and the 10 of the flatten layer. The average of the result of the th node, the standard deviation of the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), the standard deviation of the result of the 12th node of the flatten layer, and the 6 electrocardiogram characteristics of the AHI index include

제3서보트 벡터 머신는, 플래튼 계층(flatten layer)의 10번째노드의 결과의 평균, STTc 세그먼트의 평균, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 평균, 확장기 혈압, HDL 콜레스테롤 지수, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, BMI 지수 중 3개를 포함한다.The third servo vector machine is the average of the results of the 10th node of the flatten layer, the average of the STTc segments, the average of the low frequency to high frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), diastolic blood pressure, HDL cholesterol Index, mean of low frequency band intensity (P LF ), and three of the BMI index.

제4서보트 벡터 머신의 입력벡터는, HDL 콜레스테롤 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 3번째노드의 결과의 평균, 저주파수 대역 강도(PLF)의 표준편차, 콜레스테롤 지수, AHI 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 2번째노드의 결과의 평균, 수축기 혈압, 고주파수 대역 강도(PHF)의 표준편차, 플래튼 계층(flatten layer)의 4번째노드의 결과의 평균, 흡연정도, 플래튼 계층(flatten layer)의 6번째노드의 결과의 표준편차 중 7개를 포함한다.The input vectors of the fourth servo vector machine are the HDL cholesterol index, the average of the results of the third node of the flatten layer, the standard deviation of the low frequency band intensity (P LF ), the cholesterol index, the AHI index, and the platen Average of the results of the 2nd node of the flatten layer, standard deviation of systolic blood pressure, high frequency band intensity (P HF ), average of the results of the 4th node of the flatten layer, smoking degree, platen layer It includes 7 of the standard deviations of the result of the 6th node of the (flatten layer).

또한, 본 발명은, 수면다원검사시 검출된 심전도 신호 및 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 이용하여 심혈관질환의 발생을 예측하는 연산처리부를 포함하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법에 있어서, 연산처리부는 상기 심전도(ECG) 신호로부터, STTc(ST-segment and T-wave (ST-T) changes) 세그먼트를 포함하는 시간도메인 심전도 파라미터를 검출하고, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)를 포함하는 주파수도메인 심전도 파라미터를 검출하고, 검출된 시간도메인 심전도 파라미터 및 주파수도메인 심전도 파라미터의 평균 및 표준편차를, '신호처리된 심전도 특징'으로서 메모리부에 저장하는, 신호처리된 심전도 특징 추출단계; 연산처리부는, 기 학습된 CNN 기반의 인공지능 모델에, 30초 동안의 심전도 신호를 입력하고, 상기 CNN 기반의 인공지능 모델에서 플래튼 계층(flatten layer)의 각 노드의 결과를의 평균과 표준편차를 구하여, '인공지능 기반의 심전도 특징'으로서 메모리부에 저장하는, 인공지능 기반의 심전도 특징 추출단계; 연산처리부는, 메모리부에 저장된 CVD 위험인자를 읽어들이는, CVD 위험인자 로딩단계; 연산처리부는, 서보트 벡터 머신(SVM)들을 포함하여 이루어진 심혈관질환(CVD) 예측 모델을 이용하되, 심전도 특징 추출단계에서 구하여진 신호처리된 심전도 특징과, 인공지능 기반의 심전도 특징 추출단계에서 구하여진 인공지능 기반의 심전도 특징과, CVD 위험인자 로딩단계에서 읽어들인 CVD 위험인자를 포함하는 심전도 특징을, 심혈관질환 예측 모델에 입력하고, 심혈관질환 예측 모델로부터 출력된 결과를, 향후 심혈관질환이 발생할 지 여부 및, 심혈관질환이 발생한다면 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중 어느 질병이 발생할 지에 대한 심혈관질환 예측결과로서 출력하는, 심혈관질환(CVD) 예측단계;를 포함하는 것을 특징한다. In addition, the present invention is a method for driving a cardiovascular disease prediction system, including an arithmetic processing unit for predicting the occurrence of cardiovascular disease using an electrocardiogram signal and a CVD risk factor detected during polysomnography, The calculation processing unit detects a time domain electrocardiogram parameter including a ST-segment and T-wave (ST-T) changes (STTc) segment from the electrocardiogram (ECG) signal, and a low-frequency to high-frequency band intensity ratio (PLF/PHF ratio) ), detecting the frequency domain ECG parameters including ), and storing the mean and standard deviation of the detected time domain ECG parameters and the frequency domain ECG parameters in a memory unit as 'signal processed ECG features', signal-processed ECG feature extraction step; The calculation processing unit inputs the electrocardiogram signal for 30 seconds to the pre-learned CNN-based artificial intelligence model, and averages and standardizes the results of each node of the flatten layer in the CNN-based artificial intelligence model. an artificial intelligence-based electrocardiogram feature extraction step of obtaining a deviation and storing it in a memory unit as an 'artificial intelligence-based electrocardiogram feature'; The calculation processing unit may include a CVD risk factor loading step of reading the CVD risk factors stored in the memory unit; The calculation processing unit uses a cardiovascular disease (CVD) prediction model including servo vector machines (SVMs), but obtains the signal-processed ECG features obtained in the electrocardiogram feature extraction step and the artificial intelligence-based electrocardiogram feature extraction step The true AI-based electrocardiogram features and the electrocardiogram features including the CVD risk factors read in the CVD risk factor loading step are input into the cardiovascular disease prediction model, and the output results from the cardiovascular disease prediction model are used to determine future cardiovascular disease occurrence. Cardiovascular disease (which is output as a cardiovascular disease prediction result for whether or not cardiovascular disease occurs and which disease among coronary heart disease (CHD), heart failure (HF), and stroke will occur if cardiovascular disease occurs) It is characterized by including; CVD) prediction step.

심혈관질환(CVD) 예측단계는, 연산처리부가, 기 학습된 제1 서보트 벡터 머신에, STTc 세그먼트의 평균을 포함하는 심전도 특징을 입력벡터로서 입력하고, 제1 서보트 벡터 머신의 출력값을, 향후 심혈관질환이 발생할 것인지 여부를 판별한 값으로 출력하되, 만약 제1 서보트 벡터 머신의 출력값이 심혈관질환이 발생하지 않는다고 판별하면 심혈관질환이 발생하지 않음을 나타내는 값을 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하는, 심혈관질환 발생 판별단계; 연산처리부가, 심혈관질환 발생 판별부에서 향후 심혈관질환이 발생할 것으로 판별된 경우, 1대1(OvO, One-Vs-One) 다중 클래스 분류기를 이용하여, 향후 발생될 심혈관질환으로서 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중 하나를 선택하여 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하는, 세부 질환 판별단계;를 포함한다.In the cardiovascular disease (CVD) predicting step, the calculation processing unit inputs electrocardiogram features including the average of the STTc segments as an input vector to the pre-learned first servo vector machine, and the output value of the first servo vector machine, It outputs a value that determines whether cardiovascular disease will occur in the future, but if the output value of the first servo vector machine determines that cardiovascular disease does not occur, the value indicating that cardiovascular disease does not occur is the cardiovascular disease (CVD) prediction value. Outputting as, cardiovascular disease occurrence determination step; When the calculation processing unit determines that a cardiovascular disease will occur in the future in the cardiovascular disease occurrence determination unit, coronary heart disease (corona It includes a detailed disease determination step of selecting one of heart disease (CHD), heart failure (HF), and stroke and outputting it as a cardiovascular disease (CVD) predictive value.

세부 질환 판별단계는, 연산처리부가, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균을 포함하는 심전도 특징을, 기 학습된 제2서보트 벡터 머신에 입력하고, 제2서보트 벡터 머신으로터, 제2서보트 벡터 머신의 결과값으로, 관상동맥심장병, 심부전 중의 하나가 출력되는, 제2서보트 벡터 머신 연산단계; 연산처리부가, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균을 포함하는 심전도 특징을, 기 학습된 제3서보트 벡터 머신에 입력하고, 제3서보트 벡터 머신으로터, 제3서보트 벡터 머신의 결과값으로, 관상동맥심장병과 뇌졸중 중의 하나가 출력되는, 제3서보트 벡터 머신 연산단계; 연산처리부가, 저주파수 대역 강도(PLF)의 표준편차를 포함하는 심전도 특징을, 기 학습된 제4서보트 벡터 머신에 입력하고, 제4서보트 벡터 머신으로터, 제4서보트 벡터 머신의 결과값으로, 심부전과 뇌졸중 중의 하나가 출력되는, 제4서보트 벡터 머신; 연산처리부가, 제2서보트 벡터 머신의 결과값, 제3서보트 벡터 머신의 결과값, 제4서보트 벡터 머신의 결과값으로 부터, 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중 각각이, 선택된 횟수를 카운트하여, 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중별로 카운트된 값을 출력하는 투표단계;를 포함한다.In the detailed disease determination step, the operation processing unit inputs the electrocardiogram characteristics including the average of the low frequency band intensities (P LF ) to the previously learned second servo vector machine, and from the second servo vector machine, the second a second servo vector machine calculation step of outputting one of coronary heart disease and heart failure as a result of the servo vector machine; The operation processing unit inputs the electrocardiogram characteristics including the average of the low frequency band intensities (P LF ) to the previously learned third servo vector machine, and from the third servo vector machine, the result of the third servo vector machine a third servo vector machine calculation step, outputting one of coronary heart disease and stroke as a value; The operation processing unit inputs the electrocardiogram characteristics including the standard deviation of the low frequency band strength (P LF ) to the previously learned fourth servo vector machine, and from the fourth servo vector machine, the fourth servo vector machine a fourth servo vector machine, outputting one of heart failure and stroke as a result value; The calculation processing unit counts the number of times each of coronary heart disease, heart failure, and stroke is selected from the result values of the second servo vector machine, the result values of the third servo vector machine, and the result values of the fourth servo vector machine. and a voting step of outputting counted values for each type of coronary heart disease, heart failure, and stroke.

