KR101623260B1 - A apparatus for extracting heart sound frequency envelope information and a method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 및 방법을 공개한다. 이 장치는 심음 신호를 인가받아 흉벽의 진동을 전기적 신호로 변환시켜 출력하는 심음 측정부; 상기 변환된 전기적 신호를 인가받아 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하는 샘플링부; 및 상기 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스 매칭 및 필터링하고 고유 주파수 및 감쇠율의 조절을 통하여 심음 신호의 포락선을 추출하는 신호 처리부;를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 본래 파워 스펙트럼 밀도 파형에 대하여 최대 주파수의 이동 및 각각의 피크 특성이 더욱 정확하게 반영된 심음 주파수 포락선 커브를 추출할 수 있다. 또한, 종래의 AR 모델계수의 조절을 통하여 제어가 된 심음 신호의 포락선을 추출하는 방법에 비해 보다 많은 포락선 정보와 보다 정확한 심음 주파수 포락선 커브를 추출할 수 있다.The present invention discloses an apparatus and method for extracting heart sound frequency envelope information. The apparatus includes a heart sound measuring unit for receiving a heart sound signal and converting the vibration of the chest wall into an electrical signal and outputting the electrical signal; A sampling unit for receiving the converted electrical signal and sampling the converted electrical signal at a predetermined sampling frequency; And a signal processor for receiving the sampled electrical signal, performing impedance matching and filtering, and extracting an envelope of the cardiac sound signal by adjusting the natural frequency and the attenuation factor. According to the present invention, it is possible to extract the heartbeat frequency envelope curve in which the movement of the maximum frequency and the peak characteristics of the original power spectral density waveform are more accurately reflected. In addition, it is possible to extract more envelope information and more accurate heart sound frequency envelope curve than the method of extracting the envelope of the heart sound signal which is controlled through the adjustment of the conventional AR model coefficient.

Description

심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 및 방법{A apparatus for extracting heart sound frequency envelope information and a method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for extracting heart sound frequency envelope information,

본 발명은 포락선 정보 추출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 심음 신호를 인가받아 1차 자유도 진동모델을 이용하여 고유 주파수 및 감쇠율의 조절을 통하여 최대 주파수의 이동과 각각의 피크 특성이 충분히 반영된 심음 주파수 포락선 커브를 추출할 수 있는 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 및 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to an apparatus and method for extracting envelope information, and more particularly, to a method and apparatus for extracting envelope information by applying heart sound signals and adjusting a natural frequency and a decay rate using a first- To an apparatus and method for extracting heart sound frequency envelope information capable of extracting envelope curves.

일반적으로 심음도(PCG: Phonocardiography) 검사는 심장 질병을 초기에 진단하는 1차적이고 기본적인 수단으로서 임상에서 많이 활용되고 있다. In general, PCG (Phonocardiography) testing is widely used in clinical practice as a primary and basic means of early diagnosis of heart disease.

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 있었다.However, a physician skilled in dealing with a stethoscope needs a long-time listening training of a stethoscope, and a subjective judgment is made when diagnosing a heart disease with a stethoscope, and there is a problem that some heart sounds are not easy to be distinguished by human hearing.

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 sounds consist of S1 and S2, which close the tricuspid plate and the tricuspid, and S1 and S2, respectively. In the case of heart disease, S2 disruption (when the time difference between two meniscus is clear), and heart or systolic or diastolic heart murmurs due to S3 or S4. Therefore, it is important to detect the occurrence of abnormal signals and the location of the murmur in the diagnosis of heart disease.

한편, 기존의 심음 분석 방법으로는 에너지에 기반한 포락선 추출 방법, 서브-밴드(sub-band) 에너지에 기반한 포락선 추출 방법, 샤논 에너지에 기반한 포락선 추출방법, 힐버트 변환에 기반한 포락선 추출 방법, 웨이브렛(wavelet)에 기반한 방법, 모멘트에 기반한 방법, 심음 모델에 기반한 방법 등이 있다. Meanwhile, existing heart sound analysis methods include energy-based envelope extraction method, envelope extraction method based on sub-band energy, envelope extraction method based on Shannon energy, envelope extraction method based on Hilbert transformation, wavelet based methods, moment based methods, and heart sound model based methods.

그런데, 종래의 포락선 추출에 기반한 방법은 S1, S2가 도미넌트하다는 가정이 있게 되고 심잡음의 에너지가 큰 경우 틀리게 판정되는 한계가 있었고, 종래의 웨이브렛에 기반한 방법은 저주파 심잡음이 분리되지 않는 문제점이 있으며, 심음 모델에 기반한 방법은 모델의 정확성 부족에 따라 성능이 저하되는 한계가 있었다.
However, in the conventional method based on the envelope extraction, it is assumed that S1 and S2 are dominant, and there is a limitation that the noise is determined incorrectly when the energy of the heart murmur is large. The conventional wavelet-based method has a problem in that the low- , The method based on the heart sound model has a limitation in that the performance is degraded due to lack of accuracy of the model.

도 1은 종래 기술에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 내 신호 처리부의 블록도이다.1 is a block diagram of a signal processing unit in a device for extracting heart sound frequency envelope information according to the related art.

도 2는 종래 기술에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치를 이용하여 심음 주파수 포락선 커브를 산출한 실험 결과를 나타내는 그래프로서, (A)는 정상심음, (B)는 대동맥 폐쇄 부전증(aortic regurgitation) 심잡음의 실험 결과이고, 회색 부분은 파워 스펙트럼 밀도(power spectral density, PSD), 점선은 추출된 심음 주파수 포락선 커브를 나타낸다.FIG. 2 is a graph showing an experimental result of calculating a heart sound frequency envelope curve using a heart sound frequency envelope information extracting apparatus according to the prior art, wherein (A) is a normal heart sound, (B) is aortic regurgitation heart murmur Experimental results show that the gray part shows the power spectral density (PSD) and the dotted line shows the extracted sound spectrum envelope curve.

도 1 및 도 2를 참조하여 종래 기술에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다. The operation of the heart sound frequency envelope information extracting apparatus according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

심음 측정부(10)는 심음 신호를 인가받아 흉벽의 진동을 전기적 신호로 변환시켜 출력하면, 샘플링부(20)는 변환된 전기적 신호를 인가받아 소정의 샘플링 주파수로 샘플링한다. When the cardiac sound measuring unit 10 receives the heart sound signal and converts the vibration of the chest wall into an electrical signal, the sampling unit 20 receives the converted electrical signal and samples it at a predetermined sampling frequency.

