KR100675019B1

KR100675019B1 - 기울기 추적파를 이용한 저주파 또는 고주파 신호 분리방법

Info

Publication number: KR100675019B1
Application number: KR1020060009944A
Authority: KR
Inventors: 김정국; 이기영; 박재현; 김민규
Original assignee: 김정국
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-01-29
Also published as: US20070232947A1

Abstract

본 발명은 두 가지 이상의 주파수 성분 신호가 합해진 신호로부터 두 신호를 서로 분리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기울기 추적파를 이용하여 신호 굴곡을 구분하여 저주파 또는 고주파 성분을 분리하는 기술에 관한 것이다.

본 발명은 임의의 신호에 두 개의 기울기 추적파를 적용하여 신호 굴곡을 추적함으로써 심전도 신호의 베이스라인 변동과 같은 저주파 성분을 분리하여 제거하거나 심전도에 쉽게 유입되는 60 ㎐ 간섭파를 용이하게 분리하여 제거하도록 한다. 또한, 본 발명은 임의의 신호와 두 개의 기울기 추적파 사이의 차이를 이용하여 심전도 다이어그램에서 P파와 T파와 같은 특정 파형을 용이하게 검출하도록 한다.

본 발명에 따른 방법은 신호 굴곡을 구분하고, 그 구분된 구간의 형태 특성을 사용하므로 원치 않는 베이스 라인의 변동을 검출하고 분리하여 제거하거나 60 ㎐ 잡음과 같은 외부 간섭파를 검출하고 분리하여 용이하게 제거할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 신호 굴곡을 구분하고, 그 구분된 구간의 형태 특성을 사용하므로 기저선 변동이 있는 경우에서 P파와 T파를 용이하게 검출할 수 있도록 한다.

신호 처리, 심전도, 여과, P파, T파, 기울기 추적파.

Description

기울기 추적파를 이용한 저주파 또는 고주파 신호 분리 방법{METHOD OF EXTRACTING LOW-FREQUENCY OR HIGH-FREQUENCY COMPONENT FROM A SIGNAL WITH SLOPE TRACING WAVES}

도1은 일반적으로 관측되는 심전도 파형의 전형적인 모습을 나타낸 도면.

도2는 본 발명에 따라 임의의 정현파 신호에 대해 그 신호를 추적하는 하강 기울기 추적파를 나타낸 도면.

도3은 기울기 추적파의 p-d 구간이 짧은 경우, 샘플 수 k에 따라 하강 기울기 추적파의 동작이 달라짐을 나타낸 도면.

도4는 기울기 추적파의 p-d 구간이 긴 경우, 샘플 수 k에 따라 하강 기울기 추적파의 동작이 달라짐을 나타낸 도면.

도5는 본 발명에 따라 임의의 정현파 신호와 이를 추적하는 상승 기울기 추적파를 나타낸 도면.

도6은 기울기 추적파의 p-d구간이 짧은 경우, 샘플 수 k에 따라 상승 기울기 추적파의 동작이 달라짐을 설명하는 도면.

도7은 기울기 추적파의 p-d구간이 긴 경우, 샘플 수 k에 따라 상승 기울기 추적파의 동작이 달라짐을 설명하는 도면.

도8은 하강 기울기 추적파를 사용하여 신호의 구간을 결정한 실시예를 나타 낸 도면.

도9는 상승 기울기 추적파를 사용하여 신호의 구간을 결정한 실시예를 나타낸 도면.

도10은 하강 기울기 추적파와 상승 기울기 추적파를 동시에 사용해서 신호의 굴곡 기간을 선택하는 방법을 나타낸 도면.

도11은 하강 기울기 추적파가 d점에 도달했을 때 다음 신호 샘플이 발생하기 전에 하강 기울기 추적파를 최대치 p점으로부터 역방향으로 발생시켜 굴곡의 구간을 결정하는 방법을 나타낸 도면.

도12는 상승 기울기 추적파가 d점에 도달했을 때 다음 신호 샘플이 발생하기 전에 상승 기울기 추적파를 최저치 p점으로부터 역방향으로 발생시켜 굴곡의 구간을 결정하는 방법을 나타낸 도면.

도13은 두 개의 신호가 합쳐진 것으로 낮은 주파수의 정현적 신호에 높은 주파수 성분의 신호가 중첩되어 있는 모습을 나타낸 도면.

도14a는 두 개의 하강 기울기 추적파를 사용하여 신호를 분리하는 알고리즘의 첫 번째 과정을 나타낸 도면.

도14b는 두 개의 하강 기울기 추적파를 사용하여 신호를 분리하는 알고리즘의 두 번째 과정을 나타낸 도면.

도15a는 두 개의 상승 기울기 추적파를 사용하여 신호를 분리하는 알고리즘의 첫 번째 과정을 나타낸 도면.

도15b는 두 개의 상승 기울기 추적파를 사용하여 신호를 분리하는 알고리즘 의 두 번째 과정을 나타낸 도면.

도16a는 두 개의 하강 기울기 추적파와 두개의 상승 기울기 추적파를 사용하여 신호를 분리하는 알고리즘의 첫 번째 과정을 나타낸 도면.

도16b는 두 개의 하강 기울기 추적파와 두개의 상승 기울기 추적파를 사용하여 신호를 분리하는 알고리즘의 두 번째 과정을 나타낸 도면.

도17a 내지 도17c는 원신호로부터 고주파 성분이 제거된 파형을 나타낸 도면.

도18은 도17a의 파형의 끊어진 부분을 보간법 등으로 이어 복원된 저주파 파형을 나타낸 도면.

도19는 분리된 파형을 두개의 다른 정현파의 부분으로 근사화하는 방법을 나타낸 도면.

도20은 분리된 세 점을 사용하여 정현파로 근사화하는 실시예를 나타낸 도면.

도21은 분리된 세 점을 사용하여 정현파로 근사화하는 양호한 실시예를 나타낸 도면.

도22 및 도23은 본 발명에 따른 방법으로 저주파 성분을 심전도 다이어그램에서 제거한 실시예를 나타낸 도면.

도24a는 심전도 원래 신호 s(n)과 a(n)을 나타낸 도면.

도24b는 심전도 그래프에서 D_a_s(n)과 하강 기울기 추적파 d(n)을 나타낸 도면.

도24c는 본 발명에 따른 D_a_s(n)을 보이며, 도면에서 P파와 T파를 강조하기 위하여 전술한 방법으로 결정한 QRS파를 제거한 도면.

도24d는 본 발명에 따라 수학식 13으로 주어진 신호들 차에서 언급한 방법으로 QRS파를 제거한 도면.

도24e는 본 발명에 따라 만들어진 신호를 나타내는 도면.

본 발명은 두 가지 이상의 주파수 성분 신호가 합해진 신호로부터 각각의 신호를 서로 분리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기울기 추적파를 이용하여 신호 굴곡을 구분하여 저주파 성분 또는 고주파 성분을 분리하는 기술에 관한 것이다.

