KR102028517B1 - Heart rate variability analysis device and method of heart rate variability detection using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 심박 변이도 분석 장치 및 이를 이용한 심박 변이도 검출 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도 분석 장치는 컨버터, R-피크 검출부, 주파수 변환부, 및 심박 변이도 분석부를 포함한다. 컨버터는 아날로그 심전도 신호를 디지털 심전도 신호로 변환한다. R-피크 검출부는 디지털 심전도 신호를 수신하여 R-피크 값을 검출하고, R-피크 값에 근거하여 RR 간격 시계열 신호를 생성한다. 주파수 변환부는 주파수 이동부, 저역 통과 필터, 및 고속 푸리에 변환부를 포함한다. 주파수 이동부는 RR 간격 시계열 신호에서 대상 주파수 대역의 신호를 추출하여 대상 주파수 신호를 생성한다. 심박 변이도 분석부는 대상 주파수 신호에 근거하여 심박 변이도 신호를 생성한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 심박 변이도의 주파수 영역을 정밀하게 분석할 수 있다.The present invention relates to an apparatus for analyzing heart rate variability and a method for detecting heart rate variability using the same. The apparatus for analyzing heart rate variability according to an embodiment of the present invention includes a converter, an R-peak detector, a frequency converter, and a heart rate variance analyzer. The converter converts the analog ECG signal into a digital ECG signal. The R-peak detector receives the digital electrocardiogram signal to detect the R-peak value, and generates an RR interval time series signal based on the R-peak value. The frequency converter includes a frequency shifter, a low pass filter, and a fast Fourier transform. The frequency shifter extracts a signal of a target frequency band from an RR interval time series signal to generate a target frequency signal. The heart rate variance analyzer generates a heart rate variance signal based on the target frequency signal. According to the embodiment of the present invention, the frequency domain of the heart rate variability may be analyzed precisely.

Description

심박 변이도 분석 장치 및 이를 이용한 심박 변이도 검출 방법{HEART RATE VARIABILITY ANALYSIS DEVICE AND METHOD OF HEART RATE VARIABILITY DETECTION USING THE SAME}HEART RATE VARIABILITY ANALYSIS DEVICE AND METHOD OF HEART RATE VARIABILITY DETECTION USING THE SAME}

본 발명은 심박 변이도의 검출 및 분석에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 심박 변이도 분석 장치 및 이를 이용한 심박 변이도 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the detection and analysis of heart rate variability, and more particularly, to an apparatus for analyzing heart rate variability and a method for detecting heart rate variability using the same.

자율 신경계는 장기 기능과 물질대사를 조절하고 체내/외적인 환경 요인의 변화에 대하여 적절한 균형을 도모함으로써 생명 유지 활동 및 체내 항상성의 유지와 관련된다. 자율 신경계는 다양한 정신 질환, 신체 질환, 및 스트레스성 질환과 관련된다. 따라서, 자율 신경계의 상태를 분석함으로써 환경적인 스트레스를 평가할 수 있다. 심박 변이도 분석은 교감 신경 및 부교감 신경의 상태를 정량적으로 평가할 수 있다.The autonomic nervous system is involved in the maintenance of life-sustaining activity and homeostasis by regulating organ function and metabolism and by balancing the changes in environmental and external environmental factors. The autonomic nervous system is associated with a variety of mental, physical, and stressful disorders. Therefore, environmental stress can be evaluated by analyzing the state of the autonomic nervous system. Heart rate variability analysis can quantitatively assess the state of the sympathetic and parasympathetic nerves.

심박 변이도의 분석 방법은 시간 영역 분석 방법 및 주파수 영역 분석 방법을 포함한다. 시간 영역 분석 방법은 QRS 파의 시간 간격에 근거하여 심박 변이도를 분석하는 방법이다. 예를 들어, 시간 영역 분석 방법은 SDNN, SDANN, RMSSD, NN50, pNN50 등이 있다. 시간 영역 분석 방법은 계산이 용이하나, 교감 신경계 및 부교감 신경계의 활성도를 구분하거나 자율 신경계의 균형성을 정량화하여 보여주지 못하는 단점을 갖는다.Analysis methods of heart rate variability include a time domain analysis method and a frequency domain analysis method. The time domain analysis method is a method of analyzing heart rate variability based on time intervals of QRS waves. For example, time domain analysis methods include SDNN, SDANN, RMSSD, NN50, and pNN50. The time domain analysis method is easy to calculate, but has a disadvantage in that the activity of the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system cannot be distinguished or quantified in the balance of the autonomic nervous system.

한편, 주파수 영역 분석 방법은 심박 변이도의 주파수 대역별 특성을 검출하여 해당 대역의 파워값을 평가하는 방법이다. 주파수 영역 분석 방법은 교감 신경계 및 부교감 신경계와 관계되는 자율 신경계의 균형성을 정량화하여 보여줄 수 있다. 따라서, 주파수 영역 분석을 위한 심박 변이도 분석 장치 및 방법에 대한 요구가 지속적으로 제기되고 있다.On the other hand, the frequency domain analysis method is a method of evaluating the characteristics of the frequency band of the heart rate variability to evaluate the power value of the corresponding band. The frequency domain analysis method can quantify and show the balance of the autonomic nervous system related to the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system. Accordingly, there is a continuing need for an apparatus and method for analyzing heart rate variability for frequency domain analysis.

본 발명은 심박 변이도의 주파수 영역을 정밀하게 분석할 수 있는 심박 변이도 분석 장치 및 이를 이용한 심박 변이도 검출 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a heart rate variability analysis apparatus that can accurately analyze the frequency region of the heart rate variability and a heart rate variance detection method using the same.

본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도 분석 장치는 컨버터, R-피크 검출부, 주파수 변환부, 및 심박 변이도 분석부를 포함한다. The apparatus for analyzing heart rate variability according to an embodiment of the present invention includes a converter, an R-peak detector, a frequency converter, and a heart rate variance analyzer.

컨버터는 QRS파를 포함하는 아날로그 심전도 신호를 수신하여 디지털 심전도 신호로 변환한다. 컨버터는 샘플링 주파수로 샘플링된 디지털 심전도 신호를 생성한다.The converter receives an analog ECG signal containing a QRS wave and converts it into a digital ECG signal. The converter generates a digital ECG signal sampled at the sampling frequency.

R-피크 검출부는 디지털 심전도 신호를 수신하여 R-피크 값을 검출하고, R-피크 값에 근거하여 RR 간격 시계열 신호를 생성한다.The R-peak detector receives the digital electrocardiogram signal to detect the R-peak value, and generates an RR interval time series signal based on the R-peak value.

주파수 변환부는 RR 간격 시계열 신호에서 대상 주파수 대역의 신호를 추출하여 대상 주파수 신호를 생성한다. 주파수 변환부는 주파수 이동부, 저역 통과 필터, 데시메이터, 데이터 삽입부, 및 고속 푸리에 변환부를 포함한다. The frequency converter generates a target frequency signal by extracting a signal of a target frequency band from the RR interval time series signal. The frequency converter includes a frequency shifter, a low pass filter, a decimator, a data inserter, and a fast Fourier transform.

주파수 이동부는 RR 간격 시계열 신호의 대상 주파수 대역을 기저 대역으로 이동시켜 시프팅 검출 신호를 생성한다. 주파수 이동부는 RR 간격 시계열 신호에 제1 정현 신호를 곱하여 I 채널 신호를 생성하고, RR 간격 시계열 신호에 제2 정현 신호를 곱하여 Q 채널 신호를 생성한다. 제1 정현 신호 및 제2 정현 신호는 90도의 위상차를 갖고, 제1 정현 신호 및 제2 정현 신호의 주파수는 대상 주파수 대역의 중심 주파수에 근거한다. 저역 통과 필터는 시프팅 검출 신호를 수신하고, 기저 대역의 시프팅 검출 신호를 통과시킨다. 데시메이터는 시프팅 검출 신호의 샘플링 레이트를 감소시킨다. 데이터 삽입부는 시프팅 검출 신호에 제로 데이터를 삽입한다. The frequency shifter shifts the target frequency band of the RR interval time series signal to the baseband to generate a shift detection signal. The frequency shifter generates an I channel signal by multiplying the RR interval time series signal by the first sinusoidal signal, and generates a Q channel signal by multiplying the RR interval time series signal by the second sinusoidal signal. The first sinusoidal signal and the second sinusoidal signal have a phase difference of 90 degrees, and the frequencies of the first sinusoidal signal and the second sinusoidal signal are based on the center frequency of the target frequency band. The low pass filter receives the shift detection signal and passes the baseband shift detection signal. The decimator reduces the sampling rate of the shift detection signal. The data inserter inserts zero data into the shift detection signal.

심박 변이도 분석부는 대상 주파수 신호에 근거하여 대상 주파수 대역에 대한 심박 변이도 신호를 생성한다. 심박 변이도 신호는 대상 주파수 대역의 파워 스펙트럼 신호를 포함할 수 있다. 심박 변이도 분석부는 파워 스펙트럼 신호에 근거하여 고주파수 대역의 파워값, 저주파수 대역의 파워값, 초저주파수 대역의 파워값, 및 고주파수 대역에 대한 저주파수 대역의 파워비 중 적어도 하나를 산출할 수 있다.The heart rate variance analyzer generates a heart rate variance signal for the target frequency band based on the target frequency signal. The heart rate variability signal may include a power spectrum signal of a target frequency band. The heart rate variability analyzer may calculate at least one of a power value of a high frequency band, a power value of a low frequency band, a power value of an ultra low frequency band, and a power ratio of a low frequency band to a high frequency band based on the power spectrum signal.

심박 변이도 분석 장치는 대상 주파수 대역 모드에 대응되는 대상 주파수 정보를 주파수 변환부에 제공하는 대역 선택부를 더 포함할 수 있다. 대상 주파수 대역 모드는 고주파수 대역 모드, 저주파수 대역 모드, 및 초저주파수 대역 모드를 포함할 수 있다. The apparatus for analyzing heart rate variability may further include a band selector configured to provide target frequency information corresponding to the target frequency band mode to the frequency converter. The target frequency band mode may include a high frequency band mode, a low frequency band mode, and an ultra low frequency band mode.

본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도 검출 방법은 심전도 신호를 수신하는 단계, R-피크 값을 검출하는 단계, 주파수 변환 단계, 및 심박 변이도 신호를 계산 및 분석하는 단계를 포함한다. 주파수 변환 단계는 RR 간격 시계열 신호의 대상 주파수 대역을 기저 대역으로 이동시키는 단계, 저역 통과 필터로 필터링하는 단계, RR 간격 시계열 신호의 샘플링 레이트를 감소시키는 단계, RR 간격 시계열 신호에 제로 데이터를 삽입하는 단계, 및 고속 푸리에 변환 단계를 포함한다.The heart rate variance detection method according to an embodiment of the present invention includes receiving an ECG signal, detecting an R-peak value, converting a frequency, and calculating and analyzing the heart rate variance signal. The frequency conversion step includes shifting the target frequency band of the RR interval time series signal to the base band, filtering with a low pass filter, reducing the sampling rate of the RR interval time series signal, and inserting zero data into the RR interval time series signal. Step, and a fast Fourier transform step.

본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도 분석 장치 및 이를 이용한 심박 변이도 검출 방법은 대상 주파수 대역의 심박 변이도를 검출하여 정밀하게 분석할 수 있다.The apparatus for analyzing heart rate variability according to an embodiment of the present invention and a method for detecting heart rate variability using the same may detect and accurately analyze heart rate variability in a target frequency band.

