KR101295072B1 - An apparatus of heart sound analysis base on simplicity and the method - Google Patents

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Abstract

심음 분석 방법이 개시된다. 본 심음 분석 방법은 기 측정된 심음 신호로부터 심음의 심플리시티(simplicity)를 계산하여 적어도 한 주기의 심플리시티 곡선을 추출하는 단계, 추출된 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 가우시안 적합곡선을 추출하는 단계, 추출된 가우시안 적합곡선에서 심음 신호의 심잡음에 해당하는 성분을 제거하는 단계 및 심잡음이 제거된 가우시안 적합곡선을 이용하여 심음 주성분을 검출하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 심음 주성분을 정확하게 검출할 수 있다.A heart sound analysis method is disclosed. The heart sound analysis method calculates simplicity of the heart sound from the measured heart sound signal and extracts a simplicity curve of at least one period, and applies a Gaussian curve to the extracted simplicity curve. And extracting a component corresponding to the heart noise of the heart sound signal from the extracted Gaussian fit curve, and detecting a heart sound component using the Gaussian fit curve from which the noise is removed. Thereby, the core sound main component can be detected correctly.

Description

심플리시티 기반의 심음 분석 장치 및 그 방법{AN APPARATUS OF HEART SOUND ANALYSIS BASE ON SIMPLICITY AND THE METHOD} SIMITY-based heart sound analysis device and method thereof {AN APPARATUS OF HEART SOUND ANALYSIS BASE ON SIMPLICITY AND THE METHOD}

본 발명은 심음 분석 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가우시안 곡선 적합법을 이용하여 심음 주성분을 검출하는 심플리시티(simplicity) 기반의 심음 분석 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heart sound analysis device and a method thereof, and more particularly, to a simplicity-based heart sound analysis device and a method for detecting a heart sound principal component using a Gaussian curve fitting method.

심음도(PCG: Phonocardiography) 검사는 심장 질병을 초기에 진단하는 1차적이고 기본적인 수단으로서 임상에서 많이 활용되고 있다. 하지만 의사가 능숙하게 청진기를 다루려면 오랜 시간의 청진기 듣기 훈련이 필요하고, 청진기로 심장병을 진단할 시 주관적인 판단이 들어가게 되며, 일부 심음은 사람의 청각으로 구분하기 쉽지 않다는 문제점이 있다. 최근에 심전도(ECG), 근전도(EMG), 심초음파검사 등 정밀한 검사방법이 많이 활용되고 있지만 초기 진단 수단으로 사용하기에는 가격이 비싸고 병원에서 의사가 진단해야 한다는 제한이 있다. 일반 심장병은 평시에는 괜찮고 병이 발작할 때에만 이상 징후가 나타나며 이에 따른 긴급한 대응이 필요하기에 가정에서도 사용할 수 있는 유비쿼터스 헬스 케어 단말기를 개발할 필요가 있다. 최근에 전자청진기의 출시로 하여 PCG에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며 전자청진기를 이용한 자동 심음 분석기는 가정용 헬스 케어 시스템 및 의료 보조진단 장비로도 사용이 가능하다.Phonocardiography (PCG) testing is widely used in clinical practice as the primary and primary means of early diagnosis of heart disease. However, doctors need a long time to listen to stethoscopes, and subjective judgments are needed when diagnosing heart disease with a stethoscope. Some heart sounds are not easily distinguished by human hearing. Recently, a number of precise test methods such as electrocardiogram (ECG), electrocardiogram (EMG), echocardiography, etc. have been used a lot, but there is a limit to the cost to use as an initial diagnostic means and to be diagnosed by a doctor in a hospital. Normal cardiac disease is normal during normal times, abnormal symptoms only appear when the disease is seizure, and urgent response is required to develop a ubiquitous health care terminal that can be used at home. Recently, with the launch of the electronic stethoscope, a lot of research on the PCG is being conducted, and the automatic heart sound analyzer using the electronic stethoscope can be used as a home health care system and medical assistant diagnostic equipment.

정상 심음은 이첨판과 삼첨판이 닫히는 소리 S1, 두 반월판이 닫히는 소리 S2로 구성되며 S1, S2를 심음 주성분이라 한다. 심장질환의 경우 S2 분열(두 반월판이 닫히는 시간 차이가 명확한 경우), S3 또는 S4로 인한 분마음, 수축기 또는 확장기에 심잡음이 생기는 경우 등이 있다. 따라서 이상신호의 출현 여부와 심잡음의 발생 위치 검출은 심장질환을 진단하는데 중요한 정보가 된다. The normal heart sound is composed of the sound of S2 and S2 of closing the tricuspid and tricuspid plates, and S1 and S2 are the main components of the planting sound. Heart disease includes S2 cleavage (if the time difference between the two meniscus is closed), heart discomfort due to S3 or S4, and heart murmuring in the systolic or diastolic phase. Therefore, the presence of abnormal signals and the detection of the location of the occurrence of heart noise are important information for diagnosing heart disease.

기존의 심음 분석 방법으로는 에너지에 기반한 포락선 추출 방법, Haghighi-Mood와 Torry가 제안한 sub-band 에너지에 기반한 포락선 추출 방법, Shannon 에너지에 기반한 포락선 추출방법, Hilbert 변환에 기반한 포락선 추출 방법, wavelet에 기반한 방법, 모멘트에 기반한 방법, 심음 모델에 기반한 방법 등이 있다. 포락선 추출에 기반한 방법은 S1, S2가 도미넌트하다는 가정이 있게 되고 심잡음의 에너지가 큰 경우 틀리게 판정되며, wavelet에 기반한 방법은 저주파 심잡음이 분리되지 않는 문제점이 있으며, 심음 모델에 기반한 방법은 모델의 정확성으로 하여 성능이 저하된다. 2005년 Nigam가 심플리시티(simplicity)에 기반한 심음 분석 기법을 제안하였는데, 상대적으로 간단한 S1, S2, S3, S4 심음 신호의 심플리시티(simplicity)는 비교적 큰 값을 가지고 비교적 복잡한 형태를 갖는 심잡음은 조금 작은 값을 가지게 되며 에너지의 영향을 크게 받지 않는다는 특징이 있다. 2008년 Nigam는 fuzzy clustering 기법을 이용하여 심플리시티(simplicity)를 분석하는 방법을 제안하였다. Fuzzy clustering 기법으로 심플리시티를 세 클래스로 클러스터링 하여 심플리시티 값이 높은 클래스는 심음 주성분 구간이고 심플리시티 값이 중간값을 가지는 클래스는 심잡음 구간이며 심플리시티 값이 낮은 클래스는 묵음구간이라고 판단한다. 하지만 이때 심음 심플리시티값이 높은 값과 낮은 값 사이에서 상승/하강하는 과도구간도 중간 클래스로 분리되어 중간클래스에 짧은 구간의 피크가 생성되며, 이로 인하여 심잡음을 정확하게 판단할 수 없어 심음 주성분을 정확하게 검출하는데 어려움이 있다.Conventional heart sound analysis methods include energy-based envelope extraction, Haghighi-Mood and Torry proposed sub-band energy based envelope extraction, Shannon energy based envelope extraction, Hilbert transform based envelope extraction, wavelet based Methods, moment-based methods, and heart-based models. The method based on envelope extraction assumes that S1 and S2 are dominant and is incorrectly judged when the energy of heart noise is large. The method based on wavelet has the problem that low frequency heart noise is not separated. This decreases the performance. In 2005, Nigam proposed a simplicity-based heart analysis technique. Simplicity of relatively simple S1, S2, S3, and S4 heart signals has a relatively large value, and a few complex noises having a relatively complex shape It has a small value and is characterized by not being greatly influenced by energy. In 2008, Nigam proposed a method to analyze simplicity using fuzzy clustering. By simulating the simplicity into three classes by fuzzy clustering technique, it is determined that the class with the high simplicity is the heart sound component interval, the class with the simplicity value is the middle noise section, and the class with the simplicity value is the silent section. However, at this time, the inter-gap between rising and falling between the high and low values of heart sound simplicity is also divided into the middle class, and short peaks are generated in the middle class, which makes it impossible to accurately determine the heart noise. It is difficult to detect.