다음, 임피던스 매칭부(30)는 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스를 매칭시키고, 필터부(41)는 임피던스 매칭된 전기적 신호를 인가받아 소정의 주파수 대역의 신호를 밴드 패스 필터링한다. Next, the impedance matching unit 30 receives the sampled electrical signal to match the impedance, and the filter unit 41 receives the impedance-matched electrical signal and band-pass filters the signal of a predetermined frequency band.

파워 스펙트럼 밀도 계산부(42)가 밴드 패스 필터링된 전기적 신호를 인가받아 파워 스펙트럼 밀도를 계산하면, 포락선 추출부(43)는 파워 스펙트럼 밀도가 계산된 전기적 신호를 인가받아 AR 모델계수의 조절을 통하여 제어가 된 심음 신호의 포락선을 추출한다. When the power spectral density calculation unit 42 receives the band-pass filtered electrical signal and calculates the power spectral density, the envelope extraction unit 43 receives the calculated electrical power spectral density and adjusts the AR model coefficient Extract the envelope of the controlled heart sound signal.

여기에서, 포락선(envelope)이라 함은 심음의 전기적 신호들의 최대값들을 연결하여 구성된 곡선을 의미하고, AR 모델계수는 대동맥 폐쇄 부전증(aortic regurgitation) 모델계수로서, 아카이케 정보량 기준(Akaike information criterion, AIC)에 의해 선택된다. Here, the envelope refers to a curve formed by connecting the maximum values of the electrical signals of the heart sound, and the AR model coefficient is a coefficient of aortic regurgitation. The Akaike information criterion, AIC).

정규화부(44)는 추출된 심음 신호의 포락선을 인가받아 정규화시킨 후에 최종적으로 심음 주파수 포락선 커브를 산출한다.The normalization unit 44 receives the envelope of the extracted heart sound signal and normalizes it, and finally calculates the heart sound frequency envelope curve.

이를 통하여, 종래의 포락선 정보 추출 장치는 민감도(sensitivity) 및 특이성(specificity)이 높은 심음 신호의 포락선을 추출할 수 있다.Accordingly, the conventional envelope information extracting apparatus can extract the envelope of the heart sound signal having high sensitivity and specificity.

하지만, 도 2에서 보는 바와 같이, 종래의 포락선 정보 추출 장치는 본래 파워 스펙트럼 밀도 파형에 비해 최대 주파수(fmax)의 이동과 각각의 피크(peak) 특성이 충분히 반영된 심음 주파수 포락선 커브를 추출해내지 못하는 부정합 오류(mismatching error)가 발생하는 문제점이 있었다.
However, as shown in FIG. 2, the conventional envelope information extracting apparatus is different from the conventional power spectral density waveform in that the maximum frequency fmax is shifted and the peaks of the peak frequency characteristics are sufficiently reflected, There is a problem that a mismatching error occurs.