도 1은 심전도 신호의 파형을 도시한 그래프이다.
도 2는 심박 변이도 신호의 파형을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심박 변이도 분석 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 변환부의 블록도이다.
도 5 내지 도 8은 도 4의 주파수 변환부가 대상 주파수 대역의 신호를 검출하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 심박 변이도 분석 장치의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 심박 변이도 검출 방법을 도시한 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수를 변환하는 단계를 도시한 순서도이다.
1 is a graph showing the waveform of an ECG signal.
2 is a graph showing a waveform of a heart rate variability signal.
3 is a block diagram of an apparatus for analyzing heart rate variability according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a frequency converter according to an embodiment of the present invention.
5 to 8 are graphs for describing a process of detecting a signal of a target frequency band by the frequency converter of FIG. 4.
9 is a block diagram of an apparatus for analyzing heart rate variability according to another embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of detecting heart rate variability according to an embodiment of the present invention.
11 is a flowchart illustrating a step of converting a frequency according to an embodiment of the present invention.

아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재된다.In the following, embodiments of the present invention are described clearly and in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention.

도 1은 심전도 신호의 파형을 도시한 그래프이다.1 is a graph showing the waveform of an ECG signal.

심전도(Electrocardiogram, ECG)는 심장의 박동에 따라 심근에서 발생하는 전기적 활동을 그래프로 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 심전도 신호는 P파, Q파, R파, S파, 및 T파를 포함한다. 도 1은 1회의 심장 박동에 의한 P파, Q파, R파, S파, 및 T파를 도시하였으나, 이러한 파형은 반복되어 형성된다.Electrocardiogram (ECG) is a graphical representation of the electrical activity occurring in the myocardium as the heart beats. Referring to FIG. 1, an ECG signal includes a P wave, a Q wave, an R wave, an S wave, and a T wave. 1 shows P waves, Q waves, R waves, S waves, and T waves by one heartbeat, but these waveforms are formed repeatedly.

P파는 심방의 수축에 기인한다. P파와 Q파 사이의 간격은 심방의 전기적 자극이 방실결절에 전도되는 시간에 대응된다. 일반적으로, P파와 Q파 사이의 간격은 0.2초 이내로 형성된다. Q파는 심장의 전기적 활동 전류가 감소하는 하향파이다. R파는 Q파 이후 심장의 전기적 활동 전류가 증가하는 상향파이다. R파에 의하여 심전도는 최대값을 갖게 되고, 이러한 최대값은 R-피크 값으로 정의된다. S파는 R파 이후 심장의 전기적 활동 전류가 감소하는 하향파이다. Q파, R파, 및 S파는 심실근의 탈분극 과정에 기인한다. T파는 탈분극에 의한 심실의 수축 이후 회복되어 이완되는 재분극 과정에 기인한다. Q파, R파, 및 S파는 QRS파로 정의되고, QRS파는 동방결절에서 시작한 전기 자극이 방실결절을 거쳐 심실로 전도되어 심실을 수축시키는 탈분극에 의하여 발생한다. 일반적으로, QRS파는 0.06초 내지 0.1초 사이에 형성된다. P waves are due to contraction of the atria. The spacing between the P and Q waves corresponds to the time when the electrical stimulation of the atria is conducted to the atrioventricular node. In general, the interval between the P wave and the Q wave is formed within 0.2 seconds. The Q wave is a downward wave where the electrical current of the heart decreases. The R wave is an upward wave in which the electrical current of the heart increases after the Q wave. Due to the R wave, the ECG has a maximum value, which is defined as an R-peak value. The S wave is a downward wave in which the electrical current of the heart decreases after the R wave. Q waves, R waves, and S waves are due to the depolarization process of the ventricular muscles. The T wave is due to the repolarization process, which recovers and relaxes after ventricular contraction due to depolarization. Q waves, R waves, and S waves are defined as QRS waves, which are caused by depolarization in which electrical stimulation originating from the nodule is conducted through the atrioventricular node to the ventricles and constricts the ventricles. Generally, QRS waves are formed between 0.06 seconds and 0.1 seconds.

도 1의 심전도 신호의 파형은 시간에 대한 심장의 전기적 활동을 도시한 것이다. 본 발명의 심박 변이도 분석 장치는 심전도 신호의 파형의 R-피크 값을 검출하고, R-피크 값들 사이의 간격을 연속적으로 보여주는 심박수 타코그램(heart rate tachogram)의한 파형을 주파수 변환하여 심박 변이도의 주파수 영역을 분석할 수 있다. 구체적인 심전도 신호의 주파수 변환 및 심박 변이도 신호 생성 과정은 후술된다.The waveform of the ECG signal of FIG. 1 illustrates the electrical activity of the heart over time. Heart rate variability analysis apparatus of the present invention detects the R-peak value of the waveform of the ECG signal, frequency conversion of the waveform of the heart rate tachogram showing the interval between the R- peak values by frequency conversion of the heart rate variability Analyze areas. In detail, the frequency conversion and heart rate variance signal generation process of the ECG signal will be described later.

도 2는 심박 변이도 신호의 파형을 도시한 그래프이다.2 is a graph showing a waveform of a heart rate variability signal.

심박 변이도(Heart rate variability, HRV)는 심박수의 박동간 변동을 의미하고, 심박의 순간 주기를 측정하여 주기의 변화량이 검출될 수 있다. 심박 변이도는 교감 신경 및 부교감 신경의 상호 작용을 반영할 수 있다.Heart rate variability (HRV) means variability between heartbeats and heart rate variability, and the amount of change in the cycle may be detected by measuring the instantaneous period of the heartbeat. Heart rate variability may reflect the interaction of sympathetic and parasympathetic nerves.

도 2를 참조하면, 심박 변이도 신호의 파형으로 주파수 영역에 대한 파워 스펙트럼 밀도(Power spectral density, PSD)가 도시되어 있다. R-피크 값들 사이의 간격과 같이 심박동 사이의 간격이 시간 단위로 측정되고, 이러한 시간 간격들은 주파수 변환을 위한 신호를 생성한다. 파워 스펙트럼 계산시 신호의 단위는 제곱된다. 심박 변이도 분석은 시간 측정으로부터 얻어지는 R-피크 값들 사이의 간격을 근거로 파워 스펙트럼을 계산하므로, 세로축의 단위는 msec2 단위로 정의된다.Referring to FIG. 2, a power spectral density (PSD) for a frequency domain is illustrated as a waveform of a heart rate variability signal. The interval between heartbeats, such as the interval between R-peak values, is measured in time units, which time intervals generate a signal for frequency conversion. In power spectrum calculation, the unit of signal is squared. Since heart rate variance analysis calculates the power spectrum based on the interval between R-peak values obtained from time measurements, the unit of the vertical axis is defined in msec 2 units.

심박 변이도 신호의 파형은 고주파수 대역(High frequency band, HF), 저주파수 대역(Low frequency band, LF), 및 초저주파수 대역(Very low frequency band, VLF)으로 구분된다. 고주파수 대역, 저주파수 대역, 및 초저주파수 대역 각각의 파워값은 교감 신경계 또는 부교감 신경계의 활동성을 판단하기 위하여 이용될 수 있다. The waveform of the heart rate variability signal is divided into a high frequency band (HF), a low frequency band (LF), and an ultra low frequency band (VLF). Power values of each of the high frequency band, the low frequency band, and the ultra low frequency band may be used to determine the activity of the sympathetic nervous system or the parasympathetic nervous system.

고주파수 대역(HF)은 0.15 내지 0.4 Hz 사이의 주파수 대역으로 정의된다. 고주파수 대역(HF)은 부교감 신경계의 활동성에 대한 지표로 활용될 수 있다. 고주파수 대역(HF)은 호흡 주기와 관련된다. 고주파수 대역(HF)은 심장의 전기적인 안정도와 관련된다. 따라서, 고주파수 대역(HF)의 파워값의 분석으로 심폐의 활동성 및 심장의 전기적 안정도 등을 판단할 수 있다.The high frequency band HF is defined as a frequency band between 0.15 and 0.4 Hz. The high frequency band (HF) can be used as an indicator of the activity of the parasympathetic nervous system. The high frequency band (HF) is associated with the breathing cycle. The high frequency band (HF) is related to the electrical stability of the heart. Therefore, by analyzing the power value of the high frequency band (HF) it is possible to determine the activity of the cardiopulmonary and electrical stability of the heart.

저주파수 대역(LF)은 0.04 내지 0.15 Hz 사이의 주파수 대역으로 정의된다. 저주파수 대역(LF)은 압수용체 반사 또는 혈압 조절 등에 의한 심박수 변화와 관련된다. 저주파수 대역(LF)은 교감 신경계의 활동성에 대한 지표로 활용될 수 있다. 예를 들어, 편두통 환자와 같은 교감 신경계의 활동성이 과잉으로 나타나는 경우, 저주파수 대역(LF)의 변동폭이 크게 나타난다. 다만, 이에 제한되지 않고, 저주파수 대역(LF)은 교감 신경계 및 부교감 신경계의 활동성에 대한 지표로 활용될 수 있다. The low frequency band LF is defined as a frequency band between 0.04 and 0.15 Hz. The low frequency band LF is associated with changes in heart rate due to seizure reflex or blood pressure control. Low frequency band (LF) can be used as an indicator of the activity of the sympathetic nervous system. For example, when the activity of the sympathetic nervous system such as migraine patients is excessive, the fluctuation of the low frequency band (LF) is large. However, the present invention is not limited thereto, and the low frequency band LF may be used as an indicator of activity of the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system.

초저주파수 대역(VLF)은 0.003 내지 0.04 Hz 사이의 대역으로 정의된다. 초저주파수 대역(VLF)은 교감 신경계의 활동성에 대한 지표로 활용될 수 있다. 예를 들어, 수면무호흡증 환자는 무호흡 동안 교감 신경이 자극되어 초저주파수 대역(VLF)의 파워값이 증가할 수 있다. 또한, 초저주파수 대역(VLF)은 체온 조절, 호르몬, 및 혈관 운동등에 대한 지표로 활용될 수 있다.The ultra low frequency band (VLF) is defined as a band between 0.003 and 0.04 Hz. Ultra low frequency band (VLF) can be used as an indicator of the activity of the sympathetic nervous system. For example, a sleep apnea patient may be stimulated by the sympathetic nerve during apnea to increase the power value of the ultra-low frequency band (VLF). In addition, the ultra low frequency band (VLF) may be used as an indicator for body temperature control, hormones, and vascular movement.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심박 변이도 분석 장치의 블록도이다. 3 is a block diagram of an apparatus for analyzing heart rate variability according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 심박 변이도 분석 장치(1000)는 컨버터(100), R-피크 검출부(200), 주파수 변환부(300), 심박 변이도 분석부(400), 대역 선택부(500), 저장부(600), 및 표시부(700)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the heart rate variability analyzer 1000 includes a converter 100, an R-peak detector 200, a frequency converter 300, a heart rate variability analyzer 400, a band selector 500, and storage. The unit 600 and the display unit 700 are included.

