KR102171640B1 - System and method for estimating oscillometric blood pressure based on deep learning - Google Patents

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KR102171640B1 KR1020180050547A KR20180050547A KR102171640B1 KR 102171640 B1 KR102171640 B1 KR 102171640B1 KR 1020180050547 A KR1020180050547 A KR 1020180050547A KR 20180050547 A KR20180050547 A KR 20180050547A KR 102171640 B1 KR102171640 B1 KR 102171640B1
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Abstract

2단계 적응적 앙상블 심화신경망을 이용한 혈압 측정 방법 및 시스템이 개시된다. 앙상블 심화신경망을 이용한 혈압측정방법에 있어서, 피시험자가 착용한 혈압측정장치에서 측정된 혈압관련 오실로메트릭 신호를 대상으로, 특징데이터를 추출하는 단계, 추출된 상기 특징데이터에 기초하여 심화신경망(DNN) 모델의 입력파라미터를 설정하는 단계, 상기 혈압측정장치에서 상기 피시험자의 혈압을 측정할 때 측정된 청진 혈압데이터를 목표데이터로 설정하는 단계, 및 설정된 상기 입력파라미터, 심화신경망 모델, 목표데이터에 기초하여 상기 혈압측정장치에서 측정된 혈압 진동 신호와 청진기를 기반으로 측정된 상기 청진 혈압데이터 간의 비선형 관계를 학습하는 단계를 포함할 수 있다.A method and system for measuring blood pressure using a two-stage adaptive ensemble deep neural network are disclosed. In the blood pressure measurement method using an ensemble deep neural network, the step of extracting feature data from a blood pressure-related oscillometric signal measured by a blood pressure measuring device worn by a test subject, and a deep neural network (DNN) based on the extracted feature data. ) Setting input parameters of a model, setting auscultation blood pressure data measured when measuring the blood pressure of the subject in the blood pressure measurement device as target data, and setting the input parameters, deep neural network model, and target data It may include learning a nonlinear relationship between the blood pressure vibration signal measured by the blood pressure measuring device and the auscultation blood pressure data measured based on a stethoscope.

Figure R1020180050547
Figure R1020180050547

Description

2단계 적응적 앙상블 심화신경망을 이용한 혈압 측정 방법 및 시스템{SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING OSCILLOMETRIC BLOOD PRESSURE BASED ON DEEP LEARNING}Blood pressure measurement method and system using a two-stage adaptive ensemble deep neural network {SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING OSCILLOMETRIC BLOOD PRESSURE BASED ON DEEP LEARNING}

본 발명의 실시예들은 학습 모델을 이용하여 사람의 건강 상태를 나타내는 혈압을 측정하는 기술에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a technique for measuring blood pressure indicating a health state of a person using a learning model.

혈압은 사람의 건강 상태를 나타내는 가장 중요한 지표 중 하나로 사용되고 있으며, 혈압 측정의 표준 기술로 사용되고 있는 방법은 훈련된 의사나 간호사가 청진기를 이용하여 혈압을 측정하는 방법(auscultatory method)이 존재한다. 청진기를 이용한 혈압 측정 방법의 경우, 전문가에 의해 측정이 이루어지는 번거로움으로 인해, 최근에는 가정, 직장 및 병원에서 손쉽게 사용할 수 있도록 오실로메트릭기반 혈압측정 기술이 이용되고 있다.Blood pressure is used as one of the most important indicators of human health, and a method used as a standard technique for measuring blood pressure is an auscultatory method in which a trained doctor or nurse uses a stethoscope to measure blood pressure. In the case of a blood pressure measurement method using a stethoscope, due to the inconvenience of measuring by an expert, an oscillometric-based blood pressure measurement technology has recently been used so that it can be easily used at home, work, and hospital.

오실로메트릭기반 혈압측정 기술은 압력 커프를 이용하여 손목이나 팔뚝 상단에서 혈압진동신호를 측정하여 사전에 미리 정해진 수축기 및 이완기 비율을 이용하여 혈압을 측정한다. 예컨대, 오실로메트릭기반 혈압측정 기술은 최대진폭(maximum amplitude algorithm, MAA) 대비 수축기 혈압(systolic blood pressure, SBP)과 이완기 혈압(diastolic blood pressure, DBP) 의 비율(ratio)을 기반으로 혈압을 측정한다. 이처럼, 사전에 미리 정의된 수축 및 기 이완기 비율은 알고리즘 개발 전 혈압측정 시험자들의 비율을 기반으로 사전에 정의된 경험적인 비율로 혈압과 같이 지속적으로 변화하는 혈압을 측정함에 따라, 정확도가 낮아지는 문제가 존재한다. 즉, 오실로메트릭기반 혈압측정은 청진기를 이용한 혈압측정과 비교해서 상대적으로 정확도가 떨어진다. In the oscillometric-based blood pressure measurement technology, a blood pressure vibration signal is measured at the wrist or upper forearm using a pressure cuff, and blood pressure is measured using a predetermined systolic and diastolic ratio. For example, the oscillometric-based blood pressure measurement technology measures blood pressure based on the ratio of systolic blood pressure (SBP) and diastolic blood pressure (DBP) to maximum amplitude algorithm (MAA). . As such, the pre-defined systolic and diastolic ratio is a problem that the accuracy is lowered as the blood pressure that is constantly changing, such as blood pressure, is measured at a pre-defined empirical ratio based on the ratio of blood pressure testers before algorithm development. Exists. In other words, oscillometric-based blood pressure measurement is relatively inferior to blood pressure measurement using a stethoscope.

이에 따라, 사정에 정의된 비율의 사용없이도 오실로메트릭 신호를 기반으로 혈압을 측정하고, 측정 정확도를 높일 수 있는 기술이 요구된다. Accordingly, there is a need for a technology capable of measuring blood pressure based on an oscillometric signal and improving measurement accuracy without using a ratio defined for assessment.

한국등록특허 제10-1778533호는 기계학습에 기반한 오실로메트릭 혈압 추정 방법에 관한 것으로, 샘플 혈압 측정치에 기반하여 측정치에 대한 오실로메트릭 파형의 엔벨로프를 획득하고, 비모수 부트스트랩을 사용하여 측정치에 대한 오실로메트릭 파형의 엔벨로프의 최대 진폭에 기반하여 의사최대진폭을 획득하고, 비모수 부트스트랩을 사용하여 측정치에 대한 오실로메트릭 파형의 엔벨로프에 기반하여 의사 엔벨로프를 획득하고, 의사 최대 진폭과 의사 엔벨로프를 연결하고, 기계학습을 이용하여 개별적인 피험자에 대한 수축기 혈압특성 비율과 이완기 혈압특성 비율을 추정하는 기술을 기재하고 있다.Korean Patent Registration No. 10-1778533 relates to a method for estimating oscillometric blood pressure based on machine learning, and acquiring an envelope of an oscillometric waveform for a measured value based on a sample blood pressure measurement value, and using a non-parametric bootstrap to obtain an oscilloscope for the measured value. Acquire the pseudo-maximum amplitude based on the maximum amplitude of the envelope of the metric waveform, obtain a pseudo-envelope based on the envelope of the oscillometric waveform for the measured value using nonparametric bootstrap, and connect the pseudo-maximum amplitude with the pseudo-envelope, A technique for estimating the systolic blood pressure characteristic ratio and the diastolic blood pressure characteristic ratio for individual subjects using machine learning is described.

[1] S.Lee, and J.-H. Chang, Oscillometric Blood Pressure Estimation Based on Deep Learning, IEEE Transactions on Industrial Informatics,vol. 13, no. 2, pp. 461-472, Apr. 2017.[1] S.Lee, and J.-H. Chang, Oscillometric Blood Pressure Estimation Based on Deep Learning, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 13, no. 2, pp. 461-472, Apr. 2017. [2] S. Lee, and J.-H. Chang, Deep Belief Networks Ensemble for Blood Pressure Estimation, IEEE ACCESS, vol. 5, pp. 9962-9972, Dec. 2017.[2] S. Lee, and J.-H. Chang, Deep Belief Networks Ensemble for Blood Pressure Estimation, IEEE ACCESS, vol. 5, pp. 9962-9972, Dec. 2017.

본 발명의 일실시예는 수축기 및 이완기 비율의 사전 정의 없이 심화신경망(Deep Neural Network, DNN)을 이용하여 오실로메트릭 신호를 기반으로 피시험자의 혈압을 추정하기 위한 것이다.An embodiment of the present invention is to estimate the blood pressure of a test subject based on an oscillometric signal using a deep neural network (DNN) without prior definition of the systolic and diastolic ratios.

또한, 오실로메트릭 신호와 청진기를 이용하여 측정된 청진 혈압데이터를 DNN에 적용하여 오실로메트릭 신호를 기반으로 혈압을 측정할 때보다 상대적으로 혈압 측정의 정확도를 높이기 위한 것이다.In addition, by applying the auscultation blood pressure data measured using the oscillometric signal and a stethoscope to the DNN, it is to relatively increase the accuracy of blood pressure measurement compared to when blood pressure is measured based on the oscillometric signal.