본 발명이 제공하는 저주파 또는 고주파 신호 분리 방법은 그 적용 실시예로서 심전도의 베이스라인 변동을 제거하거나 P파 및 T파를 검출하는데 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 베이스라인 변동 제거 방법은 기울기 추적파를 통해 신호 굴곡을 구분하고 그 구분된 구간의 형태 특성을 사용하여 베이스라인 변동의 형태를 근사화하여 원파형으로부터 근사화한 파형을 감산해 줌에 의해 베이스라인 변동을 용이하게 제거하며, 또한 본 발명에 따른 또 다른 적용 실시예인 심전도 P파 및 T파 검출 방법은 기울기 추적파를 통해 신호 굴곡을 구분하고 그 구분된 구간의 형태 특성과 심전도 파형과의 차이를 사용하므로, 저주파 특성을 갖는 기저선의 변동 이 있는 경우에도 P파와 T파를 용이하게 검출할 수 있다.

심전도(ECG; electrocardiogram)는 심장의 전기적 생리적 특성을 나타내는 중요한 파형(waveform)으로서 그 파형의 굴곡들의 형태 및 위치는 다양한 임상적 의미를 지니고 있다. 특별히 심전도의 P파와 T파는 진폭이 낮고 파형이 불명확하고 시간에 따라 가변하는 경향이 있으므로 종래 방식에 의존하는 경우 그 검출이 용이하지 않다.

도1은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 일반적으로 관측되는 심전도 파형을 나타낸 도면이다. 도1을 참조하면, 심전도 파형은 일반적으로 심방의 탈분극(수축)과 관계되어 나타나는 P파(10), 파형의 저점을 나타내는 Q파(20), 파형의 고점을 나타내는 R파(30), 저점 S파(40), 심실 재분극과 관련된 T파(50)로 구성되며, 특별히 QRS파는 심실의 탈분극(수축)을 나타낸다. 그런데, P파와 QRS파와 T파는 심장의 전기적 생리적 특성을 나타내는 중요한 파형(waveform)으로서 다양한 임상적 의미를 지니고 있어서 의료진은 P파와 QRS파와 T파의 파형을 검출하기를 기대한다.

심전도의 P파와 T파를 검출하는 종래 기술로서, 심전도 파형으로부터 QRS파를 검출하고 이를 제거한 후 대역 필터(band-pass filter)를 거친 신호에 검색구간을 설정하여 찾는 기술이 제안된 바 있으며, 이에 대한 상세한 기술 내용은 헹게벨트(Hengebeld) 및 베멜(Bemmel)이 1976년에 컴퓨터 및 생체의학 저널 (Journal of Computers and Biomedical Research) 제9편 제125페이지 내지 제132페이지에 개시되어 있다.

또 다른 종래 기술로서, 그릿찰리(Gritzali) 등은 1989년 컴퓨터 및 생체 의 학 저널(Journal of Computers and Biomedical Research) 제22편 제83페이지 내지 제91페이지에 다중 채널 신호의 미분 값을 결합 길이 변환을 거친 이후에 알고리즘을 적용하는 기술을 제안한 바 있다.

그런데, 전술한 종래 기술은 계산 과정이 복잡하고 계산량이 과도하게 증가하는 문제점이 있으며, 특별히 심전도의 베이스라인이 변동되었거나 60 ㎐ 간섭파 등의 잡음이 유입된 경우에는 필터 사용이 과다하게 요구하는 등 기술상 및 구현상의 문제점이 있다.

본 발명의 제1 목적은 두 가지 이상의 주파수 성분 신호가 합해진 신호로부터 각 주파수 성분의 신호를 서로 분리하고 원치 않는 신호를 제거하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 심전도 파형 원신호의 형태를 유지하면서도, 필터 사용을 억제하고 P파와 T파를 용이하게 검출할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 두개 이상의 주파수 성분이 중첩되어 있는 원신호를 선정된 간격으로 샘플링한 신호 s(n)에 대해, 각각 서로 다른 값 k₁ 및 k₂ (k₁ < k₂)를 지닌 두개의 하강 기울기 추적파, 즉 제1 하강 기울기 추적파 d₁(n)과 제2 하강 기울기 추적파 d₂(n)을 사용하여 상기 원신호로부터 저주파 성분 신호와 고주파 성분 신호를 서로 분리하는 방법으로서, (a) 상기 신호 s(n)이 제n번째 샘플 포인트에서 최고치(점p)에 도달하면 상기 제2 하강 기울기 추적파 d₁(n)이 함수값을 유지하는 k₂개 만큼의 구간 동안 내에 상기 제1 하강 기울기 추적파 d₁(n)이 신호 s(n)과 만나는지를 확인하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 d₁(n)과 s(n)이 만나는 교차점(점x)이 존재하는 경우, 구간 [n, n + k₂] 즉 점p와 점x 사이의 최대 기울기 변환점 t를 결정하고 이를 구간의 오른쪽 끝으로 결정하는 단계; (c) 상기 단계 (a)에서 d₁(n)과 s(n) 사이에 교차점이 존재하지 않는 경우, 고주파 성분이 없는 것으로 판단하고 상기 제1 하강 기울기 추적파 d₁(n)과 제2 하강 기울기 추적파 d₂(n)은 기울기 추적을 지속하는 단계; (d) 상기 단계 (a)에서 d₁(n)과 s(n) 사이에 교차점(점x)이 존재하는 경우, 제n번째 샘플 포인트(점p)에서 역방향으로 하강 기울기 추적파를 적용하여 신호 s(n)과 만나는 점 x'를 찾고 점x'와 점p 사이에 신호의 최대 기울기 변환점 t'를 결정하여 구간의 왼쪽 끝으로 결정하는 단계; (e) 상기 구간의 오른쪽 끝과 왼쪽 끝으로 결정된 좌우 구간의 파형을 원신호로부터 분리하는 단계; 및 (f) 상기 단계 (e)에서 구간의 오른쪽 끝과 왼쪽 끝을 서로 연결하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 두 개 이상의 주파수 성분이 중첩되어 있는 원신호를 선정된 간격으로 샘플링한 신호 s(n)에 대해 서로 다른 값 k₁ 및 k₂(k₁ < k₂)를 지닌 두개의 상승 기울기 추적파, 즉, 제1 상승 기울기 추적파 a₁(n)과 제2 상승 기울기 추적파 a₂(n)을 사용하여 상기 원신호로부터 저주파 성분 신호와 고주파 성분 신호를 서로 분리하는 방법으로서, (a) 상기 신호 s(n)이 제n번째 샘플 포인트에서 최저치(점p)에 도달하면 상기 제2 상승 기울기 추적파 a₂(n)이 함수값을 유지하는 k₂만큼의 구간 동안 내에 상기 제1 상승 기울기 추적파 a₁(n)이 신호 s(n)과 만나는지를 확인하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 a₁(n)과 s(n) 사이에 만나는 교차점(점x)이 존재하는 경우 구간 [n, n + k₂] 즉 점p와 점x 사이의 최대 기울기 변환점 t를 결정하고 이를 구간의 오른쪽 끝으로 결정하는 단계; (c) 상기 단계 (a)에서 a₁(n)과 s(n) 사이에 교차점이 존재하지 않는 경우 고주파 성분이 없는 것으로 판단하고 상기 제1 상승 기울기 추적파 a₁(n)과 제2 상승 기울기 추적파 a₂(n)은 기울기 추적을 지속하는 단계; (c) 상기 단계 (a)에서 a₁(n)과 s(n) 사이에 교차점(점x)이 존재하는 경우 제n번째 샘플 포인트(점p)에서 역방향으로 상승 기울기 추적파를 적용하여 신호 s(n)과 만나는 점 x'를 찾고, 점x'와 점p 사이에 신호의 최대 기울기 변환점 t'를 결정하여 구간의 왼쪽 끝을 결정하는 단계; (e) 상기 구간의 오른쪽 끝 및 왼쪽 끝으로 결정된 좌우구간의 파형을 원신호로부터 분리하는 단계; 및 (f) 상기 단계 (e)에서 구간의 오른쪽 끝과 왼쪽 끝을 서로 연결하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