투표단계에서 연산처리부는 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중에, 카운트 값이 가장 많은 질병값을, 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력한다. In the voting step, the calculation processing unit outputs the disease value having the largest number of count values for coronary heart disease, heart failure, and stroke as a cardiovascular disease (CVD) prediction value.

또한, 본 발명은 심혈관질환 예측시스템의 구동방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장하는 기록매체를 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized by a recording medium storing a computer program source for a driving method of a cardiovascular disease prediction system.

본 발명의 심혈관질환 예측 시스템은 수면호흡장애 환자의 심전도와 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 인공지능 기반의 심혈관질환 예측 모델에 적용하여, 수면호흡장애 환자의 향후의 심혈관 질환을 예측한다.The cardiovascular disease prediction system of the present invention applies the electrocardiogram and CVD risk factors of sleep breathing disorder patients to an artificial intelligence-based cardiovascular disease prediction model to predict future cardiovascular diseases of sleep breathing disorder patients.

이를 통해, 수면호흡장애 환자의 심전도와 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 이용하여 향후 10년 안에 심혈관 질환, 즉, 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중의 발생 여부를 예측할 수 있으며, 수면호흡장애 환자의 동반될 질환을 예측을 통해 개인맞춤형 의료 서비스를 가능하게 할 수 있다.Through this, it is possible to predict the occurrence of cardiovascular diseases, that is, coronary heart disease, heart failure, and stroke within the next 10 years using the electrocardiogram and CVD risk factors of patients with sleep breathing disorder. Personalized medical services can be made possible by predicting diseases that will accompany patients.

도 1은 본 발명의 수면호흡장애 환자의 인공지능 기반 심혈관질환 예측 모델을 이용한 심혈관질환 예측시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 블럭도이다,
도 2는 본 발명의 심혈관질환(CVD) 예측 모델을 나타낸다.
1 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a cardiovascular disease prediction system using an artificial intelligence-based cardiovascular disease prediction model for sleep breathing disorder patients according to the present invention.
2 shows the cardiovascular disease (CVD) prediction model of the present invention.

이하 본 발명의 수면호흡장애 환자의 인공지능 기반 심혈관질환 예측 모델을 이용한 심혈관질환 예측시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a cardiovascular disease prediction system using an artificial intelligence-based cardiovascular disease prediction model for sleep breathing disorder patients according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 수면호흡장애 환자의 인공지능 기반 심혈관질환 예측 모델을 이용한 심혈관질환 예측시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 블럭도이다,1 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a cardiovascular disease prediction system using an artificial intelligence-based cardiovascular disease prediction model for sleep breathing disorder patients according to the present invention.

데이터 입력부(100)는 심전도 검출부(110)와 심혈관질환 위험인자 데이터 입력부(160)를 포함하여 이루어진다.The data input unit 100 includes an electrocardiogram detector 110 and a cardiovascular disease risk factor data input unit 160 .

심전도 검출부(110)는 심전도 센서부(120), 신호 전처리부(130), A/D 변환부(150)를 포함하여 이루어진다.The electrocardiogram detector 110 includes an electrocardiogram sensor 120, a signal pre-processor 130, and an A/D converter 150.

심전도 센서부(120)는 수면호흡장애 환자의 심전도 신호를 검출하고, 신호 전처리부(130)는 심전도 센서부(120)로부터 검출된 심전도 신호에서 잡음을 제거하고 증폭하는 신호 전처리를 행하고, A/D 변환부(150)는 신호 전처리부(130)에서 신호 전처리된 심전도 신호를 디지탈 신호로 변환한다.The electrocardiogram sensor unit 120 detects an electrocardiogram signal of a patient with sleep breathing disorder, and the signal preprocessor 130 removes noise from the electrocardiogram signal detected by the electrocardiogram sensor unit 120 and performs signal preprocessing to amplify it, and A/ The D conversion unit 150 converts the electrocardiogram signal preprocessed by the signal preprocessing unit 130 into a digital signal.

심혈관질환 위험인자 데이터 입력부(160)은 심혈관질환 위험인자 데이터를 입력하는 수단이다. The cardiovascular disease risk factor data input unit 160 is a means for inputting cardiovascular disease risk factor data.

심전도 검출부(110)는 수면다원검사장비에 구비된 심전도 검출장치 및 심혈관질환 위험인자 데이터 입력장치 일 수 있다. The electrocardiogram detection unit 110 may be an electrocardiogram detection device and a cardiovascular disease risk factor data input device provided in the polysomnography device.

여기서, 심전도 신호는 수면다원검사를 위해 하루 밤 동안 검출된 심전도 신호일 수 있다. Here, the ECG signal may be an ECG signal detected during one night for polysomnography.

연산처리부(200)는 데이터 입력부(100)로부터 입력된 심전도 데이터 및 심혈관질환 위험인자 데이터를 메모리부(310)에 저장한다. 연산처리부는 컴퓨터로 이루어진다.The calculation processing unit 200 stores the electrocardiogram data and cardiovascular disease risk factor data input from the data input unit 100 in the memory unit 310 . The calculation processing unit is composed of a computer.

신호처리된 심전도(ECG) 특징 추출부(210), 인공지능 기반의 심전도 특징(AI-based ECG features) 추출부(220), CVD 위험인자 로딩부(230), 심혈관질환(CVD) 예측부(250)을 포함한다.Signal processed electrocardiogram (ECG) feature extraction unit 210, AI-based ECG features extraction unit 220, CVD risk factor loading unit 230, cardiovascular disease (CVD) prediction unit ( 250).

신호처리된 심전도(ECG) 특징 추출부(210)는 QTc, STTc 세그먼트, SDNN, RMSSD, 초저주파수 대역 강도(PVLF), 저주파수 대역 강도(PLF), 고주파수 대역 강도(PHF)를 구하고, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 각기의 평균과 표준편차를 구하여, 신호처리된 ECG 특징(signal processing-based ECG features, SP-based ECG features)'라 함)로서 메모리부(310)에 저장한다. The signal-processed electrocardiogram (ECG) feature extraction unit 210 obtains QTc, STTc segment, SDNN, RMSSD, very low frequency band strength (PVLF), low frequency band strength (PLF), and high frequency band strength (PHF), and obtains a low frequency band high frequency The mean and standard deviation of each of the PLF/PHF ratios are obtained and stored in the memory unit 310 as signal processing-based ECG features (referred to as 'SP-based ECG features'). do.

인공지능 기반의 심전도 특징(AI-based ECG features) 추출부(220)는 30초 동안의 심전도 신호가 입력 신호를, 상기 CNN 기반의 인공지능 모델(즉, 인공지능 기반의 심전도 특징을 추출하기 위한 인공지능 모델)에 입력하고, 상기 CNN 기반의 인공지능 모델(즉, 심전도 특징을 추출하기 위한 인공지능 모델)은, 플래튼 계층(flatten layer, 평활화 계층)의 각 노드의 결과를 구하고, 이 결과들의 각각의 평균과 표준편차를 구하여, 인공지능 기반의 심전도 특징(AI-based ECG features)으로서 메모리부(310)에 저장한다. The AI-based ECG features extraction unit 220 extracts the ECG signal for 30 seconds as an input signal, and the CNN-based AI model (ie, for extracting the AI-based ECG features) artificial intelligence model), and the CNN-based artificial intelligence model (ie, artificial intelligence model for extracting electrocardiogram features) obtains the result of each node of the flatten layer (smoothing layer), and the result The average and standard deviation of each of the values are obtained and stored in the memory unit 310 as AI-based ECG features.

CVD 위험인자 로딩부(230)는 메모리부(310)에 저장된 CVD 위험인자를 읽어들인다.The CVD risk factor loading unit 230 reads the CVD risk factors stored in the memory unit 310 .

심혈관질환(CVD) 예측부(250)는 심혈관질환(CVD) 예측 모델로 이루어진다. The cardiovascular disease (CVD) prediction unit 250 is composed of a cardiovascular disease (CVD) prediction model.

심혈관질환(CVD) 예측 모델은, 특징을 추출하기 위한 과정을 거친후, 서보트 벡터 머신(Support vector machine, SVM) 모델을 통해 10년 안에 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke)의 발생 여부를 예측하여, 예측결과를 출력부(320)으로 출력한다.The cardiovascular disease (CVD) prediction model, after going through the process of extracting features, can predict coronary heart disease (CHD), heart failure (heart failure) within 10 years through a support vector machine (SVM) model. Failure, HF), stroke occurrence or not is predicted, and the prediction result is output to the output unit 320 .

이하, 본 발명의 연산처리부의 구동을 상세히 설명한다.Hereinafter, driving of the arithmetic processing unit of the present invention will be described in detail.

본 발명에서 수면다원검사시 수반되어 검출되는 심전도 및 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 이용하여 향후의 심혈관질환을 예측한다.In the present invention, future cardiovascular diseases are predicted using the electrocardiogram and CVD risk factors detected during polysomnography.