앙상블 심화신경망을 이용한 혈압측정방법에 있어서, 피시험자가 착용한 혈압측정장치에서 측정된 혈압관련 오실로메트릭 신호를 대상으로, 특징데이터를 추출하는 단계, 추출된 상기 특징데이터에 기초하여 심화신경망(DNN) 모델의 입력파라미터를 설정하는 단계, 상기 혈압측정장치에서 상기 피시험자의 혈압을 측정할 때 측정된 청진 혈압데이터를 목표데이터로 설정하는 단계, 및 설정된 상기 입력파라미터, 심화신경망 모델, 목표데이터에 기초하여 상기 혈압측정장치에서 측정된 혈압 진동 신호와 청진기를 기반으로 측정된 상기 청진 혈압데이터 간의 비선형 관계를 학습하는 단계를 포함할 수 있다.In the blood pressure measurement method using an ensemble deep neural network, the step of extracting feature data from a blood pressure-related oscillometric signal measured by a blood pressure measuring device worn by a test subject, and a deep neural network (DNN) based on the extracted feature data. ) Setting input parameters of a model, setting auscultation blood pressure data measured when measuring the blood pressure of the subject in the blood pressure measurement device as target data, and setting the input parameters, deep neural network model, and target data It may include learning a nonlinear relationship between the blood pressure vibration signal measured by the blood pressure measuring device and the auscultation blood pressure data measured based on a stethoscope.

일측면에 따르면, 상기 특징데이터를 추출하는 단계는, 상기 오실로메트릭 신호를 대상으로, 신호의 각 피크를 연결한 인벨로프(envelope) 신호를 생성하는 단계, 및 상기 오실로메트릭 신호 및 상기 인벨로프 신호로부터 특징데이터를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect, the extracting of the feature data includes generating an envelope signal connecting each peak of the signal, and the oscillometric signal and the envelope It may include the step of extracting the feature data from the signal signal.

다른 측면에 따르면, 상기 특징데이터는, 평균동맥혈압(mean arterial pressure, MAP), 최대진폭 (maximum amplitude, MA), 상기 인벨로프 신호의 면적 (area under the envelope, AE) 중 적어도 하나를 포함하고,According to another aspect, the feature data includes at least one of mean arterial pressure (MAP), maximum amplitude (MA), and area under the envelope (AE). and,

상기 목표데이터는 RSBP(reference systolic blood pressure) 및 RDBP(reference diastolic blood pressure)를 포함할 수 있다.The target data may include a reference systolic blood pressure (RSBP) and a reference diastolic blood pressure (RDBP).

또 다른 측면에 따르면, 상기 입력파라미터를 설정하는 단계는, 추출된 상기 특징데이터를 부트스트랩 기법에 기초하여 복수개로 복제하는 단계, 상기 복제를 통해 생성된 부트스트랩 샘플(bootstrap sample) 및 상기 특징데이터를 포함하는 가상특징데이터를 생성하는 단계, 및 상기 가상특징데이터를 상기 입력파라미터로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect, the setting of the input parameter comprises duplicating the extracted feature data in a plurality based on a bootstrap technique, a bootstrap sample generated through the cloning, and the feature data It may include generating virtual feature data including, and setting the virtual feature data as the input parameter.

또 다른 측면에 따르면, 상기 학습하는 단계는, 상기 입력데이터를 대상으로, RBM(Restricted Boltzmann Machine) 확률모델에 기초하여 1차 학습을 수행할 수 있다.According to another aspect, in the learning step, primary learning may be performed on the input data based on a Restricted Boltzmann Machine (RBM) probability model.

또 다른 측면에 따르면, 상기 학습하는 단계는, 상기 1차 학습을 수행한 결과값에 기초하여 2차 학습을 위한 가중치를 설정할 수 있다.According to another aspect, in the learning step, a weight for secondary learning may be set based on a result of performing the primary learning.

또 다른 측면에 따르면, 상기 부트스트랩 샘플(bootstrap sample)은, 설정된 상기 가중치에 기초하여 2차 학습이 수행된 가상특징데이터를 기반으로 갱신될 수 있다.According to another aspect, the bootstrap sample may be updated based on virtual feature data on which secondary learning is performed based on the set weight.

앙상블 심화신경망을 이용한 혈압측정시스템에 있어서, 피시험자가 착용한 혈압측정장치에서 측정된 혈압관련 오실로메트릭 신호를 대상으로, 특징데이터를 추출하는 특징데이터 추출부, 추출된 상기 특징데이터에 기초하여 심화신경망(DNN) 모델의 입력파라미터를 설정하고, 상기 혈압측정장치에서 상기 피시험자의 혈압을 측정할 때 측정된 청진 혈압데이터를 목표데이터로 설정하는 설정부, 및 설정된 상기 입력파라미터, 심화신경망 모델, 목표데이터에 기초하여 상기 혈압측정장치에서 측정된 혈압 진동 신호와 청진기를 기반으로 측정된 상기 청진 혈압데이터 간의 비선형 관계를 학습하는 학습 제어부를 포함할 수 있다.In a blood pressure measurement system using an ensemble deep neural network, a feature data extracting unit for extracting feature data for a blood pressure-related oscillometric signal measured by a blood pressure measuring device worn by a test subject, and a feature data extracting unit for extracting feature data; A setting unit for setting input parameters of a neural network (DNN) model, and setting auscultation blood pressure data measured when measuring the blood pressure of the test subject in the blood pressure measuring device as target data, and the set input parameters, a deep neural network model, It may include a learning control unit that learns a nonlinear relationship between the blood pressure vibration signal measured by the blood pressure measuring device and the auscultation blood pressure data measured based on the stethoscope based on target data.

일측면에 따르면, 상기 특징데이터 추출부는, 상기 오실로메트릭 신호를 대상으로, 신호의 각 피크를 연결한 인벨로프(envelope) 신호를 생성하고, 상기 오실로메트릭 신호 및 상기 인벨로프 신호로부터 특징데이터를 추출할 수 있다.According to one aspect, the feature data extracting unit generates an envelope signal connecting each peak of the signal, for the oscillometric signal, and feature data from the oscillometric signal and the envelope signal. Can be extracted.

다른 측면에 따르면, 상기 특징데이터는, 평균동맥혈압(mean arterial pressure, MAP), 최대진폭 (maximum amplitude, MA), 상기 인벨로프 신호의 면적 (area under the envelope, AE) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 목표데이터는 RSBP(reference systolic blood pressure) 및 RDBP(reference diastolic blood pressure)를 포함할 수 있다.According to another aspect, the feature data includes at least one of mean arterial pressure (MAP), maximum amplitude (MA), and area under the envelope (AE). And, the target data may include a reference systolic blood pressure (RSBP) and a reference diastolic blood pressure (RDBP).

또 다른 측면에 따르면, 상기 설정부는, 추출된 상기 특징데이터를 부트스트랩 기법에 기초하여 복수개로 복제하고, 상기 복제를 통해 생성된 부트스트랩 샘플(bootstrap sample) 및 상기 특징데이터를 포함하는 가상특징데이터를 생성하고, 상기 가상특징데이터를 상기 입력파라미터로 설정할 수 있다.According to another aspect, the setting unit duplicates a plurality of extracted feature data based on a bootstrap technique, and a bootstrap sample generated through the cloning and virtual feature data including the feature data And set the virtual feature data as the input parameter.

또 다른 측면에 따르면, 상기 학습 제어부는, 상기 입력데이터를 대상으로, RBM(Restricted Boltzmann Machine) 확률모델에 기초하여 1차 학습을 수행할 수 있다.According to another aspect, the learning control unit may perform primary learning based on a Restricted Boltzmann Machine (RBM) probability model for the input data.

또 다른 측면에 따르면, 상기 학습 제어부는, 상기 1차 학습을 수행한 결과값에 기초하여 2차 학습을 위한 가중치를 설정할 수 있다.According to another aspect, the learning controller may set a weight for secondary learning based on a result value of performing the primary learning.

또 다른 측면에 따르면, 상기 부트스트랩 샘플(bootstrap sample)은, 설정된 상기 가중치에 기초하여 2차 학습이 수행된 가상특징데이터를 기반으로 갱신될 수 있다.According to another aspect, the bootstrap sample may be updated based on virtual feature data on which secondary learning is performed based on the set weight.

본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명의 일실시예는 심화신경망(Deep Neural Network, DNN)을 이용하여 오실로메트릭 신호를 기반으로 피시험자의 혈압을 추정함으로써, 수축기 및 이완기 비율의 사전 정의 없이 혈압을 측정할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, one embodiment of the present invention estimates the blood pressure of the test subject based on the oscillometric signal using a deep neural network (DNN), without prior definition of the systolic and diastolic ratios. Blood pressure can be measured.

