KR20010083267A - Heart sound classification method by intergration of time period and statistical analysis - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for sorting heart sound by sectional integral and statistical analysis is provided to judge the heart sound efficiently and in a short time and to improve the probability of success in judging the heart sound. CONSTITUTION: In the method for sorting heart sound by sectional integral and statistical analysis, a few stages are included. In the stage of measuring an electrocardiogram, the peak value, R, which corresponds to the beginning period of heart contraction, and the peak value, T, which corresponds to the beginning period of heart relaxation, are measured. In the stage of measuring the heart sound, the periodic heart sound signal over one period is measured. In the stage of pre-treatment, the heart sound signal over one period is formalized. In the stage of detecting the peak point, the main peak points of the first and second heart sound are measured. In the stage of the first judgement, the size of the first and second heart sound and each peak point is compared and it is judged if it is abnormal or not. In the stage of the second judgement, the heart sound signal is integrated and the size of the integrated value is compared with the whole integral value. In the stage of the third judgement, mean, quartiles and skewness about a whole period are measured and the quantities of the noise in the heart sound are judged.

Description

구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법{Heart sound classification method by intergration of time period and statistical analysis}Heart sound classification method by intergration of time period and statistical analysis}

본 발명은 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heart sound classification method by interval integration and statistical analysis.

심음도법(Phonocardiography)은 비침습적으로 심장 판막(heart valne) 및 심혈류에 대한 정보를 제공하는 편리한 도구로서 1894년에 아인토벤(Einthoven)이 심전도(Electrocardiogram, ECG) 기록에 사용되던 립만 모세관형 전위계(Lippman's capillary electrometer)를 이용하여 최초로 심음 그래프를 개발한 이래로 가장 기본적인 진단도구의 하나로 연구되고 발전되어 왔다(Am J Cardiol, vol. 60, pp. 1378-1382, 1987, Acta Cardiologica, vol. XLVIII, pp. 337-344, 1993 참조). 그러나 근래에 들어서 심음기록법에 의한 진단기술의 개발은 다른 진단기술에 비하여 발전되고 있지 못하는 실정이었다. 그 이유는 심음도(Phonocardiogram, PCG)가 듣거나 보는 것만으로는 분석되기 어려운 복합적 신호이며 심음(Heart sound)의 발생원과 관련된 다소의 논쟁이 아직도 존재하고 있기 때문이다. 더욱이 심음을 측정하는 도구나 방법이 정확한 수치화나 표준화되어 있지 못한데 이러한 측정 방법의 오차가 심음 수집 및 분석에 많은 영향을 주고 있다(CRC Critical ReviewsBiomedical Engineering, vol. 23, no.3, pp.163-219, 1995 참조). 초음파에 의한 심음 기록 방법이 개발되어 청진에 의한 심음 분석이 보조적인 진단 도구로 여겨지는 경향도 있으나 최근 디지털 신호처리 방법의 발전으로 청진에 의한 심음 분석 기법은 모델링, 주파수 분석, 시간-주파수 분석, 인식 방법 등의 연구가 다양하고 활발해지는 추세이다Phonocardiography is a convenient tool that provides noninvasive information about heart valne and cardiovascular flow. The lipman capillary electrometer was used by Einthoven in 1894 to record electrocardiogram (ECG) in 1894. (Lippman's capillary electrometer) has been researched and developed as one of the most basic diagnostic tools since the first heart sound graph was developed (Am J Cardiol, vol. 60, pp. 1378-1382, 1987, Acta Cardiologica, vol. XLVIII, pp. 337-344, 1993). However, in recent years, the development of diagnostic technology by heart sound recording method has not been developed compared with other diagnostic technologies. The reason is that the Phonocardiogram (PCG) is a complex signal that cannot be analyzed simply by listening or seeing, and there is still some controversy regarding the source of heart sound. Moreover, tools and methods for measuring heart sound have not been accurately quantified or standardized, and errors in these methods affect the heart sound collection and analysis (CRC Critical Reviews Biomedical Engineering, vol. 23, no. 3, pp. 163-). 219, 1995). The development of ultrasound sound recording method tends to be considered as an assistant diagnostic tool. However, with the recent development of digital signal processing methods, the audible heart analysis method has been developed using modeling, frequency analysis, time-frequency analysis, Research on recognition methods is diversified and active

김(Kim, Yonsei medical journal, vol. 39, no. 4, pp. 302-308, 1998)과 듀란드(Durand, Medical & Biological Engineering & Computing, vol. 32, pp.311-316, 1994 ) 등은 인공판막 피시술인에 대한 심음 스펙트럼 해석을 통하여 인공판막의 퇴화 여부를 판정하는 연구를 진행하였고 딩(Ding, Noninvasive diagnoses of coronary disease by heart sound analysis, Ph.D. Thesis in Biomedical Engineering, The State University of New Jersey, 1991), 아케이(Akay, Noninvasive detection of coronary artery diseaase", IEEE Engineering in Medicine and Biology, no. 17, pp. 761-764, 1994) 등은 셉스트럼(cepstrum)과 웨이브릿(wavelet) 분석을 통하여 관상동맥 질환에 대한 인식 연구를 진행하였다. 위와 같은 연구들은 특정 판막이나 질환에 대한 주파수 분석을 통하여 결과적으로 '특정 질환이 있느냐 없느냐'하는 매우 제한적인 목적을 위한 인식 방법이다. 또한 바스돌프(D. Barschdorff, "Automatic phonocardiogram signal analysis in infant based on wavelet transform and artificial neural networks", pp.753-756, IEEE Computers in Cardiology, 1995)는 어린아이의 심음에 대한 세가지 질환의 인식연구를 진행하였지만 정상과 비정상으로 구분하는 것 이외의 결과는 구체적으로 발표되지 못하였다. 즉 심음도의 인식에 대한 연구는 심전도, 뇌전도 등 다른 생체신호에 비하여 종합적이지 못하고 특정 질환의 여부를 확인하는데 그치고 있다. 이것은 심음도가 심전도나 뇌전도와 달리 측정 방법의 비표준화로 인한 오차가 많고 같은 병적 증상이더라도 다른 심음이 발생되고 다소 다른 심음 특성을 보이더라도 같은 증상에서 기인된 심음이라는 사실 때문에 더욱 인식을 어렵게 만들고 있다.Kim, Yonsei medical journal, vol. 39, no. 4, pp. 302-308, 1998 and Durand, Medical & Biological Engineering & Computing, vol. 32, pp. 311-316, 1994 Ding, Noninvasive diagnoses of coronary disease by heart sound analysis, Ph.D. Thesis in Biomedical Engineering, The State University of New Jersey, 1991), Akay, Noninvasive detection of coronary artery diseaase, IEEE Engineering in Medicine and Biology, no. 17, pp. 761-764, 1994). A study on the perception of coronary artery disease through wavelet analysis was performed as a result of the frequency analysis of a specific valve or disease, resulting in a very limited recognition method for the presence or absence of a specific disease. D. Barschdor ff, "Automatic phonocardiogram signal analysis in infant based on wavelet transform and artificial neural networks", pp.753-756, IEEE Computers in Cardiology, 1995). In other words, the research on the recognition of heart soundness was not comprehensive compared to other biosignals such as electrocardiogram and electroencephalogram, and it only confirmed the presence of a specific disease. Unlike ECG or EKG, there are many errors due to non-standardization of measurement methods, and even the same pathological symptom causes different heart sounds and somewhat different heart sounds, which makes it more difficult to recognize.