심혈관질환의 예측모델을 개발하기 위해 신호처리 기반의 심전도 특징, 인공지능 기반의 심전도 특징, CVD 위험인자를 추출하였다. To develop a predictive model for cardiovascular disease, signal processing-based electrocardiogram features, artificial intelligence-based electrocardiogram features, and CVD risk factors were extracted.

실험시에는, 심전도 신호는 베이즈라인 스터디(baseline study)의 수면다원검사 데이터를 사용하였으며, 수면개시(sleep onset)부터 수면종료(sleep end)까지의 수면 중 심전도를 분석하였다. During the experiment, polysomnography data of a baseline study were used as the electrocardiogram signal, and electrocardiograms during sleep from sleep onset to sleep end were analyzed.

1.5~20 Hz의 대역통과 필터를 사용하여 기저선 변동과 전원 잡음을 제거한 후, 적응 문턱치 알고리즘과 형태학적 방법을 이용하여 QRS 컴플렉스(QRS complex)와 T파(T wave)를 검출하였다. After removing baseline fluctuation and power supply noise using a 1.5-20 Hz bandpass filter, the QRS complex and T wave were detected using an adaptive threshold algorithm and a morphological method.

일반적으로, 심전도 신호에서 QRS 컴플렉스(즉, R파)는 전의 R 피크후에 소정 문턱치(적응 문턱치)를 초과하는 시점으로부터 소정 문턱치(적응 문턱치)를 보다 작아지는 시간간격 동안의 최대값을 검출하여 R 피크(R 포인트, R 점)로 하고, R 피크의 바로 전의 최소값을 Q 포인트(Q 점)로 검출하고, R 피크의 바로 후의 최소값을 S 포인트(S 점)로 검출한다. 또한, S 포인트의 다음의 피크를 T 포인트(T 점)으로 검출한다. 심전도 신호에서 QRS 컴플렉스와 T파 검출방법은 널리 알려져 있어 보다 상세한 설명은 생략한다. In general, the QRS complex (i.e., R wave) in an electrocardiogram signal detects the maximum value during a time interval that becomes smaller than a predetermined threshold value (adaptive threshold value) from the time point exceeding a predetermined threshold value (adaptive threshold value) after the previous R peak. Peak (R point, R point), the minimum value immediately before the R peak is detected as the Q point (Q point), and the minimum value immediately after the R peak is detected as the S point (S point). In addition, the peak following the S point is detected as the T point (T point). A method for detecting the QRS complex and the T wave in the electrocardiogram signal is widely known, so a detailed description thereof will be omitted.

ECG(심전도)의 P,Q,R,S,T의 특징점을 검출한 이후, 시간 도메인상 심전도 특징 파라미터인, QTc(corrected QT interval, 보정된 QT 간격)와 STTc 세그먼트(STTc segment, ST-segment and T-wave (ST-T) changes, ST 세그먼트와 T파 변화)를 계산한다.After detecting the feature points of P, Q, R, S, and T of the ECG (electrocardiogram), the ECG feature parameters in the time domain, QTc (corrected QT interval) and STTc segment (ST-segment and T-wave (ST-T) changes, ST segment and T-wave changes).

QTc는 수학식 1에 의해 구한다.QTc is obtained by Equation 1.

여기서, Ti, Qi, Ri는 각각 i번째(즉, i번째 주기)의 T 포인트(T wave), Q 포인트(Q wave), R 포인트의 시점을 나타내며, Ri+1은 i+1번째의 R 포인트의 시점을 나타낸다.Here, Ti, Qi, and Ri represent the starting points of the i-th (i.e., i-th period) T point (T wave), Q point (Q wave), and R point, respectively, and Ri+1 is the i+1th R point. Indicates the starting point.

STTc 세그먼트는 수학식 2에 의해 구한다.The STTc segment is obtained by Equation 2.

여기서 J포인트는 QRS 콤플렉스가 ST 세그먼트를 만나는 지점을 말한다.Here, point J refers to the point where the QRS complex meets the ST segment.

RR 간격을 수학식으로 나타내면 수학식 3과 같다.The RR interval is expressed as Equation 3.

이 때 Ri-1은 i-1번째(즉, i-1번째 주기)의 심전도의 R 포인트 시점이고, fs는 심전도 신호의 샘플링 주파수 이다.In this case, Ri-1 is the time point R of the i-1 (i.e., i-1 cycle) electrocardiogram, and fs is the sampling frequency of the electrocardiogram signal.

심박변이도를 계산하기 위해 RR의 이소성 비트를 제거하였고, 이 신호를 NN(normal-to normal RR)으로 정의하였다. In order to calculate heart rate variability, the ectopic bits of RR were removed, and this signal was defined as NN (normal-to normal RR).

즉, R 피크(즉, 정상적인 R피크)와, 연이은 전 R 피크(즉, 연이은 전 정상적인 R피크)의 시간간격을 계산하고, 이를 NN 간격으로 한다.That is, the time interval between the R peak (ie, normal R peak) and the previous consecutive R peak (ie, consecutive previous normal R peak) is calculated, and this is taken as the NN interval.

또한, 시간 도메인상 심전도 특징 파라미터로서, 전체 RR 간격의 표준편차(SDNN)과 인접한 RR간격의 차이를 제곱한 값의 평균의 제곱근(RMSSD)을 더 구할 수 있다.In addition, as an ECG characteristic parameter in the time domain, the square root of the mean (RMSSD) of the square of the difference between the standard deviation (SDNN) of the entire RR intervals and the adjacent RR intervals may be further obtained.

전체 RR 간격의 표준편차(SDNN)는 수학식 4와 같이 구해진다.The standard deviation (SDNN) of the entire RR interval is obtained as in Equation 4.

여기서, N은 총 심박수이고, meanRRI는 평균 RR간격을 말하며, I(i)는 i번째 RR간격을 말한다. Here, N is the total heart rate, meanRRI refers to the average RR interval, and I(i) refers to the i-th RR interval.

인접한 RR간격의 차이를 제곱한 값의 평균의 제곱근(RMSSD)은 수학식 5와 같이 구해진다.The square root of the mean of the squared difference between adjacent RR intervals (RMSSD) is obtained as shown in Equation 5.

여기서, I(i+1)는 i+1번째 RR간격을 말한다. Here, I(i+1) refers to the i+1th RR interval.

심박변이도 분석은 계산된 NN을 등간격으로 보간한 뒤, 4 Hz로 재샘플링(resampling) 하였다. 즉, 각 RR 간격 내의 샘플 수가 기 설정된 소정 갯수보다 작은 경우, 0으로 채우는 보간을 행하고, 이렇게 보간이 행하여진 심전도를 4 Hz로 리샘플링(재 샘플링)을 행한다. For heart rate variability analysis, the calculated NN was interpolated at equal intervals and then resampled at 4 Hz. That is, when the number of samples in each RR interval is less than a predetermined number, interpolation is performed by filling in zeros, and the interpolated electrocardiogram is resampled (re-sampled) at 4 Hz.

재샘플링된 신호는 30초 단위로 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)을 수행 후, FFT에 제곱을 취해 전력 스펙트럼 밀도(power spectrum density, PSD)를 계산하였다. 즉, 주파수 분석을 위해, 보간 및 재샘플링된 심전도에서 고속푸리에변환(fast Fourier transform, FFT)을 수행한다. After performing a fast Fourier transform (FFT) on the resampled signal in units of 30 seconds, a power spectrum density (PSD) was calculated by taking the square of the FFT. That is, for frequency analysis, fast Fourier transform (FFT) is performed on the interpolated and resampled ECG.

주파수영역 특징들을 계산하기 위해 사용된 각 주파수 대역은 초저주파(very low frequency, VLF: 0~0.04 Hz), 저주파(low frequency, LF: 0.04~0.15 Hz), 고주파(high frequency, HF: 0.15~0.4 Hz)이다. Each frequency band used to calculate the frequency domain features is very low frequency (VLF: 0 to 0.04 Hz), low frequency (LF: 0.04 to 0.15 Hz), and high frequency (HF: 0.15 to 0.15 Hz). 0.4 Hz).

주파수 도메인상 심전도 특징 파라미터를 검출하기 위해, 주파수 도메인상 심전도 특징 파라미터인 초저주파수 대역 강도(PVLF), 저주파수 대역 강도(PLF), 고주파수 대역 강도(PHF)를 구하고, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)를 검출한다. 주파수 대역 강도(PLF), 고주파수 대역 강도(PHF)를 구하고, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)를 구하는 방법은 국내 등록특허 제10-0493714호 등에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.In order to detect the electrocardiogram characteristic parameters in the frequency domain, the very low frequency band strength (P VLF ), the low frequency band strength (P LF ), and the high frequency band strength (P HF ), which are the electrocardiographic characteristic parameters in the frequency domain, are obtained, and the low frequency band high frequency band strength Detect the ratio (P LF /P HF ratio). The method of obtaining the frequency band intensity (P LF ), the high frequency band intensity (P HF ), and the low frequency band high frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio) is widely known in Korean Patent No. 10-0493714, etc., so detailed description is omitted.

