KR102152957B1 - The discrimination of panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability and the apparatus thereof - Google Patents

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KR102152957B1
KR102152957B1 KR1020190130126A KR20190130126A KR102152957B1 KR 102152957 B1 KR102152957 B1 KR 102152957B1 KR 1020190130126 A KR1020190130126 A KR 1020190130126A KR 20190130126 A KR20190130126 A KR 20190130126A KR 102152957 B1 KR102152957 B1 KR 102152957B1
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조서은
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Abstract

The present invention relates to a method and a device for discriminating panic disorder from other anxiety disorders by machine learning and based on heart rate variability (HRV). The method includes the following steps of: (S100) receiving an HRV signal for a preset time; (S200) extracting an HRV feature with respect to the received HRV signal; (S300) performing learning by inputting the extracted HRV feature to a machine learning algorithm; (S400) determining training and test data sets used in the learning step; (S500) dividing the training data set into lower training and validation sets; (S600) performing cross validation by using the lower training and validation sets; and (S700) comparing the cross validation execution result value with a preset value.

Description

심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 방법 및 그 장치{The discrimination of panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability and the apparatus thereof}The discrimination of panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability and the apparatus thereof

본 발명은 공황장애 감별 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 방법 및 그 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for discriminating panic disorder, and more particularly, to a method and apparatus for discriminating panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability (HRV).

정신의학에서 공황장애와 기타 불안장애는 주요한 임상적 특성, 치료적 접근 및 예후에서 많은 차이가 있다. 그러나 임상현장에서는 제한된 진료 횟수와 진료 기간으로 인하여 우울장애와 불안장애를 빠르고 정확하게 감별진단하는데 어려움이 있다. 특히, 산업재해, 교통사고, 군복무 등과 같은 법적 이슈가 결부되어 있는 상황에서는 더욱 환자의 주관적인 증상 호소 이외에 타각적으로 공황장애와 기타 불안장애를 판단할 수 있는 검사가 필요한 실정이다. In psychiatry, panic disorder and other anxiety disorders differ greatly in their major clinical characteristics, therapeutic approaches, and prognosis. However, in the clinical field, it is difficult to quickly and accurately diagnose depressive disorder and anxiety disorder due to the limited number of treatments and duration of treatment. In particular, in situations where legal issues such as industrial accidents, traffic accidents, military service, etc. are connected, a test that can judge panic disorder and other anxiety disorders is necessary in addition to the subjective symptoms of patients.

흔히 임상현장에서 사용하는 타각적 검사법들은 뇌자기공명영상검사 (Magnetic Resonance Imaging, MRI)와 뇌전도(Electroencephalogram, EEG) 검사 등이 있다. 하지만, 불안장애와 같은 경우에는 뇌실질조직의 손상이 별로 동반되지 않는 경우가 많아 뇌자기공명영상검사 결과를 육안적으로 확인하여 감별에 활용하기는 불가능하다.Other methods commonly used in clinical settings include Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Electroencephalogram (EEG). However, in the case of anxiety disorder, damage to the brain parenchyma is not often accompanied, so it is impossible to visually check the brain magnetic resonance imaging test results and use them for discrimination.

한편, 뇌자기공명영상검사에서 얻은 결과들을 분석하여 복셀(voxel) 단위 혹은 피질 두께의 실측치를 통하여 미세한 변화를 확인할 수도 있다. 그러나 이러한 접근 역시 불안장애로부터 공황장애를 구분하는 것에 적용하기는 현실적인 어려움이 있다. 또한, 뇌자기공명영상검사 비용이 상당히 높기 때문에 임상 현장에서 수시로 활용할 수 없는 한계가 있다. On the other hand, by analyzing the results obtained from the brain magnetic resonance imaging test, it is possible to confirm a minute change through the measured value of the voxel unit or cortical thickness. However, this approach is also difficult to apply to distinguishing panic disorder from anxiety disorder. In addition, since the cost of a brain magnetic resonance imaging test is quite high, there is a limit that cannot be used frequently in clinical settings.

한편, 뇌전도 검사는 뇌자기공명영상검사에 비하여 비용이 저렴하고 환자가 검사 진행중에 느끼는 불편함이 없는 장점이 있기 때문에 불안장애 진단에 활용되고 있다. On the other hand, electroencephalography is used for diagnosis of anxiety disorders because it is cheaper than brain magnetic resonance imaging and has the advantage of not having any discomfort during the test.

그러나 뇌전도 검사도 측정 시간이 상당히 긴 단점이 있으며, 각성뇌파와 수면뇌파의 차이가 있으며, 뇌파측정 장치의 전극 채널 숫자 등에 따라서 결과의 차이가 있는 단점이 있기 때문에, 뇌전도 검사도 임상 현장에서 쉽고 빠르게 적용하기에 한계가 있다. However, the EEG test also has a disadvantage that the measurement time is quite long, there is a difference between the arousal EEG and the sleep EEG, and the result is different depending on the number of electrode channels of the EEG measurement device. There are limits to application.

한편, 심박변이도(Heart Rate Variability, HRV)는 심장박동의 시간에 따른 변화로서, 심박변이도를 이용하여 자율신경계의 상태 및 스트레스에 대한 반응 정도를 예측할 수 있다. 자율신경계에 이상이 생기면 심박변이도의 폭이 감소하게 되고, 신체는 스트레스에 대해 적절하게 대응하지 못하고 여러 질환에 취약해지게 된다. 심박변이도(HRV)를 측정하는 방법은 비침습적이어서 시행이 간편하고, 측정 피험자가 느끼는 부담이 적은 특징이 있다.Meanwhile, the heart rate variability (HRV) is a change in heart rate over time, and the state of the autonomic nervous system and the degree of response to stress can be predicted using the heart rate variability. When an abnormality occurs in the autonomic nervous system, the width of the heart rate variability decreases, and the body cannot adequately respond to stress and becomes vulnerable to various diseases. Since the method of measuring heart rate variability (HRV) is non-invasive, it is easy to implement and has a characteristic that the burden on the measurement subject is low.

(US) 공개특허 제 2017-0238858호(US) Patent Publication No. 2017-0238858

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 심박 변이도(HRV)에 기초하여 기타 불안장애로부터 공황장애를 감별할 수 있는 방법 및 그 장치을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve the above problem, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for discriminating panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability (HRV).