또한, 오실로메트릭 신호와 청진기를 이용하여 측정된 청진 혈압데이터를 DNN에 적용함으로써, 오실로메트릭 신호를 기반으로 혈압을 측정할 때보다 정확도를 높일 수 있다. 즉, 오실로메트릭 신호를 기반으로 측정 시 청진기로 측정할 때보다 상대적으로 낮은 혈압 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, by applying the auscultation blood pressure data measured using an oscillometric signal and a stethoscope to the DNN, accuracy can be improved compared to when blood pressure is measured based on the oscillometric signal. That is, when measuring based on an oscillometric signal, it is possible to improve the accuracy of the blood pressure measurement, which is relatively lower than when measured with a stethoscope.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 오실로메트릭 신호 및 인벨로프(envelop) 신호의 파형을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 2단계 앙상블 심화신경망을 이용한 혈압측정방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 혈압측정 시스템의 내부구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 가상특징데이터의 누적함수분포(CDF)를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 2단계 앙상블 심화신경망(DNN)의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 목표 데이터와 2단계 적응형 앙상블 심화신경망 모델의 성능을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 가상혈압샘플 증가에 따른 표준오차에러(SDE)를 나타내는 그래프이다.
1 is a diagram showing waveforms of an oscillometric signal and an envelope signal according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart showing a blood pressure measurement method using a two-stage ensemble deep neural network according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing the internal configuration of a blood pressure measuring system according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a cumulative function distribution (CDF) of virtual feature data according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing the structure of a two-stage ensemble deep neural network (DNN) according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the performance of target data and a two-stage adaptive ensemble deep neural network model according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a standard error error (SDE) according to an increase in a virtual blood pressure sample according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 2단계 적응적 앙상블 심화신경망(DNN)을 이용한 혈압 측정하는 기술에 관한 것으로서, 혈압측정 장치에서 혈압을 측정한 진동 신호인 오실로메트릭 신호와 동시에 청진기를 이용하여 간호사 또는 의사 등의 전문가가 혈압을 측정한 데이터인 청진 혈압데이터를 심화신경망에 적용하여 혈압을 추정하는 기술에 관한 것이다. 특히, 부트스트립 기술을 기반으로 하는 심화신경망 모델을 이용하여 혈압측정기에서 측정된 혈압진동신호(즉, 오실로메트릭 신호)와 청진 혈압데이터 사이의 복잡한 비선형 관계를 학습시키는 기술에 관한 것이다. 즉, 입력 특징데이터의 양이 불충분하여 심화신경망기술을 기반으로 하는 약점을 해결하고, 사전 훈련 단계에서의 불안정한 추정을 유발할 수 있는 훈련 데이터 세트, 가중치 및 편향 등이 여전히 많은 무작위 초기화 할당의 문제점을 부트스트랩 기술을 이용하여 적응형 앙상블 심화신경망을 통해 해결하려는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for measuring blood pressure using a two-stage adaptive ensemble deep neural network (DNN), in which an oscillometric signal, which is a vibration signal measured by a blood pressure measuring device, and a stethoscope are used by a nurse or a doctor The present invention relates to a technology for estimating blood pressure by applying auscultation blood pressure data, which is blood pressure measurement data, to a deep neural network. In particular, it relates to a technique for learning a complex nonlinear relationship between a blood pressure vibration signal (ie, an oscillometric signal) and auscultation blood pressure data measured by a blood pressure measuring device by using a deep neural network model based on bootstrap technology. In other words, it solves the weaknesses based on advanced neural network technology due to insufficient amount of input feature data, and solves the problem of random initialization assignment, which still has many training data sets, weights, and biases, which can cause unstable estimation in the pre-training stage. It relates to a technology to solve through an adaptive ensemble deep neural network using bootstrap technology.

본 실시예들에서, '혈압측정장치'은 피시험자의 손목, 팔뚝 등에 착용되어 피시험자의 혈압을 측정하는 장치로서, 예컨대, 웨어러블 와치(wearable watch) 형태로 제작되거나, 착용형 스마트 압력 센서를 기반으로 혈압 및 심박신호를 추출하여 피시험자의 혈압을 측정하는 형태로 구현될 수 있다. In the present embodiments, the'blood pressure measuring device' is a device that measures blood pressure of a test subject by being worn on the wrist, forearm of the test subject, for example, manufactured in the form of a wearable watch, or using a wearable smart pressure sensor. It can be implemented in the form of measuring the blood pressure of the test subject by extracting blood pressure and heart rate signals based on it.

본 실시예들에서 제시된 2단계 앙상블 심화신경망기반 학습 알고리즘에서 사용되는 용어의 풀네임(full name)은 아래의 표 1과 같을 수 있다.The full name of terms used in the two-stage ensemble deep neural network-based learning algorithm presented in the present embodiments may be as shown in Table 1 below.

Figure 112018043322489-pat00001
Figure 112018043322489-pat00001

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 오실로메트릭 신호 및 인벨로프(envelop) 신호의 파형을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing waveforms of an oscillometric signal and an envelope signal according to an embodiment of the present invention.

도 1의 110을 참고하면, 피시험자의 혈압이 측정됨에 따라 혈압측정기로부터 수신되는 커프 압력(cuff pressure)를 나타낼 수 있다.Referring to 110 of FIG. 1, as the blood pressure of the test subject is measured, the cuff pressure received from the blood pressure meter may be indicated.

도 1의 120에서 인벨로프(oscillometric envelop) 신호(121)는 오실로메트릭 신호(oscillometric wave signal)의 각 피크(peak)를 연결하여 생성될 수 있다. 여기서, 오실로메트릭 신호는 커프 압력(110)을 대상으로 신호처리(filtering and detrending)함으로써 획득될 수 있다.In 120 of FIG. 1, an oscillometric envelop signal 121 may be generated by connecting each peak of an oscillometric wave signal. Here, the oscillometric signal may be obtained by filtering and detrending the cuff pressure 110 as a target.

도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 2단계 앙상블 심화신경망을 이용한 혈압측정방법을 도시한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 혈압측정 시스템의 내부구성을 도시한 블록도이다.2 is a flow chart showing a blood pressure measurement method using a two-stage ensemble deep neural network according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block showing the internal configuration of a blood pressure measurement system according to an embodiment of the present invention. Is also.

도 3의 혈압측정 시스템(300)은 특징데이터 추출부(310), 설정부(320) 및 학습 제어부(330)를 포함할 수 있으며, 혈압측정 시스템(300)은 피시험자가 착용한 혈압측정 장치(미도시)로부터 측정되고 있는 혈압진동신호를 유선 또는 무선 네트워크를 통해 수신할 수 있다. 예컨대, 블루투스, 지그비 등의 근거리 무선통신을 통해 혈압진동신호를 수신할 수 있다. 그리고, 도 2의 각 단계들(210 내지 240 단계들)은 도 3의 혈압측정 시스템(300)의 구성요소인 특징데이터 추출부(310), 설정부(320) 및 학습 제어부(330)에 의해 수행될 수 있다.The blood pressure measurement system 300 of FIG. 3 may include a feature data extraction unit 310, a setting unit 320, and a learning control unit 330, and the blood pressure measurement system 300 is a blood pressure measurement device worn by the test subject. The blood pressure vibration signal being measured from (not shown) may be received through a wired or wireless network. For example, it is possible to receive a blood pressure vibration signal through short-range wireless communication such as Bluetooth and Zigbee. In addition, each of the steps (210 to 240) of FIG. 2 is performed by the feature data extraction unit 310, the setting unit 320, and the learning control unit 330, which are components of the blood pressure measurement system 300 of FIG. Can be done.

도 2 및 도 3에서는 혈압 측정 장치로서 웨어러블 와치(wearable watch) 형태의 웨어러블 장치가 이용되는 경우를 예로 들어 설명하나, 이는 실시예에 해당되며, 웨어러블 와치 형태 이외에, 피시험자의 팔뚝에 장착되어 혈압을 측정하도록 착용형 스마트 압력 센서를 포함하는 장치가 이용될 수도 있다.In FIGS. 2 and 3, a case in which a wearable device in the form of a wearable watch is used as a blood pressure measurement device is described as an example, but this corresponds to an example, and is mounted on the forearm of the test subject in addition to the form of the wearable watch. A device including a wearable smart pressure sensor may be used to measure the value.

210 단계에서, 특징데이터 추출부(310)는 피시험자가 착용한 웨어러블 장치에서 측정된 혈압관련 오실로메트릭 신호를 대상으로 특징데이터를 추출할 수 있다.In step 210, the feature data extractor 310 may extract feature data from the blood pressure related oscillometric signal measured by the wearable device worn by the test subject.

예를 들어, 특징데이터 추출부(310)는 미리 지정된 일정시간(예컨대, 1분, 5분 등)동안 측정되고 있는 피시험자의 혈압진동신호를 웨어러블 장치로부터 수신할 수 있다. 여기서, 혈압진동신호를 커프 압력(cuff pressure)을 포함할 수 있다. 그러면, 특징데이터 추출부(310)는 혈압진동신호를 대상으로 필터링(filtering), 추세분석(detrending) 등의 신호처리를 수행하여 오실로메트릭 신호(oscillometric wave signal)를 생성할 수 있다.For example, the feature data extractor 310 may receive a blood pressure vibration signal of a test subject, which is measured for a predetermined time (eg, 1 minute, 5 minutes, etc.), from the wearable device. Here, the blood pressure vibration signal may include a cuff pressure. Then, the feature data extraction unit 310 may generate an oscillometric wave signal by performing signal processing such as filtering and trend analysis on the blood pressure vibration signal.