본 발명은 신호의 기울기 반전점과 기울기 변화가 큰 기울기 변곡점을 검출하는 기울기 추적파를 발생시켜, 심전도에 유입된 베이스라인 변동 또는 60 ㎐ 잡 음 등을 제거하는 것과, 그 기울기 추적파들 사이의 진폭 차이를 산출함으로써 P파와 T파를 검출하는 것을 특징으로 한다. 또한, 매 샘플링 포인트마다 다시 계산되는 기울기 추적파는 자신보다 낮은 신호 파형을 따라가는 하강 기울기 추적파와 높은 신호 파형을 따라가는 상승 기울기 추적파로 구성된다.

이하에서는, 심전도의 P파 및 T파 검출 적용예를 중심으로 실시예를 설명하지만, 본 발명에 따른 저주파 또는 고주파 성분 분리 기술은 심전도 측정시 환자의 움직임으로 인한 심전도 기저선(base line) 분리 적용례 이외에도 저주파 성분이 섞인 파형에서 그 저주파 성분을 제거하거나 고주파 성분을 제거해야 하는 경우 파형 처리 기술로서 모두 광범위하게 적용될 수 있음을 인식하여야 한다.

본 발명의 상세한 설명에서 언급되는 "기울기 추적파"에 대한 기초 기술은 본 발명의 동일 출원인이 2001년 11월 13일부로 대한민국 특허청에 출원하여 등록받은 대한민국 등록 특허 제399,739호에 상세히 개시되어 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 및 그 배경에 관한 기술은 대한민국 등록 특허 제399,739호를 참조하면 쉽게 이해할 수 있으리라 사료된다.

<용어 설명>

기울기 반전점 : 신호 파형의 기울기가 그 점 전후에서 양(+)에서 음(-)으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 반전하는 점,

기울기 변환점 : 기울기가 급격히 변하는 점을 지칭하며, 기울기가 급격히 변한다는 의미는 신호 파형의 어느 한 점 전후의 기울기가 선정된 비율 X % 이상 변하는 경우를 의미하며, 선정된 비율 X %는 신호의 특성에 따라 다르게 정할 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예로, X %는 50 %로 설정할 수 있다.

기울기 추적파 : 신호 파형의 기울기 반전점과 변환점을 효율적으로 결정하는데 사용되는 파형으로서, 신호 파형의 아래쪽에서 파형을 추적하는 상승 기울기 추적파와 신호 파형의 위쪽에서 신호 파형을 추적해 가는 하강 기울기 추적파가 있다. 일반적으로, 상승 기울기 추적파와 하강 기울기 추적파 두 개를 모두 동시에 신호 파형에 적용하지만 상황에 따라 하나의 기울기 추적파를 사용할 수도 있다.

[n, k] : 구간 n에서 k까지를 의미하는 수학적 표기로 이해하기로 한다.

이하에서는, 우선 본 명세서의 전반부에 본 발명의 기초 기술이 되는 "기울기 추적파에 의한 파형 분할 기술"을 첨부 도면 도2 내지 도12를 참조하여 상세히 설명하고, 이어서 후반부에서는 본원 발명이 제안하는 "기울기 추적파에 의한 저주파 또는 고주파 분리 기술"을 첨부도면 도13 내지 도22를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본원 발명에서 칭하는 소위 "기울기 추적파"는 상승 기울기 추적파(ascending slope tracing wave; 대한민국 등록 특허 제399,739호에서는 "위쪽 기울기 추적파"라 칭하였음; upper slope tracing wave)와 하강 기울기 추적파(descending slope tracing wave, 대한민국 등록 특허 제399,739호에서는 "아래쪽 기울기 추적파"라 칭하였음; lower slope tracing wave) 두 개로 구성되며, 신호의 특정 주파수 성분의 구간을 결정하는데 사용된다.

기울기 추적파는 매 샘플치가 발생할 때마다 신호를 추적하도록 갱신되는데, 현재 샘플치의 진폭과 이전 샘플치에서 갱신된 기울기 추적파의 진폭을 비교하여 결정된다.

<하강 기울기 추적파와 동작 설명>

도2는 임의의 정현파 신호에 대해 그 신호를 추적하는 하강 기울기 추적파를 나타낸 도면이다. 도2에서 기울기 추적파는 진하고 두껍게 나타나 있다. 도2를 참조하면, 임의의 정현파 신호가 도시되어 있으며, 이를 추적하는 하강 기울기 추적파가 도시되어 있다.

하강 기울기 추적파는 현재 발생한 신호 샘플치의 진폭 s[n]과 이전 단계에서의 샘플치에서 갱신된 하강 기울기 추적파의 진폭 d[n-1]을 비교하여 다음과 같이 갱신된다. 만약, 현재 신호 샘플치의 진폭이 이전 샘플치에서 갱신된 추적파의 진폭보다 크거나 같으면, 즉 s[n] ≥ d[n-1]이면, 추적파는 그 샘플치의 진폭으로 갱신되어, d[n]=s[n]이 된다. 이는 도2에 도시한 구간 지점 a와 지점 p 사이에서 발생한다.

이와 달리, 현재 신호 샘플치의 진폭이 이전 샘플치에서 갱신된 추적파의 진폭보다 작으면, 즉 s[n] ＜ d[n-1]이면, 그 샘플치의 신호 상의 위치에 따라 기울기 추적파는 달리 결정된다. 도2에서 신호 샘플치가 최고점 p에 도달한 후 그 다음 번 신호 샘플치가 발생하면 s[n] ＜ d[n-1]이 되고, 이 경우 하강 기울기 추적파는 이전 추적파의 진폭을 유지한다. 즉 d[n] = d[n-1]으로 유지되도록 결정된다. 이 동작은 도2의 p-d 구간으로, 이것은 미리 정해진 k개의 샘플 수 동안 반복된다.여기서, k 값은 사용자에 의해 미리 설정되어질 수 있다.

그 후, 신호의 샘플치가 최고치 p 이후 k 번째 샘플인 점 d'에서 발생하면, 알고리즘은 구간 p-d'사이의 신호 기울기 평균치

를 구한다. 이 평균치

는 인접한 신호 샘플치 간 차이의 합을 그 구간 내의 샘플 수 k로 나눔에 의해 구해진다.