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 방법은 상기 공황장애 감별 장치(1000)가 기 설정된 시간 동안 심박 변이도(HRV) 신호를 수신하는 단계(S100); 상기 수신된 심박 변이도(HRV) 신호에 대하여 심박 변이도(HRV) 특징을 추출하는 단계(S200); 상기 추출된 심박 변이도(HRV) 특징을 기계학습 알고리즘에 입력하여 학습하는 단계(S300); 상기 학습 단계에서 사용하는 훈련 데이터 세트(training set)와 테스트 데이터 세트(test set)을 결정하는 단계(S400); 상기 훈련 데이터 세트는 하위 훈련 세트와 검증 세트로 나누는 단계(S500); 상기 하위 훈련 세트 및 상기 검증 세트를 이용하여 교차 검증을 수행하는 단계(S600) 및 상기 교차 검증 수행 결과값을 미리 설정된 값과 비교하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.A method for discriminating panic disorder from other anxiety disorders according to an embodiment of the present invention includes the steps of: receiving, by the panic disorder discrimination apparatus 1000, a heart rate variability (HRV) signal for a preset time (S100); Extracting a heart rate variability (HRV) feature from the received heart rate variability (HRV) signal (S200); Inputting and learning the extracted heart rate variability (HRV) feature into a machine learning algorithm (S300); Determining a training data set and a test data set used in the learning step (S400); Dividing the training data set into a lower training set and a verification set (S500); It may include performing cross-validation using the sub-training set and the verification set (S600), and comparing the cross-validation result value with a preset value (S700).

본 발명의 일 실시예에 따른 기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 장치는 기 설정된 시간 동안 심박 변이도(HRV) 신호를 수신하는 심박 변이도 신호 수신부(100); 상기 수신한 심박 변이도(HRV) 신호에 대하여 심박 변이도(HRV) 특징을 추출하는 특징 추출부(200); 상기 추출된 심박 변이도(HRV) 특징을 기계학습 알고리즘에 입력하여 학습하는 기계학습부(300); 상기 기계학습부에서 사용하는 훈련 데이터 세트(training set)와 테스트 데이터 세트(test set)을 결정하고, 상기 훈련 데이터 세트는 하위 훈련 세트와 검증 세트로 나누는 데이터 세트 결정부(400); 및 상기 하위 훈련 세트 및 상기 검증 세트를 이용하여 교차 검증을 수행하는 교차 검증부(500); 및 상기 교차 검증 수행 결과값을 미리 설정된 값과 비교하는 비교부(600)를 포함할 수 있다.An apparatus for discriminating panic disorder from other anxiety disorders according to an embodiment of the present invention includes: a heart rate variability signal receiving unit 100 for receiving a heart rate variability (HRV) signal for a preset time; A feature extraction unit 200 for extracting a heart rate variability (HRV) feature with respect to the received heart rate variability (HRV) signal; A machine learning unit 300 for learning by inputting the extracted heart rate variability (HRV) feature into a machine learning algorithm; A data set determination unit 400 that determines a training data set and a test data set used by the machine learning unit, and divides the training data set into a lower training set and a verification set; And a cross-validation unit 500 that performs cross-validation using the lower training set and the verification set. And a comparison unit 600 comparing the cross-verification result value with a preset value.

불안장애 치료를 위해 환자는 선택적 세로토닌 재흡수 억제제(selective serotonin reuptake inhibitor, SSRI) 등 적당한 항우울제 또는 항불안제를 상당 기간 복용해야 하며, 정신치료 및 심리사회적 치료도 필요하다. 불안장애는 환자가 완전히 회복하는 데 시간이 많이 걸리거나, 완전히 회복하지 못하고 잔류 증상이 지속되어 만성화되는 과정을 밟는 경우가 흔하다. For the treatment of anxiety disorders, patients must take appropriate antidepressants or anti-anxiety drugs such as selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) for a considerable period of time, and psychological and psychosocial treatments are also required. Anxiety disorders often take a long time for a patient to recover completely, or they cannot recover completely and go through a process of becoming chronic due to persistent symptoms.

본 발명의 일 실시예에 따른 심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 방법 및 그 장치는 불안장애 및 공황장애의 감별 진단을 정확하고 신속하게 수행할 수 있는 이점이 있다. The method and apparatus for discriminating panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability (HRV) according to an embodiment of the present invention have the advantage of being able to accurately and quickly perform differential diagnosis of anxiety disorders and panic disorders.

따라서, 본 발명을 이용하여 환자에 대한 적절한 치료를 신속히 처치할 수 있는 장점이 있다. Therefore, there is an advantage of being able to quickly treat an appropriate treatment for a patient by using the present invention.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 방법의 순서도이다.
1 is a block diagram of an apparatus for discriminating a panic disorder from other anxiety disorders according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart of a method for discriminating a panic disorder from other anxiety disorders according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 감별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of discriminating one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component. The term and/or includes a combination of a plurality of related items or any of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but other components may exist in the middle. something to do. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.

또한, "제 1"및 "제 2"라는 용어는 본 명세서에서 감별 목적으로만 사용되며, 어떠한 방식으로도 서열 또는 우선 순위를 나타내거나 예상하는 것을 의미하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In addition, it is to be understood that the terms "first" and "second" are used herein for discrimination purposes only, and are not meant to represent or predict sequences or priorities in any way.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification and claims, when a certain part includes a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 장치의 블록도이다. 1 is a block diagram of an apparatus for discriminating a panic disorder from other anxiety disorders according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 장치(1000)는 심박 변이도 신호 수신부(100); 특징 추출부(200); 기계학습부(300); 데이터 세트 결정부(400), 교차 검증부(500) 및 비교부(600)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an apparatus 1000 for discriminating a panic disorder from other anxiety disorders according to an embodiment of the present invention includes a heart rate variability signal receiving unit 100; A feature extraction unit 200; Machine learning unit 300; A data set determination unit 400, a cross-verification unit 500, and a comparison unit 600 may be included.

본 발명의 일 실시예에 따른 심박 변이도 신호 수신부(100)는 기 설정된 시간 동안 심박 변이도(HRV) 신호를 수신할 수 있는데, 전극을 통해 심전도 신호(ECG) 등을 수신하여 심박 변이도로 변환될 수 있다. The heart rate variability signal receiving unit 100 according to an embodiment of the present invention may receive a heart rate variability (HRV) signal for a preset time, and may be converted into a heart rate variability by receiving an electrocardiogram signal (ECG) through an electrode. have.