211 단계에서, 특징데이터 추출부(310)는 오실로메트릭 신호를 대상으로 신호의 각 피크(peak)를 연결하여 인벨로프(envelope) 신호를 생성할 수 있다. In step 211, the feature data extractor 310 may generate an envelope signal by connecting each peak of the signal to the oscillometric signal.

212 단계에서, 특징데이터 추출부(310)는 오실로메트릭 신호 및 인벨로프 신호로부터 혈압추정을 위한 특징데이터를 추출할 수 있다. In step 212, the feature data extracting unit 310 may extract feature data for blood pressure estimation from the oscillometric signal and the envelope signal.

일례로, 특징데이터 추출부(310)는 추정된 평균동맥혈압(Mean Arterial Pressure, MAP), 최대진폭 (maximum amplitude, MA), 상기 인벨로프 신호의 면적 (area under the envelope, AE) 등을 특징 데이터로서 추출할 수 있다. 이러한 3 종류의 특징 데이터 이외에, 특징데이터 추출부(310)는 위의 비특허문헌 [1] S.Lee, and J.-H. Chang, Oscillometric Blood Pressure Estimation Based on Deep Learning, IEEE Transactions on Industrial Informatics,vol . 13, no. 2, pp. 461-472, Apr. 2017.[2] S. Lee, and J.-H. Chang, Deep Belief Networks Ensemble for Blood Pressure Estimation, IEEE ACCESS, vol. 5, pp. 9962-9972, Dec. 2017.에 제시된 특징데이터 추출방법에 기초하여 상기 오실로메트릭 신호 및 인벨로프 신호로부터 11종류의 특징데이터를 추출할 수 있다. As an example, the feature data extraction unit 310 includes an estimated mean arterial pressure (MAP), a maximum amplitude (MA), an area under the envelope (AE), etc. It can be extracted as feature data. In addition to these three types of feature data, the feature data extraction unit 310 includes the above non-patent document [1] S.Lee, and J.-H. Chang, Oscillometric Blood Pressure Estimation Based on Deep Learning, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol . 13, no. 2, pp. 461-472, Apr. 2017. and [2] S. Lee, and J.-H. Chang, Deep Belief Networks Ensemble for Blood Pressure Estimation, IEEE ACCESS, vol. 5, pp. 9962-9972, Dec. Based on the feature data extraction method presented in 2017. 11 types of feature data can be extracted from the oscillometric signal and the envelope signal.

220 단계에서, 설정부(320)는 추출된 특징데이터에 기초하여 심화신경망(DNN) 모델의 입력파라미터를 설정할 수 있다. 이때, 심화신경망 학습을 위해서는 대용량의 데이터가 필요하며, 피시험자의 혈압측정을 통해 획득한 데이터만으로는 심화신경망 학습에 데이터 수가 부족할 수 있다. 이에 따라, 설정부(320)는 부트스트랩 기법을 이용하여 심화신경망 학습을 수행할 수 있을 정도의 데이터를 추가로 생성할 수 있다.In step 220, the setting unit 320 may set input parameters of a deep neural network (DNN) model based on the extracted feature data. In this case, a large amount of data is required for learning the deep neural network, and the number of data may be insufficient for learning the deep neural network only with data obtained through blood pressure measurement of a subject. Accordingly, the setting unit 320 may additionally generate data sufficient to perform deep neural network learning using a bootstrap technique.

221 단계에서, 설정부(320)는 추출된 특징데이터를 부트스트랩 기법에 기초하여 복수개로 복제하여 부트스트랩 샘플(bootstrap sample)을 생성할 수 있다.In step 221, the setting unit 320 may generate a bootstrap sample by replicating the extracted feature data in a plurality based on the bootstrap technique.

222 단계에서, 설정부(320)는 생성된 부트스트랩 샘플 및 특징데이터를 포함하는 가상특징데이터를 생성할 수 있다.In step 222, the setting unit 320 may generate virtual feature data including the generated bootstrap sample and feature data.

일례로, 혈압데이터는 국제프로토콜 기준으로 실제 85명의 피시험자로부터 5회씩 425 혈압측정 신호 및 레이블로 사용되는 청진 혈압데이터를 획득할 수 있으며, 위의 비특허문헌 [1] S.Lee, and J.-H. Chang, Oscillometric Blood Pressure Estimation Based on Deep Learning, IEEE Transactions on Industrial Informatics,vol. 13, no. 2, pp. 461-472, Apr. 2017.[2] S. Lee, and J.-H. Chang, Deep Belief Networks Ensemble for Blood Pressure Estimation, IEEE ACCESS, vol. 5, pp. 9962-9972, Dec . 2017.에 제시된 가상특징데이터 생성 방법을 기반으로, 심화신경망 모델을 학습시키기 위해 대용량의 데이터가 필요함에 따라 선별된 특징데이터의 통계적 특성값(즉, 평균 및 표준편차)를 이용하여 모수기반 부트스트랩 기법을 적용하여 85명분의 1000회, 8500개의 가상특징데이터를 생성할 수 있다. 예컨대, 도 4와 같이, 가상특징데이터(즉, 가상특징벡터)의 누적분포(CDF)가 가우시안분포와 유사한 패턴을 가짐을 확인할 수 있다.As an example, blood pressure data can be obtained from 425 blood pressure measurement signals and auscultation blood pressure data used as labels five times each from 85 test subjects based on the international protocol, and the above non-patent document [1] S.Lee, and J .-H. Chang, Oscillometric Blood Pressure Estimation Based on Deep Learning, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 13, no. 2, pp. 461-472, Apr. 2017. and [2] S. Lee, and J.-H. Chang, Deep Belief Networks Ensemble for Blood Pressure Estimation, IEEE ACCESS, vol. 5, pp. 9962-9972, Dec. Based on the virtual feature data creation method presented in 2017. As a large amount of data is needed to train the deep neural network model, a parameter-based bootstrap using statistical feature values (ie, mean and standard deviation) of the selected feature data By applying the technique, it is possible to generate 8500 virtual feature data for 1000 times for 85 people. For example, as shown in FIG. 4, it can be seen that the cumulative distribution (CDF) of the virtual feature data (ie, the virtual feature vector) has a pattern similar to the Gaussian distribution.

223 단계에서, 설정부(320)는 가상특징데이터를 심화신경망 모델의 입력파라미터로 설정할 수 있다.In step 223, the setting unit 320 may set the virtual feature data as an input parameter of the deep neural network model.

230 단계에서, 설정부(320)는 청진 혈압데이터를 목표데이터로 설정할 수 있다.In step 230, the setting unit 320 may set auscultation blood pressure data as target data.

예를 들어, 혈압측정장치에서 피시험자의 혈압을 측정할 때, 동시에 또는 혈압 측정장치에서 측정한 즉시 간호사, 또는 의사 등의 전문가에 의해 청진기를 이용하여 미리 지정된 일정시간 동안 일정횟수 혈압이 측정될 수 있으며, 측정된 혈압정보는 전문가가 소지한 사용자 단말(예컨대, 스마트폰, PC 등)을 통해 입력될 수 있으며, 입력된 데이터의 평균으로서 청진 혈압데이터가 생성될 수 있다. 예컨대, 1분씩 5회에 걸쳐 측정된 경우, 5회분의 청진기를 이용한 혈압 측정데이터의 평균으로서 청진 혈압데이터가 생성될 수 있다. 그리고, 설정부(320)는 청진 혈압데이터를 심화신경망(DNN) 모델의 목표데이터로 설정할 수 있다. 예컨대, 위의 표 2에 나타낸 RSBP, RDBP를 목표데이터로 설정할 수 있다.For example, when measuring a subject's blood pressure in a blood pressure measuring device, at the same time or immediately as measured in a blood pressure measuring device, a certain number of blood pressure may be measured for a predetermined period of time specified in advance using a stethoscope by an expert such as a nurse or doctor. The measured blood pressure information may be input through a user terminal (eg, smartphone, PC, etc.) possessed by an expert, and auscultation blood pressure data may be generated as an average of the input data. For example, when measured over five times per minute, auscultation blood pressure data may be generated as an average of blood pressure measurement data using a stethoscope for five times. In addition, the setting unit 320 may set the auscultation blood pressure data as target data of a deep neural network (DNN) model. For example, RSBP and RDBP shown in Table 2 above can be set as target data.

240 단계에서, 학습 제어부(330)는 설정된 입력파라미터, 심화신경망 모델, 목표데이터에 기초하여 혈압측정치에서 측정된 혈압진동신호(즉, 오실로메트릭 신호)와 청진 혈압데이터 간의 비선형 관계를 학습시킬 수 있다.In step 240, the learning control unit 330 may learn a nonlinear relationship between a blood pressure vibration signal (ie, an oscillometric signal) measured in a blood pressure measurement value and auscultation blood pressure data based on the set input parameter, the deep neural network model, and target data. .

