KR20030069586A - Method of ECG Analysis using Polynomial Approximation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 심전도 신호의 분석을 통한 심장질환의 진단에 관한 것으로, 특히 심전도 신호의 P파, T파 및 ST segment를 다항식에 근사하여 근사된 다항식을 이용하여 각각의 형태를 분석하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the diagnosis of heart disease through the analysis of electrocardiogram signals, and more particularly, to a method of analyzing each form using a polynomial approximated by approximating a P-wave, a T-wave, and an ST segment to a polynomial. .
종래 기술에 의하면, 심전도의 분석은 수학적 변환을 통한 주파수 성분 관찰과 QRS 검출에 의한 부정맥 검출, ST segment의 처짐 또는 상승을 관찰하는 것으로, 심전도 형태를 분석하여 질환을 진단하는 것은 의사의 판단에 의존하고 있다. 즉, 종래의 심전도 분석은 P파, T파, QRS의 존재 여부와 ST segment의 레벨의 검출에 제한된 기술이다.According to the prior art, the analysis of electrocardiograms is to observe frequency components through mathematical transformation, to detect arrhythmia by QRS detection, to sag or rise of ST segment, and to diagnose disease by analyzing electrocardiogram type depends on doctor's judgment Doing. That is, the conventional ECG analysis is a technique limited to the detection of the presence of P waves, T waves, QRS and the level of the ST segment.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위하여, 심전도의 각 부분을 다항식에 근사하여 근사된 다항식을 비교함으로써, 현재 의사의 판단에 의존하고 있는 심전도 신호의 형태 분석에 의한 심장질환의 진단을 프로그램을 통해 실행하는 방법을 얻고자 하는 것을 목적으로 한다.The present invention compares the polynomials approximated by approximating each part of the electrocardiogram to the polynomial, in order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention provides a method for diagnosing heart disease by analyzing the shape of an electrocardiogram signal. The goal is to get a way to run a diagnostic through a program.
도 1은 본 발명의 전체 흐름도1 is a complete flow chart of the present invention
도 2는 안정시 심전도와 ST segment의 근사 다항식2 is an approximate polynomial of resting ECG and ST segment
도 3은 운동시 심전도와 ST segment의 근사 다항식3 is an approximate polynomial of ECG and ST segment during exercise
도 4는 운동후 심전도와 ST segment의 근사 다항식4 is an approximate polynomial of ECG and ST segment after exercise
도 5는 왜곡된 다항식 근사의 제거를 위한 오차 누적Fig. 5 shows error accumulation for the removal of the distorted polynomial approximation.
도 6은 근사된 다항식을 이용한 ST segment 비교6 is ST segment comparison using approximated polynomials
도 7은 근사된 다항식을 이용한 ST segment 패턴 분석7 is ST segment pattern analysis using the approximated polynomial
이를 위하여 본 발명의 구성은 심전도의 고주파 성분을 이용한 특징점 검출 및 다항식 근사, 왜곡신호 검출 및 제거, 패턴 분석으로 구분할 수 있으며, 도 1은 ST segment를 다항식에 근사하여 형태를 분석하는 분석과정을 나타내고 있다.To this end, the configuration of the present invention can be divided into feature point detection, polynomial approximation, distortion signal detection and removal, and pattern analysis using a high frequency component of an electrocardiogram. FIG. 1 shows an analysis process of analyzing a shape by approximating an ST segment to a polynomial. have.
심전도(1) 신호의 P파, T파 및 ST segment를 다항식에 근사하는 방법으로써, 심전도(1)신호로부터 QRS, T파 및 ST segment에서 고주파 성분을 이용한 특징점을 검출(2)하고, ST segment를 다항식 근사(3)하여 이로인하여 잡음의 영향이 큰 ST segment 및 왜곡된 다항식을 근사하고 검출(4)하여, 그에 따른 심전도 신호의 형태 분석에 의한 심장질환의 심전도 패턴분석 및 진단(5)하는 방법으로써, 다항식 근사의 구간을 선정함에 있어 기준이 되는 R, S 및 T-wave의 정확한 검출과 다항식으로 근사되는 ST-segment에 잡음이 얼마나 섞여 있는지, 포함된 잡음과 근사된 다항식의 왜곡 정도와의 상관관계를 나타내는 알고리즘으로 구성되어 있다.As a method of approximating the P wave, T wave and ST segment of the ECG signal to the polynomial, a feature point using high frequency components in the QRS, T wave and ST segments is detected from the ECG signal (2), and the ST segment (4) approximating and detecting (4) ST segments and distorted polynomials with high noise effects, and analyzing and diagnosing electrocardiogram patterns of cardiac diseases by morphological analysis of ECG signals. In order to select the interval of the polynomial approximation, the accurate detection of R, S, and T-waves, the amount of noise in the ST-segment approximated by the polynomial, the included noise and the degree of distortion of the approximated polynomial It consists of an algorithm representing the correlation of.