보다 구체적으로, 심박변이도(Heart Rate Variability, HRV)는 심전도(ECG) 신호, 혈압, 혈량 측정기에 나타나는 펄스 파형으로부터 검출될 수 있는데, 그 중에서도 심전도 신호로부터 심박 변이도(HRV)를 확인하는 방법이 가장 정확한 것으로 알려져 있다. 이때, 심전도(ECG) 신호는 QRS 감지 알고리즘에 의하여 심박 변이도(HRV)로 변환될 수 있는데, 이때, QRS 파(QRS complex)란, 심실근의 탈분극 과정(depolarization)에 의해 나타나는 파형으로서, P, Q, R, S, T 파로 명명된 5개의 굴곡을 가지는 파형을 지칭한다. More specifically, heart rate variability (HRV) can be detected from pulse waveforms appearing on an electrocardiogram (ECG) signal, blood pressure, and blood volume meter. Among them, the method of checking heart rate variability (HRV) from an electrocardiogram signal is the most. It is known to be accurate. At this time, the electrocardiogram (ECG) signal may be converted into a heart rate variability (HRV) by a QRS detection algorithm. At this time, the QRS wave (QRS complex) is a waveform that is displayed by the depolarization process of the ventricular muscle, P, It refers to a waveform having five curves named Q, R, S, and T waves.

본 발명의 일 실시예에 따른 특징 추출부(200)는 상기 심박 변이도 신호 수신부(100)에서 수신한 심박 변이도(HRV) 신호에 대하여 심박 변이도(HRV) 특징을 추출할 수 있다. The feature extraction unit 200 according to an embodiment of the present invention may extract a heart rate variability (HRV) feature from the heart rate variability (HRV) signal received by the heart rate variability signal receiving unit 100.

심박 변이도(HRV) 특징은 주파수에 따라 0.15Hz 내지 0.4Hz 사이의 고주파(HF) 도메인, 0.04Hz 내지 0.15Hz 사이의 저주파(LF) 및 0.0033Hz 내지 0.04Hz 사이의 초저주파(VLF) 대역으로 나뉠 수 있고, SDNN(Standard-to-Normal interval) 표준 편차, 연속 차의 제곱 평균 제곱근(Root Mean Square of the Successive Differences, RMSSD), 물리 스트레스 지수(PSI), 압력지수, 총 전력 지수(TP)등을 포함할 수 있다. 심박 변이도 특징에 관하여는 후술한다.Heart Rate Variability (HRV) features are divided into a high frequency (HF) domain between 0.15 Hz and 0.4 Hz, a low frequency (LF) between 0.04 Hz and 0.15 Hz, and a very low frequency (VLF) band between 0.0033 Hz and 0.04 Hz, depending on the frequency. SDNN (Standard-to-Normal interval) standard deviation, Root Mean Square of the Successive Differences (RMSSD), Physical Stress Index (PSI), Pressure Index, Total Power Index (TP), etc. It may include. The characteristics of heart rate variability will be described later.

본 발명의 일 실시예에 따른 기계학습부(300)는 추출된 심박 변이도(HRV) 특징을 기계학습 알고리즘에 입력하여 학습할 수 있는데, 기계학습 알고리즘은 랜덤 포레스트(Random Forest), 그래디언트 부스팅 머신(Gradient Boosting Machine), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine), 인공 신경망(Artificial Neural Network), 정규화된 로지스틱 회귀 분석을 포함할 수 있다. The machine learning unit 300 according to an embodiment of the present invention may learn by inputting the extracted heart rate variability (HRV) feature into a machine learning algorithm, and the machine learning algorithm is a random forest, a gradient boosting machine ( Gradient Boosting Machine), Support Vector Machine, Artificial Neural Network, and normalized logistic regression analysis may be included.

본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 세트 결정부(400)는 기계학습부(300)에서 사용하는 훈련 데이터 세트(training set)와 테스트 데이터 세트(test set)을 결정하고, 상기 훈련 데이터 세트는 하위 훈련 세트와 검증 세트로 나눌 수 있다.The data set determination unit 400 according to an embodiment of the present invention determines a training data set and a test data set used by the machine learning unit 300, and the training data set is a lower level. It can be divided into a training set and a validation set.

본 발명의 일 실시예에 따른 교차 검증부(500)는 하위 훈련 세트 및 상기 검증 세트를 이용하여 교차 검증을 수행하고, 비교부(600)는 교차 검증 수행 결과값, 즉 기계학습 예측 모델의 결과값을 미리 설정된 값과 비교하여 소정의 값보다 이상인 경우에 공황장애로 판단할 수 있다. 다만, 공황장애로 판단하는 기준이 미리 설정된 값과 비교하여 소정의 값보다 이상인 경우로 한정되는 것은 아니며, 소정의 값 미만인 경우일 수도 있으며, 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다.The cross-validation unit 500 according to an embodiment of the present invention performs cross-validation using the lower training set and the verification set, and the comparison unit 600 is a cross-validation result value, that is, a result of a machine learning prediction model. When the value is greater than a predetermined value by comparing the value with a preset value, it may be determined as a panic disorder. However, the criterion for determining panic disorder is not limited to a case that is greater than or equal to a predetermined value compared to a preset value, and may be less than a predetermined value, and may be variously set according to embodiments.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 방법의 순서도이다.2 is a flow chart of a method for discriminating a panic disorder from other anxiety disorders according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 방법은 상기 공황장애 감별 장치(1000)가 수행하는 방법으로, 기 설정된 시간 동안 심박 변이도(HRV) 신호를 수신하는 단계(S100); 상기 수신된 심박 변이도(HRV) 신호에 대하여 심박 변이도(HRV) 특징을 추출하는 단계(S200); 상기 추출된 심박 변이도(HRV) 특징을 기계학습 알고리즘에 입력하여 학습하는 단계(S300); 상기 학습 단계에서 사용하는 훈련 데이터 세트(training set)와 테스트 데이터 세트(test set)을 결정하는 단계(S400); 상기 훈련 데이터 세트는 하위 훈련 세트와 검증 세트로 나누는 단계(S500); 상기 하위 훈련 세트 및 상기 검증 세트를 이용하여 교차 검증을 수행하는 단계(S600) 및 상기 교차 검증 수행 결과값을 미리 설정된 값과 비교하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.The method for discriminating panic disorder from other anxiety disorders according to an embodiment of the present invention is a method performed by the panic disorder discrimination apparatus 1000, and receiving a heart rate variability (HRV) signal for a preset time (S100) ); Extracting a heart rate variability (HRV) feature from the received heart rate variability (HRV) signal (S200); Inputting and learning the extracted heart rate variability (HRV) feature into a machine learning algorithm (S300); Determining a training data set and a test data set used in the learning step (S400); Dividing the training data set into a lower training set and a verification set (S500); It may include performing cross-validation using the sub-training set and the verification set (S600), and comparing the cross-validation result value with a preset value (S700).