아래의 표 2는 가상특징데이터(즉, 가상특징벡터)의 통계적 분석을 통해 원래의 특징데이터의 유효성 검증 결과를 나타내는 것으로서, 실제 특징데이터와 가상특징데이터 간의 수렴정도를 나타낼 수 있다. 여기서, 실제 특징데이터는 피시험자가 착용한 웨어러블 측정 장치에서 측정된 데이터를 나타내고, 가상특징데이터는 실제 특징데이터를 기반으로 복제를 통해 생성된 데이터를 나타낼 수 있다.Table 2 below shows the results of validating the original feature data through statistical analysis of virtual feature data (ie, virtual feature vector), and can indicate the degree of convergence between the actual feature data and the virtual feature data. Here, the actual feature data may represent data measured by the wearable measurement device worn by the test subject, and the virtual feature data may represent data generated through duplication based on the actual feature data.

Figure 112018043322489-pat00002
Figure 112018043322489-pat00002

예컨대, 표 2에서는 Kolmogorov-Smirnov test 기법을 이용하여 유효성을 검증한 결과를 나타내는 것으로서, 실제 특징데이터와 가상특징데이터 간의 예측오차를 나타낼 수 있다. 표 2에 나타낸 실제 특징데이터와 가상특징데이터 간의 수렴정도는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.For example, Table 2 shows a result of verifying the validity using the Kolmogorov-Smirnov test technique, and may indicate a prediction error between actual feature data and virtual feature data. The degree of convergence between the actual feature data and the virtual feature data shown in Table 2 can be expressed as Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018043322489-pat00003
Figure 112018043322489-pat00003

위의 수학식 1에서,

Figure 112018043322489-pat00004
는 실제 특징데이터(즉, 특징벡터) X를 기반으로 부트스트랩 기법을 적용한 조건부 확률을 나타내고, 가상특징데이터의 평균값과 실제 특징데이터의 차이는 실제 특징데이터의 평균값과 실제 특징데이터 값의 차이와 동일하며, 좌측
Figure 112018043322489-pat00005
과 우측
Figure 112018043322489-pat00006
의 차이가 거의 0에 수렴하는 것을 알 수 있다. 위의 수학식 1에서
Figure 112018043322489-pat00007
는 진실(true)을 나타내는 파라미터에 해당할 수 있다.In Equation 1 above,
Figure 112018043322489-pat00004
Represents the conditional probability of applying the bootstrap technique based on the actual feature data (i.e. feature vector) X, and the difference between the average value of the virtual feature data and the actual feature data is the same as the difference between the average value of the actual feature data and the actual feature data value. And left
Figure 112018043322489-pat00005
And right
Figure 112018043322489-pat00006
It can be seen that the difference of converges to almost zero. In Equation 1 above
Figure 112018043322489-pat00007
May correspond to a parameter indicating true.

위의 수학식 1을 기반으로 아래의 수학식 2와 같이 예측오차

Figure 112018043322489-pat00008
가 계산될 수 있다.Based on Equation 1 above, as shown in Equation 2 below
Figure 112018043322489-pat00008
Can be calculated.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018043322489-pat00009
Figure 112018043322489-pat00009

위의 수학식 2 및 표 2를 참고하면, 실제 특징데이터의 평균값(MAP, AE)과 가상특징데이터의 평균값 간의 차이가 예측 오차로서 계산될 수 있다. 표 2에서, 목표데이터인 RSBP와 RDBP의 경우, 실제 평균값과 가상평균값의 오차가 거의 0에 수렴할 수 있다. Referring to Equation 2 and Table 2 above, a difference between the average value of the actual feature data (MAP, AE) and the average value of the virtual feature data may be calculated as a prediction error. In Table 2, in the case of RSBP and RDBP, which are target data, the error between the actual average value and the virtual average value may converge to almost zero.

위의 표 2에 나타낸 특징데이터를 이용 시, 아래의 수학식 3에 기초하여 가상특징데이터의 표준편차의 오차가 계산될 수 있다.When using the feature data shown in Table 2 above, an error of the standard deviation of the virtual feature data may be calculated based on Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018043322489-pat00010
Figure 112018043322489-pat00010

위의 표 2를 참고하면, 위의 수학식 3에 기초하여 계산된 가상특징데이터의 표준편차의 오차(MAP:0.016)가 실제 특징데이터의 표준편차의 오차(MAP:0.036)와 비교해 상대적으로 더 작은값을 가짐을 확인할 수 있다.Referring to Table 2 above, the error (MAP: 0.016) of the standard deviation of the virtual feature data calculated based on Equation 3 above is relatively more compared with the error (MAP: 0.036) of the standard deviation of the actual feature data. It can be seen that it has a small value.

도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 2단계 앙상블 심화신경망(DNN)의 구조를 도시한 도면이다.5 is a diagram showing the structure of a two-stage ensemble deep neural network (DNN) according to an embodiment of the present invention.

도 5의 510에서, 화살표는 RBM(Restricted Boltzmann Machine)을 통한 정보의 흐름 방향을 나타낼 수 있다.In 510 of FIG. 5, an arrow may indicate a flow direction of information through a Restricted Boltzmann Machine (RBM).

도 5의 520을 참고하면, 입력층(

Figure 112018043322489-pat00011
)과 출력층(Y) 상이에 복수개의 유닛, 즉, 은닉층(H)이 계층적으로 존재할 수 있다. 최상층의 층간은 무향 에지(undirected edge)로 연결되고, 나머지 층간은 아래방향(directed edge)로 연결될 수 있다. 그리고, 정보는 위에서 아래 방향으로 전달되며, 최하위층인 입력층
Figure 112018043322489-pat00012
의 상태구조가 결정될 수 있다.Referring to 520 of FIG. 5, the input layer (
Figure 112018043322489-pat00011
) And the output layer Y, a plurality of units, that is, the hidden layer H, may be hierarchically present. Interlayers of the uppermost layer may be connected by an undirected edge, and the remaining interlayers may be connected by a directed edge. And, the information is transferred from top to bottom, and the input layer is the lowest level.
Figure 112018043322489-pat00012
The state structure of can be determined.

도 5에서, 2단계 앙상블 심화신경망 모델은 가상특징데이터를 입력층에 설정했을 때 결정되는 최상위층 상태를 해당 데이터의 표현으로 간주하여 분류 및 추정을 수행할 수 있다. 최하위층인 입력층으로부터 상방향으로 각 층의 유닛(즉, 은닉층)은

Figure 112018043322489-pat00013
로 표현되고, 심화신경망의 모든 유닛(즉, 은닉층)의 결합 확률분포는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.In FIG. 5, the second-stage ensemble deep neural network model may classify and estimate a state of the highest layer determined when virtual feature data is set in the input layer as a representation of the data. Units of each layer (i.e., hidden layer) upward from the lowest layer, the input layer
Figure 112018043322489-pat00013
It is expressed as, and the combined probability distribution of all units (ie, hidden layers) of the deep neural network can be expressed as Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018043322489-pat00014
Figure 112018043322489-pat00014

최하위층인 입력층

Figure 112018043322489-pat00015
부터
Figure 112018043322489-pat00016
까지의 층(layer)은 이웃하는 윗층과 아래 방향 유향 에지(undirected edge)로 연결되고, 연결된 층 사이의 조건부 분포는 위의 수학식 4에서
Figure 112018043322489-pat00017
에 해당할 수 있다. 그리고, 최상위층은 RBM(Restricted Boltzmann Machine)의 분포함수
Figure 112018043322489-pat00018
로 표현될 수 있다.Input layer, the lowest level
Figure 112018043322489-pat00015
from
Figure 112018043322489-pat00016
The layers up to are connected by adjacent upper and lower undirected edges, and the conditional distribution between the connected layers is shown in Equation 4 above.
Figure 112018043322489-pat00017
May correspond to. And, the top layer is the distribution function of RBM (Restricted Boltzmann Machine)
Figure 112018043322489-pat00018
It can be expressed as

아래의 표 3은 입력데이터와 목표데이터 간의 비선형 관계를 효과적으로 찾기 위한 2단계 적응형 심화신경망 회귀모델의 알고리즘을 나타낼 수 있다.Table 3 below can show an algorithm of a two-stage adaptive deep neural network regression model for effectively finding a nonlinear relationship between input data and target data.

Figure 112018043322489-pat00019
Figure 112018043322489-pat00019

표 3에서, 입력데이터는 오실로메트릭기반 혈압추정을 위해 생성된 가상특징데이터이고, 목표데이터는 청진 혈압데이터인 수축기와 이완기 혈압데이터에 해당할 수 있다. 여기서, 입력데이터로 설정되는 가상특징데이터는 부트스트랩 기법을 이용하여 생성될 수 있다. 예컨대, 심화신경망의 사전 훈련 시 훈련데이터 부족으로 인해 불안정한 혈압추정 결과가 나타날 수 있고, 사전 훈련 시 가중치 및 편향과 같은 변수들의 무작위 초기 할당으로 인해 학습과 적합 및 추정오차의 표준편차의 불안정이 발생할 수 있다. 이에 따라, 부트스트랩 기법을 이용하여 2단계로 심화신경망 모델을 훈련시킴으로써, 기존의 단일심화신경망 회귀모델을 이용하여 혈압추정할 때 보다 상대적으로 오차 및 평균 절대오차의 표준편차가 낮아지도록 할 수 있다.위의 표 3을 참고하면, 스텝 1 내지 스텝 2(step 1-2)에서, 오실로메트릭 신호로부터 특징데이터(즉, 실제 특징데이터)를 추출하고, 특징데이터를 입력파라미터(즉, 심화신경망 모델의 입력데이터)로 설정할 수 있다. 그리고, 청진 혈압데이터를 목표데이터로 설정할 수 있다.In Table 3, input data is virtual feature data generated for oscillometric-based blood pressure estimation, and target data may correspond to systolic and diastolic blood pressure data, which is auscultation blood pressure data. Here, the virtual feature data set as input data may be generated using a bootstrap technique. For example, during pre-training of the deep neural network, unstable blood pressure estimation results may appear due to lack of training data, and instability of the standard deviation of learning, fit and estimation error may occur due to the initial random assignment of variables such as weights and biases during pre-training. I can. Accordingly, by training the deep neural network model in two steps using the bootstrap technique, the error and the standard deviation of the mean absolute error can be relatively lower than when estimating blood pressure using the existing single deep neural network regression model. Referring to Table 3 above, in steps 1 to 2 (step 1-2), feature data (i.e., actual feature data) is extracted from the oscillometric signal, and the feature data is input parameters (i.e., deep neural network model). Input data). In addition, auscultation blood pressure data may be set as target data.

