KR20060079444A - Separating apparatus and method of fetal ecg from maternal abdomen ecg - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산모 복부 심전도로부터 태아 심전도 분리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 산모 복부로 부터 단일채널로 검출된 산모 심전도로부터 태아 심전도 분리하는 장치 및 방법에 관한것이다.The present invention relates to an apparatus and method for separating fetal ECG from a maternal abdominal electrocardiogram, and more particularly to an apparatus and method for separating fetal ECG from a maternal ECG detected in a single channel from the maternal abdomen.
본 발명의 단일채널 산모복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리 방법은 산모복부에서 단일채널로 산모 복부 심전도를 검출하여 A/D변환기를 통해 복부심전도 데이터 입력을 시작하는 데이터입력 단계; 분리벡터가 존재하는가를 판단하는 분리벡터 존재여부 판단단계; 만약 분리벡터가 존재하지 않는다면, 소정시간동안 A/D변환기로 부터 수신된 신호로 부터 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD) 함수를 적용하여 시-주파수 도메인 상의 다차원 신호로 재구성한 후, 독립요소해석(ICA)을 적용하여 분리벡터설정하는 분리벡터 설정단계; 만약 분리벡터가 존재한다면, 소정시간동안 A/D변환기로 부터 수신된 신호로 부터 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD) 함수를 적용하여 시-주파수 도메인 상의 다차원 신호로 재구성하는 다차원신호 재구성단계; 상기 다차원신호 재구성단계에서 재구성된 다차원 신호에, 상기 분리벡터를 곱하여, 태아 심전도의 비트(R점, 심박)을 검출하는 비트검출단계; 태아 심박 변화율을 계산하며, 태아심전도 템플릿을 구성하는 태아심전도 템플릿 구성단계; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.A fetal ECG separation method from a single channel maternal abdominal electrocardiogram according to the present invention includes a data input step of detecting maternal abdominal electrocardiogram from a maternal abdomen as a single channel and starting abdominal electrocardiogram data input through an A / D converter; A determination step of determining whether a separation vector exists; If the separation vector does not exist, the independent vector is reconstructed into a multi-dimensional signal in the time-frequency domain by applying the smooth pseudo Wigner-Ville distribution (SPWVD) function from the signal received from the A / D converter for a predetermined time. A separation vector setting step of applying a component analysis (ICA) to set a separation vector; If the separation vector exists, the multi-dimensional signal reconstruction step of reconstructing the multi-dimensional signal in the time-frequency domain by applying the smooth pseudo Wigner-Ville distribution (SPWVD) function from the signal received from the A / D converter for a predetermined time ; A bit detection step of detecting a bit (R point, heart rate) of the fetal ECG by multiplying the separation vector by the multidimensional signal reconstructed in the multidimensional signal reconstruction step; Calculating a fetal heart rate rate and configuring the fetal ECG template; Characterized in having a.
단일채널 복부 심전도, 태아 심전도 분리, 독립요소해석, 분리벡터, 태아 건강 모니터링 Single Channel Abdominal Electrocardiogram, Fetal ECG Isolation, Independent Factor Analysis, Isolation Vector, Fetal Health Monitoring
Description
도 1은 산모 복부에서 기록된 신호의 일예이다. 1 is an example of a signal recorded in the mother's abdomen.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 단일채널 복부 심전도로부터 태아 심전도 분리 장치의 구성을 설명하기위한 블록도이다.Figure 2 is a block diagram illustrating the configuration of fetal ECG separation apparatus from a single channel abdominal electrocardiogram according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 제1 시-주파수 도메인 변환부의 일예를 설명하기위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an example of a first time-frequency domain converter of FIG. 2.
도 4는 단일채널 신호로부터 다차원 신호와 독립요소해석 적용을 설명하는 연결도이다.4 is a connection diagram illustrating an application of multidimensional signals and independent element analysis from a single channel signal.
도 5는 도 2의 암묵신호 분리부를 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart for describing the blind signal separation unit of FIG. 2.
도 6은 도 2의 태아 심박 추출부를 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating the fetal heartbeat extraction unit of FIG. 2.
도 7은 도 2의 태아심전도 콤플렉스 연산부를 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating the fetal ECG complex calculation unit of FIG. 2.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 산모 복부 심전도로부터 태아 심전도 분리방법을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.8 is a flowchart schematically illustrating a method of separating fetal ECG from a maternal abdominal electrocardiogram according to an embodiment of the present invention.
도 9a는 도 2의 단일채널 복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리 장치의 이용시의 산모 복부심전도와 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD)함수 적용결과의 일예이다.FIG. 9A is an example of maternal abdominal electrocardiogram and smooth pseudo-Wigner-Ville distribution (SPWVD) function application results when using a fetal ECG separation device from the single channel abdominal electrocardiogram of FIG. 2.
도 9b는 도 9a의 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD)함수 적용결과에 독립요소해석(ICA)을 적용하여 구해진 추정신호원의 일예이다.FIG. 9B is an example of an estimated signal source obtained by applying an independent element analysis (ICA) to the result of applying the smooth pseudo-Wigner-Ville distribution (SPWVD) function of FIG. 9A.
도 10a는 도 2의 단일채널 복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리 장치의 이용시의 산모 복부심전도와 분리벡터를 통한 태아심전도 비트 검출결과의 일예이다.FIG. 10A illustrates an example of maternal abdominal electrocardiogram and fetal ECG bit detection results using a separation vector when using the fetal ECG separation apparatus from the single-channel abdominal electrocardiogram of FIG. 2.
도 10b는 도 10a에서 산모의 심전도와 태아의 심전도가 중첩되는 경우의 일예이다.FIG. 10B illustrates an example in which an ECG of a mother and an ECG of a fetus overlap with each other in FIG. 10A.
도 11a는 도 2의 단일채널 복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리 장치의 이용시의 검출된 태아 심전도 비트로 부터 계산된 태아 심박율 변화율의 일예이다.11A is an example of fetal heart rate change rate calculated from detected fetal ECG bits when using fetal ECG separation device from the single channel abdominal electrocardiogram of FIG. 2.
도 11b는 도 11a로 부터 얻어진 대표 템플릿의 일예이다.FIG. 11B is an example of a representative template obtained from FIG. 11A.
본 발명은 산모 복부 심전도로부터 태아 심전도 분리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 산모 복부로 부터 단일채널로 검출된 산모 심전도로부터 태아 심전도 분리하는 장치 및 방법에 관한것이다.The present invention relates to an apparatus and method for separating fetal ECG from a maternal abdominal electrocardiogram, and more particularly to an apparatus and method for separating fetal ECG from a maternal ECG detected in a single channel from the maternal abdomen.
