KR102367639B1 - 심전도 신호 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

심전도 신호 처리 방법은, (a) 설정된 구간의 심전도 신호를 이용하여 R-피크의 후보를 추정하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 오류 피크를 검출하는 단계; (c) 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 상기 (b) 단계에서 검출된 오류 피크를 제거하여, R-피크를 결정하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 결정된 R-피크를 이용하여, 상기 설정된 구간의 심전도 신호가 잡음 신호인지 여부를 판단하는 단계;를 포함한다.

Description

심전도 신호 처리 방법{PROCESSING METHOD FOR ELECTROCARDIOGRAM SIGNAL}
본 발명은 심전도 신호 처리 방법에 관한 것이다.
심전도 신호를 이용한 분석은, QRS 파형의 형상을 이용하거나, R-피크 사이의 간격인 RR 간격을 산출하는 등 다양한 방법으로 이루어진다. 아울러, 정상적인 심전도 신호와 비정상적인 심전도 신호를 분류하고 분석하는 것에 의해 대상자를 진단할 수 있다.
그런데, 심전도 신호의 잡음에 의해 심전도 신호의 분류 및 분석이 부정확해질 가능성이 있다. 이렇게 부정확하게 잡음 신호에 의해 심전도 신호를 분석하게 되면, 분석에 쓸데없는 시간의 낭비를 초래하게 되므로, 미리 심전도 신호 중 잡음 신호를 검출하여 제거할 필요가 있다.
국내공개특허 제10-2019-0019668호 : 웨이블릿 변환과 변형된 샤논 에너지 엔벨로프를 이용한 심전도 R-피크 검출 장치 및 그 방법(2019년 2월 27일 공개).
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 심전도 신호 중 잡음 신호를 검출할 수 있는 심전도 신호 처리 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 심전도 신호 처리 방법은, (a) 설정된 구간의 심전도 신호를 이용하여 R-피크의 후보를 추정하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 오류 피크를 검출하는 단계; (c) 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 상기 (b) 단계에서 검출된 오류 피크를 제거하여, R-피크를 결정하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 결정된 R-피크를 이용하여, 상기 설정된 구간의 심전도 신호가 잡음 신호인지 여부를 판단하는 단계;를 포함한다.
구체적으로, 상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 설정된 구간의 심전도 신호로부터 R-피크의 제 1 후보를 추정하는 단계; (a-2) 상기 설정된 구간의 심전도 신호의 절대값을 취한 신호로부터 R-피크의 제 2 후보를 추정하는 단계; 및 (a-3) 상기 R-피크의 제 1 후보와 상기 R-피크의 제 2 후보를 더하여, 최종 R-피크의 후보를 추정하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 (b) 단계는, (b-1) 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보의 형상을 이용하여, 제 1 오류 피크를 검출하는 단계; 및 (b-2) 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보의 신호 복잡도를 이용하여, 제 2 오류 피크를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 (b-1) 단계는, 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보의 첨도(Kurtosis)를 이용하여, 제 1 오류 피크를 검출할 수 있다. 아울러, 상기 (b-2) 단계에서, 상기 신호 복잡도는, 샤논 엔트로피(Shannon Entropy) 또는 MSSD(Root Mean Square of the Successive Difference)를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 제 1 오류 피크와 상기 제 2 오류 피크를 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 제거하여, R-피크를 결정하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 (d) 단계는, (d-1) 상기 설정된 구간의 심전도 신호의 R-피크의 개수가 미리 설정된 개수 범위에 속하는지를 판단하는 단계; (d-2) 상기 설정된 구간의 심전도 신호의 R-피크와 R-피크 사이의 간격이 미리 설정된 간격 범위에 속하는지를 판단하는 단계; 및 (d-3) R-피크의 개수가 미리 설정된 개수 범위에 속하지 않거나, R-피크와 R-피크 사이의 간격이 미리 설정된 간격 범위에 속하지 않는 것이 있는 경우, 상기 설정된 구간의 심전도 신호를 잡음 신호로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 심전도 신호 처리 방법에 따르면, 심전도 신호 중 잡음 신호를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 심전도 신호 처리 방법의 흐름도.
도 2는 정상적인 심전도 신호에 대한 S10 단계의 실시 설명도.
도 3은 심전도 잡음 신호에 대한 S10 단계의 실시 설명도.
도 4는 정상적인 심전도 신호에 대한 S20 단계 및 S30 단계의 실시 설명도.
도 5는 심전도 잡음 신호에 대한 S20 단계 및 S30 단계의 실시 설명도.
도 6은 정상적인 심전도 신호에 대한 S40 단계의 실시 설명도.
