KR100400212B1 - Electrocardiogram apparatus having arrhythmia detecting function - Google Patents

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KR100400212B1 KR1019970002957A KR19970002957A KR100400212B1 KR 100400212 B1 KR100400212 B1 KR 100400212B1 KR 1019970002957 A KR1019970002957 A KR 1019970002957A KR 19970002957 A KR19970002957 A KR 19970002957A KR 100400212 B1 KR100400212 B1 KR 100400212B1
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    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7225Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation

Abstract

PURPOSE: An electrocardiogram apparatus having anarrhythmia detecting function is provided to improve the simplicity of a disease diagnosis related to a heart by generating an alarm when an electrocardiogram signal having an abnormal waveform is detected. CONSTITUTION: An analog/digital converter(100) converts an analog electrocardiogram signal into a digital electrocardiogram signal. A digital signal processor(110) eliminates noise from the digital electrocardiogram signal converted by the analog/digital converter(100). A linear prediction filter(120) inputs the digital electrocardiogram signal without the noise to predict a present inputted signal by a previous inputted signal and generates an error signal between the predicted value and the present inputted signal. A signal analyzer(130) detects an arrhythmia signal by the digital electrocardiogram signal without the noise and the error signal generated in the linear prediction filter(120) and generates information required for the diagnosis.

Description

부정맥검출기능을 가진 심전도장치ECG device with arrhythmia detection

본 발명은 신체의 표면에서 전극을 사용하여 심전도 신호를 검출하고 이를 증폭 및 디지털 변환하여 컴퓨터 등으로 처리하는 심전도장치에 관한 것으로서, 특히, 안정적인 심전도 파형의 진행 중에 이상 파형(부정맥, arrythmia)의 심전도 신호가 검출 되었을 때 이를 실시간으로 발견하여 경고를 발생하는 심전도장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrocardiogram device which detects an electrocardiogram signal using an electrode on a surface of a body, and amplifies and digitally converts the signal to a computer. The electrocardiogram of an abnormal waveform (arrhythmia, arrythmia) during the progress of a stable electrocardiogram waveform is particularly preferred. The present invention relates to an electrocardiogram device that detects and detects a signal in real time when a signal is detected.

일반적인 심전도 장치에 있어서, 심전도 신호는 일정한 주기로 샘플링되어 디지털 변환되고, 신호처리장치에 입력된다. 상기 신호처리장치에 입력된 심전도 신호는 적당한 디지털 처리를 거쳐 보정된 후, 기록장치에 기록되거나 심장의 상태를 진단하기 위하여 진단 프로그램에 의해 사용된다. 한편, 심장의 질병에 따라 어떤 경우에는 정상 파형의 신호가 진행되다가 불규칙적이고 간헐적으로 이상 파형이 나타나는 경우가 있는데, 이때 발생하는 심전도 신호는 진단시 꼭 필요한 신호이며, 또한 심장에 내재하는 위험성을 알려준다. 예를 들면, 심실조기수축(PVC), 심방조기수축(PAC), 결정성조기수축(PNC) 등이 대표적인 경우인데, 이러한 질병을 진단하기 위해서는 정상적으로 상당시간 진행하는 도중에 발생하는 미세한 파형의 변화를 감지해야 한다. 그런데, 진단을 내리는 사람이 장시간 주의를 기울이며 심전도 신호를 감시하는 데에는 어려움이 있고, 또한 장시간의 감시 도중 미세한 변화를 찾아내는 것은 더욱 어려운 일이다. 따라서, 이상 파형이 발생하면 이를 자동으로 인식하여 경고를 내려주는 자동진단 장치가 필요하게 된다.In a general electrocardiogram device, an electrocardiogram signal is sampled at a predetermined period, digitally converted, and input to a signal processing device. The ECG signal input to the signal processing apparatus is corrected through appropriate digital processing, and then recorded in the recording apparatus or used by a diagnostic program to diagnose the condition of the heart. On the other hand, depending on the disease of the heart, in some cases the normal waveform signal progresses, irregular and intermittent abnormal waveforms may occur. The ECG signal generated at this time is an essential signal for diagnosis, and also informs the risk inherent in the heart. . For example, ventricular diastolic (PVC), atrial diastolic (PAC), and crystalline early contractile (PNC) are typical cases, and in order to diagnose such a disease, it is possible to detect a change in minute waveforms that occur during a normal time course. Should be. However, it is difficult for the person who makes the diagnosis to monitor the ECG signal for a long time with attention, and it is more difficult to find the minute change during the long time monitoring. Therefore, when an abnormal waveform occurs, an automatic diagnosis device for automatically recognizing and giving a warning is required.