일반적으로 심음(Heart sound)은 심장의 운동에 의하여 발생되는 음향파(acoustric wave)로서 정상적인 심음과 심잡음(murmur)으로 구분할 수 있다. 실제 심잡음은 잡음(noise)은 아니나, 정상적인 제1심음과 제2심음에 대비되는 음향신호에 대비되는 음향신호이다. 심장은 수축(systole)과 이완(diastole) 운동을 반복하는데 심음은 심장 판막의 개폐(開閉)와 심근(myocardium)의 진동, 관련기관의 진동에 의해 발생된다.In general, the heart sound is an acoustic wave generated by the movement of the heart, and may be classified into a normal heart sound and a murmur. The actual heart noise is not noise, but is an acoustic signal in contrast to the sound signal in contrast to the normal first and second heart sounds. The heart repeats contraction and relaxation movements, which are caused by the opening and closing of the heart valves, the vibration of the myocardium, and the vibrations of related organs.

도 1은 심실압력과 심음, 심전도 발생 시간에 대한 그래프이다. 심잡음은 심장의 병적 증세에 따라서 심음 주기에서 임의의 위치에서 발생될 수 있다. 이러한 심잡음은 주로 혈류의 난류(turbulent flow)와 심장 근육 또는 밸브의 이상 진동에 의하여 발생된다. 정상 심음은 제 1 심음(the first sound sound, S1)부터 제 4 심음(the fourth heart sound, S4)까지 4개의 주된 요소로 구분되어지는데 제 1 심음과 제 2 심음(the second heart sound, S2)은 정상적인 신호로 인정되고 제 3 심음(the third heart sound, S3)과 제 4 심음은 어린이나 젊은 사람에게서는 정상음으로 인정되지만 어른에게는 주로 병적으로 해석된다.1 is a graph of ventricular pressure, heart sound, and electrocardiogram generation time. Heart noise can occur at any location in the heart cycle, depending on the pathological condition of the heart. This murmur is mainly caused by turbulent flow of blood flow and abnormal vibrations of the heart muscle or valves. The normal heart sound is divided into four main elements from the first sound sound (S1) to the fourth heart sound (S4). The first and second heart sounds (S2) Is recognized as a normal signal and the third heart sound (S3) and the fourth heart sound are recognized as normal sounds in children or young people, but are interpreted mainly pathologically in adults.

심음을 청진함에 있어서 현재 방법은 측정자가 피측정자의 가슴 부위에 청진기를 대고서 귀로 심음을 들어서 진단하거나 심음 파형을 기록지에 기록함으로써 육안으로 평가하는 것인데 이러한 방법은 데이터의 보존이 어렵고 측정자의 주관적 판단에 따라 평가 결과가 달라질 수 있다. 근래에 디지털 신호처리 기술의 발전으로 심음에 대한 디지털 신호처리를 통하여 심음 진단에 객관성을 확보하려는 노력이 있으나 아직까지 효용성있는 결과를 개발하지 못하고 있다.In auscultation of heart sound, the current method is to assess the human eye by diagnosing by listening to the ear with a stethoscope on the chest part of the subject or by recording the heart sound waveform on a recording sheet. This method is difficult to preserve data and subjective judgment of the subject. As a result, evaluation results may vary. In recent years, with the development of digital signal processing technology, efforts have been made to secure objectivity in diagnosing heart sound through digital signal processing for heart sound, but have not yet developed useful results.

종래의 심음 분류 방법으로는 크게 아래와 같이 두가지로 분류로 나눌수 있다.Conventional heart sound classification method can be divided into two categories as follows.

1) 미국특허 4,446,873에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 심음을 검출하고, 구형파 창함수(window function)를 발생시켜, 창함수 내의 심음 데이터를 검색하여, 심음특징을 판별하여 심음의 이상 여부를 판단한다.1) US Pat. No. 4,446,873, as shown in FIG. 2, detects the heart sound, generates a square wave window function, searches the heart sound data in the window function, determines the heart sound characteristics, and determines whether the heart sound is abnormal. do.

2) 미국특허 4,378,022에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 입력된 데이터를 창함수로 나누고 이를 푸리에 변환을 한 후, 전력스펙트럼 계산 및 비교를 통해 심음의 이상 여부를 판단하는데, 특히 주파수 영역에서 일정한 주파수 범위내에 신호 크기를 확인하여 심음 특징을 분류한다.2) In US Patent 4,378,022, as shown in Fig. 3, after dividing the input data by the window function and Fourier transform, and then determine the abnormality of the heart sound through power spectrum calculation and comparison, in particular in the frequency domain Classify the sound feature by checking the signal magnitude within the range.

그러나 위 두가지 방법은 각각 다음과 같은 단점을 내포한다.However, the above two methods each have the following disadvantages.

방법 1)의 경우 어떤 시간 영역에서 신호가 있을 경우 심장활동 중의 수축기 또는 이완기인가는 판단할 수 있지만 이 신호가 심잡음인지 주변 잡음인지 확인하기가 어렵다. 또한 심음 한 주기 전체에 대하여 짧은 시간의 윈도우를 설정하고 설정된 윈도우로 심음 한주기 전체를 스캐닝(scanning)하여야 하는 시간이 소요되고 윈도우의 크기가 작을 경우 한주기 전체를 스캐닝하려면 많은 시간이 걸리고 윈도우 크기가 크면 잡음 검출 해상도가 떨어진다.In the case of method 1), if there is a signal in a certain time domain, it can be determined whether it is systolic or diastolic during cardiac activity. In addition, it takes time to set a short time window for the whole heart sounding cycle and scan the whole heart sounding cycle with the set window, and if the window size is small, it takes a lot of time to scan the whole cycle and the window size Larger drops noise detection resolution.

방법 2)의 경우, 심음과 심잡음, 그리고 주변 잡음에 대한 주파수 범위의 경계가 확실히 구분되지 않으므로 효율이 떨어질 가능성이 많으며 실제로 주파수 성분만으로는 정상 심음인지 심잡음인지 구분되지 않는 경우가 많다. 또한 주파수 영역에서의 신호처리는 많은 연산을 필요로 하므로 실시간성이 떨어지고 시스템의 고성능 연산 능력을 필요로 한다.In the case of method 2), the boundary between frequency ranges for heart sound, heart noise, and ambient noise is not clearly distinguished, so the efficiency is likely to decrease. In fact, frequency components alone do not distinguish between normal heart sound and heart noise. In addition, the signal processing in the frequency domain requires a lot of calculations, so it is inferior in real time and requires the high performance of the system.

본 발명의 제1의 목적은 심음의 효과적인 판정이 가능한 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법을 제공하는 것이다.It is a first object of the present invention to provide a method for classifying heart sounds by section integration and statistical analysis, which enables effective determination of heart sounds.

본 발명의 제2의 목적은 심음을 짧은 시간 내에 판정할 수 있는 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법을 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a method for classifying heart sounds by section integration and statistical analysis which can determine the heart sounds within a short time.

본 발명의 제3의 목적은 심음 판정 성공 확률이 증진된 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법을 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a method for classifying heart sounds by interval integration and statistical analysis in which the probability of success of heart sound determination is improved.

도 1은 도 1은 심실압력과 심음, 심전도 발생 시간에 대한 그래프이다.1 is a graph of ventricular pressure, heart sound, and ECG generation time.