도 7은 심전도 잡음 신호에 대한 S40 단계의 실시 설명도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 심전도 신호 처리 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 하기의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 발명의 심전도 신호 처리 방법은, 컴퓨팅 장치의 프로세서에 의해 처리되는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 심전도 신호 처리 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 심전도 신호 처리 방법은, 설정된 구간의 심전도 신호를 이용하여 R-피크의 후보를 추정하는 단계(S10); S20 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 오류 피크를 검출하는 단계; S10 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 S20 단계에서 검출된 오류 피크를 제거하여 R-피크를 결정하는 단계(S30); 및 S30 단계에서 결정된 R-피크를 이용하여, 설정된 구간의 심전도 신호가 잡음 신호인지 여부를 판단하는 단계(S40);를 포함한다.
S10 단계는, 피크 검출(Peak Detection) 알고리즘을 이용할 수 있다. 아울러, 설정된 구간의 심전도 신호라는 것은, 전체 긴 구간의 심전도 신호를 일정 구간의 분석 영역인 윈도우에 의해 구간을 설정한 것을 의미하여, 이 윈도우를 시간축을 따라 시프트하면서 심전도 신호 처리가 실시되는 것이 바람직하다.
도 2는 정상적인 심전도 신호에 대한 S10 단계의 실시 설명도이다. 아울러, 도 3은 심전도 잡음 신호에 대한 S10 단계의 실시 설명도이다.
도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, S10 단계는, 설정된 구간의 심전도 신호로부터 R-피크의 제 1 후보를 추정하는 단계(S11); 설정된 구간의 심전도 신호의 절대값을 취한 신호로부터 R-피크의 제 2 후보를 추정하는 단계(S12); 및 R-피크의 제 1 후보와 R-피크의 제 2 후보를 더하여, 최종 R-피크의 후보를 추정하는 단계(S13);를 포함하는 것이 바람직하다.
S12 단계에서 설정된 구간의 심전도 신호의 절대값을 취한 신호라는 것은, 심전도 신호의 크기값이 음수를 나타내는 경우, 해당 심전도 신호의 크기를 절대값인 양수로 변환하는 것을 의미한다.
아울러, S20 단계는, S10 단계에서 추정된 R-피크의 후보의 형상을 이용하여, 제 1 오류 피크를 검출하는 단계(S21); 및 S10 단계에서 추정된 R-피크의 후보의 신호 복잡도를 이용하여, 제 2 오류 피크를 검출하는 단계(S22);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, S30 단계는, 제 1 오류 피크와 제 2 오류 피크를 S10 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 제거하여, R-피크를 결정하게 된다.
구체적으로, S21 단계는, S10 단계에서 추정된 R-피크의 후보의 첨도(Kurtosis)를 이용하여, 제 1 오류 피크를 검출하는 것을 특징으로 한다. 아울러, S22 단계에서, 신호 복잡도는, 샤논 엔트로피(Shannon Entropy) 또는 MSSD(Root Mean Square of the Successive Difference)를 이용하는 산출될 수 있다.
도 4는 정상적인 심전도 신호에 대한 S20 단계 및 S30 단계의 실시 설명도이다. 아울러, 도 5는 심전도 잡음 신호에 대한 S20 단계 및 S30 단계의 실시 설명도이다.
또한, S40 단계는, S30 단계에서 결정된 R-피크를 이용하여, 설정된 구간의 심전도 신호의 R-피크의 개수가 미리 설정된 개수 범위 이내인 지를 판단하는 단계(S41); S30 단계에서 결정된 R-피크를 이용하여, 설정된 구간의 심전도 신호의 R-피크와 R-피크 사이의 간격이 미리 설정된 간격 범위 이내인 지를 판단하는 단계(S42); 및 S30 단계에서 결정된 R-피크를 이용하여, 설정된 구간의 심전도 신호의 R-피크의 개수가 미리 설정된 개수 범위를 벗어나거나, 설정된 구간의 심전도 신호의 R-피크와 R-피크 사이의 간격이 미리 설정된 간격 범위를 벗어나는 것이 있는 경우, 해당 설정된 구간의 심전도 신호를 잡음 신호로 판단하는 단계(S43);를 포함한다.
S43 단계에서, 다수의 R-피크와 R-피크 사이의 간격 중 하나라도 미리 설정된 간격 범위를 벗어나는 경우 해당 설정된 구간의 심전도 신호를 잡음 신호로 판단하게 된다.
일반적으로 사람의 평균 심박동수를 기준으로 할 때, 초당 1회의 심박이 존재하기 때문에, 설정된 구간(예를 들면 30초)에서의 평균 심박수가 최소 1.5초당 1번은 발생하여야 한다. 다만, 너무 빠른 심박수 또한, 경우에 따라서 잡음 신호로서 제거되어야 할 필요가 있다.