본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은 가우시안 곡선 적합법을 이용하여 심음 주성분을 검출함으로써, 심음 주성분을 정확하게 검출할 수 있는 심음 분석 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to the above-mentioned necessity, and an object of the present invention is to provide a heart sound analysis apparatus and method capable of accurately detecting a heart sound principal component by detecting a heart sound principal component using a Gaussian curve fitting method.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법은, 기 측정된 심음 신호로부터 심음의 심플리시티(simplicity)를 계산하여 적어도 한 주기의 심플리시티 곡선을 추출하는 단계, 상기 추출된 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 가우시안 적합곡선을 추출하는 단계, 상기 추출된 가우시안 적합곡선에서 상기 심음 신호의 심잡음에 해당하는 성분을 제거하는 단계 및 상기 심잡음이 제거된 가우시안 적합곡선을 이용하여 심음 주성분을 검출하는 단계를 포함한다.The heart sound analysis method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the step of extracting a simplicity curve of at least one period by calculating the simplicity of the heart sound from the previously measured heart sound signal, Extracting a Gaussian fitting curve by applying a Gaussian curve fitting method to the extracted simplicity curve, removing a component corresponding to the heart noise of the heartbeat signal from the extracted Gaussian fitting curve, and removing the Gaussian fitting curve from which the noise is removed Detecting the core sound component using the.

여기서, 상기 추출된 심플리시티 곡선의 오프셋(offset)을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include removing an offset of the extracted simplicity curve.

또한, 상기 가우시안 적합곡선을 추출하는 단계는, 상기 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 복수의 가우시안 성분 및 상기 복수의 가우시안 성분에 대응하는 복수의 가우시안 파라미터를 추출할 수 있다.In the extracting of the Gaussian fitting curve, a Gaussian curve fitting method may be applied to the simplicity curve to extract a plurality of Gaussian components and a plurality of Gaussian parameters corresponding to the plurality of Gaussian components.

그리고, 상기 가우시안 적합곡선을 추출하는 단계는,And, extracting the Gaussian fit curve,

아래의 가우시안 곡선 적합식을 이용하여 상기 복수의 가우시안 성분 및 상기 복수의 가우시안 파라미터를 추출할 수 있다.The plurality of Gaussian components and the plurality of Gaussian parameters may be extracted using the following Gaussian curve fitting equation.

Figure 112011086073358-pat00001
Figure 112011086073358-pat00001

여기서, q는 가우시안 믹스 수, a, b 및 c는 가우시안 파라미터로서 각각 가중치, 평균 및 표준편차를 의미한다.Where q is a Gaussian mix number, a, b and c are Gaussian parameters and mean weight, mean and standard deviation, respectively.

바람직하게는, 상기 가우시안 믹스 수는 5일 수 있다.Preferably, the Gaussian mix number may be five.

그리고, 상기 심잡음을 제거하는 단계는, 상기 추출된 가우시안 파라미터를 이용하여 각 가우시안 성분이 심잡음인지 여부를 판단하는 단계 및 상기 복수의 가우시안 성분 중 상기 심잡음으로 판단된 가우시안 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The removing of the murmur noise may include determining whether each Gaussian component is a murmur noise using the extracted Gaussian parameter and removing the Gaussian component determined as the murmur noise among the plurality of Gaussian components. Can be.

그리고, 상기 심음 주성분을 검출하는 단계는, 상기 심잡음이 제거된 복수의 가우시안 성분에 대응하는 가우시안 파라미터를 이용하여 상기 심음 주성분의 위치를 검출하는 단계 및 상기 심잡음이 제거된 복수의 가우시안 성분을 이용하여 상기 심음 주성분의 지속시간을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting of the heart sound principal component may include detecting a position of the heart sound principal component using a Gaussian parameter corresponding to the plurality of Gaussian components from which the heart noise has been removed, and using the plurality of Gaussian components from which the heart noise has been removed. The method may include detecting a duration of the heart sound main component.

또한, 상기 심음 주성분을 검출하는 단계는, 상기 추출된 가우시안 성분 중 겹치는 가우시안 성분이 있는 경우, 상기 겹치는 가우시안 성분을 하나의 가우시안 성분으로 병합하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 병합된 가우시안 성분을 기초로 상기 심음 주성분의 위치 및 지속시간을 검출할 수 있다.The detecting of the heart sound main component may further include merging the overlapping Gaussian component into one Gaussian component when there is an overlapping Gaussian component among the extracted Gaussian components. On the basis of this, the position and duration of the heart sound main component can be detected.

그리고, 상기 심음 주성분을 검출하는 단계는, 심장 수축기와 확장기의 간격의 차이를 이용하여 상기 심음 주성분의 종류를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.The detecting of the heart sound main component may further include determining a type of the heart sound main component by using a difference between the interval between the heart systolic and the dilator.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 장치는, 기 측정된 심음 신호로부터 심음 신호의 심플리시티(simplicity)를 계산하여 적어도 한 주기의 심플리시티 곡선을 추출하는 심플리시티부, 상기 추출된 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 가우시안 적합곡선을 추출하는 추출부, 상기 추출된 가우시안 적합곡선에서 상기 심음 신호의 심잡음에 해당하는 성분을 제거하는 심잡음 제거부, 상기 심잡음이 제거된 가우시안 적합곡선을 이용하여 심음 주성분을 검출하는 주성분 검출부를 포함한다.On the other hand, the heart sound analysis apparatus according to an embodiment of the present invention, the simplicity unit for extracting a simplicity curve of at least one period by calculating the simplicity (simplicity) of the heart sound signal from the previously measured heart sound signal, the extracted simplicity An extractor for extracting a Gaussian fit curve by applying a Gaussian curve fitting method to a city curve, a noise canceller for removing a component corresponding to the heartbeat of the heartbeat signal from the extracted Gaussian fit curve, and a Gaussian fit curve from which the noise is removed It comprises a principal component detection unit for detecting the core sound component using.