QTc, STTc 세그먼트, SDNN, RMSSD의 시간 도메인상 심전도 특징 파라미터와, 초저주파수 대역 강도(PVLF), 저주파수 대역 강도(PLF), 고주파수 대역 강도(PHF)를 구하고, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 주파수 도메인상 심전도 특징 파라미터의 각기의 평균과 표준편차를 구하면, 18개의 심전도 특징 파라미터(이를 설명의 편의상 '신호처리된 ECG 특징(signal processing-based ECG features, SP-based ECG features)'라 함)를 검출한 것이 된다.ECG characteristic parameters in the time domain of QTc, STTc segments, SDNN, and RMSSD, very low frequency band intensity (P VLF ), low frequency band intensity (P LF ), and high frequency band intensity (P HF ) are obtained, and the low-frequency band intensity ratio If the average and standard deviation of each of the electrocardiogram feature parameters in the frequency domain of (P LF / P HF ratio) is obtained, 18 electrocardiogram feature parameters (for convenience of explanation, 'signal processing-based ECG features, SP -based ECG features)') is detected.

본 발명의 심혈관질환(CVD) 예측 모델의 입력으로 사용된 신호처리된 ECG 특징을 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the signal-processed ECG characteristics used as inputs of the cardiovascular disease (CVD) predictive model of the present invention.

즉, 신호처리 기반의 심전도 특징을 추출하고, 각 특징별(즉, QTc, STTc 세그먼트, SDNN, RMSSD, PVLF, PLF, PHF, PLF/PHF ratio)로 전체 수면 동안의 평균과 표준편차를 구하여, '신호처리된 ECG 특징(SP-based ECG features)'으로서 메모리부에 저장한다. 이 과정을 신호처리된 ECG 특징 추출단계라 할 수 있다.That is, signal processing-based ECG features are extracted, and each feature (i.e., QTc, STTc segment, SDNN, RMSSD, P VLF , P LF , P HF , P LF / P HF ratio) to obtain the average and standard deviation during the entire sleep, and store them in the memory as 'signal processed ECG features (SP-based ECG features)'. This process may be referred to as a signal-processed ECG feature extraction step.

다음은 인공지능 기반의 심전도 특징(AI-based ECG features)을 추출하기 위해 CNN (convolutional neural network) 기반의 인공지능 모델(즉, 심전도 특징을 추출하기위한 인공지능 모델)을 설계하였다. 모델은, 30초 동안의 심전도 신호를 입력받고, 배치 정규화(batch normalization)를 거친다. 이후 3층 구조로 이루어진 합성곱 계층(convolution layer)과 풀링 계층(pooling layer)을 통해 특징을 추출한다. 이렇게 학습한 CNN 모델의 플래튼 계층(flatten layer, 평활화 계층)의 노드에서 추출한 AI 기반의 특징들을 각 전체 하룻밤 수면시간 동안 평균과 표준편차를 계산하였다. Next, we designed a convolutional neural network (CNN)-based artificial intelligence model (i.e., an artificial intelligence model for extracting ECG features) to extract AI-based ECG features. The model receives electrocardiogram signals for 30 seconds and undergoes batch normalization. Afterwards, features are extracted through a convolution layer and a pooling layer consisting of a three-layer structure. The AI-based features extracted from the nodes of the flatten layer (smoothing layer) of the CNN model learned in this way were calculated for the average and standard deviation for each entire night's sleep time.

즉, 30초 동안의 심전도 신호가 입력 신호를, 상기 CNN 기반의 인공지능 모델(즉, 인공지능 기반의 심전도 특징을 추출하기 위한 인공지능 모델)에 입력하고, 상기 CNN 기반의 인공지능 모델(즉, 심전도 특징을 추출하기 위한 인공지능 모델)은, 플래튼 계층(flatten layer, 평활화 계층)의 각 노드의 추출결과를 출력한다. 그리고, 이 추출결과(15개의 데이터)들의 각각의 평균과 표준편차를 구하고, 이렇게 구하여진 데이터를 '인공지능 기반의 심전도 특징(AI-based ECG features)'로서 메모리부에 저장한다. 이 과정을 인공지능 기반의 심전도 특징 추출단계라 할 수 있다. 여기서 '인공지능 기반의 심전도 특징(AI-based ECG features)'의 데이터부는, 총 30개의 데이터이다.That is, the ECG signal for 30 seconds is input to the CNN-based artificial intelligence model (ie, the artificial intelligence-based artificial intelligence model for extracting the ECG features), and the CNN-based artificial intelligence model (ie, the artificial intelligence model for extracting the ECG features) , AI model for extracting electrocardiogram features) outputs the extraction result of each node of the flatten layer (smoothing layer). In addition, the average and standard deviation of each of these extraction results (15 pieces of data) are obtained, and the obtained data is stored in a memory unit as 'AI-based ECG features'. This process can be referred to as an AI-based electrocardiogram feature extraction step. Here, the data part of 'AI-based ECG features' is a total of 30 pieces of data.

표 2는 본 발명의 심혈관질환(CVD) 예측 모델의 입력으로 사용된 인공지능 기반의 심전도 특징을 나타낸다.Table 2 shows the characteristics of the artificial intelligence-based electrocardiogram used as an input for the cardiovascular disease (CVD) prediction model of the present invention.

본 발명에서는, 신호처리된 ECG 특징(SP-based ECG features)과 인공지능 기반의 심전도 특징(AI-based ECG features)의 심전도 특징 외에, 추가적으로 대표적인 심혈관질환(CVD) 위험인자도, CVD 예측 모델의 입력으로 사용한다.In the present invention, in addition to the ECG features of signal-processed ECG features (SP-based ECG features) and AI-based ECG features, additionally representative cardiovascular disease (CVD) risk factors, CVD predictive models use as input

본 발명에서 사용한 CVD 위험인자(clinical CVD risk fator)로서, 흡연 정도, 고혈압 정도(수축기 혈압, 확장기 혈압), 콜레스테롤 정도(콜레스테롤 지수, HDL 콜레스테롤 지수)비만 정도(BMI지수), 나이(age), 성별(gender), 수면 호흡 장애(SDB) 정도(AHI 지수, 수면무호흡지수), 요통기능 장애지수(ODI)로 총 10개의 데이터를 사용한다.As the clinical CVD risk factors used in the present invention, the degree of smoking, the degree of hypertension (systolic blood pressure, diastolic blood pressure), the degree of cholesterol (cholesterol index, HDL cholesterol index), the degree of obesity (BMI index), age, A total of 10 data are used for gender, degree of sleep breathing disorder (SDB) (AHI index, sleep apnea index), and low back pain dysfunction index (ODI).

표 3은 본 발명의 심혈관질환(CVD) 예측 모델의 입력으로 사용된 CVD 위험인자를 나타낸다.Table 3 shows the CVD risk factors used as inputs to the cardiovascular disease (CVD) prediction model of the present invention.

즉, 수면다원검사시 등에 얻어져 메모리부에 기 저장된 상기 CVD 위험인자를 연산처리부가 읽어들인다. 이과정을 CVD 위험인자단계라 할 수 있다.That is, the calculation processing unit reads the CVD risk factors obtained during polysomnography and stored in advance in the memory unit. This process can be referred to as the CVD risk factor stage.

이렇게 하여, 본 발명에서 심혈관질환(CVD) 예측 모델에 사용되는 입력은 18개의 신호처리된 심전도 특징과, 30개의 인공지능 기반의 심전도 특징과 10개의 CVD 위험인자로, 총 58개입력 특징 데이터를 가진다. In this way, the inputs used in the cardiovascular disease (CVD) prediction model in the present invention are 18 signal-processed electrocardiogram features, 30 artificial intelligence-based electrocardiogram features, and 10 CVD risk factors, for a total of 58 input feature data have

다음으로, 이들 특징 데이터를 통계분석, 즉, 2개의 독립 표본 t-검정(independent sample t-test)과 카이-제곱 검정(chi-square tests )을 통해 클래스 간의 각 특성이 p- 값 <0.05인, 유의하게 다른 입력 데이터로 사용될 특징 데이터를 선택한다. 이과정을 특징 선별단계라 할 수 있다.Next, these feature data were analyzed through statistical analysis, that is, two independent sample t-tests and chi-square tests, where each feature between classes had a p-value <0.05. , select feature data to be used as significantly different input data. This process can be referred to as the feature selection step.

경우에 따라서는, 특징 선별단계는 실험단계에서 선별하여, 제품출하시에 정해져 있을 수 있다.In some cases, the feature selection step may be selected in the experiment step and determined at the time of product shipment.

본 발명에서, 특징을 추출하기 위한 과정을 거친후, 서보트 벡터 머신(Support vector machine, SVM)을 이용하는 심혈관질환(CVD) 예측 모델을 통해 10년 안에 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke)의 발생 여부를 예측한다. In the present invention, after a process for extracting features, coronary heart disease (CHD), Predict the occurrence of heart failure (HF) and stroke.

도 2는 본 발명의 심혈관질환(CVD) 예측 모델을 나타낸다.2 shows the cardiovascular disease (CVD) prediction model of the present invention.

심혈관질환(CVD) 예측 모델을 설명하기에 앞서, 도 2의 심혈관질환(CVD) 예측 모델 내의 각 서보트 벡터 머신에 입력으로서 적용되는 심전도 특징 데이터를 나타낸다.Prior to describing the cardiovascular disease (CVD) prediction model, electrocardiogram feature data applied as input to each servo vector machine in the cardiovascular disease (CVD) prediction model of FIG. 2 are shown.