이 심전도의 다항식 근사에 의한 진단방법는 심박수의 변화와 시간에 따른 ST의 형태변화를 알 수 있게 하고, 실제 심전도와의 오차계산을 통해 잡음이 심하게 포함된 잘못된 다항식 근사를 검출해 낼 수 있다.This diagnostic method by polynomial approximation of ECG enables us to know the change of heart rate and ST shape over time, and can detect false polynomial approximation that contains a lot of noise by calculating error with ECG.
도 2부터 도 4에서 (a)는 각각 정상상태(도 2)와 운동시(도 3), 운동후(도 4)의 심전도를 나타낸 것이다. 각각의 그림에서 (a)에 표시된 'o'은 심전도(1)의 고주파 성분을 이용한 특징점(R, S 및 T-wave) 검출(2)을 나타낸 것으로 구성되어 있다.In Figures 2 to 4 (a) shows the electrocardiograms of the steady state (Fig. 2) and exercise (Fig. 3), after the exercise (Fig. 4), respectively. In each figure, 'o' shown in (a) consists of the detection of feature points (R, S and T-wave) using the high frequency components of ECG (1).
도 2부터 도 4의 (b)는 정상상태(도 2)와 운동시(도 3), 운동후(도 4)의 심전도상태에서 검출된 특징점 사이(S-wave와 T-wave 구간)를 다항식에 근사한 것을 표시하고 있으며, 안정상태 ST구간은 다항식으로 근사하기 위한 충분한 데이터로 구성되어 있다. 환자로부터 지속적으로 측정된 심전도(1)는 환자가 수면을 취하고 있거나 운동을 하고있는 상태, 편안히 쉬고있는 상태에 따라서 그 주기가 바뀌게 된다. 즉, 운동을 하거나 긴장을 할 때는 편안히 쉬고있을 때보다 심박수가 증가해 주기가 짧아지고, 수면상태에서는 상대적으로 주기가 길어지게 된다. 이처럼 환자의 상태에 따라서 심전도의 주기가 변하게 되면, 각 상태의 심전도간의 단순한 데이터 비교가 어렵게 된다. 예를 들어 위에 언급된 심전도(1) 신호는 3ms 간격으로 데이터를 읽어 들인 것으로 정상인의 심전도의 한 주기를 0.8초로 보면 약 267개의 데이터가 이를 표현하고 있는 것이다. 그러나 운동을 하거나 긴장, 흥분 상태일 때, 심전도의 한 주기가 0.5초라면 약 167개의 데이터가 이를 표현하게 된다. 따라서 근사된 다항식을 이용할 경우 근사된 각 상태의 심전도의 데이터 간격을 적절히 조정하여 안정상태와 운동상태의 심전도로부터 같은 수의 데이터를 취함으로써, 간단한 계산에 의하여 두 신호의 오차를 계산할 수 있다.2 to 4 (b) are polynomial expressions between the characteristic points (S-wave and T-wave intervals) detected in the electrocardiogram state after the exercise (FIG. 3) and after the exercise (FIG. 3). The approximate to is shown and the steady state ST section consists of sufficient data to approximate the polynomial. The electrocardiogram (1) continuously measured from the patient changes its cycle according to the state in which the patient is sleeping, exercising or resting. In other words, when you exercise or relax, your heart rate increases shorter than when you're at rest, and when you sleep, your period becomes relatively long. As the ECG cycle changes according to the condition of the patient, it is difficult to compare simple data between the ECGs in each state. For example, the above-mentioned electrocardiogram (1) signal reads data at intervals of 3ms. If one cycle of a normal person's electrocardiogram is 0.8 seconds, about 267 data are represented. But when you're exercising, tense, or excited, about one-half of an ECG is about half a second, and about 167 data represent it. Therefore, in the case of using the approximated polynomial, the data intervals of the ECGs of the approximated states are appropriately adjusted to take the same number of data from the electrocardiograms of the steady state and the exercise state, so that the error of the two signals can be calculated by simple calculation.