컨버터(100)는 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환한다. 컨버터(100)는 아날로그 심전도 신호(ECGT)를 수신하여 디지털 심전도 신호(ECGn)로 변환한다. 컨버터(100)는 심전도 센서(미도시)와 연결되고, 사용자의 심전도를 감지한 심전도 센서는 컨버터(100)에 아날로그 심전도 신호(ECGT)를 제공한다. 아날로그 심전도 신호(ECGT)는 특정된 측정 시간 동안 컨버터(100)를 이용하여 디지털 심전도 신호(ECGn)로 변환된다. 디지털 심전도 신호(ECGn)는 이산 신호일 수 있다.The converter 100 receives an analog signal and converts it into a digital signal. The converter 100 receives the analog ECG signal ECGT and converts it into a digital ECG signal ECGn. The converter 100 is connected to an electrocardiogram sensor (not shown), and the electrocardiogram sensor that detects the electrocardiogram of the user provides the analog electrocardiogram signal ECGT to the converter 100. The analog ECG signal ECGT is converted into the digital ECG signal ECGn using the converter 100 for a specified measurement time. The digital electrocardiogram signal ECGn may be a discrete signal.

컨버터(100)는 샘플링 신호(fs)를 수신한다. 샘플링 신호(fs)는 심전도 신호의 샘플링 주파수에 대한 정보를 포함한다. 샘플링 주파수 값은 200 내지 500 Hz 사이에 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 컨버터(100)는 샘플링 신호(fs)에 근거하여 변환된 디지털 심전도 신호(ECGn)의 데이터 양을 결정할 수 있다. 샘플링 신호(fs)의 주파수 값이 크면 높은 안정성을 갖는 디지털 심전도 신호(ECGn)가 생성될 수 있고, 샘플링 신호(fs)의 주파수 값이 작으면 적은 데이터를 갖는 디지털 심전도 신호(ECGn)가 생성될 수 있다.Converter 100 receives sampling signal fs. The sampling signal fs includes information about the sampling frequency of the ECG signal. The sampling frequency value may be formed between 200 and 500 Hz, but is not limited thereto. The converter 100 may determine the data amount of the converted digital electrocardiogram signal ECGn based on the sampling signal fs. If the frequency value of the sampling signal fs is large, the digital electrocardiogram signal ECGn with high stability may be generated. If the frequency value of the sampling signal fs is small, the digital ECG signal ECGn with less data may be generated. Can be.

R-피크 검출부(200)는 컨버터(100)로부터 디지털 심전도 신호(ECGn)를 수신한다. R-피크 검출부(200)는 디지털 심전도 신호(ECGn)로부터 R-피크 값을 검출한다. R-피크 검출부(200)는 R-피크 값을 검출하기 위한 QRS파 검출 알고리즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, R-피크 검출부(200)는 Pan & Tompkins 알고리즘 또는 Hamilton & Tompkins 알고리즘을 포함할 수 있다. R-피크 검출부(200)는 QRS파 검출 알고리즘을 통하여 측정 시간 동안 존재하는 복수의 R파들을 검출하고, 각 R파들의 피크값인 R-피크 값을 순차적으로 검출한다.The R-peak detector 200 receives the digital electrocardiogram signal ECGn from the converter 100. The R-peak detector 200 detects an R-peak value from the digital electrocardiogram signal ECGn. The R-peak detector 200 may include a QRS wave detection algorithm for detecting the R-peak value. For example, the R-peak detector 200 may include a Pan & Tompkins algorithm or a Hamilton & Tompkins algorithm. The R-peak detector 200 detects a plurality of R waves existing during the measurement time through a QRS wave detection algorithm, and sequentially detects R-peak values, which are peak values of the respective R waves.

R-피크 검출부(200)는 순차적으로 검출된 R-피크 값에 근거하여 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 생성한다. R-피크 검출부(200)는 시간의 경과에 따라 순차적으로 검출된 R-피크 값들 사이의 간격인 RR 간격(R-peak to R-peak Interval, RRI)을 계산한다. R-피크 검출부(200)는 RR 간격(RRI)을 보간(interpolation)하여 RRI 타코그램(Tachogram)에 대응되는 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 생성할 수 있다. 예를 들어, R-피크 검출부(200)는 RR 간격(RRI)의 연속적인 정보에 근거하여 RR 간격(RRI)의 지속시간의 표본밀도분포 또는 인접한 RR 간격(RRI) 차이의 표본밀도분포와 같은 기하학적 패턴으로 변환하기 위한 보간을 통하여 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 생성할 수 있다. The R-peak detector 200 generates the RR interval time series signal RPn based on the sequentially detected R-peak values. The R-peak detector 200 calculates an R-peak to R-peak interval (RRI) which is an interval between R-peak values sequentially detected as time passes. The R-peak detector 200 may interpolate the RR interval RRI to generate an RR interval time series signal RPn corresponding to the RRI tachogram. For example, based on continuous information of the RR interval (RRI), the R-peak detector 200 may have a sample density distribution such as a sample density distribution of the duration of the RR interval (RRI) or a sample density distribution of an adjacent RR interval (RRI) difference. The RR interval time series signal RPn may be generated through interpolation to convert the geometric pattern.

주파수 변환부(300)는 R-피크 검출부(200)로부터 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 수신한다. 주파수 변환부(300)는 RR 간격 시계열 신호(RPn)의 대상 주파수 대역(ft)을 추출하여 대상 주파수 신호(Tf)를 생성한다. 주파수 변환부(300)는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 이용하여 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 주파수계열의 신호로 변환할 수 있다.The frequency converter 300 receives the RR interval time series signal RPn from the R-peak detector 200. The frequency converter 300 generates the target frequency signal Tf by extracting the target frequency band ft of the RR interval time series signal RPn. The frequency converter 300 may convert the RR interval time series signal RPn into a frequency sequence signal using a fast Fourier transform (FFT).

주파수 변환부(300)는 RR 간격 시계열 신호(RPn)의 주파수 변환을 수행하기 이전에 RR 간격 시계열 신호(RPn)의 대상 주파수 대역(ft)에 대응되는 신호 값을 추출할 수 있다. 대상 주파수 대역(ft)에 대응되는 신호 값을 추출하기 위하여, 주파수 변환부(300)는 후술될 대역 선택부(500)로부터 대상 주파수 대역 정보(fti)를 입력받는다. The frequency converter 300 may extract a signal value corresponding to the target frequency band ft of the RR interval time series signal RPn before performing frequency conversion of the RR interval time series signal RPn. In order to extract a signal value corresponding to the target frequency band ft, the frequency converter 300 receives target frequency band information fti from the band selector 500 to be described later.

대상 주파수 대역(ft)은 RR 간격 시계열 신호(RPn)에서 분석의 대상이 되는 주파수 대역을 의미한다. 예를 들어, 분석의 대상이 고주파수 대역(HF)인 경우, 대상 주파수 대역(ft)은 0.15 내지 0.4 Hz 사이의 대역을 포함할 수 있다. 분석의 대상이 저주파수 대역(LF)인 경우, 대상 주파수 대역(ft)은 0.04 내지 0.15 Hz 사이의 대역을 포함할 수 있다. 분석의 대상이 초저주파수 대역(VLF)인 경우, 대상 주파수 대역(ft)은 0.003 내지 0.04 Hz 사이의 대역을 포함할 수 있다. 주파수 변환부(300)는 대상 주파수 대역 정보(fti)에 근거하여 대상 주파수 신호(Tf)를 생성한다. 대상 주파수 신호(Tf)는 주파수 영역에 대한 심박 변이도 신호에서 대상 주파수 대역(ft)에 대응되는 신호일 수 있다. 구체적인, 주파수 변환부(300)의 구성 및 대상 주파수 신호(Tf) 생성 과정은 후술된다.The target frequency band ft refers to a frequency band to be analyzed in the RR interval time series signal RPn. For example, if the subject of analysis is a high frequency band (HF), the target frequency band (ft) may include a band between 0.15 and 0.4 Hz. If the subject of the analysis is a low frequency band LF, the target frequency band ft may comprise a band between 0.04 and 0.15 Hz. If the subject of analysis is an ultra low frequency band (VLF), the target frequency band (ft) may include a band between 0.003 and 0.04 Hz. The frequency converter 300 generates the target frequency signal Tf based on the target frequency band information fti. The target frequency signal Tf may be a signal corresponding to the target frequency band ft in the heart rate variability signal for the frequency domain. In detail, the configuration of the frequency converter 300 and the process of generating the target frequency signal Tf will be described later.

심박 변이도 분석부(400)는 주파수 변환부(300)로부터 대상 주파수 신호(Tf)를 수신한다. 심박 변이도 분석부(400)는 대상 주파수 신호(Tf)에 근거하여 심박 변이도를 분석한다. 심박 변이도 분석부(400)는 대상 주파수 신호(Tf)에 근거하여 대상 주파수 대역(ft)에 대한 심박 변이도 신호(HRV)를 생성한다. 심박 변이도 신호(HRV)는 대상 주파수 대역(ft)의 파워 스펙트럼 신호(PSD)를 포함할 수 있다. 심박 변이도 신호(HRV)는 대상 주파수 신호(Tf)에 대한 강도를 계산하여 파워값 등을 산출하여 생성될 수 있다. The heart rate variability analyzer 400 receives the target frequency signal Tf from the frequency converter 300. The heart rate variability analyzer 400 analyzes the heart rate variability based on the target frequency signal Tf. The heart rate variance analyzer 400 generates a heart rate variance signal HRV for the target frequency band ft based on the target frequency signal Tf. The heart rate variance signal HRV may include a power spectrum signal PSD of a target frequency band ft. The heart rate variance signal HRV may be generated by calculating a power value of the target frequency signal Tf and calculating a power value.

예를 들어, 심박 변이도 신호(HRV)는 대상 주파수 대역(ft)에 따라, 고주파수 대역(HF)의 파워값, 저주파수 대역(LF)의 파워값, 또는 초저주파수 대역(VLF)의 파워값 중 어느 하나일 수 있다. 상술한 바와 같이, 고주파수 대역(HF)의 파워값, 저주파수 대역(LF)의 파워값, 또는 초저주파수 대역(VLF)의 파워값은 자율 신경계 등의 활동성에 대한 지표로 이용될 수 있다.For example, the heart rate variability signal HRV may be any one of a power value of the high frequency band HF, a power value of the low frequency band LF, or a power value of the ultra low frequency band VLF, depending on the target frequency band ft. It can be one. As described above, the power value of the high frequency band HF, the power value of the low frequency band LF, or the power value of the ultra low frequency band VLF may be used as an index for activity of the autonomic nervous system.

심박 변이도 신호(HRV)는 고주파수 대역(HF)에 대한 저주파수 대역(LF)의 파워비(LF/HF)를 포함할 수 있다. 파워비(LF/HF)가 높은 경우 교감 신경이 활성화 되었거나 부교감 신경의 활성이 억제되었다는 것을 의미할 수 있다. 파워비(LF/HF)는 교감 신경계 및 부교감 신경계 사이의 균형성을 정량화하여 분석할 수 있도록 한다. 심박 변이도 신호(HRV)는 이에 제한되지 않고, 극초저주파수 대역(Ultra-low frequency band)의 파워값 등 다양한 분석 신호를 포함할 수 있다. 이러한 다양한 심박 변이도 신호(HRV)에 근거하여, 심박 변이도 분석이 수행될 수 있다.The heart rate variance signal HRV may include a power ratio LF / HF of the low frequency band LF to the high frequency band HF. If the power ratio (LF / HF) is high, it may mean that the sympathetic nerve is activated or the parasympathetic nerve is inhibited. The power ratio (LF / HF) allows quantification and analysis of the balance between the sympathetic and parasympathetic nervous systems. The heart rate variability signal HRV is not limited thereto and may include various analysis signals such as a power value of an ultra-low frequency band. Based on these various heart rate variability signals (HRV), heart rate variability analysis can be performed.