상기한 바와 같이 간헐적으로 나타나는 이상 신호를 검출하고, 경보 또는 진단하기 위해서 사용되는 종래의 방법은 이상 파형이 나타날 것이라고 예상되는 시간동안 얻은 방대한 양의 데이터를 저장하여 컴퓨터 등에 의해 처리하는 것이다. 따라서, 종래의 방법은 진단 시간이 오래 걸리고, 이상 신호가 발생하고 소정의 시간이 경과한 후에 그 결과를 알 수 있으며, 진단시스템이 복잡해지는 단점이 있다. 또한, 즉각적인 조치가 필요한 환자감시장치 등에는 상기 방식을 사용할 수 없다.As described above, a conventional method used for detecting, alarming or diagnosing an abnormal signal appearing intermittently is to store a large amount of data obtained during a time when an abnormal waveform is expected to be processed and processed by a computer or the like. Therefore, the conventional method takes a long time to diagnose, the result is known after the occurrence of the abnormal signal and a predetermined time has elapsed, there is a disadvantage that the diagnostic system is complicated. In addition, the above method cannot be used for a patient monitoring device or the like requiring immediate action.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 안정적인 심전도 파형의 진행 중에 이상 파형의 심전도 신호가 검출 되었을 때 이를 실시간으로 발견하여 소정의 경보를 생성함으로써 심장에 관련된 질병의 진단을 용이하게 하여 주는 부정맥 검출 기능을 가지는 심전도 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above problems, and when the ECG signal of the abnormal waveform is detected during the progress of the stable ECG waveform, it is detected in real time to generate a predetermined alarm to facilitate diagnosis of diseases related to the heart. It is an object of the present invention to provide an electrocardiogram device having an arrhythmia detection function.

도 1은 본 발명에 의한 부정맥검출기능을 가진 심전도장치의 구성을 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram showing the configuration of an electrocardiogram device having an arrhythmia detection function according to the present invention.

도 2는 본 발명에서 사용되는 선형예측필터의 구조를 도시한 것이다.Figure 2 shows the structure of the linear prediction filter used in the present invention.

도 3a는 본 발명에 의한 심전도장치에서의 실험결과의 일예1(PAC, PNC 신호의 삽입시)이다.Figure 3a is an example 1 of the experimental results in the electrocardiogram device according to the present invention (when the PAC, PNC signal is inserted).

도 3b는 본 발명에 의한 심전도장치에서의 실험결과의 일예2(PVC 신호의 삽입시)이다.Figure 3b is an example 2 (at the time of insertion of the PVC signal) of the experimental results in the ECG device according to the present invention.