일반적으로 임신성 고혈압, 임신성 당뇨병, 저체중아와 관련되는 산모에게는 태아상태의 감시가 필수적이며, 정상 산모도 산전 및 진통에 이르기까지 지속적으로 태아의 상태를 검사하는 것이 필요하다.In general, the monitoring of the fetal condition is essential for mothers associated with gestational hypertension, gestational diabetes mellitus, and low birth weight infants, and it is necessary to continuously examine the condition of the fetus from prenatal to analgesia.
이렇게 태아의 상태를 검사하기위해 반드시 필요한 것이 태아 심전도이다. 태아 심전도는 태아의 건강 상태를 나타내는 중요한 정보를 포함하고 있으며, 이는 중요한 진단 도구가 된다. In order to examine the condition of the fetus is a fetal ECG. The fetal ECG contains important information indicating the health of the fetus, which is an important diagnostic tool.
태아 심전도를 획득하는 한 가지 방법은 산모의 복부에 심전도 획득 시스템을 통하여 기록하는 것이다.One method of acquiring a fetal ECG is through an ECG acquisition system in the mother's abdomen.
도 1은 산모 복부에서 기록된 신호의 일예이다. 일반적으로 산모 복부에서 기록된 신호는 산모의 심전도와 랜덤 잡음 등으로 인해 복잡한 형태를 갖게 된다. 주기적으로 나타나는 주된 피크는 산모의 심장활동에 의한 산모 심전도이며, 상대적으로 작고 보다 빠른 주기를 갖는 피크가 태아의 심장 활동에 의한 것이다. 성인의 경우와 마찬가지로, 태아 심전도의 콤플렉스 모양과 심박변화율(HRV: Heart Rate Variability)은 태아 심전도로부터 구할 수 있는 중요한 건강 지표가 된다.1 is an example of a signal recorded in the mother's abdomen. In general, the signal recorded in the mother's abdomen is complicated by the mother's ECG and random noise. The main peak that appears periodically is maternal electrocardiogram due to maternal cardiac activity, and peaks with relatively smaller and faster periods are due to fetal cardiac activity. As in adults, the fetal ECG complex shape and heart rate variability (HRV) are important health indicators available from fetal ECG.
최근 태아 심전도를 검출하기 위한 다양한 연구들이 이루어지고 있으며, 이런 대부분의 연구들은 다채널 신호가 획득된 경우에 대한 것이다. Recently, various studies for detecting fetal ECG have been conducted, and most of these studies have been conducted when a multi-channel signal is acquired.
다채널에 기록된 심전도 신호를 분리하는 연구중, 가장 직접적인 방법으로, 산모 복부에서 계측된 혼합 신호로부터 산모의 흉부에서 획득한 심전도 신호를 빼는 방법이 있으며, 이는 특이값 분해(SVD: Singular Value Decomposition), 적응필터, 웨이브렛 변환기법 등 다양한 신호처리 기법을 응용하여 연구되어지고 있다. 이러한 경우에는 산모 복부 심전도 신호를 측정하기위한 전극이외에, 별도로 산모흉부의 심전도를 측정하기위한 전극을 장착하여야 한다는 불편함이 있다.In the study of separating ECG signals recorded in multiple channels, the most direct method is to subtract ECG signals obtained from the mother's chest from mixed signals measured in the mother's abdomen, which is called singular value decomposition (SVD). ), Adaptive filter, wavelet transform method, etc., have been studied by applying various signal processing techniques. In this case, in addition to the electrode for measuring the maternal abdominal electrocardiogram signal, there is an inconvenience that the electrode for measuring the ECG of the maternal chest should be separately installed.
반면에, 단일채널에 기록된 심전도 신호를 분리하는 연구는 상대적으로 적은 수가 발표되었다. 그 한 예로 칸지라르(Kanjilal) 등은 단일채널 신호로부터 산모와 태아의 심박을 먼저 검출한 후 신호를 산모와 태아의 구간으로 구획하고, 이 구 간들을 행렬화하여 특이값 분해(SVD)를 적용함으로써 심전도 콤플렉스를 구하는 방법을 제안하였다.On the other hand, relatively few studies have been published to isolate ECG signals recorded on a single channel. For example, Kanjilal et al. First detect the maternal and fetal heartbeats from a single-channel signal, then divide the signal into maternal and fetal intervals, and matrix them to apply singular value decomposition (SVD). By suggesting a method for obtaining an ECG complex.
특히 최근에는 임신성 고혈압, 임신성 당뇨병, 저체중아와 관련되는 산모 뿐만 아니라 정상산모에게서도 태아의 상태를 24시간 확인하고자 하는 요구가 증가 되고 있으며, 이에 따라 산모의 실생활에 불편함을 주지않고 실시간으로 장시간 태아를 감시할 수 있으며, 산모의 흉부 심전도를 측정하지 않고 복부 심전도 데이터만을 획득하여 태아 심전도를 측정하는 태아감시장치의 개발이 요망된다.In particular, there is an increasing demand to check the condition of the fetus 24 hours in normal mothers as well as mothers associated with gestational hypertension, gestational diabetes mellitus, and low birth weight infants. It is desirable to develop a fetal monitoring device that can monitor the fetal ECG by acquiring abdominal ECG data without measuring the mother's chest ECG.
산모의 흉부 심전도를 측정하지 않고, 단일채널 또는 2채널의 산모 복부 심전도 데이터만을 획득하여 태아 심전도를 측정하는 방법은 기존에 연구된 대부분의 기법을 실제 활용하기 어렵다. Without measuring maternal chest electrocardiogram, it is difficult to use most of the existing techniques to measure fetal electrocardiogram by acquiring single channel or double channel maternal abdominal electrocardiogram data.
따라서 본 발명에서는 산모 복부에서 획득한 단일채널신호를 대상으로 하여 태아의 심박을 검출하고, 검출된 심박 정보를 통하여 태아의 대표 콤플렉스 형태를 획득하는 태아 심전도 분리 방법을 제공한다. 특히 본 발명은 산모의 복부에서 계측되는 단일 채널의 심전도에서 태아심전도를 분리함으로써 태아 심박 변화율(FHRV)과 비트의 형태(morphology)를 계산할 수 있고, 이로부터 태아의 건강상태 정보를 제공할 수 있다.Accordingly, the present invention provides a fetal ECG separation method for detecting a fetal heartbeat by using a single channel signal obtained from a mother's abdomen and obtaining a representative complex form of the fetus through the detected heartbeat information. In particular, the present invention can calculate the fetal heart rate rate (FHRV) and the morphology of the beat by separating the fetal ECG from a single channel ECG measured in the mother's abdomen, from which it is possible to provide fetal health information .