대역 선택부(500)는 주파수 변환부(300)에 대상 주파수 대역 정보(fti)를 제공한다. 대상 주파수 대역 정보(fti)는 대상 주파수 대역(ft) 또는 대상 주파수 대역(ft)의 중심 주파수(fc)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 대역 선택부(500)는 대상 주파수 대역 모드에 대응되는 대상 주파수 대역 정보(fti)를 주파수 변환부(300)에 제공하여 심박 변이도 분석부(400)가 대상 주파수 대역(ft)의 심박 변이도 신호를 생성하도록 한다.The band selector 500 provides the target frequency band information fti to the frequency converter 300. The target frequency band information fti may include information about the center frequency fc of the target frequency band ft or the target frequency band ft. The band selector 500 provides the target frequency band information fti corresponding to the target frequency band mode to the frequency converter 300 so that the heart rate variability analyzer 400 receives the heart rate variance signal of the target frequency band ft. To create it.

대상 주파수 대역 모드는 복수의 주파수 대역 모드를 포함한다. 대상 주파수 대역 모드는 고주파수 대역 모드, 저주파수 대역 모드, 및 초저주파수 대역 모드를 포함할 수 있고, 더 많은 대역 모드를 포함할 수 있다. 각각의 대상 주파수 대역 모드에서의 대상 주파수 대역들은 서로 중첩되지 않을 수 있다. 각각의 대상 주파수 대역 모드에서 대역 선택부(500)는 각각의 대상 주파수 대역(ft)에 대응되는 대상 주파수 대역 정보(fti)들을 주파수 변환부(300)에 제공한다.The target frequency band mode includes a plurality of frequency band modes. The target frequency band mode may include a high frequency band mode, a low frequency band mode, and an ultra low frequency band mode, and may include more band modes. The target frequency bands in each target frequency band mode may not overlap each other. In each target frequency band mode, the band selector 500 provides target frequency band information fti corresponding to each target frequency band ft to the frequency converter 300.

고주파수 대역 모드에서 대역 선택부(500)는 고주파수 대역 정보를 주파수 변환부(300)에 제공한다. 고주파수 대역 정보를 수신한 주파수 변환부(300)는 고주파수 대역(HF)에 대한 대상 주파수 신호(Tf)를 생성한다. 심박 변이도 분석부(400)는 대상 주파수 신호(Tf)에 근거하여 고주파수 대역(HF)에 대한 심박 변이도 신호(HRV)를 생성한다.In the high frequency band mode, the band selector 500 provides the high frequency band information to the frequency converter 300. The frequency converter 300 receiving the high frequency band information generates the target frequency signal Tf for the high frequency band HF. The heart rate variance analyzer 400 generates a heart rate variance signal HRV for the high frequency band HF based on the target frequency signal Tf.

저주파수 대역 모드에서 대역 선택부(500)는 저주파수 대역 정보를 주파수 변환부(300)에 제공한다. 저주파수 대역 정보를 수신한 주파수 변환부(300)는 저주파수 대역(LF)에 대한 대상 주파수 신호(Tf)를 생성한다. 심박 변이도 분석부(400)는 대상 주파수 신호(Tf)에 근거하여 저주파수 대역(LF)에 대한 심박 변이도 신호(HRV)를 생성한다.In the low frequency band mode, the band selector 500 provides the low frequency band information to the frequency converter 300. The frequency converter 300 receiving the low frequency band information generates the target frequency signal Tf for the low frequency band LF. The heart rate variance analyzer 400 generates a heart rate variance signal HRV for the low frequency band LF based on the target frequency signal Tf.

초저주파수 대역 모드에서 대역 선택부(500)는 초저주파수 대역 정보를 주파수 변환부(300)에 제공한다. 초저주파수 대역 정보를 수신한 주파수 변환부(300)는 초저주파수 대역(VLF)에 대한 대상 주파수 신호(Tf)를 생성한다. 심박 변이도 분석부(400)는 대상 주파수 신호(Tf)에 근거하여 초저주파수 대역(VLF)에 대한 심박 변이도 신호(HRV)를 생성한다.In the ultra low frequency band mode, the band selector 500 provides the ultra low frequency band information to the frequency converter 300. The frequency converter 300 receiving the ultra low frequency band information generates a target frequency signal Tf for the ultra low frequency band VLF. The heart rate variance analyzer 400 generates a heart rate variance signal HRV for the ultra low frequency band VLF based on the target frequency signal Tf.

대상 주파수 대역 모드는 시간에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 대역 선택부(500)는 일정 시간 동안 고주파수 대역 모드로 동작하여 고주파수 대역(HF)에 대한 대상 주파수 대역 정보(fti)를 제공하고, 이 후 대상 주파수 대역 모드의 변경에 의하여 저주파수 대역(LF)에 대한 대상 주파수 대역 정보(fti)를 제공할 수 있다. 따라서, 대역 선택부(500)의 모드 변경에 의하여 주파수 변환부(300)는 다양한 주파수 대역에 대한 대상 주파수 신호(Tf)를 생성할 수 있다. 또한 이를 바탕으로, 심박 변이도 분석부(400)는 다양한 심박 변이도 신호(HRV)를 생성하여 심박 변이도에 대한 다각적인 분석이 가능하다.The target frequency band mode may change over time. For example, the band selector 500 operates in the high frequency band mode for a predetermined time to provide target frequency band information fti for the high frequency band HF, and thereafter, by changing the target frequency band mode, the low frequency band. Target frequency band information fti for LF may be provided. Accordingly, by changing the mode of the band selector 500, the frequency converter 300 may generate target frequency signals Tf for various frequency bands. In addition, based on this, the heart rate variability analysis unit 400 generates various heart rate variability signals (HRV) to enable multi-faceted analysis of heart rate variability.

저장부(600) 심박 변이도 분석부(400)에 대한 기억장치로 사용될 수 있다. 저장부(600)는 심박 변이도 분석부(400)로부터 심박 변이도 신호(HRV), 대상 주파수 신호(Tf), 및 대상 주파수 대역 정보(fti)등을 수신하여 저장한다.The storage unit 600 may be used as a storage device for the heart rate variability analyzer 400. The storage unit 600 receives and stores the heart rate variance signal HRV, the target frequency signal Tf, and the target frequency band information fti from the heart rate variability analyzer 400.

저장부(600)는 ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magnetic RAM), RRAM (Resistive RAM), 또는 FRAM (Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, SRAM (Static RAM), DRAM (Dynamic RAM), 또는 SDRAM (Synchronous DRAM)과 같은 휘발성 메모리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The storage unit 600 may include a read only memory (ROM), a programmable ROM (PROM), an electrically programmable ROM (EPROM), an electrically erasable and programmable ROM (EEPROM), a flash memory device, a phase-change RAM (PRAM), and a magnetic magnetic memory (MRAM). It may include at least one of a nonvolatile memory device such as RAM (RRAM), Resistive RAM (RRAM), or Ferroelectric RAM (FRAM), and may include a static RAM (SRAM), a dynamic RAM (DRAM), or a synchronous DRAM (SDRAM). It may include at least one of the volatile memory device.

표시부(700)는 심박 변이도 분석부(400)에 의하여 생성된 심박 변이도 신호(HRV), 주파수 변환부(300)에 의하여 생성된 대상 주파수 신호(Tf), 또는 저장부(600)에 저장된 데이터에 근거한 이미지 신호(IHRV)를 수신하여 표시할 수 있다. 표시부(700)는 LCD (Liquid Crystal Display), OLED (Organic Light Emitting Diode), AMOLED (Active Matrix OLED), 플렉서블 디스플레이, 또는 전자잉크 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The display unit 700 may include a heart rate variance signal HRV generated by the heart rate variability analyzer 400, a target frequency signal Tf generated by the frequency converter 300, or data stored in the storage 600. Based on the received image signal (IHRV) can be displayed. The display unit 700 may include at least one of a liquid crystal display (LCD), an organic light emitting diode (OLED), an active matrix OLED (AMOLED), a flexible display, or an electronic ink.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 변환부(300)에 대한 블록도이다. 도 5 내지 도 8은 도 4의 주파수 변환부(300)가 대상 주파수 대역의 신호를 검출하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.4 is a block diagram of the frequency converter 300 according to an embodiment of the present invention. 5 to 8 are graphs for explaining a process of detecting the signal of the target frequency band by the frequency converter 300 of FIG.

도 4를 참조하면, 주파수 변환부(300)는 주파수 이동부(311, 312), 저역 통과 필터(321, 322), 데시메이터(331, 332), 데이터 삽입부(341, 342), 및 고속 푸리에 변환부(350)를 포함한다. 다만, 도 4와 달리, 주파수 변환부(300)는 상기 구성요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 주파수 변환부(300)는 데시메이터(331, 332)를 포함하지 않거나, 데이터 삽입부(341, 342)를 포함하지 않을 수 있다.Referring to FIG. 4, the frequency converter 300 includes frequency shifters 311 and 312, low pass filters 321 and 322, decimators 331 and 332, data inserters 341 and 342, and high speed. Fourier transform unit 350 is included. However, unlike FIG. 4, the frequency converter 300 may not include some of the components. For example, the frequency converter 300 may not include the decimators 331 and 332 or may not include the data inserters 341 and 342.

주파수 이동부(311, 312)는 제1 주파수 이동부(311) 및 제2 주파수 이동부(312)를 포함한다. 제1 주파수 이동부(311) 및 제2 주파수 이동부(312)는 R-피크 검출부(200)로부터 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 수신한다.The frequency shifters 311 and 312 include a first frequency shifter 311 and a second frequency shifter 312. The first frequency shifter 311 and the second frequency shifter 312 receive the RR interval time series signal RPn from the R-peak detector 200.

제1 주파수 이동부(311)는 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 수신하여 I(In-phase)채널 신호를 생성한다. 제1 주파수 이동부(311)는 I채널 신호를 생성하기 위하여 제1 정현 신호(Ift)를 RR 간격 시계열 신호(RPn)에 곱한다. RR 간격 시계열 신호(RPn)가 n에 대한 이산 신호인 경우, 제1 정현 신호(Ift)는 cos(2*pi*fc*n*ts)로 정의된다. 제1 정현 신호(Ift)의 fc는 분석하고자 하는 대상 주파수 대역(ft)의 중심 주파수로 정의된다. 제1 정현 신호(Ift)의 ts는 샘플링 주파수의 역수에 대응된다.The first frequency shifter 311 receives the RR interval time series signal RPn to generate an in-phase (I) channel signal. The first frequency shifter 311 multiplies the first sine signal Ift by the RR interval time series signal RPn to generate an I-channel signal. When the RR interval time series signal RPn is a discrete signal for n, the first sinusoidal signal Ift is defined as cos (2 * pi * fc * n * ts). The fc of the first sinusoidal signal Ift is defined as the center frequency of the target frequency band ft to be analyzed. Ts of the first sinusoidal signal Ift corresponds to the inverse of the sampling frequency.