두 신호의 오차를 계산하여 패턴 분석을 하기에 앞서 ST segment에 잡음이 얼마나 포함되어 있으며, 포함된 잡음이 다항식 근사 과정에 어느 정도의 영향을 주었는가를 결정한다. 즉, 잡음이 많이 포함된 ST segment나 ST segment의 특징을 다항식에 적절하게 근사시키지 못한 경우 패턴분석을 하더라도 그 결과 값에 대한 정확도가 떨어지기 때문에 이러한 것을 검출해서 제외시키는 것으로 한다.Before calculating the error by calculating the error of the two signals, we determine how much noise is included in the ST segment and how much influence the included noise has on the polynomial approximation process. In other words, if the characteristics of the ST segment or ST segment that contain a lot of noise are not properly approximated to the polynomial, the accuracy of the result is inferior even though the pattern analysis is performed.
도 5는 다항식 근사 왜곡이 심한 ST segment와 이를 패턴 분석에서 제외시키기 위한 오차 수준을 나타낸 것으로, 상단의 그림은 본래의 ST segment 데이터와 근사된 다항식의 오차를 각 beat별로 누적하여 나타낸 것이다. 그림 상단의 A와 B부분이 패턴분석에서 제외되는 부분이며, 해당 부분의 실제 심전도는 하단의 A와 B 부분처럼 나타나 있다. 이렇게 오차를 계산할 경우 잡음이 심한 ST-segment와 왜곡된 다항식을 모두 검출해서 제거할 수 있다.FIG. 5 shows an ST segment with high polynomial approximation distortion and an error level for excluding it from pattern analysis. The upper figure shows the original ST segment data and the error of the polynomial approximated by each beat. A and B parts at the top of the figure are excluded from the pattern analysis, and the actual ECG of the part is shown like the A and B parts at the bottom. This error calculation can detect and remove both a noisy ST-segment and a distorted polynomial.
도 6은 안정상태의 , 운동시, 운동후를 비교한 것으로 도 6(a)는 다항식에 의해 근사화된 후 다섯 개의 데이터를 비교함으로써 운동시의 ST segment가 안정상태의것보다 전체적으로 하강했음을 보여준다. 도 6(b)는 ST segment 형태의 유사성을 나타내는 것으로 ST segment의 중심점을 일치시킨 상태에서 25개의 데이터를 갖고 형태를 비교하였으며, 오차를 누적했을 경우 운동후가 운동시보다 크게 나왔다. 이는 운동 후에 ST segment의 변형이 더 많이 일어났다는 것을 나타낸다.FIG. 6 is a comparison of the steady state, exercise, and post-exercise. FIG. 6 (a) shows that the ST segment during exercise is lowered overall than the stable state by comparing five data after approximation by a polynomial. FIG. 6 (b) shows the similarity of the ST segment shapes. The shapes were compared with 25 data in the state where the center points of the ST segments were matched. This indicates that more deformation of the ST segment occurred after the movement.
도 7는 각각 AA' 패턴과 BB' 패턴을 기준 ST segment로 하여 일정기간(120 beat)의 심전도에서 ST segment를 추출하여 오차를 계산한 것으로, 사용된 심전도는 시간이 흐름에 따라 AA' 패턴과의 오차가 커지고 BB' 패턴과의 오차가 작아짐에 따라 AA' 패턴에서 BB' 패턴으로 변화하는 것을 알 수 있다. AA' 패턴은 정상적인 심전도에서 일반적으로 나타나는 J형 ST-segment이고 BB' 패턴은 스트레인형 ST-segment로 심근허혈에서 나타나는 전형적인 형태이다. 따라서 분석에 사용된 심전도는 시간이 지남에 따라 심근허혈의 증상을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하고 있다.7 is an error calculated by extracting an ST segment from an electrocardiogram of a predetermined period (120 beats) using the AA 'pattern and the BB' pattern as a reference ST segment, respectively. It can be seen that as the error of and the error with the BB 'pattern becomes smaller, the AA' pattern changes to the BB 'pattern. The AA 'pattern is a J-type ST-segment that is commonly found on normal ECG, and the BB' pattern is a strain-shaped ST-segment that is typical of myocardial ischemia. Therefore, the electrocardiogram used in the analysis is characterized by being able to detect the symptoms of myocardial ischemia over time.
이상과 같이 본 발명에 의하면 심전도 신호의 각 부분을 다항식에 근사하여 근사된 다항식을 이용하여 분석하는 방법으로, 이를 통하여 심장질환에 따른 심전도의 형태적 변화를 관찰하고 진단하는 것을 가능하게 한다. 또한 의사의 심전도 판독에 대한 작업 부담을 줄이는 효과를 가져온다.As described above, according to the present invention, a method of analyzing each part of the ECG signal by using the polynomial approximated to the polynomial, thereby observing and diagnosing the morphological change of the ECG according to the heart disease. It also has the effect of reducing the burden on the doctor's ECG reading.
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