또한 본 발명은 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD)를 적용하여 시-주파수 상에서 다차원의 신호로 재구성한후 독립요소해석기법을 적용하여 분리벡터를 구하는 산모 복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리 장치 및 방법을 제공한다.In addition, the present invention is a fetal ECG separation apparatus from maternal abdominal electrocardiogram for applying a smooth pseudo Wigner-Ville distribution (SPWVD) to reconstruct the multi-dimensional signal on the time-frequency and then to obtain a separation vector by applying an independent element analysis technique and Provide a method.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 산모 복부에서 획득한 단일채널신호를 대상으로 하여 태아의 심박을 검출하는 태아 심전도 분리 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a fetal ECG separation apparatus and method for detecting a fetal heartbeat with a single channel signal obtained from the mother's abdomen.
본 발명이 이루고자하는 또 다른 기술적 과제는 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD) 함수를 적용하여 시-주파수 상에서 다차원의 신호로 재구성한후 독립요소해석기법을 적용하여 분리벡터를 구하는 산모 복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem of the present invention is to reconstruct a multidimensional signal over time-frequency by applying the smooth pseudo Wigner-Ville distribution (SPWVD) function, and then apply an independent element analysis technique to obtain a separation vector. An apparatus and method for separating fetal ECG from
이하 본 발명의 일 실시예에 의한 단일채널 복부 심전도로부터 태아 심전도 분리 장치 및 방법에 대한 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a configuration and an operation of an apparatus and a method for separating fetal ECG from a single channel abdominal electrocardiogram according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 단일채널 복부 심전도로부터 태아 심전도 분리 장치의 구성을 설명하기위한 블록도로서, 전극부(100), 신호전처리부(200), A/D변환부(300), 태아심전도 분리모듈부(400), 표시부(500)로 구성된다. 태아심전도 분리모듈부(400)는 분리벡터 추출부(1000), 제1저장부(1900), 태아심박 추출부(2000), 제2저장부(2900), 태아심전도 콤플렉스 연산부(3000)로 이루어진다.2 is a block diagram illustrating the configuration of a fetal ECG separation apparatus from a single channel abdominal electrocardiogram according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the
전극부(100)는 산모의 복부로 부터 생체신호를 검출한다. 전극부(100)는 두개의 전극을 구비할 수 있다. The
신호전처리부(200)는 증폭부와 필터부를 구비하며, 전극부(100)로 부터 검출 된 생체신호를 증폭하고, 잡음을 제거한다.The
A/D변환기(300)는 신호검출부(200)의 출력신호를 디지탈신호로 변환한다. A/D변환기(300)는 샘플링 레이트가 500Hz이며 분해능이 12비트인 A/D변환기를 사용할 수 있다.The A /
태아심전도 분리모듈부(400)는 A/D변환기(300)로 부터 수신된 초기의 소정시간 동안의 신호로 부터 산모심전도와 태아심전도를 분리하고 그로부터 태아의 심박을 추출한다. 태아심전도 분리모듈부(400)는 분리벡터 추출부(1000), 제1저장부(1900), 태아심박 추출부(2000), 제2저장부(2900), 태아심전도 콤플렉스 연산부(3000)로 이루어진다. 태아심전도 분리모듈부(400)는 마이크로 프로세서로 구성할 수 있다.The fetal
분리벡터 추출부(1000)는 A/D변환기(300)로 부터 수신된 신호중 초기의 소정시간 동안의 신호에서 분리벡터(demixing vector)를 구한다. 분리벡터 추출부(1000)는 제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)와 암묵신호 분리부(1200)으로 이루어진다.The
제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)는 A/D변환기(300)로 부터 수신된 신호를 시-주파수 도메인 상에서 다차원의 신호로 재구성한다. 즉, 제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)는 단일채널 신호를 시-주파수 상에서 다차원의 신호로 재구성한다.The first time-
암묵신호 분리부(1200)는 제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)에서 시-주파수 도메인 상에서 다차원의 신호로 재구성된 신호에서 암묵신호분리 방법을 통해 태아 심전도에 상응하는 신호를 추출할 수 있는 분리벡터를 구한다. The
제1저장부(1900)는 암묵신호 분리부(1200)에서 구해진 상기 분리벡터를 저장한다.The
태아심박 추출부(2000)는 제1저장부(1900)에 저장된 분리벡터, 즉 분리벡터 추출부(1000)로부터 구해진 분리벡터를 이용하여 A/D변환기(300)로 부터 수신된 신호로 부터 태아 심박의 위치를 찾아낸다. 즉 태아심박 추출부(2000)는 A/D변환기(300)로 부터 수신된 신호를 시-주파수 상의 다차원 신호 구성 후, 분리 벡터를 곱함으로써, 태아 심박의 위치를 검출한다. 또한 본원발명은 상기 검출된 심박의 위치 정보로부터 템플릿 기법을 통하여 태아 심전도 콤플렉스를 구할 수 있다. 태아심박 추출부(2000)는 제2 시-주파수 도메인 변환부(2100)과 태아심박 검출부(2200)를 구비한다.The fetal
제2 시-주파수 도메인 변환부(1100)는 A/D변환기(300)로 부터 수신된 신호를 시-주파수 도메인 상에서 다차원의 신호로 재구성한다. 즉, 제2 시-주파수 도메인 변환부(1100)는 단일채널 신호를 시-주파수 도메인 상에서 다차원의 신호로 재구성한다. 이때 A/D변환기(300)로부터 제2 시-주파수 도메인 변환부(1100)으로 입력된 신호는 동시에 제2저장부(2900)에도 저장된다. The second time-
태아심박 검출부(2200)는 제1저장부에 저장된 분리 벡터를 읽어들이고, 제2 시-주파수 도메인 변환부(1100)로 부터 시-주파수 도메인 상의 다차원 신호로 재구성된 신호에 상기 분리 벡터를 곱하여 태아 심박의 위치를 검출한다.The fetal
제2저장부(2900)는 A/D변환기(300)로부터 제2 시-주파수 도메인 변환부(1100)으로 입력된 신호를 동시에 저장한다. 즉 제2저장부(2900)에는 원신호 가 저장되어지고, 제2 시-주파수 도메인 변환부(1100)는 제2저장부(2900)에 저장된 신호를 시-주파수 상에서 다차원의 신호로 재구성하는 것과 같다.The
태아심전도 콤플렉스 연산부(3000)는 제2저장부(2900)로부터의 원신호(산모 복부 심전도)와 태아심박 검출부(2200)로 부터의 태아 심박의 위치정보를 이용하여 템플릿 기법을 통하여 태아 심전도 콤플렉스를 구한다.The fetal
표시부(500)는 태아심전도 분리모듈부(400)로 부터의 출력신호 즉, 태아 심전도 콤플렉스, 태아 건강정보, 태아심박 변화율등을 디스플레이 한다.The
도 3은 도 2의 제1 시-주파수 도메인 변환부의 일예를 설명하기위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an example of a first time-frequency domain converter of FIG. 2.
