KR101311279B1

KR101311279B1 - Ｅｃｇ 신호 검출 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101311279B1
Application number: KR1020120068145A
Authority: KR
Inventors: 황도식
Original assignee: 인텔렉추얼디스커버리 주식회사
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2013-09-25

Abstract

본 발명은 ECG 신호 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 샘플링 레이트를 가변하여 ECG 신호를 획득함으로써, ECG 신호 처리를 빨리 할 수 있고, 전력을 절감할 수 있어, 휴대용 기기에 적용할 수 있는 ECG 신호 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 사용자의 ECG 신호를 획득하는 획득 단계; 획득된 ECG 신호를 패턴화하여 패턴화된 ECG 신호를 생성하는 패턴화 단계; 상기 패턴화된 ECG 신호를 이용하여 사용자의 ECG 신호를 언더 샘플링하여 언더 샘플링된 ECG 신호를 생성 및 출력하는 ECG 신호 언더 샘플링 단계; 상기 언더 샘플링된 ECG 신호와 상기 패턴화된 ECG 신호를 이용하여 곡선 맞춤 및 보간하여 보정된 ECG 신호를 생성하는 보정 단계; 상기 보정된 ECG 신호와 상기 패턴화된 ECG 신호의 상관계수를 구하는 연산 단계; 상기 상관계수와 기 설정한 한계값을 비교하여, 상기 상관계수가 상기 한계값 이상이면 상기 보정된 ECG 신호를 출력하는 ECG 신호 비교 단계;및 상기 상관계수가 상기 한계값 이상인 보정된 ECG 신호를 입력받아 영상 출력하는 디스플레이 단계를 포함하는 ECG 신호 검출 방법을 제공한다.

Description

ＥＣＧ 신호 검출 시스템 및 방법{ECG signal detection system and method}

본 발명은 ECG 신호 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 샘플링 레이트를 가변하여 ECG 신호를 획득함으로써, ECG 신호 처리를 빨리 할 수 있고, 전력을 절감할 수 있어, 휴대용 기기에 적용할 수 있는 ECG 신호 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.

심전도(ECG: electrocardiogram)란 심장근육의 수축 및 확장에 따른 활동 전류를 측정하여 기록하는 것이다. 심장근육이 수축 또는 이완할 때 발생하는 활동 전위는 심장으로부터 온몸으로 퍼지는 전류를 발생시키며, 전류는 몸의 위치에 따라 전위차를 발생시킨다.

이 전위차는 인체의 피부에 부착된 표면전극을 통해 검출하여 기록할 수 있으며, 기록된 심전도를 확인하여 심장박동의 빠르기를 확인할 수 있다.

이와 같은 심전도는 심장의 이상 유무 확인에 이용되며, 협심증, 심근경색, 부정맥 등 심장 질환을 측정하는 기본적인 방법으로 이용되는 매우 중요한 의료 진단 요소이다.

ECG 신호를 샘플링 함에 있어서, 샘플링 회수의 변경 없이 일률적으로 샘플링하게 되면 처리해야 할 샘플링 데이터가 많고, 전력의 소모가 크게 되어 구동시간에 한계가 있으므로 이동 가능한 장치에 사용하기에 적합하지 않다는 문제점이 있다.

종래에도 한국 공개특허공보 제10-2007-0113878호(‘심전도 신호를 이용한 생체 인식 시스템 및 생체 인식 방법’, 2007. 11. 29), 한국 공개특허공보 제10-2004-0072553호(‘심전도 측정 목걸이와 휴대용 심전도 측정 시스템’, 2004. 08. 18) 및 미국 등록특허공보 제5226425(‘Portable ECG monitor/recorder’, 1993. 07. 13)에서와 같이 심전도 신호를 획득하는 방법 및 시스템에 관해 기술하고 있으나, 이들 선행문헌은 심전도를 측정하는 기구적 구성에 관한 것으로, 휴대용 기기에 적용 가능한 ECG 신호 검출 시스템에 관해서는 개시하고 있지 못하다.