본 발명의 목적은 심음 신호를 인가받아 정상 심음과 심잡음을 구분하여 검출함과 동시에 1차 자유도 진동모델을 이용하여 고유 주파수 및 감쇠율의 조절을 통하여 최대 주파수의 이동과 각각의 피크 특성이 충분히 반영된 심음 주파수 포락선 커브를 추출하는 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting heart sounds and heart murmurs separately from heart sound signals and simultaneously detecting the movement of the maximum frequency and the characteristics of each peak by adjusting the natural frequency and the decay rate using a first- And a heart sound frequency envelope information extracting device for extracting a heart sound frequency envelope curve.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 포락선 정보 추출 장치의 포락선 정보 추출 방법을 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to provide an envelope information extracting method of an envelope information extracting apparatus for achieving the above object.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 는 심음 신호를 인가받아 흉벽의 진동을 전기적 신호로 변환시켜 출력하는 심음 측정부; 상기 변환된 전기적 신호를 인가받아 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하는 샘플링부; 및 상기 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스 매칭 및 필터링하고 고유 주파수 및 감쇠율의 조절을 통하여 심음 신호의 포락선을 추출하는 신호 처리부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a heart sound frequency envelope information extracting apparatus according to the present invention includes a heart sound measuring unit for receiving a heart sound signal, converting a vibration of a chest wall into an electrical signal, and outputting the electrical signal; A sampling unit for receiving the converted electrical signal and sampling the converted electrical signal at a predetermined sampling frequency; And a signal processor for receiving the sampled electrical signal, performing impedance matching and filtering, and extracting an envelope of the cardiac sound signal by adjusting the natural frequency and the attenuation factor.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치의 상기 신호 처리부는 상기 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스를 매칭키는 임피던스 매칭부; 상기 임피던스 매칭된 전기적 신호를 인가받아 소정의 주파수 대역의 신호를 밴드 패스 필터링하는 필터부; 상기 필터링된 전기적 신호를 인가받아 파워 스펙트럼 밀도를 계산하는 파워 스펙트럼 밀도 계산부; 상기 파워 스펙트럼 밀도가 계산된 전기적 신호를 인가받아 1차 자유도 진동모델을 이용하여 상기 심음 신호의 포락선을 추출하는 포락선 추출부; 상기 추출된 심음 신호의 포락선을 인가받아 상기 고유 주파수 적용에 의한 시간 지연을 보상하는 시간 지연 보상부; 및 상기 시간 지연이 보상된 심음 신호를 인가받아 정규화시키는 정규화부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the signal processing unit of the heart sound frequency envelope information extracting apparatus of the present invention includes: an impedance matching unit for receiving the sampled electrical signal to match the impedance; A filter unit receiving the impedance-matched electrical signal and band-pass filtering the signal of a predetermined frequency band; A power spectral density calculation unit for receiving the filtered electrical signal and calculating a power spectral density; An envelope extracting unit for extracting an envelope of the heart sound signal using the first degree of freedom vibration model by receiving the electric signal in which the power spectral density is calculated; A time delay compensator for receiving an envelope of the extracted heart sound signal and compensating for a time delay due to the natural frequency application; And a normalizer for receiving and normalizing the time delayed compensated heart sound signal.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치의 상기 임피던스 매칭부는 오피 앰프인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the impedance matching unit of the heart sound frequency envelope information extracting apparatus of the present invention is an operational amplifier.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치의 상기 필터부는 밴드 패스 필터인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the filter unit of the heart sound frequency envelope information extracting apparatus of the present invention is a band-pass filter.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치의 상기 시간 지연 보상부는 미리 계산된 테이블을 사용하여 상기 시간 지연을 보상하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the time delay compensation unit of the heart rate frequency envelope information extracting apparatus of the present invention compensates the time delay using a table calculated in advance.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치의 상기 정규화부는 상기 시간 지연이 보상된 심음 신호를 제곱-루트 처리하여 정규화하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the normalizing unit of the heart sound frequency envelope information extracting apparatus of the present invention is characterized by square-root processing and normalizing the time-delay compensated heart sound signal.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치의 상기 심음 측정부는 심장의 수축 및 이완시 발생하는 상기 흉벽의 진동에 의한 상기 심음 신호를 인가받아 전달하는 체스트 피스; 및 상기 심음 신호를 전달받아 상기 흉벽의 진동을 전기적 신호로 변환시키는 콘덴서 마이크로폰;을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the heart sound frequency envelope information extracting apparatus of the present invention comprises a chest piece for receiving and transmitting the heart sound signal due to the vibration of the chest wall caused by contraction and relaxation of the heart; And a condenser microphone for receiving the heart sound signal and converting the vibration of the chest wall into an electric signal.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 는 상기 심음 신호를 인가받아 전달하는 청진부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The apparatus for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention further includes a stethoscope for receiving and transmitting the heart sound signal.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 는 상기 샘플링된 전기적 신호를 실시간으로 저장하는 저장부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the apparatus for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention further comprises a storage unit for storing the sampled electrical signals in real time.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 는 상기 정규화된 심음 신호를 인가받아 평균 제곱근 오차에 의해 평가하여 심음 주파수 커브를 산출하는 심음 주파수 커브 평가부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a heart sound frequency envelope information extracting apparatus, further comprising a heart sound frequency curve evaluating unit for receiving the normalized heart sound signal and evaluating the received normal heart sound signal according to a mean square root error, do.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법은 (a) 심음 측정부가 심음 신호를 인가받아 흉벽의 진동을 전기적 신호로 변환시켜 출력하는 심음을 측정하는 단계; (b) 샘플링부가 상기 변환된 전기적 신호를 인가받아 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하는 단계; 및 (c) 신호 처리부가 상기 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스 매칭 및 필터링하고 고유 주파수 및 감쇠율의 조절을 통하여 심음 신호의 포락선을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for extracting heart sound frequency envelope information comprising the steps of: (a) measuring a heart sound to which a heart sound signal is applied and a chest wall vibration is converted into an electrical signal; (b) a sampling unit receiving the converted electrical signal and sampling at a predetermined sampling frequency; And (c) extracting an envelope of the heart sound signal through impedance matching and filtering of the sampled electrical signal, and adjusting the natural frequency and the attenuation factor of the signal processing unit.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법의 상기 (c) 단계는 임피던스 매칭부가 상기 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스를 매칭시키는 단계; 필터부가 상기 임피던스가 매칭된 전기적 신호를 인가받아 소정의 주파수 대역의 신호를 밴드 패스 필터링하는 단계; 파워 스펙트럼 밀도 계산부가 상기 필터링된 전기적 신호를 인가받아 파워 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계; 포락선 추출부가 상기 파워 스펙트럼 밀도가 계산된 전기적 신호를 인가받아 1차 자유도 진동모델을 이용하여 상기 심음 신호의 포락선을 추출하는 단계; 시간 지연 보상부가 상기 추출된 심음 신호의 포락선을 인가받아 상기 고유 주파수 적용에 의한 시간 지연을 보상하는 단계; 및 정규화부가 상기 시간 지연이 보상된 심음 신호를 인가받아 정규화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, in the step (c) of extracting the heart sound frequency envelope information according to the present invention, the impedance matching unit receives the sampled electrical signal and matches the impedance. Band-pass filtering a signal of a predetermined frequency band by receiving an electrical signal whose impedance matches the filter unit; The power spectral density calculation unit receiving the filtered electrical signal and calculating a power spectral density; Extracting an envelope of the cardiac sound signal using a first degree of freedom vibration model by receiving an electrical signal in which an envelope extracting unit calculates the power spectral density; Compensating a time delay due to the natural frequency application by receiving an envelope of the extracted heart sound signal; And normalizing the normalized signal by applying a time-lag compensated heart sound signal.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법은 청진부가 상기 심음 신호를 인가받아 전달하는 단계; 저장부가 상기 샘플링된 전기적 신호를 실시간으로 저장하는 단계; 및 심음 주파수 커브 평가부가 상기 정규화된 심음 신호를 인가받아 평균 제곱근 오차에 의해 평가하여 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for extracting heart sound frequency envelope information, comprising the steps of: The storage unit storing the sampled electrical signal in real time; And a heart rate frequency curve evaluating unit receiving the normalized heart sound signal and evaluating the heart rate signal by an average square root error and outputting the evaluated value.

본 발명에 의할 경우, 본래 파워 스펙트럼 밀도 파형에 대하여 최대 주파수의 이동 및 각각의 피크 특성이 더욱 정확하게 반영된 심음 주파수 포락선 커브를 추출할 수 있다.According to the present invention, it is possible to extract the heartbeat frequency envelope curve in which the movement of the maximum frequency and the peak characteristics of the original power spectral density waveform are more accurately reflected.

또한, 종래의 AR 모델계수의 조절을 통하여 제어가 된 심음 신호의 포락선을 추출하는 방법에 비해 보다 많은 포락선 정보와 보다 정확한 심음 주파수 포락선 커브를 추출할 수 있다.
In addition, it is possible to extract more envelope information and more accurate heart sound frequency envelope curve than the method of extracting the envelope of the heart sound signal which is controlled through the adjustment of the conventional AR model coefficient.

도 1은 종래 기술에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 내 신호 처리부의 블록도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치를 이용하여 심음 주파수 포락선 커브를 산출한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치의 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 포락선 정보 추출 장치 내 신호 처리부(400)의 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법 내 단계(S150)에 이용되는 1차 자유도 진동모델을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법에 대하여 고유 주파수의 영향을 분석하기 위한 심음 주파수 포락선 커브의 산출 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법에 대하여 감쇠율의 영향을 분석하기 위한 심음 주파수 포락선 커브의 산출 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법에 대하여 고유 주파수를 1-100 Hz까지 변화시켰을 경우와 감쇠율을 10-500% 변화시켰을 경우의 평균 제곱근 오차 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치를 이용하여 심음 주파수 포락선 커브를 산출한 실험 결과를 종래의 AR 모델계수의 조절을 통하여 심음 주파수 포락선 커브를 산출한 실험 결과와 비교한 그래프이다.
1 is a block diagram of a signal processing unit in a device for extracting heart sound frequency envelope information according to the related art.
FIG. 2 is a graph showing experimental results of calculating a heart sound frequency envelope curve using a heart sound frequency envelope information extracting apparatus according to the prior art.
3 is a block diagram of an apparatus for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a signal processing unit 400 in the envelope information extracting apparatus according to the present invention shown in FIG.
5 is a flowchart illustrating an operation of a method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram for explaining a first degree-of-freedom vibration model used in step S150 in the method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention shown in FIG.
FIGS. 7A and 7B are graphs showing results of calculation of heart sound frequency envelope curves for analyzing the effect of eigenfrequency on the method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention.
8A and 8B are graphs showing experimental results of calculating heartbeat frequency envelope curves for analyzing the influence of the decay rate on the method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a result of a mean square root error when the natural frequency is changed to 1-100 Hz and the decay rate is changed 10-500% with respect to the method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention.
FIGS. 10A and 10B are graphs showing experimental results obtained by calculating the heart sound frequency envelope curve using the apparatus for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention, compared with experimental results of calculating heart sound frequency envelope curves through adjustment of the conventional AR model coefficients Graph.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 및 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an apparatus and method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치의 블록도로서, 심음 측정부(100), 청진부(200), 샘플링부(300), 신호 처리부(400), 저장부(500) 및 심음 주파수 커브 평가부(600)를 구비한다.3 is a block diagram of a heart sound frequency envelope information extracting apparatus according to the present invention. The heart sound frequency envelope information extracting apparatus 100 includes a heart sound measuring unit 100, a stethoscope unit 200, a sampling unit 300, a signal processing unit 400, a storage unit 500, And a frequency curve evaluation unit 600.