제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)는 초기 소정시간동안 A/D변환기(300)로 부터 신호를 수신한다(S100). 도 3의 경우에 있어서는 제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)는 초기 소정시간동안 A/D변환기(300)로 부터 512 포인트의 신호를 수신한다.The first time-
상기 소정시간동안 A/D변환기(300)로 부터 수신된 신호로 부터 스므드 슈도 위그너-빌 분포(Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution)(이하 SPWVD 라 한다)함수를 적용하여 시-주파수 도메인 상의 다차원 신호로 재구성한다(S200). 본 발명에 있어서 주파수 구간은 256으로 설정하였으며, 따라서 도 3에 있어서, 시-주파수 도메인 상의 256×512의 다차원 가상신호(virtual sensor)를 획득할 수 있다. Multi-dimensional in the time-frequency domain by applying the Smooth Pseudo Wigner-Ville Distribution (hereinafter referred to as SPWVD) function from the signal received from the A /
시-주파수 도메인 상에 재구성된 상기 다차원 신호들로 부터 256개의 주파수에 대한 512 포인트의 시간 축 신호를 추출한다(S300).A time axis signal of 512 points for 256 frequencies is extracted from the multi-dimensional signals reconstructed on the time-frequency domain (S300).
본원 발명은 제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)를 통해 A/D변환기(300)로 부터 수신된 단일채널 신호를 시-주파수 상에서 다차원의 신호로 재구성하는데, 이는 태아 심박을 추출하기위해 독립요소해석 기법을 적용하는데 필요하기 때문이다.The present invention reconstructs a single channel signal received from the A /
일반적으로 단일 채널 신호에 독립요소해석 기법을 적용하기 위해서는 이를 다채널의 신호로 만들 필요가 있는데, 다채널을 구성하는 방법으로는 시간 도메인 상에서 구성하는 방법과 시-주파수 도메인 상에서 구성하는 방법이 있다. 시간 도메인 상의 구성방법으로는 원신호에 어떤 변환을 적용하여 원신호에 혼합된 신호원의 정보는 보전하면서 원신호와 통계적으로 독립적인 새로운 신호를 만들어 내는 방법과 원신호에 혼합된 신호원과 유사한 정보를 갖는 모의 신호를 만들어 더해 줌으로써 새로운 신호를 생성하는 방법 등이 있다. 그러나 적절한 새로운 신호를 생성해내는 변환이나 모의 신호에 대한 연구가 거의 전무하며, 다수의 채널을 만들기 위해서는 그 수만큼의 변환이나 모의 신호를 만들어 내야하는 한계가 있다. 이에 반하여 시-주파수 도메인 상에서는 의미 있는 주파수 대역의 신호를 원하는 수만큼 선택할 수 있는 장점이 있다. In general, in order to apply the independent element analysis technique to a single channel signal, it is necessary to make it into a multi-channel signal. There are two methods for configuring a multi-channel, which is configured in the time domain and in the time-frequency domain. . The construction method in the time domain is to apply a transform to the original signal to create a new signal that is statistically independent of the original signal while preserving the information of the mixed signal of the original signal. There is a method of generating a new signal by creating and adding a simulation signal having information. However, there is almost no research on transforms or simulation signals that generate appropriate new signals, and there is a limit to generating as many transforms or simulation signals in order to create a plurality of channels. On the other hand, in the time-frequency domain, there is an advantage that a desired number of signals of a frequency band can be selected.
본 발명에서는 단일채널 신호를 시-주파수 도메인 상의 다채널 신호로 투영하기 위하여 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD)를 사용한다.In the present invention, a smooth pseudo Wigner-Ville distribution (SPWVD) is used to project a single channel signal to a multichannel signal in the time-frequency domain.
다음은 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD)함수에 대하여 설명한다.The following describes the smooth pseudo-Wigner-Ville distribution (SPWVD) function.
위너-힌친(Wiener-Khinchin) 정의에 의하면 파워스펙트럼은 상관함수(correlation function)의 퓨리에 변환으로 수학식 1과 같다.According to the Wiener-Khinchin definition, the power spectrum is the Fourier transform of the correlation function (Equation 1).
여기서 상관함수 R(τ)는 x(t)x*(t-τ)의 평균값으로 수학식 2와 같이 정의되며 전체 시간에 대한 적분값으로 시간에 대한 정보를 알 수가 없다. 주파수 성분의 시간에 대한 변화를 알아보기 위해서는 수학식 2의 R(τ) 항에 시간 변수 t를 첨가하여 R(t,τ)로 치환하면 특정 시간대에 대한 신호의 주파수 성분을 얻을 수 있으며 이는 수학식 3의 위그너 빌 분포(Wigner-Ville Distribution)(이하 WVD라 한다)로 정의된다.The correlation function R (τ) is defined as Equation 2 as an average value of x (t) x * (t-τ), and information on time cannot be known as an integral value for the entire time. To find the change in frequency of the frequency component, add the time variable t to the R (τ) term in Equation 2 and replace it with R (t, τ) to obtain the frequency component of the signal for a specific time zone. It is defined as Wigner-Ville Distribution (hereinafter referred to as WVD) in Equation 3.