도 2는 종래 심음 판정 방법을 도시한다.2 shows a conventional heart sound determination method.

도 3은 종래 다른 심음 판정 방법을 도시한다.Figure 3 shows another conventional heart sound determination method.

도 4는 본 발명의 심음 분류 방법에 있어서, 심음 및 심전도 신호 처리 방법을 도시한다.4 illustrates a method for processing a heart sound and an electrocardiogram signal in the heart sound classification method according to the present invention.

도 5는 본 발명의 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법에 따른 실시예의 플로우 챠트이다.5 is a flow chart of an embodiment according to the heart sound classification method by interval integration and statistical analysis of the present invention.

도 6은 본 발명의 실험에 적용된 심음 파형도로서, (a)는 정상 심음 (b)는 비정상 심음을 나타낸다.6 is a heart sound waveform diagram applied to the experiment of the present invention, (a) is a normal heart sound (b) is an abnormal heart sound.

도 7은 도 6의 (a)에 도시된 정상 심음으로 부터 정점 검출의 과정을 보인 심음 파형도이다.7 is a heart sound waveform diagram showing a process of detecting peaks from the normal heart sound shown in FIG.

도 8은 도 6의 (b)에 도시된 비정상 심음으로 부터 정점 검출의 과정을 보인 심음 파형도이다.FIG. 8 is a heart sound waveform diagram illustrating a process of detecting peaks from the abnormal heart sound shown in FIG.

도 9는 도 6의 (a)에 도시된 정상 심음의 구간적분에 의한 판정 과정을 나타내 보인 것으로서, 정상 심음의 각 정점에서의 일정 구간에 대한 적분하는 과정을보인 심음 파형도이다.FIG. 9 illustrates a determination process based on the interval integration of the normal heart sound illustrated in FIG. 6A, and is a heart sound waveform diagram showing an integration process for a certain section at each vertex of the normal heart sound.

도 10은 도 6의 (b)에 도시된 비정상 심음의 구간적분에 의한 판정 과정을 나타내 보인 것으로서, 정상 심음의 각 정점에서의 일정 구간에 대한 적분하는 과정을 보인 심음 파형도이다.FIG. 10 is a view illustrating a determination process based on the interval integration of the abnormal heart sound illustrated in FIG. 6B, and is a heart sound waveform diagram showing an integration process for a certain section at each vertex of the normal heart sound.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면,In order to achieve the above object, according to the present invention,

심전도계에 의해 적어도 심장 수축 시작기에 대응하는 정점값 R 과 심장 이완 시작기에 대응하는 정점값 T 를 구하는 단계;Obtaining, by an electrocardiogram, a peak value R corresponding to at least the onset of cardiac contraction and a peak value T corresponding to the heart relaxation starter;

심음계에 의해 적어도 제1심음과 제2심음을 포함하는 주기적 심음 신호를 1주기 이상 측정하는 심음측정단계;A heart sound measurement step of measuring one or more cycles of a periodic heart sound signal including at least a first heart sound and a second heart sound by a heart sound meter;

상기 측정된 최소한 1주기 이상의 심음신호를 정규화시키는 전처리 단계;A preprocessing step of normalizing the measured at least one heart sound signal;

상기 정규화된 심음 신호에서 제1심음, 제2심음, 주요정점(peak)들을 구하는 정점 추출단계;A vertex extraction step of obtaining a first heart sound, a second heart sound, and main peaks from the normalized heart sound signal;

상기 정규화된 심음 신호에서 제1심음, 제2심음과 각 정점들의 크기를 비교하여 비정상 여부를 판정하는 제 1 판정단계;A first determination step of comparing an amplitude of each vertex with a first heart sound, a second heart sound in the normalized heart sound signal to determine whether it is abnormal;

상기 정점들을 중심으로 일정 시간 구간에 대하여 상기 심음 신호를 적분하고 각 적분 값의 크기를 심음 신호의 한 주기 전체 적분값과 비교 평가하여 각 정점이 심잡음으로서 의미가 있는지는 판정하는 제 2 판정단계;A second determination step of integrating the heart sound signal for a predetermined time interval around the vertices and evaluating the magnitude of each integral value with the integral of one period of the heart sound signal to determine whether each vertex is meaningful as heart noise;

심음 한 주기 전체에 대한 평균(mean), 사분위수(quartiles)를 비교하거나, 왜도(skewness)를 구하여, 심음 중에 포함되어 있는 잡음의 양을 평가하는 제 3 판정 단계;를 포함하는 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법이 제공된다.And a third determination step of comparing the mean and quartiles for the entire heart sound period, or obtaining skewness and evaluating the amount of noise included in the heart sound. A method for classifying heart sounds by statistical analysis is provided.

상기 본 발명의 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법에 있어서, 제 3 판정 단계는 심음 한 주기 전체에 대한 평균(mean), 사분위수(quartiles), 왜도(skewness)를 모두 구하여 심음 중에 포함되어 있는 잡음의 양을 평가하는 것이 바람직하다.In the method of classifying heart sounds by the interval integration and statistical analysis of the present invention, the third determining step includes all of the mean, quartiles, and skewness of the whole heart sound period during planting. It is desirable to evaluate the amount of noise that is present.

또한 상기 심음 측정 단계는, 입력된 신호를 소정 주파수 대역으로 필터링하는 단계와 각 심음의 입력조건에 따른 진폭 차이를 보상하기 위해 진폭에 대해 정규화(normalize)시키도로록 하는 것이 바람직하다.In addition, the heart sound measurement step may be performed so as to normalize the amplitude to filter the input signal to a predetermined frequency band and compensate for the amplitude difference according to the input condition of each heart sound.

상기 본 발명의 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법에 있어서, 심음 한주기 신호를 선택함에 있어서, 여러 주기의 신호를 선택하여 평균적인 한 주기 신호를 계산하도록 하는 것이 바람직하다.In the method of classifying heart sounds by the interval integration and statistical analysis of the present invention, in selecting one heart sound signal, it is preferable to select a signal of several cycles to calculate an average one signal.

본 발명에서는 심잡음의 발생 시간에 따라 심음을 7개의 유형으로 분류하였다. 즉 정상 심음(normal heart sound), 수축전 심잡음(pre-systolic murmur), 수축 초기 심잡음(early systolic murmur), 수축 말기 심잡음(late systolic murmur), 이완 초기 심잡음(early diastolic murmur), 이완 말기 심잡음(late diastolic murmur), 연속적 심잡음(continuous murmur)으로 구분하였다.In the present invention, the heart sound is classified into seven types according to the occurrence time of the heart noise. Normal heart sound, pre-systolic murmur, early systolic murmur, late systolic murmur, early diastolic murmur, and late relaxation late diastolic murmur and continuous murmur.

심음(heart sound)의 정상, 비정상을 판정하고 7가지 종류에 대한 분류를 함에 있어서 아래와 같은 3단계 판정을 통하여 심음 중에 포함된 심잡음의 위치와 심잡음 양을 평가한다.In determining the normal and abnormal of the heart sound and classifying the seven types, the following three steps are used to evaluate the position and the amount of heart noise included in the heart sound.