또한, 상기 추출된 심플리시티 곡선의 오프셋(offset)을 제거하는 오프셋 제거부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an offset remover configured to remove an offset of the extracted simplicity curve.

여기서, 상기 추출부는, 상기 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 복수의 가우시안 성분 및 상기 복수의 가우시안 성분에 대응하는 복수의 가우시안 파라미터를 추출할 수 있다.Here, the extractor may apply a Gaussian curve fitting method to the simplicity curve to extract a plurality of Gaussian components and a plurality of Gaussian parameters corresponding to the plurality of Gaussian components.

그리고, 상기 심잡음 제거부는, 상기 추출된 가우시안 파라미터를 이용하여 각 가우시안 성분이 심잡음인지 여부를 판단하고, 상기 복수의 가우시안 성분 중 상기 심잡음으로 판단된 가우시안 성분을 제거할 수 있다.The murmur removal unit may determine whether each Gaussian component is a murmur noise by using the extracted Gaussian parameter, and may remove the Gaussian component determined as the murmur among the plurality of Gaussian components.

한편, 상기 주성분 검출부는, 상기 심잡음이 제거된 복수의 가우시안 성분에 대응하는 가우시안 파라미터를 이용하여 상기 심음 주성분의 위치를 검출하는 위치 검출부 및 상기 심잡음이 제거된 복수의 가우시안 성분을 이용하여 상기 심음 주성분의 지속시간을 검출하는 지속시간 검출부를 포함할 수 있다.On the other hand, the main component detector, the position detection unit for detecting the position of the heart sound main component using a Gaussian parameter corresponding to the plurality of Gaussian components from which the heart noise is removed and the heart sound main component using the plurality of Gaussian components from which the heart noise is removed It may include a duration detection unit for detecting the duration of the.

이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 심플리시티 기반의 심음 분석 장치 및 방법에 가우시안 곡선 적합법을 적용함으로써 심음 주성분을 정확하게 검출할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the core sound component may be accurately detected by applying the Gaussian curve fitting method to the simplicity-based heart sound analysis apparatus and method.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 심음 신호의 예시적인 심플리시티 결과를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 각각 오프셋이 있을 때와 오프셋을 제거했을 때 가우시안 곡선 적합법으로 적합한 결과를 보여준다.
도 6 내지 도 8은 각각 가우시안 믹스 수가 3, 4 및 5일 때의 가우시안 곡선 적합 결과를 나타낸다.
도 9는 심음 신호에 믹스 수가 5인 가우시안 곡선 적합 후, ac_rate를 계산한 히스토그램이다.
도 10은 도 8에 나타난 가우시안 성분 중에서 겹치는 가우시안 성분을 병합한 결과를 나타낸다.
도 11은 도 10의 가우시안 적합곡선으로부터 심음 주성분의 위치 및 지속시간을 검출한 결과를 나타낸다.
도 12 내지 도 15는 가우시안 곡선적합법을 이용한 심플리시티 기반의 심음 분석 결과를 보여준다.
1 is a flowchart illustrating a heart sound analysis method according to an exemplary embodiment.
2 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for analyzing heart sounds according to an embodiment of the present invention.
3 shows an exemplary simplicity result of the heart sound signal.
4 and 5 show the results of the Gaussian curve fitting method when there is an offset and when the offset is removed, respectively.
6 to 8 show Gaussian curve fitting results when the Gaussian mix number is 3, 4 and 5, respectively.
9 is a histogram of ac_rate calculated after fitting a Gaussian curve having a mix number of 5 to a heart sound signal.
FIG. 10 illustrates a result of merging overlapping Gaussian components among the Gaussian components shown in FIG. 8.
FIG. 11 shows the results of detecting the position and duration of the core sound component from the Gaussian fit curve of FIG. 10.
12 to 15 show the results of simplicity based heart sound analysis using Gaussian curve fitting.

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

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1에 따르면, 심음 분석 방법은, 기 측정된 심음 신호로부터 심음의 심플리시티를 계산하여 적어도 한 주기의 심플리시티 곡선을 추출하고(S110), 추출된 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 가우시안 적합곡선을 추출한다(S120). 그리고, 추출된 가우시안 적합곡선에서 심음 신호의 심잡음에 해당하는 성분을 제거한다(S130). 그 후, 심잡음이 제거된 가우시안 적합곡선을 이용하여 심음 주성분을 검출한다(S140).1 is a flowchart illustrating a heart sound analysis method according to an exemplary embodiment. According to Figure 1, the heart sound analysis method, by calculating the simplicity of the heart sound from the previously measured heart sound signal to extract a simplicity curve of at least one cycle (S110), by applying a Gaussian curve fitting method to the extracted simplicity curve A Gaussian fit curve is extracted (S120). Then, the component corresponding to the heart noise of the heart sound signal is removed from the extracted Gaussian fit curve (S130). Thereafter, the core sound component is detected using the Gaussian fit curve from which the noise is removed (S140).

먼저, 심플리시티 곡선을 추출하는 단계(S110)에 대해서 구체적으로 설명한다. 심플리시티(simplicity)란 다이나믹 시스템에서 신호의 복잡도를 나타내는 척도이다. 고유값 스펙트럼(Eigenvalue spectrum)에 기반한 심플리시티는 여러 가지 생리학적 신호의 복잡도 표현에서 비교적 좋은 효과를 보이고 있다.First, the step (S110) of extracting the simplicity curve will be described in detail. Simplicity is a measure of the complexity of a signal in a dynamic system. Simplicity based on the eigenvalue spectrum has a relatively good effect on the complexity of various physiological signals.

심음 신호의 심플리시티를 계산하기 위하여 먼저 trajectory matrix X를 구성한다. 프레임의 길이가 N일 때, m개 샘플로 한 서브프레임을 구성하며, 한 샘플씩 이동하면서 총 p=N-m+1개의 서브프레임을 구성하여 아래의 수학식 1과 같은 p×m trajectory matrix X를 구성한다. To calculate the simplicity of the heart sound signal, we first construct a trajectory matrix X. When the length of the frame is N, one subframe is composed of m samples, and a total of p = N-m + 1 subframes are constructed by moving one sample and p × m trajectory matrix as shown in Equation 1 below. Construct X.

Figure 112011086073358-pat00002
Figure 112011086073358-pat00002

심플리시티 계산 과정을 아래의 수학식 2를 참고하여 설명한다.The simplicity calculation process will be described with reference to Equation 2 below.