STFT(Short Time Fourier Transform)가 윈도우 함수의 길이에 의해 시간-주파수 분해능이 결정되는 데에 반해 WVD는 윈도우 함수를 사용하지 않으므로 윈도우 길이에 대한 영향을 받지 않으며 더 높은 해상도를 제공한다. 그러나 WVD는 두 개 이상의 서로 다른 주파수 성분을 갖는 신호가 있을 때에 교차 간섭현상이 발생한다. 이를 제거하기 위하여 시간과 주파수 축으로 이차 저역통과 필터 φ(τ,t)를 WVD에 적용하게 되는데, 이 저역통과 필터를 커널(kernel)이라 하며, 본 발명에서는 수학식 4와 같은 커널을 사용하여 SPWVD를 구현한다.Whereas Short Time Fourier Transform (STFT) determines the time-frequency resolution by the length of the window function, WVD does not use the window function, so it is not affected by window length and provides higher resolution. However, in WVD, cross interference occurs when there are signals with two or more different frequency components. In order to remove this, a second low pass filter φ (τ, t) is applied to the WVD on the time and frequency axis. The low pass filter is called a kernel, and the present invention uses a kernel such as Equation 4. Implement SPWVD.
이때 h(·)는 주파수 축의 간섭현상을 제거하는 윈도우 함수이고, G(·)는 시간축의 간섭현상을 제거하는 윈도우 함수이다. SPWVD는 시간과 주파수 축에 각각 독립적인 윈도우를 취하여 간섭현상을 제거하는 것으로 윈도우 길이나 종류의 선택에 따라 신호에 특성에 맞는 필터링의 구현이 가능하며 계산속도도 빠른 장점을 가지고 있다. In this case, h (·) is a window function for removing interference on the frequency axis, and G (·) is a window function for removing interference on the time axis. SPWVD eliminates interference by taking independent windows on the time and frequency axes, and it is possible to implement filtering to match the characteristics of the signal according to the choice of window length or type, and to achieve fast calculation speed.
본 발명에서는 구현 속도의 향상을 위해, x를 512 포인트씩 나누어 시-주파수 도메인으로 투영하였으며, 시간 구간과 주파수 구간은 256으로 설정하였다. 그 결과 시간 도메인 상의 단일채널 512 포인트 신호로부터 시-주파수 도메인 상의 256×256의 다차원 가상신호(virtual sensor)를 획득할 수 있다. 이 때 획득된 가상신호를 독립요소해석(ICA)의 입력으로 사용하며, 차원을 16차까지 낮춘 후 16개의 추정 신호원을 출력하도록 설정할 수 있다.In the present invention, in order to improve the implementation speed, x is divided by 512 points in the time-frequency domain, and the time interval and the frequency interval are set to 256. As a result, a 256 × 256 multidimensional virtual sensor in the time-frequency domain can be obtained from a
도 4는 단일채널 신호로부터 다차원 신호와 독립요소해석 적용을 설명하는 연결도이다. 즉, 전극부(100)로 부터 검출된 단일채널 신호를 제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)를 통해 다차원 신호를 생성하고 이렇게 생성된 다차원 신호를 독 립요소해석 적용한다. 4 is a connection diagram illustrating an application of multidimensional signals and independent element analysis from a single channel signal. That is, the multi-channel signal is generated from the single channel signal detected by the
독립요소해석(ICA)에서 신호 성분들을 독립적으로 만들기 위해서 사용되는 방법으로 엔트로피 최대법(entropy maximization), 상호 정보 최소법(mutual information minimization), 최대 우도(maximum likelihood)법. 쿨벡-라이블러 발산(Kullback-Liebler divergence) 최소법 등이 있으나, 본 발명에서는 매우 간단하고, 연산속도가 빠르며, 효과적으로 독립성분을 분석하는 방법 중 가장 보편적으로 사용되고 있는 첨도(kurtosis)의 최대, 최소법을 기반으로 하는 고속고정점(fast fixed-point) 알고리즘을 사용한다.Entropy maximization, mutual information minimization, and maximum likelihood methods are used to make signal components independently in ICA. Although the Kullback-Liebler divergence minimization method is used, the maximum and minimum kurtosis is widely used in the present invention, which is very simple, fast, and effective in analyzing independent components. We use a law-based fast fixed-point algorithm.
도 5는 도 2의 암묵신호 분리부를 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart for describing the blind signal separation unit of FIG. 2.
제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)로 부터 시-주파수 상의 다차원 신호로 재구성된 신호인 가상 센서 신호를 수신한다(S400). 즉, 도 3에서와 같이 제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)가 초기 소정시간동안 A/D변환기(300)로 부터 512 포인트의 신호를 수신할경우, 본 발명에 있어서 주파수 구간은 256으로 설정하였으므로, 제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)는 시-주파수 도메인 상의 256×512의 다차원 가상센서신호(virtual sensor)(X)를 획득하며, 이 획득된 다차원 가상신호를 암묵신호분리부(1200)가 수신한다. The first time-
추정 신호원의 개수를 설정한다(S550). 즉 가상 센서 신호에 몇 개의 신호가 섞여 있는 것으로 해석할지를 결정한다. 이때 차원을 16차까지 낮춘 후 16개의 추정 신호원을 출력하도록 설정할 수 있다.The number of estimated signal sources is set (S550). That is, it determines how many signals are mixed in the virtual sensor signal. In this case, the dimension may be reduced to 16 orders and then 16 estimated signal sources may be output.
추정 신호원()을 결정한다(S600). 즉, 독립요소해석 기법을 통해 서로 독립적인 신호원을 추정한다.Estimated signal source Determine (S600). In other words, independent signal sources are estimated through independent element analysis.
분리 행렬(W)을 결정한다(S700). 즉, 가상 센서 신호로부터 추정 신호원을 분리해 내는 벡터 로 부터 구한다.The separation matrix W is determined (S700). That is, a vector that separates the estimated signal source from the virtual sensor signal. Obtain from.
타겟 신호원을 선택한다(S800). 16개의 추정 신호원 중 태아 심전도의 정보를 가장 잘 대변하는 추정 신호원 선택한다.A target signal source is selected (S800). Of the 16 estimated signal sources, an estimated signal source that best represents the fetal ECG information is selected.
분리 벡터(D)를 결정한다(S900). 분리 행렬 중 타겟 신호원을 계산해 내는 행을 선택하여 분리벡터로 결정한다().The separation vector D is determined (S900). From the separation matrix, select the row from which the target signal source is calculated to determine the separation vector ( ).
다음에 암묵신호 분리에 대해 보다 상세히 설명한다.Next, the blind signal separation will be described in more detail.
암묵신호분리는 신호원들이 선형적으로 혼합된 경우, 혼합된 계측 신호로부터 신호원들을 복원하는 기법으로, 소스와 혼합 구조에 대한 정보가 알려지지 않은 경우, 단지 각 신호 원간의 상호 독립성(mutual independence)을 가정함으로써 문제를 해석한다.Blind signal separation is a technique for recovering signal sources from a mixed measurement signal when the signal sources are linearly mixed. If information about the source and the mixed structure is unknown, only mutual independence between the signal sources is obtained. Solve the problem by assuming
m개의 독립적인 신호원을 s, 선형적으로 혼합된 n개의 신호를 x라고 가정하면, 다음과 같이 표현 할 수 있다.Assuming that m independent signal sources are s and n linearly mixed signals are x, it can be expressed as follows.