1) 1단계 판정1) Level 1 Judgment

시간영역에서 진폭 큰 몇개의 정점(peak)들을 구하고 정점의 크기를 제 1심음, 제 2심음과 비교하여 각 정점의 비정상 여부를 판정한다.Several peaks of large amplitude are obtained in the time domain, and the vertex size is compared with the first and second heart sounds to determine whether each vertex is abnormal.

2) 2단계 판정2) Level 2 Judgment

각 정점들을 중심으로 일정 시간 구간에 대하여 적분하고 각 적분 값의 크기를 심음 한 주기 전체 적분값과 비교 평가하여 각 정점이 심잡음으로서 유의미한지 판정한다.Integrate over a certain time interval around each vertex and evaluate the magnitude of each integral value with the integral value of the whole cycle to determine whether each vertex is significant as a murmur.

3) 3단계 판정3) 3-step judgment

심음 한 주기 전체에 대한 평균(mean), 사분위수(quartiles), 왜도(skewness)를 구하여 심음 중에 포함되어 있는 잡음의 양을 평가를 한다.The mean, quartiles, and skewness of the entire planting cycle are determined to evaluate the amount of noise contained in the planting plant.

본 발명의 알고리즘을 구현하기 위한 신호 수집 조건은 심음과 심전도를 동시에 계측하거나 또는 다른 방법을 통하여 심음 성분 중 제 1심음의 위치를 알아야하며 신호를 디지털화할 때 샘플링 비율(sampling rate)을 알아야 한다. 그러나 이러한 조건은 심음 분석을 위한 신호 수집시 일반적인 방법이므로 본 발명을 위한 특별한 조건으로 보기는 어렵다. 도 4에 일반적인 신호 획득 장치 구성에 대한 블록도를 나타내었다.The signal collection condition for implementing the algorithm of the present invention should know the position of the first heart sound among the heart sound components by measuring the heart sound and the electrocardiogram at the same time or by other methods, and the sampling rate when digitizing the signal. However, such a condition is a general method for collecting signals for heart sound analysis, so it is difficult to regard it as a special condition for the present invention. 4 is a block diagram of a general signal acquisition device configuration.

도 4를 참조하면, 심음과 심전도를 측정하여 입력된 신호를 증폭, 필터링, 심음/심전도 지연조정 및 아날로그/디지탈(A/D) 변환을 행한다. 그리고, A/D 변환을 거친 디지탈 신호를 이용하여 시간영역에서 진폭 큰 몇개의 정점(peak)들을 구하고 정점의 크기를 제 1심음, 제 2심음과 비교하여 각 정점의 비정상 여부를 판정, 각 정점들을 중심으로 일정 시간 구간에 대하여 적분하고 각 적분 값의 크기를 심음 한 주기 전체 적분값과 비교 평가하여 각 정점이 심잡음으로서 의미가 있는지의 판정,그리고 심음 한 주기 전체에 대한 평균(mean), 사분위수(quartiles), 왜도(skewness)를 구하여 심음 중에 포함되어 있는 잡음의 양을 평가를 한다.Referring to FIG. 4, a heart sound and an electrocardiogram are measured to amplify, filter, adjust the heart sound / ECG delay, and convert analog and digital (A / D) signals. Then, a few peaks of large amplitude are obtained in the time domain using the digital signal through A / D conversion, and the vertex size is compared with the first heart sound and the second heart sound to determine whether each vertex is abnormal or not. Integrate over a period of time, and compare and evaluate the magnitude of each integral value with the total integral value of one cycle to determine whether each vertex is meaningful as a murmur, and the mean, The quartiles and skewness are calculated to evaluate the amount of noise contained in the planting.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도 5를 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

1) 심음 신호에 대하여 증폭, 필터링 등 일반적인 전처리(preproccessing)를 수행한다. 여기에서, 입력된 신호를 10~500Hz 대역으로 필터링하고 절대치를 구한다. 각 심음의 입력조건에 따른 진폭 차이를 보상하기 위해 진폭에 대해 정규화(normalize)시킨다.1) Perform general preprocessing such as amplification and filtering on the heart sound signal. Here, the input signal is filtered to the 10 ~ 500Hz band and the absolute value is obtained. Normalize the amplitude to compensate for the difference in amplitude according to the input condition of each heart sound.

2) 심전도와 동기되어 있는 심음 한주기 신호를 선택한다. 이때 잡음의 영향을 없애고 안정적인 신호를 선택하기 위하여 여러 주기의 신호를 선택하여 평균적인 한 주기 신호를 계산하여도 된다.2) Select the heart sound one cycle signal which is synchronized with ECG. At this time, in order to remove the influence of noise and to select a stable signal, an average one cycle signal may be calculated by selecting a signal of several cycles.

3) 심음 데이터들의 절대값을 취한다.3) The absolute value of the heart sound data is taken.

4) 한 주기 신호에서 최대 정점 (maximum peak)을 찾고 이 점정 값을 최대값으로하여 나머지 데이터들에 대한 정규화(normalization)를 수행한다.4) Find the maximum peak in one periodic signal and normalize the rest of the data by using this peak as the maximum value.

5) 얻어진 최대 정점을 포함하는 일정 구간을 최소값으로 셋트하는 마스킹(masking)작업을 수행한 후 나머지 데이터에서 다시 최대 정점을구한다. 마스킹하는 이유는 다음에 검출되는 정점이 이전의 정점과 근접한 곳에서 검출되는 것을 방지하기 위함이다.5) After the masking operation is performed to set a certain section including the obtained maximum vertex to the minimum value, the maximum vertex is obtained again from the remaining data. The reason for masking is to prevent the next detected vertex from being detected near the previous one.

6) 상기 5) 단계를 N회 반복한다.6) Repeat step 5) N times.

7) 제 1심음(S1)과 제 2심음(S2)에 대한 값을 구한다. 여기에 제 1심음(S1)과 제 2심음(S2)의 위치는 심전도의 R 파(신호)와 T 파(신호)에 동기된 심음이므로 미리 알수 있다.7) Obtain the values for the first heart sound (S1) and the second heart sound (S2). Here, the positions of the first heart sound S1 and the second heart sound S2 are known in advance because the sound is synchronized with the R wave (signal) and the T wave (signal) of the ECG.

8) 최대 정점이 심음 성분 중에서 제 1심음인지 또는 제 2심음인지를 판정한다. 만약 최대 정점이 제 1심음 또는 제 2심음이면 정상이고 아니면 비정상이다.8) It is determined whether the maximum peak is the first heart sound or the second heart sound among the heart sound components. If the maximum peak is the first heart sound or the second heart sound, it is normal or abnormal.

9) 상기 4)-6) 단계에서 구한 정점들에 대한 구간적분을 수행한다.9) Perform interval integration on the vertices obtained in step 4) -6).

10) 각 정점 구간에 대한 적분값과 전체 주기 적분값을 비교하여 각 정점 구간 적분값이 전체 주기 적분값에 대해 일정한 비율 이하인지 확인한다. 일정한 비율 이하이면 정상이고 이상이면 비정상이다.10) Compare the integral value of each vertex section with the total period integral value, and check whether the integral value of each vertex section is below a certain ratio with respect to the total period integral value. If it is below a certain ratio, it is normal and if it is above, it is abnormal.

11) 상기 10) 단계에서 비정상으로 판정된 각 정점들의 위치를 제 1심음과 제 2심음 위치와 비교하여 각 정점이 심음 한 주기의 어느위치에 가장 가까이 있는지 계산한다.11) Comparing the positions of the vertices determined as abnormal in step 10) with the position of the first heart sound and the second heart sound to calculate which position of each period is closest to the period of planting.