Figure 112011086073358-pat00003
Figure 112011086073358-pat00003

1. 수학식 2의 식 (1)과 같이 trajectory matrix 의 공분산 행렬C를 구한다. 여기서 p는 서브프레임 개수로서 공분산 행렬을 정규화하기 위한 것이다.1. Obtain the covariance matrix C of the trajectory matrix as in Equation (1). Where p is the number of subframes to normalize the covariance matrix.

2. 공분산 행렬 C의 고유값

Figure 112011086073358-pat00004
을 구하고 식 (2)과 같이 정규화 한다.2. Eigenvalues of covariance matrix C
Figure 112011086073358-pat00004
Find and normalize as in Equation (2).

3. 식 (3), (4)와 같이 고유값의 엔트로피(entropy)를 이용하여 심플리시티 척도 S를 계산한다.3. As shown in equations (3) and (4), the simplicity scale S is calculated using the entropy of the eigenvalues.

분석 프레임을 한 샘플씩 이동시키면서 1 ~ 3 과정을 반복 수행한다. 위 과정에서 프레임 길이 N, 서브프레임 길이 m은 심플리시티 결과에 영향을 주게 되므로 잘 선택하여야 한다.Repeat steps 1 to 3 while moving the analysis frame by one sample. In the above process, the frame length N and the subframe length m should be well selected because they affect the simplicity result.

도 3은 심음 신호의 예시적인 심플리시티 결과를 나타낸다. 도 3에 따르면 심음 주성분 S1, S2는 상대적으로 신호가 간단하고 심플리시티 값이 크게 나오며, 심잡음은 신호가 상대적으로 복잡하여 심플리시티값이 작게 된다. 여기서 신호가 없는 구간의 심플리시티 값을 작게 하기 위하여 가우시안 백색잡음을 표준편차 0.02로 첨부한다. 첨가한 백색잡음은 표준편차가 매우 작기에 신호 없는 구간의 심플리시티 값은 현저하게 낮추어 주고 신호에 대해서는 거의 영향이 없다. 심음이 거의 주기적이기에 심플리시티도 주기적으로 나오며 auto-correlation을 이용하여 심음 주기

Figure 112011086073358-pat00005
를 계산하여 쉽게 한 주기의 심음 신호와 심플리시티 곡선을 추출할 수 있다. 여기서, 편의상 한 주기의 심플리시티 곡선을 추출하여 설명할 것이나, 한 주기 이상의 심플리시티 곡선을 추출하여 심음 신호를 분석할 수 있음은 물론이다.3 shows an exemplary simplicity result of the heart sound signal. According to FIG. 3, the heart sound main components S1 and S2 have a relatively simple signal and a large simplicity value, and the heart noise has a relatively complex signal, thereby reducing the simplicity value. Here, Gaussian white noise is added with a standard deviation of 0.02 in order to reduce the simplicity value of the signal-free section. The added white noise has a very small standard deviation, which significantly reduces the simplicity value of the signal-free section and has little effect on the signal. Simplicity also comes out periodically because heart sound is almost periodic
Figure 112011086073358-pat00005
We can easily extract the heartbeat signal and simplicity curve of one period. Here, for convenience, the simplicity curve of one cycle will be extracted and described. However, the simplicity curve of one or more cycles can be extracted to analyze the heart sound signal.

여기서, 심플리시티 곡선을 추출한 후, 추출한 심플리시티 곡선에 오프셋을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 먼저 심음 신호의 심플리시티를 계산하고 심음 주기를 구하여 한 주기 심플리시티 곡선을 추출한다. 심플리시티 곡선에는 offset가 있게 되는데, 이로 인하여 가우시안 곡선적합 시 표준편차가 매우 큰 가우시안 적합곡선이 생기며 불필요한 정보를 주게 되므로 아래의 수학식 3과 같이 offset를 제거한다.Here, after extracting the simplicity curve, the method may further include removing an offset from the extracted simplicity curve. First, the simplicity of the heart sound signal is calculated, and the one-cycle simplicity curve is extracted by obtaining the heart sound period. The simplicity curve has an offset. This results in a Gaussian fit curve with a very large standard deviation when the Gaussian curve is fitted and gives unnecessary information, thus eliminating the offset as shown in Equation 3 below.

Figure 112011086073358-pat00006
Figure 112011086073358-pat00006

도 4 및 도 5를 참고하여 오프셋을 제거했을 때의 결과를 설명한다. 도 4 및 도 5는 각각 오프셋이 있을 때와 오프셋을 제거했을 때 가우시안 곡선 적합법으로 적합한 결과를 보여준다. 도 4 및 도 5에서 굵은 선은 심음 신호의 심플리시티 곡선이고 점선은 가우시안 곡선 적합법으로 적합하였을 때의 각 가우시안 성분이다. 그림 도 4에서 표준편차가 매우 큰 가우시안 성분이 있게 되는데 이것은 오프셋로 하여 생성되며 심잡음을 정확하게 적합하지 못한다. 도 5에서 오프셋 제거 후 심잡음이 세 개 가우시안으로 적절하게 적합 되였음을 볼 수 있다.A result when the offset is removed will be described with reference to FIGS. 4 and 5. 4 and 5 show the results of the Gaussian curve fitting method when there is an offset and when the offset is removed, respectively. In FIG. 4 and FIG. 5, a thick line is the simplicity curve of a heart sound signal, and a dotted line is each Gaussian component when it is suitable by the Gaussian curve fitting method. In Figure 4, there is a Gaussian component with a very large standard deviation, which is created as an offset and does not fit the murmur correctly. In Figure 5 it can be seen that after offset removal, the murmur was suitably fitted to three Gaussians.

다음으로, 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 가우시안 적합곡선을 추출하는 단계(S120)에 대해서 구체적으로 설명한다. 여기서, 가우시안 적합곡선을 추출하는 단계는, 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 복수의 가우시안 성분 및 상기 복수의 가우시안 성분에 대응하는 복수의 가우시안 파라미터를 추출할 수 있다.Next, a step (S120) of extracting a Gaussian fitting curve by applying a Gaussian curve fitting method to the simplicity curve will be described in detail. In the extracting of the Gaussian fitting curve, the Gaussian curve fitting method may be applied to the simplicity curve to extract a plurality of Gaussian components and a plurality of Gaussian parameters corresponding to the plurality of Gaussian components.