단, A는 미지의 혼합행렬이고, 일반적으로 센서의 수가 신호원의 수보다 같거나 많아야 하므로, m≥n으로 가정한다. 암묵신호 분리의 목표는, 계측된 센서 x만을 알고 있을 때, 신호 원 s와 혼합행렬 A를 추정하는 것으로써, 소스 분리를 위해서 출력 신호 벡터 x의 요소들이 서로 통계적으로 독립적이 되도록 하는 분리 행렬 W를 찾는다.However, A is an unknown mixed matrix, and in general, it is assumed that m≥n since the number of sensors must be equal to or greater than the number of signal sources. The goal of blind signal separation is to estimate the signal source s and the mixing matrix A when only the measured sensor x is known, so that the elements of the output signal vector x are statistically independent of each other for source separation. Find it.
이와 같은 과정을 통하여 신호를 추정할 수 있지만 스케일링과 치환(permutation)에 대한 모호성(ambiguity) 문제는 존재하게 된다.Signals can be estimated through this process, but there are ambiguity problems with scaling and permutation.
이런 암묵신호 분리를 위한 방법으로, 주요소 해석법(principle component analysis)(이하 PCA이라 한다)이 제안되기도 하였으나, PCA의 성능은 혼합 행렬의 열(column)의 직교성(orthogonality)에 매우 의존적인데, 일반적으로 심전도의 경우, 심장으로부터 발생되는 소스신호가 서로 공간적 직교(spatially orthogonal)의 조건을 만족하지 않는다. 그러므로 PCA는 심전도로부터 각 소스를 독립요소해석(ICA)을 통해 분리한 것만큼의 좋은 결과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 소스를 가우시안(Gaussian) 분포로 가정을 해야 하므로 심전도의 요소들을 분리하는데 적합하지 않다. 또한, 비가우시안(non-Gaussian) 신호의 독립성을 보다 정확히 측정하기 위해서는 PCA가 사용하는 SOS(Second Order Statistic)보다는 독립요소 해석법(Independent Component Analysis)(이하 ICA라 한다)가 사용하는 HOS(High Order Statistic)가 보다 효과적이다. ICA는 혼합행렬의 형태적 구조(geometrical structure)에 대한 제한이 없을 뿐만 아니라, 소스 신호의 비가 우시안(non-Gaussian) 특성을 고려한다. 따라서 이러한 이유로 암묵신호분리부에서 본 발명은 독립요소해석(ICA)를 사용한다.As a method for this blind signal separation, principal component analysis (hereinafter referred to as PCA) has been proposed, but the performance of PCA is highly dependent on the orthogonality of the columns of the mixing matrix. In the case of an electrocardiogram, the source signals generated from the heart do not satisfy the spatially orthogonal conditions of each other. Therefore, the PCA is not suitable for separating ECG elements because it does not yield as good a result as separating each source from ECG through ICA, but also assumes that the source is a Gaussian distribution. not. In addition, in order to measure the independence of non-Gaussian signals more accurately, HOS (High Order) used by Independent Component Analysis (hereinafter referred to as ICA) rather than SOS (Second Order Statistic) used by PCA. Statistic is more effective. The ICA not only has no limitation on the geometrical structure of the mixed matrix, but also considers the non-Gaussian characteristics of the source signal. For this reason, the present invention in the blind signal separation unit uses the independent element analysis (ICA).
도 6은 도 2의 태아 심박 추출부를 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating the fetal heartbeat extraction unit of FIG. 2.
제2 시-주파수 도메인 변환부(2100)는 소정시간동안 A/D변환기(300)로 부터 신호를 수신한다(S1000). 도 6의 경우에 있어서는 제2 시-주파수 도메인 변환부(2100)는 소정시간동안 A/D변환기(300)로 부터 512 포인트의 신호를 수신한다.The second time-
제2 시-주파수 도메인 변환부(2100)는 상기 소정시간동안 A/D변환기(300)로 부터 수신된 신호로 부터 스므드 슈도 위그너-빌 분포(Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution)(이하 SPWVD 라 한다)함수를 적용하여 시-주파수 도메인 상의 다차원 신호로 재구성한다(S1100). 본 발명에 있어서 주파수 구간은 256으로 설정하였으며, 따라서 도 6에 있어서, 시-주파수 도메인 상의 256×512의 다차원 가상신호(virtual sensor)를 획득할 수 있다. The second time-frequency
태아심박 검출부(2200)는 제2 시-주파수 도메인 변환부(2100)로 부터의 구해진 상기 시-주파수 도메인 상의 256×512의 다차원 가상신호(virtual sensor)에, 제1저장부로 부터 수신된 분리벡터를 곱하여 태아 심전도정보를 포함하고 있는 검출신호를 생성한다(S1200).The fetal
상기 검출 신호를 정류하여 하향 피크를 없앤다(S1300).The detection signal is rectified to eliminate the downward peak (S1300).
문턱치를 설정하여 문턱치 이상인 피크를 검출한다(S1400).The threshold is set to detect a peak that is greater than or equal to the threshold (S1400).
검출된 피크가 실제 정상적인 리듬 범위에 해당하는지 판단하여 불응기보다 빨리 나타나면 검출하지 않고, 오랫동안 나타나지 않으면 문턱치를 하향 조정한다(S1500, S1600).If it is determined that the detected peak is actually within the normal rhythm range, it is not detected if it appears earlier than the refractory, and if it does not appear for a long time, the threshold is adjusted downward (S1500 and S1600).
검출된 피크를 태아 심박 위치로 간주하며(S1700), 더 이상 입력 신호가 없을 때까지 이 과정 반복한다(S1800).The detected peak is regarded as the fetal heartbeat position (S1700), and the process is repeated until there is no more input signal (S1800).
분리벡터에 대해 보다 상세히 설명하면, 분리벡터는 초기 단일채널 산모 복부 심전도를 시간-주파수 도메인으로 투영하여 생성된 가상신호를 ICA 입력으로 하여 신호원을 추정하였을 때, 검출을 목표로 하는 신호의 정보를 가장 많이 포함하는 추정 신호원을 추출해 낼 수 있는 벡터로 정의하며, 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.In more detail about the separation vector, the separation vector includes information on a signal to be detected when a signal source is estimated using an ICA input as a virtual signal generated by projecting an initial single-channel maternal abdominal electrocardiogram into a time-frequency domain. Is defined as a vector that can extract the estimated signal source including the most, can be expressed as shown in Equation 6.