12) 통계학적인 방법에 의해 심음 한 주기 전체에 대한 평균(mean), 사분위수(quadtile), 왜도(skewness)를 구한다.12) The mean, quartile, and skewness of the entire planted cycle are calculated by statistical methods.

13) 평균이 제3사분위수의 일정비율 이하인지 판정한다. 이하이면 정상이고 이상이면 비정상이다. 심잡음이 많을수록 제3사분위수가 평균보다 상대적으로 많이 커진다. 또 왜도가 일정한 수 이상인지 확인한다. 이상이면 정상이고 이하이면 비정상이다. 심잡음이 많을수록 왜도는 낮은 수가 된다.13) Determine if the average is below a certain percentage of the third quartile. Below is normal and above is abnormal. The greater the murmur, the larger the third quartile is than the average. Also check if the skewness is above a certain number. Above is normal and below is abnormal. The more murmurs, the lower the skewness.

14) 상기 8), 10), 13) 단계에서의 결과에 따라 심음을 분류 정상, 비정상으로 분류하고 11)항의 절차에 따라 심음을 7가지로 분류한다.14) Classify heart sounds according to the results in steps 8), 10), and 13) above, and classify the heart sounds into seven types according to the procedure of paragraph 11).

위 11)에서 각 정점의 위치가 제 1심음과 제 2심음사이에 있으면 수축기 심잡음인데 제 1심음 쪽에 가까우면 수축기 초기 심잡음이고 제 2심음 쪽에 가까우면 수축기 말기 심잡음이고 중간에 있으면 수축기 중기 심잡음이다. 또 각 정점의 위치가 제 2심음과 제 1심음 사이에 있으면 이완기 심잡음인데 제 2심음 쪽에 가까이 있으면 이완기 초기 심잡음이고 제 1심음 쪽에 가까이 있으면 이완기 말기 심잡음이고 중간에 있으면 이완기 중기 심잡음이다. 또 정점이 제 2심음 후에 있으면서 제 1심음 아주 가까이 있으면 수축기 전 심잡음으로 분류된다.In the above 11), if the position of each vertex is between the first heart sound and the second heart sound, the systolic heart noise is close to the first heart sound side, the systolic initial heart sound is close to the second heart sound side, and the middle systolic heart sound is close to the second heart sound side. In addition, if the position of each vertex is between the second heart sound and the first heart sound, the diastolic heart noise is close to the second heart sound side, the early diastolic heart sound when close to the first heart sound, and the middle diastolic heart sound when the middle heart is close to the first heart sound. In addition, if the peak is after the second heart and very close to the first heart, it is classified as a pre-shrinkage heart noise.

정점 검출 (Peak Detection)에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1심음(S1)은 심전도 신호와 상관관계가 있으므로 심전도 신호의 R파(신호)를 기준으로 일정 구간 내에서 최대치를 검출하여 제 1 심음(S1)으로 결정한다. 주변에 심잡음이 있더라도 R파를 기준으로 한 일정 구간 내에서 제 1 심음(S1)이 최대정점(peak)이 된다. 최초 입력된 심음 데이터에서 제 1 정점으로서 제 1심음을 찾은 후 제 1심음을 중심으로 일정 구간을 도 7과 도 8의 (b)에서와 같이, 최소값으로 마스킹하고 다음 제 2정점으로서 제2심음을 검출 후 역시 도 7과 도 8의 (c)에서와 같이 마스킹한다. 일정 구간을 마스킹하는 이유는 최대 정점과 인접한 구간에서 다음 최대 정점이 검출되는 것을 방지하기 위해서이다. 제 2정점을 검출한 후 제 2정점 주변 구간을 최소값으로 마스킹하고 제 3정점을 검출한다. 위 과정을 반복하여 제 n개의 정점까지 검출한다. 제 1정점은 제 1심음에 해당하고 이후 제 2, 3, 4, 5정점은 차례대로 최대값을 가지는 정점이 된다. 다음 정점 평가 단계에서 이 정점들 중에서 제 2심음을 찾고 나머지 각 정점에 대한 위치 및 크기 평가를 평가하여 정상, 비정상을 판정한다.In peak detection, as shown in FIG. Since the first heart sound S1 is correlated with the ECG signal, the first heart sound S1 is determined as the first heart sound S1 by detecting the maximum value within a predetermined section based on the R wave (signal) of the ECG signal. Even if there are heart noises in the surroundings, the first heart sound S1 becomes the maximum peak within a predetermined section based on the R wave. After finding the first heart sound as the first vertex from the first input heart sound data, masking a certain section centered on the first heart sound to the minimum value as shown in FIGS. 7 and 8 (b) and the second heart sound as the next second vertex. After detection, masking is performed as in FIGS. 7 and 8 (c). The reason for masking the predetermined section is to prevent the next maximum vertex from being detected in the section adjacent to the maximum vertex. After detecting the second vertex, the section around the second vertex is masked to a minimum value and the third vertex is detected. The above process is repeated to detect up to the nth vertex. The first vertex corresponds to the first heart sound, and then the second, third, fourth, and fifth vertices in turn become the vertices having the maximum values. In the next vertex evaluation step, the second heart sound is found among these vertices, and the position and size evaluation for each remaining vertex is evaluated to determine normal or abnormal.

정점 평가에 있어서, 기 검출된 제 1심음을 기준으로 각 정점의 시간 관계를 평가한다. 제 1심음과 제 2심음은 사람마다 다소 차이는 있지만 대략 심박 한 주기의 절반 정도에 위치한다. 기 검출한 다섯 개의 정점 중에서 제 1심음인 제 1정점을 제외한 네 개의 정점 안에서 제 1심음과 일정 시간 범위에 있는 제 2심음을 결정한다. 제 2심음 검출 후 남은 세 개의 정점들은 정점 값의 크기 순서대로 정렬한다. 5개의 정점들에 대한 정렬이 끝나면 각 정점간의 관계에 의거하여 정상, 비정상에 대한 판단을 시작한다. 비정상적인 심장의 경우 제 1심음과 제 2심음의 간격이 정상적인 심장의 경우보다 짧은 경우가 종종 있다. 그러므로 제 1심음과 제 2심음의 간격이 기대치보다 짧으면 비정상일 가능성이 있다. 또한 정상의 경우 나머지 정점의 값들이 제 1심음과 제 2심음 값보다 현저히 작은 값이어야 한다. 그러므로나머지 정점 값의 크기를 평가하여 기대치 이상이면 비정상으로 분류하고 정점의 위치와 제 1심음과 제 2심음과의 시간 관계를 고려하여 수축기의 심잡음인지 이완기의 심잡음인지 판단한다.In vertex evaluation, the time relationship of each vertex is evaluated based on the previously detected first heart sound. The first and second heartbeats vary slightly from person to person, but are located approximately half of the heart rate cycle. The first heart sound and the second heart sound within a predetermined time range are determined within four vertices except for the first heart sound, which is the first heart sound, among the five vertices previously detected. The remaining three vertices after the second heartbeat are sorted in the order of the vertex values. After the alignment of the five vertices is completed, the judgment on the normal and abnormal is started based on the relationship between each vertex. In the case of an abnormal heart, the interval between the first heart sound and the second heart sound is often shorter than that of a normal heart. Therefore, if the interval between the first heart sound and the second heart sound is shorter than expected, there is a possibility of abnormality. In addition, in the normal case, the values of the remaining vertices should be significantly smaller than the first and second heart sounds. Therefore, the remaining vertex value is evaluated and classified as abnormal if it is above the expected value, and it is determined whether it is systolic or diastolic in consideration of the position of the vertex and the time relationship between the first and second heart sounds.