곡선 적합법은 관측 데이터를 최적으로 모델링한 다음 모델 파라미터를 추출하여 신호를 분석하고 evaluation 하는 기법으로써 통계학에서 데이터 분석시 많이 사용되고 있다. 심음 주성분의 심플리시티는 가우시안 모양에 근접되므로 가우시안 곡선 적합법을 적용하는 것이 합리적이다. 가우시안 곡선적합 모델은 아래의 수학식 4와 같다. 여기서, 또한, a, b 및 c는 가우시안 파라미터로서, a는 가중치이고 b는 평균, c는 표준편차를 뜻하고

Figure 112011086073358-pat00007
로 되며, q는 믹스 수가 된다. Curve fitting method is a technique that analyzes and evaluates signals by optimally modeling observation data, extracting model parameters, and is widely used in data analysis in statistics. The simplicity of the core sound component is close to the Gaussian shape, so it is reasonable to apply Gaussian curve fitting. Gaussian curve fitting model is shown in Equation 4 below. Here, a, b and c are Gaussian parameters, where a is the weight, b is the mean, c is the standard deviation,
Figure 112011086073358-pat00007
Q is the number of mixes.

Figure 112011086073358-pat00008
Figure 112011086073358-pat00008

여기서, 도 6 내지 도 8을 참조하여 절적한 가우시안 믹스 수에 대하여 설명한다. 도 6 내지 도 8은 각각 가우시안 믹스 수가 3, 4 및 5일 때의 가우시안 곡선 적합 결과를 나타낸다. 가우시안 믹스 수가 3일 때와 4일 때는 도 6 및 도 7과 같이 일부 심플리시티 신호가 틀리게 적합 되는 것을 볼 수 있다. 그림 도 6에서 심잡음과 심음 주성분 S2가 하나의 가우시안 성분으로 적합 됨으로 인하여 심잡음을 검출할 수가 없게 된다. 도 7에서는 심음 주성분 S2, S3가 하나의 가우시안으로 적합 됨으로 하여 S3을 검출할 수 없다. 도 8을 참조하면 가우시안 믹스 수가 5일 때 심플리시티 신호를 정확하게 적합할 수 있는 것을 볼 수 있다. 6 to 8, a description will be given of the Gaussian mix number that is appropriate. 6 to 8 show Gaussian curve fitting results when the Gaussian mix number is 3, 4 and 5, respectively. When the Gaussian mix number is 3 and 4, some simplicity signals are incorrectly fitted as shown in FIGS. 6 and 7. In FIG. 6, since the heart noise and the main sound component S2 are fitted as one Gaussian component, the heart noise cannot be detected. In FIG. 7, since the sound sound main components S2 and S3 fit into one Gaussian, S3 cannot be detected. Referring to FIG. 8, it can be seen that the simplicity signal can be accurately fitted when the Gaussian mix number is five.

가우시안 적합곡선에서 심음 신호의 심잡음에 해당하는 성분을 제거하는 단계(S130)에 대해서 구체적으로 설명한다. 심잡음을 제거하는 단계(S130)는 가우시안 적합곡선을 추출하는 단계에서(S120) 추출한 가우시안 파라미터를 이용하여 각 가우시안 성분이 심잡음인지 여부를 판단하는 단계 및 복수의 가우시안 성분 중 심잡음으로 판단된 가우시안 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The step S130 of removing the components corresponding to the heart noise of the heart sound signal from the Gaussian fit curve will be described in detail. The step of removing the murmur noise (S130) is a step of determining whether each Gaussian component is a murmur noise by using the Gaussian parameter extracted in the step of extracting a Gaussian fit curve (S120) and a Gaussian component determined as murmur noise among a plurality of Gaussian components. It may include the step of removing.

일반적으로 심음 주성분 S1, S2의 심플리시티 값은 비교적 크고 표준편차가 작으며, 심잡음의 심플리시티 값은 비교적 작으며 평탄하다. 따라서, 가우시안 곡선 적합을 한 후 심음 주성분을 적합한 가우시안 성분은 가중치가 a가 비교적 크고 표준편차 c가 비교적 작으며, 반대로 심잡음을 적합한 가우시안 성분은 가중치 a가 비교적 작고 표준편차 c가 상대적으로 크다. ac_rate, 즉, 가우시안 파라미터 중 a와 c의 비율을 아래의 수학식 5와 같이 정의하면 심음 주성분을 적합한 가우시안 성분의 ac_rate는 비교적 크고 심잡음을 적합한 가우시안 성분의 ac_rate는 비교적 작을 수 있다. 여기서, 값이 너무 작기에 계산의 편리를 위하여 1000배 이득을 주어 계산할 수 있다.In general, simplicity values of the main sound components S1 and S2 are relatively large and the standard deviation is small, and simplicity values of the heart noise are relatively small and flat. Therefore, the Gaussian component that fits the core sound component after Gaussian curve fitting has a relatively large weight a and a relatively small standard deviation c. On the contrary, the Gaussian component that fits the core noise has a relatively small weight a and a large standard deviation c. If ac_rate, that is, the ratio of a and c in the Gaussian parameter is defined as in Equation 5 below, the ac_rate of the Gaussian component suitable for the heart sound component may be relatively large, and the ac_rate of the Gaussian component suitable for deep noise may be relatively small. Here, the value is too small and can be calculated by giving a 1000 times gain for the convenience of calculation.

Figure 112011086073358-pat00009
Figure 112011086073358-pat00009

아래의 표 1은 도 8의 각 가우시안 적합곡선의 파라미터를 보여준다. 심음 주성분을 적합한 가우시안 성분의 ac_rate는 비교적 크고, 심잡음을 적합한 가우시안 성분의 ac_rate는 비교적 작은 값을 가질 수 있다. ac_rate에 적절한 문턱값을 설정하여 문턱값 이상이면 심음 주성분이고 문턱값 이하이면 심잡음으로 판단할 수 있다.Table 1 below shows the parameters of each Gaussian fit curve of FIG. 8. The ac_rate of the Gaussian component suitable for the heart sound main component may be relatively large, and the ac_rate of the Gaussian component suitable for the heart noise may have a relatively small value. An appropriate threshold value may be set in ac_rate to determine the main component of the heart sound if the threshold value is higher than or equal to the threshold, and to determine the noise level if the threshold value is lower than the threshold value.

Figure 112011086073358-pat00010
Figure 112011086073358-pat00010

도 9는 심음 신호에 믹스 수가 5인 가우시안 곡선 적합 후, ac_rate를 계산한 히스토그램이다. ac_rate의 적절한 문턱값을 계산하기 위하여 예시적인 심음 신호를 오프셋을 제거하고, 믹수 수가 5인 가우시안 곡선적합으로 적합 한 다음 ac_rate를 계산하여 히스토그램을 그렸다. 그림 5에서 볼 수 있는 바와 같이 심잡음의 ac_rate는 1.6 이하이고 1에서 피크 값을 보이며, 심음 주성분 S1, S2, S3, S4의 ac_rate는 3.6에서 피크 값을 보인다. 히스토그램으로부터 ac_rate가 1.6보다 작으면 심잡음으로 판단하고 1.6보다 크면 심음 주성분 S1, S2, S3, S4로 판단할 수 있으며, 심잡음으로 판단된 가우시안 성분을 제거할 수 있다.9 is a histogram of ac_rate calculated after fitting a Gaussian curve having a mix number of 5 to a heart sound signal. In order to calculate the appropriate threshold of ac_rate, the histogram was plotted by removing the offset of the exemplary heart sound signal, fitting the Gaussian curve with the number of mixes to 5, and then calculating the ac_rate. As can be seen in Figure 5, the ac_rate of the murmur noise is less than 1.6 and shows a peak value at 1, and the ac_rate of the dominant sound components S1, S2, S3, and S4 has a peak value at 3.6. If ac_rate is less than 1.6 from the histogram, it can be determined as the heart noise, and if it is greater than 1.6, it can be determined as the main sound components S1, S2, S3, and S4, and Gaussian components determined as the heart noise can be removed.