도 3c는 본 발명에 의한 심전도장치에서의 실험결과의 일예3(심박 주기가 변화했을 때)이다.3C is an example 3 (when the heart rate cycle is changed) of the experimental results in the ECG device according to the present invention.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 체표면에서 감지된 아날로그 심전도 신호를 분석하여 진단에 필요한 정보를 추출하는 본 발명에 의한 심전도장치는 상기 아날로그 심전도 신호를 디지털 심전도 신호로 변환하는 아날로그/디지털변환부; 상기 아날로그/디지털변환부에 의해 변환된 디지털 심전도 신호에서 잡음을 제거하는 디지털신호처리부; 상기 디지털신호처리부에 의해 잡음이 제거된 디지털 심전도 신호를 입력하여, 과거에 입력된 신호에 의해 현재 입력된 신호를 예측하고, 상기 예측된 값과 현재 입력된 신호와의 오차 신호를 생성하는 선형예측필터; 및 상기 디지털신호처리부에 의해 잡음이 제거된 디지털 심전도 신호 및 상기 선형예측필터에서 생성된 오차 신호에 의해 부정맥신호를 검출하고, 진단에 필요한 정보를 생성하는 신호분석부를 포함함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the electrocardiogram device according to the present invention for extracting the information necessary for diagnosis by analyzing the analog electrocardiogram signal sensed on the body surface comprises an analog / digital conversion unit for converting the analog electrocardiogram signal into a digital electrocardiogram signal; A digital signal processor for removing noise from the digital electrocardiogram signal converted by the analog / digital converter; A linear prediction for inputting a digital electrocardiogram signal from which the noise is removed by the digital signal processor, predicting a signal currently input by a signal input in the past, and generating an error signal between the predicted value and the currently input signal filter; And a signal analyzer configured to detect an arrhythmia signal by the digital electrocardiogram signal from which the noise is generated by the digital signal processor and the error signal generated by the linear prediction filter, and generate information for diagnosis.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 부정맥검출기능을 가진 심전도장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 1에 의하면, 본 발명에 의한 부정맥검출기능을 가진 심전도장치는 아날로그/디지털변환부(100), 디지털신호처리부(110), 선형예측필터(120) 및 신호분석부(130)을 포함하여 구성된다.1 is a block diagram showing the configuration of an electrocardiogram device having an arrhythmia detection function according to the present invention. 1, an electrocardiogram device having an arrhythmia detection function according to the present invention includes an analog / digital converter 100, a digital signal processor 110, a linear predictive filter 120, and a signal analyzer 130. do.

상기 아날로그/디지털변환부(100)는 아날로그 심전도 신호를 디지털 컴퓨터 등 디지털 정보 처리기에서 용이하게 처리할 수 있도록 디지털 심전도 신호로 변환하여 주는 역할을 한다.The analog / digital converter 100 converts an analog electrocardiogram signal into a digital electrocardiogram signal for easy processing by a digital information processor such as a digital computer.

상기 디지털신호처리부(110)는 상기 아날로그/디지털변환부(100)에 의해 변환된 디지털 심전도 신호에서 잡음을 제거하는 등의 실시간 신호처리과정을 수행한다.The digital signal processor 110 performs a real time signal processing such as removing noise from the digital electrocardiogram signal converted by the analog / digital converter 100.

상기 선형예측필터(120)는 상기 디지털신호처리부(110)에 의해 잡음이 제거된 디지털 심전도 신호를 입력하여, 과거에 입력된 신호에 의해 현재 입력된 신호를 예측하고, 상기 예측된 값과 현재 입력된 신호와의 오차 신호를 생성하는 것으로서, 본 발명의 핵심적인 구성요소이다.The linear predictive filter 120 inputs a digital electrocardiogram signal from which noise is removed by the digital signal processor 110 to predict a signal currently input by a signal input in the past, and the predicted value and the current input. It is a key component of the present invention to generate an error signal from the signal.

상기 신호분석부(130)는 상기 디지털신호처리부(110)에 의해 잡음이 제거된 디지털 심전도 신호 및 상기 선형예측필터(120)에서 생성된 오차 신호에 의해 진단에 필요한 정보를 생성한다. 상기 신호분석부(130)는 일종의 디지털정보처리기로서 상기 입력된 디지털 신호 및 상기 오차 신호를 소정의 시간동안 메모리에 저장하여 진단 프로그램을 수행하거나, 신호의 파형을 프린터 또는 사용자의 화면으로 출력하는 등의 작업을 수행한다. 또한, 본 발명에 의한 상기 오차 신호를 처리하기 위하여, 상기 신호분석부(130)는 상기 선형예측필터(120)에서 출력되는 오차 신호에서 소정의 문턱값을 넘는 오차 신호를 검출하여 이상 파형 발생 신호를 생성하는 이상파형검출부(132) 및 상기 이상파형검출부(132)에서 생성된 이상 파형 발생 신호에 의해 경보를 발생하는 경보생성부(134)를 부가 구비할 수 있다.The signal analyzer 130 generates information necessary for diagnosis by the digital electrocardiogram signal from which the digital signal processor 110 removes the noise and the error signal generated by the linear predictive filter 120. The signal analysis unit 130 is a kind of digital information processor that stores the input digital signal and the error signal in a memory for a predetermined time to perform a diagnostic program, or outputs a signal waveform to a printer or a user's screen. Do the work of. In addition, in order to process the error signal according to the present invention, the signal analyzer 130 detects an error signal exceeding a predetermined threshold value from the error signal output from the linear predictive filter 120 to generate an abnormal waveform generation signal. An abnormal waveform detection unit 132 for generating a and an alarm generation unit 134 for generating an alarm by the abnormal waveform generation signal generated by the abnormal waveform detection unit 132 may be provided.