즉,

=[(s[n]-s[n-1])+(s[n-1]-s[n-2])+.............+(s[n-k]-s[n-k-1)]/k 로 구해진다. 그리고 그 다음 신호 구간 d'-e'에서 기울기 추적파는 매 샘플치마다 기울기 평균치의 절대치

만큼 감소된다.

즉,

로 갱신된다. 이 과정은 k개의 샘플치가 발생하는 동안 계속되며 이 때의 기울기 추적파의 형태는 도2의 d-e와 같이 된다.

유사한 과정이 기울기 추적파의 진폭이 신호 진폭보다 낮아지거나 같아지는 샘플치(도2의 x점)가 발생할 때까지 계속된다. 즉, 이전 과정의 k번째 샘플치가 발생한 e'에서, 기울기 평균치

는 구간 d'-e' 사이 신호의 인접한 샘플치 간 차이의 합을 그 구간의 샘플 수 k로 나눔에 의해 다시 계산된다.

이 갱신된 기울기 평균치의 절대치

는 신호구간 e'-f'에서 기울기 추적파로부터 매 샘플치마다 감소되어 기울기 추적파를 e-f와 같이 갱신한다. 즉

로 갱신된다. 이 구간의 k번째 샘플인 f'에서 샘 플치가 발생하면 기울기 평균치

는 다시 계산되고 기울기 추적파는 그 다음 구간에서

를 감한 값으로 매 샘플이 발생할 때마다 갱신된다.

도2의 점 x에서와 같이 기울기 추적파가 감소하다가 신호 샘플치의 진폭보다 낮아지거나 같아지면, 즉 s[n] ≥ d[n-1]이 되면, 기울기 추적파는 위에 설명한 바와 같이 샘플치의 진폭, 즉 d[n] = s[n]으로 갱신된다.

위에 설명한 과정을 통하여 알고리즘은 기울기 추적파가 결정한 a와 p구간을 하나의 굴곡으로 결정하고 또한 p와 x구간을 또 다른 굴곡으로 결정하여 각 구간에 후에 언급할 더욱 세련된 알고리즘을 적용한다.

한편, 도3과 도4는 기울기 추적파의 p-d 구간의 샘플 수 k에 따라 하강 기울기 추적파의 동작이 달라짐을 나타낸 도면이다. 도3을 참조하면, 샘플 수 k를 적게 한 경우, 기울기 추적파는 첫 번째 굴곡의 최대치 p로부터 감소하여 x점에서 신호와 만나게 된다. 그 후, 위에 설명한 바와 같이 우측의 증가하는 신호를 추적해 나간다. 이 경우 인접한 두 개의 굴곡은 두 개의 분리된 굴곡으로 결정된다.

그러나, 도4의 경우 샘플 수 k가 길게 결정되어 p-d 구간 중에 신호의 진폭이 기울기 추적파를 초과하게 된다. 이 경우 기울기 추적파는 x점에서 신호 진폭을 추적하게 되며 두개의 굴곡은 하나의 굴곡으로, 즉 첫 번째 굴곡을 두 번째 굴곡의 일부로 결정한다.

<상승 기울기 추적파와 동작 설명>

도5는 임의의 정현파 신호와 이를 추적하는 상승 기울기 추적파를 나타낸 도 면이다. 도5에서 기울기 추적파는 진하고 두껍게 나타나 있다. 상승 기울기 추적파는 위에서 설명한 하강 기울기 추적파의 반대 경우로, 현재 발생한 신호 샘플치의 진폭 s[n]과 이전 샘플치에서 갱신된 상승 기울기 추적파의 진폭 a[n-1]을 비교하여 다음과 같이 갱신된다.

만약, 현재 신호 샘플치의 진폭이 이전 샘플치에서 갱신된 추적파의 진폭보다 작거나 같으면, 즉 s[n] ≤ a[n-1]이면, 추적파는 그 샘플치의 진폭으로 갱신되어, a[n] = s[n]이 된다. 이것은 도5의 o'-p와 x-g 사이에서와 같이 신호의 진폭이 감소할 때 발생한다.

이와 달리, 현재 신호 샘플치의 진폭이 이전 샘플치에서 갱신된 추적파의 진폭보다 크게 되면, 즉 s[n] ＞ a[n-1]이면, 그 샘플치의 신호 상의 위치에 따라 기울기 추적파는 달리 결정된다. 그림에서 신호 샘플치가 최저점 p에 도달한 후 그 다음 번 샘플치가 발생하면 s[n] ＞ a[n-1]이 되고, 이 경우 상승 기울기 추적파는 이전 추적파의 진폭을 유지한다. 즉, a[n] = a[n-1]로 결정된다. 이 동작은 도5의 p-d 구간으로, 이것은 정해진 k개의 샘플동안 반복된다.

그 후 신호의 샘플치가 최저치 p 이후 k 번째 샘플인 점 d'에서 발생하면, 알고리즘은 구간 p-d'사이 신호의 인접한 샘플치 간 차이의 합을 그 구간 내의 샘플 수 k로 나눔에 의해 기울기 평균치

를 구한다. 즉

=[(s[n]-s[n-1])+(s[n-1]-s[n-2])+...........+(s[n-k]-s[n-k-1])]/k로 구해진다. 그리고, 그 다음 신호 구간 d'-e'에서 기울기 추적파는 매 샘플치마다 기울기 평균치의 절대치

만큼 증가된다.

즉,

로 갱신된다. 이 과정은 k개의 샘플치가 발생하는 동안 계속되며 이 때의 기울기 추적파의 형태는 도5의 d-e와 같이 된다.

유사한 과정이 기울기 추적파의 진폭이 신호 진폭보다 높아지거나 같아지는 샘플치(도5의 x점)가 발생할 때까지 계속된다. 즉 이전 과정의 k번째 샘플치가 발생한 e'에서, 기울기 평균치

가 구간 d'-e'사이 신호의 인접한 샘플치 간 차이의 합을 그 구간의 샘플 수 k로 나눔에 의해 다시 계산된다. 이 갱신된 기울기 평균치의 절대치

는 신호구간 e'-f'에서 기울기 추적파로부터 매 샘플치마다 증가되어 기울기 추적파를 e-f와 같이 갱신한다.

즉,

로 갱신된다. 이 구간의 k번째 샘플인 f'에서 샘플치가 발생하면 기울기 평균치

는 다시 계산되고 기울기 추적파는 그 다음 구간에서 새로운

를 더한 값으로 매 샘플이 발생할 때마다 갱신된다.

도5의 점 x에서와 같이 기울기 추적파가 상승하다가 신호 샘플치의 진폭보다 높아지거나 같아지면, 즉 s[n] ≤ a[n-1]이 되면, 기울기 추적파는 위에 설명한 바 와 같이 샘플치의 진폭, 즉 a[n] = s[n]으로 갱신된다.

위에 설명한 과정을 통하여 알고리즘은 기울기 추적파가 결정한 p와 x구간을 하나의 굴곡으로 결정하고 또한 x와 g구간을 또 다른 굴곡으로 결정하여 후에 언급할 더욱 세련된 알고리즘을 각 구간에 적용한다.