본 발명의 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은 일정 시간 동안 ECG 신호를 획득하는 ECG 신호 획득부; 상기 ECG 신호 획득부와 연결되어, 상기 ECG 신호를 수신하고, 패터닝하여 패턴화된 ECG 신호를 생성 및 출력하는 ECG 신호 패터닝부; 상기 ECG 신호 패터닝부와 연결되어, 상기 패턴화된 ECG 신호를 수신하고, 상기 패턴화된 ECG 신호 획득 후 사용자의 ECG신호를 상기 패턴화된 ECG 신호를 이용하고 언더 샘플링하여 언더 샘플링된 ECG 신호를 생성 및 출력하는 ECG 신호 언더 샘플링부; 상기 ECG 신호 패터닝부 및 상기 ECG 신호 언더 샘플링부와 연결되어, 상기 패턴화된 ECG 신호 및 상기 언더 샘플링된 ECG 신호를 수신하여 곡선 맞춤 및 보간하여 보정된 ECG 신호를 생성 및 출력하는 ECG 신호 보정부; 상기 ECG 신호 패터닝부 및 상기 ECG 신호 보정부와 연결되어, 상기 패턴화된 ECG 신호 및 상기 보정된 ECG 신호를 수신하여, 두 신호 사이의 상관계수를 생성 및 출력하는 ECG 신호 연산부; 상기 ECG 신호 연산부와 연결되어, 상기 상관계수를 수신하고, 기 설정된 한계값과 비교하여 상기 상관계수가 상기 한계값 이상이면, 상기 보정된 ECG 신호를 출력하는 ECG 신호 비교부;및 상기 ECG 신호부와 연결되어, 상기 ECG 신호부로부터 상기 보정된 ECG 신호를 입력받아 영상 출력하는 디스플레이부를 포함하는 ECG 신호 검출 시스템을 제공한다.

이때, 상기 ECG 신호 언더 샘플링부는 ECG 파형의 변동이 심할 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 늘리고, ECG 파형의 변동이 심하지 않을 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 줄여 샘플링한다.

한편, 본 발명은 사용자의 ECG 신호를 획득하는 획득 단계; 획득된 ECG 신호를 패턴화하여 패턴화된 ECG 신호를 생성하는 패턴화 단계; 사용자의 ECG신호를 상기 패턴화된 ECG 신호를 이용하고 언더 샘플링하여 언더 샘플링된 ECG 신호를 생성 및 출력하는 ECG 신호 언더 샘플링 단계; 상기 언더 샘플링된 ECG 신호와 상기 패턴화된 ECG 신호를 이용하여 곡선 맞춤 및 보간하여 보정된 ECG 신호를 생성하는 보정 단계; 상기 보정된 ECG 신호와 상기 패턴화된 ECG 신호의 상관계수를 구하는 연산 단계; 및 상기 상관계수와 기 설정한 한계값을 비교하여, 상기 상관계수가 상기 한계값 이상이면 상기 보정된 ECG 신호를 출력하는 ECG 신호 비교 단계;및 상기 상관계수가 상기 한계값 이상인 보정된 ECG 신호를 입력받아 영상 출력하는 디스플레이 단계를 포함하는 ECG 신호 검출 방법을 제공한다.

이때, 상기 패턴화 단계에서, 패턴화하는 동안 언더 샘플링되지 않은 ECG 신호를 디스플레이한다.

또한, 상기 언더 샘플링 단계에서, ECG 파형의 변동이 심할 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 늘리고, ECG 파형의 변동이 심하지 않을 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 줄여 샘플링한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 샘플링 레이트를 가변하여 ECG 신호를 획득함으로써, ECG 신호 처리를 빨리 할 수 있고, 전력을 절감할 수 있어, 휴대용 기기에 적용할 수 있는 ECG 신호 검출 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 샘플링 레이트를 가변하여 ECG 신호를 획득함으로써, 샘플링 레이트의 변경 없이 일률적으로 ECG 신호를 획득하는 종래 방법에 비하여 ECG 신호 검출 시스템의 전력 절감 효과가 있으며, 사용자의 ECG 패턴에 맞추어 ECG 신호를 보간하므로 노이즈의 영향이 줄어 필터링의 효과도 있다.