심혈관질환 발생 판별부(710)는, 제1 서보트 벡터 머신(SVM_CVD)으로 이루어지며, 특징 선별단계에서 선별된 심전도 특징 데이터 또는 주어진 심전도 특징 데이터를 입력하고, 이로부터 향후 심혈관질환이 발생할 것인지(CVD) 즉, 아닌지(CVD-free)를 판별한다. 만약 심혈관질환 발생 판별부(710)가 심혈관질환이 발생하지 않는다고 판별하면 심혈관질환이 발생하지 않음을 나타내는 값(즉, CVD-free의 값)을 출력하고, 이는 심혈관질환(CVD) 예측 모델의 최종결과로 출력된다.The cardiovascular disease occurrence determination unit 710 is composed of a first servo vector machine (SVM_CVD), and inputs selected ECG characteristic data or given ECG characteristic data in the feature selection step, and determines whether or not cardiovascular disease will occur in the future ( CVD), that is, whether or not (CVD-free) is determined. If the cardiovascular disease occurrence determination unit 710 determines that cardiovascular disease does not occur, it outputs a value indicating that cardiovascular disease does not occur (ie, a CVD-free value), which is the final value of the cardiovascular disease (CVD) prediction model. output as a result.

제1 서보트 벡터 머신(SVM_CVD)의 입력벡터는, 플래튼 계층(flatten layer)의 15번째노드의 결과의 평균, STTc 세그먼트의 평균, BMI 지수, 수축기 혈압, AHI 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 11번째노드의 결과의 표준편차, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 평균, 요통기능 장애지수(ODI), 흡연정도, 플래튼 계층(flatten layer)의 12번째노드의 결과의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 1번째노드의 결과의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 7번째노드의 결과의 표준편차, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 표준편차, STTc 세그먼트의 표준편차, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 3번째노드의 결과의 평균일 수 있다.The input vectors of the first servo vector machine (SVM_CVD) are the average of the results of the 15th node of the flatten layer, the average of the STTc segments, the BMI index, the systolic blood pressure, the AHI index, and the flatten layer (flatten layer). ), the standard deviation of the result of the 11th node, the average of the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), the low back pain dysfunction index (ODI), the degree of smoking, the 12th node of the flatten layer The average of the results of , the average of the results of the 1st node of the flatten layer, the standard deviation of the results of the 7th node of the flatten layer, the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), the standard deviation of STTc segments, the average of low frequency band strength (P LF ), and the average of the results of the third node of the flatten layer.

이들 데이터의 평균과 표준편차는, 각 전체 하룻밤 수면시간 동안 평균과 표준편차이다.The mean and standard deviation of these data are the mean and standard deviation for each total night's sleep.

일반적으로, 서보트 벡터 머신(Support vector machine, SVM)은 일반화 기능(generalizing capability)을 최대화하는 것을 목표로 한다. 각 클래스의 대표적인 특징 벡터를 사용하여 카테고리간에 최대 마진이 있는 최적화된 결정 초평면(optimized decision hyperplane)을 검색한다. 서보트 벡터 머신는 널리 알려져 있는 분류기로 상세한 설명은 생략한다.In general, a support vector machine (SVM) aims to maximize its generalizing capability. Using the representative feature vectors of each class, we retrieve the optimized decision hyperplane with the maximum margin between categories. The servo vector machine is a well-known classifier, and a detailed description thereof will be omitted.

심혈관질환 발생 판별부(710)에서 향후 심혈관질환이 발생할 것(CVD)으로 판별된 경우, 세부 질환 판별부(720)는, 1대1(OvO, One-Vs-One) 다중 클래스 분류기를 이용하여, 향후 발생될 심혈관질환으로서 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중 하나를 선택하여 출력한다. 세부 질환 판별부(720)는, 제2서보트 벡터 머신(SVM_C-H)(721), 제3서보트 벡터 머신(SVM_C-S)(722), 제4서보트 벡터 머신(SVM_H-S)(723)의 3개의 서보트 벡터 머신으로 이루어진다.When it is determined that future cardiovascular disease will occur (CVD) in the cardiovascular disease occurrence determination unit 710, the detailed disease determination unit 720 uses a one-to-one (OvO, One-Vs-One) multi-class classifier , Select one of coronary heart disease (CHD), heart failure (HF), and stroke as the cardiovascular disease that will occur in the future and output it. The detailed disease determination unit 720 includes a second servo vector machine (SVM_C-H) 721, a third servo vector machine (SVM_C-S) 722, and a fourth servo vector machine (SVM_H-S). (723) consists of three servo vector machines.

제2서보트 벡터 머신(SVM_C-H)(721)는 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF) 중의 하나를 판별하기 위한 수단으로, 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF) 중의 하나를 선택한 결과(심혈관질환(CVD) 예측결과 후보)를 출력한다.The second servo vector machine (SVM_C-H) 721 is a means for determining one of coronary heart disease (CHD) and heart failure (HF), and is CHD), heart failure (heart failure, HF) is selected (candidate cardiovascular disease (CVD) prediction result) is output.

제2서보트 벡터 머신(SVM_C-H)(721)의 입력벡터는, 플래튼 계층(flatten layer)의 4번째노드의 결과의 평균, HDL 콜레스테롤 지수, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 10번째노드의 결과의 평균, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 표준편차, 플래튼 계층(flatten layer)의 12번째노드의 결과의 표준편차, AHI 지수를 포함할 수 있다.The input vector of the second servo vector machine (SVM_C-H) 721 is the average of the results of the 4th node of the flatten layer, the HDL cholesterol index, the average of the low frequency band strength (P LF ), and the flatten layer. Average of the result of the 10th node of the flatten layer, standard deviation of the low frequency to high frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), standard deviation of the result of the 12th node of the flatten layer, AHI index may be included.

제3서보트 벡터 머신(SVM_C-S)(722)는 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD)과 뇌졸중(stroke) 중의 하나를 판별하기 위한 수단으로, 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD)과 뇌졸중(stroke) 중의 하나를 선택한 결과( 심혈관질환(CVD) 예측결과 후보)를 출력한다.The third servo vector machine (SVM_C-S) 722 is a means for discriminating between coronary heart disease (CHD) and stroke, and determines whether coronary heart disease (CHD) and stroke The result of selecting one of the strokes (candidate cardiovascular disease (CVD) prediction result) is output.

제3서보트 벡터 머신(SVM_C-S)(722)의 입력벡터는, 플래튼 계층(flatten layer)의 10번째노드의 결과의 평균, STTc 세그먼트의 평균, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 평균, 확장기 혈압, HDL 콜레스테롤 지수, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, BMI 지수를 포함할 수 있다.The input vector of the third servo vector machine (SVM_C-S) 722 is the average of the results of the 10th node of the flatten layer, the average of the STTc segments, and the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio) mean, diastolic blood pressure, HDL cholesterol index, low frequency band intensity (P LF ) mean, BMI index.

제4서보트 벡터 머신(SVM_H-S)(723)는 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중의 하나를 판별하기 위한 수단으로, 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중의 하나를 선택한 결과(심혈관질환(CVD) 예측결과 후보)를 출력한다.The fourth servo vector machine (SVM_H-S) 723 is a means for determining one of heart failure (HF) and stroke, and one of heart failure (HF) and stroke Outputs the selected result (candidate for cardiovascular disease (CVD) prediction result).

제4서보트 벡터 머신(SVM_H-S)(723)의 입력벡터는, HDL 콜레스테롤 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 3번째노드의 결과의 평균, 저주파수 대역 강도(PLF)의 표준편차, 콜레스테롤 지수, AHI 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 2번째노드의 결과의 평균, 수축기 혈압, 고주파수 대역 강도(PHF)의 표준편차, 플래튼 계층(flatten layer)의 4번째노드의 결과의 평균, 흡연정도, 플래튼 계층(flatten layer)의 6번째노드의 결과의 표준편차를 포함할 수 있다.The input vectors of the fourth servo vector machine (SVM_H-S) 723 are the HDL cholesterol index, the average of the results of the third node of the flatten layer, the standard deviation of the low frequency band intensity (P LF ), Cholesterol index, AHI index, average of the results of the second node of the flatten layer, systolic blood pressure, standard deviation of the high frequency band intensity (P HF ), and the result of the fourth node of the flatten layer It may include the standard deviation of the average, smoking degree, and the result of the 6th node of the flatten layer.

투표부(770)으로, 제2서보트 벡터 머신(SVM_C-H)(721)의 결과, 제3서보트 벡터 머신(SVM_C-S)(722)의 결과, 제4서보트 벡터 머신(SVM_H-S)(723)의 결과로 부터, 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke)이 각각 선택된 횟수를 카운트하여 출력한다. 그리고 제일 많이 선택된 횟수를 가지는 질병이 향후 10년내에 발생할 수 있는 질환으로서 최종적인 결과로 출력한다.With the voting unit 770, the result of the second servo vector machine (SVM_C-H) 721, the result of the third servo vector machine (SVM_C-S) 722, and the fourth servo vector machine (SVM_H- From the results of S) 723, the number of selected times of coronary heart disease (CHD), heart failure (HF), and stroke are counted and output. And the disease with the highest number of selections is output as the final result as a disease that can occur within the next 10 years.