통계 분석(Statistical Analysis)에 의한 판정에 있어서는, 심음의 전체 구간에 대한 대표값으로서 평균값, 사분위수, 왜도를 구한다. 평균값과 사분위수를 상대적으로 비교하고 왜도의 수값에 대한 실험적인 판정값과 비교한다. 여기에서, 입력신호를 크기 순서에 따라 늘어 놓은 값을 4등분하는 수값을 사분위수라 하며 분포가 중앙값(median)을 중심으로 좌우대칭 정도를 판단하는 수값을 왜도라고 하는데 중앙값을 중심으로 좌우대칭 분포를 가지면 왜도는 0.5 값을 가진다. 심음의 경우는 한 주기 동안에 제 1심음과 제 2심음의 영역이 전체 한 주기 영역에 비하여 보통 10이하 정도의 짧은 시간 영역을 차지 하므로 정상적인 경우 사분위수가 평균값이하의 값을 가진다. 심잡음 없는 경우는 왜도는 큰 값을 나타내는데 이것은 대부분의 신호가 낮은 값을 가지므로 중앙값이 매우 낮아져서 상대적으로 중앙값 이상의 신호가 많음을 의미한다. 반면에 심잡음이 많아질 경우 중앙값이 올라가서 상대적으로 중앙값이하의 신호가 많아지므로 왜도는 점점 작은 수를 나타내며 극단적으로는 0.5 또는 그 이하 값을 나타내게 된다. 심음에 대한 판정 분류는 정상, 비정상, 수축기 초기 심잡음, 수축기 말기 심잡음, 이완기 초기 심잡음, 이완기 말기 심잡음으로 구분할 수 있다.In the judgment by statistical analysis, the average value, the quartile, and the skewness are obtained as representative values for the entire section of the heart sound. The mean and quartiles are compared relatively and compared with experimental judgments on the number value of the skewness. In this case, the numerical value that divides the values arranged in the order of magnitude of the input signal into quadrants is called the quartile, and the numerical value that determines the degree of left and right symmetry based on the median is called the skewness. If you have a distribution, the skewness is 0.5. In the case of the heart sound, the region of the first heart sound and the second heart sound usually occupies a short time area of about 10 or less than the whole one sound region in one cycle, so the quartile has a value below the average value in the normal case. In the case of no noise, the skewness represents a large value, which means that since most of the signals have low values, the median is very low, so that there are many signals above the median. On the other hand, when the heart noise increases, the median rises and the signal below the median increases, so the skewness becomes a smaller number, and the value becomes extremely 0.5 or less. Judgment classification for heart sounds can be classified into normal, abnormal, early systolic heartbeat, late systolic heartbeat, early diastolic heartbeat, late diastolic heartbeat.

상기와 같은 본 발명의 유효성을 검토하기 위하여 실제 테스트를 진행하여 보았다.In order to examine the validity of the present invention as described above, the actual test was conducted.

데이터 수집, 즉 심음 수집은 바이오팩(Biopac)사의 MP100 시스템을 이용하였는데 입력마이크로는 접촉식 마이크로폰(contact microphone, TSD108)을 사용하였고 증폭기로는 DA100B를 사용하였다. 알고리즘 확인을 위해 사용한 심음 데이터 베이스로는 직접 측정한 정상 심음 이외에 비영리 기관 저널인 Frontiers in Bioscience와 웨스턴 대학의 심음 데이터 베이스를 사용하였다. 심음 데이터는 8KHz샘플링에 16bit 해상도를 가진다. 아래의 표 1에 시용한 심음데이터에 대하여 정리하였다.Data collection, ie, heart collection, was performed using Biopac's MP100 system, with a contact microphone (TSD108) as the input microphone and a DA100B as an amplifier. In addition to the normal heart sounds measured directly, we used Frontiers in Bioscience, a non-profit journal, and a heart sound database from Western University. Heart sound data has 16bit resolution with 8KHz sampling. Table 1 below summarizes the heart sound data applied.

구 분division 증상 및 원인Symptoms and Causes 심음 데이터 베이스Heart sound database 직접측정Direct measurement BioscienceBioscience 웨스턴대학Western University 합계Sum 정 상normal 정상적인 심음Normal heart sounds 55 22 22 99 비정상abnormal 수축기 초기 심잡음(mitral regurgitation 등)Early systolic noise (such as mitral regurgitation) -- 99 88 1717 수축기 말기 심잡음(mitral valve prolapse 등)Late systolic noise (such as mitral valve prolapse) -- 22 22 44 이완기 초기 심잡음(aortic valve regurgitation 등)Early diastolic noise (such as aortic valve regurgitation) -- 33 22 55 이완기 말기 심잡음(tricuspid regurgitation 등)Late diastolic heart sounds (tricuspid regurgitation, etc.) -- 22 1One 33 연속적 심잡음(pulmonary branch stenosis 등)Continuous heart noise (such as pulmonary branch stenosis) -- -- 22 22 합 계Sum 55 1818 1717 4040

도 6에서 (a)는 정상심음을 나타내고, (b)는 비정상 심음이다. 도 6에서 가로축은 시간축으로서 각 숫자는 샘플링 데이터 개수를 나타내고 세로축은 각 데이터의 크기 값을 나타낸다.In Figure 6 (a) represents a normal heart sound, (b) is an abnormal heart sound. In FIG. 6, the horizontal axis represents the time axis, and each number represents the number of sampling data, and the vertical axis represents the size value of each data.

도 7과 도 8은 정상 심음과 비정상 심음의 정점 검출의 과정을 보인 심음 파형도이다.7 and 8 are heart sound wave diagrams showing the process of detecting the peak of the normal heart sound and abnormal heart sound.

도 7과 도 8에서, (a)는 도 5 에 도시된 심음을 정규화된 전처리 후의 심음파형도, (b)는 제1심음(S1) 검출 후, 제1심음을 일정밴드를 최소값으로 마스킹된 상태의 파형도, (c)는 제2심음(S2) 검출 후, 제2심음이 마스킹된 상태의 파형도, (d)는 제3심음(S3) 검출 후, 제3심음이 마스킹된 상태의 파형도, (e)는 제4심음(S4) 검출 후, 제4심음이 마스킹된 상태의 파형도, 그리고 (f)는 제5심음(S5) 검출 후, 제5심음이 마스킹된 상태의 파형도이다.In Figures 7 and 8, (a) is a heart sound waveform after the pre-process normalized the heart sound shown in Figure 5, (b) after the detection of the first heart sound (S1), masking the first heart sound to a certain band minimum value (C) is a waveform diagram of the state where the second heart sound is masked after detecting the second heart sound S2, (d) is a waveform diagram of the state where the third heart sound is masked after the detection of the third heart sound S3 Waveform diagram (e) shows the waveform of the fourth heart sound after the detection of the fourth heart sound (S4), and (f) shows the waveform of the fifth heart sound after the detection of the fifth heart sound (S5). It is also.