또한, 빠른 ECG 신호 처리와 전력 절감이 가능한 바, 일상생활에서 발생하는 심장의 이상 유무 확인, 협심증, 심근경색, 부정맥 등 심장 질환을 측정할 수 있는 휴대용 ECG 신호 검출 기기에 적용 가능하다.

이에 더하여, 낮은 샘플링 레이트를 사용하므로 저장해야 하는 데이터 양을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 장시간 심전도 신호를 모니터링할 수 있고, 데이터 전송을 위한 통신 데이터의 양도 줄어들게 되어, 경제적인 전송이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 ECG 신호 검출 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 ECG 신호 검출 시스템을 이용한 ECG 신호 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 이에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이다. 여기서, 본 발명의 실시 예는 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 충분히 전달하기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 다른 형태로 구체화될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 ECG 신호 검출 시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 ECG 신호 검출 시스템을 이용한 ECG 신호 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 ECG 신호 검출 시스템은 ECG 신호 획득부(10), ECG 신호 패터닝부(20), ECG 신호 언더 샘플링부(30), ECG 신호 보정부(40), ECG 신호 연산부(50), ECG 신호 비교부(60) 및 디스플레이부(70)를 포함한다.

상기 ECG 신호 획득부(10)는 사용자의 ECG 신호를 획득하며, 이때, 상기 ECG 신호 획득부(10)는 특정 주파수로 일정 시간, 예를 들면 10초 동안 ECG 신호를 획득한다.

상기 ECG 신호 패터닝부(20)는 상기 ECG 신호 획득부(10)와 연결되어, 상기 ECG 신호를 수신하며, 수신된 ECG 신호를 패터닝하여 패턴화된 ECG 신호를 생성 및 출력한다.

이때, 패터닝하는 동안에는 언더 샘플링 되지 않은 ECG 신호가 통상의 필터를 거쳐 상기 디스플레이부(70)를 통해 디스플레이된다.

상기 ECG 신호 언더 샘플링부(30)는 상기 ECG 신호 패터닝부(20)와 연결되어, 상기 패턴화된 ECG 신호를 수신하고, 상기 패턴화된 ECG 신호 획득 후 사용자의 ECG신호를 상기 패턴화된 ECG 신호를 이용하고 언더 샘플링(undersampling)하여 언더 샘플링된 ECG 신호를 생성 및 출력한다.

이때, 상기 ECG 신호 언더 샘플링부(30)는 ECG 파형의 변동이 심할 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 늘리고, 반대로 ECG 파형의 변동이 심하지 않을 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 줄여 샘플링한다.

상기 ECG 신호 보정부(40)는 상기 ECG 신호 패터닝부(20) 및 상기 ECG 신호 언더 샘플링부(30)와 연결되어, 상기 패턴화된 ECG 신호 및 상기 언더 샘플링된 ECG 신호를 수신하고, 상기 언더 샘플링된 ECG 신호를 상기 패턴화된 ECG 신호에 곡선 맞춤(curve fitting) 및 보간(interpolation)하여 보정된 ECG 신호를 생성 및 출력한다.

상기 ECG 신호 연산부(50)는 상기 ECG 신호 패터닝부(20) 및 상기 ECG 신호 보정부(40)와 연결되어, 상기 패턴화된 ECG 신호 및 상기 보정된 ECG 신호를 수신 및 대비하여 상관 관계를 파악한 후, 두 신호 사이의 상관계수를 생성 및 출력한다.

상기 ECG 신호 비교부(60)는 상기 ECG 신호 연산부(50)와 연결되어, 상기 상관계수를 수신하고, 상기 상관계수와 기 설정된 한계값을 비교하여, 상기 상관계수가 상기 한계값 이상이면, 보정된 ECG 신호를 상기 디스플레이부(70)에 전송한다.

상기 디스플레이부(70)는 상기 ECG 신호 비교부(60)와 연결되어, 상기 ECG 신호 비교부(60)로부터 전송되는 보정된 ECG 신호를 영상 출력한다.