도 3을 참조하여 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치의 각 구성요소의 기능을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 3, the function of each component of the heart sound frequency envelope information extracting apparatus according to the present invention will be described as follows.

심음 측정부(100)는 심장이 수축 및 이완할 때 발생하는 소리에 의하여 흉벽에 진동이 생겨 발생하는 심음 신호를 체스트 피스(110)를 통해 인가받아 콘덴서 마이크로폰(120)을 통하여 진동을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.The heart sound measuring unit 100 receives a heart sound signal generated by vibrations of the chest wall due to sound generated when the heart is contracted and relaxed through the chest piece 110 and transmits the vibration through the condenser microphone 120 as an electrical signal And outputs it.

청진부(200)는 심음 측정부(100) 내 체스트 피스(110)를 통해 심음 신호를 인가받아 전달한다.The stethoscope unit 200 receives and transmits a heart sound signal through the chest piece 110 in the heart sound measurement unit 100.

샘플링부(300)는 심음 측정부(100) 내 콘덴서 마이크로폰(120)을 통해 변환된 전기적 신호를 인가받아 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 실시간으로 사용자 단말기(500)에 저장한다. 여기에서, 소정의 샘플링 주파수는 16비트 8 khz로 설정하는 것이 바람직하다.The sampling unit 300 receives the electrical signal converted through the condenser microphone 120 in the heart sound measuring unit 100, samples the signal at a predetermined sampling frequency, and stores the sampled signal in the user terminal 500 in real time. Here, the predetermined sampling frequency is preferably set to 16 bits 8 kHz.

신호 처리부(400)는 샘플링부로부터 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스를 매칭시키고, 임피던스 매칭된 신호를 필터링하며, 고유 주파수(natural frequency) 및 감쇠율(damping factor)의 조절을 통하여 포락선을 추출하여 시간 지연을 보상하고 정규화하여 출력한다. The signal processing unit 400 receives an electrical signal sampled from the sampling unit to match the impedance, filters the impedance-matched signal, extracts an envelope through adjustment of a natural frequency and a damping factor, Compensates the delay and normalizes it and outputs it.

심음 주파수 커브 평가부(600)는 정규화된 심음 신호를 인가받아 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error; RMSE)에 의해 평가하여 출력한다.
The heart sound frequency curve evaluating unit 600 receives the normalized heart sound signal and evaluates it by a root mean square error (RMSE) and outputs it.

도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 포락선 정보 추출 장치 내 신호 처리부의 블록도로서, 임피던스 매칭부(410) 및 제어부(420)를 구비하고, 제어부(420)는 필터부(421), 파워 스펙트럼 밀도 계산부(422), 포락선 추출부(423), 시간 지연 보상부(424) 및 정규화부(425)를 구비한다.FIG. 4 is a block diagram of a signal processing unit in the envelope information extracting apparatus according to the present invention shown in FIG. 3 and includes an impedance matching unit 410 and a control unit 420. The control unit 420 includes a filter unit 421, A power spectrum density calculation unit 422, an envelope extraction unit 423, a time delay compensation unit 424, and a normalization unit 425.

도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치 내 신호 처리부의 각 구성요소의 기능을 설명하면 다음과 같다.3 and 4, the functions of the respective components of the signal processing unit in the apparatus for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention will now be described.

임피던스 매칭부(410)는 오피 앰프(OP AMP)로 구성되어, 샘플링부로부터 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스를 매칭시킨다.The impedance matching unit 410 is composed of an operational amplifier (OP AMP), receives an electrical signal sampled from the sampling unit, and matches the impedance.

필터부(421)는 밴드 패스 필터로 구성되어, 임피던스 매칭부(410)로부터 임피던스가 매칭된 전기적 신호를 인가받아 소정의 주파수 대역의 신호를 밴드 패스 필터링한다. 여기에서, 소정의 주파수 대역은 5 내지 700 Hz로 설정하는 것이 바람직하다.The filter unit 421 is composed of a band-pass filter, and receives an electrical signal whose impedance is matched from the impedance matching unit 410, and band-pass filters the signal of a predetermined frequency band. Here, the predetermined frequency band is preferably set to 5 to 700 Hz.

파워 스펙트럼 밀도 계산부(422)는 필터부(421)로부터 밴드 패스 필터링된 전기적 신호를 인가받아 파워 스펙트럼 밀도를 계산한다.The power spectral density calculation unit 422 receives a band-pass filtered electrical signal from the filter unit 421 and calculates power spectral density.

포락선 추출부(423)는 파워 스펙트럼 밀도 계산부(422)로부터 파워 스펙트럼 밀도가 계산된 전기적 신호를 인가받아 1차 자유도 진동모델을 이용하여 신호의 포락선을 추출한다. The envelope extractor 423 receives an electrical signal from which the power spectral density is calculated from the power spectral density calculator 422, and extracts the envelope of the signal using the first degree of freedom vibration model.

시간 지연 보상부(424)는 계산 속도를 높이기 위하여 소프트웨어 상에서의 교차 상관(cross-correlation) 대신 미리 계산된 테이블을 사용하여 낮은 고유 주파수 적용에 의한 시간 지연을 보상한다.The time delay compensator 424 compensates for the time delay due to the low eigenfrequency application using a precomputed table instead of cross-correlation in software to increase the computation speed.