도6 및 도7은 기울기 추적파의 p-d구간의 샘플 수 k에 따라 상승 기울기 추적파의 동작이 달라짐을 설명하는 도면이다. 도6을 참조하면, 샘플 수 k를 짧게 한 경우로 기울기 추적파는 첫 번째 굴곡의 최저치 p로부터 상승하여 x점에서 신호와 만나게 된다. 그 후 위에 설명한 바와 같이 우측의 감소하는 신호를 추적해 나간다. 이 경우 인접한 두개의 굴곡은 두개의 분리된 굴곡으로 결정된다.

그러나, 도7의 경우 샘플 수 k가 길게 결정되어 p-d 구간 중에 신호의 진폭이 기울기 추적파보다 낮아지게 된다. 이 경우 기울기 추적파는 x점에서 신호 진폭을 추적하게 되며 두개의 굴곡은 하나의 굴곡으로, 즉 첫 번째 굴곡을 두 번째 굴곡의 일부로 결정한다. 하강 기울기 추적파와 상승 기울기 추적파 모두에서, 샘플수 k는 p-d 구간과 그 이외의 구간에서 같은 값을 사용하고 있으나 필요에 따라 다른값을 사용할 수도 있다.

이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 전술한 하강 기울기 추적파와 상승 기울기 추적파를 사용하여 신호 굴곡 구간을 결정하는 기술을 설명한다.

<하강 기울기 추적파만을 사용한 신호 굴곡 구간의 선택>

도8은 하강 기울기 추적파를 사용하여 신호의 구간을 결정한 실시예를 나타낸 도면이다. 즉, 신호의 최고치 p와 점 x를 기울기 추적파를 이용하여 결정한 후 , 최저점 v2를 그 구간 내의 최저점으로 선택하거나 또는 기울기 변화가 최대가 되는 점으로 선택하여 구간 ℓ2를 결정한다. 또한, 구간 ℓ1도 유사한 방법으로 v1을 찾고 그 점으로부터 최고치 p까지를 선택하였을 것이다. 여기서 최고치 p점은 그 점으로부터 k 번째 샘플치가 발생한 점 d에서 최고치로 인정되고, 점 x는 하강 기울기 추적파가 신호의 진폭보다 낮아지는 점으로 결정된다. 이 같이 결정된 구간 ℓ1과 ℓ2의 신호는 각각 그 형태의 특징을 분석함에 의해 해석될 수 있다. 또한, 필요한 경우 구간 ℓ1과 ℓ2를 하나의 구간으로 설정하여 그 구간의 신호 형태의 특징을 분석할 수도 있다.

<상승 기울기 추적파만을 사용한 신호 굴곡 구간의 선택>

도9는 상승 기울기 추적파를 사용하여 신호의 구간을 결정한 실시예를 나타낸 도면이다. 즉, 신호의 최저치 p와 점 x를 기울기 추적파를 이용하여 결정한 후 최고치인 점 v를 그 구간 내의 최고점으로 선택하거나 또는 기울기가 최대로 변하는 점으로 선택하여 구간 ℓ1을 결정한다. 또한, 구간 ℓ2도 유사한 방법으로 g를 찾고 그 점으로부터 최고치 v까지를 선택한다. 여기서 최저치 p점은 그 점으로부터 k번째 샘플치가 발생한 점 d에서 최저치로 인정되고, 점 x는 하강 기울기 추적파가 신호의 진폭보다 높아지는 점으로 결정된다. 이 같이 결정된 구간 ℓ1과 ℓ2의 신호는 각각 그 형태의 특징을 분석함에 의해 해석될 수 있다. 또한 필요한 경우 구간 ℓ1과 ℓ2를 하나의 구간으로 설정하여 그 구간의 신호 형태의 특징을 분석할 수도 있다.

<상승 기울기 추적파와 하강 기울기 추적파를 모두 사용한 방법>

또한, 도8 및 도9에 보인 경우와 달리, 본 발명의 또 다른 실시예로서 상승 기울기 추적파와 하강 기울기 추적파를 신호에 동시에 적용하여 구간 ℓ1과 ℓ2를 결정할 수도 있다. 이것은 도10에 나타나 있다.

도10은 하강 기울기 추적파와 상승 기울기 추적파를 동시에 사용해서 신호의 굴곡 구간을 선택하는 방법을 나타낸 도면이다. 위에서와 마찬가지로 구간 ℓ1과 ℓ2는 각각 따로 해석될 수 있거나 그 두 구간을 하나의 구간으로 고려하여 해석할 수 있다.

<순방향 및 역방향 기울기 추적파에 의한 신호 굴곡 구간의 선택>

도8에 하강 기울기 추적파에 의한 신호의 굴곡 구간을 결정하는 방법을 보였다. 도11은 하강 기울기 추적파가 d점에 도달했을 때 다음 신호 샘플이 발생하기 전에 하강 기울기 추적파를 최대치 p점으로부터 역방향으로 발생시켜 굴곡의 구간을 결정하는 방법을 나타낸 도면이다. 도11에서 신호의 최대치인 p점 이후 k번째 샘플이 발생하면 기울기 추적파는 먼저 점 d로 갱신된다. 그리고, 알고리즘은 평균 기울기

를 계산한다.

그 후 다음 신호 샘플이 발생하기 전에 알고리즘은 도11에 보인 바와 같이 최대치 p로부터 역방향으로부터 하강 기울기 추적파를 적용하여 기울기 추적파가 신호의 샘플치보다 낮아지는 점 x'을 결정한다. 그리고 점x'로부터 최대치인 점 p 사이의 최저값이나 기울기 변화가 최대인 점 v1을 선택하여 굴곡 구간의 좌측을 결정한다.

이 경우 충분한 수의 이미 발생한 샘플치는 메모리에 발생 순서대로 저장되어 있는 것으로 가정하였다. 그리고 점 d 이후의 샘플이 발생하면 하강 기울기 추적파를 순방향으로 적용하여 x점을 구하고 v2를 굴곡 구간의 우측으로 결정한다. 이렇게 하여 굴곡의 구간 ℓ1을 결정한다.

위에 설명한 하강 기울기 추적파의 순방향 및 역방향 적용에 의한 신호 구간 결정 방법은 상승 기울기 추적파에도 도12에 보인 바와 같이 적용될 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따라 기울기 추적파에 의한 저주파 또는 고주파 신호 분리 방법을 첨부 도면 도13 내지 도22를 참조하여 상세히 설명한다. 즉, 전술한 기울기 추적파와 신호 굴곡 구간을 결정하는 방법을 사용하여 주파수가 뚜렷이 구별되는 두 신호가 합해진 신호로부터 그 두 신호를 분리하는 방법에 대하여 설명한다.

도13은 두 개의 신호가 합쳐진 것으로 낮은 주파수의 정현적인 신호에 높은 주파수 성분의 신호가 중첩되어 있는 모습을 나타낸 도면이다. 그림의 상단의 신호에 위에서 언급한 방법을 사용하여 밑에 보인 두 개의 신호 성분으로 분리하는 방법에 대해 설명한다.

도14a는 두 개의 하강 기울기 추적파를 사용하여 신호를 분리하는 알고리즘의 첫 번째 과정을 나타낸 도면이다. 알고리즘은 p-d간의 샘플치의 개수가 서로 다른 두 개의 하강 기울기 추적파를 동시에 사용한다. 두 개의 하강 기울기 추적파는 점 a에서 점 p까지 신호를 추적하며 갱신된다.