즉, S41 단계에서 미리 설정된 개수 범위는, 서맥(아주 느린 심장박동)만을 고려할 경우에는 제 1 개수 이상으로서 설정될 수 있다. 다만, 서맥과 빈맥(아주 빠른 심장박동)을 모두 고려할 경우 S41 단계의 미리 설정된 개수 범위는, 제 1 개수와 제 2 개수의 사이의 범위로 설정될 수 있다. 즉, 제 1 개수와 제 2 개수의 사이의 범위에 서맥과 빈맥이 모두 포함된다.
아울러, 서맥을 기준으로, R-피크와 R-피크 사이의 간격이 최대 1.5 초 정도 발생하기 때문에, 2초 초과의 R-피크와 R-피크 사이의 간격이 존재하면 안된다. 아울러, 빈맥을 기준으로 R-피크와 R-피크 사이의 간격이 너무 좁아도 안된다.
즉, S42 단계에서 미리 설정된 간격 범위는, 서맥만을 고려할 경우에는 제 3 간격 이하로서 설정될 수 있다. 서맥과 빈맥을 모두 고려할 경우 S43 단계의 미리 설정된 간격 범위는, 제 4 간격과 제 3 간격 사이의 범위로 설정될 수 있다. 즉, 제 4 간격과 제 3 간격 사이의 범위에 서맥과 빈맥이 모두 포함된다.
도 6은 정상적인 심전도 신호에 대한 S40 단계의 실시 설명도이다. 아울러, 도 7은 심전도 잡음 신호에 대한 S40 단계의 실시 설명도이다. 도 6 및 도 7에서는 서맥만이 고려되었다.
즉, 20개 이상이라는 개수 범위를 벗어나거나 2초 이하의 R-피크와 R-피크 사이의 간격을 벗어나는 것이 있는 경우, 설정된 구간의 심전도 신호를 잡음 신호로 판단하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 심전도 신호 처리 방법에 따르면, 심전도 신호 중 잡음 신호를 검출할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 프로세서에 의해 실시되는 심전도 신호를 이용한 처리 방법에 있어서,
    (a) 설정된 구간의 심전도 신호를 이용하여 R-피크의 후보를 추정하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 오류 피크를 검출하는 단계;
    (c) 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 상기 (b) 단계에서 검출된 오류 피크를 제거하여, R-피크를 결정하는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계에서 결정된 R-피크를 이용하여, 상기 설정된 구간의 심전도 신호가 잡음 신호인지 여부를 판단하는 단계;를 포함하되,
    상기 (d) 단계는,
    (d-1) 상기 설정된 구간의 심전도 신호의 R-피크의 개수가 미리 설정된 개수 범위에 속하는지를 판단하는 단계;
    (d-2) 상기 설정된 구간의 심전도 신호의 R-피크와 R-피크 사이의 간격이 미리 설정된 간격 범위에 속하는지를 판단하는 단계; 및
    (d-3) R-피크의 개수가 미리 설정된 개수 범위에 속하지 않거나, R-피크와 R-피크 사이의 간격이 미리 설정된 간격 범위에 속하지 않는 것이 있는 경우, 상기 설정된 구간의 심전도 신호를 잡음 신호로 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 (d-3) 단계에서는,
    상기 설정된 구간에 포함된 다수의 R-피크와 R-피크 사이의 간격 중 하나라도 미리 설정된 간격 범위를 벗어나는 경우, 상기 설정된 구간의 심전도 신호를 잡음 신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 설정된 구간의 심전도 신호로부터 R-피크의 제 1 후보를 추정하는 단계;
    (a-2) 상기 설정된 구간의 심전도 신호의 절대값을 취한 신호로부터 R-피크의 제 2 후보를 추정하는 단계; 및
    (a-3) 상기 R-피크의 제 1 후보와 상기 R-피크의 제 2 후보를 더하여, 최종 R-피크의 후보를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보의 형상을 이용하여, 제 1 오류 피크를 검출하는 단계; 및
    (b-2) 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보의 신호 복잡도를 이용하여, 제 2 오류 피크를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (b-1) 단계는,
    상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보의 첨도(Kurtosis)를 이용하여, 제 1 오류 피크를 검출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 (b-2) 단계에서, 상기 신호 복잡도는,
    샤논 엔트로피(Shannon Entropy) 또는 MSSD(Root Mean Square of the Successive Difference)를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 제 1 오류 피크와 상기 제 2 오류 피크를 상기 (a) 단계에서 추정된 R-피크의 후보 중 제거하여, R-피크를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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