정규화부(425)는 계산의 편의를 위하여 시간 지연 보상부(424)로부터 시간 지연이 보상된 심음 신호를 인가받아 제곱-루트 처리하여 정규화시킨다.
For convenience of calculation, the normalizing unit 425 receives the time-lag compensated heartbeat signal from the time delay compensating unit 424, performs square-root processing, and normalizes the signal.

도 5는 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating an operation of a method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법 내 단계(S150)에 이용되는 1차 자유도 진동모델을 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 6 is a block diagram for explaining a first degree-of-freedom vibration model used in step S150 in the method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention shown in FIG.

도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 실린지 펌프를 이용한 포락선 정보 추출 방법의 일 실시예의 동작을 설명하면 다음과 같다. The operation of the embodiment of the envelope information extracting method using the syringe pump according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6 as follows.

먼저, 심장이 수축 및 이완할 때 발생하는 소리에 의하여 흉벽에 진동이 생겨 발생하는 신호를 심음 신호라고 한다.First, a signal that occurs when a chest wall vibrates due to the sound generated when the heart contracts and relaxes is called a cardiac signal.

심음 측정부(100), 즉 청진기는 체스트 피스(110) 및 콘덴서 마이크로폰(120)을 구비하는데, 체스트 피스(110)를 통해 심음 신호를 인가받아 콘덴서 마이크로폰(120)을 통하여 흉벽의 상기 진동을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다(S110). The cardiac sound measuring unit 100 includes a chestpiece 110 and a condenser microphone 120. The cardiac sound measuring unit 100 receives a heart sound signal through the chest piece 110 and transmits the vibration of the chest wall through the condenser microphone 120 electrically And outputs the converted signal (S110).

샘플링부(300)는 심음 측정부(100) 내 콘덴서 마이크로폰(120)을 통해 변환된 전기적 신호를 인가받아 소정의 샘플링 주파수, 예를 들어 16비트 8 khz 로 샘플링한다(S120). 샘플링되어 수집된 데이터는 실시간으로 PC와 같은 저장부(500)에 저장된다.The sampling unit 300 receives the converted electrical signal through the condenser microphone 120 in the cardiac sound measuring unit 100 and samples it at a predetermined sampling frequency, for example, 16 bits 8 kHz (S120). The sampled and collected data is stored in the storage unit 500 such as a PC in real time.

신호 처리부 내 임피던스 매칭부(410)는 샘플링부로부터 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 신호의 임피던스를 매칭시킨다.The impedance matching unit 410 in the signal processing unit receives the sampled electrical signal from the sampling unit and matches the impedance of the signal.

필터부(421)는 임피던스 매칭부(410)로부터 임피던스가 매칭된 전기적 신호를 인가받아 소정의 주파수 대역, 예를 들어 5 내지 700 Hz의 신호를 밴드 패스 필터링한다(S130). 여기에서, 소정의 주파수 대역은 5 내지 700 Hz로 설정하는 것이 바람직하다.The filter unit 421 applies an electrical signal whose impedance is matched from the impedance matching unit 410 and band-pass filters the signal of a predetermined frequency band, for example, 5 to 700 Hz (S130). Here, the predetermined frequency band is preferably set to 5 to 700 Hz.

이때, 웨이브렛 변환을 이용하여 프리프로세싱 처리를 수행하게 되는데, 원신호로부터 불필요한 신호를 제거하기 위하여 700 Hz 이상의 주파수 성분과 5 Hz 이하의 주파수 성분을 제거한다. At this time, pre-processing is performed using wavelet transform. In order to remove unnecessary signals from the original signal, a frequency component of 700 Hz or more and a frequency component of 5 Hz or less are removed.

파워 스펙트럼 밀도 계산부(422)는 필터부(421)로부터 밴드 패스 필터링된 전기적 신호를 인가받아 파워 스펙트럼 밀도를 계산한다(S140). 여기에서, 파워 스펙트럼 밀도라 함은 파형(波形) 분석에 있어서 분석 구간이 무한대인 경우, 퓨리에(Fourier) 변환을 통하여 구한 단위 주파수당 에너지의 분포를 의미한다.The power spectral density calculation unit 422 receives the band-pass filtered electrical signal from the filter unit 421 and calculates a power spectral density (S140). Here, the term "power spectral density" refers to a distribution of energy per unit frequency obtained through Fourier transform when the analysis section is infinite in the waveform analysis.

즉, 자기 상관(Autocorrelation) 함수 Rx(τ)를 갖는 랜덤 프로세서 데이터 x(t)에서, x(t)의 파워 스펙트럼 밀도는 다음의 수학식 1과 같이 자기 상관 함수 Rx(τ)의 푸리에 변환으로 계산한다.
That is, in the random processor data x (t) having the autocorrelation function R x (t), the power spectral density of x (t) is calculated by the Fourier transform of the autocorrelation function R x (tau) Calculate by conversion.

Figure 112014067379540-pat00001
Figure 112014067379540-pat00001

포락선 추출부(423)는 파워 스펙트럼 밀도 계산부(422)로부터 전력 스펙트럼 밀도가 계산된 전기적 신호를 인가받아 1차 자유도 진동모델을 이용하여 고유 주파수 (p) 및 감쇠율(ζ)에 의해서 제어가 된 심음 신호의 포락선을 추출한다(S150). The envelope extractor 423 receives the electrical signal from which the power spectral density is calculated from the power spectral density calculator 422 and controls it by the natural frequency p and the decay rate z using the first degree of freedom vibration model The envelope of the extracted heart sound signal is extracted (S150).

1차 자유도 진동모델은 도 6에서 보는 바와 같이, 1차 스프링-질량-댐퍼(spring-mass-damper) 시스템에서 입력 Sx(f)와 출력 응답 Sy(f)를 갖는 1차 자유도 분석모델은 다음의 수학식 2와 같이 주어진다.
The primary degree of freedom vibration model is shown in Figure 6 as a first degree of freedom with input S x (f) and output response S y (f) in a primary spring-mass-damper system The analytical model is given by the following equation (2).

Figure 112014067379540-pat00002
Figure 112014067379540-pat00002

여기에서, m은 질량(mass), c는 감쇠 계수(damping coefficient), k는 스프링 계수를 나타낸다.Where m is the mass, c is the damping coefficient, and k is the spring coefficient.

다만, 도 6의 r(f)가 랙의 변위로 0의 값을 갖는다고 가정하면 수학식 2는 다음의 수학식 3과 같이 쓸 수 있다.
Assuming that r (f) in FIG. 6 has a value of 0 as the displacement of the rack, Equation (2) can be written as Equation (3).