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 방법을 수행하는 실시예를 설명한다. Hereinafter, an embodiment of performing a method for discriminating a panic disorder from other anxiety disorders according to an embodiment of the present invention will be described.

참가자Participant

HRV 데이터는 2011 년 1 월부터 2017 년 12 월까지 기록된 의료 차트에서 얻었다. 데이터 포함 기준은 아래 표 1과 같이, (1) 20-65 세 사이, (2) 공황 장애 (F41.0에 대한 국제 통계 분류 질병 및 관련 건강 문제 (ICD-10) 코드의 10 번째 개정판) 또는 기타 불안 장애로 진단된 환자군(F41.1 ~ F41.9) 및 (3) 병원 방문 첫 1개월 동안 이다. HRV data was obtained from medical charts recorded from January 2011 to December 2017. The data inclusion criteria are as shown in Table 1 below, (1) between the ages of 20-65, (2) Panic Disorder (10th edition of the International Statistical Classification Illness and Related Health Problems (ICD-10) Code for F41.0) or Patients diagnosed with other anxiety disorders (F41.1 to F41.9) and (3) during the first month of hospital visit.

ICD-10-CM CodesICD-10-CM Codes NumberNumber F41.0F41.0 Panic disorderPanic disorder 6060 F41.1F41.1 Generalized anxiety disorderGeneralized anxiety disorder 88 F41.3F41.3 Other mixed anxiety disordersOther mixed anxiety disorders 2323 F41.8F41.8 Other specified anxiety disordersOther specified anxiety disorders 1818 F41.9F41.9 Anxiety disorder, unspecifiedAnxiety disorder, unspecified 1212

데이터 배제 기준은 (1) 부정맥 및 심근 병증과 같은 임상적으로 유의한 심혈관 질환 및 (2) 불안 장애 이외의 공동 정신 및 물질 장애가 있는 경우이다.The data exclusion criteria are (1) clinically significant cardiovascular diseases such as arrhythmia and cardiomyopathy and (2) co-psychiatric and material disorders other than anxiety disorders.

HRVHRV

심박 변이 측정은 BFM-5000PLUS (Medicore; Seoul, Korea)를 사용하여 의사에 의해 수행되었다. 시험 전에 피험자들은 다음의 예방 조치를 설명하고 준수하도록 지시 받았다. 측정 전날, 과도한 음주 또는 격렬한 운동은 허용되지 않았으며, 시험 전 3 시간 동안 카페인 음료, 담배 또는 약물을 섭취하지 않았으며 2 시간 전부터 음식을 섭취하지 않도록 하였다. 검사 전날에는 충분한 수면을 취하고 피로를 유발할 수 있는 행동을 삼가라고 권고했다. 심박수 변화는 매일 변화를 나타내므로 오전 8 시부터 오전 12 시까지 측정이 이루어졌으며, 검사실은 밝고 부드러운 조명을 유지하고 외부 소음을 차단하며 적절한 실내 온도 (20-25 ° C)를 유지했다.Heart rate variability measurement was performed by a doctor using BFM-5000PLUS (Medicore; Seoul, Korea). Prior to testing, subjects were instructed to describe and follow the following precautions. On the day before the measurement, excessive alcohol consumption or vigorous exercise was not allowed, caffeine drinks, cigarettes or drugs were not consumed for 3 hours before the test, and food was not consumed from 2 hours before. On the day before the test, he was advised to get enough sleep and refrain from behaviors that could cause fatigue. Since heart rate changes represent daily changes, measurements were taken from 8 a.m. to 12 a.m., and the laboratory maintained a bright and soft light, shielded out external noise, and maintained an appropriate room temperature (20-25 °C).

피험자는 심전도 파형에 영향을 줄 수 있는 귀금속과 같은 액세서리를 착용 할 수 없었으며, 피험자는 의자에 앉아있는 동안 왼쪽과 오른쪽 손목과 왼쪽 발목에 각각 세 개의 전극을 부착했다. 시험 환경에 충분히 적응하기 위해 5 분 이상의 준비 시간을 가한 후 5 분 동안 심박수 변화를 측정하였다. 검사하는 동안 피험자들은 움직이지 않고 말이 없는 상태를 유지하고 눈을 뜨고 편안한 마음과 자세로 앉아 편안하게 호흡을 유지했다.The subject could not wear accessories such as precious metals that could affect the ECG waveform, and the subject attached three electrodes to each of the left and right wrists and left ankles while sitting in a chair. After 5 minutes or more of preparation time was applied to sufficiently adapt to the test environment, the heart rate change was measured for 5 minutes. During the examination, the subjects remained motionless and speechless, with their eyes open, sitting in a comfortable mind and posture, and breathing comfortably.

기계 학습의 전체 프로세스The whole process of machine learning

훈련(training) 및 홀드 아웃 테스트 세트(hold-out test set)의 비율은 각각 0.7과 0.3으로 결정되었다. 훈련 세트는 다시 하위 훈련 세트 및 검증 세트로 0.7 (총 데이터 세트의 0.49) 및 0.3 (총 데이터 세트의 0.21)으로 분할되었다. 하위 훈련 세트 및 검증 세트로 10 배 교차 검증을 통해 하이퍼 파라미터(초매개 변수)를 조정하였다. 교차 검증에서 얻은 최종 예측 모델의 성능은 사용한 적이 없는 홀드 아웃 테스트 세트로 테스트했다. 기계 학습의 전체 프로세스는 3.5의 Python의 Scikit 학습 라이브러리 ('sklearn')를 사용하여 수행되었다.The ratio of training and hold-out test set was determined to be 0.7 and 0.3, respectively. The training set was again divided into sub-training set and validation set into 0.7 (0.49 of the total data set) and 0.3 (0.21 of the total data set). Hyperparameters (hyperparameters) were adjusted through 10-fold cross-validation with sub-training set and validation set. The performance of the final predictive model from cross-validation was tested with a hold-out test set that was never used. The whole process of machine learning was done using Python's Scikit Learning Library ('sklearn') in 3.5.