다음으로, 심잡음이 제거된 가우시안 적합곡선을 이용하여 심음 주성분을 검출하는 단계(S140)에 대해서 구체적으로 설명한다. 심음 주성분을 검출하는 단계(S140)는 심잡음이 제거된 복수의 가우시안 성분에 대응하는 가우시안 파라미터를 이용하여 심음 주성분의 위치를 검출하는 단계 및 심잡음이 제거된 복수의 가우시안 성분을 이용하여 심음 주성분의 지속시간을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.Next, the step (S140) of detecting the heart sound principal component using the Gaussian fitting curve from which the heart noise is removed will be described in detail. Detecting the heart sound principal component (S140) includes detecting a position of the heart sound principal component using a Gaussian parameter corresponding to the plurality of Gaussian components from which the heart noise has been removed, and continuing the heart sound principal component using the plurality of Gaussian components from which the heart noise has been removed. Detecting time.

여기서, 추출된 가우시안 성분 중 겹치는 가우시안 성분이 있는 경우, 겹치는 가우시안 성분을 하나의 가우시안 성분으로 병합하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 도 8 및 도 10을 참조하여 구체적으로 설명한다. Here, when there is an overlapping Gaussian component among the extracted Gaussian components, the method may further include merging the overlapping Gaussian components into one Gaussian component, which will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 10.

도 10은 도 8에 나타난 가우시안 성분 중에서 겹치는 가우시안 성분을 병합한 결과를 나타낸다. 도 8에서 심잡음를 적합한 가우시안 성분을 제거하면 나머지는 심음 주성분 S1, S2로 된다. S1, S2 심음 주성분은 서로 일정한 간격을 두고 떨어져 있기에 겹치는 가우시안 성분을 하나의 가우시안으로 다시 적합하면 각각의 S1, S2 심음 성분을 추출할 수 있다. 여기서, 가우시안 성분이 겹치는 여부는

Figure 112011086073358-pat00011
로 판단한다. FIG. 10 illustrates a result of merging overlapping Gaussian components among the Gaussian components shown in FIG. 8. When the Gaussian component suitable for heart noise is removed in FIG. Since the main components of S1 and S2 are spaced apart from each other at regular intervals, if the overlapping Gaussian components are refitted into a single Gaussian, each of the S1 and S2 core sounds can be extracted. Here, whether the Gaussian components overlap
Figure 112011086073358-pat00011
Judging by.

아래의 표 2는 도 10의 두 가우시안 성분의 가우시안 파라미터를 나타낸다. 여기서, 파라미터 b는 심음 주성분 S1, S2의 중심위치이므로, 심음 주성분의 위치를 검출할 수 있다. 또한, 각 가우시안 성분을

Figure 112011086073358-pat00012
로 게이트 하여 각 심음 성분의 지속시간을 검출할 수 있다.Table 2 below shows Gaussian parameters of the two Gaussian components of FIG. 10. Here, since the parameter b is the center position of the heart sound main components S1 and S2, the position of the heart sound main component can be detected. In addition, each Gaussian component
Figure 112011086073358-pat00012
It can be gated to detect the duration of each heart sound component.

Figure 112011086073358-pat00013
Figure 112011086073358-pat00013

도 11은 도 10의 가우시안 적합곡선으로부터 심음 주성분의 위치 및 지속시간을 검출한 결과를 나타낸다. 도 11에서 도 10의 가우시안 성분 및 가우시안 파라미터로 부터 각 심음 주성분의 위치를 정확하게 판정하고

Figure 112011086073358-pat00014
로 게이트 함으로써 심음 주성분 지속시간을 정확하게 측정할 수 있음을 알 수 있다.FIG. 11 shows the results of detecting the position and duration of the core sound component from the Gaussian fit curve of FIG. 10. From FIG. 11 to Gaussian component and Gaussian parameter of FIG.
Figure 112011086073358-pat00014
It can be seen that by conducting the gate, the core sound component duration can be accurately measured.

한편, 심음 주성분을 검출하는 단계(S140)는 심장 수축기와 확장기의 간격의 차이를 이용하여 심음 주성분의 종류를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 가우시안 적합곡선으로부터 심음 성분을 추출한 다음, 심장 수축기가 확장기보다 짧다는 심음 특성에 의하여 S1, S2를 쉽게 판정할 수 있다. 또한, S3, S4가 있는 경우 S2와 S3 혹 S1과 S4의 간격이 제일 짧다는 특성을 이용하면 수축기와 확장기를 확정할 수 있고, 이에 따라, S1, S2, S3, S4 판정 할 수 있다. 또한, S1, S2 위치가 판정되면 심잡음의 위치에 따라 수축기 심잡음인지 확장기 심잡음인지를 판단 할 수 있다.On the other hand, detecting the heart sound main component (S140) may further comprise the step of determining the type of heart sound main component using the difference between the interval between the heart systolic and diastolic. After extracting the heart sound component from the Gaussian fitted curve, S1 and S2 can be easily determined by the heart sound characteristic that the cardiac systolic is shorter than the diastolic. In addition, if S3 and S4 are present, the systolic and diastolic devices can be determined by using the characteristic that the interval between S2 and S3 or S1 and S4 is the shortest, whereby S1, S2, S3 and S4 can be determined. In addition, when the positions S1 and S2 are determined, it is possible to determine whether the systolic heartbeat or the diastolic heartbeat according to the position of the heartbeat.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2에 따르면, 심음 분석 장치(200)는 심플리시티부(210), 추출부(220), 심잡음 제거부(230) 및 주성분 검출부(240)를 포함한다. 2 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for analyzing heart sounds according to an embodiment of the present invention. According to FIG. 2, the heart sound analyzing apparatus 200 includes a simplicity unit 210, an extractor 220, a heart noise remover 230, and a principal component detector 240.