Figure 112014067379540-pat00003
Figure 112014067379540-pat00003

여기에서, p는 고유 주파수(nature frequency)로서

Figure 112014067379540-pat00004
를 나타내고, ζ는 감쇠율(damping factor)로서
Figure 112014067379540-pat00005
를 나타내며,
Figure 112014067379540-pat00006
를 나타낸다.Here, p is a natural frequency
Figure 112014067379540-pat00004
, And ζ is a damping factor
Figure 112014067379540-pat00005
Lt; / RTI >
Figure 112014067379540-pat00006
.

상기 수학식 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법 내 단계(S150)에 이용되는 1차 자유도 진동모델은 2개의 분석 파라미터인 고유 주파수 (p)와 감쇠율(ζ)에 의해서 제어가 된다.As shown in Equation (3), the first degree of freedom vibration model used in the step S150 in the method for extracting the heart sound frequency envelope information according to the present invention is based on the two analysis parameters, the natural frequency p and the decay rate? .

즉, 단계(S150)에서 심음 신호의 포락선 추출시 낮은 고유 주파수의 적용에 의해 시간 지연이 발생하므로, 시간 지연 보상부(424)는 이를 보상하기 위하여 다음의 수학식 7에서 보는 바와 같이 소프트웨어 상으로 교차 상관 함수가 사용된다.
That is, since the time lag is generated by applying the low natural frequency in the envelope extraction of the heart sound signal in step S150, the time delay compensation unit 424 compensates A cross-correlation function is used.

Figure 112014067379540-pat00007
Figure 112014067379540-pat00007

여기에서, CC(f)는 입력 스펙트럼과 출력 응답 사이의 교차 상관 함수를 의미한다.Here, CC (f) denotes a cross-correlation function between the input spectrum and the output response.

또는, 계산 속도를 좀 더 높이기 위하여 소프트웨어 상에서의 교차 상관(cross-correlation) 대신 시간 지연 보상부(424)가 미리 계산된 테이블을 사용하여 하드웨어적으로 낮은 고유 주파수 적용에 의한 시간 지연을 보상할 수도 있다(S160). Alternatively, instead of cross-correlation in software, the time delay compensator 424 may use a pre-computed table to compensate for the time delay due to hardware low natural frequency application (S160).

정규화부(425)는 시간 지연 보상부(424)로부터 시간 지연이 보상된 심음 신호를 인가받아 다음의 수학식 8과 같이 제곱-루트 처리하여 정규화시킨다(S170).
The normalizing unit 425 receives the time-lag compensated heartbeat signal from the time delay compensating unit 424, performs a square-root processing as shown in Equation (8), and normalizes it (S170).

Figure 112014067379540-pat00008
Figure 112014067379540-pat00008

심음 주파수 커브 평가부(600)는 정규화부(425)로부터 정규화된 심음 신호를 인가받아 다음의 수학식 9와 같이 RMSE에 의해 평가하여 출력한다(S180).
The cardiac frequency curve evaluating unit 600 receives the normalized heartbeat signal from the normalizing unit 425 and evaluates it according to RMSE as shown in Equation (9), and outputs it (S180).

Figure 112014067379540-pat00009
Figure 112014067379540-pat00009

여기에서, 평균 제곱근 오차는 추정 값 또는 모델이 예측한 값과 실제 환경에서 관찰되는 값의 차이를 다룰 때 흔히 사용하는 측도로서, 입력 Sx(f)는 입력 심음 신호이고, P(f)는 정규화된 심음 신호를 의미한다.Here, the mean square error is a measure commonly used when dealing with the difference between the estimated value or the value predicted by the model and the observed value in the actual environment, where the input S x (f) is the input heart sound signal and P (f) Means a normalized heart sound signal.

본 실시예에서는 적절한 고유 주파수의 값을 상기 수학식 9의 미분 값이 0.3보다 작은 경우의 값으로 선정하였고, 적절한 감쇠율은 모든 스펙트럼이 양의 값을 갖고 상기 수학식 9의 미분 값이 1보다 큰 경우의 값으로 선정하였다.
In this embodiment, a value of an appropriate natural frequency is selected as a value when the differential value of Equation (9) is smaller than 0.3, and a proper attenuation rate is obtained when all the spectra have positive values and the differential value of Equation (9) Of the total.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법에 대하여 고유 주파수의 영향을 분석하기 위한 심음 주파수 포락선 커브의 산출 실험 결과를 나타내는 그래프로서, 도 7a는 정상심음, 도 7b는 대동맥 폐쇄 부전증(aortic regurgitation) 심잡음의 실험 결과이고, 회색 부분은 PSD, 적색 곡선은 추출된 심음 주파수 포락선 커브를 나타낸다.7A and 7B are graphs showing results of calculation of a heart rate frequency envelope curve for analyzing the influence of a natural frequency on a method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention. The aortic regurgitation is the experimental result of the murmur, the gray part is the PSD, and the red curve is the extracted heart sound frequency envelope curve.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법에 대하여 감쇠율의 영향을 분석하기 위한 심음 주파수 포락선 커브의 산출 실험 결과를 나타내는 그래프로서, 도 8a는 정상심음, 도 8b는 대동맥 폐쇄 부전증(aortic regurgitation) 심잡음의 실험 결과이고, 회색 부분은 PSD, 적색 곡선은 추출된 심음 주파수 포락선 커브를 나타낸다.8A and 8B are graphs showing results of calculation of a heart rate frequency envelope curve for analyzing the influence of a decay rate on a method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention. (aortic regurgitation) is the experimental result of the murmur, the gray part is the PSD, and the red curve is the extracted heart sound frequency envelope curve.

도 9는 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 방법에 대하여 고유 주파수를 1-100 Hz까지 변화시켰을 경우와 감쇠율을 10-500% 변화시켰을 경우의 평균 제곱근 오차 결과를 나타내는 그래프로서, 실선은 정상심음, 점선은 대동맥 폐쇄 부전증(aortic regurgitation) 심잡음의 실험 결과를 나타낸다.9 is a graph showing a result of the mean square root error when the natural frequency is changed to 1-100 Hz and the decay rate is changed 10-500% with respect to the method for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention, , And the dotted line represents the experimental result of the aortic regurgitation murmur.