이어, 스텝 3(step 3)에서, 가상특징데이터의 생성을 위해 특정데이터 및 목표데이터에 대한 평균 및 표준편차(

Figure 112018043322489-pat00020
)를 계산할 수 있다.Subsequently, in step 3, the average and standard deviation of specific data and target data (
Figure 112018043322489-pat00020
) Can be calculated.

스텝 4(step 4)에서, 미리 지정된 초기 가중치 값이 할당되고, 스텝 7 내지 스텝 9(step 7-9)에서 부트스트랩 기법을 적용하여 가상특징데이터가 계산, 즉, 생성될 수 있다. 예컨대, 실제 특징데이터를 복제하여 부트스트랩 샘플을 생성하고, 생성된 부트스트랩 샘플의 평균값을 계산할 수 있다. 그리고, 생성된 부트스트랩 샘플 및 실제 특징데이터를 포함하도록 가상특징데이터를 생성할 수 있다. 그러면, 스텝 10(step 10)에서, 가상특징데이터와 RBM을 기반으로 사전 훈련(즉, 1차 학습)을 수행할 수 있다.In step 4, a predetermined initial weight value is assigned, and virtual feature data may be calculated, that is, generated, by applying the bootstrap technique in steps 7 to 9 (step 7-9). For example, a bootstrap sample may be generated by duplicating actual feature data, and an average value of the generated bootstrap samples may be calculated. In addition, virtual feature data may be generated to include the generated bootstrap sample and actual feature data. Then, in step 10, pre-training (ie, primary learning) may be performed based on the virtual feature data and the RBM.

스텝 12(step 12)에서, 사전 훈련의 결과값, 즉, 1차 학습을 수행한 각 출력값(예컨대, 앙상블 50)의 평균값을 계산하여 가중치(weights)와 바이어스(biases)의 출력으로 설정할 수 있다.In step 12, the result of pre-training, that is, the average value of each output value (eg, ensemble 50) that has undergone primary learning may be calculated and set as outputs of weights and biases. .

이처럼, 스텝 1 내지 스텝 12를 통해 사전 훈련, 즉, 1차 학습이 진행된 이후, 2차 학습이 수행될 수 있다. In this way, after pre-training, that is, primary learning, is performed through steps 1 to 12, secondary learning may be performed.

스텝 16 내지 스텝 18(step 16-18)에서, 사전 훈련 단계에서 생성된 초기 가상특징데이터가 2차 학습을 위해 할당될 수 있다. 스텝 19 내지 스텝 25(step 19-25)에서, 2차 학습을 위한 가중치가 상기 1차 학습을 통해 생성된 초기 가상특징데이터를 기반으로 갱신될 수 있다. 그리고, 오차를 기반으로 2단계 기술을 적용하여, 각각의 새로운 부트스트랩 샘플이 획득되기 전에 실제 학습 데이터 세트의 분포를 적응적으로 조정할 수 있다. 여기서, 각 심화신경망을 이용한 추정기(estimator)는 스텝 19(step 19)에서 표현한 바와 같이, 가중된 훈련 샘플에 따라 부트스트랩 훈련 샘플이 갱신될 수 있다. 즉, 부트스트랩 샘플은 후속 추정량에 대한 상대 오차 함수에 의해 반복적으로 업데이트되는 분포로부터 얻어질 수 있다. 그리고, 각 추정기의 인스턴스(instance)와 가중치는 복잡도에 따라 조정될 수 있다. 즉, 이전의 오차가 큰 인스턴스가 다음 부트스트랩 샘플에 나타날 확률이 증가할 수 있다. 이에 따라, 2단계 적응형 앙상블 심화신경망 모델은, 평균 오차의 분산을 감소시키고, 심화신경망 회귀 추정량에 대한 결과의 신뢰도를 증가시킬 수 있다. 심화신경망의 오차함수는 아래의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.In steps 16 to 18 (step 16-18), initial virtual feature data generated in the pre-training step may be allocated for secondary learning. In steps 19 to 25 (step 19-25), weights for secondary learning may be updated based on initial virtual feature data generated through the primary learning. And, by applying a two-step technique based on the error, the distribution of the actual training data set can be adaptively adjusted before each new bootstrap sample is acquired. Here, in the estimator using each deep neural network, the bootstrap training sample may be updated according to the weighted training sample as expressed in step 19. That is, the bootstrap sample can be obtained from a distribution that is repeatedly updated by a relative error function for a subsequent estimator. In addition, the instance and weight of each estimator may be adjusted according to the complexity. That is, the probability that an instance with a large previous error appears in the next bootstrap sample may increase. Accordingly, the two-stage adaptive ensemble deep neural network model can reduce the variance of the mean error and increase the reliability of the result of the deep neural network regression estimator. The error function of the deep neural network can be expressed as Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112018043322489-pat00021
Figure 112018043322489-pat00021

위의 수학식 5를 참고하면, 심화신경망 모델을 기반으로 추정된 혈압값

Figure 112018043322489-pat00022
과 목표혈압값(즉, 청진 혈압데이터)
Figure 112018043322489-pat00023
간의 차이를 기반으로 최소평균오차가 계산될 수 있다.Referring to Equation 5 above, the blood pressure value estimated based on the deep neural network model
Figure 112018043322489-pat00022
And target blood pressure value (ie, auscultation blood pressure data)
Figure 112018043322489-pat00023
The minimum average error can be calculated based on the difference between.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112018043322489-pat00024
Figure 112018043322489-pat00024

위의 수학식 6은 갱신되는 가중치를 계산하기 위해 이용될 수 있다. 1단계의 사전훈련의 앙상블 가중치와 바이어스(bias), 즉, 1차 학습을 통해 계산된 가중치와 바이어스를 기반으로 추정 오차를 감소시키기 위한 역전파 기법과 오차에 대한 가중치 갱신이 수행될 수 있다. 이때, 위의 수학식 6에 기초하여 오차에 대한 가중치 갱신 및 바이어스 변수가 갱신될 수 있다.Equation 6 above can be used to calculate the updated weight. Based on the ensemble weights and biases of the first stage pre-training, that is, the weights and biases calculated through the first-order learning, a backpropagation technique to reduce an estimation error and a weight update for the error may be performed. In this case, based on Equation 6 above, the weight of the error and the bias variable may be updated.

수학식 6에서, ε는 학습 비율, η는 모멘텀 변수를 나타내고, L은 은닉층의 개수를 나타낼 수 있다.In Equation 6, ε denotes a learning rate, η denotes a momentum variable, and L denotes the number of hidden layers.

도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 목표 데이터와 2단계 적응형 앙상블 심화신경망 모델의 성능을 도시한 도면이다.6 is a diagram showing the performance of target data and a two-stage adaptive ensemble deep neural network model according to an embodiment of the present invention.

즉, 도 6은 목표 혈압값인 목표데이터(RSBP and RDBP) 대비 아래의 표 5에 나타낸 데이터와 2단계 적응형 앙상블 심화신경망 모델(DBN-DNN) 기반의 표준오차 결과를 나타낼 수 있다.That is, FIG. 6 may show the standard error result based on the data shown in Table 5 below and the 2-step adaptive ensemble deep neural network model (DBN-DNN) compared to target data (RSBP and RDBP), which are target blood pressure values.