예측 모델 및 알고리즘Predictive model and algorithm

본 발명의 일 실시예에서는 로지스틱 회귀 (logistic regression, LR), 인공 신경망 (artificial neural network, ANN), 그라디언트 부스팅 머신 (gradient boosting machine, GBM), 랜덤 포레스트 (random forest, RF) 및 서포트 벡터 머신 (support vector machine, SVM)과 같은 총 5 개의 알고리즘이 사용되었다. 예측 모델의 성능에 대한 주요 결과 측정은 전체 정확도 및 F1 점수이다.In an embodiment of the present invention, logistic regression (LR), artificial neural network (ANN), gradient boosting machine (GBM), random forest (RF), and support vector machine ( A total of five algorithms, such as support vector machine (SVM) were used. The main outcome measures for the performance of the predictive model are the overall accuracy and F 1 score.

특징 선택Feature Selection

HRV 신호의 주요 주파수 대역은 0 (또는 0.2)과 0.4Hz 사이이며 임상 적으로 고주파(High Frequency, HF) 도메인과 저주파 (low frequency, LF) 도메인과 같은 두 개의 주파수 영역으로 나뉠 수 있다. 나누는 기준은 0.15-0.4Hz 영역은 고주파 영역으로, 0.04-0.15Hz 영역은 저주파수 영역으로 한다. 그리고 매우 낮은 주파수 (Very low frequency, VLF)는 0.0033-0.04 Hz의 주파수 대역으로 하는데, 초저주파수(VLF)는 대부분 교감 신경에 대한 추가 정보를 제공하는 것으로 알려져 있다. 초저주파수 (VLF), 저주파수 (LF) 및 고주파수 (HF)의 주요 주파수 대역 및 이들의 전력 분포는 정적이 아니며 자율 신경계의 호흡 및 심장 제어에 따라 달라질 수 있다.The main frequency band of the HRV signal is between 0 (or 0.2) and 0.4 Hz and can be clinically divided into two frequency domains: a high frequency (HF) domain and a low frequency (LF) domain. The standard for division is the high-frequency range of 0.15-0.4Hz and the low-frequency range of 0.04-0.15Hz. And very low frequency (VLF) is a frequency band of 0.0033-0.04 Hz, and very low frequency (VLF) is known to provide additional information for most sympathetic nerves. The main frequency bands of very low frequency (VLF), low frequency (LF) and high frequency (HF) and their power distribution are not static and may vary depending on the respiratory and cardiac control of the autonomic nervous system.

고주파수 (HF) 영역의 변화는 호흡에 따른 미주 신경의 부교감 신경의 활동과 관련이 있으며, 저주파수(LF) 영역의 가변성 크기는 미주 신경 활동과 교감 신경 활동에 의해 영향을 받을 수 있다. 저주파수 (LF) / 고주파수 (HF)의 비율은 교감 신경의 활동과 부교감 신경의 활동 사이의 균형을 반영하는 지표이다.The change in the high frequency (HF) region is related to the parasympathetic activity of the vagus nerve according to respiration, and the variability size of the low frequency (LF) region can be affected by the vagus nerve activity and the sympathetic nerve activity. The ratio of low frequency (LF)/high frequency (HF) is an indicator that reflects the balance between the activity of the sympathetic nerve and that of the parasympathetic nerve.

SDNN (Standard-to-Normal interval)의 표준 편차는 응력 저항을 의미한다. 이 특징은 총 정상-정상 간격의 표준 편차로, 기록 시간 동안 심박수가 얼마나 변하는지를 나타낸다.The standard deviation of SDNN (Standard-to-Normal interval) refers to the stress resistance. This feature is the standard deviation of the total normal-normal interval, indicating how much the heart rate changes during the recording time.

RMSSD (Root Mean Square of the Successive Differences, 연속 차의 제곱 평균 제곱근)는 심박 변이도(HRV)에서 인접한 RR 간격의 차이의 평균 제곱의 제곱근이며 고주파 영역을 평가하는 데 사용된다. 이 특징은 심장의 부교감 신경 조절을 나타낸다. RMSSD (Root Mean Square of the Successive Differences) is the square root of the mean square of the difference between adjacent RR intervals in heart rate variability (HRV) and is used to evaluate the high frequency region. This feature represents the parasympathetic regulation of the heart.

물리 스트레스 지수 (Physical Stress Index, PSI)는 시간 도메인에서 HR + SDN + RMSS와 같은 매개 변수를 사용하여 자동 분석 결과 용지의 스트레스 지수 및 규제 시스템에 적용되는 압력의 정도를 의미한다. 대략적인 엔트로피 (ApEn)는 신호의 복잡성을 의미하며, 이는 시간 영역에서 신호가 얼마나 복잡한 지에 대한 통계적 수량화를 나타낸다. SRD (성공적인 RR 간격 차이)는 시험의 신뢰성을 나타낸다. 5 분 간격의 특정 세그먼트를 기준으로 변경 정도를 측정하고 값 1은 이 데이터가 일정한 상태로 유지되는지 여부를 나타낸다.Physical Stress Index (PSI) refers to the stress index of the automatic analysis result paper and the degree of pressure applied to the regulatory system using parameters such as HR + SDN + RMSS in the time domain. The approximate entropy (ApEn) refers to the complexity of the signal, which represents a statistical quantification of how complex the signal is in the time domain. SRD (Successful RR Interval Difference) indicates the reliability of the test. The degree of change is measured based on a specific segment at 5-minute intervals, and a value of 1 indicates whether this data remains constant.

총 전력 (Total Power, TP)은 자율 신경 활동과 초저주파(VLF), 저주파(LF) 및 고주파(HF)를 포함한 모든 전원의 합을 의미한다. 이것은 자율 신경계의 전반적인 활동을 반영하며, 이는 자율 신경계를 제어하는 능력을 나타낸다.Total Power (TP) refers to the sum of autonomic activity and all power sources, including very low frequency (VLF), low frequency (LF) and high frequency (HF). This reflects the overall activity of the autonomic nervous system, which indicates its ability to control the autonomic nervous system.

아래 표 2는 공황 장애 및 기타 불안 장애가 있는 환자의 인구 통계 및 심박 변이도(HRV)에 대한 정보를 보여준다. 공황 장애와 다른 불안 장애 그룹 사이에 나이와 성별에 유의한 차이는 없었다.Table 2 below shows information on the demographic and heart rate variability (HRV) of patients with panic disorder and other anxiety disorders. There were no significant differences in age and sex between panic disorder and other anxiety disorder groups.