다시말해, 심혈관질환(CVD) 예측 모델은, 특징을 추출하기 위한 과정을 거친후, 서보트 벡터 머신(Support vector machine, SVM) 모델을 통해 10년 안에 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke)의 발생 여부를 예측한다. 이를 위해 먼저 CVD와 CVD-free를 예측하는 SVM (SVM_CVD)을 거쳐 CVD로 분류된 경우, CHD, HF, stroke를 분류하기 위한 1대1(OvO, One-Vs-One) 다중 클래스 분류기를 거친다. OvO는 K개의 타겟 클래스가 존재하는 경우, 이 중 2개의 클래스 조합을 선택하여 K(K-1)/2개의 이진 클래스 분류를 통해 가장 많은 판별값을 얻은 클래스를 선택하는 방법으로, 널리 알려진 방법으로, 상세한 설명은 생력한다.In other words, the cardiovascular disease (CVD) prediction model, after going through the process of extracting features, coronary heart disease (CHD), Predict the occurrence of heart failure (HF) and stroke. To this end, first go through SVM (SVM_CVD), which predicts CVD and CVD-free, and then, when classified as CVD, go through a one-to-one (OvO, One-Vs-One) multi-class classifier to classify CHD, HF, and stroke. OvO is a method of selecting a class with the most discriminant values through K(K-1)/2 binary class classification by selecting two class combinations among K target classes, a well-known method. As such, a detailed description is produced.

본 명세서는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 내용은 그 상세한 기재를 생략하였으며, 본 명세서에 기재된 구체적인 예시들 이외에 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 구성을 변경하지 않는 범위 내에서 보다 다양한 변형이 가능하다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 구체적으로 설명하고 예시한 것과 다른 방식으로도 실시될 수 있으며, 이는 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자이면 이해할 수 있는 사항이다.In this specification, the detailed description of the contents that can be sufficiently recognized and inferred by those skilled in the art of the present invention is omitted, and the technical spirit or essential configuration of the present invention is changed in addition to the specific examples described in this specification. More diverse modifications are possible within the range not specified. Accordingly, the present invention may be practiced in a manner different from that specifically described and exemplified herein, which can be understood by those skilled in the art.

100: 데이터 입력부 110: 심전도 검출부
120: 심전도 센서부 130: 신호 전처리부
150: A/D 변환부 160: 심혈관질환 위험인자 데이터 입력부
210: 신호처리된 심전도 특징 추출부
220: 인공지능기반의 심전도 특징추출부
230: CVD 위험인자 로딩부 250: 심혈관질환 예측부
310: 메모리부 320: 출력부
100: data input unit 110: electrocardiogram detection unit
120: electrocardiogram sensor unit 130: signal pre-processing unit
150: A / D conversion unit 160: cardiovascular disease risk factor data input unit
210: Signal processed electrocardiogram feature extraction unit
220: AI-based electrocardiogram feature extraction unit
230: CVD risk factor loading unit 250: cardiovascular disease prediction unit
310: memory unit 320: output unit

Claims (19)