도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 심음 주파수 포락선 정보 추출 장치를 이용하여 심음 주파수 포락선 커브를 산출한 실험 결과를 종래의 AR 모델계수의 조절을 통하여 심음 주파수 포락선 커브를 산출한 실험 결과와 비교한 그래프로서, 도 10a는 정상심음, 도 10b는 대동맥 폐쇄 부전증(aortic regurgitation) 심잡음의 실험 결과이고, 회색 부분은 파워 스펙트럼 밀도, 점선은 종래의 AR 모델계수 조절에 의해 추출된 심음 주파수 포락선 커브, 적색 곡선은 본 발명에 따라 추출된 심음 주파수 포락선 커브를 나타낸다.FIGS. 10A and 10B are graphs showing experimental results obtained by calculating the heart sound frequency envelope curve using the apparatus for extracting heart sound frequency envelope information according to the present invention, and comparing the experimental results obtained by calculating the heart sound frequency envelope curve by adjusting the conventional AR model coefficient 10A and 10B are experimental results of the aortic regurgitation murmur, the gray part is the power spectral density, the dotted line is the heart sound frequency envelope curve extracted by the conventional AR model coefficient control, The curve represents the heart sound frequency envelope curve extracted according to the present invention.

도 7a 및 도 7b에서 보는 바와 같이, 감쇠율(ζ)을 70.7%로 정의하고 고유 주파수를 1 Hz에서 100 Hz까지 변화시켰을 경우, 대동맥 폐쇄 부전증 심잡음이 정상심음에 비해 높은 최대 주파수(fmax)를 갖고 200 내지 500 Hz 대역에서 높은 주파수 성분을 가짐을 알 수 있었는데, 이 같은 차이는 이완기 심잡음(diastolic murmur)의 존재에 의한 것으로 추정된다.7A and 7B, when the decay rate ζ is defined as 70.7% and the natural frequency is changed from 1 Hz to 100 Hz, the aortic regurgitation heart murmur has a higher maximum frequency fmax than the normal heart sound It has been found that the frequency components are high in the 200 to 500 Hz band, which is presumably due to the presence of diastolic murmur.

또한, 도 8a 및 도 8b에서 보는 바와 같이, 고유 주파수를 35 Hz로 정의하고 감쇠율(ζ)을 10%에서 500%까지 변화시켰을 경우, 도 7a 및 도 7b에서와 동일하게 대동맥 폐쇄 부전증 심잡음이 정상심음에 비해 높은 최대 주파수(fmax)를 갖고 200 내지 500 Hz 대역에서 높은 주파수 성분을 가짐을 알 수 있었다.8A and 8B, when the natural frequency is defined as 35 Hz and the decay rate (ζ) is changed from 10% to 500%, as in FIGS. 7A and 7B, the aortic regurgitation heart murmur is normal It has been found that it has a higher maximum frequency (fmax) than the heart sound and a higher frequency component in the band of 200 to 500 Hz.

또한, 도 9에서 보는 바와 같이, 평균 제곱근 오차 값은 고유 주파수 또는 감쇠율(ζ)이 증가함에 따라 정상심음의 경우보다 대동맥 폐쇄 부전증 심잡음의 경우에 더 큰 평균 제곱근 오차 값을 가짐을 알 수 있었다.Also, as shown in FIG. 9, it can be seen that the mean square error value has a larger mean square error value in the case of the aortic regurgitation heart murmur than in the case of the normal heart sound as the natural frequency or the decay rate (?) Increases.

한편, 도 10a 및 도 10b에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 포락선 정보 추출 장치는 도 2에 도시된 종래의 심음 주파수 포락선 커브를 산출한 실험 결과와 비교할 때, 본래 파워 스펙트럼 밀도 파형에 대하여 최대 주파수(fmax)의 이동 및 각각의 피크(peak) 특성이 더욱 정확하게 반영된 심음 주파수 포락선 커브를 추출할 수 있다.As shown in FIGS. 10A and 10B, the envelope information extracting apparatus according to the present invention, when compared with the experimental result of calculating the conventional heart sound frequency envelope curve shown in FIG. 2, (fmax) and the heart sound frequency envelope curve in which each peak characteristic is more accurately reflected.

이를 통하여, 종래의 AR 모델계수의 조절을 통하여 제어가 된 심음 신호의 포락선을 추출하는 방법에 비해 보다 많은 포락선 정보와 보다 정확한 심음 주파수 포락선 커브를 추출할 수 있게 된다.Through this, it is possible to extract more envelope information and more accurate heart sound frequency envelope curve than the method of extracting the envelope of the heart sound signal which is controlled through the adjustment of the conventional AR model coefficient.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the present invention can be changed.

100: 심음 측정부
200: 청진부
300: 샘플링부
400: 신호 처리부
410: 임피던스 매칭부
420: 제어부
421: 필터부
422: 파워 스펙트럼 밀도 계산부
423: 포락선 추출부
424: 시간 지연 보상부
425: 정규화부
500: 저장부
600: 심음 주파수 커브 평가부
100: heart sound measuring unit
200: Stethoscope department
300: Sampling unit
400: Signal processor
410: Impedance matching unit
420:
421:
422: power spectral density calculation unit
423: envelope extracting unit
424: Time delay compensator
425: normalization unit
500:
600: heart sound frequency curve evaluation unit

Claims (13)