도 6에서, 성능 평가를 위한 실험에 이용된 캐나다 토론토에 위치한 바이오사인기술(주)에서 오실로메트릭 혈압측정데이터를 기반으로 한다. 여기서, 혈압데이터는 캐나다 온타리오주의 지역 연구위원회의 승인되었으며, 모든 실험참가자들이 연구윤리위원회의 기준에 근거하여 혈압측정 동의서를 제출하였다. 실험에 필요한 혈압 측정 샘플은 12~80세의 85명의 심혈관 질환력이 없는 실험자들로부터 추출하였고, 85명의 실험자들은 48명의 남성과 37명의 여성을 포함할 수 있다. 오실로메트릭 혈압측정은 미국국립표준 협회/의료기구 발전협회(American national standard manual, electronic or automated sphygmonanometers/association for the advancement of medical instrumentation, ANSI/AAMI) 표준 권고사항에 따라 모든 실험자에 대해 손목 착용 형 혈압 측정장치를 사용하여 5번의 혈압측정을 하여, (5회 측정, 85명 실험자= 425 혈압측정 샘플)을 획득하였음을 가정한다. 또한, 동시에 2명의 간호사가 청진혈압계(즉, 청진기)를 이용하여 수축기 및 이완기 혈압을 측정한 후 계산된 평균값을 목표 혈압 값으로 사용함을 가정한다. 실험 결과, 전체 실험자들의 수축기 혈압은 78~147 mmHg이고, 이완기 혈압은 42~99mmHg로 측정되었다. 이때, 혈압측정과정은 1명의 실험자를 대상으로 5회 측정하되, 1회 측정 후, 1분 휴식을 취하는 방식으로 진행될 수 있다. 아래의 표 4는 2단계 적응형 심화신경망 모델의 변수 구성을 나타낼 수 있다.In FIG. 6, it is based on oscillometric blood pressure measurement data from Biosign Technology Co., Ltd. located in Toronto, Canada used in an experiment for performance evaluation. Here, blood pressure data was approved by a regional research committee in Ontario, Canada, and all participants submitted consent for blood pressure measurement based on the criteria of the research ethics committee. Blood pressure measurement samples required for the experiment were extracted from 85 subjects aged 12 to 80 years without a history of cardiovascular disease, and 85 subjects could include 48 men and 37 women. Oscillometric blood pressure measurement is performed on wrist-worn blood pressure for all subjects according to the standard recommendations of the American national standard manual, electronic or automated sphygmonanometers/association for the advancement of medical instrumentation (ANSI/AAMI). It is assumed that blood pressure measurements were made 5 times using a measuring device, and (5 measurements, 85 subjects = 425 blood pressure samples) were obtained. In addition, it is assumed that two nurses at the same time measure systolic and diastolic blood pressure using an auscultation sphygmomanometer (ie, a stethoscope) and then use the calculated average value as the target blood pressure value. As a result of the experiment, the systolic blood pressure of all the subjects was 78-147 mmHg, and the diastolic blood pressure was 42-99 mmHg. In this case, the blood pressure measurement process may be performed by measuring five times for one experimenter, and taking a one-minute break after measuring once. Table 4 below may show the configuration of variables of a two-stage adaptive deep neural network model.

Figure 112018043322489-pat00025
Figure 112018043322489-pat00025

위의 표 4를 참고하면, 2단계 적응형 심화신경망에 사용되는 변수들은, 입력특징벡터의 개수 11, 복표 혈압값 벡터(이완기 및 수축기) 2, 각 가상특징벡터의 샘플 수 100, 실제 샘플수 5, 은닉계층 3 등을 포함할 수 있다. 이때, 2단계 적응형 심화신경망의 성능 평가를 위해 아래의 표 5에 나타난 평균 오차(ME), 평균오차의 표준편차(SDE), 평균절대오차(MAE) 등을 기반으로 성능이 검증될 수 있다.Referring to Table 4 above, the variables used in the two-stage adaptive deep neural network are the number of input feature vectors 11, the vomiting blood pressure value vector (diastolic and systolic) 2, the number of samples of each virtual feature vector 100, and the actual number of samples. 5, hidden layer 3, etc. may be included. At this time, for the performance evaluation of the two-stage adaptive deep neural network, the performance can be verified based on the mean error (ME), the standard deviation of the mean error (SDE), and the mean absolute error (MAE) shown in Table 5 below. .

Figure 112018043322489-pat00026
Figure 112018043322489-pat00026

AAMI 프로토콜에서는 혈압 측정 장치를 청진 혈압 값과 비교해 평균오차(ME) 5 mmHg 이내에서 표준오차 (SDE) 8mmHg를 기준으로 인정하고 있다. 표 5의 혈압측정방법들의 성능 평가를 참조하면, 모든 방법에서 평균오차 (ME) 는 5 mmHg 내에 있는 것을 확인할 수 있고, 표준오차(SDE) 최대진폭방법(maximum amplitude algorithm, MAA) 9.03mmHg 와 7.40mmHg의 이완기 및 수축기 표준오차를 확인할 수 있다. 그리고, 피드포워드 신경망(feed-forward neural network, FFNN) 7.61mmHg와 6.79mmHg, 서포트 백터를 이용한 회귀모델(support vector regression, SVR) 7.11mmHg와 6.14mmHg, 가우시안 혼합모델(Gaussian mixture regression, GMR) 6.12mmHg와 5.29mmHg, 단일 심화신경망 회귀모델 (deep belief network-deep neural network, DBN-DNN) 6.20mmHg 와 5.26mmHg, 그리고 2단계 적응형 앙상블 심화신경망 모델(DBN-DNN ensemble) 5.74mmHg와 4.68mmHg의 오차 성능을 확인할 수 있다. 표 5에 따르면, 2단계 적응형 앙상블 심화신경망 모델(DBN-DNN ensemble)이 단일 심화신경망 회귀모델에 비해 약 11% 와 약 18%의 표준오차 감소를 나타냄을 확인할 수 있다. 또한, 표 5에서 RMSE(root mean square error)를 참고하면, 오차측정에서도 2단계 적응형 앙상블 심화신경망 모델(DBN-DNN ensemble)이 다른 방법들에 비해 낮은 오차를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.In the AAMI protocol, the blood pressure measuring device is compared with the auscultation blood pressure value and recognized as a standard error (SDE) of 8 mmHg within the mean error (ME) of 5 mmHg. Referring to the performance evaluation of the blood pressure measurement methods in Table 5, it can be seen that the mean error (ME) is within 5 mmHg in all methods, and the standard error (SDE) maximum amplitude algorithm (MAA) 9.03mmHg and 7.40 Diastolic and systolic standard errors of mmHg can be checked. And, feed-forward neural network (FFNN) 7.61mmHg and 6.79mmHg, support vector regression (SVR) 7.11mmHg and 6.14mmHg, Gaussian mixture regression (GMR) 6.12 mmHg and 5.29mmHg, single deep belief network-deep neural network (DBN-DNN) 6.20mmHg and 5.26mmHg, and two-step adaptive ensemble deep neural network model (DBN-DNN ensemble) of 5.74mmHg and 4.68mmHg You can check the error performance. According to Table 5, it can be seen that the two-stage adaptive ensemble deep neural network model (DBN-DNN ensemble) shows a reduction in standard error of about 11% and about 18% compared to the single deep neural network regression model. In addition, referring to the root mean square error (RMSE) in Table 5, it can be seen that the 2-step adaptive ensemble deep neural network model (DBN-DNN ensemble) exhibits a lower error than other methods in error measurement.

도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 가상혈압샘플 증가에 따른 표준오차에러(SDE)를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing a standard error error (SDE) according to an increase in a virtual blood pressure sample according to an embodiment of the present invention.

아래의 표 6에 나타낸 영국고혈압학회 (British hypertension society, BHS) 평가방법을 이용해 모든 피시험자의 혈압측정 샘플 425 데이터를 기준으로 계산된 평균절대오차(MAE) 별로 등급이 부여될 수 있다. 예컨대, 측정방법은 세 그룹으로 각 방법에 대해 MAE 5mmHg 이하, 10mmHg 이하, 15mmHg 이하를 계산하고, 계산결과 A부터 D 단계의 등급이 부여될 수 있다. 이때, 2단계 적응형 앙상블 심화신경망(DBN-DNN) 모델을 기반으로 측정혈압샘플이 MAE 5mmHg 이하에 60%, 10mmHg 이하 85%, 15mmHg 이하 95%를 나타내면 A 등급이 부여될 수 있다. 그리고, BHS 기준을 바탕으로 DBN-DNN과 다른 혈압측정방법들이 모두 A 등급이지만, DBN-DNN의 성능측정결과는 71.06%, 90.82%, 95.53% 수축기(SBP)에서 81.18% 96.24%, 99.29%로서, 다른 방법들보다 상대적으로 우수한 성능을 가짐을 확인할 수 있다.Using the British hypertension society (BHS) evaluation method shown in Table 6 below, a grade can be assigned for each mean absolute error (MAE) calculated based on 425 data of blood pressure measurement samples of all subjects. For example, the measurement methods are three groups, and MAE 5mmHg or less, 10mmHg or less, and 15mmHg or less are calculated for each method, and as a result of the calculation, a grade from A to D may be given. At this time, if the blood pressure sample measured based on the two-stage adaptive ensemble deep neural network (DBN-DNN) model indicates 60% of MAE 5mmHg or less, 85% of 10mmHg or less, and 95% of 15mmHg or less, A grade can be given. And, based on the BHS standard, both DBN-DNN and other blood pressure measurement methods are grade A, but the performance measurement results of DBN-DNN are 81.18%, 96.24%, and 99.29% in the systolic (SBP) of 71.06%, 90.82%, and 95.53%. , It can be seen that it has relatively superior performance than other methods.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the embodiment, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and claims and equivalents fall within the scope of the claims to be described later.