제2 주파수 이동부(312)는 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 수신하여 Q(quadrature-phase)채널 신호를 생성한다. 제2 주파수 이동부(312)는 Q채널 신호를 생성하기 위하여 제2 정현 신호(Qft)를 RR 간격 시계열 신호(RPn)에 곱한다. RR 간격 시계열 신호(RPn)가 n에 대한 이산 신호인 경우, 제2 정현 신호(Qft)는 -sin(2*pi*fc*n*ts)로 정의된다. 제1 주파수 이동부(311) 및 제2 주파수 이동부(312)는 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 I채널 신호 및 Q채널 신호로 분류한다. 제1 주파수 이동부(311)는 RR 간격 시계열 신호(RPn)의 실수부를 추출하고, 제2 주파수 이동부(312)는 RR 간격 시계열 신호(RPn)의 허수부를 추출한다.The second frequency shifter 312 receives the RR interval time series signal RPn to generate a quadrature-phase (Q) channel signal. The second frequency shifter 312 multiplies the second sine signal Qft by the RR interval time series signal RPn to generate a Q channel signal. When the RR interval time series signal RPn is a discrete signal for n, the second sinusoidal signal Qft is defined as -sin (2 * pi * fc * n * ts). The first frequency shifter 311 and the second frequency shifter 312 classify the RR interval time series signal RPn into an I-channel signal and a Q-channel signal. The first frequency shifter 311 extracts the real part of the RR interval time series signal RPn, and the second frequency shifter 312 extracts the imaginary part of the RR interval time series signal RPn.

주파수 변환부(300)는 제1 정현 신호(Ift) 및 제2 정현 신호(Qft)를 생성하여 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 분류하기 위한 분류기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 분류기는 제1 정현 신호(Ift) 및 제2 정현 신호(Qft)를 생성할 수 있다. 제1 정현 신호(Ift) 및 제2 정현 신호(Qft)의 주파수는 대상 주파수 대역(ft) 및 샘플링 주파수에 근거하므로, 분류기는 대역 선택부(500)로부터 대상 주파수 대역 정보(fti)를 수신할 수 있고, 샘플링 신호(fs)를 수신할 수 있다. 이와 달리, 분류기는 대역 선택부(500)에 제공되어 제1 주파수 이동부(311) 및 제2 주파수 이동부(312)에 제1 정현 신호(Ift) 및 제2 정현 신호(Qft)를 제공할 수 있다. 또는 분류기는 심박 변이도 분석 장치(1000)에 별도의 구성요소로 구비될 수 있다.The frequency converter 300 may further include a classifier (not shown) for generating the first sinusoidal signal Ift and the second sinusoidal signal Qft to classify the RR interval time series signal RPn. The classifier may generate a first sinusoidal signal Ift and a second sinusoidal signal Qft. Since the frequencies of the first sinusoid signal Ift and the second sinusoidal signal Qft are based on the target frequency band ft and the sampling frequency, the classifier can receive the target frequency band information fti from the band selector 500. Can receive the sampling signal fs. Alternatively, the classifier may be provided to the band selector 500 to provide the first sinusoidal signal Ift and the second sinusoidal signal Qft to the first frequency shifter 311 and the second frequency shifter 312. Can be. Alternatively, the classifier may be provided as a separate component in the heart rate variability analysis apparatus 1000.

제1 정현 신호(Ift) 또는 제2 정현 신호(Qft)가 RR 간격 시계열 신호(RPn)에 곱하여지면, 주파수 영역에서 RR 간격 시계열 신호(RPn)는 중심 주파수(fc)만큼 이동하게 된다. 즉, 대상 주파수 대역(ft)은 기저 대역(baseband)으로 이동한다. 제1 주파수 이동부(311) 및 제2 주파수 이동부(312)는 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 I채널 신호와 Q채널 신호로 분류하고 대상 주파수 대역(ft)을 기저 대역으로 시프팅하기 위하여 각각 제1 정현 신호(Ift)와 제2 정현 신호(Qft)를 곱하고, 시프팅 검출 신호를 생성한다.When the first sinusoidal signal Ift or the second sinusoidal signal Qft is multiplied by the RR interval time series signal RPn, the RR interval time series signal RPn moves in the frequency domain by the center frequency fc. That is, the target frequency band ft moves to baseband. The first frequency shifter 311 and the second frequency shifter 312 classify the RR interval time series signal RPn into an I-channel signal and a Q-channel signal, and shift the target frequency band ft to the baseband. The first sinusoid signal Ift and the second sinusoid signal Qft are respectively multiplied, and a shift detection signal is generated.

제1 저역 통과 필터(321) 및 제2 저역 통과 필터(322)는 시프팅 검출 신호를 수신한다. 제1 저역 통과 필터(321)는 I채널 신호를 수신하고, 제2 저역 통과 필터(322)는 Q채널 신호를 수신한다. 제1 저역 통과 필터(321) 및 제2 저역 통과 필터(322)는 기저 대역의 시프팅 검출 신호를 통과시키고, 높은 주파수 대역의 시프팅 검출 신호를 차단한다. 따라서, RR 간격 시계열 신호(RPn)에서 대상 주파수 대역(ft)에 대응되는 신호를 선택적으로 추출할 수 있다. 또한, 분석 대상이 되는 주파수 대역의 신호를 추출하고, 나머지 대역의 신호는 차단시키므로, 불필요한 데이터를 제거하여 데이터의 양을 줄일 수 있다.The first low pass filter 321 and the second low pass filter 322 receive the shift detection signal. The first low pass filter 321 receives the I channel signal, and the second low pass filter 322 receives the Q channel signal. The first low pass filter 321 and the second low pass filter 322 pass the baseband shift detection signal and block the high frequency band shift detection signal. Therefore, a signal corresponding to the target frequency band ft may be selectively extracted from the RR interval time series signal RPn. In addition, since the signal of the frequency band to be analyzed and the signal of the remaining bands are cut off, unnecessary data can be removed to reduce the amount of data.

제1 저역 통과 필터(321) 및 제2 저역 통과 필터(322)는 대역 선택부(500)의 대상 주파수 대역 모드에 따라, 차단 주파수를 변환할 수 있다. 예를 들어, 고주파수 대역 모드에서 고주파수 대역폭은 약 0.25 Hz 이고, 저주파수 대역 모드에서 저주파수 대역폭은 약 0.11 Hz 이고, 초저주파수 대역 모드에서 초저주파수 대역폭은 약 0.04 Hz 이다. 따라서, 고주파수 대역 모드에서는 약 0.125 Hz 정도의 차단 주파수가 요구되고, 저주파수 대역 모드에서는 약 0.055 Hz 정도의 차단 주파수가 요구되고, 초저주파수 대역폭은 약 0.02 Hz의 차단 주파수가 요구될 수 있다. 따라서, 제1 저역 통과 필터(321) 및 제2 저역 통과 필터(322)는 대역 선택부(500)로부터 대상 주파수 대역 정보(fti)를 수신하여 차단 주파수를 변환할 수 있다. 대상 주파수 대역 정보(fti)는 해당 대상 주파수 대역 모드에 대한 대역폭 정보(fl)를 포함할 수 있다.The first low pass filter 321 and the second low pass filter 322 may convert the cutoff frequency according to the target frequency band mode of the band selector 500. For example, the high frequency bandwidth is about 0.25 Hz in the high frequency band mode, the low frequency bandwidth is about 0.11 Hz in the low frequency band mode, and the ultra low frequency bandwidth is about 0.04 Hz in the ultra low frequency band mode. Therefore, a cutoff frequency of about 0.125 Hz is required in the high frequency band mode, a cutoff frequency of about 0.055 Hz is required in the low frequency band mode, and a cutoff frequency of about 0.02 Hz may be required in the ultra low frequency band mode. Accordingly, the first low pass filter 321 and the second low pass filter 322 may receive the target frequency band information fti from the band selector 500 to convert the cutoff frequency. The target frequency band information fti may include bandwidth information fl for a corresponding target frequency band mode.

제1 데시메이터(331)는 제1 저역 통과 필터(321)를 통과한 시프팅 검출 신호를 수신하고, 제2 데시메이터(332)는 제2 저역 통과 필터(322)를 통과한 시프팅 검출 신호를 수신한다. 제1 데시메이터(331) 및 제2 데시메이터(332)는 신호의 샘플링 레이트(sampling rate)를 감소시킨다. 예를 들어, 제1 데시메이터(331) 및 제2 데시메이터(332)가 4차 데시메이션을 수행하는 경우 기존 샘플링 주파수의 1/4만큼 샘플링 주파수가 감소한다. 이 경우, 시프팅 검출 신호의 데이터는 1/4만큼 감소할 수 있다. 또한, 기저 대역의 시프팅 검출 신호는 주파수 영역에서 샘플링 주파수를 기준으로 4배 확장된 파형으로 나타날 수 있다. 제1 데시메이터(331) 및 제2 데시메이터(332)가 M차 데시메이션을 수행하는 경우, M값에 근거하여 주파수 분해능이 결정된다. M차 데시메이션 수행시, 주파수 분해능은 (샘플링 주파수/M)/(FFT 포인트의 개수)로 정의된다.The first decimator 331 receives the shift detection signal passing through the first low pass filter 321, and the second decimator 332 passes the shift detection signal passing through the second low pass filter 322. Receive The first decimator 331 and the second decimator 332 reduce the sampling rate of the signal. For example, when the first decimator 331 and the second decimator 332 perform the fourth decimation, the sampling frequency is reduced by 1/4 of the existing sampling frequency. In this case, the data of the shift detection signal can be reduced by 1/4. In addition, the baseband shift detection signal may appear as a waveform extended four times based on the sampling frequency in the frequency domain. When the first decimator 331 and the second decimator 332 perform M-order decimation, the frequency resolution is determined based on the M value. In performing M-order decimation, the frequency resolution is defined as (sampling frequency / M) / (number of FFT points).

제1 데시메이터(331) 및 제2 데시메이터(332)는 배율 신호(MM)를 수신하여 데시메이션의 차수를 결정할 수 있다. 도시되지 않았으나, 주파수 변환부(300)는 배율 신호(MM)를 생성하여 제1 데시메이터(331) 및 제2 데시메이터(332)에 배율 신호(MM)를 제공하는 배율기를 더 포함할 수 있다. 또는, 배율기는 심박 변이도 분석 장치(1000)에 별도의 구성요소로 구비될 수 있다.The first decimator 331 and the second decimator 332 may receive the magnification signal MM to determine the order of decimation. Although not shown, the frequency converter 300 may further include a multiplier that generates a magnification signal MM and provides a magnification signal MM to the first decimator 331 and the second decimator 332. . Alternatively, the multiplier may be provided as a separate component in the heart rate variability analyzer 1000.

제1 데이터 삽입부(341) 및 제2 데이터 삽입부(342)는 데시메이션이 수행된 신호에 0의 데이터를 삽입(zero padding)한다. 0의 데이터는 시프팅 검출 신호 각각의 데이터 사이에 삽입될 수 있다. 제1 데이터 삽입부(341) 및 제2 데이터 삽입부(342)는 제1 및 제2 데시메이터(331,332)로부터 출력되는 신호가 직접 고속 푸리에 변환부(350)로 입력되는 경우의 데이터 수가 기준 FFT 포인트의 개수보다 작을 경우 그 데이터 개수 차이만큼 0의 데이터를 삽입함으로써, 주파수 분해능을 개선할 수 있고, 신호의 정밀도를 향상시킬 수 있다.The first data inserter 341 and the second data inserter 342 zero-pad the zero data to the decimated signal. Data of zero may be inserted between the data of each of the shift detection signals. The first data inserting unit 341 and the second data inserting unit 342 have a reference FFT when the number of data output from the first and second decimators 331 and 332 is directly input to the fast Fourier transform unit 350. When the number of points is smaller than the number of points, by inserting zero data by the difference in the number of data, the frequency resolution can be improved and the precision of the signal can be improved.