수면다원검사시에 검출된 심전도 신호 및 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 이용하여 심혈관질환의 발생을 예측하는 연산처리부를 포함하는, 심혈관질환 예측시스템에 있어서,
연산처리부는,
수면다원검사시 심전도 검출부에 의해 검출된 심전도(ECG) 신호로부터, STTc(ST-segment and T-wave (ST-T) changes) 세그먼트를 포함하는 시간도메인 심전도 파라미터를 검출하고, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)를 포함하는 주파수도메인 심전도 파라미터를 검출하고, 검출된 시간도메인 심전도 파라미터 및 주파수도메인 심전도 파라미터의 평균 및 표준편차를, '신호처리된 심전도 특징'으로서 메모리부에 저장하는, 신호처리된 심전도 특징 추출부;
기 학습된 CNN 기반의 인공지능 모델에, 30초 동안의 심전도 신호를 입력하고, 상기 CNN 기반의 인공지능 모델에서 플래튼 계층(flatten layer)의 각 노드의 결과를의 평균과 표준편차를 구하여, '인공지능 기반의 심전도 특징'으로서 메모리부에 저장하는, 인공지능 기반의 심전도 특징 추출부;
메모리부에 저장된 CVD 위험인자를 읽어들이는, CVD 위험인자 로딩부;
서보트 벡터 머신(SVM)들을 포함하여 이루어진 심혈관질환(CVD) 예측 모델을 포함하되, 신호처리된 심전도 특징, 인공지능 기반의 심전도 특징 및 CVD 위험인자를 포함하는 심전도 특징을, 심혈관질환 예측 모델에 입력하고, 심혈관질환 예측 모델로부터 향후 심혈관질환이 발생할 지 여부 및, 심혈관질환이 발생한다면 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중 어느 질병이 발생할 지를 심혈관질환 예측결과로서 출력하는, 심혈관질환(CVD) 예측부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템.
A cardiovascular disease prediction system comprising an arithmetic processing unit for predicting the occurrence of cardiovascular disease using an electrocardiogram signal and a CVD risk factor detected during polysomnography,
calculation processing unit,
From the electrocardiogram (ECG) signal detected by the electrocardiogram detector during polysomnography, time domain electrocardiogram parameters including STTc (ST-segment and T-wave (ST-T) changes) segments are detected, and low-frequency and high-frequency band intensities Detecting frequency domain electrocardiogram parameters including the ratio (PLF/PHF ratio), and storing the mean and standard deviation of the detected time domain electrocardiogram parameters and frequency domain electrocardiogram parameters as 'signal processed electrocardiogram features' in a memory unit, a signal-processed electrocardiogram feature extraction unit;
An electrocardiogram signal for 30 seconds is input to the pre-learned CNN-based artificial intelligence model, and the mean and standard deviation of the results of each node of the flatten layer in the CNN-based artificial intelligence model are obtained, an artificial intelligence-based electrocardiogram feature extraction unit to store in a memory unit as 'artificial intelligence-based electrocardiogram feature';
a CVD risk factor loading unit that reads the CVD risk factors stored in the memory unit;
Including cardiovascular disease (CVD) predictive models including servo vector machines (SVMs), including signal-processed ECG features, AI-based ECG features and CVD risk factors, to cardiovascular disease predictive models input, and from the cardiovascular disease prediction model, whether or not cardiovascular disease will occur in the future, and if a cardiovascular disease occurs, which disease among coronary heart disease (CHD), heart failure (HF), and stroke will occur a cardiovascular disease (CVD) prediction unit that outputs the result as a cardiovascular disease prediction result;
Characterized in that it comprises a cardiovascular disease prediction system.
제1항에 있어서, 심혈관질환(CVD) 예측부는,
기 학습된 제1 서보트 벡터 머신으로 이루어져, 향후 심혈관질환이 발생할 것인지, 아닌지를 판별하고, 만약 심혈관질환이 발생하지 않는다고 판별하면 심혈관질환이 발생하지 않음을 나타내는 값을 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하는, 심혈관질환 발생 판별부;
심혈관질환 발생 판별부에서 향후 심혈관질환이 발생할 것으로 판별된 경우, 1대1(OvO, One-Vs-One) 다중 클래스 분류기를 이용하여, 향후 발생될 심혈관질환으로서 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중 하나를 선택하여 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하는, 세부 질환 판별부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템.
The method of claim 1, wherein the cardiovascular disease (CVD) prediction unit,
It is composed of the pre-learned first servo vector machine to determine whether cardiovascular disease will occur in the future or not, and if it is determined that cardiovascular disease does not occur, the value indicating that cardiovascular disease does not occur is the cardiovascular disease (CVD) prediction value To output, cardiovascular disease occurrence determination unit;
If it is determined that future cardiovascular disease will occur in the cardiovascular disease occurrence determination unit, coronary heart disease (CHD) is classified as future cardiovascular disease using a one-to-one (OvO, One-Vs-One) multi-class classifier. ), heart failure (heart failure, HF), stroke (stroke) to select one of the cardiovascular disease (CVD) predictive value, a detailed disease determination unit for outputting;
Characterized in that it comprises a cardiovascular disease prediction system.
제2항에 있어서, 세부 질환 판별부는
관상동맥심장병, 심부전 중의 하나를 판별하기 위해 기 학습된 서보트 벡터 머신으로, 관상동맥심장병, 심부전 중의 하나를 선택하여 제2서보트 벡터 머신의 결과로서 출력하는, 제2서보트 벡터 머신;
관상동맥심장병과 뇌졸중(stroke) 중의 하나를 판별하기 위해 기 학습된 서보트 벡터 머신으로, 관상동맥심장병과 뇌졸중 중의 하나를 선택하여 제3서보트 벡터 머신의 결과로서 출력하는, 제3서보트 벡터 머신;
심부전과 뇌졸중 중의 하나를 판별하기 위해 기 학습된 서보트 벡터 머신으로, 심부전과 뇌졸중 중의 하나를 선택하여 제4서보트 벡터 머신의 결과로서 출력하는, 제4서보트 벡터 머신;
을 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템.
The method of claim 2, wherein the detailed disease determination unit
a second servo vector machine configured to select one of coronary heart disease and heart failure as a result of the second servo vector machine;
A third servo vector that is pre-learned to discriminate between coronary heart disease and stroke, and selects one of coronary heart disease and stroke and outputs it as a result of the third servo vector machine. machine;
a fourth servo vector machine configured to select one of heart failure and stroke as a previously learned servo vector machine to discriminate between heart failure and stroke and output the result as a result of the fourth servo vector machine;
Characterized in that it comprises a cardiovascular disease prediction system.
제3항에 있어서, 세부 질환 판별부는
제2서보트 벡터 머신의 결과, 제3서보트 벡터 머신의 결과, 제4서보트 벡터 머신의 결과로 부터, 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중 각각이, 선택된 횟수를 카운트하여 출력하는 투표부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템.
The method of claim 3, wherein the detailed disease discrimination unit
a voting unit which counts and outputs the number of times each of coronary heart disease, heart failure, and stroke is selected from the result of the second servo vector machine, the result of the third servo vector machine, and the result of the fourth servo vector machine;
Characterized in that it further comprises, cardiovascular disease prediction system.
제4항에 있어서,
투표부는 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중 선택된 횟수가 가장 많은 질병에 대한 값이, 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템.
According to claim 4,
A cardiovascular disease prediction system, characterized in that the voting unit outputs values for coronary heart disease, heart failure, and diseases with the highest number of strokes selected as cardiovascular disease (CVD) prediction values.
제5항에 있어서,
제1 서보트 벡터 머신의 입력벡터는, 플래튼 계층(flatten layer)의 15번째노드의 결과의 평균, STTc 세그먼트의 평균, BMI 지수, 수축기 혈압, AHI 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 11번째노드의 결과의 표준편차, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 평균, 요통기능 장애지수(ODI), 흡연정도, 플래튼 계층(flatten layer)의 12번째노드의 결과의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 1번째노드의 결과의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 7번째노드의 결과의 표준편차, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 표준편차, STTc 세그먼트의 표준편차, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 3번째노드의 결과의 평균 중 11개의 심전도 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템.
According to claim 5,
The input vector of the first servo vector machine is the average of the result of the 15th node of the flatten layer, the average of the STTc segments, the BMI index, the systolic blood pressure, the AHI index, and the 11 of the flatten layer. The standard deviation of the result of the th node, the average of the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), the low back pain dysfunction index (ODI), the degree of smoking, and the result of the 12th node of the flatten layer Average, average of the results of the 1st node of the flatten layer, standard deviation of the results of the 7th node of the flatten layer, and the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio) Cardiovascular disease prediction, characterized by including 11 electrocardiogram features among the standard deviation, standard deviation of the STTc segment, average of low frequency band intensity (P LF ), and average of the results of the 3rd node of the flatten layer system.
제5항에 있어서,
제2서보트 벡터 머신의 입력벡터는, 플래튼 계층(flatten layer)의 4번째노드의 결과의 평균, HDL 콜레스테롤 지수, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 10번째노드의 결과의 평균, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 표준편차, 플래튼 계층(flatten layer)의 12번째노드의 결과의 표준편차, AHI 지수 중 6개의 심전도 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템.
According to claim 5,
The input vector of the second servo vector machine is the average of the results of the 4th node of the flatten layer, the HDL cholesterol index, the average of the low frequency band strength (P LF ), and the 10 of the flatten layer. The average of the result of the th node, the standard deviation of the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), the standard deviation of the result of the 12th node of the flatten layer, and the 6 electrocardiogram characteristics of the AHI index Characterized in that it comprises, cardiovascular disease prediction system.
제5항에 있어서,
제3서보트 벡터 머신는, 플래튼 계층(flatten layer)의 10번째노드의 결과의 평균, STTc 세그먼트의 평균, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 평균, 확장기 혈압, HDL 콜레스테롤 지수, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, BMI 지수 중 3개를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템.
According to claim 5,
The third servo vector machine is the average of the results of the 10th node of the flatten layer, the average of the STTc segments, the average of the low frequency to high frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), diastolic blood pressure, HDL cholesterol Characterized in that it comprises three of the index, the average of the low frequency band intensity (P LF ), and the BMI index, cardiovascular disease prediction system.
제6항에 있어서,
제4서보트 벡터 머신의 입력벡터는, HDL 콜레스테롤 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 3번째노드의 결과의 평균, 저주파수 대역 강도(PLF)의 표준편차, 콜레스테롤 지수, AHI 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 2번째노드의 결과의 평균, 수축기 혈압, 고주파수 대역 강도(PHF)의 표준편차, 플래튼 계층(flatten layer)의 4번째노드의 결과의 평균, 흡연정도, 플래튼 계층(flatten layer)의 6번째노드의 결과의 표준편차 중 7개를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템.
According to claim 6,
The input vectors of the fourth servo vector machine are the HDL cholesterol index, the average of the results of the third node of the flatten layer, the standard deviation of the low frequency band intensity (P LF ), the cholesterol index, the AHI index, and the platen Average of the results of the 2nd node of the flatten layer, standard deviation of systolic blood pressure, high frequency band intensity (P HF ), average of the results of the 4th node of the flatten layer, smoking degree, platen layer Characterized in that it includes 7 of the standard deviations of the results of the 6th node of the (flatten layer), cardiovascular disease prediction system.
수면다원검사시 검출된 심전도 신호 및 심혈관질환 위험인자(CVD risk factor)를 이용하여 심혈관질환의 발생을 예측하는 연산처리부를 포함하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법에 있어서,
연산처리부는, 수면다원검사시 심전도 검출부에 의해 검출된 심전도(ECG) 신호로부터, STTc(ST-segment and T-wave (ST-T) changes) 세그먼트를 포함하는 시간도메인 심전도 파라미터를 검출하고, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)를 포함하는 주파수도메인 심전도 파라미터를 검출하고, 검출된 시간도메인 심전도 파라미터 및 주파수도메인 심전도 파라미터의 평균 및 표준편차를, '신호처리된 심전도 특징'으로서 메모리부에 저장하는, 신호처리된 심전도 특징 추출단계;
연산처리부는, 기 학습된 CNN 기반의 인공지능 모델에, 30초 동안의 심전도 신호를 입력하고, 상기 CNN 기반의 인공지능 모델에서 플래튼 계층(flatten layer)의 각 노드의 결과를의 평균과 표준편차를 구하여, '인공지능 기반의 심전도 특징'으로서 메모리부에 저장하는, 인공지능 기반의 심전도 특징 추출단계;
연산처리부는, 메모리부에 저장된 CVD 위험인자를 읽어들이는, CVD 위험인자 로딩단계;
연산처리부는, 서보트 벡터 머신(SVM)들을 포함하여 이루어진 심혈관질환(CVD) 예측 모델을 이용하되, 심전도 특징 추출단계에서 구하여진 신호처리된 심전도 특징과, 인공지능 기반의 심전도 특징 추출단계에서 구하여진 인공지능 기반의 심전도 특징과, CVD 위험인자 로딩단계에서 읽어들인 CVD 위험인자를 포함하는 심전도 특징을, 심혈관질환 예측 모델에 입력하고, 심혈관질환 예측 모델로부터 출력된 결과를, 향후 심혈관질환이 발생할 지 여부 및, 심혈관질환이 발생한다면 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중 어느 질병이 발생할 지에 대한 심혈관질환 예측결과로서 출력하는, 심혈관질환(CVD) 예측단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법.
A method for driving a cardiovascular disease prediction system, including an arithmetic processing unit for predicting the occurrence of cardiovascular disease using an electrocardiogram signal and a CVD risk factor detected during polysomnography,