도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 ECG 신호 검출 시스템에 있어서의 ECG 신호 검출 방법을 설명한다.

먼저, ECG 신호 획득부(10)가 사용자의 ECG 신호를 획득하며(S10), 이때, 상기 ECG 신호는 ECG 신호를 패터닝하기 위하여 획득되는 ECG 신호는 사용자의 ECG 패턴화가 가능한 특정 주파수로 일정 시간, 예를 들면 10초 동안 획득되며, 일정 시간동안 ECG 신호를 패터닝하기 위하여 ECG 신호를 획득한 이후에도, 사용자의 ECG 신호는 계속적으로 획득된다.

다음으로, ECG 신호 패터닝부(20)가 상기 ECG신호를 패터닝하기 위하여 획득되는 ECG 신호를 주기별로 구획하고, 각 주기별로 패턴화하여, 패턴화된 ECG 신호를 생성한다(S20).

한편, 패턴화하는 동안에는 언더 샘플링 되지 않은 ECG 신호를 일반적 필터를 거쳐 디스플레이한다.

다음으로, ECG 신호 언더 샘플링부(30)가 상기 ECG 신호 패터닝 이후, 상기 패턴화된 ECG 신호를 이용하여 사용자의 ECG 신호를 언더 샘플링(undersampling)하여, 언더 샘플링된 ECG 신호를 생성한다(S30). 이때, 상기 ECG 신호 언더 샘플링부(30)는 ECG 파형의 변동이 심할 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 늘리고, ECG 파형의 변동이 심하지 않을 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 줄여 샘플링한다.

다음으로, ECG 신호 보정부(40)가 상기 언더 샘플링된 ECG 신호와 상기 패턴화된 ECG 신호를 이용하여 보정된 ECG 신호를 생성한다(S40).

즉, ECG 신호 보정부(40)가 언더 샘플링된 ECG 신호를 상기 패턴화된 ECG 신호에 곡선 맞춤(curve fitting)하고, 보간(interpolation)함으로써 보정된 ECG 신호를 생성하다.

다음으로, ECG 신호 연산부(50)가 상기 보정된 ECG 신호와 상기 패턴화된 ECG 신호를 대비하여 상관 관계를 파악하여, 두 신호 사이의 상관계수를 구한다(S50). 이 때, 상관계수(r, correlation coeffiecient)는 다음과 같은 수식으로 구할 수 있으며, 수식에 있어서 x는 상기 패터닝된 ECG 신호의 값, y는 상기 보정된 ECG 신호의 값을 의미한다.

다음으로, ECG 신호 비교부(60)가 상관계수와 미리 설정한 한계값을 비교한다(S60). 이때, 상기 상관계수가 상기 한계값 이상이면 보정된 ECG 신호를 디스플레이하고(S70), 한계값 미만이면 처음 단계로 돌아가 다시 ECG 신호를 획득한다(S10). 일례로, 한계값을 0.5라고 설정한 경우, 상기 상관계수가 상기 한계값보다 큰 0.9라면, 상기 패터닝된 ECG 신호와 상기 보정된 ECG 신호의 상관관계가 높다고 판단하여 상기 보정된 ECG 신호를 상기 디스플레이부(70)에 전송하여 상기 보정된 ECG 신호를 디스플레이한다(S70). 만약 상기 상관계수가 상기 한계값보다 작은 0.1이라면, 상기 패터닝된 ECG 신호와 상기 보정된 ECG 신호의 상관관계가 높지 않다고 판단하여 ECG 신호를 획득하는 단계(S10)로 돌아가서 상기 샘플링 회수를 높여서 ECG 신호를 획득한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 샘플링 레이트를 가변하여 ECG 신호를 획득함으로써, 샘플링 레이트의 변경 없이 일률적으로 ECG 신호를 획득하는 종래 방법에 비하여 ECG 신호 검출 시스템의 전력 절감 효과가 있으며, 사용자의 ECG 패턴에 맞추어 ECG 신호를 보간하므로 노이즈의 영향이 줄어 필터링의 효과도 있다.