일반적으로 심전도 신호는 주기적이며 일정한 패턴을 가지므로 스테이셔너리 프로세스(stationary process)라고 할 수 있다. 따라서 신호의 특성을 추정(estimation)할 수 있고, 이를 몇 개의 패러미터(parameter)로 표현할 수 있다.In general, the ECG signal is a stationary process because it has a periodic and constant pattern. Therefore, the characteristics of the signal can be estimated and expressed as several parameters.

디지털 신호처리의 영역에서 많이 사용되는 추정방법으로 선형예측필터를 사용하는 방법이 있다. 도 2는 본 발명에서 사용되는 선형예측필터의 구조를 도시한 것이다. 여기에서 입력은 심전도 신호이고, 출력은 다음에 입력될 신호를 예측한 것과 실제 입력된 신호와의 오차(error)이다. 입력되는 신호의 특성이 유한개의 주파수 성분으로 구성되어 있으며 주기적일 때, 도 1의 선형예측필터 구조에 의해 정확한 해법(solution)을 구할 수 있으며, 이 경우 오차 신호는 0이 된다. 이때, 선형예측필터는 입력 신호와 같은 신호를 만들어내는 필터(IIR filter)로서, 그 계수들은 입력신호의 특성을 나타내게 된다. 즉, 선형예측 필터의 전달 함수를 H(z)라고 할 때, 그 임펄스 응답이 입력신호의 파형이 되며, 따라서

Figure kpo00001
를 계산하면 입력신호의 주파수 특성을 알 수 있다.A linear prediction filter is used as an estimation method widely used in the area of digital signal processing. Figure 2 shows the structure of the linear prediction filter used in the present invention. Here, the input is an electrocardiogram signal, and the output is an error between the prediction of the next signal to be input and the actual input signal. When the characteristic of the input signal is composed of a finite frequency component and is periodic, an accurate solution can be obtained by the linear predictive filter structure of FIG. 1, in which case the error signal is zero. In this case, the linear prediction filter is a filter (IIR filter) for generating the same signal as the input signal, and the coefficients represent the characteristics of the input signal. That is, when the transfer function of the linear prediction filter is called H (z), the impulse response becomes the waveform of the input signal.
Figure kpo00001
Calculate the frequency characteristic of the input signal.

그런데, 실제의 입력신호는 상기의 조건을 만족하지 못한다. 따라서, 오차 신호가 0이 되지 못하며, 보통 최소자승오차(minimum mean square error, MMSE)를 가지게 하는 최적의 상태에서 계수를 조정한다. 최소자승오차의 해(solution)는 입력 프로세스가 스테이션너리일 때 존재하며, 그 해를 구하는 방법은 위너(wiener) 등에 의해 제안되었다. 그러나, 그 방법은 계산 과정이 복잡하여 실시간 처리가 어렵다. 또한, 실제 신호의 일반적인 특성인 부분적 스테이션너리(partial stationary)인 신호를 처리하기 위해서는 적용되지 않는다.However, the actual input signal does not satisfy the above condition. Therefore, the error signal is not zero, and the coefficient is adjusted in an optimal state that usually has a minimum mean square error (MMSE). A solution of least squares error exists when the input process is stationary, and a method for solving the solution has been proposed by Wiener et al. However, the method has a complicated calculation process, making it difficult to process in real time. In addition, it is not applied to process a signal which is a partial stationary which is a general characteristic of an actual signal.