도 9 및 도 10은 구간적분에 의한 판정 과정을 나타내 보인 것으로서, 정상 심음과 비정상 심음의 각 정점에서의 일정 구간에 대한 적분하는 과정을 보인 심음 파형도이다. 구간 적분에 의한 판정 과정에 있어서는, 전체 구간에 대한 적분 값과 제 1심음, 제 2심음을 포함한 각 정점 구간에 대한 적분 값을 구한다. 전체 적분 값과 각 정점 구간의 적분 값을 비교하여 비정상여부를 확인한다.9 and 10 illustrate a determination process based on interval integration, which is a heart sound waveform diagram showing an integration process for a predetermined section at each vertex of a normal heart sound and an abnormal heart sound. In the determination process by the interval integration, the integral value for the entire interval, and the integral value for each vertex section including the first heart sound and the second heart sound are obtained. Check the abnormality by comparing the integral value of each vertex section with the total integral value.

변수variable 판정 기준Criteria 정상경우Normal case 1One 제3정점 값이 S! 보다 큰 값인가?The third vertex value is S! Is it greater than? 아니요(1)No (1) 22 제3점점 위치는 수축 전에 있는가?Is the third point position before contraction? 예(0)Yes (0) 33 제3정점 위치는 수축기 초기에 있는가?Is the third apex located early in the systole? 예(0)Yes (0) 44 제3정점 위치는 수축기 말기에 있는가?Is the third vertex position at the end of the systole? 예(0)Yes (0) 55 제3정점 위치는 이완기 초기에 있는가?Is the third vertex position early in the diastolic phase? 예(0)Yes (0) 66 제3정점 위치는 이완기 말기에 있는가?Is the third vertex position at the end of the relaxation period? 예(0)Yes (0) 77 제4정점 값이 S1 큰 값인가?Is the fourth vertex value larger than S1? 아니요(1)No (1) 88 제4정점 위치는 수축 전에 있는가?Is the fourth vertex position before contraction? 예(0)Yes (0) 99 제4정점 위치는 수축기 초기에 있는가?Is the fourth apex located early in the systole? 예(0)Yes (0) 1010 제4정점 위치는 수축기 말기에 있는가?Is the fourth vertex position at the end of the systole? 예(0)Yes (0) 1111 제4정점 위치는 이완기 초기에 있는가?Is the fourth vertex position at the beginning of the diastolic phase? 예(0)Yes (0) 1212 제4정점 위치는 이완기 말기에 있는가?Is the fourth vertex position at the end of the diastolic phase? 예(0)Yes (0) 1313 제5정점 값이 S1 보다 큰 값인가?Is the fifth vertex value greater than S1? 아니요(1)No (1) 1414 제5정점 위치는 수축 전에 있는가?Is the fifth vertex position before contraction? 예(0)Yes (0) 1515 제5정점 위치는 수축기 초기에 있는가?Is the fifth apex located early in the systole? 예(0)Yes (0) 1616 제5정점 위치는 수축기 말기에 있는가?Is the fifth apex located at the end of the systole? 예(0)Yes (0) 1717 제5정점 위치는 이완기 초기에 있는가?Is the fifth vertex position at the beginning of the diastolic phase? 예(0)Yes (0) 1818 제5정점 위치는 이완기 말기에 있는가?Is the fifth vertex position at the end of the relaxation period? 예(0)Yes (0) 1919 제3정점 구간 적분값이 전체 적분값의 일정 비율 이하인가?Is the integral value of the third vertex interval less than or equal to a certain percentage of the total integral value? 예(0)Yes (0) 2020 제4정점 구간 적분값이 전체 적분값의 일정 비율 이하인가?Is the integral value of the fourth vertex interval less than or equal to a certain percentage of the total integral value? 예(0)Yes (0) 2121 제5정점 구간 적분값이 전체 적분값의 일정 비율 이하인가?Is the fifth vertex interval integral value less than or equal to a certain percentage of the total integration values? 예(0)Yes (0) 2222 평균이 3사분위수 보다 큰가?Is the mean greater than the third quartile? 예(0)Yes (0) 2323 왜도가 일정값 이상인가?Why is the distortion above a certain value? 예(0)Yes (0)

위의 표 2에는 정상 심음과 비정상 심음의 판정 변수를 나타내었는데 제1심음과 제2심음을 포함하여 정점을 5개만 구하여 처리하였을 겨우의 예이다. 정상적인 심음의 경우 변수 1, 7, 13번이 '1'로 셋트(set)되고 나머지 변수들은 '0'으로 셋트된다. 도 6 (a) 와 (b)에 나타난 심음에 대한 계산으로 구한 통계변수는 각각 아래와 같다.Table 2 above shows the determination variables of the normal heart sound and the abnormal heart sound, which is an example of only five vertices including the first heart sound and the second heart sound. In the case of normal heart sound, variables 1, 7, and 13 are set to '1' and the remaining variables are set to '0'. Statistical variables obtained by calculating the heart sounds shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) are as follows.

(a) 평균 = 0.77, 제3사분위수=0.63, 왜도 = 3.7(a) mean = 0.77, third quartile = 0.63, skewness = 3.7

(b) 평균 = 0.63, 제3사분위수=0.81 왜도 = 2.8(b) mean = 0.63, third quartile = 0.81 skewness = 2.8

도 6에 대한 최종 판정결과는 아래와 같다.The final determination result with respect to FIG. 6 is as follows.

(a) 판정결과 = 정상심음(a) Judgment result = normal heart sound

(b) 판정결과 = 수축기 초기 심잡음(b) Judgment result = initial systolic noise

구 분division 증상 및 원인Symptoms and Causes 심음데이타수Number of heart sound data 심음 분류 결과Heart sound classification result 올바로 분류된 갯수Correctly classified 인식률 []Recognition rate [] 정 상normal 정상적인 심음Normal heart sounds 99 99 100100 비정상abnormal 수축 초기 심잡음Early contraction 1717 1313 7676 수축 말기 심잡음Late contraction 44 44 100100 이완 초기 심잡음Early relaxation 55 55 100100 이완 말기 심잡음Late relaxation 33 22 6767 연속적 심잡음Continuous heart noise 22 22 100100 합 계Sum 4040 3535 8888