이에 더하여, 낮은 샘플링 레이트를 사용하므로 저장해야 하는 데이터 양을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 장시간 심전도 신호를 모니터링할 수 있고, 데이터 전송을 위한 통신 데이터의 양도 줄어들게 되어, 경제적 및 시간적으로 절감 효과를 기대할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 ECG 신호 검출 시스템 및 방법을 예시한 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예와 도면에 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하고, 그와 같은 변형은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

10 : ECG 신호 획득부 20 : ECG 신호 패터닝부
30 : ECG 신호 언더 샘플링부 40 : ECG 신호 보정부
50 : ECG 신호 연산부 60 : ECG 신호 비교부

Claims

ECG 신호를 획득하는 ECG 신호 획득부;
상기 ECG 신호 획득부와 연결되어, 상기 ECG 신호를 수신하고, 패터닝하여 패턴화된 ECG 신호를 생성 및 출력하는 ECG 신호 패터닝부;
상기 ECG 신호 패터닝부와 연결되어, 상기 패턴화된 ECG 신호를 수신하고, 사용자의 ECG 신호를 언더 샘플링하여 언더 샘플링된 ECG 신호를 생성 및 출력하는 ECG 신호 언더 샘플링부;
상기 ECG 신호 패터닝부 및 상기 ECG 신호 언더 샘플링부와 연결되어, 상기 패턴화된 ECG 신호 및 상기 언더 샘플링된 ECG 신호를 수신하여 곡선 맞춤 및 보간하여 보정된 ECG 신호를 생성 및 출력하는 ECG 신호 보정부;
상기 ECG 신호 패터닝 및 상기 ECG 신호 보정부와 연결되어, 상기 패턴화된 ECG 신호 및 상기 보정된 ECG 신호를 수신하여, 두 신호 사이의 상관계수를 생성 및 출력하는 ECG 신호 연산부;
상기 ECG 신호 연산부와 연결되어, 상기 상관계수를 수신하고, 기 설정된 한계값과 비교하여 상기 상관계수가 상기 한계값 이상이면, 상기 보정된 ECG 신호를 출력하는 ECG 신호 비교부;및
상기 ECG 신호 비교부와 연결되어, 상기 ECG 신호 비교부로부터 출력되는 보정된 ECG 신호를 입력받아 영상 출력하는 디스플레이부를 포함하는 ECG 신호 검출 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 ECG 신호 언더 샘플링부는 ECG 파형의 변동이 심할 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 늘리고, ECG 파형의 변동이 심하지 않을 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 줄여 샘플링하는 ECG 신호 검출 시스템.
사용자의 ECG 신호를 획득하는 획득 단계;
획득된 ECG 신호를 패턴화하여 패턴화된 ECG 신호를 생성하는 패턴화 단계;
상기 패턴화된 ECG 신호를 이용하여 사용자의 ECG 신호를 언더 샘플링하여 언더 샘플링된 ECG 신호를 생성 및 출력하는 ECG 신호 언더 샘플링 단계;
상기 언더 샘플링된 ECG 신호와 상기 패턴화된 ECG 신호를 이용하여 곡선 맞춤 및 보간하여 보정된 ECG 신호를 생성하는 보정 단계;
상기 보정된 ECG 신호와 상기 패턴화된 ECG 신호의 상관계수를 구하는 연산 단계;
상기 상관계수와 기 설정한 한계값을 비교하여, 상기 상관계수가 상기 한계값 이상이면 상기 보정된 ECG 신호를 출력하는 ECG 신호 비교 단계;및
상기 상관계수가 상기 한계값 이상인 보정된 ECG 신호를 입력받아 영상 출력하는 디스플레이 단계를 포함하는 ECG 신호 검출 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 패턴화 단계에서, 패턴화하는 동안 언더 샘플링되지 않은 ECG 신호를 디스플레이하는 ECG 신호 검출 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 언더 샘플링 단계에서, ECG 파형의 변동이 심할 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 횟수를 늘리고, ECG 파형의 변동이 심하지 않을 것으로 예상되는 부분에서는 샘플링 회수를 줄여 샘플링하는 ECG 신호 검출 방법.