상기한 바와 같이, 심전도 신호도 주기적인 신호로서 스테이션너리 프로세스로 볼 수 있으며, 선형예측필터의 최적해를 구할 수 있고, 이를 이용하여 신호의 특성을 추정(estimation)할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에서 구현하고자 하는바인 이상 파형을 찾아낼 수도 있다. 즉, 연속적으로 지속된 정상 신호에 의해 추정된 신호와 그 특성이 다른 신호가 발생한 경우 오차가 커지게 되므로, 이때는 특이 파형이 나타난 것으로 보고 경보를 내릴 수 있다. 여기에서 상기의 목적을 위해서는, 그 계산과정이 복잡한 최소자승오차법을 이용하는 것보다 입력 신호에 따라 그 특성을 추적해 가면서 해법을 구해가는 적응신호처리 방법이 더 효과적이다. 이에, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 위드로(widrow) 등에 의해 제안된 방법을 사용함으로써, 용이하게 실시간 처리를 할 수 있으며, 부분적 스테이셔너리 특성의 신호도 처리할 수 있도록 한다.As described above, the electrocardiogram signal may also be viewed as a stationary process as a periodic signal, and an optimal solution of the linear predictive filter may be obtained, and the characteristics of the signal may be estimated using this. In addition, it is also possible to find the abnormal waveform to be implemented in the present invention. That is, the error is increased when a signal different from the signal estimated by the continuous signal continuously and its characteristic is increased, and at this time, it can be reported that the singular waveform appears and alert. For this purpose, the adaptive signal processing method is more effective than the complex least-squares error method, which calculates the solution according to the input signal. Thus, in a preferred embodiment of the present invention, by using the method proposed by the widget (widrow) or the like, it is possible to easily process in real time, and also to process the signal of the partial stationary characteristics.

본 발명에서는 적응신호처리를 이용하여 신호의 특성 파악을 위해 선형예측하는 방법으로 구현하였으며, 일 실시예로 보인 적응신호처리의 방법은 최소평균자승(least mean square : 이하에서 LMS라 한다) 알고리듬을 사용한 것이다. 도 2의 선형예측필터는 LMS 알고리듬을 이용한 것이다. LMS 알고리듬의 구체적인 설명은 본 발명의 영역이 아니므로 생략하나, 간략하게 설명하면 다음과 같다.In the present invention, the adaptive signal processing is implemented using a linear prediction method to determine the characteristics of the signal. The adaptive signal processing method shown in the embodiment is a least mean square (LMS) algorithm. I used it. The linear prediction filter of FIG. 2 uses an LMS algorithm. The detailed description of the LMS algorithm is omitted because it is not the scope of the present invention.

계수벡터(W)를 조정하는 수학식은The equation for adjusting the coefficient vector (W) is

Figure kpo00002
Figure kpo00002

이며, 예측된 신호 즉 필터의 출력을 Y(n)라고 할 때When the predicted signal, that is, the output of the filter is called Y (n)

Figure kpo00003
Figure kpo00003

이다. 여기서 μ는 수렴상수 값이며, X(k)는 시간 k에서의 입력 신호이고, N은 필터의 차수이다.to be. Where μ is the convergence constant value, X (k) is the input signal at time k, and N is the order of the filter.

수렴속도와 수렴후의 오차(misadjustment)는 μ에 의해 결정되며, 이 값과 필터의 차수(N)은 심전도 신호의 샘플링 주파수와 검출하고자 하는 이상 파형의 주파수에 따라 적절한 값을 사용해야 한다.The convergence speed and the misadjustment after convergence are determined by μ, and this value and the order (N) of the filter should be used according to the sampling frequency of the ECG signal and the frequency of the abnormal waveform to be detected.