Panic Panic Other anxietyOther anxiety StatisticsStatistics P valueP value AgeAge 42.7 (11.8)42.7 (11.8) 49.3 (10.4)49.3 (10.4) 3.2653.265 0.0010.001 Sex, femaleSex, female 29 (48.3)29 (48.3) 27 (44.3)27 (44.3) 0.2020.202 0.6530.653 Mean HRMean HR 78.2 (11.8)78.2 (11.8) 74.5 (13.7)74.5 (13.7) -1.453-1.453 0.1490.149 SDNNSDNN 35.0 (16.5)35.0 (16.5) 37.9 (25.1)37.9 (25.1) 0.7390.739 0.4620.462 RMSSDRMSSD 25.5 (14.9)25.5 (14.9) 27.5 (19.5)27.5 (19.5) 0.6270.627 0.5320.532 PSIPSI 74.1 (98.3)74.1 (98.3) 80.0 (95.6)80.0 (95.6) 0.3360.336 0.7380.738 ApEnApEn 1.1 (0.1)1.1 (0.1) 1.1 (0.2)1.1 (0.2) -2.652-2.652 0.0090.009 SRDSRD 0.9 (0.1)0.9 (0.1) 0.9 (0.1)0.9 (0.1) -0.869-0.869 0.3870.387 TSRDTSRD 107.8 (40.0)107.8 (40.0) 112.1 (45.9)112.1 (45.9) 0.5430.543 0.5880.588 TPTP 1121.0 (1257.8)1121.0 (1257.8) 1199.0 (1812.5)1199.0 (1812.5) 0.2750.275 0.7840.784 VLFVLF 491.9 (645.2)491.9 (645.2) 725.1 (1280.6)725.1 (1280.6) 1.2621.262 0.2100.210 LFLF 410.4 (522.8)410.4 (522.8) 276.7 (421.0)276.7 (421.0) -1.551-1.551 0.1240.124 HFHF 218.8 (258.5)218.8 (258.5) 197.3 (259.0)197.3 (259.0) -0.458-0.458 0.6480.648 LF/HFLF/HF 2.40 (2.23)2.40 (2.23) 2.31 (3.17)2.31 (3.17) -0.177-0.177 0.8600.860 BAIBAI 30.2 (13.7)30.2 (13.7) 21.5 (11.3)21.5 (11.3) -3.815-3.815 0.0000.000

모든 변수는 연속 형의 경우 평균 (SD)으로, 범주형 변수의 경우 N (%)로 표시된다.All variables are expressed as mean (SD) for continuous type and N (%) for categorical variable.

아래 표 3은 공황 장애 및 기타 불안 장애에 대한 기계 학습 기반 분류 모델의 성능을 나타낸다.Table 3 below shows the performance of a machine learning-based classification model for panic disorder and other anxiety disorders.

RFRF GBMGBM SVMSVM ANNANN LRLR AccuracyAccuracy 0.6490.649 0.6760.676 0.7300.730 0.7300.730 0.7840.784 SensitivitySensitivity 0.6670.667 0.7220.722 0.7220.722 0.8330.833 0.8330.833 SpecificitySpecificity 0.6320.632 0.6320.632 0.7370.737 0.6320.632 0.7370.737 PrecisionPrecision 0.6320.632 0.6500.650 0.7220.722 0.6820.682 0.7500.750 NPPNPP 0.6670.667 0.7060.706 0.7370.737 0.8000.800 0.8240.824 FPRFPR 0.3680.368 0.3680.368 0.2630.263 0.3680.368 0.2630.263 FDRFDR 0.3680.368 0.3500.350 0.2780.278 0.3180.318 0.2500.250 FNRFNR 0.3330.333 0.2780.278 0.2780.278 0.1670.167 0.1670.167 F1-scoreF1-score 0.6490.649 0.6840.684 0.7220.722 0.7500.750 0.7900.790 MCCMCC 0.2980.298 0.3550.355 0.4600.460 0.4730.473 0.5720.572

표 3에서, NPP(Negative Predictive Value)는 부정적인 예측 가치를 의미하고, FPR(False Positive Rate)은 위양성 비율, FDR(False Discovery Rate)은 거짓 발견율을, FNR(False Negative Rate)은 거짓 부정율을, MCC(Matthews Correlation Coefficient)는 매튜스 상관 계수를 의미한다. In Table 3, NPP (Negative Predictive Value) means negative predictive value, FPR (False Positive Rate) represents false positive rate, FDR (False Discovery Rate) represents false discovery rate, and FNR (False Negative Rate) represents false negative rate. , MCC (Matthews Correlation Coefficient) means the Matthews correlation coefficient.

표 3을 참조하면, 정규화된 로지스틱 회귀 분석(LR)은 분류 성능이 가장 뛰어났다. 정규화된 로지스틱 회귀 분석(LR)은 전체 정확도뿐만 아니라 MCC 및 F1 점수에서도 나타났습니다.Referring to Table 3, the normalized logistic regression (LR) has the best classification performance. Normalized logistic regression (LR) was shown not only for overall accuracy, but also for MCC and F1 scores.

5 개의 머신 러닝 알고리즘의 하이퍼 파라미터(초매개 변수)는 표 4에 나타내었다. 보다 구체적으로, 정규화된 로지스틱 회귀 분석의 주요 하이퍼 파라미터의 경우 L1 페널티가 'liblinear'솔버로 적용되었다. 내약성은 0.0001, C는 0.3, 최대 반복 횟수는 100으로 설정되었다.The hyperparameters (hyperparameters) of the five machine learning algorithms are shown in Table 4. More specifically, for the main hyperparameters of normalized logistic regression, the L1 penalty was applied as a'liblinear' solver. Tolerability was set to 0.0001, C was set to 0.3, and the maximum number of repetitions was set to 100.