점 p에 도달한 후 두 개의 기울기 추적파는 그림에 보인 바와 같이 하나는 긴 p-d 구간을 유지하고 다른 하나는 짧은 p-d 구간을 유지한 후 하강하며 신호를 추적하다가 점 x를 만난다. 긴 유지시간의 마지막 샘플치가 발생하면 기울기 추적파는 이전 기울기로 갱신(점 d)된다. 그 후 알고리즘은 다음 신호 샘플치가 발생하기 전에 다음의 과정을 거친다.

먼저 짧은 유지시간을 갖는 기울기 추적파가 구간 p-d 내에서 신호와 만났는지 확인한다. 만약, 그 구간 내에서 신호와 만나지 않았다면 알고리즘은 두 개의 기울기 추적파가 신호를 계속 추적하도록 한다. 그러나, 도14a에 보인 바와 같이 p-d 구간 내에서 짧은 유지시간을 갖는 기울기 추적파가 신호와 점x에서 만난다면, 알고리즘은 점 x와 p 사이의 최대 기울기 변환점 t를 결정하고 구간의 오른쪽 끝으로 결정한다.

또한, 도14b에 도시한 바와 같이, 점 p에서부터 역방향으로 하강 기울기 추적파를 적용하여 기울기 추적파가 신호와 만나는 점 x'을 찾고 x'와 p 사이의 신호의 최대 기울기 변환점 t'을 결정하여 구간의 왼쪽 끝으로 결정한다. 이어서, 결정된 좌우 구간을 원 신호로부터 도17a와 같이 제거한다.

도15a는 두 개의 상승 기울기 추적파를 사용하여 신호를 분리하는 알고리즘의 첫 번째 과정을 나타낸 도면이다. 알고리즘은 p-d간의 샘플치의 개수가 서로 다른 두 개의 상승 기울기 추적파를 동시에 사용한다. 두 개의 상승 기울기 추적파는 점 a에서 점 p까지 신호를 추적하며 갱신된다.

점 p에 도달한 후 두 개의 기울기 추적파는 그림에 보인 바와 같이 하나는 긴 p-d 구간을 유지하고, 다른 하나는 짧은 p-d 구간을 유지한 후 상승하며 신호를 추적하다가 점 x를 만난다. 긴 유지시간의 마지막 샘플치가 발생하면 기울기 추적파는 이전 기울기로 갱신(점 d)된다. 그 후 알고리즘은 다음 신호 샘플치가 발생하기 전에 다음의 과정을 거친다.

먼저 짧은 유지시간을 갖는 기울기 추적파가 구간 p-d 내에서 신호와 만났는지 확인한다. 만약, 그 구간 내에서 신호와 만나지 않았다면 알고리즘은 두 개의 기울기 추적파가 신호를 계속 추적하도록 한다. 그러나 도15a에 보인 바와 같이 p-d 구간 내에서 짧은 유지시간을 갖는 기울기 추적파가 신호와 점x에서 만난다면, 알고리즘은 점 x와 p 사이의 최대 기울기 변환점 t를 결정하고 구간의 오른쪽 끝으로 결정한다.

또한, 도15b에 도시한 바와 같이, 점 p에서부터 역방향으로 상승 기울기 추적파를 적용하여 기울기 추적파가 신호와 만나는 점 x'을 찾고 x'와 p 사이의 신호의 최대 기울기 변환점 t'을 결정하여 구간의 왼쪽 끝으로 결정한다. 이어서, 결정된 좌우 구간을 원 신호로부터 도17b와 같이 제거한다.

도16a는 두 개의 하강 기울기 추적파와 두개의 상승 기울기 추적파를 사용하여 신호를 분리하는 알고리즘의 첫 번째 과정을 나타낸 도면이다. 알고리즘은 p-d간의 샘플치의 개수가 서로 다른 두 개의 하강 기울기 추적파와 p-d간의 샘플치의 개수가 서로 다른 두 개의 상승 기울기 추적파 4개를 동시에 사용한다. 도16a에서 두개의 하강 기울기 추적파는 연속선으로, 두개의 상승 기울기 추적파는 점선으로 나타나 있다. 또한 p-d 간의 샘플치의 개수가 많은 기울기 추적파는 두껍고 연한색의 선으로, p-d간의 샘플치의 개수가 적은 기울기 추적파는 진하고 얇은 선으로 나 타나 있다. 서로 다른 두개의 하강 기울기 추적파는 점선으로 나타나 있다. 또한 신호는 도 16b에서 상승 기울기 추적파와 겹쳐진 p-t'구간, t'-q구간, q-t구간, t-r구간, 그리고 점 r 이후의 곡선으로 4개의 기울기 추적파는 그 신호의 샘플치가 발생할 때마다 동시에 갱신된다.

먼저 하강 기울기 추적파의 동작을 살펴보면, 도16a에서 점 p에 도달한 후 두 개의 하강 기울기 추적파는 그림에 보인 바와 같이 하나는 긴 p-dd1 구간을 유지하고, 다른 하나는 짧은 p-d 구간을 유지한 후 하강한다. 긴 유지시간의 마지막 샘플치가 발생하면 기울기 추적파는 이전 기울기로 갱신(점 dd1)된다. 그 후 알고리즘은 다음 신호 샘플치가 발생하기 전에 다음의 과정을 거친다.

먼저 짧은 유지시간을 갖는 하강 기울기 추적파가 구간 p-dd1 내에서 신호와 만났는지 확인한다. 도16a의 p-dd1구간 내에서 짧은 유지시간을 갖는 하강 기울기 추적파가 신호와 만나지 않았기 때문에 그림에서 연속선으로 표시된 두 개의 하강 기울기 추적파는 신호를 계속 추적한다. 그러다가 t'-q-t로 나타난 고주파 성분의 굴곡을 만나면 신호의 진폭이 증가하기 때문에 그 신호 값을 따라 증가한다. 점 q에 도달한 후 두 개의 하강 기울기 추적파는 그림에 보인 바와 같이 하나는 긴 p-dd2을 유지하고, 다른 하나는 짧은 p-d 구간을 유지한 후 하강하며 신호를 추적하다가 점 x를 만난다. 그러면 알고리즘은 점 x와 p 사이의 최대 기울기 변환점 t를 결정하며 구간의 오른쪽 끝으로 결정한다.

또한, 도16b에 도시한 바와 같이, 점 q에서부터 역방향으로 하강 기울기 추적파를 적용하여 기울기 추적파가 신호와 만나는 점 x'을 찾고 x'와 q 사이의 신호 의 최대 기울기 변환점 t'을 결정하여 구간의 왼쪽 끝으로 결정한다. 이어서, 결정된 좌우 구간을 원 신호로부터 도17c와 같이 제거한다.