선형예측필터의 입력으로 높은 샘플링 주파수를 사용할 경우, 필터의 차수를 높이지 않으면 저주파의 형태로 나타나는 이상파형의 검출이 어렵게 된다. 반면 선형예측필터의 입력 신호는 낮은 샘플링 주기(sampling rate)를 사용하는 것이 에일리어싱(aliasing)이 발생하더라도 스테이셔너리 특성을 유지할 수 있기 때문에 신호의 추정이 가능하면서 처리시간에 여유가 있고 필터의 차수가 높지않아도 되므로 유리하다. 단, 이때 고주파 성분이 미약하게 변하는 이상 파형은 검출되지 않으므로 검출하고자 하는 이상 파형의 특성을 고려해야 한다.When a high sampling frequency is used as the input of the linear prediction filter, it is difficult to detect an abnormal waveform that appears in the form of low frequency unless the filter order is increased. On the other hand, the input signal of the linear predictive filter can maintain the stationary characteristics even when aliasing occurs when a low sampling rate is used, so that the signal can be estimated, the processing time is free, and the order of the filter Is advantageous because it does not have to be high. However, at this time, since the abnormal waveform in which the high frequency component is weakly changed is not detected, the characteristic of the abnormal waveform to be detected should be considered.

도 3b는 본 발명에 의한 심전도장치에서의 실험결과의 일예2(PVC 신호의 삽입시)이다.Figure 3b is an example 2 (at the time of insertion of the PVC signal) of the experimental results in the ECG device according to the present invention.

도 3c는 본 발명에 의한 심전도장치에서의 실험결과의 일예3(심박 주기가 변화했을 때)이다.3C is an example 3 (when the heart rate cycle is changed) of the experimental results in the ECG device according to the present invention.

도 3a, 도 3b, 도 3c는 본 발명에 의한 심전도장치에서의 실험결과의 일예이다. 도 3a, 도 3b, 도 3c의 상단에 있는 입력 신호는 각각의 부정맥이 입력된 시점을 보이고, 하단은 이 때 발생하는 오차의 변화를 보인 것이다.3A, 3B, and 3C are examples of experimental results in an electrocardiogram device according to the present invention. 3A, 3B, and 3C show an input signal at an upper end of each arrhythmia, and a lower end shows a change in error occurring at this time.

여기에서 사용된 전체 시스템을 도 1의 블럭도에 따라 설명하면 다음과 같다. 도 3a, 도 3b, 도 3c의 상단에 보인 신호는 도 1의 아날로그/디지털변환부(100)의 출력으로 본 실험 예에서는 2KHz의 디지털 심전도 신호이다. 여기에서 보통 12 리드(lead)의 신호가 각각 출력되나 신호의 추정은 그 중 한개의 리드(lead)만 사용한다. 본 실험 예에서는 리드(lead) 1 신호를 사용하였다. 2KHz로 입력되는 심전도 신호를 도 1의 선형예측필터(120)의 입력으로 사용하기 전에 50Hz로 샘플링 주기를 낮추어 상기 선형예측필터(120)의 입력으로 사용한다. 이는 앞에서 설명한 이유로 낮은 샘플링 주파수가 유리하기 때문이다. LMS알고리듬을 사용한 상기 선형예측필터(120)의 차수는 50차로 하였고, 수렴상수 값은 0.000000002로 하였다. 수렴상수 값이 작아서 수렴 속도가 낮았으나, 수렴후 오차가 적고, 이상파형에 의해 오차에 변화가 생긴 후 다시 정상 파형이 나타날 때 오차 값이 빠른 시간내에 다시 복구되는 장점도 있다. 수렴 상수의 값은 시스템의 특성과 상황에 맞추어 조정해야 한다. 사용된 신호는 모두 심전도용 시뮬레이터(simulator)인 다이나테크 네바다(DYNATECH NEVADA) medSim300B의 신호를 증폭 디지털 변환한 것이다. 도 3a는 실험을 위해 정상적인 파형의 진행 중에 심방조기수축(PAC)과 결절성조기수축(PNC)의 파형을 삽입한 결과이다. 도 3b는 심실조기수축(PVC)을 삽입했을 때의 실시예이고, 도 3c는 심장박동수가 변했을 때의 오차 변화를 도시한 것이다.Referring to the entire system used here according to the block diagram of Figure 1 as follows. The signals shown at the top of FIGS. 3A, 3B, and 3C are outputs of the analog / digital converter 100 of FIG. 1 and are 2 KHz digital electrocardiogram signals in this example. Here, signals of 12 leads are normally outputted, respectively, but only one of them is used for estimation of the signal. In this example, the lead 1 signal was used. Before using the ECG signal input at 2 KHz as the input of the linear prediction filter 120 of FIG. 1, the sampling period is lowered to 50 Hz and used as the input of the linear prediction filter 120. This is because a low sampling frequency is advantageous for the reasons described above. The order of the linear prediction filter 120 using the LMS algorithm was set to 50th order, and the convergence constant value was set to 0.000000002. The convergence rate is low due to the small value of the convergence constant, but the error is small after the convergence, and when the error is changed by the abnormal waveform and the normal waveform appears again, the error value is recovered again within a short time. The value of the convergence constant should be adjusted to suit the characteristics and circumstances of the system. The signals used were all amplified and digitally converted from the signals of the DYNATECH NEVADA medSim300B, an electrocardiogram simulator. Figure 3a is a result of inserting the waveforms of atrial diastolic (PAC) and nodular early contraction (PNC) during the progress of the normal waveform for the experiment. Figure 3b is an embodiment when the ventricular diastolic (PVC) is inserted, Figure 3c shows the error change when the heart rate changes.