제1 데이터 삽입부(341) 및 제2 데이터 삽입부(342)는 패딩 신호(PP)를 수신하여 데이터 삽입 개수를 결정할 수 있다. 도시되지 않았으나, 주파수 변환부(300)는 패딩 신호(PP)를 생성하여 제1 데이터 삽입부(341) 및 제2 데이터 삽입부(342)에 패딩 신호(PP)를 제공하는 분해능 조정기를 더 포함할 수 있다. 또는, 분해능 조정기는 심박 변이도 분석 장치(1000)에 별도의 구성요소로 구비될 수 있다.The first data inserter 341 and the second data inserter 342 may receive the padding signal PP to determine the number of data insertions. Although not shown, the frequency converter 300 further includes a resolution adjuster that generates a padding signal PP and provides the padding signal PP to the first data inserter 341 and the second data inserter 342. can do. Alternatively, the resolution adjuster may be provided as a separate component in the heart rate variability analyzer 1000.

제1 데시메이터(331) 및 제2 데시메이터(332)는 대상 주파수 대역(ft)에 대한 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 집중하여 관찰할 수 있도록 하고, 데이터의 양을 줄인다. 제1 데이터 삽입부(341) 및 제2 데이터 삽입부(342)는 대상 주파수 대역(ft)에 대한 RR 간격 시계열 신호(RPn)의 주파수 분해능을 개선하고, 정밀도를 향상시키기 위하여 데이터를 삽입한다. 따라서, 데이터의 효율성 및 처리 속도 관점에서 제1 데이터 삽입부(341) 및 제2 데이터 삽입부(342)는 제거될 수 있다.The first decimator 331 and the second decimator 332 can concentrate and observe the RR interval time series signal RPn for the target frequency band ft and reduce the amount of data. The first data inserter 341 and the second data inserter 342 insert data to improve frequency resolution of the RR interval time series signal RPn for the target frequency band ft and to improve accuracy. Accordingly, the first data inserter 341 and the second data inserter 342 may be eliminated in view of data efficiency and processing speed.

고속 푸리에 변환부(350)는 제1 데이터 삽입부(341) 및 제2 데이터 삽입부(342)로부터 0의 데이터가 삽입된 신호를 수신한다. 고속 푸리에 변환부(350)는 제1 및 제2 저역 통과 필터(321, 322), 제1 및 제2 데시메이터(331, 332), 제1 및 제2 데이터 삽입부(341, 342)를 통하여 전달된 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)한다. 고속 푸리에 변환부(350)는 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)의 복잡한 계산을 줄이는 고속 푸리에 변환 알고리즘을 포함하고, 고속 푸리에 변환 알고리즘에 근거하여 대상 주파수 신호(Tf)를 생성한다.The fast Fourier transform unit 350 receives a signal into which zero data is inserted from the first data inserter 341 and the second data inserter 342. The fast Fourier transform unit 350 uses the first and second low pass filters 321 and 322, the first and second decimators 331 and 332, and the first and second data inserters 341 and 342. Fast Fourier Transform the transmitted RR interval time series signal (RPn). The fast Fourier transform unit 350 includes a fast Fourier transform algorithm for reducing the complicated calculation of the Discrete Fourier Transform, and generates the target frequency signal Tf based on the fast Fourier transform algorithm.

도 5는 주파수 변환부(300)에 입력되는 신호를 예시적으로 도시하였다. 도 5의 파형은 주파수 변환부(300)에 입력되는 신호를 주파수 변환하여 나타낸 그래프이다. 사용자는 대상 주파수 대역(ft)을 관측하기 위하여 주파수 변환부(300)에 대상 주파수 대역 정보(fti)를 입력할 수 있다.5 exemplarily illustrates a signal input to the frequency converter 300. 5 is a graph showing frequency conversion of a signal input to the frequency converter 300. The user may input the target frequency band information fti to the frequency converter 300 to observe the target frequency band ft.

도 6은 도 5의 신호가 제1 주파수 이동부(511) 및 제2 주파수 이동부(512)에 의하여 변환된 신호의 크기를 도시하였다. 제1 주파수 이동부(511) 또는 제2 주파수 이동부(512)는 도 5의 신호에 제1 정현 신호(Ift) 또는 제2 정현 신호(Qft)를 곱하여 대상 주파수 대역(ft)의 신호를 기저 대역을 이동시킨다. 주파수 영역에서 도 5a의 신호는 중심 주파수(fc)만큼 음의 방향으로 이동한다.FIG. 6 illustrates the magnitude of a signal in which the signal of FIG. 5 is converted by the first frequency shifter 511 and the second frequency shifter 512. The first frequency shifter 511 or the second frequency shifter 512 multiplies the signal of FIG. 5 by the first sinusoidal signal Ift or the second sinusoidal signal Qft to base the signal of the target frequency band ft. Move the band. In the frequency domain, the signal of FIG. 5A moves in the negative direction by the center frequency fc.

도 7은 도 6의 신호가 제1 및 제2 저역 통과 필터(321, 322)에 의하여 변환된 신호의 크기를 도시하였다. 제1 및 제2 저역 통과 필터(321, 322)는 대상 주파수 대역(ft)/2의 차단주파수 값을 가질 수 있다. 제1 및 제2 저역 통과 필터(321, 322)에 의하여, 도 6의 신호는 기저 대역의 파형만 남게 되고, 나머지 파형은 제거된다.FIG. 7 illustrates the magnitudes of the signals of FIG. 6 converted by the first and second low pass filters 321 and 322. The first and second low pass filters 321 and 322 may have a cutoff frequency value of a target frequency band ft / 2. By the first and second low pass filters 321 and 322, only the baseband waveform remains, and the remaining waveforms are removed.

도 8은 도 7의 신호가 제1 및 제2 데시메이터(331, 332)에 의하여 변환된 신호의 크기를 도시하였다. 제1 및 제2 데시메이터(331, 332)는 M차 데시메이션을 수행한다. 데시메이션에 의하여 샘플링 주파수는 1/M만큼 감소하게 된다. 따라서, 제1 및 제2 데시메이터(331, 332)는 대상 주파수 대역(ft)의 신호를 도 8의 신호와 같이 집중도 있게 관측할 수 있도록 한다.FIG. 8 illustrates the magnitudes of the signals of FIG. 7 converted by the first and second decimators 331 and 332. The first and second decimators 331 and 332 perform M order decimation. By decimation, the sampling frequency is reduced by 1 / M. Accordingly, the first and second decimators 331 and 332 allow the signals of the target frequency band ft to be concentrated as in the signal of FIG. 8.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 심박 변이도 분석 장치의 블록도이다.9 is a block diagram of an apparatus for analyzing heart rate variability according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 심박 변이도 분석 장치(2000)는 컨버터(2100), R-피크 검출부(2200), 제1 주파수 변환부(2300a), 제2 주파수 변환부(2300b), 제3 주파수 변환부(2300c), 및 심박 변이도 분석부(2400)를 포함한다. 도 6의 컨버터(2100), R-피크 검출부(2200), 및 심박 변이도 분석부(2400)의 구성은 각각 도 3의 컨버터(100), R-피크 검출부(200), 및 심박 변이도 분석부(400)에 대응되므로 구체적인 설명은 생략된다.Referring to FIG. 9, the heart rate variability analyzer 2000 includes a converter 2100, an R-peak detector 2200, a first frequency converter 2300a, a second frequency converter 2300b, and a third frequency converter. 2300c, and heart rate variability analyzer 2400. The configuration of the converter 2100, the R-peak detector 2200, and the heart rate variability analyzer 2400 of FIG. 6 is respectively represented by the converter 100, the R-peak detector 200, and the heart rate variability analyzer of FIG. 3. 400, detailed description thereof will be omitted.

제1 주파수 변환부(2300a)는 R-피크 검출부(2200)로부터 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 수신하여 제1 대상 주파수 신호(Tf1)를 출력한다. 제1 주파수 변환부(2300a)는 RR 간격 시계열 신호(RPn) 중 제1 대상 주파수 대역(ft1)에 대한 신호를 추출한다. 예를 들어, 제1 대상 주파수 대역(ft1)은 고주파수 대역(HF)일 수 있다.The first frequency converter 2300a receives the RR interval time series signal RPn from the R-peak detector 2200 and outputs a first target frequency signal Tf1. The first frequency converter 2300a extracts a signal for the first target frequency band ft1 among the RR interval time series signals RPn. For example, the first target frequency band ft1 may be a high frequency band HF.

제2 주파수 변환부(2300b)는 R-피크 검출부(2200)로부터 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 수신하여 제2 대상 주파수 신호(Tf2)를 출력한다. 제2 주파수 변환부(2300b)는 RR 간격 시계열 신호(RPn) 중 제2 대상 주파수 대역(ft2)에 대한 신호를 추출한다. 예를 들어, 제2 대상 주파수 대역(ft2)은 저주파수 대역(LF)일 수 있다.The second frequency converter 2300b receives the RR interval time series signal RPn from the R-peak detector 2200 and outputs a second target frequency signal Tf2. The second frequency converter 2300b extracts a signal for the second target frequency band ft2 among the RR interval time series signals RPn. For example, the second target frequency band ft2 may be a low frequency band LF.

제3 주파수 변환부(2300c)는 R-피크 검출부(2200)로부터 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 수신하여 제3 대상 주파수 신호(Tf3)를 출력한다. 제3 주파수 변환부(2300c)는 RR 간격 시계열 신호(RPn) 중 제3 대상 주파수 대역(ft3)에 대한 신호를 추출한다. 예를 들어, 제3 대상 주파수 대역(ft3)은 초저주파수 대역(VLF)일 수 있다.The third frequency converter 2300c receives the RR interval time series signal RPn from the R-peak detector 2200 and outputs a third target frequency signal Tf3. The third frequency converter 2300c extracts a signal for the third target frequency band ft3 from the RR interval time series signal RPn. For example, the third target frequency band ft3 may be an ultra low frequency band VLF.

도 3의 심박 변이도 분석 장치(1000)와 비교하여, 도 9의 심박 변이도 분석 장치(2000)는 복수개의 주파수 변환부를 포함한다. 따라서, 다양한 주파수 대역의 심박 변이도 신호를 동시에 분석할 수 있다. 예를 들어, 심박 변이도 분석 장치(2000)는 고주파수 대역(HF), 저주파수 대역(LF), 및 초저주파수 대역(VLF)의 심박 변이도를 동시에 산출하여 분석할 수 있다. 도 9의 심박 변이도 분석 장치(2000)와 비교하여, 도 3의 심박 변이도 분석 장치(1000)는 상대적으로 적은 데이터 용량으로 심박 변이도를 분석할 수 있다.Compared to the heart rate variability analysis apparatus 1000 of FIG. 3, the heart rate variability analysis apparatus 2000 of FIG. 9 includes a plurality of frequency converters. Therefore, the heart rate variability signals of various frequency bands can be analyzed simultaneously. For example, the heart rate variability analyzer 2000 may simultaneously calculate and analyze heart rate variability of the high frequency band HF, the low frequency band LF, and the ultra low frequency band VLF. Compared to the heart rate variability analysis apparatus 2000 of FIG. 9, the heart rate variability analysis apparatus 1000 of FIG. 3 may analyze the heart rate variability with a relatively small data capacity.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 심박 변이도 검출 방법(S1000)을 도시한 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a method for detecting heart rate variability (S1000) according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 심박 변이도 검출 방법(S1000)은 심전도 신호를 수신하는 단계(S100), R-피크 값을 검출하는 단계(S200), 주파수를 변환하는 단계(S300), 및 심박 변이도 신호를 계산 및 분석하는 단계(S400)를 포함한다.Referring to FIG. 10, the heart rate variance detection method S1000 may include receiving an electrocardiogram signal (S100), detecting an R-peak value (S200), converting a frequency (S300), and receiving a heart rate variance signal. Computing and analyzing step (S400).