Claims (14)

혈압측정장치의 앙상블 심화신경망을 이용한 혈압측정방법에 있어서,
피시험자가 착용한 혈압측정장치에서 측정된 혈압관련 오실로메트릭 신호를 대상으로, 특징데이터를 추출하는 단계;
추출된 상기 특징데이터에 기초하여 심화신경망(DNN) 모델의 입력파라미터를 설정하는 단계;
상기 혈압측정장치에서 상기 피시험자의 혈압을 측정할 때 측정된 청진 혈압데이터를 목표데이터로 설정하는 단계; 및
설정된 상기 입력파라미터, 심화신경망 모델, 목표데이터에 기초하여 상기 혈압측정장치에서 측정된 혈압 진동 신호와 청진기를 기반으로 측정된 상기 청진 혈압데이터 간의 비선형 관계를 학습하는 단계
를 포함하고,
상기 학습하는 단계는,
미리 지정된 초기 가중치를 기반으로, 1차 학습을 수행하는 단계;
상기 1차 학습을 수행한 결과값에 기초하여, 가중치를 설정하는 단계; 및
설정된 상기 가중치를 기반으로, 2차 학습을 수행하는 단계
를 포함하고,
상기 1차 학습을 수행하는 단계는,
추출된 상기 특징데이터를 복제하여 부트스트랩 샘플을 생성하는 단계;
생성된 상기 부트스트랩 샘플과 추출된 상기 특징데이터를 포함하는 가상특징데이터를 생성하는 단계; 및
생성된 상기 가상특징데이터를 대상으로, 상기 1차 학습을 수행하는 단계
를 포함하고,
상기 2차 학습을 수행하는 단계는,
설정된 상기 가중치를 기반으로, 생성된 상기 가상특징데이터를 갱신하는 단계; 및
갱신된 상기 가상특징데이터를 대상으로, 상기 2차 학습을 수행하는 단계
를 포함하는 혈압측정방법.
In the blood pressure measuring method using an ensemble deep neural network of a blood pressure measuring device,
Extracting feature data from the blood pressure related oscillometric signal measured by the blood pressure measuring device worn by the test subject;
Setting input parameters of a deep neural network (DNN) model based on the extracted feature data;
Setting auscultation blood pressure data measured when the blood pressure measurement device measures the blood pressure of the test subject as target data; And
Learning a nonlinear relationship between the blood pressure vibration signal measured by the blood pressure measuring device and the auscultation blood pressure data measured based on a stethoscope based on the set input parameter, the deep neural network model, and target data
Including,
The learning step,
Performing primary learning based on a predetermined initial weight;
Setting a weight based on a result of performing the primary learning; And
Performing secondary learning based on the set weight
Including,
The step of performing the primary learning,
Generating a bootstrap sample by duplicating the extracted feature data;
Generating virtual feature data including the generated bootstrap sample and the extracted feature data; And
Performing the primary learning on the generated virtual feature data
Including,
The step of performing the secondary learning,
Updating the generated virtual feature data based on the set weight; And
Performing the secondary learning on the updated virtual feature data
Blood pressure measurement method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 특징데이터를 추출하는 단계는,
상기 오실로메트릭 신호를 대상으로, 신호의 각 피크를 연결한 인벨로프(envelope) 신호를 생성하는 단계; 및
상기 오실로메트릭 신호 및 상기 인벨로프 신호로부터 특징데이터를 추출하는 단계
를 포함하는 혈압측정방법.
The method of claim 1,
The step of extracting the feature data,
Generating an envelope signal in which each peak of the signal is connected to the oscillometric signal; And
Extracting feature data from the oscillometric signal and the envelope signal
Blood pressure measuring method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 특징데이터는, 평균동맥혈압(mean arterial pressure, MAP), 최대진폭 (maximum amplitude, MA), 인벨로프 신호의 면적 (area under the envelope, AE) 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 목표데이터는 RSBP(reference systolic blood pressure) 및 RDBP(reference diastolic blood pressure)를 포함하는 것
을 특징으로 하는 혈압측정방법.
The method of claim 1,
The feature data includes at least one of a mean arterial pressure (MAP), a maximum amplitude (MA), and an area under the envelope (AE),
The target data includes RSBP (reference systolic blood pressure) and RDBP (reference diastolic blood pressure)
Blood pressure measurement method, characterized in that.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 1차 학습을 수행하는 단계는,
생성된 상기 가상특징데이터를 대상으로, RBM(Restricted Boltzmann Machine) 확률모델에 기초하여 상기 1차 학습을 수행하는 혈압측정방법.
The method of claim 1,
The step of performing the primary learning,
A blood pressure measurement method for performing the primary learning based on a Restricted Boltzmann Machine (RBM) probability model for the generated virtual feature data.
삭제delete 삭제delete 앙상블 심화신경망을 이용한 혈압측정시스템에 있어서,
피시험자가 착용한 혈압측정장치에서 측정된 혈압관련 오실로메트릭 신호를 대상으로, 특징데이터를 추출하는 특징데이터 추출부;
추출된 상기 특징데이터에 기초하여 심화신경망(DNN) 모델의 입력파라미터를 설정하고, 상기 혈압측정장치에서 상기 피시험자의 혈압을 측정할 때 측정된 청진 혈압데이터를 목표데이터로 설정하는 설정부; 및
설정된 상기 입력파라미터, 심화신경망 모델, 목표데이터에 기초하여 상기 혈압측정장치에서 측정된 혈압 진동 신호와 청진기를 기반으로 측정된 상기 청진 혈압데이터 간의 비선형 관계를 학습하는 학습 제어부
를 포함하고,
상기 학습 제어부는,
미리 지정된 초기 가중치를 기반으로, 1차 학습을 수행하고,
상기 1차 학습을 수행한 결과값에 기초하여, 가중치를 설정하고,
설정된 상기 가중치를 기반으로, 2차 학습을 수행하고,
상기 학습 제어부는,
추출된 상기 특징데이터를 복제하여 부트스트랩 샘플을 생성하고,
생성된 상기 부트스트랩 샘플과 추출된 상기 특징데이터를 포함하는 가상특징데이터를 생성하고,
생성된 상기 가상특징데이터를 대상으로, 상기 1차 학습을 수행하고,
상기 학습 제어부는,
설정된 상기 가중치를 기반으로, 생성된 상기 가상특징데이터를 갱신하고,
갱신된 상기 가상특징데이터를 대상으로, 상기 2차 학습을 수행하는 혈압측정시스템.
In the blood pressure measurement system using the ensemble deep neural network,
A feature data extracting unit for extracting feature data from the blood pressure-related oscillometric signal measured by the blood pressure measuring device worn by the test subject;
A setting unit for setting input parameters of a deep neural network (DNN) model based on the extracted feature data, and setting auscultation blood pressure data measured when the blood pressure measurement device measures the blood pressure of the test subject as target data; And
Learning control unit for learning a nonlinear relationship between the blood pressure vibration signal measured by the blood pressure measuring device and the auscultation blood pressure data measured based on a stethoscope based on the set input parameter, the deep neural network model, and target data
Including,
The learning control unit,
Based on the pre-specified initial weight, first-order learning is performed,
Based on the result of performing the primary learning, a weight is set,
Based on the set weight, secondary learning is performed,
The learning control unit,
Create a bootstrap sample by duplicating the extracted feature data,
Generate virtual feature data including the generated bootstrap sample and the extracted feature data,
Performing the primary learning on the generated virtual feature data,
The learning control unit,
Update the generated virtual feature data based on the set weight,
A blood pressure measurement system that performs the secondary learning on the updated virtual feature data.
제8항에 있어서,
상기 특징데이터 추출부는,
상기 오실로메트릭 신호를 대상으로, 신호의 각 피크를 연결한 인벨로프(envelope) 신호를 생성하고, 상기 오실로메트릭 신호 및 상기 인벨로프 신호로부터 특징데이터를 추출하는 것
을 특징으로 하는 혈압측정시스템.
The method of claim 8,
The feature data extraction unit,
Generating an envelope signal connecting each peak of the signal as a target of the oscillometric signal, and extracting feature data from the oscillometric signal and the envelope signal
Blood pressure measurement system, characterized in that.
제8항에 있어서,
상기 특징데이터는, 평균동맥혈압(mean arterial pressure, MAP), 최대진폭 (maximum amplitude, MA), 인벨로프 신호의 면적 (area under the envelope, AE) 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 목표데이터는 RSBP(reference systolic blood pressure) 및 RDBP(reference diastolic blood pressure)를 포함하는 것
을 특징으로 하는 혈압측정시스템.
The method of claim 8,
The feature data includes at least one of a mean arterial pressure (MAP), a maximum amplitude (MA), and an area under the envelope (AE),
The target data includes RSBP (reference systolic blood pressure) and RDBP (reference diastolic blood pressure)
Blood pressure measurement system, characterized in that.
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 학습 제어부는,
생성된 상기 가상특징데이터를 대상으로, RBM(Restricted Boltzmann Machine) 확률모델에 기초하여 상기 1차 학습을 수행하는 것
을 특징으로 하는 혈압측정시스템.
The method of claim 8,
The learning control unit,
Performing the first-order learning based on the RBM (Restricted Boltzmann Machine) probability model for the generated virtual feature data
Blood pressure measurement system, characterized in that.
삭제delete 삭제delete
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