발생한 오차 신호의 변화를 보면, 정상적인 파형의 진행에 따라 오차가 거의 0에 가깝게 안정화되었을 때 부정맥 신호를 삽입하면, 그 시점에서 오차는 갑자기 커지고, 다시 정상 파형이 진행됨에 따라 0에 가까워지는 것을 볼 수 있다. 이때 오차 신호를 이용하여 이상 파형의 발생 여부를 결정하기도 하고, 또는 오차 신호의 크기 또는 변화 형태에 따라 심전도 신호의 안정도를 정량화할 수도 있다. 예를들어, 심박수가 일정하지 못한 환자의 경우, 오차 값은 0에 수렴하지 못하고 어느정도 범위의 값을 유지할 것이다. 도 1의 이상파형검출부(132)에서 상기 과정을 처리한다. 도 1에서의 선형예측필터(120)는 별도로 존재하지 않고, 디지털신호처리기능을 지닌 상기 신호분석부(130) 또는 상기 디지털신호처리부(110)에서 포함되어 구성될 수 있다.If you look at the change in the error signal, you can see that if the arrhythmia signal is inserted when the error has stabilized to near zero as the normal waveform progresses, the error suddenly increases at that point and then approaches zero as the normal waveform progresses. Can be. In this case, the occurrence of the abnormal waveform may be determined using the error signal, or the stability of the ECG signal may be quantified according to the magnitude or the change shape of the error signal. For example, for patients whose heart rate is not constant, the error value will not converge to zero and will maintain a range of values. The abnormal waveform detection unit 132 of FIG. 1 processes the above process. The linear predictive filter 120 in FIG. 1 does not exist separately, and may be included in the signal analyzer 130 or the digital signal processor 110 having a digital signal processing function.

본 발명에 의하면, 적은 연산량으로 이상 파형의 발생 즉시 검출이 가능하며 오차 신호의 변화 상태 또는 오차값의 크기를 보고 심전도의 안정화 정도를 측정할 수도 있다. 구체적으로, 본 발명은 정상적인 파형이 상당시간 지속되다가 간헐적으로 이상파형이 나타나는 질병의 검출시, 또는 심전도의 주기가 변화하는 것을 감지하고 싶을 때 또는 파형이 일정하지 못하고 변화가 심한 정도를 알고 싶을 때 사용되며, 계산량이 적고, 많은 양의 데이터를 서로 비교하면서 검토할 필요가 없으므로 실시간 처리가 용이하여, 환자감시장치 등에 사용할 경우 이상 파형의 조기 발견으로 위험을 예방하는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to immediately detect the occurrence of the abnormal waveform with a small amount of calculation, and to measure the stabilization degree of the electrocardiogram by looking at the change state of the error signal or the magnitude of the error value. Specifically, the present invention is to detect a disease in which abnormal waveforms occur intermittently while the normal waveform lasts for a long time, or to detect the change in the period of the electrocardiogram or when the waveform is not constant and wants to know the degree of change is severe. It is used in a small amount of calculation and does not need to examine a large amount of data compared to each other, so that it is easy to process in real time, and when used in a patient monitoring device, there is an effect of preventing the risk by early detection of abnormal waveforms.