Random ForestRandom Forest n_estimators = 500, criterion = "entropy", max_depth = None, min_samples_split = 2, min_samples_leaf = 1, min_weight_fraction_leaf = 0, max_features = "auto", max_leaf_nodes = None, min_impurity_decrease = 0, min_impurity_split = 0.0000007, bootstrap = True, oob_score = False, verbose = 0n_estimators = 500, criterion = "entropy", max_depth = None, min_samples_split = 2, min_samples_leaf = 1, min_weight_fraction_leaf = 0, max_features = "auto", max_leaf_nodes = None, min_impurity_decrease = 0, min_impurity_decrease = 0, min_impurity_decrease = 0, min_impurity_decrease = 0, min_impurity, bootstrap = 0, min_impurity, boots, split = 0.000000 False, verbose = 0 Gradient boosting machineGradient boosting machine n_estimators = 500, learning_rate = 0.01, loss = exponential, subsample = 0.8, min_samples_split = 10, min_samples_leaf = 5, max_depth = 3, min_impurity_decrease = 2.0, min_impurity_split = 0.0000007, max_features = 2, max_leaf_nodes = None, validation_fraction = 0.1n_estimators = 500, learning_rate = 0.01, loss = exponential, subsample = 0.8, min_samples_split = 10, min_samples_leaf = 5, max_depth = 3, min_impurity_decrease = 2.0, min_impurity_split = 0.0000007, max_features = 2, max_leaf_nodes = None, validation_fraction Support vector machineSupport vector machine C = 0.21, gamma = 0.0645, kernel = "poly", degree = 2, coef0 = 0.6, shrinking = True, probability = False, lass_weight = 1:0.844, decision_function_shape = 'ovr', tol = 0.003, verbose = False, max_iter = -1C = 0.21, gamma = 0.0645, kernel = "poly", degree = 2, coef0 = 0.6, shrinking = True, probability = False, lass_weight = 1:0.844, decision_function_shape ='ovr', tol = 0.003, verbose = False, max_iter = -1 Artificial neural networkArtificial neural network max_iter = 1000, hidden_layer_sizes = 100, activation = "tanh", solver = "sgd", alpha = 0.0002, batch_size = "auto", learning_rate = 'constant', learning_rate_init = 0.001, shuffle = True, momentum = 0.1, nesterovs_momentum = True, tol = 0.0001, validation_fraction = 0.1max_iter = 1000, hidden_layer_sizes = 100, activation = "tanh", solver = "sgd", alpha = 0.0002, batch_size = "auto", learning_rate ='constant', learning_rate_init = 0.001, shuffle = True, momentum = 0.1, nesterovs_momentum = True, tol = 0.0001, validation_fraction = 0.1 Regularized logistic regressionRegularized logistic regression solver = "liblinear", penalty = "l1", dual = false, tol = 0.0001, C = 0.3, intercept_scaling = 1, fit_intercept = True, max_iter = 100, verbose = 0solver = "liblinear", penalty = "l1", dual = false, tol = 0.0001, C = 0.3, intercept_scaling = 1, fit_intercept = True, max_iter = 100, verbose = 0

종합하면, 본 발명은 공황 장애를 다른 불안 장애와 구별하는 방법을 제안한다. 분석 결과, LR은 각각 0.785와 F1-점수 0.790의 정확도로 최고의 성능을 보였다. 따라서, 본 발명의 최적의 실시예는 로지스틱 회귀(LR) 알고리즘을 사용한 경우이다.Taken together, the present invention proposes a method of distinguishing panic disorder from other anxiety disorders. As a result of the analysis, LR showed the best performance with accuracy of 0.785 and F1-score of 0.790, respectively. Therefore, the optimal embodiment of the present invention is the case of using a logistic regression (LR) algorithm.

여러 연구에서 불안 장애가 HRV의 비정상적인 패턴을 가지고 있음을 보여 주었지만, 이러한 연구는 불안 장애의 생리학적 상태를 확인하는 것으로 추정될 뿐이었다. Although several studies have shown that anxiety disorders have an abnormal pattern of HRV, these studies have only been presumed to confirm the physiological status of anxiety disorders.

본 발명의 실시예 결과는 지역 사회 정신 건강 센터, 1 차 보건 기관, 직장 또는 학교 기반 정신 건강 관리와 같은 다양한 상황과 기관에 적용될 수 있다. 본 발명은 임상 정신과 및 공중 정신 건강 시스템 분야에서 강점을 가진다고 할 수 있다.The results of the embodiments of the present invention can be applied to a variety of situations and institutions, such as community mental health centers, primary health institutions, and work or school based mental health care. The present invention can be said to have strengths in the fields of clinical psychiatry and public mental health systems.

요약하면, 본 발명은 공황 장애 및 기타 불안 장애를 분류하는데 다양한 기관의 보건 종사자에게 유용하게 도움이 될 것으로 예상된다.In summary, the present invention is expected to be useful to health workers in various institutions in classifying panic disorder and other anxiety disorders.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100 : 심박 변이도 신호 수신부
200 : 특징 추출부
300 : 기계학습부
400 : 데이터 세트 결정부
500 : 교차 검증부
600 : 비교부
1000 : 공황장애 감별 장치
100: heart rate variability signal receiver
200: feature extraction unit
300: Machine Learning Department
400: data set determination unit
500: cross verification unit
600: comparison unit
1000: Panic disorder detection device

Claims (10)