심플리시티부(210)는 심플리시티 곡선을 추출한다. 구체적으로, 심플리시티부(210)는 기 측정된 심음 신호로부터 심음의 실플리시티를 계산하여 적어도 한 주기의 심플리시트 곡선을 추출할 수 있다. 여기서, 기측정된 심음 신호는 저장부(미도시)에 기 저장되어 있을 수 있으며, 또는, 심음 분석 장치(200)와 연결된 심음 측정 장치(미도시)를 이용하여 측정할 수 있다. 심플리시티부(210)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법의 심플리시티 곡선을 추출하는 단계(S110)에 대응될 수 있으며, 이에 대한 설명은 도 1과 관련하여 자세히 설명하였으므로 생략한다.The simplicity unit 210 extracts a simplicity curve. In detail, the simplicity unit 210 may extract a simplicity curve of at least one period by calculating a silplicity of the heart sound from the previously measured heart sound signal. Here, the pre-measured heart sound signal may be previously stored in a storage unit (not shown), or may be measured using a heart sound measurement device (not shown) connected to the heart sound analysis device 200. The simplicity unit 210 may correspond to the step (S110) of extracting a simplicity curve of the heart sound analysis method according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and a description thereof is omitted in detail with reference to FIG. 1.

한편, 심음 분석 장치(200)는 오프셋 제거부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 오프셋 제거부는 심플리시티부(210)에서 추출된 심플리시티 곡선의 오프셋(offset)을 제거한다. 오프셋 제거부는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법의 오프셋을 제거하는 단계(미도시)에 대응될 수 있으며, 이에 대한 설명은 도 1과 관련하여 자세히 설명하였으므로 생략한다.Meanwhile, the heart sound analysis apparatus 200 may further include an offset remover (not shown). The offset remover removes an offset of the simplicity curve extracted by the simplicity unit 210. The offset remover may correspond to a step (not shown) of removing the offset of the heart sound analysis method according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and a description thereof will be omitted in detail with reference to FIG. 1.

추출부(220)는 심플리시티 곡선으로부터 가우시안 적합곡선을 추출한다. 구체적으로, 추출부(220)는 심플리시티부(210)에서 추출된 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 복수의 가우시안 성분 및 상기 복수의 가우시안 성분에 대응하는 복수의 가우시안 파라미터를 추출할 수 있다. 추출부(220)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법의 가우시안 적합곡선을 추출하는 단계(S120)에 대응될 수 있으며, 이에 대한 설명은 도 1과 관련하여 자세히 설명하였으므로 생략한다.The extraction unit 220 extracts a Gaussian fit curve from the simplicity curve. Specifically, the extractor 220 may apply a Gaussian curve fitting method to the simplicity curve extracted by the simplicity unit 210 to extract a plurality of Gaussian components and a plurality of Gaussian parameters corresponding to the plurality of Gaussian components. have. The extraction unit 220 may correspond to the step (S120) of extracting a Gaussian fit curve of the heart sound analysis method according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and a description thereof is omitted in detail with reference to FIG. 1.

심잡음 제거부(230)는 가우시안 적합곡선에서 심잡음에 해당하는 성분을 제거한다. 구체적으로 심잡음 제거부(230)는 추출부(220)에서 추출된 가우시안 파라미터를 이용하여 각 가우시안 성분이 심잡음인지 여부를 판단하고, 복수의 가우시안 성분 중 상기 심잡음으로 판단된 가우시안 성분을 제거할 수 있다. 심잡음 제거부(230)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법의 심잡음에 해당하는 성분을 제거하는 단계(S130)에 대응될 수 있으며, 이에 대한 설명은 도 1과 관련하여 자세히 설명하였으므로 생략한다.The heart noise removing unit 230 removes a component corresponding to the heart noise from the Gaussian fitting curve. In detail, the murmur remover 230 may determine whether each Gaussian component is a murmur using a Gaussian parameter extracted by the extractor 220, and may remove the Gaussian component determined as the murmur among a plurality of Gaussian components. . The heart noise removing unit 230 may correspond to the step S130 of removing a component corresponding to the heart noise of the heart sound analysis method according to an embodiment of the present disclosure, and the description thereof is omitted in detail with reference to FIG. 1. do.

주성분 검출부(240)는 모멘트 특성 파형을 이용하여 심음 주성분을 검출한다. 이를 위하여 주성분 검출부(240)는 위치 검출부(241) 및 지속시간 검출부(242)를 포함할 수 있다. 위치 검출부(241)는 심잡음이 제거된 복수의 가우시안 성분에 대응하는 가우시안 파라미터를 이용하여 상기 심음 주성분의 위치를 검출하고, 지속시간 검출부(242)는 심잡음이 제거된 복수의 가우시안 성분을 이용하여 심음 주성분의 지속시간을 검출할 수 있다. 주성분 검출부(240)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법의 심음 주성분을 검출하는 단계(S140)에 대응될 수 있으며, 이에 대한 설명은 도 1과 관련하여 자세히 설명하였으므로 생략한다. The principal component detection unit 240 detects a heart sound principal component using a moment characteristic waveform. To this end, the principal component detector 240 may include a position detector 241 and a duration detector 242. The position detector 241 detects the position of the heart sound main component using a Gaussian parameter corresponding to the plurality of Gaussian components from which the noise is removed, and the duration detector 242 uses the Gaussian component from which the noise is removed. The duration of the principal component can be detected. Principal component detection unit 240 may correspond to the step (S140) of detecting the heart sound principal component of the heart sound analysis method according to an embodiment of the present invention, the description thereof will be omitted in detail with respect to FIG.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 장치(200)는 심플리시티부(210), 추출부(220), 심잡음 제거부(230) 및 주성분 검출부(240)를 각각 별개의 구성인 것으로 설명하였으나, 심음 분석 방법에 관한 프로그램 코드가 저장된 프로세서와 같이 심음 분석 장치(200)는 하나의 구성으로 구현될 수도 있다. On the other hand, the heart sound analysis apparatus 200 according to an embodiment of the present invention will be described as a separate configuration of the simplicity unit 210, extraction unit 220, heart noise removal unit 230 and the principal component detection unit 240, respectively However, the heart sound analysis apparatus 200 may be implemented in one configuration, such as a processor in which a program code for a heart sound analysis method is stored.

이하에서, 도 12 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법에 대한 실험 결과를 설명한다.Hereinafter, an experimental result of the heart sound analysis method according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 to 15.