그러나, 본 발명에서는 이상 파형이 주기적으로 지속될 때, 선형예측필터는 그 신호의 특성에 맞는 상태로 최적값을 갖게 되므로 오차값은 0에 근접하게 되어 질병에 대한 정보를 얻을 수 없다는 문제점도 갖고 있다.However, in the present invention, when the abnormal waveform is periodically maintained, since the linear predictive filter has an optimal value in a state suitable for the characteristics of the signal, the error value is close to 0, and thus there is a problem in that information on the disease cannot be obtained. .

Claims (3)

체표면에서 감지된 아날로그 심전도 신호를 분석하여 진단에 필요한 정보를 추출하는 심전도장치에 있어서,In the electrocardiogram device for extracting the information necessary for diagnosis by analyzing the analog electrocardiogram signal detected on the body surface, 상기 아날로그 심전도 신호를 디지털 심전도 신호로 변환하는 아날로그/디지털변환부;An analog / digital converter converting the analog ECG signal into a digital ECG signal; 상기 아날로그/디지털변환부에 의해 변환된 디지털 심전도 신호에서 잡음을 제거하는 디지털신호처리부;A digital signal processor for removing noise from the digital electrocardiogram signal converted by the analog / digital converter; 상기 디지털신호처리부에 의해 잡음이 제거된 디지털 심전도 신호를 입력하여, 과거에 입력된 신호에 의해 현재 입력된 신호를 예측하고, 상기 예측된 값과 현재 입력된 신호와의 오차 신호를 생성하는 선형예측필터; 및A linear prediction for inputting a digital electrocardiogram signal from which the noise is removed by the digital signal processor, predicting a signal currently input by a signal input in the past, and generating an error signal between the predicted value and the currently input signal filter; And 상기 디지털신호처리부에 의해 잡음이 제거된 디지털 심전도 신호 및 상기 선형예측필터에서 생성된 오차 신호에 의해 부정맥신호를 검출하고, 진단에 필요한 정보를 생성하는 신호분석부를 포함함을 특징으로 하는 부정맥검출기능을 가진 심전도장치.An arrhythmia detection function including a digital electrocardiogram signal from which noise is removed by the digital signal processor and a signal analyzer for detecting arrhythmia signal by the error signal generated by the linear prediction filter and generating information for diagnosis ECG device with a. 제1항에 있어서, 상기 신호분석부는The method of claim 1, wherein the signal analysis unit 상기 선형예측필터에서 출력되는 오차 신호에서 소정의 문턱값을 넘는 오차 신호를 검출하여 이상 파형 발생 신호를 생성하는 이상파형검출부; 및An abnormal waveform detection unit for generating an abnormal waveform generation signal by detecting an error signal exceeding a predetermined threshold value from the error signal output from the linear prediction filter; And 상기 이상파형검출부에서 생성된 이상 파형 발생 신호에 의해 경보를 발생하는 경보생성부를 구비함을 특징으로 하는 부정맥검출기능을 가진 심전도장치.EKG having an arrhythmia detection function characterized in that it comprises an alarm generation unit for generating an alarm by the abnormal waveform generation signal generated by the abnormal waveform detection unit. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선형예측필터는The linear predictive filter of claim 1, wherein the linear predictive filter comprises: 과거에 입력된 신호에 의해 현재 입력된 신호를 예측하는 방법으로 최소평균자승 알고리듬을 사용하는 것을 특징으로 하는 부정맥검출기능을 가진 심전도장치.An electrocardiogram device having an arrhythmia detection function using a least mean square algorithm as a method of predicting a signal currently input by a signal input in the past.
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