이제 상승 기울기 추적파의 동작을 설명하면 신호의 p-t'구간에서는 신호의 진폭이 감소하므로 두 개의 상승기울기 추적파는 그 신호의 진폭으로 갱신된다. 신호 샘플치가 점 t'에서 발생하면 두개의 상승기울기 추적파는 서로 다른 p-d 구간을 유지한다. 도 16b에 진하고 얇은 점선으로 표시된 짧은 유지시간의 상승기울기 추적파는 점 t' 이후 짧은 p-d를 유지한 후 신호를 따라 상승한다. 반면에 두껍고 연한 점선으로 표시된 긴 유지시간의 상승기울기 추적파는 p-d 시간 이전에 신호가 기울기 추적파의 진폭보다 낮아졌기 때문에 도7에 설명한 바와 같이 동작하게 된다.

신호를 추적하는데 있어서 상승 기울기 추적파 또는 하강 기울기 추적파 하나만 사용하거나 두개를 모두 사용할 수 있고, 각각의 기울기 추적파도 한개 이상의 다른 유지시간을 갖는 여러개의 추적파를 사용할 수 있다. 사용하는 기울기 추적파의 수와 종류는 추적하고자하는 신호의 특성과 알고리즘의 요구되는 단순성, 정확성에 따라 달리 선택될 수 있으나 일반적으로 상승기울기 추적파와 하강 기울기 추적파 모두를 동시에 적용하는 것이 바람직하겠다.

도17a 내지 도17c는 원신호로부터 고주파 성분이 제거된 파형을 나타낸 도면이다. 이하에서는, 분리된 파형의 끊어진 부분을 복원하거나 유사한 정현파로 근사화하는 방법에 대하여 도17a를 사용하여 설명한다.

도18에 보인 바와 같이 신호가 제거되어 끊어진 부분을 직선으로 연결하거나 다양한 보간법 등을 사용하여 연결하여 저주파성분을 복원할 수 있다. 도18은 도17a의 파형의 끊어진 부분을 보간법 등으로 이어 복원된 저주파 파형을 나타낸 도면이다. 이하에서는, 분리된 파형을 정현파로 근사화하는 방법에 대하여 설명한다.

도19는 분리된 파형을 두개의 다른 정현파의 부분으로 근사화하는 방법을 나타낸 도면이다. 파형은 최대치를 기준으로 좌우 두 개의 정현적 신호의 일부로 근사화할 수 있으며 좌측은 진폭이 A1, 주파수는 1/4T₁인 정현파로, 우측은 진폭이 A2, 주파수는 1/4T₂인 정현파로 근사화할 수 있다. 그러나, 이 경우 근사화된 정현파의 정확도는 신호특성에 따라 다르게 되며 고려할 만한 오차를 포함할 수도 있게 된다.

도20은 분리된 세 점을 사용하여 정현파로 근사화하는 실시예를 나타낸 도면이다. 도20을 참조하면, 분리된 파형을 오차가 적은 정현파로 근사화하기 위하여도20에 보인 바와 같이 세 점을 이용하여 정현파로 근사화하는 알고리즘을 설명한다.

이 알고리즘을 설명하기 위하여 도21에 보인 바와 같이 먼저 반지름이 A인 원에 위상각의 차

를 만족하는 세 점 a, b, c를 선택한다. 여기서 h₁,h₂,h₃는 정현파를 sin파로 가정했을 때, 위상각

,

, 그리고

에서의 진폭이다. 따라서, 점 a에서

점 b에서,

점 c에서,

로 표시된다.

그런데,

이므로 양변에 sin을 취하면,

이 되고, 이 식을 전개하면

이 된다. 수학식 1, 2, 3을 적용하면 이 식은 다시

이 되고, 정리하면

따라서, 정현파의 진폭은

로 주어지고, a, b, c 점의 위상값은

, ,

로 구해진다.

그리고, 구하는 정현파의 주파수는

또는

로 구해진다.

한편, 수학식 8, 9, 10, 11을 사용하면, 도19와 신호 구간 T1에 3개의 샘플치가 주어져 있을 때 그 샘플치들로 근사화되는 정현파를 구할 수 있다. 또한 이 과정은 다른 위치에서 구해지는 몇개 그룹의 세 샘플치를 사용함에 의해 얻어지는 진폭, 위상, 주파수들 각각의 평균치를 구하여 정현파의 진폭, 위상, 주파수로 결정할 수 있겠다.

최종적으로, 원신호에서 전술한 방식으로 추출한 저주파 신호를 뺄셈함으로써 고주파 신호만을 추출할 수 있다. 이상에서는 하강 기울기 추적파에 의한 저주파 신호 분리 방법을 예를 들어 설명하였으나, 앞에서 언급한 상승 기울기 추적파를 사용하는 경우, 또는 하강 및 상승 기울기 추적파 모두를 사용하는 경우에 특별 한 변형 없이 저주파 또는 고주파 신호를 분리할 수 있다.

도22 및 도23은 본 발명에 따른 방법으로 저주파 성분을 심전도 다이어그램 에서 제거한 실시예를 나타낸 도면이다. 도22 및 도23을 참조하면, 상단에 정현적인 기저선 변동이 유입된 심전도를 나타내고 있으며, 중간 도면에 저주파 기저선을 추출한 도면이 도시되어 있다. 이어서, 하단에는 본 발명이 제안하는 방식으로 기저선을 제거한 심전도를 나타내고 있다.

이하에서는, 위에 설명한 기울기 추적파의 또 다른 실시예인 심전도의 P파 및 T파 검출 과정을 보다 상세히 설명하기로 한다. 임의의 시간 n에서 심전도 신호를 s(n)이라 하면, 이의 상승 기울기 추적파 a(n)와 s(n)과의 차이 신호 D_a_s(n)을 구하면 다음과 같다.

D_a_s(n) = s(n) - a(n)

도24a는 심전도 원래 신호 s(n)과 a(n)을 나타낸 도면이다. 수학식 (12)로 구한 차신호에서 진폭이 최대치의 70% 이상인 파형을 QRS파로 결정하며, QRS파의 폭은 좌우 양쪽 최저점 사이의 거리로 결정하며, 죄측점을 ns, 우측점을 ne라 한다. 도24c는 본 발명에 따른 D_a_s(n)을 보이며, 도면에서 P파와 T파를 강조하기 위하여 전술한 방법으로 결정한 QRS파를 제거한 도면이다.

수학식(12)의 D_a_s(n) 파형에 하강 기울기 추적파 d(n)을 발생시켜 그 두 파형 사이의 차신호를 구하면 다음과 같다.

D_d_s(n) = d(n) - D_a_s(n)

도24b는 D_a_s(n)과 하강 기울기 추적파 d(n)을 함께 보이고 있으며, 도24d 는 수학식(13)으로 주어진 신호들 차에서 언급한 방법으로 QRS파를 제거한 도면이다.