본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법의 성능을 평가하기 위하여 인터넷에 공개된 심음 파일 22개를 8kHz로 다운샘플링하여 사용하였다. 심플리시티를 계산할 때 N=50, m=10으로, 백색 가우시안 잡음을 σ=0.02로 첨부하였다. 심플리시티 곡선을 가우시안으로 적합할 때 믹스 수는 5개, 심잡음을 판단하는 ac_rate 문턱값은 1.6, 심잡음 제거 후 나머지 가우시안이 겹치는 여부는

Figure 112011086073358-pat00015
로 판정하며, 겹치는 가우시안 성분은 하나의 가우시안으로 다시 적합하여 S1, S2, S3, S4 심음 성분을 추출하였다. 다음, 다시 적합된 각 가우시안 곡선을
Figure 112011086073358-pat00016
로 게이트 하여 S1, S2, S3, S4 심음 성분의 지속시간을 계산하였다.In order to evaluate the performance of the heart sound analysis method according to an embodiment of the present invention, 22 heart sound files published on the Internet were downsampled at 8 kHz. When simplicity was calculated, N = 50, m = 10 and white Gaussian noise were added as σ = 0.02. When the simplicity curve is fitted as a Gaussian, the number of mixes is 5, the ac_rate threshold for determining the noise is 1.6, and whether the remaining Gaussians overlap after removing the noise is
Figure 112011086073358-pat00015
It was determined that the overlapping Gaussian components were refitted as one Gaussian to extract S1, S2, S3, and S4 core sound components. Next, we reconstruct each Gaussian curve
Figure 112011086073358-pat00016
The gates were then gated to calculate the duration of the S1, S2, S3, and S4 planting components.

도 12 내지 도 15는 가우시안 곡선적합법을 이용한 심플리시티 기반의 심음 분석 결과를 보여준다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 심음 분석 방법에 의해 각 심음 성분의 위치 판정과 S1, S2, S3, S4 심음성분의 지속시간을 정확하게 찾을 수 있음을 볼 수 있다.12 to 15 show the results of simplicity based heart sound analysis using Gaussian curve fitting. By the heart sound analysis method according to an embodiment of the present invention it can be seen that the position determination of each heart sound component and the duration of the S1, S2, S3, S4 heart sound component can be found accurately.

믹스 수가 많은 경우 가우시안 곡선 적합은 더 잘 이루어지지만 심잡음을 적합하는 가우시안의 표준편차가 작아지므로 ac_rate 값이 커지게 되고 심잡음을 제거하는 것이 더 힘들어진다.Gaussian curve fitting works better for a large number of mixes, but the Gaussian for fitting the noise is smaller, resulting in a higher ac_rate value and more difficult to remove.

fuzzy c-means clustering 기법으로 심플리시티 값이 큰 클래스, 중간 클래스, 작은 클래스 세 개로 클러스터링할 경우, 심플리시티 값이 상승하거나 하강하는 과도과정도 중간 클래스로 클러스터링 되므로 이로 하여 생기는 짧은 구간의 피크를 제거하여야 하는데, 심플리시티 값의 변화가 늦은 경우 심잡음을 판정하는데 어려움이 있다. 실험에 이용된 22개 심음 파일 중 fuzzy c-means clustering 기법으로는 13개의 심음을 정확하게 게이트 할 수 있었고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가우시안 곡선 적합법을 이용하는 심음 분석 방법은 18개 심음을 정확하게 게이트 할 수 있었다. When clustering into three classes with large simplicity value, middle class, and small class with fuzzy c-means clustering, the transient process of increasing or decreasing simplicity value is also clustered into intermediate class, eliminating short peaks. If the change in simplicity value is late, it is difficult to determine the murmur. The fuzzy c-means clustering technique was able to accurately gate 13 heart sounds among 22 heart sound files used in the experiment, and the heart sound analysis method using the Gaussian curve fitting method according to an embodiment of the present invention accurately recorded 18 heart sounds. Could gate.

게이트 성공률은 본 논문에서 제안한 방법이 높고, fuzzy c-means clustering 기법과 비교할 때 중간 클래스의 짧은 피크를 제거하여야 하는 어려움이 없다는 것이 이점이 된다.The gate success rate is advantageous in that the method proposed in this paper is high and there is no difficulty in eliminating short peaks in the middle class compared to the fuzzy c-means clustering technique.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분 야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. Although the above has been illustrated and described with respect to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, but in the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Anyone of ordinary skill in the art can make various modifications, and such changes are within the scope of the claims.

200 : 심음 분석 장치 210 : 심플리시티부
220 : 추출부 230 : 심잡음 제거부
240 : 주성분 검출부 241 : 위치 검출부
242 : 지속시간 검출부
200: heart sound analysis device 210: simplicity unit
220: extraction unit 230: heart noise removal unit
240: principal component detection unit 241: position detection unit
242: duration detector

Claims (10)

심음 분석 방법에 있어서,
기 측정된 심음 신호에 잡음을 부가하여 심음의 심플리시티 곡선을 추출하는 단계;
상기 추출된 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 가우시안 파라미터를 추출하는 단계;
상기 가우시안 파라미터를 이용하여 상기 심음 신호의 주성분과 심잡음 성분을 판별하여 상기 심잡음 성분을 제거하는 단계; 및
상기 심잡음 성분을 판별하여 제거한 심음 신호로부터 심음 주성분을 검출하는 단계;를 포함하는 심음 분석 방법.
In the heart sound analysis method,
Extracting a simplicity curve of the heart sound by adding noise to the measured heart sound signal;
Extracting a Gaussian parameter by applying a Gaussian curve fitting method to the extracted simplicity curve;
Determining a main component and a heart noise component of the heart sound signal using the Gaussian parameter to remove the heart noise component; And
Detecting the heart sound component from the heart sound signal removed by determining the heart noise component; Heart sound analysis method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 가우시안 파라미터를 추출하는 단계는,
상기 심플리시티 곡선에 가우시안 곡선 적합법을 적용하여 복수의 가우시안 성분 및 상기 복수의 가우시안 성분에 대응하는 복수의 가우시안 파라미터를 추출하는 것을 특징으로 하는 심음 분석 방법.
The method of claim 1,
Extracting the Gaussian parameter,
And a plurality of Gaussian components and a plurality of Gaussian parameters corresponding to the plurality of Gaussian components by applying a Gaussian curve fitting method to the simplicity curve.
삭제delete 삭제delete 제2항에 있어서,
상기 심잡음 성분을 제거하는 단계는,
상기 추출된 가우시안 파라미터를 이용하여 각 가우시안 성분이 심잡음 성분인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 복수의 가우시안 성분 중 상기 심잡음 성분으로 판단된 가우시안 성분을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 심음 분석 방법.
The method of claim 2,
Removing the deep noise component,
Determining whether each Gaussian component is a deep noise component using the extracted Gaussian parameter; And
Removing a Gaussian component determined as the deep noise component among the plurality of Gaussian components.
제5항에 있어서,
상기 심음 주성분을 검출하는 단계는,
상기 심잡음 성분이 제거된 복수의 가우시안 성분에 대응하는 가우시안 파라미터 분석을 통해 상기 심음 주성분의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 심음 분석 방법.
The method of claim 5,
Detecting the heart sound principal component,
And a position of the heart sound principal component through a Gaussian parameter analysis corresponding to a plurality of Gaussian components from which the heart noise component has been removed.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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Ardeshir Goshtasby et al.,"Curve Fitting by a sun of gaussians",CVGIP, Vol.56, No.4, pp. 281-288(공개일 1994.07.04) *
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