심음 신호를 인가받아 흉벽의 진동을 전기적 신호로 변환시켜 출력하는 심음 측정부;
상기 변환된 전기적 신호를 인가받아 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하는 샘플링부; 및
상기 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스 매칭 및 필터링하고 고유 주파수 및 감쇠율의 조절을 통하여 상기 심음 신호의 포락선을 추출하는 신호 처리부; 를 구비하며,
상기 신호 처리부는
상기 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스를 매칭키는 임피던스 매칭부;
상기 임피던스 매칭된 전기적 신호를 인가받아 소정의 주파수 대역의 신호를 밴드 패스 필터링하는 필터부;
상기 필터링된 전기적 신호를 인가받아 파워 스펙트럼 밀도를 계산하는 파워 스펙트럼 밀도 계산부;
상기 파워 스펙트럼 밀도가 계산된 전기적 신호를 인가받아 1차 자유도 진동모델을 이용하여 상기 심음 신호의 포락선을 추출하는 포락선 추출부;
상기 추출된 심음 신호의 포락선을 인가받아 상기 고유 주파수 적용에 의한 시간 지연을 보상하는 시간 지연 보상부; 및
상기 시간 지연이 보상된 심음 신호를 인가받아 정규화시키는 정규화부;
를 구비하는 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 장치.
A heart sound measuring unit for receiving the heart sound signal and converting the vibration of the chest wall into an electrical signal and outputting the electrical signal;
A sampling unit for receiving the converted electrical signal and sampling the converted electrical signal at a predetermined sampling frequency; And
A signal processor for receiving the sampled electrical signal, performing impedance matching and filtering, and extracting an envelope of the cardiac sound signal by adjusting a natural frequency and a decay rate; And,
The signal processing unit
An impedance matching unit for receiving the sampled electrical signal and matching the impedance;
A filter unit receiving the impedance-matched electrical signal and band-pass filtering the signal of a predetermined frequency band;
A power spectral density calculation unit for receiving the filtered electrical signal and calculating a power spectral density;
An envelope extracting unit for extracting an envelope of the heart sound signal using the first degree of freedom vibration model by receiving the electric signal in which the power spectral density is calculated;
A time delay compensator for receiving an envelope of the extracted heart sound signal and compensating for a time delay due to the natural frequency application; And
A normalizer for receiving and normalizing the time delayed compensated heart sound signal;
And a control unit
Heart sound frequency envelope information extraction device.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 임피던스 매칭부는
오피 앰프인 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 장치.
The method according to claim 1,
The impedance matching unit
An amplifier,
Heart sound frequency envelope information extraction device.
제 1 항에 있어서,
상기 필터부는
밴드 패스 필터인 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 장치.
The method according to claim 1,
The filter unit
Band pass filter.
Heart sound frequency envelope information extraction device.
제 1 항에 있어서,
상기 시간 지연 보상부는
미리 계산된 테이블을 사용하여 상기 시간 지연을 보상하는 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 장치.
The method according to claim 1,
The time delay compensation unit
And the time delay is compensated using a pre-calculated table.
Heart sound frequency envelope information extraction device.
제 1 항에 있어서,
상기 정규화부는
상기 시간 지연이 보상된 심음 신호를 제곱-루트 처리하여 정규화하는 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 장치.
The method according to claim 1,
The normalization unit
Characterized in that said time delay compensated cardiac signal is squared-root processed to normalize.
Heart sound frequency envelope information extraction device.
제 1 항에 있어서,
상기 심음 측정부는
심장의 수축 및 이완시 발생하는 상기 흉벽의 진동에 의한 상기 심음 신호를 인가받아 전달하는 체스트 피스; 및
상기 심음 신호를 전달받아 상기 흉벽의 진동을 전기적 신호로 변환시키는 콘덴서 마이크로폰;
을 구비하는 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 장치.
The method according to claim 1,
The heart sound measuring unit
A chest piece for receiving and transmitting the heart sound signal due to vibration of the chest wall caused by contraction and relaxation of the heart; And
A condenser microphone for receiving the heart sound signal and converting the vibration of the chest wall into an electrical signal;
And a control unit
Heart sound frequency envelope information extraction device.
제 1 항에 있어서,
상기 포락선 정보 추출 장치는
상기 심음 신호를 인가받아 전달하는 청진부;
를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 장치.
The method according to claim 1,
The envelope information extracting apparatus
A stethoscope for receiving and transmitting the heart sound signal;
Further comprising:
Heart sound frequency envelope information extraction device.
제 1 항에 있어서,
상기 포락선 정보 추출 장치는
상기 샘플링된 전기적 신호를 실시간으로 저장하는 저장부;
를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 장치.
The method according to claim 1,
The envelope information extracting apparatus
A storage unit for storing the sampled electrical signals in real time;
Further comprising:
Heart sound frequency envelope information extraction device.
제 1 항에 있어서,
상기 포락선 정보 추출 장치는
상기 정규화된 심음 신호를 인가받아 평균 제곱근 오차에 의해 평가하여 출력하는 심음 주파수 커브 평가부;
를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 장치.
The method according to claim 1,
The envelope information extracting apparatus
A heart sound frequency curve evaluator for receiving the normalized heart sound signal and evaluating and outputting the normal heart sound signal according to an average square root error;
Further comprising:
Heart sound frequency envelope information extraction device.
(a) 심음 측정부가 심음 신호를 인가받아 흉벽의 진동을 전기적 신호로 변환시켜 출력하는 심음을 측정하는 단계;
(b) 샘플링부가 상기 변환된 전기적 신호를 인가받아 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하는 단계; 및
(c) 신호 처리부가 상기 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스 매칭 및 필터링하고 고유 주파수 및 감쇠율의 조절을 통하여 상기 심음 신호의 포락선을 추출하는 단계; 를 포함하며,
상기 (c) 단계는
임피던스 매칭부가 상기 샘플링된 전기적 신호를 인가받아 임피던스를 매칭시키는 단계;
필터부가 상기 임피던스가 매칭된 전기적 신호를 인가받아 소정의 주파수 대역의 신호를 밴드 패스 필터링하는 단계;
파워 스펙트럼 밀도 계산부가 상기 필터링된 전기적 신호를 인가받아 파워 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계;
포락선 추출부가 상기 파워 스펙트럼 밀도가 계산된 전기적 신호를 인가받아 1차 자유도 진동모델을 이용하여 상기 심음 신호의 포락선을 추출하는 단계;
시간 지연 보상부가 상기 추출된 심음 신호의 포락선을 인가받아 상기 고유 주파수 적용에 의한 시간 지연을 보상하는 단계; 및
정규화부가 상기 시간 지연이 보상된 심음 신호를 인가받아 정규화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 방법.
(a) measuring a heart sound to which a heart sound measuring unit receives a heart sound signal and converts the vibration of the chest wall into an electrical signal and outputs the electrical sound;
(b) a sampling unit receiving the converted electrical signal and sampling at a predetermined sampling frequency; And
(c) extracting an envelope of the heart sound signal through impedance matching and filtering of the sampled electrical signal, and adjusting the natural frequency and the attenuation factor; / RTI >
The step (c)
The impedance matching unit receiving the sampled electrical signal to match the impedance;
Band-pass filtering a signal of a predetermined frequency band by receiving an electrical signal whose impedance matches the filter unit;
The power spectral density calculation unit receiving the filtered electrical signal and calculating a power spectral density;
Extracting an envelope of the cardiac sound signal using a first degree of freedom vibration model by receiving an electrical signal in which an envelope extracting unit calculates the power spectral density;
Compensating a time delay due to the natural frequency application by receiving an envelope of the extracted heart sound signal; And
Wherein the normalization unit receives and normalizes the time-lag compensated heart sound signal; ≪ / RTI >
Extraction method of heart sound frequency envelope information.
삭제delete 제 11 항에 있어서,
상기 포락선 정보 추출 방법은
청진부가 상기 심음 신호를 인가받아 전달하는 단계;
저장부가 상기 샘플링된 전기적 신호를 실시간으로 저장하는 단계; 및
심음 주파수 커브 평가부가 상기 정규화된 심음 신호를 인가받아 평균 제곱근 오차에 의해 평가하여 출력하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
심음 주파수 포락선 정보 추출 방법.
12. The method of claim 11,
The envelope information extraction method
Transmitting a heart sound signal to the stethoscope;
The storage unit storing the sampled electrical signal in real time; And
Evaluating and outputting the normalized heart sound signal according to a mean square root error;
Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI &
Extraction method of heart sound frequency envelope information.
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