마지막으로, P파와 T파를 결정하기 위하여 위에서 구한 두 개의 차 신호, 즉 수학식(12)와 (13)을 합셈한다. 첨부 도면 도24e는 그 합한 신호를 보여주고 있으며, P파는 R파 이전의 200 ms 내의 최대 진폭의 95%로, T파는 R파 이후 400 ms 내의 최대 진폭의 95%로 결정한다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들은 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 임의의 신호와 두 개의 기울기 추적파를 이용하여 그 신호를 구성하는 저주파 신호 또는 고주파 신호를 분리하는 기술을 개시하였다. 즉, 임의의 신호를 구성하는 고주파 신호의 구간을, 한개 또는 그 이상의 기울기 추적파를 사용하여 결정하고 그 신호의 특성을 파악하여 제거한 후, 제거한 부분을 보간법 등을 사용하여 연결하거나 정현파로 근사화하여 저주파 신호를 분리하였다. 또한, 임의의 신호와 두개의 기울기 추적파 사이의 차이를 이용하여 신호 굴곡을 추적함으로써 심전도에서 P파와 T파를 용이하게 검출하도록 하였다. 본 발명에 따른 방법은 신호 굴곡을 구분하고, 그 구분된 구간의 형태 특성을 사용하므로 저주파 특성을 갖는 베이스 라인의 변동을 구분하여 제거하고, 또한 기저선 변동이 유입되었거나 유입되지 않은 경우를 포함하는 심전도의 P파와 T파를 용이하게 검출할 수 있도록 한다.

Claims

두개 이상의 주파수 성분이 중첩되어 있는 원신호를 선정된 간격으로 샘플링한 신호 s(n)에 대해, 각각 서로 다른 값 k₁ 및 k₂ (k₁ < k₂)를 지닌 두개의 하강 기울기 추적파, 즉 제1 하강 기울기 추적파 d₁(n)과 제2 하강 기울기 추적파 d₂(n)을 사용하여 상기 원신호로부터 저주파 성분 신호와 고주파 성분 신호를 서로 분리하는 방법으로서,

(a) 상기 신호 s(n)이 제n번째 샘플 포인트에서 최고치(점p)에 도달하면 상기 제2 하강 기울기 추적파 d₂(n)이 함수값을 유지하는 k₂개 만큼의 구간 동안 내에 상기 제1 하강 기울기 추적파 d₁(n)이 신호 s(n)과 만나는지를 확인하는 단계;

(b) 상기 단계 (a)에서 d₁(n)과 s(n)이 만나는 교차점(점x)이 존재하는 경우, 구간 [n, n + k₂] 즉 점P와 점 x 사이의 최대 기울기 변환점 t를 결정하고 이를 구간의 오른쪽 끝으로 결정하는 단계;

(c) 상기 단계 (a)에서 d₁(n)과 s(n) 사이에 교차점이 존재하지 않는 경우, 고주파 성분이 없는 것으로 판단하고 상기 제1 하강 기울기 추적파 d₁(n)과 제2 하강 기울기 추적파 d₂(n)은 기울기 추적을 지속하는 단계;

(d) 상기 단계 (a)에서 d₁(n)과 s(n) 사이에 교차점(점x)이 존재하는 경우, 제n번째 샘플 포인트(점p)에서 역방향으로 하강 기울기 추적파를 적용하여 신호 s(n)과 만나는 점 x'를 찾고 점x'와 점p 사이에 신호의 최대 기울기 변환점 t'를 결정하여 구간의 왼쪽 끝으로 결정하는 단계;

(e) 상기 구간의 오른쪽 끝과 왼쪽 끝으로 결정된 좌우 구간의 파형을 원신호로부터 분리하는 단계; 및

(f) 상기 단계 (e)에서 구간의 오른쪽 끝과 왼쪽 끝을 서로 연결하는 단계

를 포함하는 방법.
두 개 이상의 주파수 성분이 중첩되어 있는 원신호를 선정된 간격으로 샘플링한 신호 s(n)에 대해 서로 다른 값 k₁ 및 k₂(k₁ < k₂)를 지닌 두개의 상승 기울기 추적파, 즉, 제1 상승 기울기 추적파 a₁(n)과 제2 상승 기울기 추적파 a₂(n)을 사용하여 상기 원신호로부터 저주파 성분 신호와 고주파 성분 신호를 서로 분리하는 방법으로서,

(a) 상기 신호 s(n)이 제n번째 샘플 포인트에서 최저치(점p)에 도달하면 상기 제2 상승 기울기 추적파 a₂(n)이 함수값을 유지하는 k₂만큼의 구간 동안 내에 상기 제1 상승 기울기 추적파 a₁(n)이 신호 s(n)과 만나는지를 확인하는 단계;

(b) 상기 단계 (a)에서 a₁(n)과 s(n) 사이에 만나는 교차점(점x)이 존재하는 경우 구간 [n, n + k₂] 즉 점p와 점x 사이의 최대 기울기 변환점 t를 결정하고 이를 구간의 오른쪽 끝으로 결정하는 단계;

(c) 상기 단계 (a)에서 a₁(n)과 s(n) 사이에 교차점이 존재하지 않는 경우 고주파 성분이 없는 것으로 판단하고 상기 제1 상승 기울기 추적파 a₁(n)과 제2 상승 기울기 추적파 a₂(n)은 기울기 추적을 지속하는 단계;

(c) 상기 단계 (a)에서 a₁(n)과 s(n) 사이에 교차점(점x)이 존재하는 경우 제n번째 샘플 포인트(점p)에서 역방향으로 상승 기울기 추적파를 적용하여 신호 s(n)과 만나는 점 x'를 찾고, 점x'와 점p 사이에 신호의 최대 기울기 변환점 t'를 결정하여 구간의 왼쪽 끝을 결정하는 단계;

(e) 상기 구간의 오른쪽 끝 및 왼쪽 끝으로 결정된 좌우구간의 파형을 원신호로부터 분리하는 단계; 및

(f) 상기 단계 (e)에서 구간의 오른쪽 끝과 왼쪽 끝을 서로 연결하는 단계

를 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (f)는 구간의 오른쪽 끝과 왼쪽 끝을 직선 또는 보간법에 의해 서로 연결하는 단계를 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계(f)는 구간의 오른쪽 끝과 왼쪽 끝을 정현파로 근사화하여 연결하는 단계를 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (a)에 선행하여 상승 기울기 추적파, 하강 기울기 추적파 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 신호 굴곡 구간을 선택하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계(f)는 구간의 오른쪽 끝과 왼쪽 끝을 정현파로 근사화하여 연결하되, 세 개의 점의 샘플치로부터 진폭, 위상, 주파수를 결정하는 단계를 포함하는 방법
두 개 이상의 주파수 성분이 중첩되어 있는 원신호를 선정된 간격으로 샘플링한 신호 s(n)에 대해, 각각 서로 다른 값 k₁ 및 k₂ (k₁ < k₂)를 지닌 두 개의 하강 기울기 추적파, 즉 제1 하강 기울기 추적파 d₁(n)과 제2 하강 기울기 추적파 d₂(n)와, 서로 다른 값 k₃ 및 k₄(k₃ < k₄)를 지닌 두개의 상승 기울기 추적파, 즉, 제1 상승 기울기 추적파 a₃(n)과 제2 상승 기울기 추적파 a₄(n) 중 이들의 조합을 이용하여 상기 원신호로부터 저주파 성분 신호와 고주파 성분 신호를 서로 분리하는 방법.
제1항, 제2항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원신호는 심전도 신호이고, 상기 심전도 신호로부터 P파 와 T파를 분리 검출하는 것을 특징으로 하는 방법.