단, St는 추정 목표 신호원, Sv는 가상신호, D는 분리벡터를 의미하며, 분리벡터는 분리행렬 W에 속한다. However, S t is an estimated target signal source, S v is a virtual signal, D is a separation vector, and the separation vector belongs to the separation matrix W.
도 7은 도 2의 태아심전도 콤플렉스 연산부를 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating the fetal ECG complex calculation unit of FIG. 2.
태아심전도 콤플렉스 연산부(3000)는 태아심박 검출부(2200)로 부터 수신한 검출신호에서 문턱치를 통해 피크 영역 설정한다(S3000).The fetal ECG
제2저장부(2900)로 부터 수신된 원신호에서 상기 검출 신호와 동일한 영역을 설정한다(S3100).The same area as the detection signal is set in the original signal received from the second storage unit 2900 (S3100).
원신호의 영역 내에서 R점에 해당하는 피크를 검출한다(S3200).The peak corresponding to the R point is detected in the region of the original signal (S3200).
검출된 피크인 R점의 전후에 소정의 템플릿 영역을 설정한다(S3300). 이때 템플릿 영역은 샘플링률이나 태아의 성숙 정도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 임신 37주의 복부 심전도를 600 Hz로 샘플링 한 경우, R점 전 후의 템플릿 영역을 각각 65포인트, 70포인트로 할 수 있다.A predetermined template region is set before and after the R point which is the detected peak (S3300). At this time, the template region may vary depending on the sampling rate or the maturity of the fetus. For example, if the abdominal electrocardiogram at 37 weeks of pregnancy is sampled at 600 Hz, the template areas before and after the R point can be 65 and 70 points, respectively.
템플릿 시작값과 끝값의 기울기를 계산하여 기저선 존재 여부를 판단하며(S3400), 만약 기저선이 존재하는 경우 대표 템플릿 구성에 사용하지 않고 버린다(S3450).The slope of the template start value and the end value is calculated to determine whether the baseline exists (S3400), and if the baseline exists, it is discarded without being used for the representative template (S3450).
기저선이 존재하지 않는 최근 8 비트를 평균하여 대표 템플릿을 구성한다(S3500).A representative template is configured by averaging the last 8 bits where no baseline exists (S3500).
상기 대표 템플릿으로부터 특징점 검출 및 진단에 필요한 정보를 계산 한다(S3200).Information necessary for detecting and diagnosing feature points is calculated from the representative template (S3200).
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 산모 복부 심전도로부터 태아 심전도 분리 방법을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.8 is a flowchart schematically illustrating a method of separating fetal ECG from a maternal abdominal electrocardiogram according to a preferred embodiment of the present invention.
산모복부에서 단일채널로 산모 복부 심전도를 검출하여 A/D변환부(300)를 통해 복부심전도 데이터 입력을 시작한다(S150).Maternal abdominal electrocardiogram is detected on the maternal abdomen as a single channel and abdominal electrocardiogram data input is started through the A / D converter 300 (S150).
제1메모리 저장부(1900)에 분리벡터가 존재하는가를 판단한다(S620).In operation S620, it is determined whether a separation vector exists in the first
만약 제1메모리 저장부(1900)에 분리벡터가 존재하지 않는다면, 제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)에서 소정시간동안 A/D변환기(300)로 부터 수신된 신호로 부터 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD) 함수를 적용하여 시-주파수 도메인 상의 다차원 신호로 재구성한다(S650).If the separation vector does not exist in the first
암묵신호분리부(1200)은 제1 시-주파수 도메인 변환부(1100)에서 재구성된 시-주파수 도메인 상의 다차원 신호를 독립요소해석(ICA)을 적용하여(S850), 분리벡터설정(S900)한다.The implicit
만약 제1메모리 저장부(1900)에 분리벡터가 존재한다면, 제2 시-주파수 도메인 변환부(2100)에서 소정시간동안 A/D변환기(300)로 부터 수신된 신호로 부터 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD) 함수를 적용하여 시-주파수 도메인 상의 다차원 신호로 재구성한다(S1050).If there is a separation vector in the first
태아심박 검출부(2200)는 제2 시-주파수 도메인 변환부(2100)로 부터의 구해진 다차원 신호에, 제1저장부로 부터 수신된 분리벡터를 곱하여(S1050), 태아 심전도의 비트, 즉 R점(심박)을 검출한다(S1750).The fetal
태아 심전도 콤플렉스 연산부(3000)에서는 태아 심박 변화율을 계산하며(S3350), 태아심전도 템플릿을 구성한다(S3550). 이로써 태아 건강상태 정보를 표시부(500)를 통해 제공한다.The fetal ECG
도 9a는 도 2의 단일채널 복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리 장치의 이용시의 산모 복부심전도와 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD)함수 적용결과의 일예이고, 도 9b는 도 9a의 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD)함수 적용결과에서 독립요소해석(ICA)을 적용하여 구해진 추정신호원의 일예이다.FIG. 9A is an example of maternal abdominal electrocardiogram and smoothed pseudo Wigner-Ville distribution (SPWVD) function application results using the fetal ECG separation device from the single-channel abdominal electrocardiogram of FIG. 2, and FIG. 9B is the smoothed pseudo diagram of FIG. 9A. It is an example of estimated signal sources obtained by applying the Independent Element Analysis (ICA) in the Wigner-Ville distribution (SPWVD) function.
도 9a, 도 9b는 실제 한 산모 데이터를 시간-주파수 도메인에 투영하고 독립요소해석(ICA)을 적용하여 추정 신호원을 구한 결과이다. 이 경우, 14번 추정 신호원(도 9b의 빨강색 표시부분)이 태아 심전도를 가장 잘 대변하고 있어서 가상신호 로부터 14번째 신호를 만들어 내는 벡터를 분리벡터로 설정하였다. 초기 512 포인트 이후 데이터에 대해서는 SPWVD를 통해 시간-주파수 도메인으로 투영된 신호에 분리벡터를 곱함으로써 태아 심전도를 검출하였다. 9A and 9B show a result of obtaining an estimated signal source by projecting an actual maternal data into the time-frequency domain and applying an independent element analysis (ICA). In this case, the 14th estimated signal source (indicated in red in FIG. 9B) best represents the fetal ECG, and a vector for generating the 14th signal from the virtual signal is set as the separation vector. For data after the initial 512 points, fetal ECG was detected by multiplying the separation vector by the signal projected in the time-frequency domain via SPWVD.