심전도 신호를 수신하는 단계(S100)에서 심박 변이도 검출 장치는 외부로부터 아날로그 심전도 신호(ECGT)를 수신한다. 심전도 신호를 수신하는 단계(S100)는 아날로그 심전도 신호(ECGT)를 디지털 심전도 신호(ECGn)로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 심전도 신호를 수신하는 단계(S100)는 아날로그-디지털 컨버터(100, 2100)에 의하여 수행된다. 이 경우, 아날로그 심전도 신호(ECGT)는 아날로그-디지털 컨버터(100, 2100)가 수신한 샘플링 신호(fs)에 포함된 샘플링 주파수에 근거하여 디지털 심전도 신호(ECGn)로 변환될 수 있다.In operation S100 of receiving an ECG signal, the heart rate variability detection apparatus receives an analog ECG signal ECGT from the outside. Receiving the ECG signal (S100) may include converting an analog ECG signal ECGT into a digital ECG signal ECGn. Receiving the ECG signal (S100) is performed by the analog-to-digital converter (100, 2100). In this case, the analog ECG signal ECGT may be converted into the digital ECG signal ECGn based on the sampling frequency included in the sampling signal fs received by the analog-digital converters 100 and 2100.

R-피크 값을 검출하는 단계(S200)에서 심박 변이도 검출 장치는 심전도 신호의 R-피크 값을 검출한다. R-피크 값을 검출하는 단계(S200)는 R-피크 검출부(200, 2200)에서 수행된다. R-피크 값을 검출하는 단계(S200)는 R-피크 값에 근거하여 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. RR 간격 시계열 신호(RPn)는 순차적으로 검출된 R-피크 값에 근거하여 RR 간격(RRI)을 계산하여 생성될 수 있다.In operation S200, the heart rate variance detection device detects the R-peak value of the ECG signal. The step S200 of detecting the R-peak value is performed by the R-peak detectors 200 and 2200. The detecting of the R-peak value (S200) may include generating an RR interval time series signal RPn based on the R-peak value. The RR interval time series signal RPn may be generated by calculating the RR interval RRI based on sequentially detected R-peak values.

주파수를 변환하는 단계(S300)에서 심박 변이도 검출 장치는 RR 간격 시계열 신호(RPn)의 대상 주파수 대역(ft)을 추출하여 대상 주파수 신호(Tf)로 변환한다. 주파수를 변환하는 단계(S300)는 도 3의 주파수 변환부(300) 또는 도 9의 제1 내지 제3 주파수 변환부(2300a, 2300b, 2300c)에서 수행된다. 구체적인 내용은 후술된다.In operation S300, the heart rate variability detection apparatus extracts a target frequency band ft of the RR interval time series signal RPn and converts the target frequency band ft into a target frequency signal Tf. The step of converting the frequency (S300) is performed by the frequency converter 300 of FIG. 3 or the first to third frequency converters 2300a, 2300b, and 2300c of FIG. 9. Specific details will be described later.

심박 변이도 신호를 계산 및 분석하는 단계(S400)에서 심박 변이도 검출 장치는 대상 주파수 신호(Tf)에 근거하여 대상 주파수 대역(ft)에 대한 심박 변이도 신호를 생성한다. 심박 변이도 신호를 계산 및 분석하는 단계(S400)는 심박 변이도 분석부(400, 2400)에서 수행된다. 심박 변이도 신호를 계산 및 분석하는 단계(S400)에서 심박 변이도 분석부(400, 2400)는 고주파수 대역(HF)의 파워값, 저주파수 대역(LF)의 파워값, 또는 초저주파수 대역(VLF)의 파워값, 파워비(LF/HF)등을 계산하고 분석하여 자율 신경계 등의 활동성을 판단하고, 정신 건강등을 진달할 수 있다.In operation S400 of calculating and analyzing the heart rate variance signal, the heart rate variance detection apparatus generates a heart rate variance signal for the target frequency band ft based on the target frequency signal Tf. Computing and analyzing the heart rate variance signal (S400) is performed by the heart rate variability analyzer 400 and 2400. In the step of calculating and analyzing the heart rate variance signal (S400), the heart rate variability analysis units 400 and 2400 may output power of the high frequency band HF, power of the low frequency band LF, or power of the ultra low frequency band VLF. Values, power ratios (LF / HF), etc. can be calculated and analyzed to determine the activity of the autonomic nervous system and the like, and mental health can be progressed.

도 11은 도 10의 주파수를 변환하는 단계(S300)를 도시한 순서도이다.FIG. 11 is a flowchart illustrating a step S300 of converting a frequency of FIG. 10.

도 11을 참조하면, 주파수를 변환하는 단계(S300)는 Q채널과 I채널을 분류하는 단계(S310), 기저 대역으로 이동시키는 단계(S320), 저역 통과 필터로 필터링하는 단계(S330), 데시메이션하는 단계(S340), 제로 패딩(zero padding)하는 단계(S350), 및 고속 푸리에 변환하는 단계(S360)를 포함한다. 도 8의 각 단계는 도 3의 주파수 변환부(300) 또는 도 9의 제1 내지 제3 주파수 변환부(2300a, 2300b, 2300c)에서 수행된다.Referring to FIG. 11, the step of converting the frequency (S300) includes classifying the Q channel and the I channel (S310), moving to the baseband (S320), filtering with a low pass filter (S330), and desiccation. Imaging (S340), zero padding (S350), and fast Fourier transforming (S360). Each step of FIG. 8 is performed by the frequency converter 300 of FIG. 3 or the first to third frequency converters 2300a, 2300b, and 2300c of FIG. 9.

Q채널과 I채널을 분류하는 단계(S310)에서 심박 변이도 분석 장치는 RR 간격 시계열 신호(RPn)를 실수부에 대응되는 I채널과 허수부에 대응되는 Q채널로 분류한다. Q채널과 I채널을 분류하는 단계(S310)는 제1 정현 신호(Ift)를 RR 간격 시계열 신호(RPn)에 곱하여 I채널을 생성하는 단계 및 제2 정현 신호(Qft)를 RR 간격 시계열 신호(RPn)에 곱하여 Q채널을 생성하는 단계를 포함한다. I채널을 생성하는 단계는 제1 주파수 이동부(311)에서 수행되고, Q채널을 생성하는 단계는 제2 주파수 이동부(312)에 의하여 수행된다.In the step S310 of classifying the Q channel and the I channel, the apparatus for analyzing heart rate variance classifies the RR interval time series signal RPn into an I channel corresponding to the real part and a Q channel corresponding to the imaginary part. The step S310 of classifying the Q channel and the I channel may include generating an I channel by multiplying the first sinusoid signal Ift by the RR interval time series signal RPn and the second sinusoidal signal Qft by the RR interval time series signal ( Multiplying RPn) to generate a Q channel. The generating of the I channel is performed by the first frequency moving unit 311, and the generating of the Q channel is performed by the second frequency moving unit 312.

기저 대역으로 이동시키는 단계(S320)에서 심박 변이도 분석 장치는 RR 간격 시계열 신호(RPn)의 대상 주파수 대역(ft)을 기저 대역으로 이동시켜 시프팅 검출 신호를 생성한다. 기저 대역으로 이동시키는 단계(S320)는 제1 주파수 이동부(311) 및 제2 주파수 이동부(312)에 의하여 수행된다. 기저 대역으로 이동시키는 단계(S320)에서 RR 간격 시계열 신호(RPn)는 대상 주파수 대역(ft)의 중심 주파수(fc)만큼 이동한다. 기저 대역으로 이동하기 위하여 제1 정현 신호(Ift) 및 제2 정현 신호(Qft)는 정현파 함수일 수 있고, 정현파 함수의 주파수는 중심 주파수(fc)에 비례한다. Q채널과 I채널을 분류하는 단계(S310)와 기저 대역으로 이동시키는 단계(S320)는 제1 주파수 이동부(311) 및 제2 주파수 이동부(312)에서 동시에 수행될 수 있다.In operation S320, the heart rate variability analysis apparatus moves the target frequency band ft of the RR interval time series signal RPn to the base band to generate a shift detection signal. The step S320 of moving to the base band is performed by the first frequency moving unit 311 and the second frequency moving unit 312. In step S320, the RR interval time series signal RPn moves by the center frequency fc of the target frequency band ft. The first sinusoidal signal Ift and the second sinusoidal signal Qft may be a sinusoidal function to move to the baseband, and the frequency of the sinusoidal function is proportional to the center frequency fc. The step of classifying the Q channel and the I channel (S310) and the step of moving to the base band (S320) may be performed simultaneously in the first frequency moving unit 311 and the second frequency moving unit 312.

저역 통과 필터로 필터링하는 단계(S330)에서 심박 변이도 분석 장치는 기저 대역의 시프팅 검출 신호를 통과시키고, 나머지 주파수 대역의 시프팅 검출 신호는 제거한다. 저역 통과 필터로 필터링하는 단계(S330)는 제1 및 제2 저역 통과 필터(321, 322)에서 수행된다.In the step S330 of filtering with the low pass filter, the heart rate variability analyzer passes the baseband shift detection signal and removes the shift detection signal of the remaining frequency band. The step S330 of filtering with the low pass filter is performed by the first and second low pass filters 321 and 322.

데시메이션하는 단계(S340)에서 심박 변이도 분석 장치는 필터링된 시프팅 검출 신호의 샘플링 레이트를 감소시킨다. 데시메이션하는 단계(S340)는 제1 및 제2 데시메이터(331, 332)에서 수행된다. 데시메이션하는 단계(S340)에서 데이터의 양은 줄게 되고, 샘플링 주파수는 데시메이션 차수만큼 감소하게 된다.In operation 340, the heart rate variability analyzer decreases the sampling rate of the filtered shift detection signal. The decimation step S340 is performed in the first and second decimators 331 and 332. In the decimation step S340, the amount of data is reduced, and the sampling frequency is reduced by the decimation order.

제로 패딩하는 단계(S350)에서 심박 변이도 분석 장치는 필터링된 시프팅 검출 신호에 제로 데이터를 삽입한다. 제로 패딩하는 단계(S350)는 제1 및 제2 데이터 삽입부(341, 342)에서 수행된다. 제로 패딩하는 단계(S350)에서 데시메이션하는 단계(S340)에 의하여 데이터가 감소하였을 때, 기준 FFT 포인트의 개수보다 고속 푸리에 변환부(350)로 입력되는 데이터 개수가 부족할 경우 제1 및 제2 데이터 삽입부(341, 342)는 그 데이터 개수 차이만큼 제로 데이터를 삽입한다. 제로 패딩하는 단계(S350)에서 데이터의 양이 늘어나고, 주파수 분해능이 개선된다.In the zero padding step S350, the heart rate variability analyzer inserts zero data into the filtered shift detection signal. The zero padding step S350 is performed by the first and second data insertion units 341 and 342. When the number of data input to the fast Fourier transform unit 350 is smaller than the number of reference FFT points when the data is decreased by the step 340 of decimating in step S350, the first and second data are insufficient. The inserting units 341 and 342 insert zero data by the difference in the number of data. In the zero padding step S350, the amount of data is increased and the frequency resolution is improved.

고속 푸리에 변환하는 단계(S360)에서 심박 변이도 분석 장치는 필터링, 데시메이션, 및 제로 패딩된 시프팅 검출 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 고속 푸리에 변환한다. 고속 푸리에 변환하는 단계(S360)는 고속 푸리에 변환부(350)에서 수행된다.In a fast Fourier transform step (S360), the heart rate variability analyzer performs a fast Fourier transform of the filtered, decimated, and zero-padded shifting detection signal from the time domain to the frequency domain. The fast Fourier transforming step S360 is performed by the fast Fourier transforming unit 350.