상기 표 3에 40개의 심음 데이터를 재료로 시험한 결과를 나타내었다. 심음을 정상과 비정상으로 분류하였으며 비정상은 수축기 초기 심잡음, 수축기 말기 심잡음, 이완기 초기 심잡음, 이완기 말기 심잡음, 연속적 심잡음으로 구분하였다. 각 분류에 대한 인식률은 정상 심음의 경우 100, 수축기 초기 심잡음 75, 수축기 말기 심잡음 100, 이완기 초기 심잡음 100, 이완기 말기 심잡음 67, 연속적 심잡음100이었다. 비정상 심음 그룹 중에서 수축기 초기 심잡음의 경우는 17 샘플 중 4개를 정상으로 오인식 하였다. 또한 이완기 말기 심잡음 경우도 3개중 1개를 정상을 오인식 하였다. 연속적 심잡음의 경우는 안정적으로 인식되었다. 총 40개의 샘플에서 5개를 오인식하여 전체 인식률은 88였다. 정상 심음의 경우 시험 데이터 9개를 모두 올바르게 인식하여 인식률은 100였다. 반면에 비정상 심음 그룹의 경우 31개 심음 중 26개를 올바르게 인식하여 평균 인식률은 84였다. 비정상 심음 그룹에서의 오인식은 수축기 초기 심잡음과 이완기 말기 심잡음에서 나타났는데 제 1심음 부근에서 심장의 강한 신장(tension)에 의한 심잡음을 인식하지 못하고 정상 심음이면서 제 1심음 에너지가 큰 것으로 오인식하였다. 이것은 알고리즘이 제 1심음을 기준으로 설계되어 제 1심음의 검출 및 적분값에 대한 정상 범위를 넓게 설정하였기 때문이라고 판단된다. 비정상 심음의 경우 판정 중간 단계에서는 정상적인 심음으로 판정하는 경우가 있었는데 비정상 증상이 미약하고 전체적인 신호 형태가 정상 심음과 유사했기 때문이었다 그러나 신호 형태가 유사하더라도 판정변수 28개를 만족할 수는 없었으므로 정상, 비정상에 대한 인식결과는 양호하였다. 많은 임상 적용에 있어서 예상되는 문제는 역시 비정상 정도가 미약한 심음에 대한 인식이 될 것이라 판단된다.Table 3 shows the results of testing 40 heart sound data with the material. The heart was classified into normal and abnormal. Abnormalities were classified into early systolic noise, late systolic heart noise, early diastolic heart sound, late diastolic heart noise, and continuous heart noise. Recognition rates for each classification were 100 for normal heart sound, 75 early systolic noise, 100 late systolic noise, 100 early diastolic noise, 67 late diastolic noise, and 100 continuous heart noise. In the case of early systolic noise in the abnormal heart sound group, 4 out of 17 samples were mistaken as normal. In addition, one out of three cases of misdiagnosis was late. The case of continuous heart noise was recognized as stable. The total recognition rate was 88 with 5 being misidentified in a total of 40 samples. In the case of normal heart sound, all 9 test data were correctly recognized and the recognition rate was 100. On the other hand, in the abnormal heart sound group, 26 out of 31 heart sounds were correctly recognized and the average recognition rate was 84. Misrecognition in the abnormal heart sound group was found in the early systolic and late diastolic heart sounds. The heart sound was not recognized by the strong tension of the heart in the vicinity of the first heart sound. This is considered to be because the algorithm is designed on the basis of the first heart sound to set the normal range for the detection and integration of the first heart sound wide. Abnormal heart sound was judged as normal heart sound in the middle stage because the abnormal symptoms were weak and the overall signal shape was similar to the normal heart sound. However, even though the signal shape was similar, 28 judgment variables could not be satisfied. Recognition result of abnormality was good. In many clinical applications, the expected problem is also likely to be a perception of the weakness of the heart.

본 발명은 계산이 복잡한 주파수 영역에서의 분석이 아니고 시간 영역에서 심장 운동 시간에 따른 진폭이 큰 정점에서의 절대값과 통계분석을 통한 상대 평가를 통하여 계산량이 적으며 주변 잡음에 강한 방법이다. 심음의 일정 시간 부분 또는 일정 주파수 부분에 대한 평가가 아니고 심음 전체 한주기에 대한 평가로서 심음을 진단하는 효과가 있다. 본 발명은 특히 소형 전자 청진기를 비롯한 심음 진단가에 활용될 수 있다The present invention is not an analysis in the frequency domain where the calculation is complicated, but a small amount of calculation through the relative evaluation through the statistical analysis and the absolute value at the peak with a large amplitude according to the cardiac exercise time in the time domain, and is a strong method against ambient noise. It is effective in diagnosing the heart sound as an evaluation of one cycle of the heart sound, not an evaluation of the constant time portion or the frequency portion of the heart sound. The present invention can be particularly utilized in cardiac sound diagnosers, including small electronic stethoscopes.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined only in the appended claims.

Claims (5)

심전도계에 의해 적어도 심장 수축 시작기에 대응하는 정점값 R 과 심장 이완 시작기에 대응하는 정점값 T 를 구하는 심전도 측정 단계;An electrocardiogram measuring step of obtaining, by an electrocardiogram, a peak value R corresponding to at least the heart contraction start and a peak value T corresponding to the heart relaxation start; 심음계에 의해 적어도 제1심음과 제2심음을 포함하는 주기적 심음 신호를 1주기 이상 측정하는 심음 측정 단계;A heart sound measurement step of measuring at least one cycle of a periodic heart sound signal including at least a first heart sound and a second heart sound by a heart sound meter; 상기 측정된 최소한 1주기 이상의 심음 신호를 정규화시키는 전처리 단계;A preprocessing step of normalizing the measured at least one heart sound signal; 상기 정규화된 심음 신호에서 제1심음, 제2심음, 주요 정점(peak)들을 구하는 정점 추출 단계;A vertex extraction step of obtaining a first heart sound, a second heart sound, and main peaks from the normalized heart sound signal; 상기 정규화된 심음 신호에서 제1심음, 제2심음과 각 정점들의 크기를 비교하여 비정상 여부를 판정하는 제 1 판정단계;A first determination step of comparing an amplitude of each vertex with a first heart sound, a second heart sound in the normalized heart sound signal to determine whether it is abnormal; 상기 정점들을 중심으로 일정 시간 구간에 대하여 상기 심음 신호를 적분하고 각 적분 값의 크기를 심음 신호의 한 주기 전체 적분값과 비교 평가하여 각 정점이 심잡음으로서 의미가 있는지는 판정하는 제 2 판정단계;A second determination step of integrating the heart sound signal for a predetermined time interval around the vertices and evaluating the magnitude of each integral value with the integral of one period of the heart sound signal to determine whether each vertex is meaningful as heart noise; 심음 한 주기 전체에 대한 평균(mean), 사분위수(quartiles)를 비교하거나 왜도(skewness)를 구하여 심음 중에 포함되어 있는 잡음의 양을 평가하는 제 3 판정 단계;를 포함하는 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법.A third decision step of evaluating the amount of noise included in the planting by comparing the mean and quartiles or calculating the skewness for the entire planting cycle; Heart sound classification method by 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 3 판정 단계는 심음 한 주기 전체에 대한 평균(mean), 사분위수(quartiles), 왜도(skewness)를 모두 구하여 심음 중에 포함되어 있는 잡음의 양을 평가하는 것을 특징으로 하는 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법.The third determination step is to calculate all the mean, quartiles, skewness for the entire heart period, and to evaluate the amount of noise included in the planting period. Heart sound classification method by analysis. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 심음 측정 단계는, 입력된 신호를 소정 주파수 대역으로 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법.The heart sound measuring step may include filtering the input signal into a predetermined frequency band, wherein the heart sound classification method using interval integration and statistical analysis. 제1항, 제2항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 and 2, 심음 한주기 신호를 선택함에 있어서, 여러 주기의 신호를 선택하여 평균적인 한 주기 신호를 계산하도록 하는 것을 특징으로 하는 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법.In selecting a heart sound one cycle signal, the heart sound classification method using interval integration and statistical analysis, characterized in that to select the signal of several cycles to calculate the average one cycle signal. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 심음 한주기 신호를 선택함에 있어서, 여러 주기의 신호를 선택하여 평균적인 한 주기 신호를 계산하도록 하는 것을 특징으로 하는 구간 적분과 통계분석에 의한 심음 분류 방법.In selecting a heart sound one cycle signal, the heart sound classification method using interval integration and statistical analysis, characterized in that to select the signal of several cycles to calculate the average one cycle signal.
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