기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 장치가,
기 설정된 시간 동안 심박 변이도(HRV) 신호를 수신하는 단계;
상기 수신된 심박 변이도(HRV) 신호에 대하여 심박 변이도(HRV) 특징을 추출하는 단계;
상기 추출된 심박 변이도(HRV) 특징을 기계학습 알고리즘에 입력하여 학습하는 단계;
상기 학습 단계에서 사용하는 훈련 데이터 세트(training set)와 테스트 데이터 세트(test set)을 결정하는 단계;
상기 훈련 데이터 세트는 하위 훈련 세트와 검증 세트로 나누는 단계; 및
상기 하위 훈련 세트 및 상기 검증 세트를 이용하여 교차 검증을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 교차 검증 수행 결과값을 미리 설정된 값과 비교하는 단계를 더 포함하며,
상기 교차 검증은 초매개 변수를 조정하며 상기 교차 검증을 수행하는 것을 특징으로 하고,
상기 심박 변이도(HRV) 특징은 물리 스트레스 지수(PSI) 및 총 전력 지수(TP)를 포함하는 것을 특징으로 하는 심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 방법.
A device for discriminating panic disorder from other anxiety disorders,
Receiving a heart rate variability (HRV) signal for a preset time;
Extracting a heart rate variability (HRV) feature from the received heart rate variability (HRV) signal;
Learning by inputting the extracted heart rate variability (HRV) feature into a machine learning algorithm;
Determining a training data set and a test data set used in the learning step;
Dividing the training data set into a sub training set and a verification set; And
Performing cross-validation using the sub-training set and the verification set,
Further comprising the step of comparing the cross-validation result value with a preset value,
The cross-validation is characterized in that the hyperparameter is adjusted and the cross-validation is performed,
The heart rate variability (HRV) feature is a method for discriminating panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability (HRV), characterized in that it includes a physical stress index (PSI) and a total power index (TP).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기계학습 알고리즘은 랜덤 포레스트(Random Forest), 그래디언트 부스팅 머신(Gradient Boosting Machine), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine), 인공 신경망(Artificial Neural Network), 정규화된 로지스틱 회귀 분석 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 방법.
The method of claim 1,
The machine learning algorithm is at least one of a random forest, a gradient boosting machine, a support vector machine, an artificial neural network, and a normalized logistic regression analysis. How to differentiate panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability (HRV).
제1항에 있어서,
심박 변이도(HRV) 신호는 주파수에 따라 0.15Hz 내지 0.4Hz 사이의 고주파(HF) 도메인, 0.04Hz 내지 0.15Hz 사이의 저주파(LF) 및 0.0033Hz 내지 0.04Hz 사이의 초저주파(VLF) 대역으로 나눠 심박 변이도(HRV) 특징을 추출하는 것을 특징으로 하는 심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 방법.
The method of claim 1,
The heart rate variability (HRV) signal is divided into a high frequency (HF) domain between 0.15 Hz and 0.4 Hz, a low frequency (LF) between 0.04 Hz and 0.15 Hz, and a very low frequency (VLF) band between 0.0033 Hz and 0.04 Hz, depending on the frequency. A method for discriminating panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability (HRV), characterized in that extracting heart rate variability (HRV) features.
제1항에 있어서,
상기 심박 변이도(HRV) 특징은 SDNN(Standard-to-Normal interval) 표준 편차, 연속 차의 제곱 평균 제곱근(Root Mean Square of the Successive Differences, RMSSD) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 방법.
The method of claim 1,
The heart rate variability (HRV) feature further comprises at least one of SDNN (Standard-to-Normal Interval) standard deviation and Root Mean Square of the Successive Differences (RMSSD). How to differentiate panic disorder from other anxiety disorders based on variability (HRV).
기타 불안장애로부터 공황장애를 감별하기 위한 장치에 있어서,
기 설정된 시간 동안 심박 변이도(HRV) 신호를 수신하는 심박 변이도 신호 수신부(100);
상기 수신한 심박 변이도(HRV) 신호에 대하여 심박 변이도(HRV) 특징을 추출하는 특징 추출부(200);
상기 추출된 심박 변이도(HRV) 특징을 기계학습 알고리즘에 입력하여 학습하는 기계학습부(300);
상기 기계학습부에서 사용하는 훈련 데이터 세트(training set)와 테스트 데이터 세트(test set)을 결정하고, 상기 훈련 데이터 세트는 하위 훈련 세트와 검증 세트로 나누는 데이터 세트 결정부(400); 및
상기 하위 훈련 세트 및 상기 검증 세트를 이용하여 교차 검증을 수행하는 교차 검증부(500)를 포함하고,
상기 교차 검증 수행 결과값을 미리 설정된 값과 비교하는 비교부(600)를 더 포함하며,
상기 교차 검증은 초매개 변수를 조정하며 상기 교차 검증을 수행하는 것을 특징으로 하고,
상기 심박 변이도(HRV) 특징은 물리 스트레스 지수(PSI) 및 총 전력 지수(TP)를 포함하는 것을 특징으로 하는 심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 장치.
In the device for discriminating panic disorder from other anxiety disorders,
A heart rate variability signal receiving unit 100 for receiving a heart rate variability (HRV) signal for a preset time;
A feature extraction unit 200 for extracting a heart rate variability (HRV) feature from the received heart rate variability (HRV) signal;
A machine learning unit 300 for learning by inputting the extracted heart rate variability (HRV) feature into a machine learning algorithm;
A data set determination unit 400 that determines a training data set and a test data set used by the machine learning unit, and divides the training data set into a lower training set and a verification set; And
Including a cross-validation unit 500 for performing cross-validation using the lower training set and the verification set,
Further comprising a comparison unit 600 for comparing the cross-validation result value with a preset value,
The cross-validation is characterized in that the hyperparameter is adjusted and the cross-validation is performed,
The heart rate variability (HRV) feature is a device for discriminating panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability (HRV), characterized in that it includes a physical stress index (PSI) and a total power index (TP).
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 기계학습 알고리즘은 랜덤 포레스트(Random Forest), 그래디언트 부스팅 머신(Gradient Boosting Machine), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine), 인공 신경망(Artificial Neural Network), 정규화된 로지스틱 회귀 분석 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 장치.
The method of claim 6,
The machine learning algorithm is at least one of a random forest, a gradient boosting machine, a support vector machine, an artificial neural network, and a normalized logistic regression analysis. Panic disorder discrimination device from other anxiety disorders based on heart rate variability (HRV).
제6항에 있어서,
심박 변이도(HRV) 신호는 주파수에 따라 0.15Hz 내지 0.4Hz 사이의 고주파(HF) 도메인, 0.04Hz 내지 0.15Hz 사이의 저주파(LF) 및 0.0033Hz 내지 0.04Hz 사이의 초저주파(VLF) 대역으로 나눠 심박 변이도(HRV) 특징을 추출하는 것을 특징으로 하는 심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 장치.
The method of claim 6,
The heart rate variability (HRV) signal is divided into a high frequency (HF) domain between 0.15 Hz and 0.4 Hz, a low frequency (LF) between 0.04 Hz and 0.15 Hz, and a very low frequency (VLF) band between 0.0033 Hz and 0.04 Hz, depending on the frequency. A device for discriminating panic disorder from other anxiety disorders based on heart rate variability (HRV), characterized in that the heart rate variability (HRV) feature is extracted.
제6항에 있어서,
상기 심박 변이도(HRV) 특징은 SDNN(Standard-to-Normal interval) 표준 편차, 연속 차의 제곱 평균 제곱근(Root Mean Square of the Successive Differences, RMSSD) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심박 변이도(HRV)에 기초한 기타 불안장애로부터 공황장애 감별 장치.
The method of claim 6,
The heart rate variability (HRV) feature further comprises at least one of SDNN (Standard-to-Normal Interval) standard deviation and Root Mean Square of the Successive Differences (RMSSD). A device for discriminating panic disorder from other anxiety disorders based on variability (HRV).
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