위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.The above description is specific examples for practicing the present invention. The present invention will include not only the embodiments described above but also embodiments that can be easily changed or simply changed in design. In addition, the present invention will also include techniques that can be easily modified and carried out using the above-described embodiments.

1000, 2000: 심박 변이도 분석 장치 100, 2100: 컨버터
200, 2200: R-피크 검출부 300, 2300a, 2300b, 2300c: 주파수 변환부
400, 2400: 심박 변이도 분석부 500: 대역 선택부
fs: 샘플링 신호 ft: 대상 주파수 대역
fc: 중심 주파수 ECGT: 아날로그 심전도 신호
ECGn: 디지털 심전도 신호 RPn: RR 간격 시계열 신호
Tf: 대상 주파수 신호 HRV: 심박 변이도 신호
1000, 2000: heart rate variability analyzer 100, 2100: converter
200, 2200: R-peak detector 300, 2300a, 2300b, 2300c: frequency converter
400, 2400: heart rate variability analysis unit 500: band selector
fs: sampling signal ft: target frequency band
fc: center frequency ECGT: analog ECG signal
ECGn: Digital ECG Signal RPn: RR Interval Time Series Signal
Tf: Target Frequency Signal HRV: Heart Rate Variability Signal

Claims (16)

QRS파를 포함하는 아날로그 심전도 신호를 수신하여 디지털 심전도 신호로 변환하는 컨버터;
상기 디지털 심전도 신호를 수신하여 R-피크 값을 검출하고, 상기 R-피크 값에 근거하여 RR 간격 시계열 신호를 생성하는 R-피크 검출부;
상기 RR 간격 시계열 신호에서 대상 주파수 대역의 신호를 추출하여 대상 주파수 신호를 생성하는 주파수 변환부; 및
상기 대상 주파수 신호에 근거하여 상기 대상 주파수 대역에 대한 심박 변이도 신호를 생성하는 심박 변이도 분석부를 포함하고,
상기 주파수 변환부는,
상기 RR 간격 시계열 신호를 상기 대상 주파수 대역 내의 기준 주파수만큼 이동시켜 시프팅 검출 신호를 생성하는 주파수 이동부;
상기 대상 주파수 대역의 대역폭에 의존하는 차단 주파수로 상기 시프팅 검출 신호를 통과시키는 저역 통과 필터; 및
상기 저역 통과 필터를 통과한 시프팅 검출 신호에 근거하여 대상 주파수 신호를 생성하는 고속 푸리에 변환부를 포함하는 심박 변이도 분석 장치.
A converter for receiving an analog electrocardiogram signal comprising a QRS wave and converting it into a digital electrocardiogram signal;
An R-peak detector configured to receive the digital electrocardiogram signal, detect an R-peak value, and generate an RR interval time series signal based on the R-peak value;
A frequency converter configured to extract a signal of a target frequency band from the RR interval time series signal to generate a target frequency signal; And
A heart rate variance analyzer configured to generate a heart rate variance signal for the target frequency band based on the target frequency signal;
The frequency converter,
A frequency shifter configured to shift the RR interval time series signal by a reference frequency within the target frequency band to generate a shift detection signal;
A low pass filter for passing the shift detection signal at a cutoff frequency dependent on a bandwidth of the target frequency band; And
And a fast Fourier transform unit generating a target frequency signal based on the shift detection signal passing through the low pass filter.
제1 항에 있어서,
상기 주파수 이동부는,
I(In-phase) 채널 신호와 Q(quadrature-phase) 채널 신호를 포함하는 상기 시프팅 검출 신호를 생성하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 1,
The frequency moving unit,
A heart rate variability analysis device for generating the shift detection signal comprising an in-phase (I) channel signal and a quadrature-phase (Q) channel signal.
제2 항에 있어서,
상기 주파수 이동부는,
상기 RR 간격 시계열 신호에 제1 정현 신호를 곱하여 I 채널 신호를 생성하고, 상기 RR 간격 시계열 신호에 제2 정현 신호를 곱하여 Q 채널 신호를 생성하고,
상기 제1 정현 신호 및 상기 제2 정현 신호는 90도의 위상차를 갖고, 상기 제1 정현 신호 및 상기 제2 정현 신호의 주파수는 상기 대상 주파수 대역의 중심 주파수에 근거하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 2,
The frequency moving unit,
Generating an I channel signal by multiplying the RR interval time series signal by a first sinusoidal signal, generating a Q channel signal by multiplying the RR interval time series signal by a second sinusoidal signal,
And the first sinusoidal signal and the second sinusoidal signal have a phase difference of 90 degrees, and a frequency of the first sinusoidal signal and the second sinusoidal signal is based on a center frequency of the target frequency band.
제1 항에 있어서,
상기 컨버터는,
샘플링 주파수로 샘플링된 상기 디지털 심전도 신호를 생성하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 1,
The converter,
Heart rate variability analysis device for generating the digital electrocardiogram signal sampled at a sampling frequency.
제4 항에 있어서,
상기 주파수 변환부는,
상기 저역 통과 필터를 통과한 상기 시프팅 검출 신호의 샘플링 레이트를 감소시키는 데시메이터를 더 포함하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 4, wherein
The frequency converter,
And a decimator for reducing a sampling rate of the shift detection signal passing through the low pass filter.
제4 항에 있어서,
상기 주파수 변환부는,
상기 저역 통과 필터를 통과한 상기 시프팅 검출 신호에 제로 데이터를 삽입하는 데이터 삽입부를 더 포함하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 4, wherein
The frequency converter,
And a data insertion unit for inserting zero data into the shift detection signal passing through the low pass filter.
제1 항에 있어서,
상기 주파수 변환부에 대상 주파수 대역 모드에 대응되는 대상 주파수 대역 정보를 제공하는 대역 선택부를 더 포함하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 1,
And a band selector configured to provide target frequency band information corresponding to a target frequency band mode in the frequency converter.
제7 항에 있어서,
상기 대상 주파수 대역 모드는,
고주파수 대역 모드, 저주파수 대역 모드, 및 초저주파수 대역 모드를 포함하고,
상기 대역 선택부는,
상기 고주파수 대역 모드에서 상기 고주파수 대역 정보를 상기 주파수 변환부에 제공하고, 상기 저주파수 대역 모드에서 상기 저주파수 대역 정보를 상기 주파수 변환부에 제공하고, 상기 초저주파수 대역 모드에서 상기 초저주파수 대역 정보를 상기 주파수 변환부에 제공하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 7, wherein
The target frequency band mode is,
Including a high frequency band mode, a low frequency band mode, and an ultra low frequency band mode,
The band selector,
Providing the high frequency band information to the frequency converter in the high frequency band mode, providing the low frequency band information to the frequency converter in the low frequency band mode, and providing the ultra low frequency band information to the frequency in the ultra low frequency band mode Heart rate variability analysis device provided to the conversion unit.
제8 항에 있어서,
상기 대상 주파수 대역은 고주파수 대역을 포함하고,
상기 고주파수 대역은 0.15 내지 0.4 Hz 사이의 대역을 포함하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 8,
The target frequency band includes a high frequency band,
The high frequency band is heart rate variability analysis apparatus comprising a band between 0.15 to 0.4 Hz.
제8 항에 있어서,
상기 대상 주파수 대역은 저주파수 대역을 포함하고,
상기 저주파수 대역은 0.04 내지 0.15 Hz 사이의 대역을 포함하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 8,
The target frequency band includes a low frequency band,
The low frequency band is heart rate variability analysis apparatus comprising a band between 0.04 to 0.15 Hz.
제8 항에 있어서,
상기 대상 주파수 대역은 초저주파수 대역을 포함하고,
상기 초저주파수 대역은 0.003 내지 0.04 Hz 사이의 대역을 포함하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 8,
The target frequency band includes an ultra low frequency band,
The ultra low frequency band heart rate variability analysis apparatus comprising a band between 0.003 to 0.04 Hz.
제1 항에 있어서,
상기 심박 변이도 신호는 상기 대상 주파수 대역의 파워 스펙트럼 신호를 포함하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 1,
The heart rate variability signal is a heart rate variability analysis apparatus including a power spectrum signal of the target frequency band.
제12 항에 있어서,
상기 대상 주파수 대역은 고주파수 대역 및 저주파수 대역을 포함하고,
상기 심박 변이도 분석부는 상기 파워 스펙트럼 신호에 근거하여 상기 고주파수 대역의 파워값, 상기 저주파수 대역의 파워값, 및 상기 고주파수 대역에 대한 상기 저주파수 대역의 파워비 중 적어도 하나를 산출하는 심박 변이도 분석 장치.
The method of claim 12,
The target frequency band includes a high frequency band and a low frequency band,
The heart rate variability analysis unit calculates at least one of the power value of the high frequency band, the power value of the low frequency band, and the power ratio of the low frequency band to the high frequency band based on the power spectrum signal.
심전도 신호를 수신하는 단계;
상기 심전도 신호의 R-피크 값을 검출하는 단계;
상기 R-피크 값에 근거하여 생성된 RR 간격 시계열 신호의 대상 주파수 대역을 추출하여 대상 주파수 신호를 생성하는 주파수 변환단계; 및
상기 대상 주파수 신호에 근거하여 상기 대상 주파수 대역에 대한 심박 변이도 신호를 계산 및 분석하는 단계를 포함하고,
상기 주파수 변환단계는,
상기 RR 간격 시계열 신호를 상기 대상 주파수 대역 내의 기준 주파수만큼 이동시키는 단계;
상기 기준 주파수만큼 이동한 RR 간격 시계열 신호를 상기 대상 주파수 대역의 대역폭에 의존하는 차단 주파수를 갖는 저역 통과 필터로 필터링하는 단계; 및
상기 필터링된 RR 간격 시계열 신호를 고속 푸리에 변환하는 단계를 포함하는 심박 변이도 검출 방법.
Receiving an electrocardiogram signal;
Detecting an R-peak value of the ECG signal;
A frequency conversion step of generating a target frequency signal by extracting a target frequency band of the RR interval time series signal generated based on the R-peak value; And
Calculating and analyzing a heart rate variance signal for the target frequency band based on the target frequency signal,
The frequency conversion step,
Shifting the RR interval time series signal by a reference frequency within the target frequency band;
Filtering the RR interval time series signal shifted by the reference frequency with a low pass filter having a cutoff frequency dependent on the bandwidth of the target frequency band; And
Fast Fourier transforming the filtered RR interval time series signal.
제14 항에 있어서,
상기 주파수 변환 단계는,
상기 RR 간격 시계열 신호를 I(In-phase) 채널 신호와 Q(quadrature-phase) 채널 신호로 분류하는 단계를 더 포함하는 심박 변이도 검출 방법.
The method of claim 14,
The frequency conversion step,
And classifying the RR interval time series signal into an in-phase (I) channel signal and a quadrature-phase (Q) channel signal.
제15 항에 있어서,
상기 주파수 변환 단계는,
상기 필터링된 RR 간격 시계열 신호의 샘플링 레이트를 감소시키는 단계; 및
상기 필터링된 RR 간격 시계열 신호에 제로 데이터를 삽입하는 단계를 더 포함하는 심박 변이도 검출 방법.
The method of claim 15,
The frequency conversion step,
Reducing a sampling rate of the filtered RR interval time series signal; And
And inserting zero data into the filtered RR interval time series signal.
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