The calculation processing unit detects time domain electrocardiogram parameters including ST-segment and T-wave (ST-T) changes (STTc) segments from the electrocardiogram (ECG) signal detected by the electrocardiogram detection unit during polysomnography, and Detect frequency domain electrocardiogram parameters including the frequency-to-high frequency band intensity ratio (PLF/PHF ratio), and store the mean and standard deviation of the detected time domain electrocardiogram parameters and frequency domain electrocardiogram parameters as 'signal processed electrocardiogram features' Storing in, signal-processed electrocardiogram feature extraction step;
The calculation processing unit inputs the electrocardiogram signal for 30 seconds to the pre-learned CNN-based artificial intelligence model, and averages and standardizes the results of each node of the flatten layer in the CNN-based artificial intelligence model. an artificial intelligence-based electrocardiogram feature extraction step of obtaining a deviation and storing it in a memory unit as an 'artificial intelligence-based electrocardiogram feature';
The calculation processing unit may include a CVD risk factor loading step of reading the CVD risk factors stored in the memory unit;
The calculation processing unit uses a cardiovascular disease (CVD) prediction model including servo vector machines (SVMs), but obtains the signal-processed ECG features obtained in the electrocardiogram feature extraction step and the artificial intelligence-based electrocardiogram feature extraction step The true AI-based electrocardiogram features and the electrocardiogram features including the CVD risk factors read in the CVD risk factor loading step are input into the cardiovascular disease prediction model, and the output results from the cardiovascular disease prediction model are used to determine future cardiovascular disease occurrence. Cardiovascular disease (which is output as a cardiovascular disease prediction result for whether or not cardiovascular disease occurs and which disease among coronary heart disease (CHD), heart failure (HF), and stroke will occur if cardiovascular disease occurs) CVD) prediction step;
Characterized in that it comprises a, driving method of the cardiovascular disease prediction system.
제10항에 있어서, 심혈관질환(CVD) 예측단계는,
연산처리부가, 기 학습된 제1 서보트 벡터 머신에, STTc 세그먼트의 평균을 포함하는 심전도 특징을 입력벡터로서 입력하고, 제1 서보트 벡터 머신의 출력값을, 향후 심혈관질환이 발생할 것인지 여부를 판별한 값으로 출력하되, 만약 제1 서보트 벡터 머신의 출력값이 심혈관질환이 발생하지 않는다고 판별하면 심혈관질환이 발생하지 않음을 나타내는 값을 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하는, 심혈관질환 발생 판별단계;
연산처리부가, 심혈관질환 발생 판별부에서 향후 심혈관질환이 발생할 것으로 판별된 경우, 1대1(OvO, One-Vs-One) 다중 클래스 분류기를 이용하여, 향후 발생될 심혈관질환으로서 관상동맥심장병(coronary heart disease, CHD), 심부전(heart failure, HF), 뇌졸중(stroke) 중 하나를 선택하여 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하는, 세부 질환 판별단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법.
The method of claim 10, wherein the cardiovascular disease (CVD) prediction step,
The calculation processing unit inputs electrocardiogram features including the average of the STTc segments as an input vector to the pre-learned first servo vector machine, and uses the output value of the first servo vector machine to determine whether cardiovascular disease will occur in the future. Cardiovascular disease occurrence determination step of outputting a value indicating that cardiovascular disease does not occur as a cardiovascular disease (CVD) predictive value if the output value of the first servo vector machine determines that cardiovascular disease does not occur ;
When the calculation processing unit determines that a cardiovascular disease will occur in the future in the cardiovascular disease occurrence determination unit, coronary heart disease (corona A detailed disease determination step of selecting one of heart disease (CHD), heart failure (HF), and stroke and outputting it as a cardiovascular disease (CVD) predictive value;
Characterized in that it comprises a, driving method of the cardiovascular disease prediction system.
제11항에 있어서, 세부 질환 판별단계는
연산처리부가, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균을 포함하는 심전도 특징을, 기 학습된 제2서보트 벡터 머신에 입력하고, 제2서보트 벡터 머신으로터, 제2서보트 벡터 머신의 결과값으로, 관상동맥심장병, 심부전 중의 하나가 출력되는, 제2서보트 벡터 머신 연산단계;
연산처리부가, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균을 포함하는 심전도 특징을, 기 학습된 제3서보트 벡터 머신에 입력하고, 제3서보트 벡터 머신으로터, 제3서보트 벡터 머신의 결과값으로, 관상동맥심장병과 뇌졸중 중의 하나가 출력되는, 제3서보트 벡터 머신 연산단계;
연산처리부가, 저주파수 대역 강도(PLF)의 표준편차를 포함하는 심전도 특징을, 기 학습된 제4서보트 벡터 머신에 입력하고, 제4서보트 벡터 머신으로터, 제4서보트 벡터 머신의 결과값으로, 심부전과 뇌졸중 중의 하나가 출력되는, 제4서보트 벡터 머신;
을 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법.
The method of claim 11, wherein the detailed disease determination step
The operation processing unit inputs the electrocardiogram characteristics including the average of the low frequency band strengths (P LF ) to the previously learned second servo vector machine, and from the second servo vector machine, the result of the second servo vector machine a second servo vector machine calculation step, outputting one of coronary heart disease and heart failure as a value;
The operation processing unit inputs the electrocardiogram characteristics including the average of the low frequency band intensities (P LF ) to the previously learned third servo vector machine, and from the third servo vector machine, the result of the third servo vector machine a third servo vector machine calculation step, outputting one of coronary heart disease and stroke as a value;
The operation processing unit inputs the electrocardiogram characteristics including the standard deviation of the low frequency band strength (P LF ) to the previously learned fourth servo vector machine, and from the fourth servo vector machine, the fourth servo vector machine a fourth servo vector machine, outputting one of heart failure and stroke as a result value;
Characterized in that it comprises a, driving method of the cardiovascular disease prediction system.
제12항에 있어서, 세부 질환 판별단계는
연산처리부가, 제2서보트 벡터 머신의 결과값, 제3서보트 벡터 머신의 결과값, 제4서보트 벡터 머신의 결과값으로 부터, 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중 각각이, 선택된 횟수를 카운트하여, 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중별로 카운트된 값을 출력하는 투표단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법.
The method of claim 12, wherein the detailed disease determination step
The calculation processing unit counts the number of times each of coronary heart disease, heart failure, and stroke is selected from the result values of the second servo vector machine, the result values of the third servo vector machine, and the result values of the fourth servo vector machine. a voting step of outputting counted values for each type of coronary heart disease, heart failure, and stroke;
Characterized in that it further comprises, the driving method of the cardiovascular disease prediction system.
제13항에 있어서,
투표단계에서 연산처리부는 관상동맥심장병, 심부전, 뇌졸중에, 카운트 값이 가장 많은 질병값을, 심혈관질환(CVD) 예측 값으로 출력하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법.
According to claim 13,
A method of driving a cardiovascular disease prediction system, characterized in that in the voting step, the calculation processing unit outputs, as a cardiovascular disease (CVD) prediction value, a disease value with the highest count value for coronary heart disease, heart failure, and stroke.
제13항에 있어서,
제1 서보트 벡터 머신의 입력벡터는, 플래튼 계층(flatten layer)의 15번째노드의 결과의 평균, STTc 세그먼트의 평균, BMI 지수, 수축기 혈압, AHI 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 11번째노드의 결과의 표준편차, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 평균, 요통기능 장애지수(ODI), 흡연정도, 플래튼 계층(flatten layer)의 12번째노드의 결과의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 1번째노드의 결과의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 7번째노드의 결과의 표준편차, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 표준편차, STTc 세그먼트의 표준편차, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 3번째노드의 결과의 평균 중 11개의 심전도 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법.
According to claim 13,
The input vector of the first servo vector machine is the average of the result of the 15th node of the flatten layer, the average of the STTc segments, the BMI index, the systolic blood pressure, the AHI index, and the 11 of the flatten layer. The standard deviation of the result of the th node, the average of the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), the low back pain dysfunction index (ODI), the degree of smoking, and the result of the 12th node of the flatten layer Average, average of the results of the 1st node of the flatten layer, standard deviation of the results of the 7th node of the flatten layer, and the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio) Cardiovascular disease prediction, characterized by including 11 electrocardiogram features among the standard deviation, standard deviation of the STTc segment, average of low frequency band intensity (P LF ), and average of the results of the 3rd node of the flatten layer How the system works.
제13항에 있어서,
제2서보트 벡터 머신의 입력벡터는, 플래튼 계층(flatten layer)의 4번째노드의 결과의 평균, HDL 콜레스테롤 지수, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, 플래튼 계층(flatten layer)의 10번째노드의 결과의 평균, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 표준편차, 플래튼 계층(flatten layer)의 12번째노드의 결과의 표준편차, AHI 지수 중 6개의 심전도 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법.
According to claim 13,
The input vector of the second servo vector machine is the average of the results of the 4th node of the flatten layer, the HDL cholesterol index, the average of the low frequency band strength (P LF ), and the 10 of the flatten layer. The average of the result of the th node, the standard deviation of the low-frequency to high-frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), the standard deviation of the result of the 12th node of the flatten layer, and the 6 electrocardiogram characteristics of the AHI index Characterized in that it comprises, the driving method of the cardiovascular disease prediction system.
제13항에 있어서,
제3서보트 벡터 머신는, 플래튼 계층(flatten layer)의 10번째노드의 결과의 평균, STTc 세그먼트의 평균, 저주파수대 고주파수 대역 강도비(PLF/PHF ratio)의 평균, 확장기 혈압, HDL 콜레스테롤 지수, 저주파수 대역 강도(PLF)의 평균, BMI 지수 중 3개를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법.
According to claim 13,
The third servo vector machine is the average of the results of the 10th node of the flatten layer, the average of the STTc segments, the average of the low frequency to high frequency band intensity ratio (P LF / P HF ratio), diastolic blood pressure, HDL cholesterol An index, a method for driving a cardiovascular disease prediction system, characterized in that it includes three of the average of the low frequency band intensity (P LF ) and the BMI index.
제13항에 있어서,
제4서보트 벡터 머신의 입력벡터는, HDL 콜레스테롤 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 3번째노드의 결과의 평균, 저주파수 대역 강도(PLF)의 표준편차, 콜레스테롤 지수, AHI 지수, 플래튼 계층(flatten layer)의 2번째노드의 결과의 평균, 수축기 혈압, 고주파수 대역 강도(PHF)의 표준편차, 플래튼 계층(flatten layer)의 4번째노드의 결과의 평균, 흡연정도, 플래튼 계층(flatten layer)의 6번째노드의 결과의 표준편차 중 7개를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심혈관질환 예측시스템의 구동방법.
According to claim 13,
The input vectors of the fourth servo vector machine are the HDL cholesterol index, the average of the results of the third node of the flatten layer, the standard deviation of the low frequency band intensity (P LF ), the cholesterol index, the AHI index, and the platen Average of the results of the 2nd node of the flatten layer, standard deviation of systolic blood pressure, high frequency band intensity (P HF ), average of the results of the 4th node of the flatten layer, smoking degree, platen layer Characterized in that it includes 7 of the standard deviations of the result of the 6th node of the (flatten layer), a method of driving a cardiovascular disease prediction system.
제10항 내지 제18힝 중 어느 한 항의 심혈관질환 예측시스템의 구동방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장하는 기록매체.A recording medium storing a computer program source for a driving method of the cardiovascular disease prediction system according to any one of claims 10 to 18.
KR1020200188701A 2020-12-31 2020-12-31 Cardiovascular disease prediction system using A.I.-based cardiovascular disease prediction model for patients with SDB KR102559333B1 (en)

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