도 10a는 도 2의 단일채널 복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리 장치의 이용시의 산모 복부심전도와 분리벡터를 통한 태아심전도 비트 검출결과의 일예이며, 도 10b는 도 10a에서 산모의 심전도와 태아의 심전도가 중첩되는 경우의 일예이다.FIG. 10A is an example of maternal abdominal electrocardiogram and fetal ECG bit detection results using a separation vector when using the fetal ECG separation apparatus from the single-channel abdominal electrocardiogram of FIG. 2. FIG. 10B is a maternal electrocardiogram and a fetus's ECG diagram of FIG. 10A. This is an example of overlapping cases.
도 10a, 도 10b에서와 같이, 본 발명의 단일채널 복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리 장치 및 방법은 실제 산모 데이터에서 태아 심전도 비트를 100% 검출할 수 있다. 특히 본 발명은 도 10b의 화살표 부분같이 산모 심전도와 태아 심전도가 겹치거나, 시각적으로도 판별하기 어려운 곳의 태아 심전도 비트(R점)도 찾아 낼 수 있었다. 따라서 검도 10a, 도 10b로 부터 검출된 태아 심전도 비트(R점)로부터 RR 간격을 계산하여 태아 심박변화율 계산할 수 있으며, 대표 템플릿도 구할 수 있다.10A and 10B, the apparatus and method for fetal ECG separation from a single channel abdominal ECG of the present invention can detect 100% fetal ECG bits in actual maternal data. In particular, the present invention was able to find the fetal ECG bit (R point) where the maternal ECG and the fetal ECG overlap or are difficult to visually identify, as shown by the arrow in FIG. 10B. Therefore, fetal heart rate change rate can be calculated by calculating the RR interval from fetal ECG bits (R points) detected from Kendo 10A and FIG. 10B, and a representative template can also be obtained.
도 11a는 도 2의 단일채널 복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리 장치의 이용시의 검출된 태아 심전도 비트로 부터 계산된 태아 심박율 변화율의 일예이고, 도 11b는 도 11a로 부터 얻어진 대표 템플릿의 일예이다.FIG. 11A is an example of fetal heart rate change rate calculated from detected fetal ECG bits when using the fetal ECG separation device from the single channel abdominal electrocardiogram of FIG. 2, and FIG. 11B is an example of a representative template obtained from FIG. 11A.
도 11a, 도 11b는 도 10a의 태아 심전도 비트(R점, 심박)의 검출 결과로부터 계산된 태아 심박 변화율과 대표 템플릿을 나타낸다. 도 11a, 도 11b의 경우는 태아가 거의 성숙하여 QRS 콤플렉스뿐만 아니라, P파와 T파를 갖고 있어 템플릿의 길이를 R 점을 기준으로 좌우 각각 65포인트, 70포인트씩 취하여 136포인트(≒227ms) 로 하였다.11A and 11B show fetal heart rate change rates and representative templates calculated from detection results of fetal ECG bits (R point, heart rate) of FIG. 10A. In the case of Figs. 11A and 11B, the fetus is almost mature and has not only the QRS complex but also P- and T-waves. The length of the template is 65 points and 70 points, respectively, based on the R point to 136 points (≒ 227 ms). It was.
이와 같이, 본 발명의 산모 복부 심전도로부터 태아 심전도 분리 장치 및 방법을 단일채널 산모 복부 심전도로부터 태아 심전도 비트를 검출하며, 이를 통해 태아 심박 변화율 및 형태(morphology) 정보를 구해 낼 수 있어 태아의 건강 상태를 평가할 수 있는 기초 자료가 제공된다. Thus, fetal ECG separation device and method from the maternal abdominal electrocardiogram of the present invention detects fetal ECG bits from the single-channel maternal abdominal electrocardiogram, through which fetal heart rate change and morphology information can be obtained and the fetal health status Basic data on evaluating the data are provided.
본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.The present invention is not limited to the above described and illustrated in the drawings, and of course, more modifications and variations are possible to those skilled in the art within the scope of the following claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 산모 복부 심전도로부터 태아 심전도 분리 장치 및 방법은 산모 복부에서 획득한 단일채널신호를 대상으로 하여 태아의 심박을 검출할 수 있으며, 또한 본 발명은 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD) 함수를 적용하여 시-주파수 상에서 다차원의 신호로 재구성한후 독립요소해석기법을 적용하여 분리벡터를 구하여 산모 복부 심전도로부터의 태아 심전도 분리하는 장치 및 방법을 제공한다.As described above, the fetal ECG separation apparatus and method from the maternal abdominal electrocardiogram according to the present invention can detect the fetal heartbeat by using a single channel signal obtained from the maternal abdomen, and the present invention is a smooth pseudo-Wigner Apparatus and method for reconstructing fetal ECG from maternal abdominal electrocardiogram by reconstructing multidimensional signals on time-frequency by applying the -Bill distribution (SPWVD) function and then applying independent element analysis techniques.
본 발명의 단일채널 복부 심전도로부터 태아 심전도 비트를 구하는 방법 및 장치는 태아 건강 모니터링 시스템에 적용 가능하다.The method and apparatus for obtaining fetal ECG bits from the single channel abdominal ECG of the present invention is applicable to fetal health monitoring systems.
본 발명에 있어서, 스므드 슈도 위그너-빌 분포(SPWVD) 함수의 적용을 ARM 프로세서나 DSP 칩 등으로 구현 시 단일채널 복부심전도로부터 실시간으로 태아심전도를 검출하고 태아의 건강상태를 제공할 수 있는 시스템을 구현가능하다. In the present invention, when the application of the smooth pseudo Wigner-Ville distribution (SPWVD) function is implemented in an ARM processor or a DSP chip, fetal ECG can be detected in real time from a single channel abdominal electrocardiogram and the fetal health state can be provided. The system can be implemented.
본 발명은 산모의 복부에서 계측된 산모심전도와 태아심전도가 혼합된 단일채널 복부심전도로부터 태아심전도를 검출하는 새로운 알고리즘으로서도 의의가 있다고 할 수 있다.The present invention is also useful as a new algorithm for detecting fetal ECG from a single-channel abdominal electrocardiogram mixed with maternal ECG and fetal ECG measured in the mother's abdomen.
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